Жарымталдар: металдар мен бейметалдар арасындағы элементтер

Кіріспе

Химиялық элемент, металдық және металл емес қасиеттері бар

Chemical element with metallic and nonmetallic properties

A metalloid is a type of chemical element which has a preponderance of properties in between, or that are a mixture of, those of metals and nonmetals. There is no standard definition of a metalloid and no complete agreement on which elements are metalloids. Despite the lack of specificity, the term remains in use in the literature of chemistry. The six commonly recognised metalloids are boron, silicon, germanium, arsenic, antimony and tellurium. Five elements are less frequently so classified: carbon, aluminium, selenium, polonium and astatine. On a standard periodic table, all eleven elements are in a diagonal region of the p block extending from boron at the upper left to astatine at lower right. Some periodic tables include a dividing line between metals and nonmetals, and the metalloids may be found close to this line. Typical metalloids have a metallic appearance, but they are brittle and only fair conductors of electricity. Chemically, they behave mostly as nonmetals. They can form alloys with metals. Most of their other physical properties and chemical properties are intermediate in nature. Metalloids are usually too brittle to have any structural uses. They and their compounds are used in alloys, biological agents, catalysts, flame retardants, glasses, optical storage and optoelectronics, pyrotechnics, semiconductors, and electronics. The electrical properties of silicon and germanium enabled the establishment of the semiconductor industry in the 1950s and the development of solid state electronics from the early 1960s. The term metalloid originally referred to nonmetals. Its more recent meaning, as a category of elements with intermediate or hybrid properties, became widespread in 1940–1960. Metalloids are sometimes called semimetals, a practice that has been discouraged,
"Between the metals and nonmetals in the periodic table we find elements [that] share some of the characteristic properties of both the metals and nonmetals, making it difficult to place them in either of these two main categories"
"Chemists sometimes use the name metalloid for these elements which are difficult to classify one way or the other." "Because the traits distinguishing metals and nonmetals are qualitative in nature, some elements do not fall unambiguously in either category. These elements are called metalloids "

More broadly, metalloids have been referred to as:
"elements that are somewhat of a cross between metals and nonmetals"; or
"weird in between elements".|group=n Difficulty of categorisation is a key attribute. Most elements have a mixture of metallic and nonmetallic properties, and can be classified according to which set of properties is more pronounced. Only the elements at or near the margins, lacking a sufficiently clear preponderance of either metallic or nonmetallic properties, are classified as metalloids. Boron, silicon, germanium, arsenic, antimony, and tellurium are commonly recognised as metalloids. refn|1=Mann et al. Boron sometimes is excluded, by itself, or with silicon. Sometimes tellurium is not regarded as a metalloid. The inclusion of antimony, polonium, and astatine as metalloids has been questioned. Other elements are occasionally classified as metalloids. These elements include hydrogen, beryllium, nitrogen, phosphorus, sulfur, zinc, gallium, tin, iodine, lead, bismuth, The term metalloid has also been used for elements that exhibit metallic lustre and electrical conductivity, and that are amphoteric, such as arsenic, antimony, vanadium, chromium, molybdenum, tungsten, tin, lead, and aluminium. The p block metals, and nonmetals (such as carbon or nitrogen) that can form alloys with metals or modify their properties have also occasionally been considered as metalloids.

Металлоид – металдық және металл емес қасиеттерінің арасында немесе олардың қоспасынан тұратын химиялық элементтің түрі. Металлоидтың нақты анықтамасы жоқ және қай элементтер металлоидтар екендігі туралы толық келісім де жоқ. Бұл кемшілікке қарамастан, термин химия әдебиетінде қолданылып келеді. Көбінесе танылған алты металлоид – борон, кремний, германий, мырыш, антимон және теллур. Бес элемент сирек жіктеледі: көміртек, алюминий, селен, полоний және астатин. Стандартты периодтық кестеде бұл он бір элементтің барлығы p-блоктің бордан (сол жақ, жоғарыдан) астатинге (төмен, оңнан) дейінгі диагональды аймағында орналасқан. Кейбір периодтық кестелерде металдар мен металл емес элементтерді бөлетін сызық бар, ал металлоидтар осы сызыққа жақын болуы мүмкін. Типик металлоидтар металлға ұқсас көрінеді, бірақ олар жұмсақ және электр тогын жақсы өткізбейді. Химиялық жағынан олар көбінесе металл емес элементтер сияқты реакцияға түседі. Олар металдармен қорытпалар құрай алады. Олардың көптеген басқа физикалық және химиялық қасиеттері орташа деңгейде болады. Металлоидтар көбінесе құрылымдық қолдануға тым жұмсақ келеді. Олардың өзі және олардың қосылыстары қорытпаларда, биологиялық заттарда, катализаторларда, отты баяулатушы заттарда, шыныларда, оптикалық жадта және оптоэлектроникада, пиротехникада, жартылай өткізгіштерде және электроникада қолданылады. Кремний мен германийдің электрлік қасиеттері 1950 жылдары жартылай өткізгіш өнеркәсібінің дамуына және 1960 жылдардың басында қатты күйдегі электрониканың өркендеуіне мүмкіндік берді. Металлоид термині бастапқыда металл емес элементтерге қатысты. Оның қазіргі мағынасы, аралық немесе гибридтік қасиеттері бар элементтер санаты ретінде, 1940-1960 жылдары кеңінен таралды. Металлоидтар кейде жартылай металлдар деп аталады, бірақ мұндай атауға көбінесе қарсы шығады. "Периодтық кестедегі металдар мен металл емес элементтер арасында металдар мен металл емес элементтердің ерекше қасиеттерін бөлісетін элементтер кездеседі, оларды осы екі негізгі санаттың біріне жатқызу қиын." "Химияшылар кейде осы элементтерді, оларды бір немесе басқа жолмен жіктеу қиын болғандықтан, металлоид деп атайды." "Металдар мен металл емес элементтерді ажырататын белгілер сапалық сипатта болғандықтан, кейбір элементтер ешқайсысына анық жатпайды. Осы элементтер металлоидтар деп аталады." Көбірек айтқанда, металлоидтар "металдар мен металл емес элементтердің аралық элементтері" немесе "ерекше элементтер" деп сипатталады. Көптеген элементтер металдық және металл емес қасиеттердің қоспасын көрсетеді және олардың қайсысы басым екеніне қарай жіктелуі мүмкін. Тек металдық немесе металл емес қасиеттерінің айқын басымдығы жоқ, шеттердегі немесе оларға жақын элементтер ғана металлоидтар ретінде жіктеледі. Борон, кремний, германий, мырыш, антимон және теллур көбінесе металлоидтар ретінде танылады. refn Борон кейде өзі немесе кремниймен бірге жіктеліп алынбайды. Кейде теллур металлоид ретінде қарастырылмайды. Антимон, полоний және астатиннің металлоидтар ретінде жіктелуі күмәнді. Басқа элементтер кейде металлоидтар ретінде жіктеледі. Оларға сутек, бериллий, азот, фосфор, күкірт, мырыш, галлий, қалайы, йод, қорғасын, висмут жатады. Металлоид термині металдық жылтырлығы мен электр өткізгіштігі бар, сондай-ақ амфотерлік қасиеттері бар арсен, антимон, ванадий, хром, молибден, вольфрам, қалайы, қорғасын және алюминий сияқты элементтерге де қолданылады. Металдармен қорытпалар құрайтын немесе олардың қасиеттерін өзгертетін p-блокты металдар мен металл емес элементтер (көміртек немесе азот сияқты) кейде металлоидтар деп есептеледі.

Критерийлерге негізделген

Элемент IE (ккал/моль) IE (кДж/моль) EN Құрылымдық жолақ Борон 191 801 2.04 жартылай өткізгіш Кремний 188 787 1.90 жартылай өткізгіш Германий 182 762 2.01 жартылай өткізгіш Арсен 226 944 2.18 жартылай металл Антимон 199 831 2.05 жартылай металл Теллурий 208 869 2.10 жартылай өткізгіш орташа 199 832 2.05 Көбінесе металлоидтар деп танылатын элементтер және олардың иондану энергиясы (IE); электронегативтіліктері (EN, түзетілген Полинг шкаласы); және электрондық жолақтық құрылымдары (қоршаған ортадағы термодинамикалық тұрақты түрлер). Металлоидтардың кеңінен қабылданған анықтамасы жоқ, сондай-ақ периодтық кесте металдарға, металлоидтарға және бейметалдарға бөлінбейді; Хоукс нақты анықтаманы белгілеудің мүмкіндігіне күмән келтірді, әрекет еткен конструкциялардың бірінде аномалиялар кездесуі мүмкін екенін атап өтті. Шарп элементті металлоид ретінде жіктеуді «әрби» деп сипаттады. Металлоидтардың саны мен сәйкестігі қолданылатын жіктеу критерийлеріне байланысты. Эмсли төрт металлоидты (германий, арсен, антимон және теллур) таныды; Джеймс және авторлар он екі металлоидты тізімдеді (Эмслидің қосымшасы бор, көміртек, кремний, селен, висмут, полоний, московий және ливерморий). Орташа есеппен, мұндай тізімдерге жеті элемент кіреді; жеке жіктеу схемалары ортақ негізге ие және нашар анықталған шекараларда өзгереді. Электронегативтілік сияқты бірыңғай сандық критерий жиі қолданылады, металлоидтардың электронегативтілік мәні 1,8 немесе 1,9-дан 2,2-ге дейін. Қосымша мысалдарға кристалдық құрылымдағы атомдармен толыққан көлемнің үлесі болып табылатын қаптау тиімділігі және Голдхаммер-Герцфельд критерийінің арақатынасы жатады. Көбінесе танылған металлоидтар 34%-тан 41%-ға дейін қаптау тиімділігіне ие. Бордың қаптау тиімділігі 38%; кремний мен германийдің - 34; арсеннің - 38,5; антимонның - 41 және теллурдің - 36,4. Бұл мәндер көптеген металдардан төмен (олардың 80%-ы кемінде 68% қаптау тиімділігіне ие), бірақ әдетте бейметалдар деп жіктелетін элементтерден жоғары. (Галлий металл үшін қаптау тиімділігі 39% ғана болуы ерекше.) Металдар үшін басқа да маңызды мәндер - 42,9 бисмут үшін және 58,5 сұйық сынап үшін.) Бейметалдардың қаптау тиімділігі: графит 17%, күкірт 19,2, йод 23,9, элементтің металдық сипатын анықтаудың қарапайым өлшемі, танылған металлоидтардың арақатынасы шамамен 0,85-тен 1,1-ге дейін, орташа есеппен 1,0-ға тең. Басқа авторлар, мысалы, атомдық өткізгіштікке сүйенді. Арсен трисульфиді As2S3 ескі теңіз сигнал шамдарында; ақ жұлдыздар жасау үшін сауыттарда; сары түтін экрандарында; және бастауыш құрамында қолданылған. Антимон трисульфиді Sb2S3 ақ жарық ошақтарында және жарқын және дыбыс қоспаларында кездеседі. Теллур кешіктіру қоспаларында және жарылыс қақпағының бастауыш құрамында қолданылған. Көміртек, алюминий, фосфор және селен осы тақырыпты жалғастырады. Көміртек, қара ұнтақта, сауыттардың, жарылыс зарядтарының, эффекттер қоспаларының, әскери кешіктіру және тұтандырғыштардың құрамында болады. Алюминий - термит қоспаларындағы пиротехникалық ингредиент. Фосфор түтін және өрт сөндіруші оқ-дәрілерде, ойыншық қаруларда қолданылатын қағаздан жасалған қалпақтарда және кестелік попперлерде кездеседі. Селен теллурмен бірдей қолданылады. Бордың кейбір қасиеттері оның жартылай өткізгіш ретінде қолданылуын шектеді. Оның балқу температурасы жоғары, бір кристаллдарды алу қиын, ал бақыланатын қоспаларды енгізу және сақтау қиын. Кремний - коммерциялық жартылай өткізгіштің жетекші түрі, ол қазіргі заманғы электрониканың (стандартты күн элементтерін қоса) және ақпараттық-коммуникациялық технологиялардың негізін құрайды. Бұл жартылай өткізгіштерді зерттеу, 20 ғасырдың басында «қоқыс физикасы» ретінде қарастырылып, жақын назар аударуға лайық емес еді. Германий жартылай өткізгіш құрылғыларда көбінесе кремниймен ауыстырылды, себебі ол арзан, жоғары температурада берік және микроэлектрондық өндіріс процесінде жұмыс істеу оңай. Германий әлі де жартылай өткізгіш кремний-германий «қоспаларының» құрамдас бөлігі болып табылады және олар, әсіресе сымсыз байланыс құрылғылары үшін, қолданыста өсіп келеді; мұндай қосындылар германийдің жоғары тасымалдаушы мобильділігін пайдаланады. 2014 жылы литий-ионды батареялардың сыйымдылығын екі еседен астам арттыратын германий сымға негізделген анод жасалғаны туралы хабарланды. Сол жылы Ли және авторлар графеннің электрондық қолдануға жеткілікті үлкен, ақаусыз кристалдарын германий субстратында өсіруге және одан алуға болатынын хабарлады. Арсен және антимон стандартты күйлерінде жартылай өткізгіштер емес. Екеуі де типті III-V жартылай өткізгіштерін (мысалы, GaAs, AlSb немесе GaInAsSb) құрайды, онда атомға шаққандағы валентті электрондардың орташа саны 14-топ элементтеріне тең. Бұл қосылыстар кейбір арнайы қолданулар үшін артықшылықты білдіреді. Антимон нанокристалдары литий-ионды батареяларды күштірек натрий-ионды батареялармен алмастыруға мүмкіндік береді. Теллур, стандартты күйде жартылай өткізгіш, негізінен типті II/VI жартылай өткізгіш халькогенидтерінің құрамында қолданылады; олар электрооптика және электроникада қолданылады. Кадмий теллуриді (CdTe) жоғары конверсия тиімділігі, төмен өндіріс құны және 1,44 эВ-қа тең үлкен жолақтық аралыққа байланысты күн модульдерінде қолданылады, бұл оған кең толқын ұзындығын сіңіруге мүмкіндік береді. Бес металлоид – бор, кремний, германий, арсен және антимон – ұялы телефондарда кездеседі (сондай-ақ кемінде 39 басқа металл мен бейметал). Теллурдің де осындай қолданысқа ие болуы күтілуде. Көбінесе танылмайтын металлоидтардың ішінде фосфор, галлий (әсіресе) және селен жартылай өткізгіш қолданысқа ие. Фосфор n-типті жартылай өткізгіштер үшін допант ретінде аздаған мөлшерде қолданылады. Галлий қосылыстарындағы коммерциялық қолданыс жартылай өткізгіш қолданыстармен доминикацияланады – интегралды схемаларда, ұялы телефондарда, лазерлік диодтарда, жарықдиодтарда, фотодетекторларда және күн элементтерінде. Селен күн элементтерін өндіруде және жоғары энергиялы қорғау құрылғыларында қолданылады. Бор, кремний, германий, антимон және теллур, сондай-ақ Sm, Hg, Tl, Pb, Bi және Se сияқты ауыр металдар мен металлоидтар топологиялық изоляторларда кездеседі. Бұл ультрасуық температурада немесе бөлме температурасында (құрамына байланысты) беттерінде металдық өткізгіштер, ал ішінде изоляторлар болатын қоспалар немесе қосылыстар. Кадмий арсениді Cd3As2, шамамен 1 K температурада Дирак жартылай металлы болып табылады – графеннің көлемдік электрондық аналогы – электрондар массасыз бөлшектер ретінде тиімді қозғалатын. Бұл екі материал класы кванттық есептеуге қатысты әлеуетке ие деп саналады.

Element IE(kcal/mol) IE(kJ/mol) ENBand structure Boron 191 801 2.04 semiconductor Silicon 188 787 1.90 semiconductor Germanium 182 762 2.01 semiconductor Arsenic 226 944 2.18 semimetal Antimony 199 831 2.05 semimetal Tellurium 208 869 2.10 semiconductor average 199 832 2.05The elements commonly recognised as metalloids, and their ionization energies (IE); electronegativities (EN, revised Pauling scale); and electronic band structures (most thermodynamically stable forms under ambient conditions). No widely accepted definition of a metalloid exists, nor any division of the periodic table into metals, metalloids, and nonmetals; Hawkes questioned the feasibility of establishing a specific definition, noting that anomalies can be found in several attempted constructs. Classifying an element as a metalloid has been described by Sharp as "arbitrary". The number and identities of metalloids depend on what classification criteria are used. Emsley recognised four metalloids (germanium, arsenic, antimony, and tellurium); James et al. listed twelve (Emsley's plus boron, carbon, silicon, selenium, bismuth, polonium, moscovium, and livermorium). On average, seven elements are included in such lists; individual classification arrangements tend to share common ground and vary in the ill defined margins. A single quantitative criterion such as electronegativity is commonly used, metalloids having electronegativity values from 1.8 or 1.9 to 2.2. Further examples include packing efficiency (the fraction of volume in a crystal structure occupied by atoms) and the Goldhammer–Herzfeld criterion ratio. The commonly recognised metalloids have packing efficiencies of between 34% and 41%. refn|1=The packing efficiency of boron is 38%; silicon and germanium 34; arsenic 38.5; antimony 41; and tellurium 36.4. These values are lower than in most metals (80% of which have a packing efficiency of at least 68%), but higher than those of elements usually classified as nonmetals. (Gallium is unusual, for a metal, in having a packing efficiency of just 39%.) Other notable values for metals are 42.9 for bismuth and 58.5 for liquid mercury.) Packing efficiencies for nonmetals are: graphite 17%, sulfur 19.2, iodine 23.9, is a simple measure of how metallic an element is, the recognised metalloids having ratios from around 0.85 to 1.1 and averaging 1.0. Other authors have relied on, for example, atomic conductance Arsenic trisulfide As2S3 was used in old naval signal lights; in fireworks to make white stars; in yellow smoke screen mixtures; and in initiator compositions. Antimony trisulfide Sb2S3 is found in white light fireworks and in flash and sound mixtures. Tellurium has been used in delay mixtures and in blasting cap initiator compositions. Carbon, aluminium, phosphorus, and selenium continue the theme. Carbon, in black powder, is a constituent of fireworks rocket propellants, bursting charges, and effects mixtures, and military delay fuses and igniters. Aluminium is a common pyrotechnic ingredient, including in thermite mixtures. Phosphorus can be found in smoke and incendiary munitions, paper caps used in toy guns, and party poppers. Selenium has been used in the same way as tellurium. Some properties of boron have limited its use as a semiconductor. It has a high melting point, single crystals are relatively hard to obtain, and introducing and retaining controlled impurities is difficult. Silicon is the leading commercial semiconductor; it forms the basis of modern electronics (including standard solar cells) and information and communication technologies. This was despite the study of semiconductors, early in the 20th century, having been regarded as the "physics of dirt" and not deserving of close attention. Germanium has largely been replaced by silicon in semiconducting devices, being cheaper, more resilient at higher operating temperatures, and easier to work during the microelectronic fabrication process. Germanium is still a constituent of semiconducting silicon germanium "alloys" and these have been growing in use, particularly for wireless communication devices; such alloys exploit the higher carrier mobility of germanium. The development of a germanium wire based anode that more than doubles the capacity of lithium ion batteries was reported in 2014. In the same year, Lee et al. reported that defect free crystals of graphene large enough to have electronic uses could be grown on, and removed from, a germanium substrate. Arsenic and antimony are not semiconductors in their standard states. Both form type III V semiconductors (such as GaAs, AlSb or GaInAsSb) in which the average number of valence electrons per atom is the same as that of Group 14 elements. These compounds are preferred for some special applications. Antimony nanocrystals may enable lithium ion batteries to be replaced by more powerful sodium ion batteries. Tellurium, which is a semiconductor in its standard state, is used mainly as a component in type II/VI semiconducting chalcogenides; these have applications in electro optics and electronics. Cadmium telluride (CdTe) is used in solar modules for its high conversion efficiency, low manufacturing costs, and large band gap of 1.44 eV, letting it absorb a wide range of wavelengths. Five metalloids – boron, silicon, germanium, arsenic, and antimony – can be found in cell phones (along with at least 39 other metals and nonmetals). Tellurium is expected to find such use. Of the less often recognised metalloids, phosphorus, gallium (in particular) and selenium have semiconductor applications. Phosphorus is used in trace amounts as a dopant for n type semiconductors. The commercial use of gallium compounds is dominated by semiconductor applications – in integrated circuits, cell phones, laser diodes, light emitting diodes, photodetectors, and solar cells. Selenium is used in the production of solar cells and in high energy surge protectors. Boron, silicon, germanium, antimony, and tellurium, as well as heavier metals and metalloids such as Sm, Hg, Tl, Pb, Bi, and Se, can be found in topological insulators. These are alloys or compounds which, at ultracold temperatures or room temperature (depending on their composition), are metallic conductors on their surfaces but insulators through their interiors. Cadmium arsenide Cd3As2, at about 1 K, is a Dirac semimetal – a bulk electronic analogue of graphene – in which electrons travel effectively as massless particles. These two classes of material are thought to have potential quantum computing applications.

Түпнұсқа және басқа атаулар

Металлоид сөзі латынша metallum ("металл") және грекше oeides ("формасы немесе көрінісі бойынша ұқсас") сөзінен шыққан. Бірнеше атаулар кейде синоним ретінде қолданылады, бірақ олардың кейбіреулерінің міндетті түрде бір-бірімен алмастырылмайтын басқа мағыналары бар: амфотерлік элемент, шекаралық элемент, жартылай металл, аралық элемент, металлға жақын, метаметалл, жартылай өткізгіш, жартылай металл және субметалл. "Амфотерлік элемент" кейде кеңінен қолданылады, мысалы, хром және марганец сияқты оксианиондарды құрауға қабілетті өтпелі металдарды қамтиды. "Жартылай металл" физикада өткізгіш және оқшаулағыш ретінде әрекет ететін қоспаны (хром диоксиді сияқты) немесе қорытпаны білдіреді. "Метаметалл" кейде стандартты периодтық кестедегі металлоидтардан сол жақта орналасқан белгілі бір металдарды (Be, Zn, Cd, Hg, In, Tl, β Sn, Pb) атау үшін қолданылады және олардың кристалдық құрылымдары бұзылып, электр өткізгіштігі металлдардан төмен, ал оксидтері амфотерлік (әлсіз негізді) болады. "Жартылай металл" кейде кристалдық құрылымы, электр өткізгіштігі немесе электрондық құрылымы бойынша толық металл сипаты жоқ металдарды білдіреді. Мысалы, галлий, итербий, висмут және нептуний. "Амфотерлік элемент" және "жартылай өткізгіш" атаулары мәселелі, өйткені металлоидтар деп аталатын кейбір элементтерде айқын амфотерлік қасиеттер (мысалы, висмут) немесе жартылай өткізгіштік (полоний) байқалмайды. 20-шы ғасырдың ортасынан бері ол аралық немесе шекаралық химиялық элементтерге сілтеме жасау үшін қолданылады. Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы (IUPAC) бұрын металлоид терминінен бас тартуды ұсынған және оның орнына жартылай металл терминін қолдануды ұсынған. Бірақ соңғы уақыттарда Аткинс және авторлар бұл терминді қолдануға қарсы шықты, себебі физикада оның басқа мағынасы бар – ол элементтің жалпы жіктелуіне емес, заттың электрондық жолақты құрылымына қатысты. Номенклатура және терминология бойынша IUPAC-тің соңғы жарияланымдарында металлоид немесе жартылай металл терминдерін пайдалану туралы ешқандай ұсынымдар жоқ.

The word metalloid comes from the Latin metallum ("metal") and the Greek oeides ("resembling in form or appearance"). Several names are sometimes used synonymously although some of these have other meanings that are not necessarily interchangeable: amphoteric element, boundary element, half metal, half way element, near metal, meta metal, semiconductor, semimetal and submetal. "Amphoteric element" is sometimes used more broadly to include transition metals capable of forming oxyanions, such as chromium and manganese. "Half metal" is used in physics to refer to a compound (such as chromium dioxide) or alloy that can act as a conductor and an insulator. "Meta metal" is sometimes used instead to refer to certain metals (Be, Zn, Cd, Hg, In, Tl, β Sn, Pb) located just to the left of the metalloids on standard periodic tables. and tend to have distorted crystalline structures, electrical conductivity values at the lower end of those of metals, and amphoteric (weakly basic) oxides. "Semimetal" sometimes refers, loosely or explicitly, to metals with incomplete metallic character in crystalline structure, electrical conductivity or electronic structure. Examples include gallium, ytterbium, bismuth and neptunium. The names amphoteric element and semiconductor are problematic as some elements referred to as metalloids do not show marked amphoteric behaviour (bismuth, for example) or semiconductivity (polonium) Since the mid 20th century it has been used to refer to intermediate or borderline chemical elements. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) previously recommended abandoning the term metalloid, and suggested using the term semimetal instead. Use of this latter term has more recently been discouraged by Atkins et al. as it has a different meaning in physics – one that more specifically refers to the electronic band structure of a substance rather than the overall classification of an element. The most recent IUPAC publications on nomenclature and terminology do not include any recommendations on the usage of the terms metalloid or semimetal.

Әдетте металлоидтар деп танылатын элементтер

Осы бөлімде сипатталған қасиеттер, қоршаған орта жағдайында термодинамикалық тұрақтылығы ең жоғары формадағы элементтерге жатады.

Борон

thumb|right|Борон, мұнда β ромбоэдральдық фазасы түрінде көрсетілген (оның ең термодинамикалық тұрақты аллотропы)|alt=Оншақты кішкентай бұрышты тас тәрізді пішіндер, күлгін түсті, шашыранды күміс жалтырауымен. Таза борон – жылтыр, күміс сұр кристалды қатты дене. Ол алюминийден жеңіл (2,34 г/см³ - 2,70 г/см³), қатты және хрупкий. Қалыпты жағдайда тек фтормен ғана реакцияға түседі, балқу температурасы 2076 °C (болатқа қарағанда ~1370 °C). Борон – жартылай өткізгіш; оның бөлме температурасындағы электр өткізгіштігі 1,5 × 10−6 С•см−1 (кран суынан 200 есе төмен) және жолақтық аралығы шамамен 1,56 эВ. Менделеев: «Борон металдар мен металл емес элементтердің арасындағы бірнеше түрде еркін күйде кездеседі» деп атап өткен. Боронның құрылымдық химиясы оның кішкентай атомдық өлшемімен және салыстырмалы түрде жоғары иондалу энергиясымен сипатталады. Бор атомында бар болғаны үш валентті электрон болғандықтан, қарапайым ковалентті байланыс октет ережесін қанағаттандыра алмайды. Бордың ауыр гомологтарында металдық байланыс жиі кездеседі, бірақ бұл көбінесе төмен иондалу энергиясын талап етеді. Керісінше, кішкентай өлшемі мен жоғары иондалу энергиясының арқасында боронның негізгі құрылымдық бірлігі (және оның барлық аллотроптары) – икосаэдрлі B12 кластері. 12 бор атомымен байланысты 36 электронның 26-сы 13 де локализацияланған молекулалық орбитальде орналасқан, ал қалған 10 электрон икосаэдрлер арасындағы екі және үш орталық ковалентті байланыстарды құруға жұмсалады. Осындай мотив, сондай-ақ дельтаэдрлі түрлер немесе фрагменттер металл боридтері мен гидридтерінде, сондай-ақ кейбір галогенидтерде де кездеседі. Боронның байланысы металдар мен металл емес ковалентті торлы қатты денелерге (мысалы, алмазға) тән қасиеттердің аралық сипатымен сипатталады. B, C, N, Si және P элементтерін металл емес күйден металл күйге түрлендіруге қажетті энергия тиісінше 30, 100, 240, 33 және 50 кДж/моль деп есептелген. Бұл боронның металл-металл емес шекараға жақын екенін көрсетеді. Борон химиясының көп бөлігі металл емес сипатта болады. Бор атомдарының кішкентай өлшемі көптеген интерстициалды қорытпалар түріндегі боридтерді дайындауға мүмкіндік береді. Бор мен өтпелі металдардың арасындағы ұқсастықтар кешендер мен аддукттардың (мысалы, BH3 + CO → BH3CO және, сондай-ақ, Fe(CO)4 + CO → Fe(CO)5) түзілуінде, сондай-ақ [B6H6]2− және [Ru6(CO)18]2− сияқты кластерлік түрлердің геометриялық және электрондық құрылымдарында байқалады. Боронның сулы химиясы көптеген түрлі полиборат аниондарының пайда болуымен сипатталады. Оның заряд пен өлшем арақатынасы жоғары болғандықтан, бор барлық қосылыстарында ковалентті байланысқа түседі; боридтер ғана ерекшелік, себебі олардың құрамына байланысты ковалентті, иондық және металдық байланыс компоненттерін қамтиды. Бор трихлориді сияқты қарапайым бинарлық қосылыстар Льюис қышқылы болып табылады, себебі үш ковалентті байланыстың пайда болуы октетте тесік қалдырады, оны Льюис негізінің берген электрон жұбы толтыра алады. Бұл қосылыс әлсіз қышқыл және шыны жасауға қолданылады. Бордың органометалл қосылыстары 19 ғасырдан бері белгілі (органоборон химиясын қараңыз).

thumb|right|Boron, shown here in the form of its β rhombohedral phase (its most thermodynamically stable allotrope)|alt=Several dozen small angular stone like shapes, grey with scattered silver flecks and highlights. Pure boron is a shiny, silver grey crystalline solid. It is less dense than aluminium (2.34 vs. 2.70 g/cm3), and is hard and brittle. It is barely reactive under normal conditions, except for attack by fluorine, and has a melting point of 2076 °C (cf. steel ~1370 °C). Boron is a semiconductor; its room temperature electrical conductivity is 1.5 × 10−6 S•cm−1 (about 200 times less than that of tap water) and it has a band gap of about 1.56 eV. Mendeleev commented that, "Boron appears in a free state in several forms which are intermediate between the metals and the nonmmetals." The structural chemistry of boron is dominated by its small atomic size, and relatively high ionization energy. With only three valence electrons per boron atom, simple covalent bonding cannot fulfil the octet rule. Metallic bonding is the usual result among the heavier congenors of boron but this generally requires low ionization energies. Instead, because of its small size and high ionization energies, the basic structural unit of boron (and nearly all of its allotropes) is the icosahedral B12 cluster. Of the 36 electrons associated with 12 boron atoms, 26 reside in 13 delocalized molecular orbitals; the other 10 electrons are used to form two and three centre covalent bonds between icosahedra. The same motif can be seen, as are deltahedral variants or fragments, in metal borides and hydride derivatives, and in some halides. The bonding in boron has been described as being characteristic of behaviour intermediate between metals and nonmetallic covalent network solids (such as diamond). The energy required to transform B, C, N, Si, and P from nonmetallic to metallic states has been estimated as 30, 100, 240, 33, and 50 kJ/mol, respectively. This indicates the proximity of boron to the metal nonmetal borderline. Most of the chemistry of boron is nonmetallic in nature. The small size of the boron atom enables the preparation of many interstitial alloy type borides. Analogies between boron and transition metals have been noted in the formation of complexes, and adducts (for example, BH3 + CO →BH3CO and, similarly, Fe(CO)4 + CO →Fe(CO)5), as well as in the geometric and electronic structures of cluster species such as [B6H6]2− and [Ru6(CO)18]2−. The aqueous chemistry of boron is characterised by the formation of many different polyborate anions. Given its high charge to size ratio, boron bonds covalently in nearly all of its compounds; the exceptions are the borides as these include, depending on their composition, covalent, ionic, and metallic bonding components. Simple binary compounds, such as boron trichloride are Lewis acids as the formation of three covalent bonds leaves a hole in the octet which can be filled by an electron pair donated by a Lewis base. weakly acidic, and a glass former. Organometallic compounds of boron have been known since the 19th century (see organoboron chemistry).

Кремний

thumb|left|Кремний көк сұр металл жылтырлығына ие.|alt=Жарықсыз, толқынды беті бар, көк сұр түсті, картоп тәрізді дөңес. Кремний – көк сұр металл жылтырлығы бар кристалды қатты дене. Борон сияқты, алюминийге қарағанда тығыздығы төмен (2,33 г/см3), қатты және сынғыш. Бұл салыстырмалы түрде инерт элемент. Қатты кристалды түрі (әсіресе таза болса) "барлық қышқылдарға, соның ішінде фторсутекті қышқылына ерекше төзімді". Аз таза кремний және ұнтақ түрінде күшті немесе қыздырылған қышқылдардың, сондай-ақ будың және фтордың әсеріне ұшырайды. Кремний ыстық сулы сілтілерде сутегі бөліп шығарып ерітеді, сондай-ақ бериллий, алюминий, мырыш, галлий немесе индий сияқты металдар да ерітеді. Ол 1414°C температурада балқиды. Кремний – электр өткізгіштігі 10−4 С•см−1 және энергиялық аралығы шамамен 1,11 ЭВ болатын жартылай өткізгіш. Балқыған кезде кремний сұйық сынапқа ұқсас 1,0–1,3 × 104 С•см−1 электр өткізгіштігі бар металға айналады. Кремний химиясының сипаты көбінесе металл емес (ковалентті). Ол катион түзбейді. Сұйық антимон – электр өткізгіштігі шамамен 5,3 × 104 С•см−1 болатын металл өткізгіш. Антимон химиясының көп бөлігі металл емес элементтерге тән. Антимонның катиондық химиясы бар, SbO+ және Sb(OH)2+ қышқыл сулы ерітіндіде кездеседі; 2004 жылы Sb8(GaCl4)2 қосылысы синтезделді, оның құрамында гомополикатион, Sb82+ бар. Ол алюминий, темір, никель, мыс, мырыш, қалайы, қорғасын және висмут сияқты бір немесе бірнеше металдармен қорытпалар құрай алады. Антимонның аниондық қасиеттері қарапайым металл емес элементтерге қарағанда нашар дамыған. Тривалентті антимон амфотерлі; пентавалентті антимон (көбінесе) қышқылды. 15-топқа қарай металдық сипаттың артуына сәйкес, антимон ацетат Sb(CH3CO2)3, фосфат SbPO4, сульфат Sb2(SO4)3 және перхлорат Sb(ClO4)3 сияқты тұздарды түзеді. Әдетте қышқыл болып табылатын пентаоксид Sb2O5, өте қышқыл ерітінділерде SbO оксикатионының түзілуімен бірге, кейбір негіздік (металдық) қасиеттерді көрсетеді. Sb2O3 оксиді полимерлі және шыны жасауға қолданылады.

thumb|left|Silicon has a blue grey metallic lustre.|alt=A lustrous blue grey potato shaped lump with an irregular corrugated surface. Silicon is a crystalline solid with a blue grey metallic lustre. Like boron, it is less dense (at 2.33 g/cm3) than aluminium, and is hard and brittle. It is a relatively unreactive element. the massive crystalline form (especially if pure) is "remarkably inert to all acids, including hydrofluoric". Less pure silicon, and the powdered form, are variously susceptible to attack by strong or heated acids, as well as by steam and fluorine. Silicon dissolves in hot aqueous alkalis with the evolution of hydrogen, as do metals such as beryllium, aluminium, zinc, gallium or indium. It melts at 1414 °C. Silicon is a semiconductor with an electrical conductivity of 10−4 S•cm−1 and a band gap of about 1.11 eV. When it melts, silicon becomes a reasonable metal with an electrical conductivity of 1.0–1.3 × 104 S•cm−1, similar to that of liquid mercury. The chemistry of silicon is generally nonmetallic (covalent) in nature. It is not known to form a cation. Liquid antimony is a metallic conductor with an electrical conductivity of around 5.3 × 104 S•cm−1. Most of the chemistry of antimony is characteristic of a nonmetal. Antimony has some definite cationic chemistry, SbO+ and Sb(OH)2+ being present in acidic aqueous solution; the compound Sb8(GaCl4)2, which contains the homopolycation, Sb82+, was prepared in 2004. It can form alloys with one or more metals such as aluminium, iron, nickel, copper, zinc, tin, lead, and bismuth. Antimony has fewer tendencies to anionic behaviour than ordinary nonmetals. Tripositive antimony is amphoteric; pentapositive antimony is (predominately) acidic. Consistent with an increase in metallic character down group 15, antimony forms salts including an acetate Sb(CH3CO2)3, phosphate SbPO4, sulfate Sb2(SO4)3 and perchlorate Sb(ClO4)3. The otherwise acidic pentoxide Sb2O5 shows some basic (metallic) behaviour in that it can be dissolved in very acidic solutions, with the formation of the oxycation SbO. The oxide Sb2O3 is polymeric, and a glass former.

Телур

thumb|left|Теллурий, Дмитрий Менделеев сипаттағандай, металдар мен металл емес элементтер арасындағы кезеңдік байланысты құрайды. Теллурий – күміс түсті, жалтыраған, қатты зат. Оның тығыздығы 6,24 г/см³, сынғыш және жалпы танылған металлоидтардың ең жұмсағы, күкіртке қарағанда сәл қатты. Ол азот, күкірт және тұз қышқылымен әртүрлі дәрежеде әрекеттесіп, TeSO3 сульфоксиді немесе H2TeO3 теллюр қышқылы, негізгі нитрат (Te2O4H)+(NO3)− немесе Te2O3(SO4) оксид сульфаты сияқты қосылыстар түзеді. Ол қайнап тұрған сілтілерде еріп, теллурит пен теллуридті береді: 3 Te + 6 KOH = K2TeO3 + 2 K2Te + 3 H2O, бұл реакция температураның жоғарылауымен немесе төмендеуімен жүреді немесе кері болады. Жоғары температурада теллурий экструзияға жететіндей пластикалыққа ие. Ол 449,51°C температурада балқиды. Кристалдық теллурийдің құрылымы параллель, шексіз спиральдік тізбектерден тұрады. Тізбектегі жақын атомдар арасындағы байланыс ковалентті, бірақ әртүрлі тізбектердің жақын атомдары арасында әлсіз металдық өзара әрекеттесудің белгілері бар. Теллурий – электр өткізгіштігі шамамен 1,0 С•см−1 және энергиялық айырмасы 0,32–0,38 эВ жартылай өткізгіш. Сұйық теллурий де жартылай өткізгіш, балқу кезінде электр өткізгіштігі шамамен 1,9 × 103 С•см−1 болады. Теллурий химиясының көп бөлігі металл емес элементтерге тән. Ол кейбір катиондық қасиеттерді көрсетеді. Диоксид қышқылда еріген кезде тригидроксотеллурий(IV) Te(OH)3+ ионы түзіледі; қызыл Te42+ және сары-қоңыр Te62+ иондары теллурий фторсульфоқышқылында (HSO3F) немесе сұйық күкірт диоксидінде (SO2) тотыққанда пайда болады. Ол алюминий, күміс және қалайымен қорытпалар құрай алады. Теллурий, қарапайым металл емес элементтерге қарағанда, аниондық қасиеттерге азырақ бейім. Теллурийдегі металдық сипаттың күшеюі, жеңіл халькогендермен салыстырғанда, басқа оксикислота тұздарының түзілуінде де көрінеді, мысалы, негізгі селенат 2TeO2·SeO3 және оған ұқсас перхлорат және периодат 2TeO2·HXO4. Теллурий полимерлі…

thumb|left|Tellurium, described by Dmitri Mendeleev as forming a transition between metals and nonmetals|alt=A shiny silver white medallion with a striated surface, irregular around the outside, with a square spiral like pattern in the middle. Tellurium is a silvery white shiny solid. It has a density of 6.24 g/cm3, is brittle, and is the softest of the commonly recognised metalloids, being marginally harder than sulfur. It reacts (to varying degrees) with nitric, sulfuric, and hydrochloric acids to give compounds such as the sulfoxide TeSO3 or tellurous acid H2TeO3, the basic nitrate (Te2O4H)+(NO3)−, or the oxide sulfate Te2O3(SO4). It dissolves in boiling alkalis, to give the tellurite and telluride: 3 Te + 6 KOH = K2TeO3 + 2 K2Te + 3 H2O, a reaction that proceeds or is reversible with increasing or decreasing temperature. At higher temperatures tellurium is sufficiently plastic to extrude. It melts at 449.51 °C. Crystalline tellurium has a structure consisting of parallel infinite spiral chains. The bonding between adjacent atoms in a chain is covalent, but there is evidence of a weak metallic interaction between the neighbouring atoms of different chains. Tellurium is a semiconductor with an electrical conductivity of around 1.0 S•cm−1 and a band gap of 0.32 to 0.38 eV. Liquid tellurium is a semiconductor, with an electrical conductivity, on melting, of around 1.9 × 103 S•cm−1. Most of the chemistry of tellurium is characteristic of a nonmetal. It shows some cationic behaviour. The dioxide dissolves in acid to yield the trihydroxotellurium(IV) Te(OH)3+ ion; the red Te42+ and yellow orange Te62+ ions form when tellurium is oxidized in fluorosulfuric acid (HSO3F), or liquid sulfur dioxide (SO2), respectively. It can form alloys with aluminium, silver, and tin. Tellurium shows fewer tendencies to anionic behaviour than ordinary nonmetals. The increase in metallic character evident in tellurium, as compared to the lighter chalcogens, is further reflected in the reported formation of various other oxyacid salts, such as a basic selenate 2TeO2·SeO3 and an analogous perchlorate and periodate 2TeO2·HXO4. Tellurium forms a polymeric,

Көміртек

бас бармағы оң жақ бас бармағы көміртегі (графит түрінде). Графит қабаттарындағы делокализацияланған валентті электрондар оған металл сияқты көрініс береді. Көміртегі әдетте металл емес деп жіктеледі, бірақ кейбір металдық қасиеттері бар және кейде металлоид ретінде жіктеледі. Гексагональды графитті көміртегі (графит) – бөлме температурасындағы көміртегінің ең термодинамикалық тұрақты аллотропты түрі. Оның жылтыр көрінісі бар және электр тогын жақсы өткізеді. Графиттің қабатты құрылымы бар. Әр қабатта алтыбұрышты торда орналасқан, басқа үш көміртегі атомына байланысқан көміртегі атомдарынан тұрады. Қабаттар бір-біріне жақын орналасқан және Ван дер Ваальс күштерімен және де локализацияланған валентті электрондармен бос ұсталады. Металл сияқты, графиттің жазықтықтарына параллель бағыттағы өткізгіштігі температураның жоғарылауымен төмендейді; оның жартылай металлдің электрондық жолақты құрылымы бар. Көміртегі иондық тұздарды құрауы мүмкін, соның ішінде сутек сульфаты, перхлорат және нитрат (CX−.2HX, мұндағы X = HSO4, ClO4; және CNO.3HNO3). Органикалық химияда көміртегі оң зарядты көміртегі атомында болатын карбокатиондар деп аталатын күрделі катиондарды құрауы мүмкін; мысалдары – CH3+ және CH5+ және олардың туындылары. Көміртегі хрупкий, және жазықтықтарына перпендикуляр бағытта жартылай өткізгіш ретінде әрекет етеді. Оның иондану энергиясы салыстырмалы түрде жоғары және көптеген металдармен салыстырғанда электронегативтілігі де жоғары. Көміртегі C4− (метанид), C (ацетилид) және C (сесквикарбид немесе аллиленид) сияқты аниондарды құрауы мүмкін, олар негізгі топтардың 1–3 металдарымен, сондай-ақ лантаноидтар мен актиноидтармен қосылыстарда кездеседі. Оның оксиді CO2 көмір қышқылы H2CO3 құрайды.

Алюминий

Жоғары тазалықтағы алюминий, танымал қорытпаларына қарағанда әлдеқайда жұмсақ. Оны алғаш рет қолға алған адамдар көбінесе оның нағыз алюминий екендігін сұрайды. Алюминий әдетте металл ретінде жіктеледі. Ол жылтыр, соғылмалы және сығылмалы, сондай-ақ жоғары электр және жылу өткізгіштігіне ие. Көптеген металдар сияқты, алюминийдің кристалдық құрылымы тығыз жиналған және ол сулы ерітіндіде катион түзеді. Онда металл үшін ерекше қасиеттер бар; олардың жиынтығы кейде алюминийді металлоид ретінде жіктеуге негіз болады. Оның кристалдық құрылымы бағытталған байланысқа ие екенін көрсетеді. Алюминий көптеген қосылыстарда ковалентті байланыс жасайды. Al2O3 оксиді амфотерлік және шартты түрде шыны жасауға қолданылады. Алюминийді металлоид ретінде жіктеу оның көптеген металдық қасиеттеріне байланысты пікірталас тудырды. Сондықтан, металл мен бейметалл арасын бөлетін сызыққа жақын элементтер металлоидтар деген еске түсіруге ерекшелік жасайды. Стотт алюминийді нашар металл деп атайды. Оның физикалық қасиеттері металл сияқты, бірақ кейбір химиялық қасиеттері бейметаллға тән. Стил алюминийдің парадоксалды химиялық мінез-құлқын атап өтті: «Ол амфотерлік оксиді және көптеген қосылыстарының коваленттік сипаты бойынша нашар металға ұқсайды, бірақ ол жоғары электроположительный металл [және] жоғары теріс электродтық потенциалы бар». Мудидің айтуынша, «алюминий химиялық мағынада металдар мен бейметалдар арасындағы диагональдық шекарада орналасқан».

Селен

thumb|right|upright|Сұр селен фотоөткізгіш болып табылады, жарық түскенде электр тогын шамамен 1000 есе жақсы өткізеді, бұл қасиет 1870 жылдардың ортасынан бері әртүрлі жарық сезгіш қолданыстарда пайдаланылып келеді. Селеннің бөлшектері сабақтары жоқ ұсақ, доңғалақ пішіндес сұр түсті саңырауқұлақтарға ұқсайды. Селен металлоидты немесе металл емес қасиет көрсетеді. Оның ең тұрақты түрі – сұр тригональды аллотропы, кейде электр өткізгіштігі қызыл моноклин түрінен бірнеше есе жоғары болғандықтан «металл» селен деп аталады. Селеннің металдық сипаты оның жылтырлығымен және кристалдық құрылымымен де анықталады, оның ішінде әлсіз «металдық» тізбекті байланыс бар деп есептеледі. Селен балқыған және тұтқыр күйде жұқа жіптерге тартылуы мүмкін. Ол «металл емес элементтерге тән жоғары оң тотығу дәрежелерін» алуға құлшынбайды. Ол олеумдарда (көкөрт және теллурмен ортақ қасиет) еріген кезде циклдік поликацияларды (мысалы, Se) және тригидроксоселен(IV) перхлоратын [Se(OH)3]+·ClO түріндегі гидролизделген катиондық тұздарды құрай алады. Селеннің металл емес қасиеті оның хруптығымен көрінеді, бұл көрсеткіш бромдыкімен (7,95 С•см−1) салыстырылатын немесе одан да төмен. Селен жартылай өткізгіштің электрондық жолақты құрылымына ие және сұйық күйде де жартылай өткізгіштік қасиеттерін сақтайды. Электронегативтілік (2,55, қайта қарастырылған Полинг шкаласы). Оның химиялық реакциялары негізінен металл емес аниондық формалары Se2−, SeO және SeO арқылы жүзеге асырылады. Селен әдетте қоршаған орта химиясы әдебиетінде металлоид ретінде сипатталады. Ол су ортасында мырыш пен антимон сияқты қозғалады; оның суда еритін тұздары жоғары концентрацияда мырышқа ұқсас токсикологиялық профильге ие.

Полоний

Полоний кейбір жағынан "ашық металдық" қасиеттерге ие. Оның екі аллотроптық түрі де металл өткізгіштер болып табылады. Көптеген полоний тұздары белгілі. PoO2 оксиді негізінен негіздік сипатқа ие. Полоний өте жеңіл конгенері оттегіден айырмашылығы, нашар тотықтырғыш агент болып табылады: сулы ерітіндіде Po2− анионының түзілуі үшін күшті тотығуға қарсы жағдайлар қажет. Полонийдің пластикалық немесе хрупты екені әлі анық емес. Оның есептелген серпімділік константаларына сүйене отырып, оның пластикалық болуы күтілуде. Оның қарапайым кубикалық кристалдық құрылымы бар. Мұндай құрылымда сырғанау жүйелерінің саны аз және "өте төмен пластикалық қасиеттерге және демек, төмен сынуға төзімділікке" әкеледі. Полоний галогенидтері мен полинидтерінің болуы арқасында металл емес сипат көрсетеді. Галогенидтердің қасиеттері әдетте металл емес галогенидтеріне тән (ұшпалы, оңай гидролизденеді және органикалық еріткіштерде ерігіш). 500–1000 °C температурада элементтерді бірге қыздыру арқылы алынатын және Po2− анионын қамтитын көптеген металл полинидтері де белгілі.

Астатин

Галоген ретінде астатин металл емес деп жіктеледі. Ол кейбір металдық қасиеттерге ие және кейде металлоид ретінде немесе (сирек жағдайларда) металл ретінде жіктеледі. 1940 жылы жасалғаннан кейін, алғашқы зерттеушілер оны металл деп есептеді. 1949 жылы ол тотығуға төзімді (асыл) металл емес және салыстырмалы түрде тотығуға төзімді (асыл) металл деп аталды. 1950 жылы астатин галоген және (соған байланысты) реакцияға бейім металл емес ретінде сипатталды. 2013 жылы релятивистік модельдеу нәтижесінде астатин бетке ортай тікбұрышты кристалдық құрылымы бар моноатомдық металл болып табылады деп болжанды. Бірнеше автор астатиннің кейбір қасиеттерінің металдық сипатына назар аударды. Йод жазықтықтары бойынша жартылай өткізгіш болатындықтан және галогендер атомдық саны артаған сайын металдық қасиеттерге ие болатындықтан, астатин конденсацияланған фазада металл болады деп есептеледі. Астатиннің сұйық күйінде металдық болуы мүмкін, себебі булану энталпиясы (∆Hvap) ~42 кДж/моль-ден жоғары элементтер сұйық күйде металдық қасиет көрсетеді. Мұндай элементтерге бор, кремний, германий, сурьма, селен және теллур жатады. Димерлі астатиннің ∆Hvap үшін есептелген мәні 50 кДж/моль немесе одан да жоғары; 41,71 ∆Hvap мәніне ие димерлі йод шекті мәннен сәл төмен. "Тіптік металдар сияқты, ол [астатин] сутек сульфидімен тіпті күшті қышқыл ерітінділерінен де тұнбаға түседі және сульфат ерітінділерінен бос түрде ығысады; ол электролиз кезінде катодқа жиналады". Астатиннің (ауыр) металл сияқты мінез-құлық танытуының қосымша белгілері: "псевдогалогендік қосылыстардың түзілуі, астатин катиондарының кешендері, үш валентті астатиннің кешенді аниондары, сондай-ақ әртүрлі органикалық еріткіштермен кешендер". Сондай-ақ, астатин қатты қышқылдық сулы ерітінділерде тұрақты At+ және AtO+ формалары арқылы катиондық мінез-құлық көрсетеді деп дәлелденді. Астатиннің кейбір қасиеттері металл емес сипатқа ие. Ол әдетте металл емес элементтерге тән тар сұйық диапазонға ие (балқу температурасы 302 °C; қайнау температурасы 337 °C), бірақ тәжірибелік деректер шамамен 230±3 °C қайнау температурасын көрсетеді. Б. Батсанов астатин үшін есептелген энергиялық шығындығы 0,7 ЭВ-қа тең деп есептейді; бұл физикада металл емес элементтердің валенттік және өткізгіштік жолақтарының бөлінуіне және осылайша жартылай өткізгіш немесе оқшаулағыш болуына сәйкес келеді. Сулы ерітіндідегі астатин химиясы негізінен әртүрлі аниондық түрлердің пайда болуымен сипатталады. Оның белгілі қосылыстарының көпшілігі галоген және металл емес йодқа ұқсас. Мұндай қосылыстарға астатидтер (XAt), астаттар (XAtO3) және моновалентті интергалогендік қосылыстар жатады. Restrepo және авторлар тобы астатиннің галогенге қарағанда полонийге көбірек ұқсайтынын анықтады. Олар 72 элементтің белгілі және интерполяцияланған қасиеттерін егжей-тегжейлі салыстырмалы зерттеулер негізінде осы тұжырымға келді.

As a halogen, astatine tends to be classified as a nonmetal. It has some marked metallic properties and is sometimes instead classified as either a metalloid or (less often) as a metal. Immediately following its production in 1940, early investigators considered it a metal. In 1949 it was called the most noble (difficult to reduce) nonmetal as well as being a relatively noble (difficult to oxidize) metal. In 1950 astatine was described as a halogen and (therefore) a reactive nonmetal. In 2013, on the basis of relativistic modelling, astatine was predicted to be a monatomic metal, with a face centred cubic crystalline structure. Several authors have commented on the metallic nature of some of the properties of astatine. Since iodine is a semiconductor in the direction of its planes, and since the halogens become more metallic with increasing atomic number, it has been presumed that astatine would be a metal if it could form a condensed phase. Astatine may be metallic in the liquid state on the basis that elements with an enthalpy of vaporization (∆Hvap) greater than ~42 kJ/mol are metallic when liquid. Such elements include boron, silicon, germanium, antimony, selenium, and tellurium. Estimated values for ∆Hvap of diatomic astatine are 50 kJ/mol or higher; diatomic iodine, with a ∆Hvap of 41.71, falls just short of the threshold figure. "Like typical metals, it [astatine] is precipitated by hydrogen sulfide even from strongly acid solutions and is displaced in a free form from sulfate solutions; it is deposited on the cathode on electrolysis." Further indications of a tendency for astatine to behave like a (heavy) metal are: " the formation of pseudohalide compounds complexes of astatine cations complex anions of trivalent astatine as well as complexes with a variety of organic solvents". It has also been argued that astatine demonstrates cationic behaviour, by way of stable At+ and AtO+ forms, in strongly acidic aqueous solutions. Some of astatine's reported properties are nonmetallic. It has been extrapolated to have the narrow liquid range ordinarily associated with nonmetals (mp 302 °C; bp 337 °C), although experimental indications suggest a lower boiling point of about 230±3 °C. Batsanov gives a calculated band gap energy for astatine of 0.7 eV; this is consistent with nonmetals (in physics) having separated valence and conduction bands and thereby being either semiconductors or insulators. The chemistry of astatine in aqueous solution is mainly characterised by the formation of various anionic species. Most of its known compounds resemble those of iodine, which is a halogen and a nonmetal. Such compounds include astatides (XAt), astatates (XAtO3), and monovalent interhalogen compounds. Restrepo et al. reported that astatine appeared to be more polonium like than halogen like. They did so on the basis of detailed comparative studies of the known and interpolated properties of 72 elements.

Металлоидтарға жақын

Бамақтың оң жағында иод кристалдары металдық жылтырмен көрсетілген. Иод - жазықтықтары бойынша жартылай өткізгіш, оның энергиялық айырмасы ~1,3 эВ. Бөлме температурасындағы электр өткізгіштігі 1,7 × 10−8 С•см−1 құрайды. Бұл селеннен жоғары, бірақ танылған металлоидтардың арасындағы электр өткізгіштігі ең төменгісі – бордан төмен. Периодтық кестеде, әдетте металдар немесе металл емес элементтер ретінде жіктелетін, бірақ металлоидтарға жақын элементтер кейде "жартылай металлоидтар" деп аталады немесе металлоидтық қасиеттерімен ерекшеленеді. Металдар мен металл емес элементтерді бөлетін шекараның сол жағында галлий, қалайы және висмут сияқты элементтер орналасқан. Олар айқын коваленттік химияға (молекулалық немесе полимерлік) және амфотерлік қасиеттерге ие. Бұл шекараның оң жағында көміртек, фосфор, селен және иод орналасқан. Олар металдық жылтырлықты, жартылай өткізгіштік қасиеттерді көрсетеді, ал селен – сұр селен түрінде болады.

Аллотроптар

| сурет|сол жақта|Ақ қалайы (сол жақта) және сұр қалайы (оң жақта). Екеуінің де металл сыңарлығы бар.|alt=Сол жақта көптеген кішкентай, жылтыр, күміс түсті шарлар; оң жақтағы бірдей өлшемді шарлар сол жақтағыларына қарағанда күңгірт және қараңғырақ, металл жылтыры аз. Бір элементтің әртүрлі кристалдық түрлерін аллотроптар дейді. Кейбір аллотроптар, әсіресе (периодтық кестеде) металдар мен металл емес элементтердің арасындағы шартты шекараның жанында немесе бойында орналасқан элементтердің аллотроптары, басқаларына қарағанда металдық, металлоидтық немесе металл емес қасиеттерін анық көрсетеді. Мұндай аллотроптардың болуы элементтерді жіктеуді қиындатады. Мысалы, қалайының екі аллотропы бар: тетрагональды "ақ" β-қалайы және кубикалық "сұр" α-қалайы. Ақ қалайы – өте жылтыр, соғылмалы және майлы металл. Бұл бөлме температурасында немесе одан жоғарыдағы тұрақты түрі және электр өткізгіштігі 9,17 × 104 С·см−1 (мыстың 1/6 бөлігі). Сұр қалайы көбінесе сұр микрокристалл ұнтақ түрінде болады, сонымен қатар сынғыш, жартылай жылтыр кристалдық немесе поликристалл түрінде де дайындалуы мүмкін. Бұл 13,2 °C төмендегі тұрақты түрі және электр өткізгіштігі (2–5) × 102 С·см−1 (ақ қалайының ~1/250 бөлігі) аралығында. Сұр қалайының кристалдық құрылымы алмастың құрылымымен сәйкес келеді. Ол жартылай өткізгіш ретінде мінез-құлық танытады (0,08 эВ жолақтық аралыққа ие), бірақ жартылай металдың электрондық жолақтық құрылымына ие. Оны өте нашар металл, металлоид, металл емес немесе металлоидқа жақын деп сипаттауға болады. Көміртегінің алмаз аллотропы анық металл емес, мөлдір және электр өткізгіштігі 10−14 – 10−16 С·см−1. Графиттің электр өткізгіштігі 3 × 104 С·см−1, бұл металға тән мән. Фосфор, күкірт, мырыш, селен, антимон және висмуттың да тұрақсыз аллотроптары бар, олар әртүрлі қасиеттерді көрсетеді.

Көбілігі, өндірісі және құны

Z элементі Грамм/тонна8 оттегі 461,00014 кремний 282,00013 алюминий 82,30026 темір 56,3006 көміртек 20029 мыс 605 бор 1033 мырыш 1.832 германий 1.547 күміс 0.07534 селен 0.0551 антимон 0.0279 алтын 0.00452 телюр 0.00175 рений 0.00000000077×10−1054 ксенон 0.000000000033×10−1184 полоний 0.00000000000000022×10−1685 астатин 0.0000000000000000033×10−20

Көбірек

Кестеде металлоидтар ретінде белгілі элементтердің қыртыстағы таралу мөлшері көрсетілген, олардың кейбіреулері жиі, ал кейбіреулері сирек кездеседі. Салыстыру үшін басқа элементтер де қосылған: оттегі және ксенон (тұрақты изотоптары бар ең көп және ең аз таралған элементтер); темір, сондай-ақ мыс, күміс және алтын – құйма металдар; және рений, ең сирек кездесетін тұрақты металл (алюминий әдетте ең көп таралған металл болып табылады). Әртүрлі таралу мөлшерінің бағалаулары жарияланған, олардың арасында кейбір айырмашылықтар бар.

Экстракциялау

Белгіленген металлоидтарды олардың оксидтерінен немесе сульфидтерінен химиялық тотығуын төмендету арқылы алуға болады. Бастапқы формасы мен экономикалық факторларға байланысты, қарапайым немесе күрделі өндіру әдістері қолданылуы мүмкін. Борды әдетте триоксидін магниймен тотығуын төмендету арқылы алады: B2O3 + 3 Mg → 2 B + 3MgO; екінші реттік өңдеуден кейін алынған қоңыр ұнтақтың тазалығы 97%-ға дейін жетеді. Жоғары тазалықтағы бор (> 99%) ұшқыш бор қосылыстарын, мысалы BCl3 немесе BBr3, сутек атмосферасында (2 BX3 + 3 H2 → 2 B + 6 HX) немесе термиялық ыдырау температурасына дейін қыздыру арқылы дайындалады. Кремний мен германий оксидтерінен оксидті көміртекпен немесе сутекпен қыздыру арқылы алынады: SiO2 + C → Si + CO2; GeO2 + 2 H2 → Ge + 2 H2O. Арсенді оның пиритінен (FeAsS) немесе арсенді пиритінен (FeAs2) қыздыру арқылы бөліп алады; сондай-ақ, оны оксидінен көміртекпен тотығуын төмендету арқылы алуға болады: 2 As2O3 + 3 C → 2 As + 3 CO2. Антимон оның сульфидінен темірмен тотығуын төмендету арқылы алынады: Sb2S3 → 2 Sb + 3 FeS. Теллур оксидін сулы NaOH-да ерітіп теллурит алу арқылы, содан кейін электролиттік тотығуын төмендету арқылы дайындалады: TeO2 + 2 NaOH → Na2TeO3 + H2O; Na2TeO3 + H2O → Te + 2 NaOH + O2. Тағы бір мүмкіндік – көміртекпен қыздыру арқылы оксидті тотығуын төмендету: TeO2 + C → Te + CO2. Металлоидтар ретінде сирек танылатын элементтерді өндіру әдістеріне табиғи өңдеу, электролиттік немесе химиялық тотығуын төмендету, немесе сәулелендіру кіреді. Көміртек (графит түрінде) табиғатта кездеседі және оны бастапқы тасты ұсақтап, жеңіл графитті бетке шығару арқылы өндіреді. Алюминий оның оксиді Al2O3 балқыған криолит Na3AlF6 ерітіндісінде ерітіп, содан кейін жоғары температурада электролиттік тотығуын төмендету арқылы алынады. Селенді металл селенидтерін X2Se (X = Cu, Ag, Au) сода күлімен қыздыру арқылы селенит алу үшін қолданады: X2Se + O2 + Na2CO3 → Na2SeO3 + 2 X + CO2; селенид күкірт қышқылы H2SO4-пен бейтараптандырылып селен қышқылы H2SeO3 алынады; одан кейін элементтік селен алу үшін SO2 газы арқылы тотығуын төмендетеді. Полоний мен астатин бисмутты сәулелендіру арқылы өте аз мөлшерде өндіріледі.

The recognised metalloids can be obtained by chemical reduction of either their oxides or their sulfides. Simpler or more complex extraction methods may be employed depending on the starting form and economic factors. Boron is routinely obtained by reducing the trioxide with magnesium: B2O3 + 3 Mg → 2 B + 3MgO; after secondary processing the resulting brown powder has a purity of up to 97%. Boron of higher purity (> 99%) is prepared by heating volatile boron compounds, such as BCl3 or BBr3, either in a hydrogen atmosphere (2 BX3 + 3 H2 → 2 B + 6 HX) or to the point of thermal decomposition. Silicon and germanium are obtained from their oxides by heating the oxide with carbon or hydrogen: SiO2 + C → Si + CO2; GeO2 + 2 H2 → Ge + 2 H2O. Arsenic is isolated from its pyrite (FeAsS) or arsenical pyrite (FeAs2) by heating; alternatively, it can be obtained from its oxide by reduction with carbon: 2 As2O3 + 3 C → 2 As + 3 CO2. Antimony is derived from its sulfide by reduction with iron: Sb2S3 → 2 Sb + 3 FeS. Tellurium is prepared from its oxide by dissolving it in aqueous NaOH, yielding tellurite, then by electrolytic reduction: TeO2 + 2 NaOH → Na2TeO3 + H2O; Na2TeO3 + H2O → Te + 2 NaOH + O2. Another option is reduction of the oxide by roasting with carbon: TeO2 + C → Te + CO2. Production methods for the elements less frequently recognised as metalloids involve natural processing, electrolytic or chemical reduction, or irradiation. Carbon (as graphite) occurs naturally and is extracted by crushing the parent rock and floating the lighter graphite to the surface. Aluminium is extracted by dissolving its oxide Al2O3 in molten cryolite Na3AlF6 and then by high temperature electrolytic reduction. Selenium is produced by roasting the coinage metal selenides X2Se (X = Cu, Ag, Au) with soda ash to give the selenite: X2Se + O2 + Na2CO3 → Na2SeO3 + 2 X + CO2; the selenide is neutralized by sulfuric acid H2SO4 to give selenous acid H2SeO3; this is reduced by bubbling with SO2 to yield elemental selenium. Polonium and astatine are produced in minute quantities by irradiating bismuth.

Құны

Белгілі металлоидтар мен олардың жақын көршілерінің көпшілігі күмістен арзан; тек полоний мен астатин ғана радиоактивтілігінің жоғары болуына байланысты алтыннан қымбат. 2014 жылдың 5 сәуіріне қарай, кремний, сурьма және теллур, сондай-ақ графит, алюминий және селеннің шағын үлгілерінің (100 г дейін) бағасы күмістің бағасынан шамамен үштен бір бөлігін құрайды (1 грамына 1,5 АҚШ доллары немесе 1 унциясына шамамен 45 АҚШ доллары). Бор, германий және мырыш үлгілері күмістің бағасынан шамамен үш жарым есе қымбат. Полонийдің бір микрограмы шамамен 100 долларға сатылады. Залуцкий мен Прушинский астатин өндірудің де осыған ұқсас құнына баға береді. Тауар ретінде саудаланатын тиісті элементтердің бағасы үлгі бағасынан (Ge) екі-үш есе арзан, ал (As) үш мың есе арзан болуы мүмкін.