Metalloid
Elemente mit Eigenschaften zwischen Metallen und Nichtmetallen.
Metalloide sind eine Gruppe chemischer Elemente mit Eigenschaften, die zwischen denen von Metallen und Nichtmetallen liegen. Der Begriff stammt vom lateinischen metallum und dem griechischen oeidḗs ab, was „in Form oder Aussehen ähnelnd“ bedeutet. Es gibt keine Standarddefinition oder vollständige Übereinstimmung darüber, welche Elemente Metalloide sind, dennoch wird der Begriff in der Literatur weiterhin verwendet. Die sechs allgemein anerkannten Metalloide sind Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur, während fünf weitere – Kohlenstoff, Aluminium, Selen, Polonium und Astat – seltener als solche eingestuft werden. Sie nehmen einen diagonalen Bereich des p-Blocks im Periodensystem ein, von Bor oben links bis Astat unten rechts.
Historisch bezog sich das Wort ursprünglich auf Nichtmetalle, aber seine moderne Bedeutung – als Kategorie von Elementen mit intermediären oder hybriden Eigenschaften – verbreitete sich zwischen 1940 und 1960. Diese Elemente werden manchmal Halbmetalle genannt, obwohl diese Verwendung nicht empfohlen wird, da der Begriff „Halbmetall“ häufiger eine spezifische elektronische Bandstruktur bezeichnet; nach dieser physikalischen Definition qualifizieren sich nur Arsen und Antimon als Halbmetalle, doch beide werden dennoch allgemein als Metalloide anerkannt.
Typische Metalloide haben ein metallisches Aussehen, sind oft spröde und leiten Elektrizität nur mäßig. Sie können Legierungen mit Metallen bilden, und viele ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften liegen zwischen denen von Metallen und Nichtmetallen. Zu ihren Anwendungen gehören Legierungen, biologische Wirkstoffe, Katalysatoren, Flammschutzmittel, Gläser, optische Speicher und Optoelektronik, Pyrotechnik, Halbleiter und Elektronik.
Die Klassifizierung ist grundsätzlich beurteilungsabhängig: Ein Metalloid ist ein Element, dessen Eigenschaften eine Mischung aus metallischen und nichtmetallischen Merkmalen sind, was es schwierig macht, es als das eine oder das andere zu kategorisieren. Die meisten Elemente weisen eine Mischung solcher Eigenschaften auf, aber nur diejenigen, denen ein klares Überwiegen einer Gruppe fehlt, gelten als Metalloide. Die Aufnahme bestimmter Elemente variiert je nach Autor; Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur sind die konsistentesten, während Selen, Polonium und Astat manchmal hinzugefügt werden und Bor oder Tellur gelegentlich ausgeschlossen werden.
Quick Facts
- Commonly recognized
- Boron
- silicon
- germanium
- arsenic
- antimony
- tellurium
- Less frequently classified
- Carbon
- aluminium
- selenium
- polonium
- astatine
- Typical properties
- Metallic appearance
- brittle
- fair conductors of electricity
- Uses
- Alloys
- semiconductors
- glasses
- flame retardants
- catalysts
- optoelectronics
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Hintergrund
Der Begriff Metalloid bezog sich ursprünglich auf Nichtmetalle. Metalloide werden manchmal Halbmetalle genannt, aber diese Praxis wird nicht empfohlen, da „Halbmetall“ in der Physik eine häufigere Verwendung hat und sich auf eine spezifische elektronische Bandstruktur bezieht; nur Arsen und Antimon sind in diesem Zusammenhang Halbmetalle, und sie werden allgemein als Metalloide anerkannt. Typische Metalloide haben ein metallisches Aussehen, können spröde sein und sind nur mäßige Leiter von Elektrizität. Sie können Legierungen mit Metallen bilden, und viele ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften liegen zwischen denen von metallischen und nichtmetallischen Elementen. Ihre Verbindungen werden in Legierungen, biologischen Wirkstoffen, Katalysatoren, Flammschutzmitteln, Gläsern, optischen Speichern und Optoelektronik, Pyrotechnik, Halbleitern und Elektronik verwendet. Die Klassifizierung von Metalloiden ist beurteilungsabhängig und variiert je nach Autor. Zu den Kriterien gehören Elektronegativitätswerte von 1,8 oder 1,9 bis 2,2, Packungsdichten zwischen 34 % und 41 % oder das Goldhammer-Herzfeld-Verhältnis um 0,85 bis 1,1.
Leserleitfaden
Metalloide sind als Elemente von Bedeutung, die sich einer einfachen Klassifizierung als Metalle oder Nichtmetalle widersetzen und die allmähliche Natur von Eigenschaftsänderungen im Periodensystem veranschaulichen. Ihre intermediären Eigenschaften machen sie in der modernen Technologie unverzichtbar, insbesondere als Halbleiter und in der Optoelektronik, wo ihre elektrische Leitfähigkeit fein abgestimmt werden kann. Die diagonale Beziehung, die sie aufweisen – bei der Elemente in verschiedenen Gruppen ähnliche Eigenschaften teilen – hebt ein Ordnungsprinzip des Periodensystems hervor, das aus konkurrierenden horizontalen und vertikalen Trends der Kernladung resultiert. Das Fehlen einer Standarddefinition bedeutet, dass Anzahl und Identität der Metalloide von den verwendeten Kriterien abhängen, wobei die Listen zwischen vier und zwölf Elementen umfassen. Diese Mehrdeutigkeit spiegelt die willkürliche Natur der Klassifizierung an den Rändern wider, wie von Sharp festgestellt. Trotzdem bleibt der Begriff bestehen, weil er eine nützliche Kategorie für Elemente erfasst, die weder stark metallisch noch stark nichtmetallisch sind. Die Trennlinie zwischen Metallen und Nichtmetallen auf einigen Periodensystemen hilft, Metalloide zu lokalisieren, aber alternative Behandlungen können sie mit Metallen, Nichtmetallen gruppieren oder als Unterkategorie behandeln. Ihr Vermächtnis liegt darin, die binäre Klassifizierung in Frage zu stellen und Fortschritte in der Elektronik und Materialwissenschaft zu ermöglichen.
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