Metalloidi: caratteristiche, proprietà e usi

Metalloidi o semimetalli sono un gruppo di elementi chimici con proprietà fisiche e chimiche intermedie tra metalli e non metalli. La maggior parte dei ricercatori chimici accetta i seguenti elementi chimici come metalloidi: boro, silicio, arsenico, germanio, antimonio e tellurio (verde nell'immagine sotto).

Tuttavia, un gruppo più ristretto di ricercatori aggiunge polone, astato (blu) e selenio (rosa) ai metalloidi.

Anche, sulla base di alcune proprietà, suggeriscono che gli elementi chimici carbonio e alluminio (giallo) dovrebbero anche essere considerati come metalloidi.

Principali caratteristiche dei metalloidi

Situazione nella tavola periodica

I metalloidi si trovano nella tavola periodica in una diagonale discendente tra le colonne 13, 14, 15, 16 e 17, a cominciare dal boro nell'angolo in alto a sinistra e termina con l'astato nell'angolo in basso a destra.

I metalli si trovano a sinistra dei metalloidi e dei non metalli alla loro destra; quindi, rappresentano il confine tra entrambi i tipi di materia.

Formano leghe con metalli

I metalloidi formano leghe con metalli e reagiscono con i non metalli, ad esempio con ossigeno, zolfo e alogeni.

Semiconduttori elettrici

Per la maggior parte sono considerati semiconduttori elettrici, essendo la loro conduttanza dipendente dalla temperatura. A basse temperature la conduttanza elettrica è bassa, quindi fungono da isolanti elettrici, ma man mano che aumentano la loro capacità di condurre l'elettricità aumenta.

Base dell'industria elettronica

I semiconduttori sono la base dello sviluppo dell'industria elettronica, oltre a quello del calcolo e dell'informatica. Inoltre, l'applicazione che è stata fatta di silicio è stata molto utile in questo campo.

Stati allotropi

I metalloidi hanno diversi stati allotropici (diverse forme cristalline); Ad esempio, l'arsenico ha cristalli neri, gialli o grigi.

In natura non si trovano solitamente come elementi chimici puri, ma piuttosto associati o formano aggregati in minerali insieme a piombo, zolfo, ferro, ecc.

Proprietà fisiche e chimiche

Proprietà fisiche

Appaiono come solidi luminosi. In questo aspetto assomigliano ai metalli. Sono fragili e non molto elastici, quindi non possono essere allungati in forma di filo, cioè non sono molto duttili. Inoltre, la sua trasformazione in fogli è difficile, così che i metalloidi non sono molto malleabili.

Sono in grado di condurre elettricità e temperatura anche se in misura minore rispetto ai metalli. All'interno dei metalloidi ci sono elementi chimici che, in base alla loro struttura a bande, sono classificati come semiconduttori.

Questo gruppo è costituito da boro, silicio, germanio e antimonio. L'arsenico e il tellurio sono classificati come semimetali.

Punti di fusione

Boro 2.076º C; Silicio 1.414º C; Germanio 938, 25 C; Arsenico 817º C; Antimonio 630, 13 ° C; Tellurio 449, 51º C e polonio 254º C.

Punti di ebollizione

Boro 3.927º C; Silicio 3, 265 ° C; Germanio 2, 833º C; Arsenico 614º C; Antimonio 1, 587 ° C; Telurio 988º C e Polonio 962º C.

densità

Boro 2, 34 g / cm3: silicio 2, 33 g / cm3; Germanio 5.323 g / cm3; Arsenico 5.727; Antimonio 6, 697 g / cm3; Telurio 6, 24 g / cm3 e polonio 9, 32 g / cm3.

Proprietà chimiche

Si comportano in modo simile ai non-metalli, formano ossacidi come SiO ₂ e hanno un comportamento anfotero. I metalloidi possono comportarsi come un acido o una base a seconda del pH del terreno.

applicazioni

A proposito di esseri viventi

- L'arsenico è usato in agricoltura come insetticida ed erbicida. Inoltre, è usato per posizionarlo come una soluzione di polvere o liquido sui bovini per eliminare insetti e parassiti dall'animale. L'arseniato di calcio viene utilizzato per eliminare il punteruolo dalla capsula di cotone.

-L'arsenico è usato come conservante del legno a causa della sua tossicità per insetti e funghi.

-Arsenico è usato nel trattamento della leucemia promielocitica acuta, un tipo di tumore del sangue. È utilizzato nello sviluppo della soluzione Fowler per l'uso nel trattamento della psoriasi. Un isotopo radioattivo di arsenico (74As) viene utilizzato nella localizzazione di tumori cancerosi presenti nel corpo umano.

-Arsenico fa parte di Melarsoprol, un medicinale utilizzato nel trattamento della tripanosomiasi africana umana. Malattia parassitaria trasmessa dalla mosca tse-tse.

- L'ossido di tellurio è stato usato nel trattamento della dermatite seborroica. Allo stesso modo, altri composti del tellurio sono usati come agenti antimicrobici.

Il boro, sotto forma di acido borico, è usato come un leggero antisettico negli occhi, nel naso e nella gola.

In bicchieri e smalti

-Il tellurio viene utilizzato nella produzione di occhiali blu, marroni e rossi. Il metalloide può depositarsi elettroliticamente sull'argento producendo una finitura nerastra.

L'antimonio è usato per dare una tonalità gialla agli occhiali e agli smalti. Il boro viene utilizzato nella produzione di bicchieri e ceramiche. In particolare, il vetro borosilicato è resistente alle variazioni di temperatura, motivo per cui viene utilizzato nei laboratori per reazioni chimiche e distillazioni.

-In casa puoi cuocere il cibo usando vetro borosilicato, senza rompere gli utensili usati.

-Il silicio è la base principale dell'industria del vetro, intervenendo nella fabbricazione di quasi tutti gli oggetti in vetro.

- L'ossido di germanio viene utilizzato nella produzione degli obiettivi di fotocamere e obiettivi di microscopi. Inoltre, viene utilizzato nello sviluppo del nucleo di fibre ottiche di molte applicazioni.

Nella produzione di materiali di qualità superiore

-L'arsenico forma leghe con piombo producendo una diminuzione nel punto di fusione dello stesso. Ciò causa una maggiore durezza nella lega utilizzata nella produzione di pallini

- L'aggiunta di una quantità di tellurio tra lo 0, 1% e lo 0, 6% di una lega di piombo aumenta la sua resistenza alla corrosione e alla trazione con un aumento della flessibilità. Il tellurio viene solitamente aggiunto alla ghisa per produrre un indurimento dello strato superficiale delle parti indurite.

- L'antimonio viene utilizzato in leghe per produrre cuscinetti, piastre di accumulo e materiale di stampa.

-Il silicio è utilizzato nella produzione di leghe con maggiore resistenza agli acidi. È il caso di Durirón, che contiene il 14% di silicio.

La lega di silicio, ferro e alluminio viene utilizzata per la produzione di parti di grande durezza, utilizzate nell'industria automobilistica.

-L'arsenico forma leghe con platino e rame per aumentarne la resistenza alla corrosione. Allo stesso modo, l'arsenico viene aggiunto all'alfa-ottone per aumentare la resistenza allo zinco. Questo tipo di ottone viene utilizzato nella produzione di materiali accessori per l'idraulica.

In elettronica e informatica

-Metalloidi sono usati come semiconduttori nell'industria elettronica e informatica. In questo senso, il silicio è il leader nel commercio di semiconduttori che costituisce la base dell'elettronica e dell'informatica moderna. Il silicio e i suoi derivati ​​sono utilizzati in computer, trasduttori, celle solari e schermi LCD.

-Il tellurio è un semiconduttore che ha applicazioni nell'elettro-ottica e nell'elettronica.

- Il germanio è un metalloide semiconduttore che viene utilizzato insieme al silicio nei circuiti integrati ad alta velocità per migliorarne le prestazioni. Sebbene il germanio abbia spostato il silicio in una certa misura nella sua funzione di semiconduttore, il suo utilizzo è stato migliorato nella produzione di chip miniaturizzati.

- Il germanio è utilizzato nello sviluppo di pannelli solari. Persino i robot esploratori del pianeta Marte contengono germanio nelle loro celle solari. Inoltre, il germanio è utilizzato nella fabbricazione di radar.

Azione protettiva dei metalloidi

Il boro e i suoi composti correlati conferiscono una grande resistenza ai materiali di cui è parte. Questo consente il suo utilizzo nella creazione di strutture spaziali. Inoltre, sono utilizzati nella realizzazione di mazze da golf e canne da pesca.

L'azione protettiva del carburo di boro è utilizzata come barriere di controllo nei reattori nucleari, limitando la perdita di materiale radioattivo. Inoltre, il carburo di boro viene utilizzato nei giubbotti antiproiettile e nelle armature dei carri armati.

Il biossido di silicio e il silicio, sotto forma di argilla o sabbia, sono componenti importanti di mattoni, cemento e cemento, utilizzati in diverse forme di costruzione.

altrui

-Il solfuro di antimonio è usato nei fuochi d'artificio e nelle lampade di tipo flash delle fotocamere.

- Il boro fa parte dei magneti al neodimio.

-Il silicone, un polimero derivato dal silicio, viene utilizzato nella preparazione di oli e cere, protesi mammarie, lenti a contatto, esplosivi e articoli pirotecnici.

- Il germanio è utilizzato nello sviluppo di lampade fluorescenti e di alcuni diodi LED. Inoltre, il germanio viene utilizzato nelle chitarre elettriche per produrre un caratteristico tono di distorsione.

- Il germanio è utilizzato nell'applicazione di immagini termiche per uso militare e antincendio.

-L'antimonio è utilizzato nella fabbricazione di fiammiferi e granate e localizzatori di traccianti, nonché di primer per cartucce.

-Il borato di sodio viene utilizzato come ritardante di combustione in plastica e gomme.

Gli 8 elementi metalloidi

Questo gruppo di elementi chimici è costituito da boro, silicio, antimonio, tellurio, germanio, arsenico, polonio e astato. Tuttavia, il maggior numero di ricercatori nel campo della chimica esclude polonium e astatus come metalloidi.

Pertanto, il gruppo di metalloidi più accettato sarebbe il boro, il silicio, l'antimonio, il tellurio, il germanio e l'arsenico.

È stato sottolineato che il polonio è nettamente metallico, poiché le sue due forme allotropiche sono conduttori metallici. D'altra parte, l'astato fu classificato nel 2013 come un metallo, sebbene precedentemente nel 1950 fosse designato come alogeno, un metallo non reattivo.

Il confine tra i gruppi di elementi considerati come metalli, metalloidi o non-metalli è fonte di confusione. Per questo motivo, alcuni ricercatori, basati su alcune proprietà, suggeriscono che questo o quell'elemento dovrebbe essere considerato un metalloide. È stato sottolineato, per esempio, che carbonio, alluminio o selenio dovrebbero essere classificati come metalloidi.

Si è cercato di stabilire criteri di selezione che permettessero di classificare un elemento chimico come metallo, metalloide o non metallico. Tra gli altri criteri di selezione vi sono l'energia di ionizzazione, l'elettronegatività e l'efficienza di imballaggio dei diversi elementi chimici.