شبهفلز
۱۳ | ۱۴ | ۱۵ | ۱۶ | ۱۷ | |
---|---|---|---|---|---|
۲ | B بور |
C کربن |
N نیتروژن |
O اکسیژن |
F فلوئور |
۳ | Al آلومینیوم |
Si سیلیسیوم |
P فسفر |
S گوگرد |
Cl کلر |
۴ | Ga گالیوم |
Ge ژرمانیوم |
As آرسنیک |
Se سلنیوم |
Br برم |
۵ | In ایندیوم |
Sn قلع |
Sb آنتیموان |
Te تلوریوم |
I ید |
۶ | Tl تالیوم |
Pb سرب |
Bi بیسموت |
Po پولونیوم |
At استاتین |
شبهفلز یا فلزوار (به انگلیسی: Metalloid) عنوانی برای طبقهبندی عناصر شیمیایی است که به عناصری گفته میشود که خواصشان میان فلز و نافلز است. بهطور کلی خواص فیزیکی شبهفلزات بیشتر شبیه به فلزات و خواص شیمیایی آنها مانند نافلزات است. برای مثال، شبهفلز سیلیسیم که در گروه ۱۴ و دورهٔ ۳ جدول تناوبی قرار دارد، سطح صیقلی و براق دارد، رسانایی الکتریکی کم اما رسانایی گرمایی بالایی دارد. این عنصر اما بر اثر ضربه، خرد میشود و چکشخوار نیست و در واکنش با اتمهای دیگر، فقط الکترون به اشتراک میگذارد.
هشت شبهفلز شناختهشده معمولاً بور، سیلیسیم، ژرمانیم، آرسنیک، آنتیموان ، تلوریم و پولونیم و استاتین هستند. البته با توجه به تعریف گنگ و نامفهوم این دسته از مواد، ممکن است در منابع و کتابهای مختلف، تعداد و نوع شبهفلزات، متفاوت باشد.
ویژگیها
[ویرایش]تعریف معینی برای شبهفلزها وجود ندارد اما چند ویژگی زیر مشخصهٔ آنها است:
- شبهفلزها سطح صیقلی و براق دارند.
- در اثر ضربه خرد میشوند و میشکنند، بنابراین چکشخوار نیستند.
- رسانایی گرمایی متوسط و رسانایی الکتریکی کمی دارند. البته با افزایش دما، رسانایی الکتریکیشان افزایش مییابد و به همین جهت در ساخت ترانزیستورها و قطعات الکتریکی در مدار وسایل الکتریکی از آنها استفاده میشود.
- در واکنش با سایر اتمها، الکترون به اشتراک میگذارند.
خواص فیزیکی متالوئیدها
[ویرایش]متالوئیدها ترکیبی از خواص فلزات و نافلزات را دارند. خواص فیزیکی مهم متالوئیدها شامل موارد زیر است:
- هدایت الکتریکی: متالوئیدها رسانای الکتریسیته ضعیفتری نسبت به فلزات هستند و معمولاً به عنوان نیمهرسانا عمل میکنند. این بدان معناست که بسته به سطح ناخالصیها یا دما، میتوانند رسانا یا عایق باشند.
- شکل فیزیکی: متالوئیدها در دمای اتاق به صورت جامد هستند.
- هدایت حرارتی: متالوئیدها گرما را بهتر از نافلزات اما ضعیفتر از فلزات هدایت میکنند.
- چگالی: چگالی متالوئیدها متفاوت است. به عنوان مثال، چگالی سیلیسیم ۲.۳۳ گرم بر سانتیمتر مکعب و چگالی آنتیموان ۶.۶۹ گرم بر سانتیمتر مکعب است.
- سختی: متالوئیدها دارای طیف وسیعی از سختی هستند. به عنوان مثال، آرسنیک سختی ۳.۵ و بور سختی ۹.۳ را در مقیاس موس دارند.
- خواص مکانیکی: متالوئیدها شکلپذیری ضعیفی دارند و بسیار شکننده هستند و به همین دلیل در کاربردهای سازهای قابل استفاده نیستند.
- ظاهر فلزی: بیشتر متالوئیدها سطحی براق و بازتابنده دارند، مشابه بسیاری از فلزات.
کاربردها
[ویرایش]شبهفلزها میتوانند در کنار فلزات، آلیاژ تشکیل دهند. شبهفلزها علاوه بر تهیهٔ آلیاژ در تهیهٔ عوامل بیولوژیکی، کاتالیزورها، پیشگیرندههای شعله، شیشه، ذخیرهسازی نوری، اپتوالکترونیک، آتشکاری، نیمرساناها و الکترونیک استفاده میشوند. ویژگیهای الکتریکی سیلیسیم و ژرمانیوم باعث ایجاد صنایع نیمرسانا در دههٔ ۱۹۵۰ و توسعهٔ الکترونیک حالت-جامد از اوایل دههٔ ۱۹۶۰ شد.[۱]
آلیاژ
[ویرایش]![Several dozen metallic pellets, reddish-brown. They have a highly polished appearance, as if they had a cellophane coating.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/74/Copper_germanium.jpg/220px-Copper_germanium.jpg)
آلیاژهای نیکل–بور از مواد تشکیلدهندهٔ آلیاژهای جوشکاری و ترکیبات سختکاری پوسته برای صنایع مهندسی هستند. آلیاژهای سیلیسیم با آهن و آلومینیم بهترتیب در صنایع فولاد و خودروسازی کاربرد فراوانی دارند. ژرمانیم، آلیاژهای بسیاری را تشکیل میدهد که مهمترین آنها در ترکیب با فلزات گروه ۱۱ جدول تناوبی، موسوم به فلزات مسکوک است.[۳]
آرسنیک میتواند آلیاژهایی با فلزات از جمله پلاتین و مس تشکیل دهد.[۴] آرسنیک همچنین به مس و آلیاژهای مس برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی اضافه میشود و بهنظر میرسد که هرگاه به منیزیم اضافه شود، همین مزیت را دارد.[۵][۶] آنتیموان بهعنوان یک آلیاژساز از جمله با فلزات مسکوک شناخته شدهاست. یکی از آلیاژهای آن، مسوار (آلیاژ مس و قلع با حداکثر ۲۰ درصد آنتیموان) است.[۷] تلوریم بهآسانی با آهن، با عنوان فروتلوریم (۵۰–۵۸٪ تلوریم) و با مس، بهشکل مس تلوریوم (۴۰–۵۰٪ تلوریم)، آلیاژ میشود.[۸] فروتلوریم بهعنوان تثبیتکنندهٔ کربن در ریختهگری فولاد استفاده میشود.[۹] از عناصر نافلزی که کمتر بهعنوان یک شبهفلز شناخته میشوند، سلنیم - بهشکل فروسلنیم (۵۰–۵۸٪ سلنیم) - برای بهبود قابلیت ماشینکاری فولادهای زنگنزن استفاده میشود.[۱۰]
عناصری که معمولاً شبهفلز بهحساب میآیند
[ویرایش]![Dull, lustrous granules, pebbles and irregular blob-like lumps, most grey, a few brown.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2e/Boron_mNACTEC.jpg/220px-Boron_mNACTEC.jpg)
![A lustrous blue gray potato shaped lump with an uneven and irregular corrugated surface.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e9/SiliconCroda.jpg/220px-SiliconCroda.jpg)
![Grayish lustrous block with uneven cleaved surface.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Polycrystalline-germanium.jpg/220px-Polycrystalline-germanium.jpg)
![Two dull silver clusters of crystalline shards.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7b/Arsen_1a.jpg/220px-Arsen_1a.jpg)
![A glistening silver rock-like chunk, with a blue tint, and roughly parallel furrows.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Antimony-4.jpg/220px-Antimony-4.jpg)
![A shiny silver-white medallion with a striated surface, irregular around the outside, with a square spiral-like pattern in the middle.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c1/Tellurium2.jpg/220px-Tellurium2.jpg)
عناصر زیر در دستهٔ شبهفلزها جای میگیرند:[۱۱][۱۲]
- بور (B)
- سیلیسیوم (Si)
- ژرمانیوم (Ge)[۱۳][۱۴]
- آرسنیک (As)[۱۵]
- آنتیموان(Sb)[۱۵]
- تلوریم (Te)[۱۵][۱۶]
- پولونیم (Po)[۱۷][۱۸]
بور
[ویرایش]بور (به انگلیسی: Boron) با نماد شیمیایی B نام یک عنصر شمیایی با عدد اتمی ۵ است.
سیلیسیم
[ویرایش]سیلیسیم (به انگلیسی: Silicon) (با سیلیس که دیاکسید سیلیسیم است اشتباه نشود) با نماد Si است. عدد اتمی این عنصر ۱۴ است و چهار الکترون در لایهٔ ظرفیت دارد. سیلیسیم، جامد و بلوری است که درخشش فلزی آبی-خاکستری دارد. در اثر ضربه خرد میشود و شکننده است.
ژرمانیم
[ویرایش]ژرمانیم سی و دومین عنصر جدول تناوبی است. ژرمانیم یکی از اعضای مهم خانوادهٔ نیمهرساناها است و در صنعت نیمهرساناها کاربرد فراوان دارد. ژرمانیم با نماد Ge دارای عدد اتمی ۳۲ است.
آرسنیک
[ویرایش]آرسِنیک یا اَرسِنیک که در فارسی به اکسید آن مرگ موش و به سولفید آن زرنیخ گفته میشود، عنصری شیمیایی است که در جدول تناوبی با نماد شیمیایی As مشخص شده و دارای عدد اتمی ۳۳ است.
آنتیموان
[ویرایش]آنتیموان (به انگلیسی: Antimony) از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نماد شیمیایی آن Sb و عدد اتمی آن ۵۱ است.
تلوریم
[ویرایش]تلوریم یک جامد درخشان نقرهای-سفید است و با نماد Te آن را نشان میدهند. تلوریم یا تلور عنصری با عدد اتمی ۵۲ است.
عناصری که کمتر شبهفلز بهحساب میآیند
[ویرایش]استاتین
[ویرایش]استاتین بهعنوان یک هالوژن گاهی در نافلزها طبقهبندی میشود[۱۹] و ویژگیهای فلزی قابل توجهی نیز دارد.[۲۰] استاتین گاهی در دستهبندی شبهفلزها قرار میگیرد[۲۱] و بهندرت فلز بهحساب میآید.
سلنیم
[ویرایش]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d3/Selenium_black_%28cropped%29.jpg/170px-Selenium_black_%28cropped%29.jpg)
سلنیم رفتاری مرزی بین فلز و شبهفلز نشان میدهد.[۲۳] این عنصر در منابع شیمی محیط زیست معمولاً بهعنوان یک شبهفلز توصیف میشود.[۲۴] سلنیم در محیط آبی، مشابه آرسنیک و آنتیموان حرکت میکند.[۲۵] نمکهای محلول در آب آن، در غلظتهای بالاتر، ویژگیهای سمشناسی مشابهی با آرسنیک دارند.[۲۶]
پولونیم
[ویرایش]پولونیم از برخی جهات، دارای ویژگیهای فلزی است.[۲۷] هر دو شکل آلوتروپیک آن، رسانای فلزی و در اسیدها محلول هستند.[۲۸] بسیاری از نمکهای پولونیم شناسایی شدهاند.[۲۹]
کربن
[ویرایش]![A shiny grey-black cuboid nugget with a rough surface.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/48/Graphite2.jpg/220px-Graphite2.jpg)
کربن معمولاً بهعنوان یک نافلز طبقهبندی میشود.[۳۱] اما دارای برخی ویژگیهای فلزی است و گاهی بهعنوان یک شبهفلز، طبقهبندی میشود.[۳۲] گرافیت از نظر ترمودینامیکی، پایدارترین آلوتروپ کربن در شرایط محیطی است.[۳۳] ظاهری درخشان دارد و رسانای الکتریکی نسبتاً خوبی است.[۳۴][۳۵] گرافیت ساختار لایهای دارد. هر لایه از اتمهای کربن تشکیل شدهاست که به سه اتم کربنِ دیگر، در یک آرایش شبکهای ششضلعی پیوند دارند. لایهها روی هم چیده شدهاند و توسط نیروهای واندروالسی و الکترونهای ظرفیتی غیرمکانیشده نگهداشته میشوند.[۳۶]
ارزش اقتصادی
[ویرایش]شبهفلزهای شناختهشده عمدتاً کمتر از نقره قیمت دارند. تنها پولونیم و استاتین بهدلیل رادیواکتیویتهٔ قابلتوجه آنها از طلا گرانتر هستند. در ۵ آوریل ۲۰۱۴، قیمت مقادیر اندک (تا ۱۰۰ گرم) سیلیسیم، آنتیموان، تلوریم و گرافیت، آلومینیم و سلنیم، بهطور میانگین، حدود یک سوم قیمت نقره (۱٫۵ دلار آمریکا برای هر گرم یا حدود ۴۵۵ دلار برای هر اونس) بود. قیمت بور، ژرمانیم و آرسنیک بهطور میانگین، حدود سه و نیم برابر قیمت نقره است. پولونیم با قیمت حدود ۱۰۰ دلار در هر میکروگرم در دسترس است.[۳۷]
منابع
[ویرایش]- ↑ Chedd 1969, pp. 58, 78; National Research Council 1984, p. 43
- ↑ Russell & Lee 2005, p. 401; Büchel, Moretto & Woditsch 2003, p. 278
- ↑ Klug & Brasted 1958, p. 199
- ↑ Good et al. 1813
- ↑ Sequeira 2011, p. 776
- ↑ Gary 2013
- ↑ Russell & Lee 2005, pp. 405–06; 423–34
- ↑ Davidson & Lakin 1973, p. 627
- ↑ Wiberg 2001, p. 589
- ↑ Greenwood & Earnshaw 2002, p. 749; Schwartz 2002, p. 679
- ↑ E. Sherman and G.J. Weston (1966). Chemistry of the non-metallic elements. Pergamon Press, New York. p. 64.
- ↑ Boylan, P.J. (1962). Elements of Chemistry. Allyn and Bacon, Boston. p. 493.
- ↑ Liu, E (1978). "Fluorination of dimethylmercury, tetramethylsilane and tetramethylgermanium. Synthesis and characterization of polyfluorotetramethylsilanes, polyfluorotetramethylgermanes,bis(trifluoromethyl)mercury and tetrakis(trifluoromethyl)germanium". Journal of Organometallic Chemistry. 145: 167. doi:10.1016/S0022-328X(00)91121-5.
- ↑ Schnepf, Andreas (2008). "Metalloid Cluster Compounds of Germanium: Synthesis – Properties – Subsequent Reactions". European Journal of Inorganic Chemistry. 2008: 1007. doi:10.1002/ejic.200700969.
- ↑ ۱۵٫۰ ۱۵٫۱ ۱۵٫۲ Casiot, C (2002). "Optimization of the hyphenation between capillary zone electrophoresis and inductively coupled plasma mass spectrometry for the measurement of As-, Sb-, Se- and Te-species, applicable to soil extracts". Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy. 57: 173. doi:10.1016/S0584-8547(01)00365-2.
- ↑ Chasteen, Thomas G.; Bentley, R (2003). "Biomethylation of Selenium and Tellurium: Microorganisms and Plants". Chemical Reviews. 103 (1): 1. doi:10.1021/cr010210. PMID 12517179.
- ↑ «Polonium-210 Information Sheet» (PDF). بایگانیشده از اصلی (PDF) در ۱۹ ژوئن ۲۰۱۰. دریافتشده در ۲۴ اوت ۲۰۱۰.
- ↑ Rubin, K (1997). "Degassing of metals and metalloids from erupting seamount and mid-ocean ridge volcanoes: Observations and predictions". Geochimica et Cosmochimica Acta. 61: 3525. doi:10.1016/S0016-7037(97)00179-8.
- ↑ Hawkes 2010; Holt, Rinehart & Wilson c. 2007; Hawkes 1999, p. 14; Roza 2009, p. 12
- ↑ Keller 1985
- ↑ Harding, Johnson & Janes 2002, p. 61
- ↑ Emsley 2001, p. 382
- ↑ Young et al. 2010, p. 9; Craig & Maher 2003, p. 391
- ↑ Meyer et al. 2005, p. 284; Manahan 2001, p. 911; Szpunar et al. 2004, p. 17
- ↑ US Environmental Protection Agency 1988, p. 1; Uden 2005, pp. 347‒48
- ↑ De Zuane 1997, p. 93; Dev 2008, pp. 2‒3
- ↑ Cotton et al. 1999, p. 502
- ↑ Wiberg 2001, p. 594
- ↑ Greenwood & Earnshaw 2002, p. 786; Schwietzer & Pesterfield 2010, pp. 242–43
- ↑ Hill & Holman 2000, p. 124
- ↑ Chang 2002, p. 314
- ↑ Kent 1950, pp. 1–2; Clark 1960, p. 588; Warren & Geballe 1981
- ↑ Housecroft & Sharpe 2008, p. 384; IUPAC 2006–, rhombohedral graphite entry
- ↑ Mingos 1998, p. 171
- ↑ Wiberg 2001, p. 781
- ↑ Charlier, Gonze & Michenaud 1994
- ↑ United Nuclear 2013
جدول تناوبی | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|