ธาตุกึ่งโลหะ

ธาตุกึ่งโลหะ (อังกฤษ: metalloids) เป็นธาตุที่มีองค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีคุณสมบัติก้ำกึ่งระหว่างสมบัติของโลหะกับอโลหะ โดยไม่มีการกำหนดมาตรฐานหรือข้อตกลงที่แน่นอนของการเป็นธาตุกึ่งโลหะ ส่วนใหญ่เป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductors)

โดยปกติทั่วไปแล้วธาตุกึ่งโลหะ ประกอบด้วย 6 ธาตุ คือ โบรอน, ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, สารหนู, พลวงและเทลลูเรียม แต่บางครั้งการจำแนกธาตุกึ่งโลหะได้รวม คาร์บอน, อะลูมิเนียม, ซีลีเนียม, พอโลเนียมและแอสทาทีนไว้ด้วย ในตารางธาตุทั่วไปนั้นสามารถพบธาตุกึ่งโลหะได้ที่บริเวณเส้นทแยงมุมของ บล็อก-p โดยเริ่มจากโบรอนไปจนถึงแอสทาทีน ในบางตารางธาตุที่ประกอบด้วยเส้นแบ่งระหว่างโลหะกับอโลหะและธาตุกึ่งโลหะนั้นจะอยู่ติดกับเส้นแบ่งนี้

ธาตุกึ่งโลหะมีลักษณะเหมือนโลหะ แต่เปราะและนำไฟฟ้าได้ไม่ดี ในทางเคมีนั้นธาตุกึ่งโลหะมีสมบัติคล้ายกับธาตุอโลหะ และยังสามารถผสมกับโลหะได้เป็นอัลลอยหรือโลหะผสม คุณสมบัติทางฟิสิกส์และทางเคมีส่วนใหญ่เป็นกลางในธรรมชาติ สารประกอบและธาตุกึ่งโลหะใช้ในการผลิตโลหะผสม, สารชีวภาพ, ตัวเร่งปฏิกิริยา, สารทนไฟ, แก้วและใยแก้วนำแสง

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของซิลิกอนและเจอเมเนียมได้มีการใช้ประโยชน์ในสถานประกอบการอุตสาหกรรมของสารกึ่งตัวนำในปี 1950 และได้มีการพัฒนาอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีสถานะเป็นของแข็งในต้นปี 1960

กึ่งโลหะเป็นองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นกลาง หรือเรียกว่าไฮบริด กึ่งโลหะได้เป็นที่แพร่หลายในปี 1940-1960 กึ่งโลหะบางครั้งถูกเรียกว่ากึ่งโลหะ จากการปฏิบัติที่นิยม กึ่งโลหะเป็นคำที่มีความหมายที่แตกต่างกันในทางฟิสิกส์มากกว่าในทางเคมี ทางฟิสิกส์จะมีความหมายโดยเฉพาะหมายถึงโครงสร้างวงอิเล็กทรอนิกส์ของสาร

คำนิยาม

การวินิจฉัยค่าความด่าง

ธาตุกึ่งโลหะเป็นธาตุที่มีองค์ประกอบก้ำกึ่งระหว่างพวกโลหะและอโลหะ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะจำแนกว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ นี่คือความหมายทั่วไปที่กล่าวถึงลักษณะของธาตุกึ่งโลหะที่ถูกอ้างถึงอย่างต่อเนื่องในงานวิจัย ความยากของการจัดหมวดหมู่เป็นคุณลักษณะสำคัญของธาตุกึ่งโลหะ ธาตุส่วนใหญ่มีคุณสมบัติของทั้งโลหะและอโลหะ และสามารถแบ่งได้ตามคุณสมบัติเพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้น โดยเฉพาะธาตุที่อยู่ใกล้เส้นขอบ ที่ไม่มีลักษณะชัดเจนว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ จะถูกจัดเป็นกึ่งโลหะ

โบรอน, ซิลิคอน ,เจอร์เมเนียม ,สารหนู ,พลวงและเทลลูเรียม เป็นที่ยอมรับกันทั่วไปว่าเป็นธาตุกึ่งโลหะ และบางครั้งซีลีเนียม, พอโลเนียมหรือแอสทาทีนก็ถูกจัดอยู่ในนั้นด้วย บางครั้งโบรอนและซิลิกอนก็ไม่ถูกจัดเป็นกึ่งโลหะ บางครั้งเทลลูเรียมก็ไม่ได้เป็นกึ่งโลหะ และการรวมพลวง, พอโลเนียมและแอสทาทีนเข้าเป็นธาตุกึ่งโลหะยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

ยังมีธาตุอื่นๆที่ถูกจัดว่าเป็นธาตุกึ่งโลหะ ซึ่งธาตุเหล่านั้นคือ ไฮโดรเจน, เบริลเลียม, ไนโตรเจน, ฟอสฟอรัส, กำมะถัน, สังกะสี, แกลเลียม, ดีบุก, ไอโอดีน, ตะกั่ว, บิสมัทและเรดอน ธาตุกึ่งโลหะที่มีองค์ประกอบที่แสดงถึงความมันวาวของโลหะและการนำไฟฟ้า เรียกว่า แอมโฟเทริก เช่น สารหนู พลวง วานาเดียม โครเมียม โมลิบดีนัม ทังสเตนดีบุก ตะกั่วและอะลูมิเนียม โลหะบล็อก-p และอโลหะ (เช่น คาร์บอน หรือ ไนโตรเจน) สามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติหรือรวมกันได้เป็นโลหะผสม จึงได้รับการพิจารณาเป็นกึ่งโลหะ

ค่าความเป็นด่างมาตรฐาน

ธาตุ	IE (kcal/mol)	IE (kJ/mol)	EN	กลุ่มโครงสร้าง
โบรอน	191	801	2.04	สารกึ่งตัวนำ
ซิลิกอน	188	787	1.90	สารกึ่งตัวนำ
เจอร์เมเนียม	182	762	2.01	สารกึ่งตัวนำ
อาร์เซนิก	226	944	2.18	กึ่งโลหะ
พลวง	199	831	2.05	กึ่งโลหะ
เทลลูเลียม	208	869	2.10	สารกึ่งตัวนำ
ค่าเฉลี่ย	199	832	2.05
The 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).

ไม่มีการยอมรับคำจำกัดความของธาตุกึ่งโลหะว่ามีอยู่ส่วนใดของตารางธาตุ ต่อมาฮอว์คได้สังเกตถึงความผิดของโครงสร้างต่างๆและองค์ประกอบ ตามคำที่ธาตุกึ่งโลหะได้อธิบายไว้ ธาตุกึ่งโลหะได้อธิบายโดยชาร์ป

ธาตุกึ่งโลหะจะมีจำนวนที่บอกค่าของธาตุแต่ละชนิด (เลขมวล เลขอะตอม) โดยใช้เกณฑ์จำแนก และต่อมาได้มีการยอมรับธาตุกึ่งโลหะ 4 ธาตุ (เจอร์เมเนียม สารหนู พลวง และเทลลูเรียม) เจมส์ เอตอัล ได้ระบุว่า โบรอน คาร์บอน ซิลิคอน ซีลีเนียม บิสมัท พอโลเนียม มอสโกเวียมและลิเวอร์มอเรียม ธาตุที่ได้กล่าวมานั้นมีแนวโน้มที่ใกล้เคียงกันซึ่งสามารถจัดตามหมวดหมู่ได้ ธาตุโลหะสามารถบอกค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี และค่าพลังงานไอออไนเซชัน

อาณาเขตในตารางธาตุ

ตำแหน่ง

ธาตุกึ่งโลหะจะอยู่ด้านใดด้านหนึ่งของเส้นแบ่งระหว่างโลหะและอโลหะสามารถพบในการกำหนดค่าที่แตกต่างกัน ในบางตารางธาตุ องค์ประกอบทางด้านซ้ายล่างของบรรทัดโดยทั่วไปแสดงเพิ่มพฤติกรรมโลหะ องค์ประกอบทางด้านขวาบนแสดงพฤติกรรมเพิ่มขึ้น นอลเมทาลิก เมื่อเรียงเป็นขั้นปกติ องค์ประกอบกับอุณหภูมิสำคัญสูงสุดสำหรับกลุ่มธาตุ (ลิเทียม เบริลเลียม อะลูมิเนียม เจอร์เมเนียม พลวง พอโลเนียม) จะนอนอยู่ด้านล่างบรรทัด

ตำแหน่งเส้นทแยงมุมของธาตุกึ่งโลหะหมายถึงข้อยกเว้นที่จะสังเกตว่าองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกันมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในกลุ่มแนวตั้ง. สามารถเห็นผลที่เกี่ยวข้องในความคล้ายคลึงอื่น ๆ เส้นทแยงมุมระหว่างองค์ประกอบบางอย่างและธาตุทางด้านขวาล่างโดยเฉพาะ แมกนีเซียม ลิเทียม เบริลเลียม อะลูมิเนียม โบรอน และ ซิลิคอน โดยมีคนแย้งว่าคล้ายคลึงกันจึงทำให้ขยายไปถึงคาร์บอน ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน กำมะถันและธาตุในบล็อก-d

ข้อยกเว้นนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแนวโน้มในแนวนอนและแนวตั้งของประจุนิวเคลียร์ ไปพร้อมระยะเวลาค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นกับนิวเคลียร์เลขอะตอมเช่นเดียวกับจำนวนของอิเล็กตรอน ดึงเพิ่มเติมเกี่ยวกับอิเล็กตรอนชั้นนอกเป็นค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นนิวเคลียร์โดยทั่วไปเมื่อเทียบกับผลการตรวจคัดกรองของการมีอิเล็กตรอนมากขึ้น ด้วยความผิดปกติบางอย่างอะตอมจึงกลายเป็นขนาดเล็กเพิ่มขึ้น พลังงานไอออนไนซ์และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในลักษณะข้ามระยะเวลาจากโลหะกับองค์ประกอบของอโลหะ จึงมีผลในการเพิ่มค่าใช้จ่ายนิวเคลียร์โดยทั่วไปผลของอิเล็กตรอนเพิ่มเติมเป็นห่างไกลจากนิวเคลียส อะตอมโดยทั่วไปกลายเป็นพลังงานไอออไนซ์และตัวอักษรโลหะเพิ่มขึ้น ผลสุทธิของโลหะอโลหะที่เลื่อนไปทางขวาจะลงในกลุ่ม และความคล้ายคลึงกันในแนวทแยงคล้ายจะเห็นที่อื่น ๆ ในตารางธาตุตามที่ระบุไว้

การใช้งานทั่วไป

โลหะผสม

เซซิลตั้งข้อสังเกตว่า "องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะบางชนิด มีความสามารถเป็นสารประกอบโลหะและธาตุบางชนิดอาจมีโลหะผสมอยู่” เซซิลมีการเชื่อมโยงซิลิคอน สารหนู และ เทลลูเรียม โดยเฉพาะ ด้วยองค์ประกอบที่เป็นโลหะผสม และ ฟิลลิปและวิลเลียมส์ ได้อธิบายว่าสารประกอบของซิลิกอนเจอร์เมเนียมสารหนูและพลวงกับโลหะ B "อาจจะจัดที่ดีที่สุดเป็นโลหะผสม" โลหะผสมกับโลหะ เช่น แมงกานีสโบรอน (โบรอน 15%) , นิกเกิลโบรอน เป็นส่วนประกอบในการเชื่อมโลหะมีความแข็งแรง และในทางอุตสาหกรรมวิศวกรรม , โลหะผสมซิลิกอนที่มีธาตุเหล็กและอะลูมิเนียมที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยอุตสาหกรรมเหล็กและยานยนต์ , เจอร์เมเนียมโลหะเป็นส่วนในการทำเหรียญ สารหนูสามารถผสมกับโลหะรวมทั้งแพลตตินัมและทองแดง เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน แมกนีเซียม พลวง ดีบุก เทลลูเรียมผสมกับโลหะใช้ในการหล่อเหล็ก

การควบคุมโดยชีววิธี

ธาตุกึ่งโลหะทั้ง 6 ธาตุ มีการยอมรับว่า มีคุณสมบัติใช้เป็นยารักษาโรคและป้องกันสารพิษ สารหนูและพลวง เป็นสารที่เป็นพิษ แต่สามารถใช้ในวงการแพทย์เช่นเดียวกับโบรอน ซิลิกอน เจอร์เมเนียม โบรอนใช้เป็นยาฆ่าแมลง สารเคมีกำจัดวัชพืช เป็นสารบอริกที่มีอยู่น้ำยาฆ่าเชื้อราและมีคุณสมบัติต้านไวรัส ซิลิกอนที่มีอยู่ในไซลาเทรน เป็นสารพิษที่ใช้ในสารกำจัดหนู ถ้าสูดดมระยะยาวจะทำให้เกิดโรคร้ายแรงที่เกี่ยวกับปอด ซิลิกอนจึงเป็นธาตุที่จำเป็น ซิลิโคนเจล สามารถนำมาใช้กับผู้ที่ถูกไฟไหม้เพื่อลดรอยแผลเป็น เกลือของเจอร์เมเนียมอาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์และสัตว์ ถ้ากินเป็นเวลานาน สารหนูใช้เป็นยามาตั้งแต่สมัยโบราณ รวมทั้งยังรักษาโรคซิฟิลิสก่อนที่จะพัฒนาเป็นยาปฏิชีวนะ สารหนูยังเป็นส่วนประกอบของยาสมุนไพรที่ใช้ในการรักษาโรค ในปี ค.ศ.2003 ออกไซด์สารหนูเป็นที่รู้จักสำหรับการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลัน มะเร็งไขกระดูก สารหนูที่มีอยู่ในน้ำดื่มจะเป็นสาเหตุของโรคปอดและมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ พลวง เป็นสารที่ค่อนข้างเป็นพิษ ถูกนำมาใช้เป็นสารเสพติด ธาตุเทลลูเลียม เมื่อพิจารณาลักษณะเฉพาะแล้วไม่มีพิษ เมื่อรวมกับโซเดียม 2 กรัมจะได้เป็นเทลลิวเรท เมื่อเป็นยาจะสามารถทำให้ตายได้ คนที่สัมผัสกับธาตุเทลลูเลียมในอากาศจะได้กลิ่นเหมือนกระเทียม เทลลูเลียมใช้ในการรักษาโรคผิวหนัง ส่วนสารประกอบเทลลูเลียมอื่นๆถูกนำมาใช้เป็นยาต้านจุลชีพ ก่อนที่จะพัฒนามาเป็นยาปฏิชีวนะ ในอนาคตสารดังกล่าวจะต้องมีการใช้แทนยาปฏิชีวนะ มีผลมาจากการต้านทานเชื้อแบคทีเรีย เบริลเลียมและตะกั่ว มีองค์ประกอบที่ได้รับการยอมรับแต่น้อยกว่าธาตุกึ่งโลหะว่าเป็นพิษที่ใช้เป็นยาฆ่าแมลง ซัลเฟอร์ เป็นธาตุที่เก่าแก่ที่สุดของสารฆ่าเชื้อและสารกำจัดศัตรูพืช ฟอสฟอรัส,กำมะถัน,สังกะสี,ซิลิเนียม เป็นสารอาหารที่สำคัญในการบำรุงและอะลูมิเนียม,ดีบุก ใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า กำมะถัน,เกลเลียม,ซิลิเนียม,ไอโอดีนและบิสมัท มีคุณสมบัติใช้เป็นยา กำมะถัน มีองค์ประกอบของยารักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรีย รักษาโรคเบาหวาน รักษาและป้องกันโรคลมชัก ในขณะเดียวกันยังใช้เพื่อรักษาสิวและเกี่ยวกับการติดเชื้อในกระเพาะปัสสาวะ เกลเลียม,ไนโตรเจน ใช้ในการรักษาผลข้างเคียงของโรคมะเร็ง เกลเลียม,ซิเตรต เป็นสารเภสัชรังสี ทำให้เห็นภาพสะท้อนของการอักเสบของร่างกาย ซิลิเนียม,ซัลเฟอร์ มีคุณสมบัติเป็นยา ไอโอดีน ใช้เป็นสารที่ฆ่าเชื้อโรคในรูปแบบต่างๆ บิสมัท เป็นส่วนผสมในยาที่ต้านฤทธิ์ของแบคทีเรีย

ตัวเร่งปฏิกิริยา

โบรอนไตรฟลูออไรด์ และไตรคลอไรด์ ถูกนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์และอิเล็กทรอนิกส์ ไตรโบรไมด์ถูกนำมาใช้ในการผลิตของไดบอเรน แกนด์โบรอนปลอดสารพิษสามารถแทนที่ลิแกนด์ฟอสฟอรัสที่เป็นพิษในการเปลี่ยนแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะกรดกำมะถันซิลิกาที่ใช้ในปฏิกิริยาอินทรีย์ ก๊าซเจอร์เมเนียมบางครั้งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตพลาสติกสำหรับบรรจุภาชนะซึ่งราคาจะถูกกว่าสารพลวงเช่นออกไซด์ แม้จะมีความกังวลเกี่ยวกับการปนเปื้อนของอาหารและเครื่องดื่ม ออกไซด์ สารหนูได้รับการใช้ในการผลิตก๊าซธรรมชาติที่จะเพิ่มการกำจัดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นกรดมี selenous และกรด tellurous ซีลีเนียมทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในจุลชีพบาง เทลลูเรียม ก๊าซ และ เตตราคลอไรด์ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่แข็งแกร่งสำหรับการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนในอากาศเหนือ 500 ° C กราไฟท์ออกไซด์สามารถนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์ ส่วนคาร์บอนและอะลูมิเนียมจะนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการจำกัดสารปนเปื้อนกำมะถันจากก๊าซธรรมชาติ ไทเทเนี่ยม อะลูมิเนียม ได้ชื่อว่าเป็นตัวทดแทนสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะสูงสุดที่มีราคาขั้นสูงใช้ในกระบวนการผลิตสารเคมีอุตสาหกรรม

สารทนไฟ

สารประกอบ โบรอน ซิลิคอน สารหนู และพลวงได้ถูกนำมาใช้เป็นสารทนไฟ โดยโบรอนอยู่ในรูปแบบของสารบอแรกซ์ที่ได้ถูกนำมาใช้เป็นสารหน่วงไฟ สิ่งทออย่างน้อยตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 สารซิลิกอน เช่น ซิลิโคน, ไซเลน, ซิลิกาและ ซิลิเกตบางแห่งถูกพัฒนาขึ้นมาเป็นทางเลือกให้มากขึ้น ผลิตภัณฑ์ฮาโลเจนที่เป็นพิษมากสามารถปรับปรุง เปลวไฟของวัสดุพลาสติกได้ สารประกอบอาร์เซนิก เช่น อาไซไนต์ โซเดียมหรือ สารหนูโซเดียม เป็นสารทนไฟที่มีประสิทธิภาพสำหรับไม้ แต่มีการใช้น้อยอันเนื่องมาจากมีความเป็นพิษอยู่ แอนติโมนีไตรออกไซด์เป็นสารหน่วงไฟ ไฮดรอกไซอะลูมิเนียมได้รับการใช้เป็นไม้ไฟเบอร์ ยาง พลาสติก และ สารหน่วงไฟสิ่งทอตั้งแต่ยุค 1890 นอกเหนือจากไฮดรอกไซอะลูมิเนียม ใช้ฟอสฟอรัสตามสารทนไฟในรูปแบบของตัวอย่าง เช่น ออแกโนฟอสเฟต ในประเภทสารหน่วงหลักอื่น ๆ

การจัดเก็บและใยแก้วนำแสง

องค์ประกอบของ เจอร์เมเนียม พลวง เทลลูเรียม ("อัลลอย GST") มากหรือน้อยและ เงิน และ อินเดียม ที่เจือ (Sb2Te) ("อัลลอยAIST") เป็นตัวอย่างของวัสดุเปลี่ยนเฟสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในแผ่นแสงที่เขียนทับแอนนาเฟสเปลี่ยนอุปกรณ์หน่วยความจำโดยใช้ความร้อนที่พวกเขาสามารถเปลี่ยนระหว่างสัณฐาน (แก้ว) และผลึกของแข็ง การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงและไฟฟ้าสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการจัดเก็บข้อมูลได้การใช้งานในอนาคตสำหรับ เจอร์เมเนียม พลวง เทลลูเรียม มีการเปลี่ยนแปลงเร็วมากอย่างสิ้นเชิงโดยแสดงสถานะของแข็งกับพิกเซลนาโนเมตรระดับกึ่งโปร่งใส ใช้งานเป็น แก้วคอนแทคเลนส์และอุปกรณ์จอประสาทตาเทียม

ดอกไม้ไฟ

กึ่งโลหะได้รับการยอมรับทั้งการใช้งานทำพลุหรือมักจะพบคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับ โบรอนและซิลิกอน กึ่งโลหะทำหน้าที่คล้ายเชื้อเพลิงโลหะ โบรอนที่ใช้ในองค์ประกอบเริ่มทำพลุ (สำหรับจุดไฟองค์ประกอบที่ยากต่อการเริ่มต้นงานอื่นต่อ ) และในองค์ประกอบของการหน่วงที่เผาผลาญในอัตราคงที่ คาร์ไบโบรอนได้รับการระบุว่าเป็นไปได้สำหรับการเปลี่ยนแบเรียมที่มีพิษร้ายแรงหรือ hexachloroethanemixtures อาวุธในควันพลุของสัญญาณและดอกไม้ไฟ ซิลิกอนเช่นโบรอนเป็นส่วนประกอบของตัวริเริ่มและส่วนผสมของการหน่วงเวลา เจอร์เมเนียมที่เจือปนสามารถทำหน้าที่เป็นความเร็วตัวแปรเชื้อเพลิงเธอไมต์ พลวง trisulfide พบในดอกไม้ไฟสีขาวแสงและแฟลชในตัวและผสมเสียง เทลลูเรียมถูกนำมาใช้ในการผสมและการหน่วงในการระเบิดองค์ประกอบของสารตั้งต้น คาร์บอนอะลูมิเนียมฟอสฟอรัสและซีลีเนียมยังคงรูปแบบของคาร์บอนในผงสีดำเป็นส่วนประกอบของดอกไม้ไฟที่ช่วยขับได้ อะลูมิเนียมเป็นส่วนผสมของพลุที่พบบ่อย และมีกระบวนการทำงานกันอย่างแพร่หลายสำหรับความสามารถในการสร้างแสงและความร้อน รวมทั้งในการผสมเธอไมต์ ฟอสฟอรัสสามารถพบได้ในควันและอาวุธก่อความไม่สงบ ซีลีเนียมมีการใช้ในลักษณะเดียวกับเทลลูเรียม

สารกึ่งตัวนำและอิเล็กทรอนิกส์

องค์ประกอบทั้งหมดได้รับการยอมรับกันทั่วไปว่าเป็น metalloids (หรือสารประกอบของมัน) ได้ถูกนำมาใช้ในสารกึ่งตัวนำหรือ solid-state อุตสาหกรรมทรอนิกส์ คุณสมบัติบางส่วนของโบรอนมีการ จำกัด การใช้งานเป็นสารกึ่งตัวนำ แต่ก็มีจุดหลอมละลายสูงผลึกเดี่ยวจะค่อนข้างยุ่งยากและเป็นเรื่องยากที่จะได้รับและการแนะนำและควบคุมรักษาสิ่งสกปรก ซิลิกอนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำ; มันเป็นพื้นฐานของ Eletronicsทันสมัย (รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐาน) และเทคโนโลยีการสื่อสาร แม้จะมีการศึกษาของเซมิคอนดักเตอร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้รับการยกย่องให้เป็น "สิ่งสกปรกของฟิสิกส์" และไม่สมควรได้รับความสนใจมาก เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่ได้รับการแทนที่ด้วยซิลิกอนในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเป็นที่ถูกกว่าความยืดหยุ่นมากขึ้นในการดำเนินงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นและง่ายต่อการทำงานในระหว่างขั้นตอนการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เจอร์เมเนียมยังคงเป็นส่วนประกอบของสารกึ่งตัวนำ "ผสม" ซิลิคอนเจอร์เมเนียม และสิ่งเหล่านี้มีการเติบโตในการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย; โลหะผสมดังกล่าวใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนย้ายผู้ให้บริการที่สูงขึ้นของเจอร์เมเนียม การสังเคราะห์ในปริมาณแกรมขนาดของสารกึ่งตัวนำ germananeมีรายงานในปี 2013 นี้ประกอบด้วยอะตอมแผ่นหนาของไฮโดรเจนอะตอมสิ้นสุดเจอร์เมเนียมคล้ายคลึงกับ graphene อิเล็กตรอนจะดำเนินการมานานกว่าสิบครั้งเร็วกว่าซิลิกอนและห้าครั้งเร็วกว่าเจอร์เมเนียมและคิดว่าจะมีศักยภาพในรู้สึกการใช้งาน การพัฒนาเจอร์เมเนียมสายตามขั้วบวกว่ากว่าสองเท่าความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ถูกรายงานในปี 2014 ในปีเดียวกันลีอัล รายงานว่าคริสตัลปราศจากข้อบกพร่องของ graphenelargeพอที่จะมีการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาปลูกและลบออกจากพื้นผิวเจอร์เมเนียม สารหนูและพลวงไม่ได้เซมิคอนดักเตอร์ในรัฐมาตรฐาน ทั้งสองชนิดรูปแบบเซมิคอนดักเตอร์III-V ซึ่งค่าเฉลี่ยของจำนวนอิเล็กตรอนต่ออะตอมเป็นเช่นเดียวกับที่กลุ่ม 14 องค์ประกอบสารเหล่านี้เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานพิเศษบางอย่าง นาโนคริสตัลพลวงอาจช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกแทนที่ด้วยโซเดียมมีประสิทธิภาพมากขึ้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เทลลูเรียมซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในมาตรฐานของมันส่วนใหญ่จะใช้เป็นส่วนประกอบในประเภท II / VI;สารเหล่านี้มีการใช้งานในไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เลนส์ ลลูไรด์แคดเมียมคือการใช้โมดูลแสงอาทิตย์สำหรับประสิทธิภาพการแปลงสูง, ต้นทุนการผลิตต่ำและช่องว่างขนาดใหญ่ของวง 1.44eV ให้มันดูดซับรังกว้างของความยาวคลื่น

บิสมัทลลูไรด์, อัลลอยด์ที่มีซีลีเนียมและพลวงเป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์เทอร์โมที่ใช้สำหรับเครื่องทำความเย็นหรือการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบพกพา ห้า metalloids โบรอนซิลิคอนเจอร์เมเนียมสารหนูและพลวง-สามารถพบได้ในโทรศัพท์มือถือ เทลลูเรียมคาดว่าจะพบการใช้งานดังกล่าว ได้รับการยอมรับค่อนข้างน้อย metalloids ฟอสฟอรัสแกลเลียมและซีลีเนียมมีการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ ฟอสฟอรัสที่ใช้ในการติดตามปริมาณเจือปนสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ชนิดเอ็น การใช้คอมพาณิชย์ของสารประกอบแกลเลียมถูกครอบงำโดยการใช้งานในเซมิคอนดักเตอร์วงจรรวม โทรศัพท์มือถือ; เลเซอร์ไดโอด; หลอดไดโอด; ตรวจจับแสง; และเซลล์แสงอาทิตย์ ซีลีเนียมถูกนำมาใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ และพลังงานสูงป้องกันไฟกระชาก โบรอน เจอเมเนียมพลวงซิลิกอนและเทลลูเรียม เช่นเดียวกับโลหะหนักและ metalloids เช่นเปรอท, ตะกั่ว สามารถพบได้ในฉนวนทอพอโลยี เหล่านี้เป็นโลหะผสม หรือสารประกอบที่ในอุณหภูมิที่เย็นเป็นพิเศษหรืออุณหภูมิห้องจะเป็นตัวนำโลหะบนพื้นผิวของพวกเขา แต่ฉนวนแม้ว่าการตกแต่งภายในของพวกเขา แคดเมียมที่ประมาณ 1K เป็นแรค-semimetal-อนาล็อกกลุ่มอิเล็กทรอนิกส์ของกราฟีนในที่อิเล็กตรอนเดินทางอย่างมีประสิทธิภาพเป็นอนุภาคเยอะ ทั้งสองชั้นของวัสดุที่มีความคิดที่จะมีการใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีศักยภาพ

คุณสมบัติสำคัญ

กึ่งโลหะโดยทั่วไปจะมีลักษณะเหมือนโลหะ แต่ก็มีลักษณะที่เหมือนอโลหะด้วยเช่นกัน เช่นซิลิคอน มีลักษณะคล้ายของแข็งมีสีเงินวาว แต่เปราะง่ายคล้ายธาตุอโลหะ และนำไฟฟ้าได้เล็กน้อย ธาตุกึ่งโลหะส่วนใหญ่จะเป็นสารกึ่งตัวนำ ( semiconductors ) และส่วนใหญ่มีโครงสร้างแบบโครงผลึกร่างตาข่าย ในภาวะปกติ ธาตุบางชนิดดำรงอยู่สถานะของแข็ง บางชนิดเป็นของเหลว และบางชนิดเป็นแก๊ส ธาตุกึ่งโลหะมีค่าพลังไอออไนเซชัน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี อยู่ในระดับปานกลาง เพราะเป็นธาตุที่มีสถานะก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะ

การเปรียบเทียบโลหะ กึ่งโลหะ อโลหะ

ลักษณะคุณสมบัติของโลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ มีรายละเอียดดังตาราง คุณสมบัติทางกายภาพที่ง่ายต่อการเปรียบเทียบ และคุณสมบัติทางเคมีรวมถึงคำอธิบาย

คุณสมบัติของโลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ

คุณสมบัติทางกายภาพ	โลหะ	กึ่งโลหะ	อโลหะ
สถานะ	เป็นของแข็ง ยกเว้น (Ga, Hg, Rb, Cs, Fr)มีสถานะเป็นของเหลว	ของแข็ง	มีทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส แต่ส่วนใหญ่เป็นแก๊ส
ลักษณะผิว	เป็นมันวาว	บางชนิดมันวาว บางชนิดด้าน	ด้าน
ความเหนียว	เหนียว สามารถทุบเป็นแผ่นได้	เปราะ	เปราะ
การนำไฟฟ้า	นำไฟฟ้า	บางชนิดนำไฟฟ้า บางชนิดไม่นำไฟฟ้า	ไม่นำไฟฟ้า ยกเว้น แกรไฟต์
คุณสมบัติทางเคมี	โลหะ	กึ่งโลหะ	อโลหะ
ลักษณะทางเคมีทั่วไป	เป็นโลหะ	อโลหะ	อโลหะ
ค่าพลังงานไอออไนเซชัน	ต่ำ	อยู่ในระดับปานกลาง เพราะมีสถานะก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะ	สูง
อิเล็กโทรเนกาติวิตี	ต่ำ	อยู่ในระดับปานกลาง เพราะมีสถานะก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะ	สูง
จุดเดือด จุดหลอมเหลว	สูง ยกเว้นปรอท	บางชนิดสูง บางชนิดต่ำ	ต่ำ ยกเว้นคาร์บอน
ความหนาแน่น	บางชนิดหนาแน่นมาก บางชนิดหนาแน่นน้อย	บางชนิดหนาแน่นมาก บางชนิดหนาแน่นค่อนข้างมาก	ความหนาแน่นน้อย

จากตารางข้างต้น แสดงให้เห็นถึงลักษณะของกึ่งโลหะ ได้แก่ สถานะ ลักษณะผิว ความเหนียว การนำไฟฟ้า ลักษณะทางเคมีทั่วไป ค่าพลังงานไอออไนเซชัน อิเล็กโทรเนกาติวิตี จุดเดือด-จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น

การตั้งชื่อและประวัติ

ที่มาและชื่ออื่น ๆ

กึ่งโลหะป็นคำที่มาจากภาษาลาติน และภาษากรีก (คล้ายคลึงอยู่ในลักษณะที่ปรากฏ) แม้ว่าบางส่วนของสิ่งเหล่านี้จะมีความหมายอื่นๆที่ไม่จำเป็นต้องที่จะต้องใช่แทนกันได้ องค์ประกอบแอมโฟเทอริก เส้นแบ่ง ได้แก่ กึ่งโลหะ ธาตุกึ่งกลาง ใกล้โลหะ สารกึ่งตัวนำ กึ่งโลหะ และโลหะย่อย องค์ประกอบแอมโฟเทอริก บางครั้งใช้กันในวงกว้างมากขึ้นจะรวมถึงโลหะ การเปลี่ยนแปลงความสามารถในการเกาะตัวของ oxyanions เช่น โครเมียมและแมงกานีส กึ่งโลหะถูกนำมาใช้ในสาขาวิชาฟิสิกส์เพื่ออ้างอิงถึงสารประกอบ เช่นก๊าซโครเนียม หรือโลหะผสมที่สามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำและฉนวนที่เป็นเมตาโลหะ บางครั้งใช้แทนในการอ้างอิงโลหะบางชนิด (Be,สังกะสี,แคดเมียม,ปรอทในTL,β-SN,Pb) ตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของกึ่งโลหะในตารางธาตุมาตรฐานทั้งหมดนี้โลหะเป็นแม่เหล็กซะส่วนใหญ่ และมีแนวโน้มที่จะมีโครงสร้างผลึกบิดเบี้ยวค่าการนำไฟฟ้าที่ปลายล่างของตัวที่เป็นโลหะและสารประกอบออกไซค์ กึ่งโลหะบางครั้งหลวมหรือมีความบ่งบอกโลหะด้วยอักขระโลหะที่ไม่สมบูรณ์ในโครงสร้างผลึกการนำไฟฟ้าหรือโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น แกลเลียม อิตเทอร์เบียม มิสมัท และเนปทูเนียม ชื่อขององค์ประกอบแอมโฟเทอริก และสารกึ่งตัวนำที่มีปัญหาเป็นองค์ประกอบบางอย่างที่เรียกว่า กึ่งโลหะ จะไม่แสดงพฤติกรรมที่ทำเครื่องหมาย ตัวอย่างเช่น บิสมัทหรือ พอโลเนียม ในรูปแบบที่มีเสถียรภาพมากที่สุด

แหล่งกำเนิดและการใช้งาน

ต้นกำเนิดของธาตุกึ่งโลหะยังคงเป็นที่ถกเถียงและยังหาข้อสรุปไม่ได้ ธาตุถูกนำมาใช้ครั้งแรกในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 โดยใช้โลหะที่สามารถลอยน้ำได้ (โซเดียมและโพแทสเซียม) และหลังจากนั้นก็มีการใช้อโลหะกันอย่างแพร่หลาย ก่อนหน้านั้นธาตุกึ่งโลหะใช้ในการศึกษาแร่วิทยา เพื่ออธิบายแร่ธาตุที่มีลักษณะภายนอกเหมือนโลหะ ซึ่งถึงว่าอยู่ระหว่างกลางหรือเป็นเส้นแบ่งเขตของธาตุทางเคมี ก่อนหน้านี้สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้เสนอให้ตัด metalloid (ธาตุกึ่งโลหะ) ออกและเสนอให้ใช้ semimetal แทน แต่ต่อมาไม่ได้รับการสนันสนุนจึงถูกยกเลิกไป เพราะมันมีความหมายที่แตกต่างในทางฟิสิกส์ อีกด้านคือมีความเฉพาะเจาะจง ว่าหมายถึงมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของสาร มากกว่าจะกล่าวถึงองค์ประกอบของธาตุโดยรวม ล่าสุด IUPACได้ประกาศลงในศัพท์เฉพาะโดยไม่บอกถึงคำแนะนำการใช้ว่าจะใช้คำว่า metalloid หรือ semimetal

ธาตุที่เป็นกึ่งโลหะ

คือ ธาตุที่อยู่ติดเส้นบันไดในตารางธาตุ ยกเว้นธาตุอะลูมิเนียม (Al) คุณสมบัติทั่วไปจะก้ำกึ่งระหว่างธาตุโลหะกับอโลหะ เช่นการนำไฟฟ้า การนำความร้อน หรือ สมบัติแม่เหล็ก เป็นต้น

อ้างอิง

1. Chedd 1969, pp. 58, 78; National Research Council 1984, p.  43
2. King 1979, p. 13
3. NIST 2010. Values shown in the above table have been converted from the NIST values, which are given in eV.
4. Berger 1997; Lovett 1977, p. 3
5. Goldsmith 1982, p. 526; Hawkes 2001, p. 1686
6. Hawkes 2001, p. 1687
7. James et al. 2000, p. 480
8. Horvath 1973, p. 336
9. Gray 2009, p.  9
10. Booth & Bloom 1972, p. 426; Cox 2004, pp. 17, 18, 27–8; Silberberg 2006, pp. 305–13
11. Cox 2004, pp. 17–18, 27–8; Silberberg 2006, p. 305–13
12. Rodgers 2011, pp. 232–3; 240–1
13. Desch 1914, p. 86
14. Van der Put 1998, p. 123
15. Emsley 2001, p. 67
16. Büchel 1983, p. 226
17. Emsley 2001, p. 67
18. Emsley 2001, p. 391
19. Schauss 1991; Tao & Bolger 1997
20. Jaouen & Gibaud 2010
21. Jaouen & Gibaud 2010
22. Smith et al. 2014
23. Sneader 2005, pp. 57–59
24. Keall, Martin and Tunbridge 1946
25. Emsley 2001, p. 426
26. Oldfield et al. 1974, p. 65; Turner 2011
27. Ba et al. 2010; Daniel-Hoffmann, Sredni & Nitzan 2012; Molina-Quiroz et al. 2012
28. Peryea 1998
29. Nielsen 1998
30. Hager 2006, p. 299
31. Apseloff 1999
32. Trivedi, Yung & Katz 2013, p. 209
33. Thomas, Bialek & Hensel 2013, p. 1
34. Perry 2011, p. 74
35. UCR Today 2011; Wang & Robinson 2011; Kinjo et al. 2011
36. Mokhatab & Poe 2012, p. 271
37. McKee 1984
38. Chopra et al. 2011
39. Le Bras, Wilkie & Bourbigot 2005, p. v
40. Wilkie & Morgan 2009, p. 187
41. Locke et al. 1956, p. 88
42. Carlin 2011, p. 6.2
43. Evans 1993, pp.  257–8
44. Corbridge 2013, p. 1149
45. Tominaga 2006, p. 327–8; Chung 2010, p. 285–6; Kolobov & Tominaga 2012, p. 149
46. New Scientist 2014; Hosseini, Wright & Bhaskaran 2014; Farandos et al. 2014
47. Kosanke 2002, p. 110
48. Ellern 1968, pp. 246, 326–7
49. Conkling & Mocella 2010, p. 82
50. Crow 2011; DailyRecord 2014
51. Conkling & Mocella 2010, p. 82
52. Schwab & Gerlach 1967; Yetter 2012, pp. 81; Lipscomb 1972, pp. 2–3, 5–6, 15
53. Conkling & Mocella 2010, pp. 181, 213
54. Ellern 1968, pp. 209–10; 322
55. Russell 2009, pp. 15, 17, 41, 79–80
56. Kosanke 2002, p. 110
57. Ellern 1968, p. 328
58. Conkling & Mocella 2010, p. 171
59. Conkling & Mocella 2011, pp. 83–4
60. Ellern 1968, pp. 209–10; 322
61. Berger 1997, p. 91; Hampel 1968, passim
62. Rochow 1966, p. 41; Berger 1997, pp. 42–3
63. Bomgardner 2013, p. 20
64. Russell & Lee 2005, p. 395; Brown et al. 2009, p. 489
65. [[Haller 2006, p. 4: "The study and understanding of the physics of semiconductors progressed slowly in the 19th and early 20th centuries ... Impurities and defects ... could not be controlled to the degree necessary to obtain reproducible results. This led influential physicists, including W. Pauli and I. Rabi, to comment derogatorily on the 'Physics of Dirt'."; Hoddeson 2007, pp. 25–34 (29)]]
66. Russell & Lee 2005, p. 401; Büchel, Moretto & Woditsch 2003, p. 278
67. Russell & Lee 2005, p. 401; Büchel, Moretto & Woditsch 2003, p. 278
68. Bianco et. al. 2013
69. University of Limerick 2014; Kennedy et al. 2014
70. Lee et al. 2014
71. Russell & Lee 2005, pp. 421–2, 424
72. He et al. 2014
73. Berger 1997, p. 91
74. Bomgardner 2013, p. 20
75. ScienceDaily 2012
76. Reardon 2005; Meskers, Hagelüken & Van Damme 2009, p. 1131
77. The Economist 2012
78. Whitten 2007, p. 488
79. Jaskula 2013
80. German Energy Society 2008, p. 43–44
81. Patel 2012, p. 248
82. Moore 2104; University of Utah 2014; Xu et al. 2014
83. Yang et al. 2012, p. 614
84. Moore 2010, p. 195
85. Moore 2011
86. Liu 2014
87. Bradley 2014; University of Utah 2014
88. Kneen, Rogers & Simpson, 1972, p. 263.
89. Stoker 2010, p. 62; Chang 2002, p. 304
90. Rochow 1966, p. 4
91. Hunt 2000, p. 256
92. McQuarrie & Rock 1987, p. 85
93. Bailar et al. 1989, p. 742
94. Metcalfe, Williams & Castka 1974, p. 86
95. Chang 2002, p. 306
96. Metcalfe, Williams & Castka 1974, p. 86
97. Chang 2002, p. 306
98. Oxford English Dictionary 1989, 'metalloid'; Gordh, Gordh & Headrick 2003, p. 753
99. Foster 1936, pp. 212–13; Brownlee et al. 1943, p. 293
100. Calderazzo, Ercoli & Natta 1968, p. 257
101. Klemm 1950, pp. 133–42; Reilly 2004, p. 4
102. Walters 1982, pp. 32–3
103. Friend 1953, p. 68; IUPAC 1959, p. 10; IUPAC 1971, p. 11
104. IUPAC 2005; IUPAC 2006–

แหล่งข้อมูลอื่น

https://en.wikipedia.org/wiki/Metalloid#Judgement-based