الفلزات: الخصائص والخصائص والاستخدامات - كيمياء - 2026

و الفلزات أو semimetals هي مجموعة من العناصر الكيميائية مع الخصائص الفيزيائية والكيميائية وسيطة بين المعادن واللافلزات. يقبل معظم الباحثين الكيميائيين العناصر الكيميائية التالية كأشباه فلزات: البورون والسيليكون والزرنيخ والجرمانيوم والأنتيمون والتيلوريوم (الأخضر في الصورة أدناه).

ومع ذلك ، أضافت مجموعة أصغر من الباحثين البولونيوم والأستات (الأزرق في اللون) والسيلينيوم (اللون الوردي) إلى أشباه الفلزات.

المصدر: بقلم Sandbh ، من ويكيميديا ​​كومنز

حتى بناءً على بعض الخصائص ، فإنهم يقترحون أن العناصر الكيميائية مثل الكربون والألمنيوم (اللون الأصفر) يجب اعتبارهما أشباه فلزات.

الخصائص الرئيسية للفلزات

الوضع في الجدول الدوري

توجد أشباه الفلزات في الجدول الدوري على شكل قطري هبوطي بين الأعمدة 13 و 14 و 15 و 16 و 17 ، بدءًا من البورون في أعلى اليسار وينتهي بالأستاتين في أسفل اليمين.

توجد المعادن على يسار أشباه الفلزات واللافلزات على يمينها ؛ لذلك ، فإنها تمثل الحدود بين كلا نوعي المادة.

هم يشكلون سبائك مع المعادن

تشكل الفلزات سبائك مع معادن وتتفاعل مع اللافلزات ، مثل الأكسجين والكبريت والهالوجينات.

أشباه الموصلات الكهربائية

بالنسبة للجزء الأكبر ، تعتبر أشباه موصلات كهربائية ، ويعتمد توصيلها على درجة الحرارة. في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون الموصلية الكهربائية منخفضة ، لذا فهي تعمل كعوازل كهربائية ، ولكن مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد قدرتها على توصيل الكهرباء.

قاعدة صناعة الإلكترونيات

أشباه الموصلات هي أساس تطور صناعة الإلكترونيات ، وكذلك الحوسبة والمعلوماتية. وبالمثل ، فإن التطبيق المصنوع من السيليكون كان مفيدًا جدًا في هذا المجال.

الدول المتآصلة

تحتوي الفلزات على حالات تآصل مختلفة (أشكال بلورية مختلفة) ؛ وهكذا ، على سبيل المثال ، يحتوي الزرنيخ على بلورات سوداء أو صفراء أو رمادية.

في الطبيعة ، لا توجد عادة كعناصر كيميائية نقية ، ولكنها مرتبطة أو تشكل مجاميع في المعادن مع الرصاص والكبريت والحديد ، إلخ.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الخصائص الفيزيائية

تظهر على شكل مواد صلبة لامعة. في هذا الصدد يشبهون المعادن. إنها هشة وليست مرنة جدًا ، لذا لا يمكن شدها في سلك ، أي أنها ليست مرنة جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحويلها إلى صفائح أمر صعب ، لذا فإن الفلزات ليست مرنة جدًا.

إنها قادرة على توصيل الكهرباء ودرجة الحرارة ، وإن كانت بدرجة أقل من المعادن. توجد داخل أشباه الفلزات عناصر كيميائية تصنف على أنها أشباه موصلات بناءً على هياكلها الشريطية.

تتكون هذه المجموعة من البورون والسيليكون والجرمانيوم والأنتيمون. يصنف الزرنيخ والتيلوريوم على أنهما شبه معادن.

نقاط الاندماج

البورون 2،076 درجة مئوية ؛ السيليكون 1،414 درجة مئوية ؛ الجرمانيوم 938.25 درجة مئوية ؛ الزرنيخ 817 درجة مئوية ؛ الأنتيمون 630.13 درجة مئوية ؛ التيلوريوم 449.51 درجة مئوية والبولونيوم 254 درجة مئوية.

نقطة الغليان

البورون 3927 درجة مئوية ؛ السيليكون 3265 درجة مئوية ؛ الجرمانيوم 2833 درجة مئوية ؛ الزرنيخ 614 درجة مئوية ؛ الأنتيمون 1،587 درجة مئوية ؛ التيلوريوم 988 درجة مئوية والبولونيوم 962 درجة مئوية.

كثافات

البورون 2.34 جم / سم ³: السيليكون 2.33 جم / سم ³ ؛ الجرمانيوم 5.323 جم / سم ³ ؛ الزرنيخ 5727 ؛ الأنتيمون 6.697 جم / سم ³ ؛ التيلوريوم 6.24 جم / سم ³ والبولونيوم 9.32 جم / سم ³.

الخواص الكيميائية

يتصرفون بطريقة مشابهة لللافلزات ، فهم يشكلون أكاسيدًا مثل SiO _{2 ،} ولديهم سلوك مذبذب. يمكن أن تتصرف أشباه الفلزات مثل حمض أو قاعدة اعتمادًا على درجة الحموضة في الوسط.

التطبيقات

عن الكائنات الحية

- يستخدم الزرنيخ في الزراعة كمبيد للحشرات والأعشاب. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه لوضعه كمسحوق أو في محلول سائل على الماشية للقضاء على الحشرات والطفيليات من الحيوان. يستخدم زرنيخات الكالسيوم لقتل سوسة لوزة القطن.

- يستخدم الزرنيخ كمادة حافظة للأخشاب بسبب سميته للحشرات والفطريات.

- يستخدم الزرنيخ في علاج ابيضاض الدم الحاد البروميلوسيتي ، وهو نوع من سرطان الدم. يتم استخدامه في تحضير محلول فاولر لاستخدامه في علاج الصدفية. يستخدم نظير الزرنيخ المشع (⁷⁴ As) في توطين الأورام السرطانية الموجودة في جسم الإنسان.

- الزرنيخ جزء من Melarsoprol ، وهو دواء يستخدم في علاج داء المثقبيات الأفريقي البشري. مرض طفيلي ينتقل عن طريق ذبابة التسي تسي.

- تم استخدام أكسيد التيلوريوم في علاج التهاب الجلد الدهني. وبالمثل ، تستخدم مركبات التيلوريوم الأخرى كعوامل مضادة للميكروبات.

- البورون على شكل حمض البوريك يستخدم كمطهر لطيف للعينين والأنف والحنجرة.

في الزجاج والمينا

- يستخدم التيلوريوم في إنتاج الزجاج الأزرق والبني والأحمر. يمكن ترسيب الفلزات كهربائيا على الفضة مما ينتج عنه تشطيب أسود.

- يستخدم الأنتيمون لإضفاء صبغة صفراء على الزجاج والمينا. يستخدم البورون في إنتاج الزجاج والسيراميك. على وجه الخصوص ، زجاج البورسليكات مقاوم للتغيرات في درجات الحرارة ، وهذا هو سبب استخدامه في المختبرات في التفاعلات الكيميائية والتقطير.

- في المنزل ، يمكن خبز الطعام باستخدام زجاج البورسليكات ، دون التسبب في كسر الأواني المستخدمة.

-السيليكون هو القاعدة الرئيسية لصناعة الزجاج ، ويشارك في تصنيع جميع الأشياء الزجاجية تقريبًا.

- يستخدم أكسيد الجرمانيوم في صناعة عدسات كاميرات التصوير الفوتوغرافي وعدسات المجهر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في تصنيع لب الألياف الضوئية للعديد من التطبيقات.

في إنتاج مواد عالية الجودة

- يشكل الزرنيخ سبائك مع الرصاص مما يؤدي إلى انخفاض درجة انصهاره. هذا يسبب صلابة أعلى في السبائك المستخدمة في إنتاج الرصاص.

- إضافة كمية من التيلوريوم بين 0.1٪ و 0.6٪ من سبيكة مع رصاص يزيد من مقاومتها للتآكل والجر مع زيادة المرونة. غالبًا ما يضاف التيلوريوم إلى الحديد الزهر لتقوية الطبقة السطحية للأجزاء المقسَّاة.

- يستخدم الأنتيمون في السبائك لإنتاج المحامل ولوحات المجمع ومواد الطباعة.

- يستخدم السيليكون في إنتاج السبائك ذات المقاومة الأكبر للأحماض. هذا هو حال Duriron ، الذي يحتوي على 14٪ سيليكون.

تُستخدم سبائك السيليكون والحديد والألمنيوم لإنتاج الأجزاء الصلبة جدًا ، والتي تُستخدم في صناعة السيارات.

- يشكل الزرنيخ سبائك مع البلاتين والنحاس لزيادة مقاومته للتآكل. أيضا ، يضاف الزرنيخ إلى النحاس ألفا لزيادة مقاومة الزنك. يستخدم هذا النوع من النحاس الأصفر في إنتاج المواد الملحقة لأعمال السباكة.

في الإلكترونيات والحوسبة

- تُستخدم المعادن المعدنية كأشباه موصلات في صناعة الإلكترونيات والحوسبة. بهذا المعنى ، فإن السيليكون هو الرائد في تجارة أشباه الموصلات التي تشكل أساس الإلكترونيات الحديثة والحوسبة. يستخدم السيليكون ومشتقاته في أجهزة الكمبيوتر والمحولات والخلايا الشمسية وشاشات LCD.

- التيلوريوم هو أحد أشباه الموصلات التي لها تطبيقات في علم البصريات الكهربية والإلكترونيات.

- الجرمانيوم هو معدن شبه موصل يستخدم مع السيليكون في دوائر متكاملة عالية السرعة لتحسين الأداء. على الرغم من أن الجرمانيوم قد أزاح السيليكون إلى حد ما في دوره كأشباه موصلات ، فقد تم تعزيز استخدامه في الرقائق المصغرة.

- يستخدم الجرمانيوم في إنتاج الألواح الشمسية. حتى استكشاف الروبوتات على كوكب المريخ يحتوي على الجرمانيوم في خلاياهم الشمسية. علاوة على ذلك ، يستخدم الجرمانيوم في صناعة الرادارات.

العمل الوقائي للفلزات

يمنح البورون والمركبات المرتبطة به مقاومة كبيرة للمواد التي يعد جزءًا منها. هذا يسمح باستخدامه في إنشاء الهياكل المكانية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامها في إنتاج مضارب الجولف وقضبان الصيد.

يتم استخدام التأثير الوقائي لكربيد البورون كحواجز تحكم في المفاعلات النووية ، مما يحد من تسرب المواد المشعة. علاوة على ذلك ، يستخدم كربيد البورون في السترات الواقية من الرصاص وفي دروع الدبابات الحربية.

يعد ثاني أكسيد السيليكون والسيليكا ، على شكل طين أو رمل ، مكونات مهمة من الطوب والخرسانة والأسمنت ، وتستخدم في أشكال مختلفة من البناء.

الآخرين

- يستخدم كبريتيد الانتيمون فى الالعاب النارية ومصابيح الفلاش فى الكاميرات.

- البورون جزء من مغناطيس نيوديميديوم.

- السيليكون ، بوليمر مشتق من السيليكون ، يستخدم في إنتاج الزيوت والشموع وزراعة الثدي والعدسات اللاصقة والمتفجرات وفي الألعاب النارية.

- يستخدم الجرمانيوم في صناعة مصابيح الفلورسنت وبعض ثنائيات الليد. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الجرمانيوم في القيثارات الكهربائية لإنتاج نغمة تشويه مميزة.

- يستخدم الجرمانيوم في تطبيقات التصوير الحراري للاستخدام العسكري ومكافحة الحرائق.

- يستخدم الأنتيمون في صناعة أعواد الثقاب وقنابل التتبع وقنابل تحديد المواقع ، وكذلك في البادئات للخراطيش.

- يستخدم بورات الصوديوم كمثبط للاحتراق في البلاستيك والمطاط.

العناصر المعدنية الثمانية

تتكون هذه المجموعة من العناصر الكيميائية من البورون والسيليكون والأنتيمون والتيلوريوم والجرمانيوم والزرنيخ والبولونيوم والأستات. ومع ذلك ، فإن أكبر عدد من الباحثين في مجال الكيمياء يستبعد البولونيوم والأستات كأشباه فلزات.

لذلك ، ستتكون مجموعة أشباه الفلزات المقبولة على نطاق واسع من البورون والسيليكون والأنتيمون والتيلوريوم والجرمانيوم والزرنيخ.

لوحظ أن البولونيوم فلزي بشكل مميز ، لأن شكليه المتآصلين هما موصلات معدنية. من ناحية أخرى ، تم تصنيف الأستاتين في عام 2013 كمعدن ، على الرغم من أنه تم تحديده سابقًا في عام 1950 على أنه هالوجين ، وهو مادة غير معدنية تفاعلية.

الحدود بين مجموعات العناصر التي تعتبر معادن أو أشباه فلزات أو غير فلزات غير واضحة. لهذا السبب ، يقترح بعض الباحثين ، بناءً على بعض الخصائص ، أنه يجب اعتبار هذا العنصر أو ذاك على أنه معدن. لقد تمت الإشارة ، على سبيل المثال ، إلى أنه ينبغي تصنيف الكربون أو الألومنيوم أو السيلينيوم على أنه أشباه فلزات.

جرت محاولة لوضع معايير اختيار تسمح بتصنيف عنصر كيميائي على أنه معدن أو أشباه فلزات أو غير فلزية. تشمل معايير الاختيار الأخرى طاقة التأين ، والكهرباء ، وكفاءة التعبئة للعناصر الكيميائية المختلفة.

المراجع

1. إيدن فرانسيس. (2002). تصنيف العناصر. مأخوذة من: dl.clackamas.edu
2. المعادن والفلزات واللافلزات. مأخوذة من: angelo.edu
3. عناصر. الفلزات. مأخوذة من: element.org.es
4. مثال على. (2013). الفلزات. مأخوذة من: examplede.com
5. ويكيبيديا. (2018). ميتالويد. مأخوذة من: en.wikipedia.org
6. صيام الكيمياء سريع. (2011). أشباه الفلزات (أشباه المعادن). مأخوذة من: chemistry.patent-invent.com
7. محررو Encyclopaedia Britannica. (2016 ، 18 أكتوبر). ميتالويد. مأخوذة من: britannica.com