Chemical element with metallic and nonmetallic properties
Un metaloide es un elemento químico que tiene una preponderancia de propiedades intermedias o que son una mezcla de las de los metales y los no metales . La palabra metaloide proviene del latín metallum ("metal") y del griego oeides ("que se parece en forma o apariencia"). [1] No existe una definición estándar de metaloide ni un acuerdo completo sobre qué elementos son metaloides. A pesar de la falta de especificidad, el término sigue utilizándose en la literatura.
El término metaloide se refería originalmente a los no metales . Su significado más reciente, como una categoría de elementos con propiedades intermedias o híbridas, se generalizó entre 1940 y 1960. A los metaloides a veces se les llama semimetales, una práctica que se ha desaconsejado [2] , ya que el término semimetal tiene un uso más común como un tipo específico de estructura de banda electrónica de una sustancia. En este contexto, solo el arsénico y el antimonio son semimetales y se los reconoce comúnmente como metaloides.
Definiciones
Basado en juicios
Un metaloide es un elemento que posee una preponderancia de propiedades intermedias, o que son una mezcla de, las de los metales y no metales , y que por lo tanto es difícil de clasificar como metal o no metal . Esta es una definición genérica que se basa en atributos de metaloides citados consistentemente en la literatura. [n 2] La dificultad de categorización es un atributo clave. La mayoría de los elementos tienen una mezcla de propiedades metálicas y no metálicas, [9] y se pueden clasificar según qué conjunto de propiedades sea más pronunciado. [10] [n 3] Solo los elementos en o cerca de los márgenes, que carecen de una preponderancia suficientemente clara de propiedades metálicas o no metálicas, se clasifican como metaloides. [14]
No existe una definición ampliamente aceptada de metaloide, ni ninguna división de la tabla periódica en metales , metaloides y no metales ; [38] Hawkes [39] cuestionó la viabilidad de establecer una definición específica, señalando que se pueden encontrar anomalías en varios intentos de construcción. Sharp [40] ha descrito la clasificación de un elemento como metaloide como "arbitraria".
El número y la identidad de los metaloides dependen de los criterios de clasificación utilizados. Emsley [41] reconoció cuatro metaloides (germanio, arsénico, antimonio y telurio); James et al. [42] enumeraron doce (Emsley más boro, carbono, silicio, selenio, bismuto, polonio, moscovio y livermorio ). En promedio, se incluyen siete elementos en dichas listas ; los sistemas de clasificación individuales tienden a compartir un terreno común y varían en los márgenes mal definidos [43] . [n 5] [n 6]
Un único criterio cuantitativo como la electronegatividad se utiliza comúnmente, [46] los metaloides tienen valores de electronegatividad de 1,8 o 1,9 a 2,2. [47] Otros ejemplos incluyen la eficiencia de empaquetamiento (la fracción de volumen en una estructura cristalina ocupada por átomos) y el criterio de relación Goldhammer-Herzfeld. [48] Los metaloides comúnmente reconocidos tienen eficiencias de empaquetamiento de entre el 34% y el 41%. [n 7] La relación Goldhammer-Herzfeld, aproximadamente igual al cubo del radio atómico dividido por el volumen molar , [56] [n 8] es una medida simple de cuán metálico es un elemento, los metaloides reconocidos tienen relaciones de alrededor de 0,85 a 1,1 y un promedio de 1,0. [58] [n 9]
Otros autores se han basado, por ejemplo, en la conductancia atómica [n 10] [62] o el número de coordinación en masa . [63]
Jones, escribiendo sobre el papel de la clasificación en la ciencia, observó que "[las clases] suelen definirse por más de dos atributos". [64] Masterton y Slowinski [65] utilizaron tres criterios para describir los seis elementos comúnmente reconocidos como metaloides: los metaloides tienen energías de ionización de alrededor de 200 kcal/mol (837 kJ/mol) y valores de electronegatividad cercanos a 2,0. También dijeron que los metaloides son típicamente semiconductores, aunque el antimonio y el arsénico (semimetales desde una perspectiva de física) tienen conductividades eléctricas que se acercan a las de los metales. Se sospecha que el selenio y el polonio no están en este esquema, mientras que el estatus del astato es incierto. [n 11]
En este contexto, Vernon propuso que un metaloide es un elemento químico que, en su estado estándar, tiene (a) la estructura de banda electrónica de un semiconductor o un semimetal; y (b) un potencial de primera ionización intermedio "(digamos 750−1.000 kJ/mol)"; y (c) una electronegatividad intermedia (1,9–2,2). [68]
Territorio de la tabla periódica
Ubicación
Los metaloides se encuentran a ambos lados de la línea divisoria entre metales y no metales . Se pueden encontrar, en distintas configuraciones, en algunas tablas periódicas . Los elementos que se encuentran en la parte inferior izquierda de la línea generalmente muestran un comportamiento metálico creciente; los elementos que se encuentran en la parte superior derecha muestran un comportamiento no metálico creciente. [69] Cuando se presentan como una escalera regular, los elementos con la temperatura crítica más alta para sus grupos (Li, Be, Al, Ge, Sb, Po) se encuentran justo debajo de la línea. [70]
La posición diagonal de los metaloides representa una excepción a la observación de que los elementos con propiedades similares tienden a aparecer en grupos verticales . [71] Se puede observar un efecto relacionado en otras similitudes diagonales entre algunos elementos y sus vecinos inferiores derechos, específicamente litio-magnesio, berilio-aluminio y boro-silicio. Rayner-Canham [72] ha argumentado que estas similitudes se extienden al carbono-fósforo, nitrógeno-azufre y a tres series de bloques d .
Esta excepción surge debido a tendencias horizontales y verticales en competencia en la carga nuclear . A lo largo de un período , la carga nuclear aumenta con el número atómico al igual que el número de electrones. La atracción adicional sobre los electrones externos a medida que aumenta la carga nuclear generalmente supera el efecto de apantallamiento de tener más electrones. Con algunas irregularidades, los átomos se vuelven más pequeños, la energía de ionización aumenta y hay un cambio gradual en el carácter, a lo largo de un período, de elementos fuertemente metálicos a débilmente metálicos, a débilmente no metálicos, a fuertemente no metálicos. [73] Al descender en un grupo principal , el efecto del aumento de la carga nuclear generalmente se ve compensado por el efecto de los electrones adicionales que están más lejos del núcleo. Los átomos generalmente se vuelven más grandes, la energía de ionización disminuye y el carácter metálico aumenta. [74] El efecto neto es que la ubicación de la zona de transición metal-no metal se desplaza hacia la derecha al descender en un grupo, [71] y se ven similitudes diagonales análogas en otras partes de la tabla periódica, como se señaló. [75]
Tratamientos alternativos
Los elementos que bordean la línea divisoria metal-no metal no siempre se clasifican como metaloides, y se observa que una clasificación binaria puede facilitar el establecimiento de reglas para determinar los tipos de enlace entre metales y no metales. [76] En tales casos, los autores involucrados se centran en uno o más atributos de interés para tomar sus decisiones de clasificación, en lugar de preocuparse por la naturaleza marginal de los elementos en cuestión. Sus consideraciones pueden o no ser explícitas y, en ocasiones, pueden parecer arbitrarias. [40] [n 12] Los metaloides pueden agruparse con los metales; [77] o considerarse como no metales; [78] o tratarse como una subcategoría de los no metales. [79] [n 13] Otros autores han sugerido que clasificar algunos elementos como metaloides "enfatiza que las propiedades cambian gradualmente en lugar de abruptamente a medida que uno se mueve a través o hacia abajo en la tabla periódica". [81] Algunas tablas periódicas distinguen elementos que son metaloides y no muestran una línea divisoria formal entre metales y no metales. En cambio, los metaloides se muestran presentes en una banda diagonal [82] o en una región difusa. [83] La consideración clave es explicar el contexto de la taxonomía en uso.
Propiedades
Los metaloides suelen tener un aspecto similar al de los metales, pero se comportan en gran medida como no metales. Físicamente, son sólidos brillantes y quebradizos con una conductividad eléctrica intermedia a relativamente buena y la estructura de banda electrónica de un semimetal o semiconductor. Químicamente, se comportan principalmente como no metales (débiles), tienen energías de ionización y valores de electronegatividad intermedios y son óxidos anfóteros o débilmente ácidos . La mayoría de sus otras propiedades físicas y químicas son de naturaleza intermedia .
En comparación con metales y no metales
Las propiedades características de los metales, metaloides y no metales se resumen en la tabla. [84] Las propiedades físicas se enumeran en orden de facilidad de determinación; las propiedades químicas van de generales a específicas y luego a descriptivas.
La tabla anterior refleja la naturaleza híbrida de los metaloides. Las propiedades de forma, apariencia y comportamiento cuando se mezclan con metales son más parecidas a las de los metales. La elasticidad y el comportamiento químico general son más parecidos a los de los no metales. La conductividad eléctrica, la estructura de bandas, la energía de ionización, la electronegatividad y los óxidos son intermedios entre los dos.
Aplicaciones comunes
Esta sección se centra en los metaloides reconocidos. Los elementos que se reconocen con menos frecuencia como metaloides se clasifican normalmente como metales o no metales; algunos de ellos se incluyen aquí con fines comparativos.
Los metaloides son demasiado frágiles para tener usos estructurales en sus formas puras. [105] Ellos y sus compuestos se utilizan en aleaciones, agentes biológicos (toxicológicos, nutricionales y medicinales), catalizadores, retardantes de llama, vidrios (óxidos y metálicos), medios de almacenamiento óptico y optoelectrónica, pirotecnia, semiconductores y electrónica. [n 19]
Aleaciones
Bolitas de aleación de cobre y germanio, probablemente ~84 % Cu; 16 % Ge. [107] Cuando se combinan con plata, el resultado es una plata esterlina resistente al deslustre . También se muestran dos bolitas de plata.
Al escribir sobre los compuestos intermetálicos en sus comienzos , el metalúrgico británico Cecil Desch observó que «ciertos elementos no metálicos son capaces de formar compuestos de carácter claramente metálico con metales, y por lo tanto estos elementos pueden entrar en la composición de aleaciones». Asoció el silicio, el arsénico y el telurio, en particular, con los elementos formadores de aleaciones. [108] Phillips y Williams [109] sugirieron que los compuestos de silicio, germanio, arsénico y antimonio con metales B «probablemente se clasifiquen mejor como aleaciones».
Entre los metaloides más ligeros, las aleaciones con metales de transición están bien representadas. El boro puede formar compuestos intermetálicos y aleaciones con dichos metales de la composición M n B, si n > 2. [110] El ferroboro (15% de boro) se utiliza para introducir boro en el acero ; las aleaciones de níquel-boro son ingredientes de las aleaciones de soldadura y composiciones de endurecimiento superficial para la industria de la ingeniería. Las aleaciones de silicio con hierro y con aluminio son ampliamente utilizadas por las industrias del acero y del automóvil, respectivamente. El germanio forma muchas aleaciones, sobre todo con los metales de acuñación . [111]
Los metaloides más pesados continúan con el tema. El arsénico puede formar aleaciones con metales, incluidos el platino y el cobre ; [112] también se agrega al cobre y sus aleaciones para mejorar la resistencia a la corrosión [113] y parece conferir el mismo beneficio cuando se agrega al magnesio. [114] El antimonio es bien conocido como formador de aleaciones, incluso con los metales de acuñación. Sus aleaciones incluyen peltre (una aleación de estaño con hasta un 20% de antimonio) y metal tipográfico (una aleación de plomo con hasta un 25% de antimonio). [115] El telurio se alea fácilmente con hierro, como ferrotelurio (50–58% de telurio), y con cobre, en forma de telurio de cobre (40–50% de telurio). [116] El ferrotelurio se usa como estabilizador para el carbono en la fundición de acero. [117] De los elementos no metálicos menos frecuentemente reconocidos como metaloides, el selenio, en forma de ferroselenio (50–58% de selenio), se utiliza para mejorar la maquinabilidad de los aceros inoxidables. [118]
Agentes biológicos
El trióxido de arsénico o arsénico blanco es una de las formas más tóxicas y prevalentes de arsénico . Las propiedades antileucémicas del arsénico blanco se informaron por primera vez en 1878. [119]
Los seis elementos comúnmente reconocidos como metaloides tienen propiedades tóxicas, dietéticas o medicinales. [120] Los compuestos de arsénico y antimonio son especialmente tóxicos; el boro, el silicio y posiblemente el arsénico son oligoelementos esenciales. El boro, el silicio, el arsénico y el antimonio tienen aplicaciones médicas, y se cree que el germanio y el telurio tienen potencial.
El boro se utiliza en insecticidas [121] y herbicidas. [122] Es un oligoelemento esencial. [123] Como el ácido bórico , tiene propiedades antisépticas, antifúngicas y antivirales. [124]
El silicio está presente en el silatrano , un rodenticida altamente tóxico. [125] La inhalación prolongada de polvo de sílice causa silicosis , una enfermedad mortal de los pulmones. El silicio es un oligoelemento esencial. [123] El gel de silicona se puede aplicar a pacientes con quemaduras graves para reducir las cicatrices. [126]
Las sales de germanio son potencialmente dañinas para los seres humanos y los animales si se ingieren de forma prolongada. [127] Existe interés en las acciones farmacológicas de los compuestos de germanio, pero todavía no hay ningún medicamento autorizado. [128]
El arsénico es notoriamente venenoso y también puede ser un elemento esencial en cantidades ultra traza. [129] Durante la Primera Guerra Mundial , ambos bandos utilizaron " agentes para estornudar y vomitar a base de arsénico ... para obligar a los soldados enemigos a quitarse las máscaras de gas antes de dispararles mostaza o fosgeno en una segunda salva ". [130] Se ha utilizado como agente farmacéutico desde la antigüedad, incluso para el tratamiento de la sífilis antes del desarrollo de los antibióticos . [131] El arsénico también es un componente del melarsoprol , un fármaco medicinal utilizado en el tratamiento de la tripanosomiasis africana humana o enfermedad del sueño. En 2003, se reintrodujo el trióxido de arsénico (bajo el nombre comercial Trisenox ) para el tratamiento de la leucemia promielocítica aguda , un cáncer de la sangre y la médula ósea. [131] El arsénico en el agua potable, que causa cáncer de pulmón y vejiga, se ha asociado con una reducción en las tasas de mortalidad por cáncer de mama. [132]
El telurio elemental no se considera particularmente tóxico; dos gramos de telurato de sodio, si se administran, pueden ser letales. [135] Las personas expuestas a pequeñas cantidades de telurio en el aire exudan un olor desagradable y persistente parecido al ajo. [136] El dióxido de telurio se ha utilizado para tratar la dermatitis seborreica ; otros compuestos de telurio se usaban como agentes antimicrobianos antes del desarrollo de los antibióticos. [137] En el futuro, es posible que sea necesario sustituir dichos compuestos por antibióticos que se han vuelto ineficaces debido a la resistencia bacteriana. [138]
De los elementos menos frecuentemente reconocidos como metaloides, el berilio y el plomo son conocidos por su toxicidad; el arseniato de plomo ha sido ampliamente utilizado como insecticida. [139] El azufre es uno de los fungicidas y pesticidas más antiguos. El fósforo, el azufre, el zinc, el selenio y el yodo son nutrientes esenciales, y el aluminio, el estaño y el plomo pueden serlo. [129] El azufre, el galio, el selenio, el yodo y el bismuto tienen aplicaciones medicinales. El azufre es un componente de los fármacos sulfonamidas , todavía ampliamente utilizados para afecciones como el acné y las infecciones del tracto urinario. [140] El nitrato de galio se utiliza para tratar los efectos secundarios del cáncer; [141] el citrato de galio, un radiofármaco , facilita la obtención de imágenes de áreas corporales inflamadas. [142] El sulfuro de selenio se utiliza en champús medicinales y para tratar infecciones de la piel como la tiña versicolor . [143] El yodo se utiliza como desinfectante en varias formas. El bismuto es un ingrediente de algunos antibacterianos . [144]
Catalizadores
El trifluoruro y el tricloruro de boro se utilizan como catalizadores homogéneos en la síntesis orgánica y la electrónica; el tribromuro se utiliza en la fabricación de diborano . [145] Los ligandos de boro no tóxicos podrían reemplazar a los ligandos de fósforo tóxicos en algunos catalizadores de metales de transición. [146] El ácido sulfúrico de sílice (SiO 2 OSO 3 H) se utiliza en reacciones orgánicas. [147] El dióxido de germanio a veces se utiliza como catalizador en la producción de plástico PET para contenedores; [148] Los compuestos de antimonio más baratos, como el trióxido o el triacetato , se emplean más comúnmente para el mismo propósito [149] a pesar de las preocupaciones sobre la contaminación por antimonio de alimentos y bebidas. [150] El trióxido de arsénico se ha utilizado en la producción de gas natural , para impulsar la eliminación de dióxido de carbono , al igual que el ácido selenoso y el ácido teluroso . [151] El selenio actúa como catalizador en algunos microorganismos. [152] El telurio, su dióxido y su tetracloruro son catalizadores potentes para la oxidación del carbono por aire a temperaturas superiores a los 500 °C. [153] El óxido de grafito se puede utilizar como catalizador en la síntesis de iminas y sus derivados. [154] El carbón activado y la alúmina se han utilizado como catalizadores para la eliminación de contaminantes de azufre del gas natural. [155] El aluminio dopado con titanio se ha sugerido como sustituto de los catalizadores de metales nobles utilizados en la producción de productos químicos industriales. [156]
Retardantes de llama
Los compuestos de boro, silicio, arsénico y antimonio se han utilizado como retardantes de llama . El boro, en forma de bórax , se ha utilizado como retardante de llama textil desde al menos el siglo XVIII. [157] Los compuestos de silicio como siliconas, silanos , silsesquioxano , sílice y silicatos , algunos de los cuales se desarrollaron como alternativas a productos halogenados más tóxicos , pueden mejorar considerablemente la retardancia de llama de los materiales plásticos. [158]
Los compuestos de arsénico como el arsenito de sodio o el arsenato de sodio son retardantes de llama eficaces para la madera, pero se han utilizado con menos frecuencia debido a su toxicidad. [159] El trióxido de antimonio es un retardante de llama. [160] El hidróxido de aluminio se ha utilizado como retardante de llama de fibra de madera, caucho, plástico y textiles desde la década de 1890. [161] Aparte del hidróxido de aluminio, el uso de retardantes de llama basados en fósforo (en forma de, por ejemplo, organofosfatos ) supera actualmente al de cualquiera de los otros tipos principales de retardantes, que emplean boro, antimonio o compuestos de hidrocarburos halogenados . [162]
Los óxidos B 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 , As 2 O 3 y Sb 2 O 3 forman fácilmente vidrios . El TeO 2 forma un vidrio, pero esto requiere una "velocidad de extinción heroica" [163] o la adición de una impureza; de lo contrario, resulta la forma cristalina. [163] Estos compuestos se utilizan en cristalería química, doméstica e industrial [164] y óptica. [165] El trióxido de boro se utiliza como aditivo de fibra de vidrio , [166] y también es un componente del vidrio de borosilicato , ampliamente utilizado para cristalería de laboratorio y utensilios domésticos para hornos por su baja expansión térmica. [167] La mayoría de la cristalería común está hecha de dióxido de silicio. [168] El dióxido de germanio se utiliza como aditivo de fibra de vidrio, así como en sistemas ópticos infrarrojos. [169] El trióxido de arsénico se utiliza en la industria del vidrio como agente decolorante y refinador (para eliminar burbujas), [170] al igual que el trióxido de antimonio. [171] El dióxido de telurio encuentra aplicación en la óptica láser y no lineal . [172]
Los vidrios metálicos amorfos generalmente se preparan más fácilmente si uno de los componentes es un metaloide o "casi metaloide" como boro, carbono, silicio, fósforo o germanio. [173] [n 20] Aparte de las películas delgadas depositadas a temperaturas muy bajas, el primer vidrio metálico conocido fue una aleación de composición Au 75 Si 25 reportada en 1960. [175] Un vidrio metálico que tiene una resistencia y tenacidad nunca antes vista, de composición Pd 82,5 P 6 Si 9,5 Ge 2 , fue reportado en 2011. [176]
El fósforo, el selenio y el plomo, que se reconocen con menos frecuencia como metaloides, también se utilizan en los vidrios. El vidrio fosfatado tiene un sustrato de pentóxido de fósforo (P2O5 ) , en lugar de sílice (SiO2 ) de los vidrios de silicato convencionales. Se utiliza, por ejemplo, para fabricar lámparas de sodio . [177] Los compuestos de selenio se pueden utilizar tanto como agentes decolorantes como para añadir un color rojo al vidrio. [178] La cristalería decorativa hecha de vidrio de plomo tradicional contiene al menos un 30% de óxido de plomo (II) (PbO); el vidrio de plomo utilizado para protección contra la radiación puede tener hasta un 65% de PbO. [179] Los vidrios a base de plomo también se han utilizado ampliamente en componentes electrónicos, materiales de esmaltado, sellado y acristalamiento y células solares. Los vidrios de óxido a base de bismuto han surgido como un sustituto menos tóxico del plomo en muchas de estas aplicaciones. [180]
Almacenamiento óptico y optoelectrónica
Las composiciones variables de GeSbTe ("aleaciones GST") y Sb2Te dopado con Ag e In ("aleaciones AIST"), que son ejemplos de materiales de cambio de fase , se utilizan ampliamente en discos ópticos regrabables y dispositivos de memoria de cambio de fase . Al aplicar calor, se pueden cambiar entre estados amorfos (vítreos) y cristalinos . El cambio en las propiedades ópticas y eléctricas se puede utilizar para fines de almacenamiento de información. [181] Las aplicaciones futuras para GeSbTe pueden incluir "pantallas ultrarrápidas, completamente de estado sólido con píxeles a escala nanométrica, gafas 'inteligentes' semitransparentes, lentes de contacto 'inteligentes' y dispositivos de retina artificial". [182]
Los metaloides reconocidos tienen aplicaciones pirotécnicas o propiedades asociadas. El boro y el silicio se encuentran comúnmente; [184] actúan de manera similar a los combustibles metálicos. [185] El boro se utiliza en composiciones de iniciadores pirotécnicos (para encender otras composiciones difíciles de encender) y en composiciones de retardo que arden a una velocidad constante. [186] El carburo de boro se ha identificado como un posible reemplazo para mezclas más tóxicas de bario o hexacloroetano en municiones de humo, bengalas de señales y fuegos artificiales. [187] El silicio, como el boro, es un componente de mezclas de iniciadores y retardadores. [186] El germanio dopado puede actuar como un combustible de termita de velocidad variable . [n 21] El trisulfuro de arsénico As 2 S 3 se utilizó en antiguas luces de señales navales ; en fuegos artificiales para hacer estrellas blancas; [189] en mezclas de cortinas de humo amarillas ; y en composiciones de iniciadores. [190] El trisulfuro de antimonio Sb 2 S 3 se encuentra en fuegos artificiales de luz blanca y en mezclas de destellos y sonido . [191] El telurio se ha utilizado en mezclas de retardo y en composiciones de iniciadores de detonadores . [192]
El carbono, el aluminio, el fósforo y el selenio continúan con la temática. El carbono, en la pólvora negra , es un componente de los propulsores de cohetes de fuegos artificiales, cargas explosivas y mezclas de efectos, y fusibles de retardo y encendedores militares. [193] [n 22] El aluminio es un ingrediente pirotécnico común, [184] y se emplea ampliamente por su capacidad de generar luz y calor, [195] incluso en mezclas de termita. [196] El fósforo se puede encontrar en municiones de humo e incendiarias, tapas de papel utilizadas en pistolas de juguete y petardos de fiesta . [197] El selenio se ha utilizado de la misma manera que el telurio. [192]
Todos los elementos comúnmente reconocidos como metaloides (o sus compuestos) se han utilizado en las industrias de semiconductores o electrónica de estado sólido. [198]
Algunas propiedades del boro han limitado su uso como semiconductor. Tiene un punto de fusión alto, es relativamente difícil obtener monocristales y resulta difícil introducir y retener impurezas controladas. [ 199]
El silicio es el principal semiconductor comercial; constituye la base de la electrónica moderna (incluidas las células solares estándar) [200] y de las tecnologías de la información y la comunicación. [201] Esto ocurrió a pesar de que, a principios del siglo XX, el estudio de los semiconductores se consideraba la "física de la suciedad" y no merecía una atención especial. [202]
El germanio ha sido reemplazado en gran medida por el silicio en dispositivos semiconductores, siendo más barato, más resistente a temperaturas de operación más altas y más fácil de trabajar durante el proceso de fabricación microelectrónica. [107] El germanio sigue siendo un componente de las "aleaciones" semiconductoras de silicio-germanio y su uso ha ido creciendo, particularmente para dispositivos de comunicación inalámbrica; dichas aleaciones explotan la mayor movilidad de portadores del germanio. [107] La síntesis de cantidades a escala de gramos de germanano semiconductor se informó en 2013. Este consiste en láminas de un átomo de espesor de átomos de germanio terminados en hidrógeno, análogos al grafano . Conduce electrones más de diez veces más rápido que el silicio y cinco veces más rápido que el germanio, y se cree que tiene potencial para aplicaciones optoelectrónicas y de detección. [203] El desarrollo de un ánodo basado en alambre de germanio que más que duplica la capacidad de las baterías de iones de litio se informó en 2014. [204] En el mismo año, Lee et al. se informó que cristales de grafeno libres de defectos lo suficientemente grandes como para tener usos electrónicos podrían cultivarse y extraerse de un sustrato de germanio. [205]
El telurio, que es un semiconductor en su estado estándar, se utiliza principalmente como componente en semiconductores de tipo II/VI : calcogenuros ; estos tienen aplicaciones en electroóptica y electrónica. [208] El telururo de cadmio (CdTe) se utiliza en módulos solares por su alta eficiencia de conversión, bajos costos de fabricación y gran brecha de banda de 1,44 eV, lo que le permite absorber una amplia gama de longitudes de onda. [200] El telururo de bismuto (Bi 2 Te 3 ), aleado con selenio y antimonio, es un componente de dispositivos termoeléctricos utilizados para refrigeración o generación de energía portátil. [209]
Cinco metaloides (boro, silicio, germanio, arsénico y antimonio) se pueden encontrar en los teléfonos celulares (junto con al menos otros 39 metales y no metales). [210] Se espera que el telurio encuentre tal uso. [211] De los metaloides menos reconocidos, el fósforo, el galio (en particular) y el selenio tienen aplicaciones en semiconductores. El fósforo se utiliza en cantidades traza como dopante para semiconductores de tipo n . [212] El uso comercial de los compuestos de galio está dominado por aplicaciones de semiconductores: en circuitos integrados, teléfonos celulares, diodos láser , diodos emisores de luz , fotodetectores y células solares . [213] El selenio se utiliza en la producción de células solares [214] y en protectores de sobretensión de alta energía . [215]
Boro, silicio, germanio, antimonio y telurio, [216] así como metales y metaloides más pesados como Sm, Hg, Tl, Pb, Bi y Se, [217] se pueden encontrar en aislantes topológicos . Se trata de aleaciones [218] o compuestos que, a temperaturas ultrafrías o temperatura ambiente (dependiendo de su composición), son conductores metálicos en sus superficies pero aislantes en sus interiores. [219] El arseniuro de cadmio Cd3As2 , a aproximadamente 1 K , es un semimetal de Dirac –un análogo electrónico masivo del grafeno– en el que los electrones viajan eficazmente como partículas sin masa. [220] Se cree que estas dos clases de materiales tienen potenciales aplicaciones en computación cuántica . [221]
Nomenclatura e historia
Derivación y otros nombres
A veces se utilizan varios nombres como sinónimos, aunque algunos de ellos tienen otros significados que no son necesariamente intercambiables: elemento anfótero, [222] elemento límite, [223] elemento intermedio, [224] casi metal, [225] metametal, [226] semiconductor, [227] semimetal [228] y submetal . [229] "Elemento anfótero" a veces se utiliza de forma más amplia para incluir metales de transición capaces de formar oxianiones , como el cromo y el manganeso . [230] "Metametal" a veces se utiliza en cambio para referirse a ciertos metales ( Be , Zn , Cd , Hg , In , Tl , β-Sn , Pb ) situados justo a la izquierda de los metaloides en las tablas periódicas estándar. [231] Estos metales tienden a tener estructuras cristalinas distorsionadas, valores de conductividad eléctrica en el extremo inferior de los de los metales y óxidos anfóteros (débilmente básicos). [232] Los nombres elemento anfótero y semiconductor son problemáticos ya que algunos elementos denominados metaloides no muestran un comportamiento anfótero marcado (bismuto, por ejemplo) [233] o semiconductor (polonio) [234] en sus formas más estables.
Origen y uso
El origen y uso del término metaloide es complicado. El "Manual de metaloides" publicado en 1864 dividió todos los elementos en metales o metaloides. [235] : 31 El uso anterior en mineralogía , para describir un mineral que tiene una apariencia metálica, se puede remontar a 1800. [236] Desde mediados del siglo XX se ha utilizado para referirse a elementos químicos intermedios o limítrofes. [237] La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) recomendó anteriormente abandonar el término metaloide y sugirió utilizar el término semimetal en su lugar. [238] El uso de este último término ha sido desaconsejado más recientemente por Atkins et al. [2] ya que tiene un significado más común que se refiere a la estructura de banda electrónica de una sustancia en lugar de la clasificación general de un elemento. Las publicaciones más recientes de la IUPAC sobre nomenclatura y terminología no incluyen ninguna recomendación sobre el uso de los términos metaloide o semimetal. [239]
Elementos comúnmente reconocidos como metaloides
Las propiedades señaladas en esta sección se refieren a los elementos en sus formas termodinámicamente más estables en condiciones ambientales.
Boro
Boro, que se muestra aquí en forma de su fase β- romboédrica (su alótropo termodinámicamente más estable ) [240]
El boro puro es un sólido cristalino gris plateado brillante. [241] Es menos denso que el aluminio (2,34 frente a 2,70 g/cm 3 ), y es duro y quebradizo. Es apenas reactivo en condiciones normales, excepto por el ataque del flúor , [242] y tiene un punto de fusión de 2076 °C (cf. acero ~1370 °C). [243] El boro es un semiconductor; [244] su conductividad eléctrica a temperatura ambiente es de 1,5 × 10 −6 S •cm −1 [245] (unas 200 veces menor que la del agua del grifo) [246] y tiene un intervalo de banda de unos 1,56 eV. [247] [n 23] Mendeleev comentó que "el boro aparece en estado libre en varias formas que son intermedias entre los metales y los no metales". [249]
La química estructural del boro está dominada por su pequeño tamaño atómico y su energía de ionización relativamente alta. Con solo tres electrones de valencia por átomo de boro, el enlace covalente simple no puede cumplir la regla del octeto. [250] El enlace metálico es el resultado habitual entre los congéneres más pesados del boro, pero esto generalmente requiere bajas energías de ionización. [251] En cambio, debido a su pequeño tamaño y altas energías de ionización, la unidad estructural básica del boro (y casi todos sus alótropos) [n 24] es el grupo icosaédrico B 12. De los 36 electrones asociados con 12 átomos de boro, 26 residen en 13 orbitales moleculares deslocalizados; los otros 10 electrones se utilizan para formar enlaces covalentes de dos y tres centros entre icosaedros. [253] El mismo motivo se puede ver, así como variantes o fragmentos deltaédricos , en boruros metálicos y derivados de hidruros, y en algunos haluros. [254]
Se ha descrito que la unión en el boro es característica de un comportamiento intermedio entre los metales y los sólidos de red covalente no metálicos (como el diamante ). [255] La energía necesaria para transformar B, C, N, Si y P de estados no metálicos a metálicos se ha estimado en 30, 100, 240, 33 y 50 kJ/mol, respectivamente. Esto indica la proximidad del boro a la frontera metal-no metal. [256]
La mayor parte de la química del boro es de naturaleza no metálica. [256] A diferencia de sus congéneres más pesados, no se sabe que forme un catión B 3+ simple o [B(H 2 O) 4 ] 3+ hidratado . [257] El pequeño tamaño del átomo de boro permite la preparación de muchos boruros de tipo aleación intersticial . [258] Se han observado analogías entre el boro y los metales de transición en la formación de complejos , [259] y aductos (por ejemplo, BH 3 + CO →BH 3 CO y, de manera similar, Fe(CO) 4 + CO →Fe(CO) 5 ), [n 25] así como en las estructuras geométricas y electrónicas de especies de clúster como [B 6 H 6 ] 2− y [Ru 6 (CO) 18 ] 2− . [261] [n 26] La química acuosa del boro se caracteriza por la formación de muchos aniones poliborato diferentes . [263] Dada su alta relación carga-tamaño, el boro se enlaza covalentemente en casi todos sus compuestos; [264] las excepciones son los boruros ya que estos incluyen, dependiendo de su composición, componentes de enlace covalente, iónico y metálico. [265] [n 27] Los compuestos binarios simples, como el tricloruro de boro , son ácidos de Lewis ya que la formación de tres enlaces covalentes deja un hueco en el octeto que puede ser llenado por un par de electrones donado por una base de Lewis . [250] El boro tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y una química de borato debidamente extensa . [258] El óxido B 2 O 3 es polimérico en estructura, [268] débilmente ácido, [269] [n 28] y un formador de vidrio. [275] Los compuestos organometálicos del boro [n 29] se conocen desde el siglo XIX (véase química del organoboro ). [277]
El silicio es un sólido cristalino con un brillo metálico gris azulado. [278] Al igual que el boro, es menos denso (a 2,33 g/cm 3 ) que el aluminio, y es duro y quebradizo. [279] Es un elemento relativamente poco reactivo. [278] Según Rochow, [280] la forma cristalina masiva (especialmente si es pura) es "notablemente inerte a todos los ácidos, incluido el fluorhídrico ". [n 30] El silicio menos puro y la forma en polvo son susceptibles al ataque de ácidos fuertes o calientes, así como al vapor y al flúor. [284] El silicio se disuelve en álcalis acuosos calientes con la evolución de hidrógeno , al igual que los metales [285] como el berilio, el aluminio, el zinc, el galio o el indio. [286] Se funde a 1414 °C. El silicio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de 10 −4 S•cm −1 [287] y una banda prohibida de aproximadamente 1,11 eV. [281] Cuando se funde, el silicio se convierte en un metal razonable [288] con una conductividad eléctrica de 1,0–1,3 × 10 4 S•cm −1 , similar a la del mercurio líquido. [289]
La química del silicio es generalmente no metálica (covalente) por naturaleza. [290] No se sabe que forme un catión. [291] [n 31] El silicio puede formar aleaciones con metales como el hierro y el cobre. [292] Muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios. [293] Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. [294] La alta fuerza del enlace silicio-oxígeno domina el comportamiento químico del silicio. [295] Los silicatos poliméricos, formados por unidades tetraédricas de SiO 4 que comparten sus átomos de oxígeno, son los compuestos más abundantes e importantes del silicio. [296] Los boratos poliméricos, que comprenden unidades BO 3 o BO 4 trigonales y tetraédricas enlazadas , se construyen sobre principios estructurales similares. [297] El óxido SiO 2 es polimérico en estructura, [268] débilmente ácido, [298] [n 32] y formador de vidrio. [275] La química organometálica tradicional incluye los compuestos de carbono del silicio (véase organosilicio ). [302]
El germanio es un sólido blanco grisáceo brillante. [303] Tiene una densidad de 5,323 g/cm 3 y es duro y quebradizo. [304] Es mayormente no reactivo a temperatura ambiente [n 33] pero es atacado lentamente por ácido sulfúrico o nítrico concentrado caliente . [306] El germanio también reacciona con sosa cáustica fundida para producir germanato de sodio Na 2 GeO 3 y gas hidrógeno. [307] Se funde a 938 °C. El germanio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de alrededor de 2 × 10 −2 S•cm −1 [306] y una brecha de banda de 0,67 eV. [308] El germanio líquido es un conductor metálico, con una conductividad eléctrica similar a la del mercurio líquido. [309]
La mayor parte de la química del germanio es característica de un no metal. [310] No está claro si el germanio forma o no un catión, aparte de la existencia reportada del ion Ge 2+ en algunos compuestos esotéricos. [n 34] Puede formar aleaciones con metales como el aluminio y el oro . [323] Muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios. [293] Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. [294] El germanio generalmente forma compuestos tetravalentes (IV), y también puede formar compuestos divalentes (II) menos estables, en los que se comporta más como un metal. [324] Se han preparado análogos de germanio de todos los tipos principales de silicatos. [325] El carácter metálico del germanio también lo sugiere la formación de varias sales de oxoácidos . Se han descrito un fosfato [(HPO 4 ) 2 Ge·H 2 O] y un trifluoroacetato altamente estable Ge(OCOCF 3 ) 4 , al igual que Ge 2 (SO 4 ) 2 , Ge(ClO 4 ) 4 y GeH 2 (C 2 O 4 ) 3 . [326] El óxido GeO 2 es polimérico, [268] anfótero, [327] y formador de vidrio. [275] El dióxido es soluble en soluciones ácidas (el monóxido GeO, lo es aún más), y esto a veces se usa para clasificar al germanio como un metal. [328] Hasta la década de 1930, el germanio se consideraba un metal poco conductor; [329] ocasionalmente ha sido clasificado como un metal por escritores posteriores. [330] Al igual que con todos los elementos comúnmente reconocidos como metaloides, el germanio tiene una química organometálica establecida (ver Química del organogermanio ). [331]
El arsénico es un sólido gris de aspecto metálico. Tiene una densidad de 5,727 g/cm 3 y es frágil y moderadamente duro (más que el aluminio; menos que el hierro ). [332] Es estable en aire seco, pero desarrolla una pátina de bronce dorado en aire húmedo, que se ennegrece con una mayor exposición. El arsénico es atacado por ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado. Reacciona con sosa cáustica fundida para dar el arseniato Na 3 AsO 3 y gas hidrógeno. [333] El arsénico sublima a 615 °C. El vapor es de color amarillo limón y huele a ajo. [334] El arsénico solo se funde bajo una presión de 38,6 atm , a 817 °C. [335] Es un semimetal con una conductividad eléctrica de alrededor de 3,9 × 10 4 S•cm −1 [336] y una superposición de bandas de 0,5 eV. [337] [n 35] El arsénico líquido es un semiconductor con un intervalo de banda de 0,15 eV. [339]
La química del arsénico es predominantemente no metálica. [340] No está claro si el arsénico forma o no un catión. [n 36] Sus muchas aleaciones metálicas son en su mayoría frágiles. [348] Muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios. [293] Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. [294] El arsénico generalmente forma compuestos en los que tiene un estado de oxidación de +3 o +5. [349] Los haluros y los óxidos y sus derivados son ejemplos ilustrativos. [296] En el estado trivalente, el arsénico muestra algunas propiedades metálicas incipientes. [350] Los haluros son hidrolizados por agua, pero estas reacciones, particularmente las del cloruro, son reversibles con la adición de un ácido hidrohálico . [351] El óxido es ácido pero, como se señala a continuación, (débilmente) anfótero. El estado pentavalente, más alto y menos estable, tiene propiedades fuertemente ácidas (no metálicas). [352] En comparación con el fósforo, el carácter metálico más fuerte del arsénico está indicado por la formación de sales oxoácidas como AsPO 4 , As 2 (SO 4 ) 3 [n 37] y acetato de arsénico As(CH 3 COO) 3 . [355] El óxido As 2 O 3 es polimérico, [268] anfótero, [356] [n 38] y formador de vidrio. [275] El arsénico tiene una química organometálica extensa (ver Química del organoarsénico ). [359]
El antimonio es un sólido blanco plateado con un tinte azul y un lustre brillante. [333] Tiene una densidad de 6,697 g/cm 3 y es frágil y moderadamente duro (más que el arsénico; menos que el hierro; aproximadamente igual que el cobre). [332] Es estable en el aire y la humedad a temperatura ambiente. Es atacado por ácido nítrico concentrado, produciendo el pentóxido hidratado Sb 2 O 5 . El agua regia da el pentacloruro SbCl 5 y el ácido sulfúrico concentrado caliente da como resultado el sulfato Sb 2 (SO 4 ) 3 . [360] No se ve afectado por el álcali fundido. [361] El antimonio es capaz de desplazar el hidrógeno del agua, cuando se calienta: 2 Sb + 3 H 2 O → Sb 2 O 3 + 3 H 2 . [362] Se funde a 631 °C. El antimonio es un semimetal con una conductividad eléctrica de alrededor de 3,1 × 10 4 S•cm −1 [363] y una superposición de bandas de 0,16 eV. [337] [n 39] El antimonio líquido es un conductor metálico con una conductividad eléctrica de alrededor de 5,3 × 10 4 S•cm −1 . [365]
La mayor parte de la química del antimonio es característica de un no metal. [366] El antimonio tiene una química catiónica definida, [367] SbO + y Sb(OH) 2 + estando presentes en solución acuosa ácida; [368] [n 40] el compuesto Sb 8 (GaCl 4 ) 2 , que contiene el homopolicatión, Sb 8 2+ , se preparó en 2004. [370] Puede formar aleaciones con uno o más metales como aluminio, [371] hierro, níquel , cobre, zinc, estaño, plomo y bismuto. [372] El antimonio tiene menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios. [293] Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. [294] Al igual que el arsénico, el antimonio generalmente forma compuestos en los que tiene un estado de oxidación de +3 o +5. [349] Los haluros, y los óxidos y sus derivados son ejemplos ilustrativos. [296] El estado +5 es menos estable que el +3, pero relativamente más fácil de alcanzar que con arsénico. Esto se explica por el pobre blindaje proporcionado al núcleo de arsénico por sus electrones 3d 10 . En comparación, la tendencia del antimonio (al ser un átomo más pesado) a oxidarse más fácilmente compensa parcialmente el efecto de su capa 4d 10 . [373] El antimonio tripositivo es anfótero; el antimonio pentapositivo es (predominantemente) ácido. [374] En consonancia con un aumento del carácter metálico en el grupo 15 , el antimonio forma sales que incluyen un acetato Sb(CH 3 CO 2 ) 3 , fosfato SbPO 4 , sulfato Sb 2 (SO 4 ) 3 y perclorato Sb(ClO 4 ) 3 . [375] El pentóxido Sb 2 O 5 , por lo demás ácido , muestra un comportamiento básico (metálico), ya que se puede disolver en soluciones muy ácidas, con la formación del oxicatión SbO+ 2. [376] El óxido Sb 2 O 3 es polimérico, [268] anfótero, [377] y formador de vidrio. [275] El antimonio tiene una química organometálica extensa (ver Química del organoantimonio ). [378]
El telurio es un sólido brillante de color blanco plateado. [380] Tiene una densidad de 6,24 g/cm 3 , es frágil y es el más blando de los metaloides comúnmente reconocidos, siendo marginalmente más duro que el azufre. [332] Los trozos grandes de telurio son estables en el aire. La forma finamente pulverizada se oxida por el aire en presencia de humedad. El telurio reacciona con agua hirviendo, o cuando se precipita recientemente incluso a 50 °C, para dar el dióxido e hidrógeno: Te + 2 H 2 O → TeO 2 + 2 H 2 . [381] Reacciona (en diversos grados) con ácidos nítrico, sulfúrico y clorhídrico para dar compuestos como el sulfóxido TeSO 3 o el ácido teluroso H 2 TeO 3 , [382] el nitrato básico (Te 2 O 4 H) + (NO 3 ) − , [383] o el óxido sulfato Te 2 O 3 (SO 4 ). [384] Se disuelve en álcalis hirviendo, para dar el telurito y el telururo : 3 Te + 6 KOH = K 2 TeO 3 + 2 K 2 Te + 3 H 2 O, una reacción que procede o es reversible con el aumento o la disminución de la temperatura. [385]
A temperaturas más altas, el telurio es lo suficientemente plástico como para extrudirse. [386] Se funde a 449,51 °C. El telurio cristalino tiene una estructura que consiste en cadenas espirales infinitas paralelas. El enlace entre átomos adyacentes en una cadena es covalente, pero hay evidencia de una interacción metálica débil entre los átomos vecinos de diferentes cadenas. [387] El telurio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de alrededor de 1,0 S•cm −1 [388] y una brecha de banda de 0,32 a 0,38 eV. [389] El telurio líquido es un semiconductor, con una conductividad eléctrica, en fusión, de alrededor de 1,9 × 10 3 S•cm −1 . [389] El telurio líquido sobrecalentado es un conductor metálico. [390]
La mayor parte de la química del telurio es característica de un no metal. [391]
Muestra algún comportamiento catiónico. El dióxido se disuelve en ácido para producir el ion trihidroxotelurio(IV) Te(OH) 3 + ; [392] [n 41] los iones rojos Te 4 2+ y amarillo-naranja Te 6 2+ se forman cuando el telurio se oxida en ácido fluorosulfúrico (HSO 3 F), o dióxido de azufre líquido (SO 2 ), respectivamente. [395] Puede formar aleaciones con aluminio, plata y estaño. [396] El telurio muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios. [293] Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. [294] El telurio generalmente forma compuestos en los que tiene un estado de oxidación de −2, +4 o +6. El estado +4 es el más estable. [381] Los telururos de composición X x Te y se forman fácilmente con la mayoría de los otros elementos y representan los minerales de telurio más comunes. La no estequiometría es generalizada, especialmente con los metales de transición. Muchos telururos pueden considerarse aleaciones metálicas. [397] El aumento del carácter metálico evidente en el telurio, en comparación con los calcógenos más ligeros , se refleja además en la formación informada de varias otras sales de oxiácido, como un selenato básico 2TeO 2 ·SeO 3 y un perclorato y peryodato análogos 2TeO 2 ·HXO 4 . [398] El telurio forma un óxido polimérico, [268] anfótero, [377] formador de vidrio [275] TeO 2 . Es un óxido formador de vidrio "condicional": forma un vidrio con una cantidad muy pequeña de aditivo. [275] El telurio tiene una química organometálica extensa (ver Química del organotelurio ). [399]
Elementos menos comúnmente reconocidos como metaloides
El carbono se clasifica habitualmente como un no metal [401] pero tiene algunas propiedades metálicas y ocasionalmente se clasifica como un metaloide. [402] El carbono grafítico hexagonal (grafito) es el alótropo del carbono más estable termodinámicamente en condiciones ambientales. [403] Tiene un aspecto brillante [404] y es un conductor eléctrico bastante bueno. [405] El grafito tiene una estructura en capas. Cada capa consta de átomos de carbono unidos a otros tres átomos de carbono en una disposición reticular hexagonal . Las capas están apiladas entre sí y sujetas de forma suelta por fuerzas de van der Waals y electrones de valencia deslocalizados . [406]
Al igual que un metal, la conductividad del grafito en la dirección de sus planos disminuye a medida que aumenta la temperatura; [407] [n 42] tiene la estructura de banda electrónica de un semimetal. [407] Los alótropos del carbono, incluido el grafito, pueden aceptar átomos o compuestos extraños en sus estructuras mediante sustitución, intercalación o dopaje . Los materiales resultantes a veces se denominan "aleaciones de carbono". [411] El carbono puede formar sales iónicas, incluido un sulfato de hidrógeno, perclorato y nitrato (C+ 24X − .2HX, donde X = HSO 4 , ClO 4 ; y C+ 24NO– 3.3HNO 3 ). [412] [n 43] En química orgánica , el carbono puede formar cationes complejos, llamados carbocationes , en los que la carga positiva está en el átomo de carbono; algunos ejemplos son CH+ 3y CH+ 5, y sus derivados. [413]
El grafito es un lubricante sólido establecido y se comporta como un semiconductor en una dirección perpendicular a sus planos. [407] La mayor parte de su química no es metálica; [414] tiene una energía de ionización relativamente alta [415] y, en comparación con la mayoría de los metales, una electronegatividad relativamente alta. [416] El carbono puede formar aniones como C 4− ( metanuro ), C2– 2( acetiluro ) y C3– 4( sesquicarburo o alilenuro ), en compuestos con metales de los grupos principales 1–3, y con los lantánidos y actínidos . [417] Su óxido CO 2 forma ácido carbónico H 2 CO 3 . [418] [n 44]
Aluminio
El aluminio de alta pureza es mucho más blando que las aleaciones conocidas . Las personas que lo manipulan por primera vez a menudo preguntan si es el auténtico. [420]
El aluminio se clasifica habitualmente como un metal. [421] Es brillante, maleable y dúctil, y tiene una alta conductividad eléctrica y térmica. Como la mayoría de los metales, tiene una estructura cristalina compacta , [422] y forma un catión en solución acuosa. [423]
Tiene algunas propiedades que son inusuales para un metal; tomadas en conjunto, [424] a veces se usan como base para clasificar al aluminio como un metaloide. [425] Su estructura cristalina muestra cierta evidencia de enlace direccional . [426] El aluminio se enlaza covalentemente en la mayoría de los compuestos. [427] El óxido Al2O3 es anfótero [428] y un formador de vidrio condicional. [275] El aluminio puede formar aluminatos aniónicos , [424] dicho comportamiento se considera de carácter no metálico. [ 69]
La clasificación del aluminio como metaloide ha sido objeto de controversia [429] debido a sus numerosas propiedades metálicas. Por lo tanto, se podría decir que es una excepción a la regla mnemotécnica de que los elementos adyacentes a la línea divisoria entre metales y no metales son metaloides. [430] [n 45]
Stott [432] considera al aluminio un metal débil. Tiene las propiedades físicas de un metal pero algunas de las propiedades químicas de un no metal. Steele [433] señala el comportamiento químico paradójico del aluminio: "Se parece a un metal débil en su óxido anfótero y en el carácter covalente de muchos de sus compuestos... Sin embargo, es un metal altamente electropositivo ... [con] un alto potencial de electrodo negativo ". Moody [434] dice que "el aluminio está en la 'frontera diagonal' entre los metales y los no metales en el sentido químico".
Selenio
El selenio gris , al ser un fotoconductor , conduce la electricidad alrededor de 1.000 veces mejor cuando la luz incide sobre él, una propiedad utilizada desde mediados de la década de 1870 en varias aplicaciones de detección de luz [435].
El selenio muestra un comportamiento límite de metaloide o no metal. [436] [n 46]
Su forma más estable, el alótropo trigonal gris , a veces se denomina selenio "metálico" porque su conductividad eléctrica es varios órdenes de magnitud mayor que la de la forma monoclínica roja . [439] El carácter metálico del selenio se muestra además por su brillo, [440] y su estructura cristalina, que se cree que incluye enlaces intercatenarios débilmente "metálicos". [441] El selenio puede formarse en hilos finos cuando está fundido y viscoso. [442] Muestra renuencia a adquirir "los altos números de oxidación positivos característicos de los no metales". [443] Puede formar policationes cíclicos (como Se2+ 8) cuando se disuelve en óleums [444] (un atributo que comparte con el azufre y el telurio), y una sal catiónica hidrolizada en forma de perclorato de trihidroxoselenio (IV) [Se(OH) 3 ] + ·ClO– 4. [445]
El carácter no metálico del selenio se demuestra por su fragilidad [440] y la baja conductividad eléctrica (~10 −9 a 10 −12 S•cm −1 ) de su forma altamente purificada. [93] Esto es comparable o menor que el del bromo (7,95 × 10 –12 S•cm −1 ), [446] un no metal. El selenio tiene la estructura de banda electrónica de un semiconductor [447] y conserva sus propiedades semiconductoras en forma líquida. [447] Tiene una electronegatividad relativamente alta [448] (escala de Pauling revisada de 2,55). Su química de reacción es principalmente la de sus formas aniónicas no metálicas Se 2− , SeO2− 3y SEO2− 4. [449]
El selenio se describe comúnmente como un metaloide en la literatura de química ambiental . [450] Se mueve a través del ambiente acuático de manera similar al arsénico y al antimonio; [451] sus sales solubles en agua, en concentraciones más altas, tienen un perfil toxicológico similar al del arsénico. [452]
Polonio
El polonio es "distintivamente metálico" en algunos sentidos. [234] Ambas de sus formas alotrópicas son conductores metálicos. [234] Es soluble en ácidos, formando el catión Po 2+ de color rosa y desplazando al hidrógeno: Po + 2 H + → Po 2+ + H 2 . [453] Se conocen muchas sales de polonio. [454] El óxido PoO 2 es predominantemente básico por naturaleza. [455] El polonio es un agente oxidante reacio, a diferencia de su congénere más ligero, el oxígeno: se requieren condiciones altamente reductoras para la formación del anión Po 2− en solución acuosa. [456]
No está claro si el polonio es dúctil o frágil. Se predice que es dúctil en función de sus constantes elásticas calculadas . [457] Tiene una estructura cristalina cúbica simple . Dicha estructura tiene pocos sistemas de deslizamiento y "conduce a una ductilidad muy baja y, por lo tanto, a una baja resistencia a la fractura". [458]
El polonio muestra un carácter no metálico en sus haluros y por la existencia de polonuros . Los haluros tienen propiedades generalmente características de los haluros no metálicos (son volátiles, se hidrolizan fácilmente y son solubles en disolventes orgánicos ). [459] También se conocen muchos polonuros metálicos, obtenidos calentando los elementos juntos a 500–1000 °C y que contienen el anión Po 2− . [460]
Astato
Como halógeno , el astato tiende a clasificarse como un no metal. [461] Tiene algunas propiedades metálicas marcadas [462] y a veces se clasifica como un metaloide [463] o (con menos frecuencia) como un metal. [n 47] Inmediatamente después de su producción en 1940, los primeros investigadores lo consideraron un metal. [465] En 1949 se lo llamó el no metal más noble (difícil de reducir ) además de ser un metal relativamente noble (difícil de oxidar). [466] En 1950, el astato se describió como un halógeno y (por lo tanto) un no metal reactivo . [467] En 2013, sobre la base del modelo relativista , se predijo que el astato era un metal monatómico, con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras . [468]
Varios autores han comentado la naturaleza metálica de algunas de las propiedades del astato. Dado que el yodo es un semiconductor en la dirección de sus planos, y dado que los halógenos se vuelven más metálicos con el aumento del número atómico, se ha supuesto que el astato sería un metal si pudiera formar una fase condensada. [469] [n 48] El astato puede ser metálico en estado líquido sobre la base de que los elementos con una entalpía de vaporización (∆H vap ) mayor que ~42 kJ/mol son metálicos cuando están líquidos. [471] Dichos elementos incluyen boro, [n 49] silicio, germanio, antimonio, selenio y telurio. Los valores estimados para ∆H vap del astato diatómico son 50 kJ/mol o superiores; [475] el yodo diatómico, con un ∆H vap de 41,71, [476] queda justo por debajo de la cifra umbral.
"Al igual que los metales típicos, [el astato] se precipita con sulfuro de hidrógeno incluso a partir de soluciones fuertemente ácidas y se desplaza en forma libre a partir de soluciones de sulfato; se deposita en el cátodo durante la electrólisis ". [477] [n 50] Otras indicaciones de una tendencia del astato a comportarse como un metal (pesado) son: "... la formación de compuestos pseudohaluro ... complejos de cationes de astato... aniones complejos de astato trivalente... así como complejos con una variedad de disolventes orgánicos". [479] También se ha argumentado que el astato demuestra un comportamiento catiónico, a través de formas estables At + y AtO + , en soluciones acuosas fuertemente ácidas. [480]
Algunas de las propiedades reportadas del astato son no metálicas. Se ha extrapolado para que tenga el estrecho rango líquido comúnmente asociado con los no metales (pf 302 °C; pb 337 °C), [481] aunque las indicaciones experimentales sugieren un punto de ebullición más bajo de aproximadamente 230 ± 3 °C. Batsanov proporciona una energía de brecha de banda calculada para el astato de 0,7 eV; [482] esto es consistente con los no metales (en física) que tienen bandas de valencia y conducción separadas y, por lo tanto, son semiconductores o aislantes. [483] La química del astato en solución acuosa se caracteriza principalmente por la formación de varias especies aniónicas. [484] La mayoría de sus compuestos conocidos se parecen a los del yodo, [485] que es un halógeno y un no metal. [486] Dichos compuestos incluyen astatidas (XAt), astatatos (XAtO 3 ) y compuestos interhalogenados monovalentes . [487]
Restrepo et al. [488] informaron que el astato parecía ser más parecido al polonio que al halógeno. Lo hicieron sobre la base de estudios comparativos detallados de las propiedades conocidas e interpoladas de 72 elementos.
En la tabla periódica, algunos de los elementos adyacentes a los metaloides comúnmente reconocidos, aunque generalmente se clasifican como metales o no metales, ocasionalmente se denominan casi metaloides [492] o se destacan por su carácter metaloidal. A la izquierda de la línea divisoria metal-no metal, estos elementos incluyen galio, [493] estaño [494] y bismuto. [495] Muestran estructuras de empaquetamiento inusuales, [496] marcada química covalente (molecular o polimérica), [497] y anfoterismo. [498] A la derecha de la línea divisoria están el carbono, [499] el fósforo, [500] el selenio [501] y el yodo. [502] Exhiben brillo metálico, propiedades semiconductoras [n 52] y bandas de enlace o valencia con carácter deslocalizado. Esto se aplica a sus formas más estables termodinámicamente en condiciones ambientales: carbono como grafito; fósforo como fósforo negro; [n 53] y el selenio como selenio gris.
Alótropos
Lata blanca (izquierda) y lata gris (derecha). Ambas formas tienen un aspecto metálico.
Las diferentes formas cristalinas de un elemento se denominan alótropos . Algunos alótropos, en particular los de los elementos ubicados (en términos de la tabla periódica) a lo largo o cerca de la línea divisoria nocional entre metales y no metales, exhiben un comportamiento metálico, metaloidal o no metálico más pronunciado que otros. [508] La existencia de tales alótropos puede complicar la clasificación de los elementos involucrados. [509]
El estaño, por ejemplo, tiene dos alótropos: el β-estaño tetragonal "blanco" y el α-estaño cúbico "gris". El estaño blanco es un metal muy brillante, dúctil y maleable. Es la forma estable a temperatura ambiente o por encima de ella y tiene una conductividad eléctrica de 9,17 × 10 4 S·cm −1 (~1/6 de la del cobre). [510] El estaño gris suele tener la apariencia de un polvo microcristalino gris, y también se puede preparar en formas cristalinas o policristalinas semibrillantes quebradizas . Es la forma estable por debajo de los 13,2 °C y tiene una conductividad eléctrica de entre (2–5) × 10 2 S·cm −1 (~1/250 de la del estaño blanco). [511] El estaño gris tiene la misma estructura cristalina que la del diamante. Se comporta como un semiconductor (como si tuviera un intervalo de banda de 0,08 eV), pero tiene la estructura de banda electrónica de un semimetal. [512] Se lo ha calificado como un metal muy pobre, [513] un metaloide, [514] un no metal [515] o casi un metaloide. [495]
El alótropo diamante del carbono es claramente no metálico, es translúcido y tiene una conductividad eléctrica baja de 10 −14 a 10 −16 S·cm −1 . [516] El grafito tiene una conductividad eléctrica de 3 × 10 4 S·cm −1 , [517] una cifra más característica de un metal. El fósforo, el azufre, el arsénico, el selenio, el antimonio y el bismuto también tienen alótropos menos estables que muestran comportamientos diferentes. [518]
Abundancia, extracción y costo
Abundancia
La tabla muestra las abundancias en la corteza de los elementos que se reconocen comúnmente o raramente como metaloides. [519] Se incluyen otros elementos para comparación: oxígeno y xenón (los elementos más y menos abundantes con isótopos estables); hierro y los metales de acuñación cobre, plata y oro; y renio, el metal estable menos abundante (el aluminio es normalmente el metal más abundante). Se han publicado varias estimaciones de abundancia; a menudo, estas difieren en cierta medida. [520]
Extracción
Los metaloides reconocidos se pueden obtener por reducción química de sus óxidos o de sus sulfuros . Se pueden emplear métodos de extracción más simples o más complejos dependiendo de la forma de partida y de factores económicos. [521] El boro se obtiene rutinariamente reduciendo el trióxido con magnesio: B 2 O 3 + 3 Mg → 2 B + 3MgO; después del procesamiento secundario, el polvo marrón resultante tiene una pureza de hasta el 97%. [522] El boro de mayor pureza (> 99%) se prepara calentando compuestos volátiles de boro, como BCl 3 o BBr 3 , ya sea en una atmósfera de hidrógeno (2 BX 3 + 3 H 2 → 2 B + 6 HX) o hasta el punto de descomposición térmica . El silicio y el germanio se obtienen de sus óxidos calentando el óxido con carbono o hidrógeno: SiO 2 + C → Si + CO 2 ; GeO 2 + 2 H 2 → Ge + 2 H 2 O. El arsénico se aísla de su pirita (FeAsS) o pirita arsénica (FeAs 2 ) por calentamiento; alternativamente, se puede obtener de su óxido por reducción con carbono: 2 As 2 O 3 + 3 C → 2 As + 3 CO 2 . [523] El antimonio se deriva de su sulfuro por reducción con hierro: Sb 2 S 3 → 2 Sb + 3 FeS. El telurio se prepara a partir de su óxido disolviéndolo en NaOH acuoso, produciendo telurito, luego por reducción electrolítica : TeO 2 + 2 NaOH → Na 2 TeO 3 + H 2 O; [524] Na 2 TeO 3 + H 2 O → Te + 2 NaOH + O 2 . [525] Otra opción es la reducción del óxido por tostación con carbono: TeO 2 + C → Te + CO 2 . [526]
Los métodos de producción de los elementos menos frecuentemente reconocidos como metaloides implican procesamiento natural, reducción electrolítica o química o irradiación. El carbono (como grafito) se produce de forma natural y se extrae triturando la roca madre y haciendo flotar el grafito más ligero hasta la superficie. El aluminio se extrae disolviendo su óxido Al2O3 en criolita fundida Na3AlF6 y luego mediante reducción electrolítica a alta temperatura. El selenio se produce tostando los seleniuros del metal de acuñación X2Se ( X = Cu, Ag, Au) con carbonato de sodio para dar el selenito: X2Se + O2 + Na2CO3 → Na2SeO3 + 2X + CO2 ; el seleniuro se neutraliza con ácido sulfúrico H2SO4 para dar ácido selenoso H2SeO3 ; este se reduce burbujeando con SO2 para producir selenio elemental . El polonio y el astato se producen en cantidades minúsculas irradiando bismuto. [527]
Costo
Los metaloides reconocidos y sus vecinos más cercanos cuestan en su mayoría menos que la plata; sólo el polonio y el astato son más caros que el oro, debido a su significativa radiactividad. Al 5 de abril de 2014, los precios de muestras pequeñas (hasta 100 g) de silicio, antimonio y telurio, y grafito, aluminio y selenio, promedian alrededor de un tercio del costo de la plata (US$1,5 por gramo o alrededor de US$45 la onza). Las muestras de boro, germanio y arsénico promedian alrededor de tres veces y media el costo de la plata. [n 54] El polonio está disponible por alrededor de US$100 por microgramo . [528] Zalutsky y Pruszynski [529] estiman un costo similar para producir astato. Los precios de los elementos aplicables comercializados como materias primas tienden a variar de dos a tres veces más baratos que el precio de la muestra (Ge), a casi tres mil veces más baratos (As). [n 55]
Notas
^ Para un comentario relacionado, véase también: Vernon RE 2013, '¿Cuáles elementos son metaloides?', Journal of Chemical Education, vol. 90, núm. 12, págs. 1703-1707, doi :10.1021/ed3008457
^ A continuación se presentan definiciones y extractos de diferentes autores que ilustran aspectos de la definición genérica:
"En química, un metaloide es un elemento con propiedades intermedias entre las de los metales y los no metales ". [3]
"Entre los metales y los no metales de la tabla periódica encontramos elementos... [que] comparten algunas de las propiedades características de ambos, los metales y los no metales , lo que hace difícil ubicarlos en cualquiera de estas dos categorías principales" [4]
"Los químicos a veces usan el nombre metaloide... para estos elementos que son difíciles de clasificar de una manera u otra". [5]
"Dado que las características que distinguen a los metales de los no metales son de naturaleza cualitativa, algunos elementos no encajan inequívocamente en ninguna de las dos categorías. Estos elementos... se denominan metaloides..." [6]
En términos más generales, los metaloides se han denominado:
"elementos que... son una especie de cruce entre metales y no metales "; [7] o
"elementos intermedios extraños". [8]
^ El oro , por ejemplo, tiene propiedades mixtas, pero aún se lo reconoce como el "rey de los metales ". Además de su comportamiento metálico (como alta conductividad eléctrica y formación de cationes ), el oro muestra un comportamiento no metálico:
A veces tiene una tendencia, conocida como " aurofilia ", a unirse a sí misma. [11]
Sobre el carácter halógeno, véase también Belpassi et al., [12] quienes concluyen que en las auridas MAu (M = Li–Cs ) el oro "se comporta como un halógeno, intermedio entre Br e I "; sobre la aurofilicidad, véase también Schmidbaur y Schier. [13]
^ Mann et al. [16] se refieren a estos elementos como "los metaloides reconocidos".
^ Jones [44] escribe: "Aunque la clasificación es una característica esencial en todas las ramas de la ciencia, siempre hay casos difíciles en los límites. De hecho, el límite de una clase rara vez es nítido".
^ La falta de una división estándar de los elementos en metales, metaloides y no metales no es necesariamente un problema. Existe más o menos una progresión continua desde lo metálico a lo no metálico. Un subconjunto específico de este continuo podría cumplir su propósito particular tan bien como cualquier otro. [45]
^ La eficiencia de empaquetamiento del boro es del 38%; del silicio y el germanio, del 34%; del arsénico, del 38,5%; del antimonio, del 41%; y del telurio, del 36,4%. [49] Estos valores son inferiores a los de la mayoría de los metales (el 80% de los cuales tienen una eficiencia de empaquetamiento de al menos el 68%), [50] pero superiores a los de los elementos que suelen clasificarse como no metales. (El galio es inusual, para un metal, al tener una eficiencia de empaquetamiento de sólo el 39%.) [51] Otros valores notables para los metales son 42,9 para el bismuto [52] y 58,5 para el mercurio líquido. [53] ) Las eficiencias de empaquetamiento para los no metales son: grafito 17%, [54] azufre 19,2, [55] yodo 23,9, [55] selenio 24,2, [55] y fósforo negro 28,5. [52]
^ Como la relación se basa en argumentos clásicos [59], no da cabida al hallazgo de que el polonio, que tiene un valor de ~0,95, adopta una estructura cristalina metálica (en lugar de covalente ) , por razones relativistas . [60] Aun así, ofrece una racionalización de primer orden para la aparición de carácter metálico entre los elementos. [61]
^ La conductancia atómica es la conductividad eléctrica de un mol de una sustancia. Es igual a la conductividad eléctrica dividida por el volumen molar. [5]
^ El selenio tiene una energía de ionización (IE) de 225 kcal/mol (941 kJ/mol) y a veces se lo describe como un semiconductor. Tiene una electronegatividad (EN) relativamente alta de 2,55. El polonio tiene una IE de 194 kcal/mol (812 kJ/mol) y una EN de 2,0, pero tiene una estructura de banda metálica. [66] El astato tiene una IE de 215 kJ/mol (899 kJ/mol) y una EN de 2,2. [67] Su estructura de banda electrónica no se conoce con certeza.
^ Jones (2010, pp. 169-71): "Aunque la clasificación es una característica esencial de todas las ramas de la ciencia, siempre hay casos difíciles en los límites. El límite de una clase rara vez es nítido... Los científicos no deberían perder el sueño por los casos difíciles. Mientras un sistema de clasificación sea beneficioso para la economía de la descripción, para la estructuración del conocimiento y para nuestra comprensión, y los casos difíciles constituyan una pequeña minoría, entonces manténgalo. Si el sistema deja de ser útil, entonces deséchelo y reemplácelo con un sistema basado en diferentes características compartidas".
^ Oderberg [80] argumenta sobre bases ontológicas que todo lo que no es un metal es, por lo tanto, un no metal, y que esto incluye a los semimetales (es decir, metaloides).
^ Según se informa, el copernicio es el único metal que se considera gas a temperatura ambiente. [86]
^ Los metales tienen valores de conductividad eléctrica que van desde 6,9 × 10 3 S•cm −1 para el manganeso hasta 6,3 × 10 5 para la plata . [90]
^ Los metaloides tienen valores de conductividad eléctrica que van desde 1,5 × 10 −6 S•cm −1 para el boro hasta 3,9 × 10 4 para el arsénico. [92] Si se incluye el selenio como metaloide, el rango de conductividad aplicable comenzaría desde ~10 −9 hasta 10 −12 S•cm −1 . [93]
^ Los no metales tienen valores de conductividad eléctrica de entre ~10 −18 S•cm −1 para los gases elementales hasta 3 × 10 4 en el grafito. [94]
^ Chedd [101] define a los metaloides como aquellos que tienen valores de electronegatividad de 1,8 a 2,2 ( escala Allred-Rochow ). Incluyó al boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio, polonio y astato en esta categoría. Al revisar el trabajo de Chedd, Adler [102] describió esta elección como arbitraria, ya que otros elementos cuyas electronegatividades se encuentran en este rango incluyen cobre , plata, fósforo, mercurio y bismuto. Continuó sugiriendo definir un metaloide como "un semiconductor o semimetal" e incluir al bismuto y al selenio en esta categoría.
^ Olmsted y Williams [106] comentaron que, "Hasta hace muy poco, el interés químico en los metaloides consistía principalmente en curiosidades aisladas, como la naturaleza venenosa del arsénico y el valor ligeramente terapéutico del bórax. Sin embargo, con el desarrollo de los semiconductores metaloides, estos elementos se han convertido en los más intensamente estudiados".
^ Una investigación publicada en 2012 sugiere que los vidrios de metal-metaloide pueden caracterizarse por un esquema de empaquetamiento atómico interconectado en el que coexisten estructuras de enlace metálico y covalente . [174]
^ La reacción involucrada es Ge + 2 MoO 3 → GeO 2 + 2 MoO 2 . Agregar arsénico o antimonio ( donadores de electrones de tipo n ) aumenta la velocidad de reacción; agregar galio o indio ( aceptores de electrones de tipo p ) la disminuye. [188]
^ Ellern, escribiendo en Military and Civilian Pyrotechnics (1968), comenta que el negro de carbón "ha sido especificado y utilizado en un simulador de explosión nuclear en el aire". [194]
^ El boro, con 1,56 eV, tiene la banda prohibida más grande entre los metaloides (semiconductores) comúnmente reconocidos. De los elementos cercanos en términos de la tabla periódica, el selenio tiene la siguiente banda prohibida más alta (cerca de 1,8 eV), seguido por el fósforo blanco (alrededor de 2,1 eV). [248]
^ La síntesis del boroesfereno B 40 , un "fulereno distorsionado con un agujero hexagonal en la parte superior e inferior y cuatro agujeros heptagonales alrededor de la cintura", se anunció en 2014. [252]
^ Las especies BH3 y Fe(CO4 ) en estas reacciones son intermedios de reacción de vida corta . [260]
^ Sobre la analogía entre el boro y los metales, Greenwood [262] comentó que: "El grado en que los elementos metálicos imitan al boro (al tener menos electrones que orbitales disponibles para la unión) ha sido un concepto coherente y fructífero en el desarrollo de la química de los metaloboranos... De hecho, se ha hecho referencia a los metales como "átomos de boro honorarios" o incluso como "átomos de flexiboro". La relación inversa también es claramente válida..."
^ Los derivados orgánicos de los metaloides se consideran tradicionalmente compuestos organometálicos. [276]
^ En el aire, el silicio forma una fina capa de dióxido de silicio amorfo, de 2 a 3 nm de espesor. [281] Esta capa se disuelve por el fluoruro de hidrógeno a un ritmo muy lento, del orden de dos a tres horas por nanómetro. [282] El dióxido de silicio y los vidrios de silicato (de los cuales el dióxido de silicio es un componente principal) son fácilmente atacados por el ácido fluorhídrico. [283]
^ Aunque el SiO 2 se clasifica como un óxido ácido y, por lo tanto, reacciona con álcalis para dar silicatos, reacciona con ácido fosfórico para producir un ortofosfato de óxido de silicio Si 5 O(PO 4 ) 6 , [299] y con ácido fluorhídrico para dar ácido hexafluorosilícico H 2 SiF 6 . [300] La última reacción "a veces se cita como evidencia de propiedades básicas [es decir, metálicas]". [301]
^ Se requieren temperaturas superiores a 400 °C para formar una capa de óxido superficial visible. [305]
^ Las fuentes que mencionan cationes de germanio incluyen: Powell y Brewer [311] quienes afirman que la estructura de yoduro de cadmio CdI 2 del yoduro germanoso GeI 2 establece la existencia del ion Ge ++ (la estructura CdI 2 se encuentra, según Ladd, [312] en "muchos haluros metálicos, hidróxidos y calciuros"); Everest [313] quien comenta que, "parece probable que el ion Ge ++ también pueda aparecer en otras sales germanosas cristalinas como el fosfito, que es similar al fosfito estannoso similar a la sal y al fosfato germanoso, que se parece no solo a los fosfatos estannosos, sino también a los fosfatos manganosos"; Pan, Fu y Huang [314] quienes presumen la formación del ion Ge ++ simple cuando se disuelve Ge(OH) 2 en una solución de ácido perclórico , sobre la base de que, "ClO4 − tiene poca tendencia a entrar en formación compleja con un catión"; Monconduit et al. [315] quienes prepararon el compuesto de capa o fase Nb 3 Ge x Te 6 (x ≃ 0,9), e informaron que este contenía un catión Ge II ; Richens [316] quien registra que, "se dice que Ge 2+ (aq) o posiblemente Ge(OH) + (aq) existe en suspensiones acuosas diluidas sin aire del monóxido hidratado amarillo... sin embargo, ambos son inestables con respecto a la fácil formación de GeO 2 . n H 2 O"; Rupar et al. [317] quienes sintetizaron un compuesto criptando que contenía un catión Ge 2+ ; y Schwietzer y Pesterfield [318] que escriben que, "el monóxido GeO se disuelve en ácidos diluidos para dar Ge +2 y en bases diluidas para producir GeO 2 −2 , siendo las tres entidades inestables en agua". Las fuentes que descartan los cationes de germanio o que califican aún más su presunta existencia incluyen: Jolly y Latimer [319] que afirman que, "el ion germanoso no puede estudiarse directamente porque no existe ninguna especie de germanio (II) en ninguna concentración apreciable en soluciones acuosas no complejantes"; Lidin [320] que dice que, "[el germanio] no forma acuacationes"; Ladd [321] que señala que la estructura de CdI 2 es "de tipo intermedio entre los compuestos iónicos y moleculares"; y Wiberg [322]quien afirma que "no se conocen cationes de germanio".
^ El arsénico también existe como un alótropo natural (pero poco común) (arsenolamprita), un semiconductor cristalino con una banda prohibida de alrededor de 0,3 eV o 0,4 eV. También se puede preparar en una forma amorfa semiconductora , con una banda prohibida de alrededor de 1,2–1,4 eV. [338]
^ Las fuentes que mencionan al arsénico catiónico incluyen: Gillespie y Robinson [341] quienes encuentran que, "en soluciones muy diluidas en ácido sulfúrico al 100%, el óxido de arsénico (III) forma sulfato de hidrógeno de arsénico (III), AsO.HO 4 , que se ioniza parcialmente para dar el catión AsO + . Ambas especies probablemente existan principalmente en formas solvatadas, por ejemplo, As(OH)(SO 4 H) 2 y As(OH)(SO 4 H) + respectivamente"; Paul et al. [342] quienes informaron evidencia espectroscópica de la presencia de cationes As 4 2+ y As 2 2+ cuando el arsénico se oxidó con difluoruro de peroxidisulfurilo S 2 O 6 F 2 en medios altamente ácidos (Gillespie y Passmore [343] notaron que los espectros de estas especies eran muy similares a S 4 2+ y S 8 2+ y concluyeron que, "en la actualidad" no había evidencia confiable de ningún homopolicatión de arsénico); Van Muylder y Pourbaix, [344] quienes escriben que, "As 2 O 3 es un óxido anfótero que se disuelve en agua y en soluciones de pH entre 1 y 8 con la formación de ácido arsenioso no disociado HAsO 2 ; la solubilidad… aumenta a pH por debajo de 1 con la formación de iones 'arsenilo' AsO + …"; Kolthoff y Elving [345] quienes escriben que, "el catión As 3+ existe hasta cierto punto sólo en soluciones fuertemente ácidas; bajo condiciones menos ácidas la tendencia es hacia la hidrólisis , de modo que predomina la forma aniónica"; Moody [346] quien observa que, "el trióxido de arsénico, As 4 O 6 , y el ácido arsenioso, H 3 AsO 3 , son aparentemente anfóteros pero no se conocen cationes, As 3+ , As(OH) 2+ o As(OH) 2 + "; y Cotton et al. [347] quienes escriben que (en solución acuosa) el simple catión arsénico As 3+ "puede ocurrir en cierta medida [junto con el catión AsO + ]" y que, "los espectros Raman muestran que en soluciones ácidas de As 4 O 6 la única especie detectable es el As(OH) 3 piramidal ".
^ Las fórmulas de AsPO 4 y As 2 (SO 4 ) 3 sugieren formulaciones iónicas sencillas, con As 3+ , pero este no es el caso. El AsPO 4 , "que es virtualmente un óxido covalente", ha sido denominado como un óxido doble, de la forma As 2 O 3 ·P 2 O 5 . Consiste en pirámides de AsO 3 y tetraedros de PO 4 , unidos entre sí por todos sus átomos de esquina para formar una red polimérica continua. [353] El As 2 (SO 4 ) 3 tiene una estructura en la que cada tetraedro de SO 4 está unido por dos pirámides trigonales de AsO 3 . [354]
^ El As 2 O 3 suele considerarse anfótero, pero algunas fuentes afirman que es (débilmente) [357] ácido. Describen sus propiedades "básicas" (su reacción con ácido clorhídrico concentrado para formar tricloruro de arsénico) como alcohólicas, en analogía con la formación de cloruros de alquilo covalentes por alcoholes covalentes (p. ej., R-OH + HCl → RCl + H 2 O) [358]
^ El antimonio también se puede preparar en una forma negra semiconductora amorfa , con un intervalo de banda estimado (dependiente de la temperatura) de 0,06 a 0,18 eV. [364]
^ Lidin [369] afirma que SbO + no existe y que la forma estable de Sb(III) en solución acuosa es un hidrocomplejo incompleto [Sb(H 2 O) 4 (OH) 2 ] + .
^ Cotton et al. [393] señalan que el TeO 2 parece tener una red iónica; Wells [394] sugiere que los enlaces Te–O tienen un "carácter covalente considerable".
^ El carbono líquido puede [408] o no [409] ser un conductor metálico, dependiendo de la presión y la temperatura; véase también. [410]
^ Solo una pequeña fracción del CO 2 disuelto está presente en el agua como ácido carbónico, por lo que, aunque el H 2 CO 3 es un ácido medianamente fuerte, las soluciones de ácido carbónico son solo débilmente ácidas. [419]
^ Un mnemónico que captura los elementos comúnmente reconocidos como metaloides dice: Arriba, arriba-abajo, arriba-abajo, arriba... ¡son los metaloides! [431]
^ Rochow , [437] quien más tarde escribió su monografía de 1966 The metalloids , [438] comentó que, "En algunos aspectos, el selenio actúa como un metaloide y el telurio ciertamente lo hace".
^ Otra opción es incluir el astato tanto como no metal como metaloide. [464]
^ Un trozo visible de astato se vaporizaría inmediata y completamente debido al calor generado por su intensa radiactividad. [470]
^ La literatura es contradictoria en cuanto a si el boro exhibe conductividad metálica en forma líquida. Krishnan et al. [472] encontraron que el boro líquido se comportaba como un metal. Glorieux et al. [473] caracterizaron al boro líquido como un semiconductor, sobre la base de su baja conductividad eléctrica. Millot et al. [474] informaron que la emisividad del boro líquido no era consistente con la de un metal líquido.
^ Korenman [478] señaló de manera similar que "la capacidad de precipitar con sulfuro de hidrógeno distingue al astato de otros halógenos y lo acerca al bismuto y otros metales pesados ".
^ La separación entre moléculas en las capas de yodo (350 pm) es mucho menor que la separación entre capas de yodo (427 pm; cf. el doble del radio de van der Waals de 430 pm). [490] Se piensa que esto es causado por interacciones electrónicas entre las moléculas en cada capa de yodo, que a su vez dan lugar a sus propiedades semiconductoras y apariencia brillante. [491]
^ Por ejemplo: conductividad eléctrica intermedia; [503] un intervalo de banda relativamente estrecho; [504] sensibilidad a la luz. [503]
^ El fósforo blanco es la forma menos estable y más reactiva. [505] También es el alótropo más común, industrialmente importante, [506] y fácilmente reproducible, y por estas tres razones se considera el estado estándar del elemento. [507]
^ Los precios de muestra del oro, en comparación, comienzan en aproximadamente treinta y cinco veces los de la plata. Basado en precios de muestra de B, C, Al, Si, Ge, As, Se, Ag, Sb, Te y Au disponibles en línea en Alfa Aesa; Goodfellow; Metallium; y United Nuclear Scientific.
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