주기율표에서 준금속(메탈로이드)은 어디에 있을까?

메탈로이드(준금속 또는 반금속)란?

메탈로이드(준금속)은 금속과 비금속의 중간 성질을 가진 원소입니다. 준금속은 반금속이라고도 합니다. 주기율표에서 일반적으로 계단 선과 경계를 이루는 녹색 원소는 준금속으로 간주됩니다.

알루미늄은 선과 경계를 이루고 있지만 모든 속성이 금속과 같기 때문에 금속으로 간주됩니다.

준금속에 대한 표준 정의가 없으며 어떤 원소가 준금속인지에 대한 완전한 합의도 없습니다. 특이성이 없음에도 불구하고이 용어는 화학 문헌에서 계속 사용됩니다.

일반적으로 인식되는 6가지 준금속은 붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬 및 텔루르입니다. 탄소, 알루미늄, 셀레늄, 폴로늄 및 아스타틴의 5가지 원소는 덜 자주 분류됩니다.

표준 주기율표에서 11개의 모든 원소는 왼쪽 상단의 붕소에서 오른쪽 하단의 아스타틴까지 확장되는 p 블록의 대각선 영역에 있습니다. 일부 주기율표에는 금속과 비금속을 구분하는 선이 포함되어 있으며 이 선 가까이에서 준금속이 발견될 수 있습니다.

원소의 일부 동소체는 다른 것보다 더 뚜렷한 금속, 준금속 또는 비금속 거동을 보입니다. 원소 탄소; 다이아몬드 동소체는 비금속입니다. 그러나 흑연 동소체는 전기 전도성을 띠고 있어 준금속과 같은 특성을 보입니다. 인, 주석, 셀레늄 및 비스무트도 경계 행동을 나타내는 동소체를 가지고 있습니다.

준금속은 금속 외관을 갖는 경향이 있지만 대부분의 화학 반응에서 비금속처럼 거동합니다. 모든 준금속은 실온에서 고체입니다. 그것들은 금속보다 훨씬 더 부서지기 쉽지만 훨씬 열악한 전기 전도체입니다. 준금속이 가지고 있는 하이브리드 특성은 금속 합금, 난연제, 반도체/전자공학과 같은 광범위한 실제 응용 분야를 제공합니다.

 

주기율표에서 준금속은 어디에 있을까?

준금속은 금속과 비금속을 구분하는 선의 양쪽에 있습니다. 이것은 일부 주기율표에서 다양한 구성으로 찾을 수 있습니다. 선의 왼쪽 하단에 있는 요소는 일반적으로 증가하는 금속성 거동을 나타냅니다. 오른쪽 상단의 요소는 비금속 거동을 증가시킵니다. 일반 계단으로 표시하면 해당 그룹(Li, Be, Al, Ge, Sb, Po)에 대해 임계 온도가 가장 높은 요소가 선 바로 아래에 있습니다.

 

 

준금속은 금속과 비금속 사이에 위치하며 금속과 비금속 사이의 분리 경계를 형성합니다. 즉, 준금속(반금속)은 전이 후 금속의 오른쪽과 비금속의 왼쪽에 위치합니다. 또한 주기율표에서 p 블록의 대각선 영역에 준금속이 존재한다고 말할 수 있습니다.

 

준금속(메탈로이드)의 일반적인 특성

준금속은 비금속과 금속의 성질 사이에 있는 성질을 가지고 있습니다. 대부분의 준금속은 다음을 가지고 있습니다.

▷ 금속과 유사한 외관.
▷ 금속보다 전도성이 낮습니다.
▷ 금속보다 더 부서지기 쉽습니다.
▷ 준금속은 일반적으로 비금속 화학적 특성을 가지고 있습니다.
▷ 준금속의 전기 음성도는 비금속과 금속 사이에 있습니다.
▷ 준금속의 이온화 에너지도 비금속과 금속 사이에 있습니다.
▷ 반금속/준금속은 비금속의 일부 특성과 금속의 일부 특성을 가지고 있습니다.
▷ 준금속의 반응성은 상호 작용하는 원소의 특성에 따라 다릅니다.
▷ 준금속은 좋은 반도체 경향이 있습니다.
▷ 준금속은 금속 광택을 가질 수 있지만 비금속 외관을 가질 수 있는 트로피도 있습니다.
▷ 준금속은 일반적으로 부서지기 쉽고 일반적으로 고체이며 드문 조건에서만 고체가 되지 않습니다.
▷ 준금속은 일반적으로 화학 반응에서 비금속으로 작용하며 금속과 합금을 만들 수 있습니다.

요약하여 준금속의 물리적 특성과 화학적 특성을 모두 간단히 살펴보겠습니다.

 

준금속의 물리적 특성
물리적 특성은 분자 그룹을 물질로 변경하지 않고 요소의 물질을 변경하지 않고 문서화하거나 관찰할 수 있는 특성입니다. 물리적 특성에는 어는점 및 밀도와 같은 것들이 포함됩니다.

준금속의 물리적 특성은 다음과 같습니다.

▷ 준금속은 고체 상태의 물질을 가지고 있습니다.
▷ 일반적으로 준금속은 금속 광택이 있습니다. 준금속은 탄성이 낮습니다. 그들은 매우 부서지기 쉽습니다.
▷ Middleweights는 반도체 요소이며 평균 열 전달을 허용합니다.

준금속의 화학적 성질
화학적 성질은 물질이 다른 물질과 어떻게 상호 작용/반응하거나 한 물질에서 다른 물질로 변화하는지 정의하는 것입니다. 화학 반응은 원소의 화학적 성질을 정량화할 수 있는 유일한 시간입니다. 화학 반응에는 돌진, 연소, 변색, 폭발 등과 같은 것들이 포함됩니다.

준금속의 화학적 성질은 다음과 같습니다.

▷ 준금속은 산화될 때 쉽게 기체를 형성합니다.
▷ 준금속은 금속과 결합하여 합금을 만들 수 있습니다.
▷ 준금속은 금속 및 비금속 동소체가 다릅니다.
▷ 준금속이 녹을 때 그들 중 일부는 수축할 것입니다.
▷ 준금속은 할로겐과 반응하여 화합물을 형성할 수 있습니다.

 

준금속의 특성

▷ 준금속은 고체입니다
▷ 금속 광택이 있으며 일반적으로 금속처럼 보입니다.
▷ 부서지기 쉽고 부서지기 쉽습니다.
▷ 준금속은 전기를 전도할 수 있지만 금속만큼은 아닙니다.
▷ 화학적으로 그들은 비금속처럼 작용하여 쉽게 음이온을 형성하고 다중 산화 상태를 가지며 공유 결합을 형성합니다.
▷ 이온화 에너지와 전기 음성도는 금속과 비금속의 값 사이에 있습니다.

준금속은 결정적으로 준금속으로 분류되는 원소가 6개뿐이므로 단연코 가장 작은 원소 그룹입니다. 그들은 외부 에너지 껍질에 3-6개의 원자가 전자를 가질 수 있습니다. 이것은 반응성/화학적 거동의 동인입니다.

3개의 원자가 전자를 가진 붕소는 전자를 포기함으로써 화학 반응 중에 금속과 매우 유사하게 행동합니다. 4개 이상의 원자가 전자를 가진 다른 준금속은 비금속처럼 행동하는 경향이 있어 반응 중에 전자를 얻습니다.

붕소부터 시작하여 개별 준금속에 대한 몇 가지 사실을 알아보겠습니다.

 

주기율표의 준금속(메탈로이드)

1. 붕소
붕소는 여러 화합물에 통합될 수 있는 다재다능한 원소입니다. 붕규산 유리는 열 충격에 매우 강합니다. 붕규산염을 함유한 물체의 극단적인 온도 변화는 금이 가거나 부서지는 다른 유리 구성과 달리 재료에 어떠한 손상도 일으키지 않습니다.
붕소 필라멘트는 그 강도 때문에 비행기, 골프채, 낚싯대 등의 경량 고강도 소재로 사용됩니다. 사붕산나트륨은 유리 섬유에서 단열재로 널리 사용되며 많은 세제 및 세제에도 사용됩니다.

2. 실리콘
실리콘은 전형적인 준금속입니다. 금속과 같은 광택이 있지만 비금속과 같이 부서지기 쉽습니다. 실리콘은 전기 전도성이 금속과 비금속의 중간에 있기 때문에 컴퓨터 칩 및 기타 전자 제품에 광범위하게 사용됩니다.
강력한 반도체로 고온에서 더 효율적으로 전기를 전도합니다. 규산염이라고 하는 규소 화합물은 지각의 거의 90%를 구성하며 순수한 규소는 드뭅니다. 그러나 소행성, 위성 및 우주 먼지에서 비교적 흔합니다. 규산염은 시멘트, 도자기 및 도자기 제조에 자주 사용됩니다.
21세기에 실리콘은 반도체 전자의 발전에서 그 중요성을 통해 세계 경제에 막대한 영향을 미쳤습니다. 순수 실리콘은 휴대전화, 텔레비전 및 가전제품과 같은 현대 전자 장치의 중요한 구성요소인 집적 회로 칩 및 트랜지스터의 개발에 필수적이었습니다.

3. 게르마늄
게르마늄은 반짝이는 회백색 고체입니다. 밀도는 5.323g/cm3이며 단단하고 부서지기 쉽습니다. 실온에서는 대부분 반응성이 없으나 뜨거운 농축 황산이나 질산에 서서히 공격을 받습니다. 게르마늄은 또한 용융 가성 소다와 반응하여 게르마네이트 나트륨 Na2GeO3 및 수소 가스를 생성합니다. 938 °C에서 녹습니다.
또한 좋은 반도체이며 지구상에서 순수한 원소 형태로는 거의 발견되지 않습니다. 게르마늄은 종종 다이아몬드 구조로 결정화됩니다. 게르마늄은 실제로 발견되기 몇 년 전에 Dimitri Mendeleev에 의해 존재한다고 예측되었습니다. 그는 또한 주기적인 경향에 대한 이해와 다른 준금속 및 주변 원소에 대한 지식을 사용하여 그 속성의 많은 부분을 예측할 수 있었습니다.
실리콘과 마찬가지로 게르마늄도 현대 기술에 중요하지만 주로 메탈로이드 사촌과는 다른 용도로 사용됩니다. 게르마늄은 적외선 광학, 태양 에너지 및 수많은 금속 합금에 자주 사용됩니다.

4. 비소
비소는 회색의 금속성 고체입니다. 밀도는 5.727g/cm3이고 부서지기 쉽고 적당히 단단합니다(알루미늄보다 크고 철보다 작음). 건조한 공기에서는 안정적이지만 습한 공기에서는 황금빛 청동 녹청이 발생하여 추가 노출 시 검게 변합니다.
비소는 질산과 진한 황산의 공격을 받습니다. 그것은 융합 가성 소다와 반응하여 비산 Na3AsO3와 수소 가스를 생성합니다. 비소는 615°C에서 승화합니다. 증기는 레몬 노란색이며 마늘 냄새가납니다. 비소는 817°C에서 38.6atm의 압력에서만 녹습니다.
비금속과 쉽게 공유 결합을 형성합니다. 비소는 합금, 전자제품, 살충제/제초제와 관련하여 적용되지만 금속의 독성으로 인해 이러한 적용을 위한 비소 사용이 감소하고 있습니다.
살충제로서의 효과로 인해 비소는 목재 방부제로 사용되었습니다. A군 발암물질로 분류됩니다. 독성에도 불구하고 인간의 신진대사에 매우 적은 양의 비소가 필요하지만 이에 대한 메커니즘은 알려져 있지 않습니다.

5. 안티몬
안티몬은 푸른 색조와 화려한 광택이 있는 은백색 고체입니다. 밀도가 6.697g/cm3이고 잘 깨지고 적당히 단단한 물질로 전기가 잘 통하지 않습니다. 실온에서 공기와 습기에 안정적입니다. 납과 함께 사용하면 안티몬이 혼합물의 경도와 강도를 증가시킵니다. 이 재료는 전자 및 반도체 장치의 제조에 중요한 역할을 합니다.
산업적으로 사용되는 안티몬의 약 절반은 배터리, 총알, 합금, 케이블 및 배관 장비 생산에 사용됩니다. 다른 준금속과 마찬가지로 고순도 안티몬을 반도체 기술에 사용할 수 있습니다.
자연계에서 비소가 약 ⅕ 풍부하게 존재합니다. 안티몬은 비소와 유사한 원자 구조를 가지고 있으며 가장 바깥쪽 껍질에 3개의 반쯤 채워진 전자 껍질이 있습니다. 일반적으로 공유 결합을 형성하고 유황과 같은 할로겐과 반응성이 높으며 연소 시 밝은 파란색 불꽃을 생성합니다.

 

6. 텔루르
텔루륨은 은백색의 반짝이는 고체입니다. 밀도가 6.24g/cm3이고 부서지기 쉽고 일반적으로 인식되는 준금속 중 가장 부드럽고 황보다 약간 더 단단합니다. 큰 텔루르 조각은 공중에서 안정적입니다. 미세 분말 형태는 수분이 있는 상태에서 공기에 의해 산화됩니다. 텔루륨은 끓는 물과 반응하거나 50°C에서도 새로 침전될 때 이산화물과 수소를 생성합니다.
텔루륨은 안티몬과 유사한 설명을 나타내는 준금속입니다. 텔루륨은 황 및 셀레늄과 반응성이 높으며 연소 시 녹색-청색 불꽃을 보입니다. 텔루륨은 산업적으로 철강 첨가제로 사용되며 알루미늄, 구리, 납 또는 주석과 합금될 수 있습니다.
안티몬과 마찬가지로 텔루르도 다른 금속을 강화할 수 있지만 앞서 언급한 금속에 첨가하면 부식을 줄일 수도 있습니다. 또한 텔루륨은 특히 빛에 노출될 때 강력한 반도체 역할을 합니다. 자연에서 대부분의 텔루륨은 석탄에서 발견되지만 일부 식물에서는 미량 발견됩니다.

7. 폴로늄
폴로늄은 어떤 면에서 "분명히 금속성"입니다. 동소체 형태는 모두 금속 도체입니다. 그것은 산에 용해되어 장미색 Po2+ 양이온을 형성하고 수소를 대체합니다: Po + 2 H+ → Po2+ + H2. 많은 폴로늄 염이 알려져 있습니다. 산화물 PoO2는 본질적으로 대부분 염기성입니다.
폴로늄은 가장 가벼운 동족 산소와 달리 꺼려하는 산화제입니다. 수용액에서 Po2- 음이온을 형성하려면 고도의 환원 조건이 필요합니다.
폴로늄이 연성인지 취성인지 여부는 불분명합니다. 계산된 탄성 상수를 기반으로 연성이 있을 것으로 예측됩니다. 그것은 단순한 입방체 결정 구조를 가지고 있습니다. 이러한 구조는 슬립 시스템이 거의 없으며 "매우 낮은 연성과 따라서 낮은 파괴 저항을 초래합니다".
폴로늄은 할로겐화물과 폴로나이드의 존재에 의해 비금속 특성을 나타냅니다. 할로겐화물은 일반적으로 비금속 할로겐화물의 특성을 가지고 있습니다. 500–1,000 °C에서 요소를 함께 가열하고 Po2- 음이온을 포함하는 많은 금속 폴로나이드도 알려져 있습니다.

8. 아스타틴
할로겐으로서 아스타틴은 비금속으로 분류되는 경향이 있습니다. 그것은 몇 가지 현저한 금속 성질을 가지고 있으며 때로는 대신에 준금속 또는 (덜 자주) 금속으로 분류됩니다. 1940년에 생산된 직후 초기 조사자들은 그것을 금속으로 여겼습니다.
1949년에 그것은 가장 고귀한(환원하기 어려운) 비금속 뿐만 아니라 비교적 고귀한(산화하기 어려운) 금속으로 불렸습니다. 1950년에 스타틴은 할로겐 및 (따라서) 반응성 비금속으로 기술되었습니다. 2013년 상대론적 모델링에 기초하여 아스타틴은 면 중심 입방 결정 구조를 갖는 단원자 금속으로 예측되었습니다.
몇몇 저자는 스타틴의 일부 특성의 금속성 특성에 대해 언급했습니다. 요오드는 면 방향으로 반도체이고 할로겐은 원자 번호가 증가함에 따라 금속성이 되기 때문에 응축상을 형성할 수 있다면 아스타틴은 금속일 것으로 추정된다.
아스타틴은 ~42 kJ/mol보다 큰 기화 엔탈피를 갖는 원소가 액체일 때 금속성이라는 점에 기초하여 액체 상태에서 금속성일 수 있습니다. 이러한 원소에는 붕소, 규소, 게르마늄, 안티몬, 셀레늄 및 텔루르가 포함됩니다.