آیا تا به حال در مورد عناصر اسرارآمیزی که در مرز بین فلزات و غیر فلزات قرار دارند فکر کرده اید؟ با این مقاله همراه باشید تا ماهیت معمایی شبه فلزات را روشن کنیم. شبه فلزات با خواص منحصر به فرد و جذاب خود، دانشمندان را مجذوب خود کرده بنابراین بیایید اسرار این عناصر خارق العاده را کشف کنیم و به این سوال جواب بدهیم که شبه فلزات چه موادی هستند.
فهرست مطالب
تعریف شبه فلز
شبه فلزات (شبه فلز به انگلیسی Metalloid) که به عنوان نیمه فلزات نیز شناخته می‌شوند، دسته منحصر به فردی از عناصر هستند که خواص فلزات و غیر فلزات را نشان می‌دهند. این عناصر در امتداد منطقه «پلکانی» جدول تناوبی قرار دارند و از یک طرف با فلزات و از طرف دیگر با غیر فلزات، مرز دارند. ویژگی تعیین کننده شبه فلزات ماهیت میانی آنهاست که دارای برخی خواص فلزی مانند رسانایی هستند و در عین حال ویژگی‌های غیرفلزی مانند شکنندگی را نیز از خود نشان می‌دهند. نمونه‌هایی از شبه فلزات عبارتند از بور، سیلیکون، آرسنیک، آنتیموان و تلوریم. این عناصر به دلیل ماهیت همه کاره خود در کاربردهای مختلف علمی و صنعتی نقش اساسی دارند.
شبه فلزات چه ویژگی‌هایی دارند؟
شبه فلزات دارای چندین ویژگی خاص هستند که آنها را از سایر عناصر متمایز می‌کند. یکی از ویژگی‌های کلیدی این مواد توانایی آنها برای نشان دادن خواص فلزی و غیرفلزی است. به عنوان مثال، شبه فلزات می‌توانند الکتریسیته را تا حدی هدایت کنند اما نه به اندازه فلزات خالص. این رفتار نیمه رسانا آنها را در وسایل الکترونیکی مانند ترانزیستورها و نیمه هادی ها ارزشمند می‌کند. شبه فلزات بر خلاف فلزات خالص که عموماً بازتابش بالاتری دارند درجات مختلفی از درخشندگی را از خود نشان می‌دهند که از مات تا براق متغیر است.
یکی دیگر از ویژگی‌های شبه فلزات، شکنندگی آنهاست. بر خلاف اکثر فلزات که چکش خوار و انعطاف پذیر هستند، شبه فلزات در هنگام قرار گرفتن در معرض تنش، شکننده هستند. این خاصیت آنها را در کاربردهایی مانند ساخت سرامیک یا آلیاژ که به موادی با قابلیت‌های ساختاری خاص نیاز دارند مفید می‌سازد. شبه فلزات همچنین به دلیل واکنش شیمیایی متنوع خود شناخته شده اند. آنها می‌توانند ترکیبات فلزی و غیرفلزی را با عناصر دیگر تشکیل دهند و طیف وسیعی از حالت‌های اکسیداسیون و الگوهای پیوند را نشان دهند. این تطبیق پذیری شبه فلزات را در زمینه‌هایی مانند علم مواد، شیمی و فناوری نانو ضروری می‌کند.
انواع شبه فلزها
انواع مختلفی از شبه فلز ها در جدول تناوبی شناسایی شده‌اند که هر کدام مجموعه‌ای از خواص و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. یکی از انواع برجسته، بور است که یک شبه فلز شکننده و با چگالی کم است. بور معمولاً در تولید شیشه‌های بوروسیلیکات استفاده می‌شود که به دلیل مقاومت در برابر شوک حرارتی و خوردگی شیمیایی شناخته شده است. نوع دیگری از شبه فلز سیلیکون است که دومین عنصر فراوان روی زمین است. سیلیکون در زمینه الکترونیک و فناوری نیمه هادی بسیار مهم است و پایه و اساس مدارهای مجتمع و سلول‌های خورشیدی را فراهم می‌کند.
چند شبه فلز داریم؟
در مجموع، شش شبه فلز رایج وجود دارد. لیست شبه فلزات عبارتند از بور، سیلیسیم، آرسنیک، آنتیموان، تلوریم و ژرمانیوم. شبه فلز ها در جدول مندلیف در امتداد خط جداکننده بین فلزات و غیر فلزات در جدول تناوبی قرار گرفته اند و یک نوار مورب را تشکیل می‌دهند که به آن «پلکان» گفته می‌شود. این رمز شبه فلزات جدول تناوبی را به خاطر داشته باشید: بسیجی صبور است! (B Si Ge Sb As Te)
ذکر این نکته ضروری است که دسته بندی عناصر به عنوان شبه فلز منوط به تحقیقات و مطالعات علمی مداوم است. برخی از عناصر مانند پولونیوم و استاتین، گاهی اوقات توسط برخی منابع به عنوان فلز در نظر گرفته می‌شوند اما به دلیل خواص غالب آنها به طور کلی به عنوان غیر فلزات طبقه بندی می‌شوند.
سبک ترین شبه فلز در گروه چهاردهم
سیلیسیم سبکترین شبه فلز در گروه 14 است و از نظر توانایی‌های پیوند کووالانسی و اهمیت آن در صنایعی مانند الکترونیک، شباهت‌هایی به کربن دارد. سیلیسیم به عنوان جزء اصلی نیمه هادی ها نقش مهمی ایفا می‌کند و توسعه فناوری‌های پیشرفته را تسهیل می‌کند. علاوه بر این، حضور سیلیکون در شیشه، سرامیک و سلول‌های خورشیدی رفتار شبه فلزی آن را بیشتر نشان می‌دهد.
سنگین ترین شبه فلز گروه 15
آنتیموان سنگین ترین شبه فلز در گروه 15 است. این عنصر هم خواص فلزی و هم غیرفلزی از خود نشان می‌دهد و در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. آنتیموان و ترکیبات آن از زمان‌های قدیم به ویژه در تولید آلیاژی مانند پیوتر استفاده می‌شده است. آنتیموان علیرغم سمیت آن، نقش مهمی در فناوری‌های مختلف از جمله تولید مواد ضد شعله و به عنوان کاتالیزور در ساخت پلاستیک‌های پلی اتیلن ترفتالات (PET) ایفا می‌کند.
آیا شبه فلزات رسانای گرما هستند؟
شبه فلزات معمولاً رسانای خوب گرما نیستند. آنها خواص فلزات و غیرفلزات را دارند و رسانایی حرارت آنها بین فلزات و غیرفلزات قرار می‌گیرد. شبه فلزاتی مانند سیلیکون و ژرمانیوم در مقایسه با فلزاتی مانند مس یا آلومینیوم رسانایی حرارتی کمتری دارند. با این حال، آنها همچنان گرما را بهتر از فلزات غیرفلزی مانند شیشه یا لاستیک هدایت می‌کنند.
ترکیب شبه فلز با نافلز
ترکیبات تشکیل شده بین شبه فلزات و غیر فلزات در واکنش‌های شیمیایی مختلف بسیار مهم هستند و کاربردهای متنوعی دارند. یکی از نمونه‌های برجسته ترکیب دی اکسید سیلیکون (SiO2) است که از سیلیکون، یک شبه فلز و اکسیژن، یک غیرفلز تشکیل شده است. دی اکسید سیلیکون ماده اصلی تشکیل دهنده بلورهای ماسه و کوارتز است. به دلیل نقطه ذوب بالا، سختی و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، به طور گسترده در تولید شیشه، سرامیک و لوازم الکترونیکی استفاده می‌شود.
یکی دیگر از ترکیبات قابل توجه، نیترید بور (BN) است که از ترکیب بور، یک شبه فلز و نیتروژن، یک غیرفلز تشکیل شده است. نیترید بور پایداری حرارتی و شیمیایی استثنایی را نشان می‌دهد. این ماده ساختاری مشابه کربن در شکل گرافیتی آن دارد و اغلب از آن به عنوان «گرافیت سفید» یاد می‌شود. نیترید بور به عنوان روان کننده، عایق و رسانای حرارتی در محیط‌های با دمای بالا کاربرد دارد و آن را در صنایعی مانند هوافضا و الکترونیک ارزشمند می‌کند.
ترکیب شبه فلز و اکسیژن
ترکیبات تشکیل شده بین شبه فلزات و اکسیژن نقش اساسی در هر دو سیستم طبیعی و مصنوعی دارند. یکی از نمونه‌های شناخته شده تری اکسید آرسنیک (As2O3) است که ترکیبی از آرسنیک و اکسیژن است. این ماده به دلیل ماهیت سمی آن از گذشته در کاربردهای پزشکی استفاده شده است. تری اکسید آنتیموان (Sb2O3) یکی دیگر از ترکیبات شبه فلز-اکسیژن با اهمیت صنعتی است. این ماده به عنوان یک ضد اشتعال در محصولات مختلف مانند منسوجات، پلاستیک ها و لوازم الکترونیکی عمل می‌کند.
شبه فلزات چکش خوار
چکش خواری به توانایی یک ماده برای تغییر شکل تحت تنش کششی بدون شکست اشاره دارد. فلزات به دلیل چکش خواری بالای خود شناخته شده اند، شبه فلزات معمولاً به دلیل ماهیت ترکیبی بین فلزات و غیرفلزات، چکش خواری محدودی از خود نشان می‌دهند. یکی از نمونه‌های شبه فلز چکش خوار آرسنیک (As) است. آرسنیک در دماهای پایین ماهیت شکننده ای از خود نشان می‌دهد اما با افزایش دما، انعطاف پذیرتر و چکش خوارتر می‌شود. این خاصیت در تولید آلیاژهایی مانند سرب-آرسنیک و آرسنیک-مس استفاده شده است که می‌تواند استحکام و کارایی فلزات را افزایش دهد.
کاربرد شبه فلزات
شبه فلزات به دلیل خواص منحصر به فرد خود که بین فلزات و غیرفلزات قرار دارند کاربردهای گسترده ای در زمینه‌های مختلف دارند. یکی از رایج ترین کاربرد شبه فلزات در صنعت نیمه هادی است. سیلیکون (Si)، ژرمانیوم (Ge) و سایر شبه فلزات اجزای ضروری در تولید نیمه هادی‌ها هستند که اساس الکترونیک مدرن را تشکیل می‌دهند. این نیمه هادی‌ها در مدارهای مجتمع، ترانزیستورها و دیودها مورد استفاده قرار می‌گیرند و عملکرد رایانه‌ها، تلفن‌های هوشمند و دستگاه‌های الکترونیکی بی‌شمار دیگری را ممکن می‌سازند.
یکی دیگر از کاربردهای مهم شبه فلزات در تولید شیشه است. بور (B) معمولاً در ساخت شیشه بوروسیلیکات استفاده می‌شود که دارای مقاومت حرارتی و شیمیایی عالی است. شیشه بوروسیلیکات در تجهیزات آزمایشگاهی، ابزارهای نوری، ظروف پخت و پز و حتی در ساخت آینه‌های تلسکوپ استفاده می‌شود. شبه فلزاتی مانند آرسنیک (As) و آنتیموان (Sb) نیز در تولید انواع خاصی از شیشه مانند شیشه‌های انتقال دهنده مادون قرمز مورد استفاده در دستگاه‌های تصویربرداری حرارتی و دید در شب استفاده می‌شوند.
جمع‌بندی
شبه فلزات یک دسته جالب از عناصری هستند که طبقه بندی ها را به چالش می‌کشند و قلمروی جذاب بین فلزات و غیرفلزات را اشغال می‌کنند. در این مقاله جواب این سوال را دادیم که شبه فلزات چه خواصی دارند. شبه فلزات با خواص متمایز و کاربردهای همه کاره خود نقش حیاتی در زمینه‌های مختلف، از فناوری نیمه هادی ها و الکترونیک گرفته تا علوم محیطی و پزشکی ایفا می‌کنند. شبه فلزات با پر کردن شکاف بین دنیای رسانا و غیر رسانا درک ما از جدول تناوبی را به چالش می‌کشند و پیچیدگی فریبنده عناصر را به ما یادآوری می‌کنند.
بررسی شبه فلز بودن یا نبودن سایر عناصر
آیا سیلیسیم شبه فلز است؟
سیلیسیم که با نماد شیمیایی Si نشان داده می‌شود به عنوان یک شبه فلز شناخته می‌شود. این عنصر در گروه 14 جدول تناوبی در کنار کربن و ژرمانیوم قرار دارد. سیلیکون دارای برخی از ویژگی‌های فلزات و غیر فلزات است بنابراین با تعریف شبه فلز مطابقت دارد. سیلیکون یک رسانای ضعیف الکتریسیته در شکل خالص خود است اما زمانی که با مواد دیگر ترکیب شود، رسانای بسیار بهتری می‌شود و آن را برای صنعت نیمه هادی حیاتی می‌کند.
آیا کربن شبه فلز است؟
کربن که با نماد شیمیایی C نشان داده می‌شود معمولاً به عنوان یک شبه فلز طبقه بندی نمی شود. این عنصر به دلیل خواص عمدتا غیرفلزی آن به عنوان یک غیر فلز پذیرفته شده است. کربن عنصر سازنده ترکیبات آلی است و نقش اساسی در شیمی حیات ایفا می‌کند. کربن می‌تواند طیف گسترده ای از ترکیبات را تشکیل دهد و به دلیل توانایی خود در ایجاد پیوندهای کووالانسی پایدار با اتم‌های دیگر از جمله خودش شناخته شده است که منجر به تشکیل ساختارهای گسترده مبتنی بر کربن می‌شود.
آیا استاتین شبه فلز است؟
استاتین که با نماد شیمیایی At نشان داده می‌شود، اغلب به عنوان یک شبه فلز طبقه بندی می‌شود. با این حال، به دلیل کمیاب بودن و ماهیت رادیواکتیو آن، بررسی عمیق خواص شیمیایی استاتین دشوار است. استاتین عضوی از گروه 17 یا هالوژن ها در جدول تناوبی است که عمدتاً غیر فلزات هستند. اگرچه استاتین شباهت‌هایی با هالوژن‌های دیگر دارد، اعتقاد بر این است که برخی رفتارهای فلزی را تحت شرایط خاص از خود نشان می‌دهد. موقعیت استاتین به عنوان یک هالوژن و پتانسیل آن برای نمایش ویژگی‌های شبه فلزی به طبقه بندی استاتین به عنوان یک شبه فلز کمک می‌کند.
آیا برم شبه فلز است؟
برم که با نماد شیمیایی Br نشان داده می‌شود به عنوان یک شبه فلز طبقه بندی نمی شود و یک غیر فلز در نظر گرفته می‌شود. برم به گروه 17 یا هالوژن ها در جدول تناوبی تعلق دارد. برم مانند سایر عناصر این گروه تمایل به جذب یک الکترون برای دستیابی به یک پیکربندی الکترونی پایدار دارد. این عنصر خواص غیر فلزی معمولی مانند رسانای ضعیف الکتریسیته، داشتن نقطه ذوب و جوش پایین و تشکیل ترکیبات کووالانسی را از خود نشان می‌دهد.
آیا بور شبه فلز است؟
بور که با نماد شیمیایی B نشان داده می‌شود به طور گسترده ای به عنوان یک شبه فلز شناخته می‌شود. این عنصر یکی از اعضای گروه 13 جدول تناوبی است و در مرز بین فلزات و غیر فلزات قرار دارد. بور برخی از خواص فلزات مانند نقطه ذوب و جوش بالا را نشان می‌دهد اما همچنین خواص غیرفلزی مانند شکنندگی و رسانایی الکتریکی پایین دارد. توانایی بور برای تشکیل ترکیبات کووالانسی و وجود اوربیتال‌های الکترونی نیمه پر شده به نامگذاری آن به عنوان یک فلز کمک می‌کند.
آیا گالیم شبه فلز است؟
گالیم به عنوان یک شبه فلز طبقه بندی نمی شود و در واقع یک فلز در نظر گرفته می‌شود. گالیم خواص و ویژگی‌های بسیاری را با فلزات به اشتراک می‌گذارد و آن را عضو این دسته تبدیل می‌کند. ظاهر براق، رسانایی الکتریکی بالا و فرم جامد در دمای اتاق همگی نشان دهنده ماهیت فلزی آن است.
آیا گوگرد شبه فلز است؟
گوگرد به دسته شبه فلزات تعلق ندارد بلکه در گروه غیرفلزها قرار می‌گیرد. گوگرد معمولاً در طبیعت یافت می‌شود و به دلیل رنگ زرد پر جنب و جوش و بوی متمایزش شناخته شده است. غیر فلزات معمولاً رسانایی الکتریکی ضعیفی از خود نشان می‌دهند و در گوگرد، دقیقاً همین ویژگی را می‌بینیم.
فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 14 آبان 1402
مرسی واقعا کمک کرد