Δήμητρα Σπανού, συνταξιούχος χημικός καθηγήτρια α Βθμιας Εκπαίδευση
υπό κατασκευή
ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ
ακατέργαστο
ΤΑ ΗΜΙΜΕΤΑΛΛΑ (ΜΕΤΑΛΛΙΟΕΙΔΗ)
Είναι χημικά στοιχεία που δεν είναι δυνατόν να καταταγούν απόλυτα στα μέταλλα ή στα αμέταλλα, γιατί όρισμένες ιδιότητές τους μοιάζουν με των μετάλλων κι ορισμένες όχι.
Στα μεταλλοειδή κατατάσσονται στοιχεία από την
13η ομάδας (Βόριο Β)
την 14η ομάδα (πυρίτιο Si, Γερμάνιο Ge)
την 15η ( Αρσενικό, As Αντιμόνιο Sb)
την 16η (Τελλούριο Te, Πoλώνιο Po)
Όμως στα μεταλλιοειδή εντάσσονται πολλές φορές και ορισμένα άλλα μέταλλα και αμέταλλα όπως ο άνθρακας, το αλλουμίνιο, το σελήνιο, το πολωνιο και το ραδιενεργό άστατο
Το εξωτερικό κέλυφος των ηλεκτρονίων καταλαμβάνουν από 3 έως 6 ηλεκτρόνια και έτσι μπορουν να απορροφήσουν αλλά και να ελευθερώσουν ηλεκτρόνια.
Τα μεταλλιοειδή παίρνουν διαφορετικές μορφές μεταλλικής δομής ώστε εμφανίζουν αλλοτροπία ως προς το κρυσταλλικό πλέγμα τους
Τα ημιμέταλλα εμφανίζονται σε δύο αλλοτρομικές τροποποιήσεις κρυστάλλων, η μια είναι μεταλλικού και η άλλη μη μεταλλικού χαρακτήρα και τα στοιχεία που στον περιοδικό πίνακα βρίσκονται στιν οριακή περιοχή μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων, δύσκολακατατάσσονται σε μια από τις δύο κατηγορίες.
ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΗΜΙΜΕΤΑΛΛΩΝ
Τα μεταλλιοειδή χαρακτηρίζονται από την παρουσία ομοιοπολικού κρυσταλλικού πλέγματος
Όσον αφορά τις χημικές τους ιδιότητες, τα στοιχεία βόριο, πυρίτιο, αρσενικό και τελλούριο είναι αμέταλλα, αλλά το γερμάνιο και το αντιμόνιο έχουν μεταλλικές ιδιότητες μαζί με μη μεταλλικές ιδιότητες (για παράδειγμα, αντιδρούν με οξέα για να σχηματίσουν άλατα). Όσον αφορά την αγωγιμότητα, το βόριο, το πυρίτιο, το γερμάνιο και το τελλούριο είναι ημιαγωγοί, ενώ το αρσενικό και το αντιμόνιο έχουν μεταλλική αγωγιμότητα. Τα τήγματα γερμανίου και πυριτίου έχουν επίσης μεταλλική αγωγιμότητα. Όσον αφορά τα εξωτερικά χαρακτηριστικά τους, το γερμάνιο, το αντιμόνιο και το τελλούριο έχουν έντονα χαρακτηριστικά των μετάλλων (χαρακτηριστική λάμψη, χρώμα), ενώ το βόριο, το πυρίτιο και το αρσενικό έχουν πολύ ασθενέστερα χαρακτηριστικά. Όλες οι απλές ουσίες αυτών των στοιχείων χαρακτηρίζονται από κρυσταλλική δομή, υψηλή σκληρότητα και ευθραυστότητα.
ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ
Ζώνη σθένους: Ο όρος χρησιμοποιείται για να εξηγησει την ηλεκτρική αγωγιμότητα ιδιαίτερα των ημιαγωγών. Είναι η υψηλότερη πλήρως κατελημένη ζώνη ενέργειας ηλεκτρονίων στο απόλυτο μηδέν ή είναι οι ζώνες ηλεκτρονίων στις οποίες τα ηλεκτρόνια συμβάλουν στον χημικό δεσμό.
Ζώνη αγωγιμότητας: Είναι είναι μοντέλο ζώνης που χρησιμοποιείται για να εξηγήσει την ηλεκτρική αγωγιμότητα των υλικών. Αναφέρεται για την ενεργειακή ζώνη που βρίσκεται ενεργειακά πάνω από τη ζώνη σθένους των ηλεκτρονίων
Ηλεκτρόνια που βρίσκονται στην ζώνη αγωγιμότητας μπορούν εύκολα να απορροφήσουν ενέργεια από ένα ηλεκτρικό πεδίο λόγω καταστάσεων ελεύθερης ενέργειας στη ζώνη αγωγιμότητας. Σύμφωνα με το θεώρημα Bloch τα ηλεκτρόνια τότε θεωρούνται σαν ελεύθερα σωματίδια και εφαρμόζεται σε αυτά η εξίσωση Stondinger. Επομένως το υλικό είναι ηλεκτρικά αγώγιμο.
Στην περίπτωση των ημιαγωγών και των μονωτών αυτή η ζώνη σθένους καταλαμβάνεται πλήρως και διαχωρίζεται από την ζώνη αγωγιμότητας από διάκενο ζώνης. Μπορούν να ξεπεράσουν μόνο με παροχή ενέργειας (θερμική, κινητική, φωτονική)
Στην περίπτωση των αγωγών αυτή η ζώνη σθένους είτε είναι πανομοιότυπη με την ζώνη αγωγιμότητας (όπως στην περίπτωση του Νατρίου) ή να μπορεί να επικαλύπτεται από την επόμενη ενεργειακά υψηλότερη ζώνη
Το κράμα με Γάλιο χησιμοποιείται σε υπεραγωγούς.
ακατέργαστο
Η ηλεκτρική αγωγιμότιτά τους είναι αρκετά μικρή σε θερμοκρασία δωματίου αλλά αυξάνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες αντίθετα με τα συνηθισμένα μέταλλα
Το πυρίτιο είναι ένας ημιαγωγός έμμεσης ζώνης και . οι ηλεκτροφυσικές του ιδιότητες επιρρεάζονται από τις ακαθαρσίες που περιέχει. Αν περιέχει προσμείξεις βόριου αλουμίνιου, γάλλιου, ίνδιο από ομάδα ΙΙΙ γίνεται ημιαγωγός οπών. Αν οι προσμείξεις φωσφόρος , αρσενικό και αντιμόνιο από ομάδα V γίνεται ημιαγωγός ηλεκτρονίων
Το Γερμάνιο είναι ο πιο Κοινός ημιαγωγός στον πλανήτη
Τα ημιμέταλλα (μεταλλοειδή) είναι χημικά στοιχεία που βρίσκονται στον περιοδικό πίνακα στο όριο μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων. Χαρακτηρίζονται από την παρουσία ομοιοπολικού κρυσταλλικού πλέγματος και μεταλλικής αγωγιμότητας.
Στη φυσική στερεάς κατάστασης, τα ημιμέταλλα είναι διάφορες ουσίες που καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ μετάλλων και ημιαγωγών όσον αφορά τις ηλεκτρικές ιδιότητες.
Τα ημιμέταλλα περιλαμβάνουν πυρίτιο, βόριο, γερμάνιο, αρσενικό, αντιμόνιο, τελλούριο, μερικές φορές βισμούθιο, πολώνιο και αστατίνη, καθώς και κασσίτερο, ο οποίος έχει μορφή ημιαγωγού και αλλοτροπικές τροποποιήσεις άνθρακα - γραφίτη και φωσφόρου - μεταλλικού φωσφόρου.
Το τενεσίνι είναι πιθανώς επίσης ημιμέταλλο.
Όσον αφορά τις χημικές τους ιδιότητες, τα στοιχεία βόριο, πυρίτιο, αρσενικό και τελλούριο είναι αμέταλλα, αλλά το γερμάνιο και το αντιμόνιο έχουν μεταλλικές ιδιότητες μαζί με μη μεταλλικές ιδιότητες (για παράδειγμα, αντιδρούν με οξέα για να σχηματίσουν άλατα). Όσον αφορά την αγωγιμότητα, το βόριο, το πυρίτιο, το γερμάνιο και το τελλούριο είναι ημιαγωγοί, ενώ το αρσενικό και το αντιμόνιο έχουν μεταλλική αγωγιμότητα. Τα τήγματα γερμανίου και πυριτίου έχουν επίσης μεταλλική αγωγιμότητα. Όσον αφορά τα εξωτερικά χαρακτηριστικά τους, το γερμάνιο, το αντιμόνιο και το τελλούριο έχουν έντονα χαρακτηριστικά των μετάλλων (χαρακτηριστική λάμψη, χρώμα), ενώ το βόριο, το πυρίτιο και το αρσενικό έχουν πολύ ασθενέστερα χαρακτηριστικά. Όλες οι απλές ουσίες αυτών των στοιχείων χαρακτηρίζονται από κρυσταλλική δομή, υψηλή σκληρότητα και ευθραυστότητα.
Σε αντίθεση με τους ημιαγωγούς, τα ημιμέταλλα έχουν ηλεκτρική αγωγιμότητα κοντά στην απόλυτη μηδενική θερμοκρασία, ενώ οι ημιαγωγοί (ειδικά τα διηλεκτρικά) είναι μονωτές υπό αυτές τις συνθήκες.
Χαρακτηριστικό γνώρισμα των ημιμετάλλων είναι μια ασθενής επικάλυψη μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας, η οποία οδηγεί, αφενός, στο γεγονός ότι τα ημιμέταλλα παραμένουν αγωγοί ηλεκτρικού ρεύματος μέχρι την απόλυτη μηδενική θερμοκρασία και, αφετέρου, με αύξηση της θερμοκρασίας, ο αριθμός των φορέων ρεύματος (ηλεκτρόνια και οπές) αυξάνεται, αλλά παραμένει μικρός, φθάνοντας σε συγκέντρωση 1018-1020 cm−3 ή 10-3 ανά άτομο.
Οι φορείς ρεύματος σε ημιμέταλλα χαρακτηρίζονται από υψηλή κινητικότητα και χαμηλή αποτελεσματική μάζα. Εξαιτίας αυτού, τα ημιμέταλλα είναι τα πιο κατάλληλα αντικείμενα για την παρατήρηση διαστατικών επιδράσεων, μεταβάσεων φάσης, ημιμεταλλικού-διηλεκτρικού σε ισχυρά μαγνητικά πεδία και πολλά άλλα φαινόμενα.
Πηγή: Wikipedia
ΠΗΓΕΣ