ธาตุกึ่งโลหะ
ธาตุกึ่งโลหะ (English: metalloids) เป็นธาตุที่มีองค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีคุณสมบัติก้ำกึ่งระหว่างสมบัติของโลหะกับอโลหะ โดยไม่มีการกำหนดมาตรฐานหรือข้อตกลงที่แน่นอนของการเป็นธาตุกึ่งโลหะ ส่วนใหญ่เป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductors)
โดยปกติทั่วไปแล้วธาตุกึ่งโลหะ ประกอบด้วย 6 ธาตุ คือ โบรอน, ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, สารหนู, พลวงและเทลลูเรียม แต่บางครั้งการจำแนกธาตุกึ่งโลหะได้รวม คาร์บอน, อะลูมิเนียม, ซีลีเนียม, พอโลเนียมและแอสทาทีนไว้ด้วย ในตารางธาตุทั่วไปนั้นสามารถพบธาตุกึ่งโลหะได้ที่บริเวณเส้นทแยงมุมของ บล็อก-p โดยเริ่มจากโบรอนไปจนถึงแอสทาทีน ในบางตารางธาตุที่ประกอบด้วยเส้นแบ่งระหว่างโลหะกับอโลหะและธาตุกึ่งโลหะนั้นจะอยู่ติดกับเส้นแบ่งนี้
ธาตุกึ่งโลหะมีลักษณะเหมือนโลหะ แต่เปราะและนำไฟฟ้าได้ไม่ดี ในทางเคมีนั้นธาตุกึ่งโลหะมีสมบัติคล้ายกับธาตุอโลหะ และยังสามารถผสมกับโลหะได้เป็นอัลลอยหรือโลหะผสม คุณสมบัติทางฟิสิกส์และทางเคมีส่วนใหญ่เป็นกลางในธรรมชาติ สารประกอบและธาตุกึ่งโลหะใช้ในการผลิตโลหะผสม, สารชีวภาพ, ตัวเร่งปฏิกิริยา, สารทนไฟ, แก้วและใยแก้วนำแสง
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของซิลิกอนและเจอเมเนียมได้มีการใช้ประโยชน์ในสถานประกอบการอุตสาหกรรมของสารกึ่งตัวนำในปี 1950 และได้มีการพัฒนาอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีสถานะเป็นของแข็งในต้นปี 1960[1]
กึ่งโลหะเป็นองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นกลาง หรือเรียกว่าไฮบริด กึ่งโลหะได้เป็นที่แพร่หลายในปี 1940-1960 กึ่งโลหะบางครั้งถูกเรียกว่ากึ่งโลหะ จากการปฏิบัติที่นิยม กึ่งโลหะเป็นคำที่มีความหมายที่แตกต่างกันในทางฟิสิกส์มากกว่าในทางเคมี ทางฟิสิกส์จะมีความหมายโดยเฉพาะหมายถึงโครงสร้างวงอิเล็กทรอนิกส์ของสาร
ธาตุกึ่งโลหะเป็นธาตุที่มีองค์ประกอบก้ำกึ่งระหว่างพวกโลหะและอโลหะ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะจำแนกว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ นี่คือความหมายทั่วไปที่กล่าวถึงลักษณะของธาตุกึ่งโลหะที่ถูกอ้างถึงอย่างต่อเนื่องในงานวิจัย[2] ความยากของการจัดหมวดหมู่เป็นคุณลักษณะสำคัญของธาตุกึ่งโลหะ ธาตุส่วนใหญ่มีคุณสมบัติของทั้งโลหะและอโลหะ และสามารถแบ่งได้ตามคุณสมบัติเพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้น โดยเฉพาะธาตุที่อยู่ใกล้เส้นขอบ ที่ไม่มีลักษณะชัดเจนว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ จะถูกจัดเป็นกึ่งโลหะ
โบรอน, ซิลิคอน ,เจอร์เมเนียม ,สารหนู ,พลวงและเทลลูเรียม เป็นที่ยอมรับกันทั่วไปว่าเป็นธาตุกึ่งโลหะ และบางครั้งซีลีเนียม, พอโลเนียมหรือแอสทาทีนก็ถูกจัดอยู่ในนั้นด้วย บางครั้งโบรอนและซิลิกอนก็ไม่ถูกจัดเป็นกึ่งโลหะ บางครั้งเทลลูเรียมก็ไม่ได้เป็นกึ่งโลหะ และการรวมพลวง, พอโลเนียมและแอสทาทีนเข้าเป็นธาตุกึ่งโลหะยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่
ยังมีธาตุอื่นๆที่ถูกจัดว่าเป็นธาตุกึ่งโลหะ ซึ่งธาตุเหล่านั้นคือ ไฮโดรเจน, เบริลเลียม, ไนโตรเจน, ฟอสฟอรัส, กำมะถัน, สังกะสี, แกลเลียม, ดีบุก, ไอโอดีน, ตะกั่ว, บิสมัทและเรดอน ธาตุกึ่งโลหะที่มีองค์ประกอบที่แสดงถึงความมันวาวของโลหะและการนำไฟฟ้า เรียกว่า แอมโฟเทริก เช่น สารหนู พลวง วานาเดียม โครเมียม โมลิบดีนัม ทังสเตนดีบุก ตะกั่วและอะลูมิเนียม โลหะบล็อก-p และอโลหะ (เช่น คาร์บอน หรือ ไนโตรเจน) สามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติหรือรวมกันได้เป็นโลหะผสม จึงได้รับการพิจารณาเป็นกึ่งโลหะ
ไม่มีการยอมรับคำจำกัดความของธาตุกึ่งโลหะว่ามีอยู่ส่วนใดของตารางธาตุ[5] ต่อมาฮอว์ค[6]ได้สังเกตถึงความผิดของโครงสร้างต่างๆและองค์ประกอบ ตามคำที่ธาตุกึ่งโลหะได้อธิบายไว้ ธาตุกึ่งโลหะได้อธิบายโดยชาร์ป
ธาตุกึ่งโลหะจะมีจำนวนที่บอกค่าของธาตุแต่ละชนิด (เลขมวล เลขอะตอม) โดยใช้เกณฑ์จำแนก และต่อมาได้มีการยอมรับธาตุกึ่งโลหะ 4 ธาตุ (เจอร์เมเนียม สารหนู พลวง และเทลลูเรียม) เจมส์ เอตอัล[7] ได้ระบุว่า โบรอน คาร์บอน ซิลิคอน ซีลีเนียม บิสมัท พอโลเนียม มอสโกเวียมและลิเวอร์มอเรียม ธาตุที่ได้กล่าวมานั้นมีแนวโน้มที่ใกล้เคียงกันซึ่งสามารถจัดตามหมวดหมู่ได้ ธาตุโลหะสามารถบอกค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี และค่าพลังงานไอออไนเซชัน
ธาตุกึ่งโลหะจะอยู่ด้านใดด้านหนึ่งของเส้นแบ่งระหว่างโลหะและอโลหะสามารถพบในการกำหนดค่าที่แตกต่างกัน ในบางตารางธาตุ องค์ประกอบทางด้านซ้ายล่างของบรรทัดโดยทั่วไปแสดงเพิ่มพฤติกรรมโลหะ องค์ประกอบทางด้านขวาบนแสดงพฤติกรรมเพิ่มขึ้น นอลเมทาลิก เมื่อเรียงเป็นขั้นปกติ องค์ประกอบกับอุณหภูมิสำคัญสูงสุดสำหรับกลุ่มธาตุ (ลิเทียม เบริลเลียม อะลูมิเนียม เจอร์เมเนียม พลวง พอโลเนียม) จะนอนอยู่ด้านล่างบรรทัด
ตำแหน่งเส้นทแยงมุมของธาตุกึ่งโลหะหมายถึงข้อยกเว้นที่จะสังเกตว่าองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกันมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในกลุ่มแนวตั้ง.[8] สามารถเห็นผลที่เกี่ยวข้องในความคล้ายคลึงอื่น ๆ เส้นทแยงมุมระหว่างองค์ประกอบบางอย่างและธาตุทางด้านขวาล่างโดยเฉพาะ แมกนีเซียม ลิเทียม เบริลเลียม อะลูมิเนียม โบรอน และ ซิลิคอน [9] โดยมีคนแย้งว่าคล้ายคลึงกันจึงทำให้ขยายไปถึงคาร์บอน ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน กำมะถันและธาตุในบล็อก-d
ข้อยกเว้นนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแนวโน้มในแนวนอนและแนวตั้งของประจุนิวเคลียร์ ไปพร้อมระยะเวลาค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นกับนิวเคลียร์เลขอะตอมเช่นเดียวกับจำนวนของอิเล็กตรอน ดึงเพิ่มเติมเกี่ยวกับอิเล็กตรอนชั้นนอกเป็นค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นนิวเคลียร์โดยทั่วไปเมื่อเทียบกับผลการตรวจคัดกรองของการมีอิเล็กตรอนมากขึ้น ด้วยความผิดปกติบางอย่างอะตอมจึงกลายเป็นขนาดเล็กเพิ่มขึ้น พลังงานไอออนไนซ์และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในลักษณะข้ามระยะเวลาจากโลหะกับองค์ประกอบของอโลหะ [10] จึงมีผลในการเพิ่มค่าใช้จ่ายนิวเคลียร์โดยทั่วไปผลของอิเล็กตรอนเพิ่มเติมเป็นห่างไกลจากนิวเคลียส อะตอมโดยทั่วไปกลายเป็นพลังงานไอออไนซ์และตัวอักษรโลหะเพิ่มขึ้น [11] ผลสุทธิของโลหะอโลหะที่เลื่อนไปทางขวาจะลงในกลุ่ม [9] และความคล้ายคลึงกันในแนวทแยงคล้ายจะเห็นที่อื่น ๆ ในตารางธาตุตามที่ระบุไว้ [12]
เซซิลตั้งข้อสังเกตว่า "องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะบางชนิด มีความสามารถเป็นสารประกอบโลหะและธาตุบางชนิดอาจมีโลหะผสมอยู่” เซซิลมีการเชื่อมโยงซิลิคอน สารหนู และ เทลลูเรียม โดยเฉพาะ ด้วยองค์ประกอบที่เป็นโลหะผสม และ ฟิลลิปและวิลเลียมส์[13] ได้อธิบายว่าสารประกอบของซิลิกอนเจอร์เมเนียมสารหนูและพลวงกับโลหะ B "อาจจะจัดที่ดีที่สุดเป็นโลหะผสม" โลหะผสมกับโลหะ [14] เช่น แมงกานีสโบรอน (โบรอน 15%) , นิกเกิลโบรอน เป็นส่วนประกอบในการเชื่อมโลหะมีความแข็งแรง และในทางอุตสาหกรรมวิศวกรรม , โลหะผสมซิลิกอนที่มีธาตุเหล็กและอะลูมิเนียมที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยอุตสาหกรรมเหล็กและยานยนต์ , เจอร์เมเนียมโลหะเป็นส่วนในการทำเหรียญ สารหนูสามารถผสมกับโลหะรวมทั้งแพลตตินัมและทองแดง เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน แมกนีเซียม พลวง ดีบุก เทลลูเรียมผสมกับโลหะใช้ในการหล่อเหล็ก
ธาตุกึ่งโลหะทั้ง 6 ธาตุ มีการยอมรับว่า มีคุณสมบัติใช้เป็นยารักษาโรคและป้องกันสารพิษ สารหนูและพลวง เป็นสารที่เป็นพิษ แต่สามารถใช้ในวงการแพทย์เช่นเดียวกับโบรอน ซิลิกอน เจอร์เมเนียม โบรอนใช้เป็นยาฆ่าแมลง [15] สารเคมีกำจัดวัชพืช เป็นสารบอริกที่มีอยู่น้ำยาฆ่าเชื้อราและมีคุณสมบัติต้านไวรัส ซิลิกอนที่มีอยู่ในไซลาเทรน เป็นสารพิษที่ใช้ในสารกำจัดหนู [16] ถ้าสูดดมระยะยาวจะทำให้เกิดโรคร้ายแรงที่เกี่ยวกับปอด ซิลิกอนจึงเป็นธาตุที่จำเป็น [17] ซิลิโคนเจล สามารถนำมาใช้กับผู้ที่ถูกไฟไหม้เพื่อลดรอยแผลเป็น [18] เกลือของเจอร์เมเนียมอาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์และสัตว์ ถ้ากินเป็นเวลานาน [19] สารหนูใช้เป็นยามาตั้งแต่สมัยโบราณ รวมทั้งยังรักษาโรคซิฟิลิสก่อนที่จะพัฒนาเป็นยาปฏิชีวนะ [20] สารหนูยังเป็นส่วนประกอบของยาสมุนไพรที่ใช้ในการรักษาโรค ในปี ค.ศ.2003 ออกไซด์สารหนูเป็นที่รู้จักสำหรับการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลัน มะเร็งไขกระดูก [21] สารหนูที่มีอยู่ในน้ำดื่มจะเป็นสาเหตุของโรคปอดและมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ [22] พลวง เป็นสารที่ค่อนข้างเป็นพิษ ถูกนำมาใช้เป็นสารเสพติด [23] ธาตุเทลลูเลียม เมื่อพิจารณาลักษณะเฉพาะแล้วไม่มีพิษ เมื่อรวมกับโซเดียม 2 กรัมจะได้เป็นเทลลิวเรท เมื่อเป็นยาจะสามารถทำให้ตายได้ [24] คนที่สัมผัสกับธาตุเทลลูเลียมในอากาศจะได้กลิ่นเหมือนกระเทียม [25] เทลลูเลียมใช้ในการรักษาโรคผิวหนัง ส่วนสารประกอบเทลลูเลียมอื่นๆถูกนำมาใช้เป็นยาต้านจุลชีพ ก่อนที่จะพัฒนามาเป็นยาปฏิชีวนะ [26] ในอนาคตสารดังกล่าวจะต้องมีการใช้แทนยาปฏิชีวนะ มีผลมาจากการต้านทานเชื้อแบคทีเรีย [27] เบริลเลียมและตะกั่ว มีองค์ประกอบที่ได้รับการยอมรับแต่น้อยกว่าธาตุกึ่งโลหะว่าเป็นพิษที่ใช้เป็นยาฆ่าแมลง [28] ซัลเฟอร์ เป็นธาตุที่เก่าแก่ที่สุดของสารฆ่าเชื้อและสารกำจัดศัตรูพืช ฟอสฟอรัส,กำมะถัน,สังกะสี,ซิลิเนียม เป็นสารอาหารที่สำคัญในการบำรุงและอะลูมิเนียม,ดีบุก ใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า [29] กำมะถัน,เกลเลียม,ซิลิเนียม,ไอโอดีนและบิสมัท มีคุณสมบัติใช้เป็นยา กำมะถัน มีองค์ประกอบของยารักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรีย รักษาโรคเบาหวาน รักษาและป้องกันโรคลมชัก ในขณะเดียวกันยังใช้เพื่อรักษาสิวและเกี่ยวกับการติดเชื้อในกระเพาะปัสสาวะ [30] เกลเลียม,ไนโตรเจน ใช้ในการรักษาผลข้างเคียงของโรคมะเร็ง [31] เกลเลียม,ซิเตรต เป็นสารเภสัชรังสี ทำให้เห็นภาพสะท้อนของการอักเสบของร่างกาย [32] ซิลิเนียม,ซัลเฟอร์ มีคุณสมบัติเป็นยา ไอโอดีน ใช้เป็นสารที่ฆ่าเชื้อโรคในรูปแบบต่างๆ บิสมัท เป็นส่วนผสมในยาที่ต้านฤทธิ์ของแบคทีเรีย [33]
โบรอนไตรฟลูออไรด์ และไตรคลอไรด์ ถูกนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์และอิเล็กทรอนิกส์ ไตรโบรไมด์ถูกนำมาใช้ในการผลิตของไดบอเรน แกนด์โบรอน[34]ปลอดสารพิษสามารถแทนที่ลิแกนด์ฟอสฟอรัสที่เป็นพิษในการเปลี่ยนแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ[35]กรดกำมะถันซิลิกาที่ใช้ในปฏิกิริยาอินทรีย์ ก๊าซเจอร์เมเนียมบางครั้งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตพลาสติกสำหรับบรรจุภาชนะซึ่งราคาจะถูกกว่าสารพลวงเช่นออกไซด์ แม้จะมีความกังวลเกี่ยวกับการปนเปื้อนของอาหารและเครื่องดื่ม ออกไซด์ สารหนูได้รับการใช้ในการผลิตก๊าซธรรมชาติที่จะเพิ่มการกำจัดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นกรดมี selenous และกรด tellurous [36] ซีลีเนียมทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในจุลชีพบาง เทลลูเรียม ก๊าซ และ เตตราคลอไรด์ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่แข็งแกร่งสำหรับการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนในอากาศเหนือ 500 ° C [37] กราไฟท์ออกไซด์สามารถนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์ ส่วนคาร์บอนและอะลูมิเนียมจะนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการจำกัดสารปนเปื้อนกำมะถันจากก๊าซธรรมชาติ ไทเทเนี่ยม อะลูมิเนียม ได้ชื่อว่าเป็นตัวทดแทนสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะสูงสุดที่มีราคาขั้นสูงใช้ในกระบวนการผลิตสารเคมีอุตสาหกรรม [38]
สารประกอบ โบรอน ซิลิคอน สารหนู และพลวงได้ถูกนำมาใช้เป็นสารทนไฟ โดยโบรอนอยู่ในรูปแบบของสารบอแรกซ์ที่ได้ถูกนำมาใช้เป็นสารหน่วงไฟ สิ่งทออย่างน้อยตั้งแต่ศตวรรษที่ 18[39] สารซิลิกอน เช่น ซิลิโคน, ไซเลน, ซิลิกาและ ซิลิเกตบางแห่งถูกพัฒนาขึ้นมาเป็นทางเลือกให้มากขึ้น ผลิตภัณฑ์ฮาโลเจนที่เป็นพิษมากสามารถปรับปรุง เปลวไฟของวัสดุพลาสติกได้ [40] สารประกอบอาร์เซนิก เช่น อาไซไนต์ โซเดียมหรือ สารหนูโซเดียม เป็นสารทนไฟที่มีประสิทธิภาพสำหรับไม้ แต่มีการใช้น้อยอันเนื่องมาจากมีความเป็นพิษอยู่[41] แอนติโมนีไตรออกไซด์เป็นสารหน่วงไฟ[42] ไฮดรอกไซอะลูมิเนียมได้รับการใช้เป็นไม้ไฟเบอร์ ยาง พลาสติก และ สารหน่วงไฟสิ่งทอตั้งแต่ยุค 1890 [43]นอกเหนือจากไฮดรอกไซอะลูมิเนียม ใช้ฟอสฟอรัสตามสารทนไฟในรูปแบบของตัวอย่าง เช่น ออแกโนฟอสเฟต ในประเภทสารหน่วงหลักอื่น ๆ [44]
องค์ประกอบของ เจอร์เมเนียม พลวง เทลลูเรียม ("อัลลอย GST") มากหรือน้อยและ เงิน และ อินเดียม ที่เจือ (Sb2Te) ("อัลลอยAIST") เป็นตัวอย่างของวัสดุเปลี่ยนเฟสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในแผ่นแสงที่เขียนทับแอนนาเฟสเปลี่ยนอุปกรณ์หน่วยความจำโดยใช้ความร้อนที่พวกเขาสามารถเปลี่ยนระหว่างสัณฐาน (แก้ว) และผลึกของแข็ง การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงและไฟฟ้าสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการจัดเก็บข้อมูลได้[45]การใช้งานในอนาคตสำหรับ เจอร์เมเนียม พลวง เทลลูเรียม มีการเปลี่ยนแปลงเร็วมากอย่างสิ้นเชิงโดยแสดงสถานะของแข็งกับพิกเซลนาโนเมตรระดับกึ่งโปร่งใส ใช้งานเป็น แก้วคอนแทคเลนส์และอุปกรณ์จอประสาทตาเทียม[46]
กึ่งโลหะได้รับการยอมรับทั้งการใช้งานทำพลุหรือมักจะพบคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับ โบรอนและซิลิกอน [47]กึ่งโลหะทำหน้าที่คล้ายเชื้อเพลิงโลหะ[48] โบรอนที่ใช้ในองค์ประกอบเริ่มทำพลุ (สำหรับจุดไฟองค์ประกอบที่ยากต่อการเริ่มต้นงานอื่นต่อ ) และในองค์ประกอบของการหน่วงที่เผาผลาญในอัตราคงที่ [49]คาร์ไบโบรอนได้รับการระบุว่าเป็นไปได้สำหรับการเปลี่ยนแบเรียมที่มีพิษร้ายแรงหรือ hexachloroethanemixtures อาวุธในควันพลุของสัญญาณและดอกไม้ไฟ [50] ซิลิกอนเช่นโบรอนเป็นส่วนประกอบของตัวริเริ่มและส่วนผสมของการหน่วงเวลา [51] เจอร์เมเนียมที่เจือปนสามารถทำหน้าที่เป็นความเร็วตัวแปรเชื้อเพลิงเธอไมต์ [52] พลวง trisulfide พบในดอกไม้ไฟสีขาวแสงและแฟลชในตัวและผสมเสียง [53] เทลลูเรียมถูกนำมาใช้ในการผสมและการหน่วงในการระเบิดองค์ประกอบของสารตั้งต้น[54] คาร์บอนอะลูมิเนียมฟอสฟอรัสและซีลีเนียมยังคงรูปแบบของคาร์บอนในผงสีดำเป็นส่วนประกอบของดอกไม้ไฟที่ช่วยขับได้ [55]อะลูมิเนียมเป็นส่วนผสมของพลุที่พบบ่อย[56] และมีกระบวนการทำงานกันอย่างแพร่หลายสำหรับความสามารถในการสร้างแสงและความร้อน [57] รวมทั้งในการผสมเธอไมต์ [58] ฟอสฟอรัสสามารถพบได้ในควันและอาวุธก่อความไม่สงบ [59]ซีลีเนียมมีการใช้ในลักษณะเดียวกับเทลลูเรียม[60]
องค์ประกอบทั้งหมดได้รับการยอมรับกันทั่วไปว่าเป็น metalloids (หรือสารประกอบของมัน) ได้ถูกนำมาใช้ในสารกึ่งตัวนำหรือ solid-state อุตสาหกรรมทรอนิกส์ [61] คุณสมบัติบางส่วนของโบรอนมีการ จำกัด การใช้งานเป็นสารกึ่งตัวนำ แต่ก็มีจุดหลอมละลายสูงผลึกเดี่ยวจะค่อนข้างยุ่งยากและเป็นเรื่องยากที่จะได้รับและการแนะนำและควบคุมรักษาสิ่งสกปรก [62] ซิลิกอนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำ; มันเป็นพื้นฐานของ Eletronicsทันสมัย (รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐาน)[63] และเทคโนโลยีการสื่อสาร [64] แม้จะมีการศึกษาของเซมิคอนดักเตอร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้รับการยกย่องให้เป็น "สิ่งสกปรกของฟิสิกส์" และไม่สมควรได้รับความสนใจมาก [65] เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่ได้รับการแทนที่ด้วยซิลิกอนในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเป็นที่ถูกกว่าความยืดหยุ่นมากขึ้นในการดำเนินงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นและง่ายต่อการทำงานในระหว่างขั้นตอนการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ [66] เจอร์เมเนียมยังคงเป็นส่วนประกอบของสารกึ่งตัวนำ "ผสม" ซิลิคอนเจอร์เมเนียม และสิ่งเหล่านี้มีการเติบโตในการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย; โลหะผสมดังกล่าวใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนย้ายผู้ให้บริการที่สูงขึ้นของเจอร์เมเนียม [67] การสังเคราะห์ในปริมาณแกรมขนาดของสารกึ่งตัวนำ germananeมีรายงานในปี 2013 นี้ประกอบด้วยอะตอมแผ่นหนาของไฮโดรเจนอะตอมสิ้นสุดเจอร์เมเนียมคล้ายคลึงกับ graphene อิเล็กตรอนจะดำเนินการมานานกว่าสิบครั้งเร็วกว่าซิลิกอนและห้าครั้งเร็วกว่าเจอร์เมเนียมและคิดว่าจะมีศักยภาพในรู้สึกการใช้งาน [68] การพัฒนาเจอร์เมเนียมสายตามขั้วบวกว่ากว่าสองเท่าความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ถูกรายงานในปี 2014 [69] ในปีเดียวกันลีอัล รายงานว่าคริสตัลปราศจากข้อบกพร่องของ graphenelargeพอที่จะมีการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาปลูกและลบออกจากพื้นผิวเจอร์เมเนียม [70] สารหนูและพลวงไม่ได้เซมิคอนดักเตอร์ในรัฐมาตรฐาน ทั้งสองชนิดรูปแบบเซมิคอนดักเตอร์III-V ซึ่งค่าเฉลี่ยของจำนวนอิเล็กตรอนต่ออะตอมเป็นเช่นเดียวกับที่กลุ่ม 14 องค์ประกอบสารเหล่านี้เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานพิเศษบางอย่าง [71] นาโนคริสตัลพลวงอาจช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกแทนที่ด้วยโซเดียมมีประสิทธิภาพมากขึ้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน [72] เทลลูเรียมซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในมาตรฐานของมันส่วนใหญ่จะใช้เป็นส่วนประกอบในประเภท II / VI;สารเหล่านี้มีการใช้งานในไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เลนส์ [73] ลลูไรด์แคดเมียมคือการใช้โมดูลแสงอาทิตย์สำหรับประสิทธิภาพการแปลงสูง, ต้นทุนการผลิตต่ำและช่องว่างขนาดใหญ่ของวง 1.44eV ให้มันดูดซับรังกว้างของความยาวคลื่น [74]
บิสมัทลลูไรด์, อัลลอยด์ที่มีซีลีเนียมและพลวงเป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์เทอร์โมที่ใช้สำหรับเครื่องทำความเย็นหรือการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบพกพา [75] ห้า metalloids โบรอนซิลิคอนเจอร์เมเนียมสารหนูและพลวง-สามารถพบได้ในโทรศัพท์มือถือ [76] เทลลูเรียมคาดว่าจะพบการใช้งานดังกล่าว [77] ได้รับการยอมรับค่อนข้างน้อย metalloids ฟอสฟอรัสแกลเลียมและซีลีเนียมมีการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ ฟอสฟอรัสที่ใช้ในการติดตามปริมาณเจือปนสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ชนิดเอ็น [78] การใช้คอมพาณิชย์ของสารประกอบแกลเลียมถูกครอบงำโดยการใช้งานในเซมิคอนดักเตอร์วงจรรวม โทรศัพท์มือถือ; เลเซอร์ไดโอด; หลอดไดโอด; ตรวจจับแสง; และเซลล์แสงอาทิตย์ [79] ซีลีเนียมถูกนำมาใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ [80] และพลังงานสูงป้องกันไฟกระชาก [81] โบรอน เจอเมเนียมพลวงซิลิกอนและเทลลูเรียม [82] เช่นเดียวกับโลหะหนักและ metalloids เช่นเปรอท, ตะกั่ว [83] สามารถพบได้ในฉนวนทอพอโลยี เหล่านี้เป็นโลหะผสม [84] หรือสารประกอบที่ในอุณหภูมิที่เย็นเป็นพิเศษหรืออุณหภูมิห้องจะเป็นตัวนำโลหะบนพื้นผิวของพวกเขา แต่ฉนวนแม้ว่าการตกแต่งภายในของพวกเขา [85] แคดเมียมที่ประมาณ 1K เป็นแรค-semimetal-อนาล็อกกลุ่มอิเล็กทรอนิกส์ของกราฟีนในที่อิเล็กตรอนเดินทางอย่างมีประสิทธิภาพเป็นอนุภาคเยอะ [86] ทั้งสองชั้นของวัสดุที่มีความคิดที่จะมีการใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีศักยภาพ[87]
กึ่งโลหะโดยทั่วไปจะมีลักษณะเหมือนโลหะ แต่ก็มีลักษณะที่เหมือนอโลหะด้วยเช่นกัน เช่นซิลิคอน มีลักษณะคล้ายของแข็งมีสีเงินวาว แต่เปราะง่ายคล้ายธาตุอโลหะ และนำไฟฟ้าได้เล็กน้อย ธาตุกึ่งโลหะส่วนใหญ่จะเป็นสารกึ่งตัวนำ ( semiconductors ) และส่วนใหญ่มีโครงสร้างแบบโครงผลึกร่างตาข่าย ในภาวะปกติ ธาตุบางชนิดดำรงอยู่สถานะของแข็ง บางชนิดเป็นของเหลว และบางชนิดเป็นแก๊ส ธาตุกึ่งโลหะมีค่าพลังไอออไนเซชัน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี อยู่ในระดับปานกลาง เพราะเป็นธาตุที่มีสถานะก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะ
ลักษณะคุณสมบัติของโลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ มีรายละเอียดดังตาราง[88] คุณสมบัติทางกายภาพที่ง่ายต่อการเปรียบเทียบ และคุณสมบัติทางเคมีรวมถึงคำอธิบาย
จากตารางข้างต้น แสดงให้เห็นถึงลักษณะของกึ่งโลหะ ได้แก่ สถานะ ลักษณะผิว ความเหนียว การนำไฟฟ้า ลักษณะทางเคมีทั่วไป ค่าพลังงานไอออไนเซชัน อิเล็กโทรเนกาติวิตี จุดเดือด-จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น
กึ่งโลหะป็นคำที่มาจากภาษาลาติน และภาษากรีก (คล้ายคลึงอยู่ในลักษณะที่ปรากฏ) [98] แม้ว่าบางส่วนของสิ่งเหล่านี้จะมีความหมายอื่นๆที่ไม่จำเป็นต้องที่จะต้องใช่แทนกันได้ องค์ประกอบแอมโฟเทอริก[99] เส้นแบ่ง [100] ได้แก่ กึ่งโลหะ[101] ธาตุกึ่งกลาง [102] ใกล้โลหะ สารกึ่งตัวนำ กึ่งโลหะ และโลหะย่อย องค์ประกอบแอมโฟเทอริก บางครั้งใช้กันในวงกว้างมากขึ้นจะรวมถึงโลหะ การเปลี่ยนแปลงความสามารถในการเกาะตัวของ oxyanions เช่น โครเมียมและแมงกานีส กึ่งโลหะถูกนำมาใช้ในสาขาวิชาฟิสิกส์เพื่ออ้างอิงถึงสารประกอบ เช่นก๊าซโครเนียม หรือโลหะผสมที่สามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำและฉนวนที่เป็นเมตาโลหะ บางครั้งใช้แทนในการอ้างอิงโลหะบางชนิด (Be,สังกะสี,แคดเมียม,ปรอทในTL,β-SN,Pb) ตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของกึ่งโลหะในตารางธาตุมาตรฐานทั้งหมดนี้โลหะเป็นแม่เหล็กซะส่วนใหญ่ และมีแนวโน้มที่จะมีโครงสร้างผลึกบิดเบี้ยวค่าการนำไฟฟ้าที่ปลายล่างของตัวที่เป็นโลหะและสารประกอบออกไซค์ กึ่งโลหะบางครั้งหลวมหรือมีความบ่งบอกโลหะด้วยอักขระโลหะที่ไม่สมบูรณ์ในโครงสร้างผลึกการนำไฟฟ้าหรือโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น แกลเลียม อิตเทอร์เบียม มิสมัท และเนปทูเนียม ชื่อขององค์ประกอบแอมโฟเทอริก และสารกึ่งตัวนำที่มีปัญหาเป็นองค์ประกอบบางอย่างที่เรียกว่า กึ่งโลหะ จะไม่แสดงพฤติกรรมที่ทำเครื่องหมาย ตัวอย่างเช่น บิสมัทหรือ พอโลเนียม ในรูปแบบที่มีเสถียรภาพมากที่สุด
ต้นกำเนิดของธาตุกึ่งโลหะยังคงเป็นที่ถกเถียงและยังหาข้อสรุปไม่ได้ ธาตุถูกนำมาใช้ครั้งแรกในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 โดยใช้โลหะที่สามารถลอยน้ำได้ (โซเดียมและโพแทสเซียม) และหลังจากนั้นก็มีการใช้อโลหะกันอย่างแพร่หลาย ก่อนหน้านั้นธาตุกึ่งโลหะใช้ในการศึกษาแร่วิทยา เพื่ออธิบายแร่ธาตุที่มีลักษณะภายนอกเหมือนโลหะ ซึ่งถึงว่าอยู่ระหว่างกลางหรือเป็นเส้นแบ่งเขตของธาตุทางเคมี ก่อนหน้านี้สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้เสนอให้ตัด metalloid (ธาตุกึ่งโลหะ) ออกและเสนอให้ใช้ semimetal แทน [103] แต่ต่อมาไม่ได้รับการสนันสนุนจึงถูกยกเลิกไป เพราะมันมีความหมายที่แตกต่างในทางฟิสิกส์ อีกด้านคือมีความเฉพาะเจาะจง ว่าหมายถึงมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของสาร มากกว่าจะกล่าวถึงองค์ประกอบของธาตุโดยรวม ล่าสุด IUPACได้ประกาศลงในศัพท์เฉพาะโดยไม่บอกถึงคำแนะนำการใช้ว่าจะใช้คำว่า metalloid หรือ semimetal [104]
คือ ธาตุที่อยู่ติดเส้นบันไดในตารางธาตุ ยกเว้นธาตุอะลูมิเนียม (Al) คุณสมบัติทั่วไปจะก้ำกึ่งระหว่างธาตุโลหะกับอโลหะ เช่นการนำไฟฟ้า การนำความร้อน หรือ สมบัติแม่เหล็ก เป็นต้น
หมวดหมู่:ตารางธาตุ หมวดหมู่:ธาตุกึ่งโลหะ