Mis on metalloidid (poolmetallid)? Definitsioon, omadused ja näited

Õpi, mis on metalloidid (poolmetallid): definitsioon, tüüpilised omadused, näited (nt räni) ja nende roll pooljuhtidena ning paigutus perioodilisustabelis.

Metalloid või poolmetall on keemiline element, millel on nii metalli kui ka mittemetalli omadusi. Metalloidid võivad olla läikivad või tuhmid, rabedad või plastilised ning nende elektrijuhtivus jääb sageli metallide ja mittemetallide vahele — mõned neist on pooljuhid. Näiteks on kõige tuntum poolmetall räni, mille elektrijuhtivus teeb temast tähtsa materjali elektroonikas ja päikesepaneelides.

Peamised omadused

• Segatüüpi omadused: metalloidid näitavad nii metallidele iseloomulikke kui ka mittemetalliliste omadusi (näiteks läige koos rabedusega).
• Elektrijuhtivus: enamike metalloidide juhtivus on keskmine — nad võivad käituda kui pooljuhid, sõltuvalt temperatuuri ja dopingu olemasolust.
• Keemiline käitumine: metalloidid võivad moodustada nii ioon- kui ka kovalentseid ühendeid; mitmete metalloidide oksiidid on amphoteersed (reageerivad nii hapete kui leelistega).
• Füüsilised omadused: sageli rabedad, tihti läikivad pinnad; tihedus ja sulamistemperatuur varieeruvad oluliselt.
• Klassifitseerimise ebakindlus: mõnede elementide puhul on piir metallide ja metalloidide vahel ebaselge — sõltuvalt allikast võivad samad elemendid sattuda erinevatesse gruppidesse.

Asukoht perioodilisustabelis

Ligikaudne viis metalloidide leidmiseks on vaadata perioodilisustabelis neid elemente, mis moodustavad kaldjoone metallide ja mittemetallide vahel. Tavapäraselt asuvad metalloidid diagonaalsel ribal alates vasakult ülevalt boorist (boor on sageli loetletud metalloidina) kuni paremalt allpool paiknevate elementideni nagu poloonium ja astatiin. Tuleb märkida, et selle joone täpne asetus ja elementide liigitus võivad allikate lõikes erineda; mõnikord peetakse mõnda neist elementidest metalliks või mittemetalliks.

Näited ja kasutusalad

• Boor (boor): kasutatakse borosilikaatklaasis, pestitsiidides ja kõrgtemperatuursetes materjalides.
• Räni (räni): peamine materjal pooljuhtide ja fotogalvaanika jaoks; väga oluline elektroonikas ja mikrotehnoloogias (räni).
• Germaanium: varasemalt tähtis pooljuhtmaterjal, kasutatakse ka optilistes kiududes ja mõnes transistori rakenduses.
• Arseen ja antimoon: kasutatakse legeerainetena ja mõningates semikonduktiivsetes rakendustes; arseeniühendid võivad olla toksilised.
• Telluur: kasutusel termoelementides ja pooljuhtide sulamites; tähtis mõnes päikeseelementide tüübis.
• Poloonium ja astatiin: harvaesinevad ja radioaktiivsed; polooni kasutatakse mõningates spetsiifilistes tööstuslikes või uurimiskasutustes, astatiin on äärmiselt haruldane.
• Alumiinium: mõnedes klassifikatsioonides arvatakse selle lähedusse metallide ja metalloidide piiril, kuid tavaliselt loetakse alumiiniumit metalliks.

Keemilised ja elektroonilised omadused

Metalloidide elektronne struktuur ja sidemete iseloom annavad neile eripära: nad võivad moodustada kovalentseid tetraeedrilisi või polümeerseid struktuure (näiteks boori ühendid) või esineda piirava elektronide tihedusega, mis põhjustab pooljuhtlikkust (näiteks räni ja germaanium). Paljud metalloidid näitavad sõltuvust temperatuuri ja lisandite ehk dopandist — see on aluseks pooljuhtide töösuhtele ja elektroonikale.

Tervise- ja keskkonnamõjud

• Mõned metalloidid, näiteks arseen, on mürgised ja võivad keskkonda sattudes põhjustada tõsiseid terviseprobleeme.
• Poloonium on tugevasti radioaktiivne ning ohtlik väikestes kogustes.
• Paljude metalloidide tööstuslik kasutus nõuab kaitsemeetmeid ja järelkontrolli, et vältida keskkonna- ja tervisekahju.

Märkused terminoloogia kohta

Terminid metalloid ja poolmetall kasutatakse tihti sünonüümidena. Teaduslikes allikates võib esineda erinevusi selle kohta, milliseid elemente täpselt metalloidide hulka arvatakse — seepärast kohtab mõnikord vastuolu, kus üks allikas nimetab teatud elementi metalloidiks, teine aga mitte. Oluline on vahet teha ka mõistetel nagu „semimetall” (mis mõnikord viitab spetsiifilisemale elektroonilisele omadusele) ja laiemal keemilisel tähendusel kasutataval „metalloidil”.

Kokkuvõtlikult: metalloidid on huvitav ja mitmekesine elementide rühm, millel on nii metallidele kui ka mittemetallidele omased tunnused. Need elemendid mängivad suurt rolli tänapäeva tehnoloogias (eriti pooljuhtide ja elektroonika vallas) ning nõuavad sageli erihoolt nii töötlemisel kui keskkonda lubamisel.

Küsimused ja vastused

K: Mis on metalloid?

K: Mis on kõige levinum poolmetall?

K: Kuidas saab metalloide liigitada?

Küsimus: Kas räni on elektrijuhtiv?

K: Kas kõik poolmetallid on ka metalloidid?

Otsing