Металлоиды: элементы с промежуточными свойствами

Введение

Химический элемент с металлическими и неметаллическими свойствами

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 – это тип химического элемента, обладающий преобладанием свойств, занимающих промежуточное положение между свойствами металлов и неметаллов, или являющихся их смесью. Не существует стандартного определения металлоида и нет полного согласия относительно того, какие элементы к ним относятся. Несмотря на отсутствие четкости, термин продолжает использоваться в химической литературе. Шесть общепризнанных металлоидов – бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур. Пять элементов реже классифицируются как металлоиды: углерод, алюминий, селен, полоний и астатин. В стандартной периодической таблице все одиннадцать элементов расположены в диагональной области p-блока, простирающейся от бора в верхнем левом углу до астатина в нижнем правом углу. Некоторые периодические таблицы содержат разделительную линию между металлами и неметаллами, и металлоиды можно найти вблизи этой линии. Типичные металлоиды имеют металлический вид, но они хрупкие и обладают лишь умеренной электропроводностью. С химической точки зрения, они ведут себя преимущественно как неметаллы. Они способны образовывать сплавы с металлами. Большинство других их физических и химических свойств носят промежуточный характер. Металлоиды обычно слишком хрупки для каких-либо конструкционных применений. Они и их соединения используются в сплавах, биологических агентах, катализаторах, антипиренах, стеклах, оптических носителях информации и оптоэлектронике, пиротехнике, полупроводниках и электронике. Электрические свойства кремния и германия позволили создать полупроводниковую промышленность в 1950-х годах и разработать твердотельную электронику с начала 1960-х годов. Изначально термин «металлоид» относился к неметаллам. Его более современное значение – категория элементов с промежуточными или гибридными свойствами – получило широкое распространение в 1940–1960 годах. Металлоиды иногда называют полуметаллами, однако эта практика не рекомендуется. «Между металлами и неметаллами в периодической таблице мы находим элементы, которые разделяют некоторые характерные свойства как металлов, так и неметаллов, что затрудняет их отнесение к какой-либо из этих двух основных категорий». «Поскольку признаки, отличающие металлы от неметаллов, носят качественный характер, некоторые элементы не однозначно относятся ни к одной из этих категорий. Эти элементы и называются металлоидами». В более широком смысле, металлоиды описываются как: «элементы, которые являются своего рода промежуточным звеном между металлами и неметаллами»; или «странные промежуточные элементы». Трудность классификации является ключевой характеристикой. Большинство элементов обладают смесью металлических и неметаллических свойств и могут быть классифицированы в зависимости от того, какой набор свойств более выражен. Только элементы, находящиеся на границе или вблизи нее и не обладающие достаточным преобладанием либо металлических, либо неметаллических свойств, классифицируются как металлоиды. Бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур общепризнанно считаются металлоидами. refn Бор иногда исключается сам по себе или вместе с кремнием. Иногда теллур не рассматривается как металлоид. Включение сурьмы, полония и астатина в список металлоидов вызывает вопросы. Другие элементы также иногда классифицируются как металлоиды. К ним относятся водород, бериллий, азот, фосфор, сера, цинк, галлий, олово, йод, свинец, висмут. Термин «металлоид» также используется для элементов, проявляющих металлический блеск и электропроводность, а также обладающих амфотерными свойствами, таких как мышьяк, сурьма, ванадий, хром, молибден, вольфрам, олово, свинец и алюминий. Металлы p-блока и неметаллы (например, углерод или азот), способные образовывать сплавы с металлами или изменять их свойства, также иногда рассматриваются как металлоиды.

Основанные на критериях

Элемент IE (ккал/моль) IE (кДж/моль) EN Структура полосы Бор 191 801 2.04 полупроводник Кремний 188 787 1.90 полупроводник Германий 182 762 2.01 полупроводник Мышьяк 226 944 2.18 полуметалл Антимон 199 831 2.05 полуметалл Теллур 208 869 2.10 полупроводник средний 199 832 2.05 Элементы, общепризнанные как металлоиды, и их энергии ионизации (IE); электроотрицательность (EN, пересмотренная шкала Полинга); и электронные структуры зон (наиболее термодинамически стабильные формы при комнатных условиях). Не существует общепринятого определения металлоида, равно как и четкого разделения периодической таблицы на металлы, металлоиды и неметаллы; Хоукс подверг сомнению возможность установления конкретного определения, отметив, что в различных попытках построения таких классификаций можно обнаружить аномалии. Шарп описал классификацию элемента как металлоида как "произвольную". Количество и состав металлоидов зависят от используемых критериев классификации. Эмсли признал четыре металлоида (германий, мышьяк, антимон и теллур); Джеймс и др. перечислили двенадцать (Эмсли плюс бор, углерод, кремний, селен, висмут, полоний, московий и ливерморий). В среднем в такие списки включают семь элементов; отдельные классификационные схемы имеют общие черты и различаются в неопределенных областях. Обычно используется один количественный критерий, такой как электроотрицательность, при этом металлоиды имеют значения электроотрицательности от 1,8 или 1,9 до 2,2. Другие примеры включают коэффициент упаковки (доля объема в кристаллической структуре, занимаемого атомами) и соотношение критерия Гольдхаммера — Герцфельда. Общепризнанные металлоиды имеют коэффициент упаковки от 34% до 41%. Коэффициент упаковки бора составляет 38%; кремния и германия – 34; мышьяка – 38,5; антимона – 41 и теллура – 36,4. Эти значения ниже, чем у большинства металлов (80% из которых имеют коэффициент упаковки не менее 68%), но выше, чем у элементов, обычно классифицируемых как неметаллы. (Галлий необычен для металла, поскольку его коэффициент упаковки составляет всего 39%). Другие примечательные значения для металлов: 42,9 для висмута и 58,5 для жидкой ртути. Коэффициенты упаковки для неметаллов: графит – 17%, сера – 19,2, йод – 23,9. Это простая мера металличности элемента, признанные металлоиды имеют значения от примерно 0,85 до 1,1 и в среднем 1,0. Другие авторы опирались, например, на атомную проводимость. Трисульфид мышьяка As2S3 использовался в старых морских сигнальных огнях; в фейерверках для создания белых звезд; в смесях для создания желтого дымового экрана; и в инициаторных составах. Трисульфид антимона Sb2S3 содержится в фейерверках с белым светом и в смесях для создания вспышек и звуковых эффектов. Теллур использовался в замедляющих составах и в инициаторах детонаторов. Углерод, алюминий, фосфор и селен продолжают эту тему. Углерод в виде черного пороха является компонентом ракетного топлива для фейерверков, взрывчатых зарядов и эффектов, а также военных замедлителей и зажигателей. Алюминий является распространенным пиротехническим ингредиентом, в том числе в термитных смесях. Фосфор можно найти в дымовых и зажигательных боеприпасах, бумажных колпачках, используемых в игрушечных пистолетах, и хлопушках. Селен использовался аналогично теллуру. Некоторые свойства бора ограничили его использование в качестве полупроводника. Он имеет высокую температуру плавления, получение монокристаллов относительно затруднено, а введение и удержание контролируемых примесей – сложная задача. Кремний является ведущим коммерческим полупроводником; он лежит в основе современной электроники (включая стандартные солнечные элементы) и информационно-коммуникационных технологий. Это произошло, несмотря на то, что изучение полупроводников в начале 20-го века считалось "физикой грязи" и не заслуживало особого внимания. Германий в значительной степени был заменен кремнием в полупроводниковых устройствах, поскольку он дешевле, более устойчив при более высоких рабочих температурах и легче обрабатывается в процессе микроэлектронного производства. Германий по-прежнему является компонентом полупроводниковых кремниево-германиевых "сплавов", и их использование растет, особенно для устройств беспроводной связи; такие сплавы используют более высокую подвижность носителей заряда германия. В 2014 году было сообщено о разработке анода на основе германиевого провода, который более чем вдвое увеличивает емкость литий-ионных батарей. В том же году Ли и др. сообщили, что дефектные кристаллы графена, достаточно большие для использования в электронике, можно выращивать и удалять с германиевой подложки. Мышьяк и антимон не являются полупроводниками в их стандартном состоянии. Оба образуют полупроводники типа III-V (такие как GaAs, AlSb или GaInAsSb), в которых среднее число валентных электронов на атом такое же, как у элементов группы 14. Эти соединения предпочтительны для некоторых специальных применений. Нанокристаллы антимона могут позволить заменить литий-ионные батареи более мощными натрий-ионными батареями. Теллур, который является полупроводником в своем стандартном состоянии, в основном используется в качестве компонента полупроводниковых халькогенидов типа II-VI; они находят применение в электрооптике и электронике. Теллурид кадмия (CdTe) используется в солнечных модулях благодаря высокой эффективности преобразования, низкой стоимости производства и широкой ширине запрещенной зоны в 1,44 эВ, что позволяет ему поглощать широкий спектр длин волн. Пять металлоидов – бор, кремний, германий, мышьяк и антимон – можно найти в мобильных телефонах (наряду как минимум с 39 другими металлами и неметаллами). Ожидается, что теллур также найдет такое применение. Среди менее признанных металлоидов фосфор, галлий (в частности) и селен имеют полупроводниковые применения. Фосфор используется в следовых количествах в качестве легирующей примеси для полупроводников n-типа. Коммерческое использование соединений галлия доминирует в полупроводниковых приложениях – в интегральных схемах, мобильных телефонах, лазерных диодах, светодиодах, фотодетекторах и солнечных элементах. Селен используется в производстве солнечных элементов и в высоковольтных ограничителях перенапряжения. Бор, кремний, германий, антимон и теллур, а также более тяжелые металлы и металлоиды, такие как Sm, Hg, Tl, Pb, Bi и Se, можно найти в топологических изоляторах. Это сплавы или соединения, которые при сверхнизких температурах или комнатной температуре (в зависимости от их состава) являются металлическими проводниками на своей поверхности, но изоляторами внутри. Арсенид кадмия Cd3As2 при температуре около 1 К является дираковским полуметаллом – объемным электронным аналогом графена – в котором электроны эффективно перемещаются как безмассовые частицы. Считается, что эти два класса материалов имеют потенциальные применения в квантовых вычислениях.

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.

Производные и другие названия

Слово "металлоид" происходит от латинского *metallum* ("металл") и греческого *oeides* ("похожий по форме или внешнему виду"). Ряд названий иногда используется как синонимы, хотя некоторые из них имеют и другие значения, не всегда взаимозаменяемые: амфотерный элемент, пограничный элемент, полуметалл, промежуточный элемент, почти металл, мета-металл, полупроводник, полуметалл и субметалл. "Амфотерный элемент" иногда используется в более широком смысле, включая переходные металлы, способные образовывать оксианионы, такие как хром и марганец. "Полуметалл" в физике используется для обозначения соединения (например, диоксида хрома) или сплава, который может выступать в роли проводника и изолятора. "Мета-металл" иногда используется вместо этого для обозначения определенных металлов (Be, Zn, Cd, Hg, In, Tl, β Sn, Pb), расположенных непосредственно слева от металлоидов в стандартной периодической таблице, и характеризующихся искаженной кристаллической структурой, низкими значениями электрической проводимости, характерными для металлов, и амфотерными (слабоосновными) оксидами. "Полуметалл" иногда, в широком или строгом смысле, относится к металлам с неполноценными металлическими свойствами в кристаллической структуре, электрической проводимости или электронной структуре. Примерами служат галлий, иттербий, висмут и нептуний. Названия "амфотерный элемент" и "полупроводник" являются проблематичными, поскольку некоторые элементы, классифицируемые как металлоиды, не проявляют выраженных амфотерных свойств (например, висмут) или полупроводниковой проводимости (например, полоний). С середины XX века этот термин используется для обозначения химических элементов, занимающих промежуточное или пограничное положение. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) ранее рекомендовал отказаться от термина "металлоид" в пользу термина "полуметалл". Однако в последнее время использование последнего термина было не рекомендовано Аткинсом и др., поскольку в физике оно имеет иное значение – более конкретно относящееся к электронной зонной структуре вещества, а не к общей классификации элемента. В последних публикациях IUPAC по номенклатуре и терминологии отсутствуют какие-либо рекомендации относительно использования терминов "металлоид" или "полуметалл".

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.

Элементы, обычно признаваемые как металлоиды

Свойства, указанные в этом разделе, относятся к элементам в их наиболее термодинамически стабильных состояниях при нормальных условиях.

Бор

thumb|right|Бор, показанный здесь в форме своей β-ромбоэдрической фазы (его наиболее термодинамически стабильного аллотропа)|alt=Несколько десятков небольших угловатых фигур, похожих на камни, серых с разбросанными серебристыми вкраплениями и бликами. Чистый бор – блестящее, серебристо-серое кристаллическое твердое вещество. Он менее плотный, чем алюминий (2,34 против 2,70 г/см3), и твердый, но хрупкий. В нормальных условиях он практически не реагирует, за исключением воздействия фтора, и имеет температуру плавления 2076 °C (для сравнения, у стали ~1370 °C). Бор является полупроводником; его электрическая проводимость при комнатной температуре составляет 1,5 × 10−6 С·см−1 (примерно в 200 раз меньше, чем у водопроводной воды), а ширина запрещенной зоны составляет около 1,56 эВ. Менделеев отмечал, что "бор встречается в свободном состоянии в нескольких формах, занимающих промежуточное положение между металлами и неметаллами". Структурная химия бора определяется его малым атомным размером и относительно высокой энергией ионизации. При наличии всего трех валентных электронов на атом бора, простая ковалентная связь не может удовлетворить правило октета. Металлическая связь обычно наблюдается у более тяжелых аналогов бора, но для этого обычно требуется низкая энергия ионизации. Вместо этого, благодаря своему малому размеру и высокой энергии ионизации, основным структурным элементом бора (и почти всех его аллотропов) является икосаэдрический кластер B12. Из 36 электронов, связанных с 12 атомами бора, 26 находятся в 13 делокализованных молекулярных орбиталях; остальные 10 электронов используются для образования двух- и трехцентровых ковалентных связей между икосаэдрами. Тот же мотив, а также дельтаэдрические варианты или фрагменты, можно наблюдать в металлических боридах и гидридных производных, а также в некоторых галогенидах. Связь в боре описывается как характерная для поведения, промежуточного между металлами и неметаллическими ковалентными сетчатыми твердыми телами (такими как алмаз). Энергия, необходимая для превращения B, C, N, Si и P из неметаллического в металлическое состояние, была оценена в 30, 100, 240, 33 и 50 кДж/моль соответственно. Это указывает на близость бора к границе металл-неметалл. Большая часть химии бора носит неметаллический характер. Небольшой размер атома бора позволяет получать множество боридов типа интерстициальных сплавов. Аналогии между бором и переходными металлами были отмечены при образовании комплексов и аддуктов (например, BH3 + CO → BH3CO и, аналогично, Fe(CO)4 + CO → Fe(CO)5), а также в геометрических и электронных структурах кластерных видов, таких как [B6H6]2− и [Ru6(CO)18]2−. Водная химия бора характеризуется образованием множества различных полиборатных анионов. Учитывая высокое отношение заряда к размеру, бор образует ковалентные связи почти во всех своих соединениях; исключением являются бориды, поскольку они включают, в зависимости от их состава, ковалентные, ионные и металлические компоненты связи. Простые бинарные соединения, такие как трихлорид бора, являются кислотами Льюиса, поскольку образование трех ковалентных связей оставляет вакансию в октете, которую может заполнить электронная пара, пожертвованная основанием Льюиса. Он является слабым кислотным катализатором и стеклообразователем. Органометаллические соединения бора известны с XIX века (см. органоборовая химия).

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

Кремний имеет голубовато-серый металлический блеск. Кремний — кристаллическое твердое вещество с голубовато-серым металлическим блеском. Как и бор, он менее плотный (2,33 г/см³) чем алюминий, и твердый, но хрупкий. Это относительно неактивный элемент. Массивная кристаллическая форма (особенно в чистом виде) «поразительно инертна ко всем кислотам, включая плавиковую». Менее чистый кремний и порошкообразная форма подвержены воздействию сильных или нагретых кислот, а также пара и фтора. Кремний растворяется в горячих водных щелочах с выделением водорода, как и такие металлы, как бериллий, алюминий, цинк, галлий или индий. Он плавится при 1414 °C. Кремний является полупроводником с электрической проводимостью 10⁻⁴ С·см⁻¹ и шириной запрещенной зоны около 1,11 эВ. При плавлении кремний становится неплохим металлом с электрической проводимостью 1,0–1,3 × 10⁴ С·см⁻¹, сравнимой с проводимостью жидкой ртути. Химия кремния в основном неметаллическая (ковалентная) по своей природе. Неизвестно, образует ли он катион. Жидкий сурьма — металлический проводник с электрической проводимостью около 5,3 × 10⁴ С·см⁻¹. Большая часть химии сурьмы характерна для неметалла. Сурьма обладает определенной катионной химией, SbO⁺ и Sb(OH)₂⁺ присутствуют в кислых водных растворах; соединение Sb₈(GaCl₄)₂, содержащее гомополикатион Sb₈²⁺, было получено в 2004 году. Она может образовывать сплавы с одним или несколькими металлами, такими как алюминий, железо, никель, медь, цинк, олово, свинец и висмут. Сурьма имеет меньшую склонность к анионному поведению, чем обычные неметаллы. Трехзаряженный сурьма — амфотерный; пятизаряженный сурьма — (преимущественно) кислотный. В соответствии с увеличением металлического характера в группе 15, сурьма образует соли, включая ацетат Sb(CH₃CO₂)₃, фосфат SbPO₄, сульфат Sb₂(SO₄)₃ и перхлорат Sb(ClO₄)₃. В противном случае кислотный пентоксид Sb₂O₅ проявляет некоторое основное (металлическое) поведение, поскольку он может растворяться в сильнокислых растворах с образованием оксикатиона SbO. Оксид Sb₂O₃ является полимерным и стеклообразующим.

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.

Теллур

Теллурий, описанный Дмитрием Менделеевым как образующий переход между металлами и неметаллами. Теллур — серебристо-белое блестящее твердое вещество. Плотность составляет 6,24 г/см³, он хрупок и является самым мягким из общепризнанных металлоидов, немного тверже серы. Он вступает в реакцию (в различной степени) с азотной, серной и соляной кислотами, образуя соединения, такие как сульфоксид TeSO₃ или теллуристая кислота H₂TeO₃, основной нитрат (Te₂O₄H)⁺(NO₃)⁻ или оксид-сульфат Te₂O₃(SO₄). Он растворяется в кипящих щелочах с образованием телурита и телурида: 3 Te + 6 KOH = K₂TeO₃ + 2 K₂Te + 3 H₂O — реакция, которая протекает или является обратимой при повышении или понижении температуры. При более высоких температурах теллур становится достаточно пластичным для экструзии. Он плавится при 449,51 °C. Кристаллическая структура теллура состоит из параллельных бесконечных спиральных цепей. Связь между соседними атомами в цепи ковалентная, однако имеются данные о слабом металлическом взаимодействии между соседними атомами разных цепей. Теллур — полупроводник с электрической проводимостью около 1,0 С·см⁻¹ и шириной запрещенной зоны от 0,32 до 0,38 эВ. Расплавленный теллур также является полупроводником, с электрической проводимостью при плавлении около 1,9 × 10³ С·см⁻¹. Большая часть химии теллура характерна для неметалла. Он проявляет некоторое катионное поведение. Диоксид растворяется в кислоте с образованием тригидроксотеллурия(IV) Te(OH)₃⁺; красные ионы Te₄²⁺ и желто-оранжевые ионы Te₆²⁺ образуются при окислении теллура фторсульфоновой кислотой (HSO₃F) или жидким диоксидом серы (SO₂). Он может образовывать сплавы с алюминием, серебром и оловом. Теллур проявляет меньшую склонность к анионному поведению, чем обычные неметаллы. Увеличение металлического характера, наблюдаемое у теллура по сравнению с более легкими халькогенами, также отражается в сообщениях об образовании различных других кислороднокислых солей, таких как основной селенат 2TeO₂·SeO₃ и аналогичные перхлорат и периодат 2TeO₂·HXO₄. Теллур образует полимерный…

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,

Углерод

Углерод (в виде графита). Делокализованные валентные электроны в слоях графита придают ему металлический вид. Углерод обычно классифицируется как неметалл, но обладает некоторыми металлическими свойствами и иногда классифицируется как металлоид. Гексагональный графитовый углерод (графит) является наиболее термодинамически стабильным аллотропом углерода при обычных условиях. Он имеет блестящий вид и является достаточно хорошим проводником электричества. Графит имеет слоистую структуру. Каждый слой состоит из атомов углерода, связанных с тремя другими атомами углерода в гексагональной решетке. Слои уложены вместе и слабо связаны силами Ван-дер-Ваальса и делокализованными валентными электронами. Подобно металлу, электропроводность графита в направлении плоскостей уменьшается с повышением температуры; он имеет электронную зонную структуру полуметалла. Углерод может образовывать ионные соли, включая гидросульфат, перхлорат и нитрат (CX−.2HX, где X = HSO4, ClO4; и CNO.3HNO3). В органической химии углерод может образовывать сложные катионы, называемые карбокатионами, в которых положительный заряд локализован на атоме углерода; примерами являются CH3+ и CH5+, а также их производные. Углерод хрупкий и проявляет свойства полупроводника в направлении, перпендикулярном его плоскостям. Он обладает относительно высокой энергией ионизации и, по сравнению с большинством металлов, относительно высокой электроотрицательностью. Углерод может образовывать анионы, такие как C4− (метанид), C (ацетилид) и C (сесквикарбид или аллиленид), в соединениях с металлами главных групп 1–3, а также с лантаноидами и актиноидами. Его оксид CO2 образует угольную кислоту H2CO3.

Алюминий

Высокочистый алюминий намного мягче, чем его привычные сплавы. Люди, впервые берущие его в руки, часто спрашивают, настоящий ли это алюминий. Обычно алюминий классифицируется как металл. Он блестящий, ковкий и пластичный, обладает высокой электрической и теплопроводностью. Как и большинство металлов, он имеет плотную кристаллическую структуру и образует катион в водном растворе. Однако он обладает некоторыми необычными для металла свойствами; в совокупности они иногда служат основанием для классификации алюминия как полуметалла. Его кристаллическая структура демонстрирует признаки направленной связи. В большинстве соединений алюминий образует ковалентные связи. Оксид Al2O3 является амфотерным и потенциальным стеклообразователем. Классификация алюминия как полуметалла вызывает споры из-за его многочисленных металлических свойств. Таким образом, можно утверждать, что он является исключением из правила, согласно которому элементы, расположенные вблизи границы между металлами и неметаллами, являются полуметаллами. Стотт называет алюминий слабым металлом. Он обладает физическими свойствами металла, но некоторыми химическими свойствами неметалла. Стил отмечает парадоксальное химическое поведение алюминия: «Он похож на слабый металл своим амфотерным оксидом и ковалентным характером многих его соединений, но при этом является высокоэлектроположительным металлом с высоким отрицательным электродным потенциалом». Муди утверждает, что «алюминий находится на «диагональной границе» между металлами и неметаллами в химическом смысле».

Селен

Селен, будучи фотопроводником, проводит электричество примерно в 1000 раз лучше при освещении, свойство, которое используется в различных светочувствительных приложениях с середины 1870-х годов. Куски селена выглядят как крошечные вогнутые серые "кнопки", напоминающие маленькие грибы без ножек. Селен проявляет пограничное металлическое или неметаллическое поведение. Его наиболее стабильная форма – серый тригональный аллотроп – иногда называют "металлическим" селеном из-за того, что его электрическая проводимость на несколько порядков выше, чем у красной моноклинной формы. Металлический характер селена подтверждается также его блеском и кристаллической структурой, которая, как считается, включает в себя слабые "металлические" связи между цепями. Расплавленный и вязкий селен можно вытягивать в тонкие нити. Он проявляет нежелание приобретать "высокие положительные степени окисления, характерные для неметаллов". В олеуме (свойство, общее с серой и теллуром) он способен образовывать циклические поликатионы (например, Se₈), а также гидролизованную катионную соль – тригидроксоселен(IV) перхлорат [Se(OH)₃]⁺·ClO₄. Неметаллический характер селена проявляется в его хрупкости, которая сопоставима или даже ниже, чем у брома (7,95 С•см⁻¹), типичного неметалла. Селен обладает электронной зонной структурой полупроводника и сохраняет свои полупроводниковые свойства в жидком состоянии. Электроотрицательность (2,55 по пересмотренной шкале Полинга). Его реакционная способность в основном определяется его неметаллическими анионными формами Se²⁻, SeO и SeO₂. В литературе по экологической химии селен обычно классифицируется как металлоид. Он перемещается в водной среде аналогично мышьяку и сурьме, а его водорастворимые соли в высоких концентрациях обладают схожим токсикологическим профилем с мышьяком.

Полоний

Полоний в некотором смысле "явно металлический". Обе его аллотропные формы являются металлическими проводниками. Известно множество солей полония. Оксид PoO2 преимущественно проявляет основные свойства. Полоний неохотно выступает в качестве окислителя, в отличие от его самого лёгкого аналога, кислорода: для образования аниона Po2− в водном растворе требуются сильно восстановительные условия. Неясно, обладает ли полоний пластичностью или хрупкостью. Согласно расчёту его упругих констант, предполагается, что он пластичен. Он имеет простую кубическую кристаллическую структуру. Такая структура имеет мало плоскостей скольжения и "приводит к очень низкой пластичности и, следовательно, к низкой сопротивляемости разрушению". Полоний проявляет неметаллические свойства в своих галогенидах и в существовании полонидов. Галогениды обладают свойствами, обычно характерными для галогенидов неметаллов (летучестью, лёгкостью гидролиза и растворимостью в органических растворителях). Также известны многие металлические полониды, полученные нагреванием элементов вместе при 500–1000 °C и содержащие анион Po2−.

Астатин

Как галоген, астатин обычно классифицируется как неметалл. Он обладает некоторыми выраженными металлическими свойствами и иногда классифицируется как металлоид или (реже) как металл. Сразу после его получения в 1940 году, первые исследователи считали его металлом. В 1949 году он был назван наиболее благородным (трудно восстанавливаемым) неметаллом, а также относительно благородным (трудно окисляющимся) металлом. В 1950 году астатин был описан как галоген и, следовательно, реакционноспособный неметалл. В 2013 году, на основе релятивистского моделирования, было предсказано, что астатин является моноатомным металлом с гранецентрированной кубической кристаллической структурой. Ряд авторов отмечали металлический характер некоторых свойств астатина. Поскольку йод является полупроводником в направлении своих плоскостей, а галогены становятся более металлическими с увеличением атомного номера, предполагается, что астатин был бы металлом, если бы мог образовывать конденсированную фазу. Астатин может быть металлическим в жидком состоянии, поскольку элементы с энтальпией парообразования (∆Hvap) более ~42 кДж/моль являются металлическими в жидком состоянии. К таким элементам относятся бор, кремний, германий, сурьма, селен и теллур. Оценочные значения ∆Hvap для двухатомного астатина составляют 50 кДж/моль и выше; двухатомный йод с ∆Hvap 41,71 находится лишь немного ниже порогового значения. "Как и типичные металлы, он [астатин] осаждается сероводородом даже из сильнокислых растворов и вытесняется в свободном виде из сульфатных растворов; он осаждается на катоде при электролизе". Дальнейшие признаки склонности астатина вести себя как (тяжелый) металл: "образование псевдогалогенидных соединений, комплексов катионов астатина, комплексных анионов трехвалентного астатина, а также комплексов с различными органическими растворителями". Также утверждается, что астатин проявляет катионное поведение в виде стабильных форм At+ и AtO+ в сильнокислых водных растворах. Некоторые из заявленных свойств астатина не являются металлическими. Было экстраполировано, что он имеет узкий диапазон существования в жидком состоянии, обычно связанный с неметаллами (температура плавления 302 °C; температура кипения 337 °C), хотя экспериментальные данные указывают на более низкую температуру кипения около 230±3 °C. Батсанов приводит расчетную ширину запрещенной зоны для астатина в 0,7 эВ; это согласуется с тем, что неметаллы (в физике) имеют разделенные валентную и проводящую зоны и, следовательно, являются полупроводниками или изоляторами. Химия астатина в водном растворе в основном характеризуется образованием различных анионных видов. Большинство его известных соединений напоминают соединения йода, который является галогеном и неметаллом. К таким соединениям относятся астатиды (XAt), астататы (XAtO3) и одновалентные интергалогенные соединения. Рестрепо и др. сообщили, что астатин оказался больше похожим на полоний, чем на галоген, основываясь на детальных сравнительных исследованиях известных и интерполированных свойств 72 элементов.

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.

Близкие металлоиды

Кристаллы йода, демонстрирующие металлический блеск. Йод является полупроводником в направлении своих плоскостей, с шириной запрещенной зоны около 1,3 эВ. Его электрическая проводимость составляет 1,7 × 10−8 См⋅см−1 при комнатной температуре. Это выше, чем у селена, но ниже, чем у бора, наименее электропроводного из известных металлоидов. В периодической таблице некоторые элементы, соседствующие с общепризнанными металлоидами, хотя обычно классифицируются как металлы или неметаллы, иногда называют почти металлоидами или отмечают их металлоидные свойства. Слева от границы металл-неметалл находятся галлий, олово и висмут, характеризующиеся выраженной ковалентной химией (молекулярной или полимерной) и амфотерностью. Справа от этой границы расположены углерод, фосфор, селен и йод. Они проявляют металлический блеск, полупроводниковые свойства, а селен существует в форме серого селена.

Аллотропы

Белый олово (слева) и серый олово (справа). Обе формы имеют металлический вид. Изображение: множество мелких, блестящих, серебристых сфер слева; множество сфер того же размера справа тусклее и темнее, чем слева, и обладают приглушенным металлическим блеском. Различные кристаллические формы элемента называются аллотропами. Некоторые аллотропы, особенно элементы, расположенные (в терминах периодической таблицы) вдоль или вблизи условной разделительной линии между металлами и неметаллами, проявляют более выраженные металлические, металлоидные или неметаллические свойства, чем другие. Существование таких аллотропов может осложнить классификацию соответствующих элементов. Олово, например, имеет два аллотропа: тетрагональный "белый" β-олово и кубический "серый" α-олово. Белый олово – очень блестящий, пластичный и ковкий металл. Это стабильная форма при комнатной температуре и выше, с электрической проводимостью 9,17 × 10⁴ С·см⁻¹ (~1/6 от проводимости меди). Серый олово обычно выглядит как серый микрокристаллический порошок, но также может быть получен в виде хрупких, полуметаллических кристаллических или поликристаллических форм. Это стабильная форма ниже 13,2 °C, с электрической проводимостью от (2–5) × 10² С·см⁻¹ (~1/250 от проводимости белого олова). Серый олово имеет ту же кристаллическую структуру, что и алмаз. Он ведет себя как полупроводник (как если бы у него была запрещенная зона 0,08 эВ), но обладает электронной зонной структурой полуметалла. Его описывают как очень плохой металл, металлоид, неметалл или близкий к металлоиду. Алмазная аллотропная модификация углерода явно неметаллическая, так как является прозрачным и имеет низкую электрическую проводимость от 10⁻¹⁴ до 10⁻¹⁶ С·см⁻¹. Графит имеет электрическую проводимость 3 × 10⁴ С·см⁻¹, что более характерно для металла. Фосфор, сера, мышьяк, селен, сурьма и висмут также имеют менее стабильные аллотропы, демонстрирующие различные свойства.

Количество, добыча и стоимость

Z элемент Грамм/тонна8 Кислород 461 00014 Кремний 282 00013 Алюминий 82 30026 Железо 56 3006 Углерод 20029 Медь 605 Бор 1033 Мышьяк 1.832 Германий 1.547 Серебро 0.07534 Селен 0.0551 Сурьма 0.0279 Золото 0.00452 Теллур 0.00175 Рений 0.00000000077×10−1054 Ксенон 0.000000000033×10−1184 Полоний 0.00000000000000022×10−1685 Астатин 0.0000000000000000033×10−20

Изобилие

В таблице приведены концентрации в земной коре элементов, которые обычно или редко классифицируются как полуметаллы. Для сравнения включены также другие элементы: кислород и ксенон (наиболее и наименее распространенные элементы, имеющие стабильные изотопы); железо и благородные металлы – медь, серебро и золото; и рений, наименее распространенный стабильный металл (алюминий обычно является наиболее распространенным металлом). Различные оценки концентраций были опубликованы, и они часто в некоторой степени различаются.

Экстракция

Признанные металлоиды могут быть получены химическим восстановлением их оксидов или сульфидов. В зависимости от исходной формы и экономических факторов могут применяться более простые или более сложные методы извлечения. Бор обычно получают восстановлением триоксида магнием: B2O3 + 3 Mg → 2 B + 3MgO; после вторичной обработки полученный коричневый порошок имеет чистоту до 97%. Бор более высокой чистоты (> 99%) получают нагреванием летучих соединений бора, таких как BCl3 или BBr3, либо в атмосфере водорода (2 BX3 + 3 H2 → 2 B + 6 HX), либо до точки термического разложения. Кремний и германий получают из их оксидов нагреванием оксида с углеродом или водородом: SiO2 + C → Si + CO2; GeO2 + 2 H2 → Ge + 2 H2O. Мышьяк выделяют из пирита (FeAsS) или арсенопирита (FeAs2) нагреванием; альтернативно, его можно получить из оксида восстановлением углеродом: 2 As2O3 + 3 C → 2 As + 3 CO2. Сурьму получают из сульфида восстановлением железом: Sb2S3 → 2 Sb + 3 FeS. Теллур получают из его оксида путем растворения его в водном растворе NaOH с образованием теллурита, а затем электролитическим восстановлением: TeO2 + 2 NaOH → Na2TeO3 + H2O; Na2TeO3 + H2O → Te + 2 NaOH + O2. Другой способ – восстановление оксида путем прокаливания с углеродом: TeO2 + C → Te + CO2. Методы получения элементов, которые реже признаются металлоидами, включают природную переработку, электролитическое или химическое восстановление, или облучение. Углерод (в виде графита) встречается в природе и извлекается путем измельчения исходной породы и флотации более легкого графита на поверхность. Алюминий извлекают путем растворения его оксида Al2O3 в расплавленном криолите Na3AlF6 и последующим электролитическим восстановлением при высокой температуре. Селен получают прокаливанием селенидов благородных металлов X2Se (X = Cu, Ag, Au) с карбонатом натрия, образуя селенит: X2Se + O2 + Na2CO3 → Na2SeO3 + 2 X + CO2; селенид нейтрализуют серной кислотой H2SO4 с образованием селенистой кислоты H2SeO3; ее восстанавливают барботированием SO2 для получения элементарного селена. Полоний и астатин производят в незначительных количествах путем облучения висмута.

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.

Стоимость

Признанные металлоиды и их ближайшие соседи в большинстве своем стоят дешевле серебра; только полоний и астатин дороже золота из-за их высокой радиоактивности. По состоянию на 5 апреля 2014 года, цены на небольшие образцы (до 100 г) кремния, сурьмы и теллура, а также графита, алюминия и селена, в среднем составляют около трети стоимости серебра (1,5 доллара США за грамм, или около 45 долларов за унцию). Образцы бора, германия и мышьяка в среднем стоят примерно в три с половиной раза дороже серебра. Полоний доступен по цене около 100 долларов за микрограмм. Залуцкий и Прушинский оценивают сопоставимую стоимость производства астатина. Цены на соответствующие элементы, торгуемые в качестве сырьевых товаров, как правило, варьируются от двух до трех раз ниже цены образца (Ge) до почти в три тысячи раз ниже (As).