Puolimetalli
| 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
|---|---|---|---|---|
| B Boori |
C Hiili |
N Typpi |
O Happi |
F Fluori |
| Al Alumiini |
Si Pii |
P Fosfori |
S Rikki |
Cl Kloori |
| Ga Gallium |
Ge Germanium |
As Arseeni |
Se Seleeni |
Br Bromi |
| In Indium |
Sn Tina |
Sb Antimoni |
Te Telluuri |
I Jodi |
| Tl Tallium |
Pb Lyijy |
Bi Vismutti |
Po Polonium |
At Astatiini |
Puolimetalleiksikutsutaanalkuaineita,joilla on sekämetallienettäepämetallienominaisuuksia tietyissä olosuhteissa. Niitä on siis vaikea luokitella joko metalleiksi tai epämetalleiksi. Yleensä puolimetalleiksi luokitellaanboori(B),pii(Si),germanium(Ge),arseeni(As),antimoni(Sb),telluuri(Te),polonium(Po) jaastatiini(At).[1]Joskus myösalumiini(Al),hiili(C) jaseleeni(Se) luokitellaan puolimetalleihin[2][3].Jaksollisessa järjestelmässäpuolimetallit sijaitsevat metallien ja epämetallien välisellä rajalinjalla.
Yhtenä luokittelukriteerinä pidetäänionisoitumisenergiaa,sillä metalleilla ionisoitumisenergia on pieni ja epämetalleilla suuri. Puolimetalleilla ionisoitumisenergia on yleensä noin 840 kJ/mol, vaihdellen germaniumin 762 kJ/mol:sta arseenin 946 kJ/mol:in. Puolimetallit voidaan luokitella myöselektronegatiivisuudenperusteella, ja yleensä puolimetallien elektronegatiivisuus on noin 2,0.[3]Esimerkiksi arseenin elektronegatiivisuus on 2,18 ja piin 1,90. Yleensä puolimetallienoksiditovatamfoteerisiaeli ne voivat toimia sekähapponaettäemäksenä.[1]Luokittelumenetelmien vaillinaisuus johtaa siihen, että minkään menetelmän avulla ei voi yksiselitteisesti tunnistaa kaikkia puolimetalleja; puolimetallien lukumäärä vaihtelee eri lähteissä, koska eri luokittelumenetelmien käyttö johtaa erilaiseen puolimetallilistaukseen.
Käyttökohteita
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Puolimetalleilla on erilaisia käyttökohteita riippuen niiden ominaisuuksista. Useimmat puolimetallit ovatpuolijohteita,minkä vuoksi niitä käytetäänelektroniikkateollisuudessa.Esimerkiksi piitä jatelluuriakäytetään aurinkokennoissa. Telluuria, piitä ja antimonia käytetään puolijohdesovelluksissa, esimerkiksi infrapunadetektoreissa.[4]Pii on elektroniikkateollisuuden yleisin puolijohdemateriaali (katsotransistori).
Puolimetalleja käytetään myös muilla teollisuuden aloilla. Pii on monikäyttöinen puolimetalli ja alumiini- jarautaseoksinasitä käytetään muun muassasähkömuuntajissa,moottoreissa ja sylintereissä[4].Pii on maaperän yleisin alkuainehapenjälkeen, eli sitä on paljon myös betonissa, lasissa ja tiilessä[5].Piistä (engl.silicon) valmistetaansilikonia,joka muodostuu pii–happipolymeereistä,joissa onorgaaninensivuryhmä. Silikonikumia on esimerkiksi ikkunoiden tiivisteissä.[4]Boorin yhdisteitäbooraksia(Na2[B4O7]) jabooritrioksidia(B2O3) käytetään muun muassa silmätipoissa ja pesupulvereissa. Booraksia käytetään myös valmistettaessaborosilikaattilasiaeli kuumuutta kestävääPyrex-lasia. Germaniumia käytetään laajakulmakameroiden ja mikroskooppien linsseissä sen hyvienrefraktio- jadispersio-ominaisuuksien vuoksi. Germaniumia ja germaniumoksidia käytetään myösinfrapunaspektroskopiassa,silläinfrapuna-aallot(lämpösäteily) läpäisee ne.[4]
Puolimetalleja
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Puolimetallit sijaitsevat jaksollisessa järjestelmässä metallien ja epämetallien rajalla, joten niiden ominaisuudetkin ovat niiden väliltä.
Boori (B)
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]- Pääartikkeli:Boori
Boorin kemiallinen merkki on B. Se kuuluu ryhmään 13, jaksoon 2 ja p-lohkoon. Boorin järjestysluku on 5. Sen atomimassa on 10,811 amu. Boorin sulamispiste on 2 075 °C ja kiehumispiste 4 000 °C.[5]Boorin elektronikonfiguraatio on [He] 2s22p1.[6]
Boorin tiheys on 2,34 g/cm3.Boori esiintyy kiinteänä 20 °C:ssa.[5]Kiteiset esiintymät ovat tumman punaisia ja jauhemaiset mustia.[6]Boorin kovuus Mohsin asteikoilla on 9,5, ja vain timantilla on tätä suurempi kovuus. Boorin energiarako on 1,50–1,56 eV.[5]Sen elektronegatiivisuus on 2,0 Paulingin asteikoilla. Boori on vaikeasti käsiteltävä kiinteä aine, jolla on korkea sulamispiste, pieni tiheys sekä erittäin huono sähkönjohtokyky, joten sitä ei voida luokitella metalliksi. Boori poikkeaa muista ryhmän 13 alkuaineista reilusti suuremmilla ionisaatioenergioilla, joista kolme ensimmäistä ovat 800,6 kJ/mol, 2427,1 kJ/mol sekä 3659,7 kJ/mol.[6]
Boorin kemiallisiin ominaisuuksiin vaikuttaa pääasiassa booriatomin pieni koko ja korkea ionisaatioenergia. Kun näihin lisätään boorin samanlainen elektronegatiivisuus kuin hiilellä ja vedyllä, päädytäänkovalenttisille sidoksilleepätavanomaiseen sidoskemiaan. Boorilla on kolme valenssielektronia, joten se on hallitsevasti kolmiarvoinen. Se siis muodostaa yhdisteitä kolmella sidoksella saman alkuaineen tai ryhmän kanssa pyrkimättäoktettiin.Tällaisia yhdisteitä ovat esimerkiksibooritrifluoridi(BF3) sekäbooritrikloridi(BCl3). Boorilla voi muodostaa kovalenttisia sidoksia neljällä orbitaalilla. Täten boori voi toimia elektroniparin vastaanottajana eli Lewis-happona. Boorilla on lisäksi suuri affiniteetti happeen, joten se muodostaa helposti boraatteja ja oksokomplekseja. Koska boori on pieni, se pystyy muodostamaan välitilalejeerenkityyppisiä borideja. Booriyhdisteen reaktiivisuus riippuu sen puhtaudesta, kiteisyydestä sekä lämpötilasta. Huoneenlämmössä se reagoi fluorin (F2) ja hapen (O2) kanssa, mutta muuten se on inertti. Korkeissa lämpötiloissa se reagoi epämetallien paitsivedyn,germaniumin,telluurinjajalokaasujenkanssa sekä metallien paitsi ryhmien 11–15 raskaiden metallien (Ag,Au,Cd,Hg,Ga,In,Ti,Sn,Pb,Sb,Bi) kanssa.[6]
Booria ei juurikaan havaita puhtaana luonnossa, vaan se esiintyyboorihapponavulkaanisissa lähteissä jaboraattinabooraksissa ja kolemaniitissa. Tärkeimmät boorin lähteet ovatkerniittijabooraksi.Boorista tunnetaan 10isotooppia,mutta luonnossa stabiileina esiintyvästä boorista 19,9 % on10B-isotooppia ja 80,1 % on11B-isotooppia. Boori ja boraatit eivät ole myrkyllisiä, mutta boorin vety-yhdisteet ovat.[5]
Pii (Si)
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]- Pääartikkeli:Pii (alkuaine)
Piin järjestysluku on 14 ja atomimassa 28,0855 amu. Piin sulamis- ja kiehumispisteet ovat erittäin korkeat. Sulamispiste on 1 414 °C ja kiehumispiste on 3 265 °C. Piin tiheys on 2,33 g/cm3.Valenssielektroneja piillä on neljä. Piin elektronikonfiguraatio on [Ne] 3s23p2.[5]
Piitä havaitaan auringossa ja tähdissä. Pii on pääkomponenttina kivimeteoriiteissa, mutta sitä havaitaan myös luonnonlasissa,tektiitissä.Maan kuoren massasta 25,7 % on piitä ja se on toiseksi runsain alkuaine maassa. Piitä ei ole puhtaana luonnossa, mutta sitä havaitaan oksideina ja silikaatteina. Luonnollisella piillä on kolme isotooppia, mutta sillä on myös 24 radioaktiivista isotooppia. Amorfinen pii on ruskeaa jauhetta ja kiteinen pii on metallinharmaa ja kiiltävä. Pii on pääasiassa inertti mutta reagoi halogeenien ja laimeiden alkalien kanssa. Monet hapot eivät vaikuta siihen paitsifluorivetyhappo.[5]
Pii on haihtuvampaa kuin hiili, mikä johtuu matalasta höyrystymislämmöstä, mikä osoittaa, että Si-Si-sidosenergia on pieni. Pii on hyväpuolijohde,muttaresistiivisyyslaskee lämmön noustessa. Piin kiteinen muoto ei ole reaktiivinen kuin korkeissa lämpötiloissa.[6]
Lähteet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]- ↑abRennie, R.:A Dictionary of Chemistry.Oxford University Press, 2016.Teoksen verkkoversio.
- ↑Hawkes, S. J.: Semimetallicity.Journal of Chemical Education,2001, 78. vsk, nro 12, s. 1686–1687.doi:10.1021/ed078p1686(englanniksi)
- ↑abVernon, R. E.: Which Elements are Metalloids?.Journal of Chemical Education,2013, 90. vsk, nro 12, s. 1703–1707.doi:10.1021/ed3008457(englanniksi)
- ↑abcdPeriodic Tablersc.org.Viitattu 8.6.2017.(englanniksi)
- ↑abcdefgLide, D. R. (toim.):CRC Handbook of Chemistry and Physics,s. 4–6, 4–28, 4–29, 4–135, 12–206. (Internet-versio) CRC Press, 2005.Teoksen verkkoversio.(Arkistoitu– Internet Archive)
- ↑abcdeGreenwood, N. N. & Earnshaw, A.:Chemistry of the Elements,s. 144–145, 330–335. (2. painos) Elsevier, 1997.Teoksen verkkoversio.
Aiheesta muualla
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Kuvia tai muita tiedostoja aiheestaPuolimetalliWikimedia Commonsissa
|
