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兩性金屬

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基本信息

准金屬(metalloid),又稱為半金屬(semimetal),介於金屬和非金屬之間的物質。准金屬是一種元素,其外表呈現出金屬的特性,但在化學性質上卻表現出金屬和非金屬兩種性質。例如砷和銻,它們是堅硬的結晶固體,外表顯然是金屬,但是當進行化學反應時就表現出金屬和非金屬兩種不同的性質。它們的一些氧化物既溶於酸,也溶於鹼,這就是所謂的兩性性質,因為它們的性質既像鹼又像酸。有許多元素也能生成兩性化合物。然而只有當這種化學性質的二元性十分明顯、同時顯出金屬的外表時,才能稱這種元素為準金屬。

基本信息

中文名;准金屬

外文名;metalloid

別   名;「半金屬」、「類金屬」等

性   質;介於金屬與非金屬之間

元   素;硼、硅、砷、碲、銻等

用   途;合金添加劑,半導體材料等

基本介紹

准金屬(metalloid)又稱「半金屬」、「類金屬」、「亞金屬」或「似金屬」,性質介於金屬和非金屬之間的元素。這些元素一般性脆,呈金屬光澤。半金屬通常包括硼、硅、 砷、銻、碲,重元素釙和砹,雖然對它們的物理、化學性質所知尚少,一般也列入半金屬,通常被認為金屬的鍺和銻,也可歸入半金屬。

半金屬元素在元素周期表中處於金屬向非金屬過渡位置(見非鐵金屬)。如沿元素周期表Ⅲ A族的硼和鋁之間到ⅥA族的碲和釙之間畫一鋸齒形斜線,可以看出:貼近這條斜線的元素除鋁外,都是半金屬元素。處於半金屬元素帶右側的元素為非金屬,處於左側的為金屬。半金屬元素的電負性在1.8—2.4之間,大於金屬,小於非金屬。它們的氧化物與水作用生成弱酸性或弱鹼性的溶液。它們與非金屬作用時常作為電子給予體,而與金屬作用時常作為電子接受體。

半金屬大都是半導體,具有導電性,電阻率介於金屬(10-5歐姆·厘米以下)和非金屬(1010歐姆·厘米以上)之間。導電性對溫度的依從關係大都與金屬相反;如果加熱半金屬,其電導率便隨溫度而上升。半金屬大都具有多種不同物理、化學性質的同素異形體,碲、砷、硅、硼、硒的「無定形」同素異形體的非金屬性質更為突出。

准金屬:砷

1.來源和用途

毒砂(砷黃鐵礦)和斜方砷鐵礦是兩種能被熔化生產單質砷的礦石。單質砷和三氧化二砷(As2O3)是作為商品生產,後者是許多砷化合物的生產原料。單質砷用於與鉛和銅一起製造合金。砷化合物有許多用途,包括用作催化劑、殺菌劑、除銹劑、殺真菌劑、動物飼料添加劑、防鏽劑、藥物、獸藥、製革劑以及木材防腐劑。砷劑是第一種治療梅毒的藥,並且一直用於治療阿米巴痢疾。硫砷密胺(一種有機砷化合物)是治療由非洲錐體蟲引起的神經病發病期的最有效藥物。

2.砷的暴露和吸收

砷能通過腸胃系統和肺途徑被吸收,對砷關注的主要是內吸收毒害。三氯化砷(AsCI3)和有機砷化物路易斯氣(第一次世界大戰中作毒氣)可以透過皮膚,這兩者對暴露者有很強的危害性,並且是強的糜爛性毒劑(引起水泡)。普通砷化物As2O3通過肺和腸道被吸收,固體顆粒的大小是它被吸收多少的主要因素。粗粒子的化合物趨於穿過腸胃並且通過大便排出。

砷有+3和+5氧化態,並且+3氧化態的無機化合物通常是比較毒的,轉為砷(V)一般對環境有利,其危害大為降低。

砷是絕大多數土壤的自然組成部分。許多食物中含砷,特別是水生貝殼類動物。成年人每天通過正常來源平均攝入大約低於1毫克砷。 3.砷的代謝、轉移和毒害作用

生物化學上砷使蛋白質凝結,與輔酶一起形成配合物,抑制ATP(三磷酸腺苷)的產生。與鎘和汞相似,砷是「親硫」元素。砷有某些與磷相似的化學特性,並在某些化學過程中替代磷,起不利的新陳代謝作用。下圖《砷(Ⅲ)干擾ATP磷酸化作用產生的過程》所示概述了這種作用。圖上面的反應說明從甘油醛一3一磷酸酯,酶催化合成1,3—雙磷酸甘油酸酯,其生成物繼續反應生成三磷酸腺甙(ATP),這是一種人體內新陳代謝中必需的產生能量的物質。當亞砷酸鹽AsO33-出現時,與甘油醛一3一磷酸酯結合生成一個能經過非酶自發水解的產物,阻止ATP的形成。

砷中毒的解毒藥可以利用它的「親硫」性,採用含有巰基的物質,如2,3—二巰基丙醇(BAL)。

准金屬光澤

准金屬光澤(semi-metallic Iuster)光澤強度的等級之一。一般指反射率R=0.19~0.25之間,它比新鮮的金屬拋光面略暗一些,如同陳舊的金屬器皿表面所反射的光澤,例如磁鐵礦的光澤。半金屬光澤礦物也大多是不透明礦物,也很少用作寶石。

應用

准金屬(半金屬)大都是半導體,它們的電阻率介於金屬和非金屬之間。半金屬能帶的特點,是它的導帶與價帶之間有一小部分重疊。不需要熱激發,價帶頂部的電子會流入能量較低的導帶底部。因此在絕對零度時,導帶中就已有一定的電子濃度,價帶中也有相等的空穴濃度。這是半金屬與半導體的根本區別。但因重疊較小,它和典型的金屬也有所區別。這類材料的禁帶寬度很小,因此被用來製作紅外探測器件。紅外光的波長為10微米左右,對應的光子能量為0.1電子伏。半金屬材料被紅外光照射以後,電子能迅速從價帶激發到導帶,引起電導率變化,從而探測到紅外光。

除上述元素外,化合物也可以是半金屬,如 Mg2Pb。另有一些化合物,如HgTe、HgSe等禁帶寬度等於零,有時稱作零禁帶半導體,實質上也是半金屬。

這類元素的導電性能隨溫度的變化關係大都與金屬相反,即其電導率隨溫度上升而增加。准金屬用途廣泛,在電氣、冶金等方面有廣泛的應用,尤其在半導體材料中有着舉足輕重的作用。

從能帶結構來看,金屬中被電子填充的最高能帶是半滿的或部分填充的,電子能自由運動,有較高的電導率。絕緣體中被電子填充的最高能帶是滿帶(又稱價帶),價帶與導帶之間的禁帶寬度較大。室溫下電子不能由價帶激發到導帶而產生自由運動的電子,因此電導率很低。半導體中電子填充能帶的情況與絕緣體相似,但禁帶寬度較小。在一定的摻雜濃度下,能產生導電的自由電子或自由空穴。半導體的電導率介於金屬和絕緣體之間。另外,金屬和半導體之間還有一種中間情況,禁帶寬度為零或很小,此時在很低溫度下電子就能從價帶激發到導帶,在導帶和價帶中同時存在能自由運動的電子和空穴。如碲化汞(HgTe),這種材料稱為半金屬。[1]

參考文獻

  1. 兩性金屬, 360國學 ,