Semimetales

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Elementos considerados como metaloides

  13 catorce quince dieciséis 17 2 B
Bor Carbono C
N
Nitrógeno oh
oxigeno F
flúor 3 Al
Aluminio si
silicio
Fósforo P S
azufre
Cloro Cl cuatro Ga
galio germanio
_ como
arsénico Selenio
_ bromo
bromo 5 en
la india Sn
estaño Sb
antimonio Te
telurio yo
yodo 6 Tl
talio Plomo
plomo bi
bismuto Po
Polonio en
Astatine        Más utilizados (86–99 %): B, Si, Ge, As, Sb, Te

     Comúnmente utilizado (40–49%): Po, At      Menos utilizado (24%): Se      Raramente usado (8-10%): C, Al      (Todos los demás elementos pertenecen al grupo utilizado con menos frecuencia que en el 6% de las fuentes)

  Línea divisoria arbitraria entre metales y no metales : entre Be y B , Al y Si , Ge y As , Sb y Te , Po y At

Reconocimiento del estado de metaloides de algunos elementos del bloque p de la tabla periódica. Los porcentajes son las frecuencias medianas de aparición en las listas de metaloides [n 1] . La línea en forma de escalera es un ejemplo típico de una línea divisoria arbitraria de metal y no metal que se puede encontrar en algunas tablas periódicas.

Un metaloide o  semimetal  es un elemento químico que, por sus propiedades, ocupa una posición intermedia entre los metales y los no metales . No existe una definición estándar de metaloides ni un acuerdo total sobre qué elementos pueden considerarse metaloides. A pesar de la falta de especificidad, este término aún se utiliza en la literatura especializada.

Los seis metaloides comúnmente reconocidos son boro , silicio , germanio , arsénico , antimonio y telurio . Más raramente, se les agregan cinco elementos: carbono , aluminio , selenio , polonio y astato . En la tabla periódica estándar, los once elementos están en la región diagonal del bloque p , que van desde el boro en la parte superior izquierda hasta el astato en la parte inferior derecha. Algunas tablas periódicas tienen una línea divisoria entre metales y no metales , y los metaloides están al lado de esta línea.

Los metaloides típicos tienen una apariencia metálica, pero son frágiles y conducen la electricidad relativamente bien . Químicamente, se comportan en su mayoría como no metales. También pueden formar aleaciones con metales. La mayoría de sus otras propiedades físicas y químicas son intermedias. Los semimetales suelen ser demasiado frágiles para ser utilizados como materiales estructurales. Ellos y sus compuestos se utilizan en aleaciones, agentes biológicos, catalizadores , retardadores de fuego , vidrios , almacenamiento óptico y optoelectrónico , pirotecnia , semiconductores y electrónica.

Las propiedades eléctricas del silicio y el germanio permitieron el establecimiento de la industria de semiconductores en la década de 1950 y el desarrollo de la electrónica de estado sólido a partir de principios de la década de 1960 [1] .

El término metaloide originalmente se refería a los no metales. Su significado más moderno, como categoría de elementos con propiedades intermedias o híbridas, se generalizó en las décadas de 1940-1960. Los metaloides a veces se denominan semimetales, pero se desaconseja esta práctica [2] , ya que el término semimetal tiene diferentes significados en física y química. En física, el término se refiere a cierto tipo de estructura de banda electrónica de la materia. En este contexto, solo el arsénico y el antimonio son semimetales y generalmente se consideran metaloides.

Definiciones

Revisión de opiniones

Un metaloide es un elemento que tiene predominantemente propiedades intermedias entre metales y no metales, o es una mezcla de propiedades de metales y no metales y, por lo tanto, es difícil de clasificar como metal o no metal. Esta es una definición general basada en las características de los metaloides citadas constantemente en la literatura [9] . La complejidad de la categorización actúa como un atributo clave. La mayoría de los elementos tienen una mezcla de propiedades metálicas y no metálicas [10] y se pueden clasificar según el conjunto de propiedades que sea más pronunciado [11] [15] . Solo los elementos en o cerca del límite que no tienen propiedades metálicas o no metálicas suficientemente distintas se clasifican como metaloides [16] .

El boro, el silicio, el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio suelen considerarse metaloides [17] . Dependiendo del autor, a veces se agregan uno o más elementos a la lista: selenio , polonio o astato [18] . A veces, el boro se excluye solo o junto con el silicio [19] . A veces , el telurio no se considera un metaloide [20] . Se ha cuestionado la inclusión de antimonio , polonio y astato como metaloides [21] .

Otros elementos también se denominan a veces metaloides. Estos elementos incluyen [22] hidrógeno [23] , berilio [24] , nitrógeno [25] , fósforo [26] , azufre [27] , zinc [28] , galio [29] , estaño , yodo [30] , plomo [ 31] , bismuto [20] y radón [32] . El término metaloide también se utiliza para elementos que tienen brillo metálico y conductividad eléctrica y son anfóteros , como arsénico, antimonio, vanadio , cromo , molibdeno , tungsteno , estaño, plomo y aluminio [33] . Los metales posteriores a la transición [34] y los no metales (como el carbono o el nitrógeno) que pueden formar aleaciones con metales [35] o cambiar sus propiedades [36] también se consideran a veces metaloides.

Basado en criterios

Elemento	IE (kcal/mol)	IE (kJ/mol)	ES	Estructura de la banda
bor	191	801	2.04	semiconductor
Silicio	188	787	1,90	semiconductor
Germanio	182	762	2.01	semiconductor
Arsénico	226	944	2.18	semimetal
Antimonio	199	831	2.05	semimetal
Telurio	208	869	2.10	semiconductor
significar	199	832	2.05
Elementos comúnmente denominados metaloides y sus energías de ionización (IE) [37] , electronegatividad (EN, escala de Pauling revisada) y estructuras de bandas electrónicas [38] (las formas termodinámicamente más estables en condiciones ambientales).

No existe una definición generalmente aceptada de metaloide, ni una división de la tabla periódica en metales, metaloides y no metales [39] ; Hawkes [40] cuestionó la posibilidad de establecer una definición específica, señalando que se pueden encontrar anomalías en varios intentos de dar tal definición. La clasificación de un elemento como metaloide fue descrita por Sharp [41] como "arbitraria".

La cantidad y calidad de los metaloides depende de qué criterios de clasificación se utilicen. Emsley [42] identificó cuatro metaloides (germanio, arsénico, antimonio y telurio); James y otros [43] enumeraron doce (boro, carbono, silicio, selenio, bismuto, polonio, moscovio y livermorio se agregaron a la lista de Emsley ). En promedio, tales listas incluyen siete elementos; pero los esquemas de clasificación individuales, por regla general, tienen bases comunes y difieren en límites mal definidos [44] [n 2] [n 3] .

Por lo general, se utiliza un criterio cuantitativo, como la electronegatividad [47] , los metaloides se definen por valores de electronegatividad de 1,8 o 1,9 a 2,2 [48] . Ejemplos adicionales incluyen la eficiencia de empaquetamiento (la fracción de una estructura cristalina ocupada por átomos) y la proporción de los criterios de Goldhammer-Hertzfeld [49] . Los metaloides comúnmente reconocidos tienen una eficiencia de empaquetamiento de 34% a 41% [n 4] . La relación de Goldhammer-Hertzfeld, aproximadamente igual al cubo del radio atómico dividido por el volumen molar [57] [n 5], es una medida simple de cuán metálico es un elemento, los metaloides reconocidos tienen proporciones de aproximadamente 0,85 a 1,1 y un promedio de 1,0 [59 ] [n6] . Otros autores se basaron, por ejemplo, en la conductividad atómica [63] o el número de coordinación del volumen [64] .

Jones, al escribir sobre el papel de la clasificación en la ciencia, señaló que "[las clases] generalmente se definen por más de dos atributos" [65] . Masterton y Slowinski [66] utilizaron tres criterios para describir los seis elementos comúnmente denominados metaloides: los metaloides tienen una energía de ionización de alrededor de 200 kcal/mol (837 kJ/mol) y valores de electronegatividad cercanos a 2,0. También dijeron que los metaloides suelen ser semiconductores, aunque el antimonio y el arsénico (semimetales en términos de física) tienen una conductividad eléctrica cercana a la de los metales. Se supone que el selenio y el polonio no están incluidos en este esquema, mientras que el estado del astato sigue siendo incierto [69] .

En este contexto, Vernon propuso que un metaloide es un elemento químico que, en su estado estándar, tiene:

• estructura de banda electrónica de un semiconductor o semimetal;
• primer potencial de ionización intermedio "(digamos, 750-1000 kJ/mol)";
• electronegatividad intermedia (1.9-2.2) [70] .

Distribución y estado de los elementos considerados metaloides
	una	2		12	13	catorce	quince	dieciséis	17	Dieciocho
	H									Él
	li	Ser			B	C	norte	O	F	Nordeste
	N / A	miligramos			Alabama	Si	PAGS	S	cl	Arkansas
	k	California		zinc	Georgia	ge	Como	Se	hermano	kr
	Rb	señor		CD	En	sn	Sb	Te	yo	Xe
	cs	Licenciado en Letras		hg	Tl	Pb	Bi	Correos	A	Rn
	fr	Real academia de bellas artes		cn	Nueva Hampshire	Florida	Mc	Lv	ts	og
	Por lo general (93%) - rara vez (9%) se reconocen como metaloides: B, C, Al, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, Po, At.      Muy raro (1-5%): H, Be, P, S, Ga, Sn, I, Pb, Bi, Fl, Mc, Lv, Ts      Esporádicamente: N, Zn, Rn   La línea divisoria entre metales y no metales se traza entre los elementos H y Li , Be y B , Al y Si , Ge y As , Sb y Te , Po y At , y Ts y Og .
Extracto de la tabla periódica que muestra los grupos 1-2 y 12-18, y la línea divisoria entre metales y no metales. El porcentaje es la frecuencia media de aparición en la lista de metaloides . Los elementos reconocibles esporádicamente muestran que las tablas de metaloides a veces difieren significativamente; aunque no aparecen en la lista de metaloides, se pueden encontrar en la literatura referencias separadas que los designan como metaloides (citados en el artículo).

Ubicación

Los metaloides se encuentran a ambos lados de la línea divisoria entre metales y no metales . Se pueden encontrar en varias configuraciones en algunas tablas periódicas . Los elementos de la esquina inferior izquierda suelen mostrar un aumento de las propiedades metálicas; los elementos en la esquina superior derecha muestran la mejora del comportamiento no metálico [71] . Cuando se representa como una escalera de tijera ordinaria, los elementos con la temperatura crítica más alta para sus grupos (Li, Be, Al, Ge, Sb, Po) se ubican justo debajo de la línea [72] .

La disposición diagonal de los metaloides es una excepción a la observación de que los elementos con propiedades similares tienden a estar dispuestos en grupos verticales [73] . Tal efecto de similitud se puede ver en otras similitudes diagonales entre algunos elementos y sus vecinos inferiores a la derecha, en particular, litio-magnesio, berilio-aluminio y boro-silicio. Rayner-Canham argumenta que esta similitud se extiende a los pares carbono-fósforo, nitrógeno-azufre ya tres series de bloques d [74] .

Esta excepción surge de las tendencias horizontales y verticales en competencia en las propiedades de los núcleos dependientes de la carga . Con un cambio en el período, la carga del núcleo aumenta con el número atómico , al igual que el número de electrones. La atracción adicional de los electrones externos a medida que aumenta la carga nuclear generalmente supera el efecto de pantalla de tener más electrones. Así, salvo algunos contraejemplos, los átomos se vuelven más pequeños, la energía de ionización aumenta y, según el período, hay un cambio gradual en la naturaleza de las propiedades de fuertemente metálico a débilmente metálico o de débilmente no metálico a fuertemente no metálico. elementos [75] . En el grupo principal, el efecto de aumentar la carga del núcleo suele verse compensado por la influencia de electrones adicionales ubicados más lejos del núcleo. Por lo general, los átomos se vuelven más grandes, la energía de ionización cae y la naturaleza metálica de las propiedades aumenta [76] . El efecto neto es que la posición de la zona de transición metal-no metal se desplaza hacia la derecha a medida que uno se desplaza hacia abajo en el grupo [73] y se observan similitudes similares de los elementos diagonales en otras partes de la tabla periódica, como se señaló anteriormente [77] .

Definiciones alternativas

Los elementos que bordean una línea divisoria metal-no metal no siempre se clasifican como metaloides, ya que una clasificación binaria puede facilitar el establecimiento de reglas para determinar los tipos de enlaces entre metales y no metales [78] . En tales casos, los autores preocupados consideran uno o más atributos de interés para tomar una decisión de clasificación en lugar de preocuparse por la naturaleza marginal de los elementos en cuestión. Sus consideraciones pueden ser explícitas o no, y en ocasiones pueden parecer arbitrarias [41] [n 7] . Los metaloides se pueden agrupar con los metales [79] ; o se consideran no metales [80] ; o considerado como una subcategoría de los no metales [81] [n 8] . Otros autores proponen clasificar algunos elementos como metaloides, "resaltando que las propiedades cambian gradualmente, y no bruscamente, a medida que uno se desplaza por las filas de la tabla periódica o desciende por las columnas" [83] . Algunas tablas periódicas distinguen entre elementos que son metaloides y no muestran un límite formal entre metales y no metales. En cambio, los metaloides se muestran como si estuvieran en una banda diagonal [84] o región difusa [85] . La clave es explicar el contexto de la taxonomía que se utiliza.

Características

Los metaloides generalmente se ven como metales pero se comportan principalmente como no metales. Físicamente, son sólidos brillantes y quebradizos con una conductividad eléctrica intermedia o relativamente buena y la estructura de bandas electrónicas de un semimetal o semiconductor. Químicamente, en su mayoría se comportan como no metales (débiles), tienen energías de ionización intermedias y valores de electronegatividad, y óxidos anfóteros o débilmente ácidos . Pueden formar aleaciones con metales. La mayoría de sus otras propiedades físicas y químicas son intermedias .

Comparación con metales y no metales

Se tabulan las propiedades características de los metales, metaloides y no metales [86] . Las propiedades físicas se enumeran en orden de facilidad de definición; Las propiedades químicas van de lo general a lo específico y luego a lo descriptivo.

Propiedades de los metales, metaloides y no metales

Característica física	Rieles	metaloides	no metales
La forma	difícil; pocos líquidos a temperatura ambiente o cerca de ella ( Ga , Hg , Rb , Cs , Fr ) [87] [n 9]	duro [89]	más gaseoso [90]
Manifestación	brillante (al menos en chips)	brillante	algo incoloro; otros colores, o de gris metalizado a negro
Elasticidad	generalmente elástico, dúctil, maleable (en estado sólido)	frágil [91]	quebradizo si es duro
conductividad eléctrica	bueno a alto [n 10]	promedio [93] a bueno [n 11]	de mal a bien [n 12]
Estructura de la banda	metálico ( Bi = semimetálico)	son semiconductores o, de lo contrario ( As , Sb  son semimetales), existen en formas semiconductoras [97]	semiconductores o aislantes [98]
Caracterización química	Rieles	metaloides	no metales
Comportamiento químico general	metálico	no metálico [99]	no-metalico
Energía de ionización	relativamente bajo	energías de ionización intermedias [100] que generalmente se encuentran entre metales y no metales [101]	relativamente alto
Electronegatividad	generalmente bajo	tienen valores de electronegatividad cercanos a 2 [102] (escala de Pauling revisada) o en el rango de 1,9-2,2 (escala de Allen) [103] [n 13]	alto
Cuando se mezcla con metales	dar aleaciones	puede formar aleaciones [106]	formar compuestos iónicos o intersticiales
óxidos	los óxidos inferiores son básicos ; los óxidos superiores se vuelven cada vez más ácidos	anfótero o ligeramente ácido [107]	agrio

La tabla anterior refleja la naturaleza híbrida de los metaloides. Las propiedades de forma, apariencia y comportamiento cuando se mezclan con metales son más similares a los metales. La elasticidad y el comportamiento químico general se parecen más a los no metales. La conductividad eléctrica, la estructura de bandas, la energía de ionización, la electronegatividad y los óxidos ocupan una posición intermedia entre ellos.

Aplicaciones Generales

El enfoque de esta sección está en los metaloides reconocidos. Los elementos clasificados con menos frecuencia como metaloides suelen clasificarse como metales o no metales; algunos de ellos se incluyen aquí para la comparación.

Los metaloides son demasiado frágiles para tener algún uso de ingeniería en su forma pura [108] . Ellos y sus compuestos se utilizan como (o en) componentes de aleación, agentes biológicos (toxicológicos, alimentarios y médicos), catalizadores, retardadores de fuego, vidrio (óxido y metal), medios de almacenamiento óptico y optoelectrónicos, pirotecnia, semiconductores y electrónica [110] .

Aleaciones

En el estudio de los compuestos intermetálicos, el metalúrgico británico Cecil Desh señaló que "ciertos elementos no metálicos son capaces de formar compuestos con metales de carácter claramente metálico y, por lo tanto, estos elementos pueden incluirse en aleaciones". Atribuyó el silicio, el arsénico y el telurio, en particular, a las sustancias que forman las aleaciones [112] . Phillips y Williams sugirieron que los compuestos de silicio, germanio, arsénico y antimonio con metales posteriores a la transición "probablemente se clasifiquen mejor como aleaciones" [113] .

Entre los metaloides más ligeros, las aleaciones con metales de transición están ampliamente representadas . El boro puede formar compuestos intermetálicos y aleaciones con tales metales de composición M n B si n > 2 [114] . El ferroboro (15 % de boro) se utiliza para introducir boro en el acero ; Las aleaciones de níquel-boro se utilizan en aleaciones para soldar y cementar composiciones para la industria de la ingeniería. Las aleaciones de silicio con hierro y aluminio son ampliamente utilizadas en las industrias siderúrgica y automotriz, respectivamente. El germanio forma muchas aleaciones, principalmente con metales de acuñación [115] .

Los metaloides más pesados ​​tienen propiedades similares. El arsénico puede formar aleaciones con metales como el platino y el cobre [116] ; también se agrega al cobre y sus aleaciones para mejorar la resistencia a la corrosión [117] y parece brindar los mismos beneficios cuando se agrega al magnesio [118] . El antimonio es bien conocido como componente de las aleaciones utilizadas en la acuñación de metales. Sus aleaciones incluyen peltre (una aleación de estaño con hasta un 20 % de antimonio) y aleaciones impresas (una aleación de plomo con hasta un 25 % de antimonio) [119] . El telurio se alea fácilmente con hierro en forma de ferrotelurio (50-58 % de telurio) y con cobre en forma de telurio de cobre (40-50 % de telurio) [120] . El ferroteluro se utiliza como estabilizador de carbono en la fundición de acero [121] . De los elementos no metálicos denominados menos frecuentemente metaloides, el selenio en forma de ferroselen (50-58 % de selenio) se utiliza para mejorar la maquinabilidad de los aceros inoxidables [122] .

Agentes biológicos

Los seis elementos, comúnmente denominados metaloides, tienen propiedades tóxicas, dietéticas o medicinales [124] . Los compuestos de arsénico y antimonio son especialmente tóxicos; el boro, el silicio y posiblemente el arsénico son elementos traza importantes . El boro, el silicio, el arsénico y el antimonio tienen usos médicos, y se cree que el germanio y el telurio tienen un potencial similar.

El boro se utiliza en insecticidas [125] y herbicidas [126] . Es un oligoelemento importante [127] . Al igual que el ácido bórico , tiene propiedades antisépticas, antifúngicas y antivirales [128] .

El silicio está presente en el silatrano , un rodenticida altamente tóxico [129] . La inhalación prolongada de polvo de cuarzo provoca silicosis  , una enfermedad pulmonar mortal. El silicio es un oligoelemento importante [127] . El gel de silicona se puede aplicar a la piel con quemaduras graves para reducir las cicatrices [130] .

Las sales de germanio son potencialmente peligrosas para los seres humanos y los animales si se ingieren durante mucho tiempo [131] . Hay interés en la acción farmacológica de los compuestos de germanio, pero todavía no hay medicamentos autorizados [132] .

Se sabe que el arsénico es tóxico y puede ser un elemento importante en cantidades ultratrazas [133] . Durante la Primera Guerra Mundial, ambos bandos utilizaron estornudos y vómitos a base de arsénico para obligar a los soldados enemigos a quitarse las máscaras antigás antes de lanzar un segundo ataque con gas mostaza o fosgeno . [134] Se ha utilizado como agente farmacéutico desde la antigüedad . veces, en  medicamento que se usa para tratarun,melarsoprolEl arsénico también es un ingrediente en135. tripanosomiasis africana humana o la enfermedad del sueño  . sangre y médula ósea El arsénico en el agua potable, que causa cáncer de pulmón y vejiga, se ha asociado con una reducción de la mortalidad por cáncer de mama [136] .

El metal de antimonio es relativamente no tóxico, pero la mayoría de los compuestos de antimonio son venenosos [137] . Dos compuestos de antimonio, el estibogluconato de sodio y el estibofeno , se utilizan como fármacos antiparasitarios [138] .

El telurio elemental no se considera particularmente tóxico; con la introducción de dos gramos de telurato de sodio, es posible un desenlace fatal [139] . Los seres humanos expuestos a pequeñas cantidades de telurio en el aire emiten un olor a ajo persistente y desagradable [140] . El dióxido de telurio se ha utilizado para tratar la dermatitis seborreica ; otros compuestos de telurio se utilizaron como agentes antimicrobianos antes del desarrollo de los antibióticos [141] . En el futuro, puede ser necesario reemplazar los antibióticos con estos compuestos, que se han vuelto ineficaces debido a la resistencia bacteriana [142] .

De los elementos que con menor frecuencia se denominan metaloides, se distinguen el berilio y el plomo, que presentan toxicidad; El arseniato de plomo se usa ampliamente como insecticida [143] . El azufre es uno de los fungicidas y pesticidas más antiguos. Los nutrientes importantes son el fósforo, el azufre, el zinc, el selenio y el yodo, así como el aluminio, el estaño y el plomo [133] . El azufre, el galio, el selenio, el yodo y el bismuto se utilizan en medicina. El azufre es un ingrediente de las sulfonamidas que aún se utilizan ampliamente para afecciones como el acné y las infecciones del tracto urinario [144] . El nitrato de galio se usa para tratar los efectos secundarios del cáncer [145] ; el citrato de galio es un radiofármaco que facilita la visualización de las zonas inflamadas del cuerpo [146] . El sulfuro de selenio se usa en champús medicados y para tratar infecciones de la piel como la pitiriasis [147] . El yodo se utiliza como desinfectante en varias formas. El bismuto es un componente de algunos agentes antibacterianos [148] .

Catalizadores

El trifluoruro y tricloruro de boro se utilizan como catalizadores en síntesis orgánica y electrónica; el tribromuro se utiliza en la producción de diborano [149] . Los ligandos de boro no tóxicos pueden reemplazar a los ligandos de fósforo tóxicos en algunos catalizadores de metales de transición [150] . El ácido sulfúrico de sílice (SiO 2 OSO 3 H) se utiliza en reacciones orgánicas [151] . El dióxido de germanio se utiliza a veces como catalizador en la producción de plástico PET para envases [152] ; los compuestos de antimonio más baratos, como el trióxido o el triacetato , se usan más comúnmente para el mismo propósito [153] a pesar de las preocupaciones sobre la contaminación de alimentos y bebidas con antimonio [154] . El trióxido de arsénico se ha utilizado en la producción de gas natural para acelerar la eliminación de dióxido de carbono , al igual que los ácidos selénico y telúrico [155] . El selenio actúa como catalizador en algunos microorganismos [156] . El telurio, su dióxido y su tetracloruro son potentes catalizadores de la oxidación del carbono por el aire a temperaturas superiores a 500°C [157] . El óxido de grafito se puede utilizar como catalizador en la síntesis de iminas y sus derivados [158] . El carbón activado y la alúmina se han utilizado como catalizadores para eliminar las impurezas de azufre del gas natural [159] . El aluminio aleado con titanio se ha identificado como un sustituto de los costosos catalizadores de metales nobles utilizados en la producción de productos químicos industriales [160] .

Retardantes de llama

Los compuestos de boro, silicio, arsénico y antimonio se utilizan como retardadores de llama . El boro en forma de bórax se ha utilizado como retardante del fuego para textiles desde al menos el siglo XVIII [161] . Los compuestos de silicio como siliconas, silanos , silsesquioxano sílice y silicatos , algunos de los cuales se han desarrollado como alternativas a los compuestos halogenados más tóxicos , pueden mejorar en gran medida la resistencia al fuego de los materiales plásticos [162] . Los compuestos de arsénico como el arsenito de sodio o el arseniato de sodio son retardadores de fuego efectivos para la madera, pero se usan con menos frecuencia debido a su toxicidad [163] . El trióxido de antimonio es un retardante de llama [164] . El hidróxido de aluminio se ha utilizado como retardador de fuego para fibras de madera, caucho, plásticos y textiles desde la década de 1890 [165] . Además del hidróxido de aluminio, el uso de retardantes de llama a base de fósforo -en forma de organofosforados , por ejemplo-  es ahora superior a cualquier otro tipo de retardante de llama. Utilizan compuestos de boro, antimonio o hidrocarburos halogenados [166] .

Gafas

Los óxidos B 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 , As 2 O 3 y Sb 2 O 3 forman cristales fácilmente . El TeO 2 forma vidrio, pero esto requiere una "velocidad de templado heroica" o la adición de impurezas; en caso contrario, se obtiene la forma cristalina [167] . Estos compuestos se utilizan en cristalería química, doméstica e industrial [168] y en óptica [169] . El trióxido de boro se utiliza como aditivo en las fibras de vidrio [170] y también es un componente del vidrio de borosilicato , muy utilizado en cristalería de laboratorio y cristalería doméstica debido a su baja expansión térmica [171] . Los utensilios de cocina más comunes están hechos de dióxido de silicio [172] . El dióxido de germanio se utiliza como aditivo en fibra de vidrio y también en sistemas ópticos infrarrojos. [173] El trióxido de arsénico se utiliza en la industria del vidrio como agente blanqueador y abrillantador (para eliminar las burbujas) [174] al igual que el trióxido de antimonio [175] . El dióxido de telurio encuentra aplicación en láser y óptica no lineal [176] .

Los vidrios metálicos amorfos suelen ser más fáciles de preparar si uno de los componentes es un metaloide o "casi metaloide", como boro, carbono, silicio, fósforo o germanio [177] [n 14] . Además de las películas delgadas depositadas a muy bajas temperaturas, el primer vidrio metálico conocido fue una aleación de composición Au 75 Si 25 , de la que se informó en 1960 [179] . En 2011, se reportó un vidrio metálico con la composición Pd 82.5 P 6 Si 9.5 Ge 2 con la composición Pd 82.5 P 6 Si 9.5 Ge 2 con resistencia y tenacidad no observadas previamente [180] .

El fósforo, el selenio y el plomo, que se conocen con menos frecuencia como metaloides, también se utilizan en los vidrios. El vidrio de fosfato tiene un sustrato de pentóxido de fósforo (P 2 O 5 ) en lugar de sílice (SiO 2 ) como los vidrios de silicato convencionales. Se utiliza, por ejemplo, para la fabricación de lámparas de descarga de gas sodio [181] . Los compuestos de selenio se pueden utilizar tanto como agentes blanqueadores como para dar al vidrio un color rojo [182] . La vajilla decorativa hecha de vidrio emplomado tradicional contiene al menos un 30 % de óxido de plomo (II) (PbO); el vidrio de plomo utilizado para proteger contra la radiación dura puede contener hasta un 65 % de PbO [183] ​​. Los vidrios a base de plomo también se utilizan ampliamente en componentes electrónicos, materiales de esmaltado, encapsulado y acristalamiento, y células solares. Los vidrios de óxido a base de bismuto se han convertido en un sustituto menos tóxico del plomo en muchas de estas aplicaciones [184] .

Memoria óptica y optoelectrónica

Varias composiciones de GeSbTe ("aleaciones GST") y Sb 2 Te dopadas con Ag e In ("aleaciones AIST"), que son ejemplos de materiales de cambio de fase , se usan ampliamente en discos ópticos regrabables y dispositivos de memoria de cambio de fase . Cuando se exponen al calor, pueden cambiar entre estados amorfos (vidriosos) y cristalinos . Los cambios en las propiedades ópticas y eléctricas se pueden utilizar para almacenar información [185] . Las aplicaciones futuras de GeSbTe pueden incluir "pantallas de estado sólido ultrarrápidas con píxeles a escala nanométrica, anteojos inteligentes translúcidos, lentes de contacto inteligentes y dispositivos de retina artificial" [186] .

Pirotecnia

Los metaloides reconocidos tienen aplicaciones pirotécnicas o propiedades relacionadas. El boro y el silicio se encuentran comúnmente [188] ; actúan como combustible metálico [189] . El boro se utiliza en composiciones para iniciadores pirotécnicos (para encender otras sustancias difíciles de iniciar) y en composiciones de acción retardada que arden a un ritmo constante [190] . El carburo de boro se ha identificado como un posible reemplazo de mezclas más tóxicas de bario o hexacloroetano en municiones de humo, bengalas y fuegos artificiales [191] . El silicio, como el boro, forma parte de mezclas de iniciador y moderador. El germanio dopado puede actuar como combustible termita con una velocidad de combustión controlada [n 15] . El trisulfuro de arsénico As 2 S 3 se utilizó en las antiguas luces de señales navales ; en saludo para hacer estrellas blancas [193] ; en mezclas con cortina de humo amarilla ; y en composiciones iniciadoras [194] . El trisulfuro de antimonio Sb 2 S 3 se encuentra en fuegos artificiales de luz blanca, así como en mezclas que crean destellos y sonidos fuertes [195] . El telurio se ha utilizado en mezclas de acción retardada y en las composiciones del iniciador de la tapa del detonador [196] .

El carbono, el aluminio, el fósforo y el selenio se utilizan de manera similar. El carbono, en forma de pólvora negra , es un ingrediente en propulsores de fuegos artificiales, cargas explosivas y mezclas de efectos de sonido, así como en espoletas de tiempo y encendedores militares [197] [n 16] . El aluminio es un ingrediente pirotécnico habitual [188] y se utiliza mucho por su capacidad para generar luz y calor [199] , incluso en mezclas de termitas [200] . El fósforo se puede encontrar en el humo y en las municiones incendiarias, en las tapas de papel utilizadas en las pistolas de juguete y en las galletas saladas [201] . El selenio se usó de la misma manera que el telurio. [196]

Semiconductores y electrónica

Todos los elementos comúnmente denominados metaloides (o sus compuestos) se utilizan en la industria de semiconductores o electrónica de estado sólido [202] .

Algunas propiedades del boro limitan su uso como semiconductor. Tiene un alto punto de fusión, los monocristales son relativamente difíciles de obtener y la introducción y retención de impurezas controladas es difícil [203] .

El silicio es el semiconductor comercial líder; constituye la base de la electrónica moderna (incluidas las células solares estándar) [204] y las tecnologías de la información y la comunicación [205] . Esto sucedió a pesar del hecho de que la investigación de semiconductores a principios del siglo XX se consideraba "física de la suciedad" y no merecía mucha atención [206] .

El germanio en los dispositivos semiconductores ha sido reemplazado en gran medida por el silicio, que es más barato, más elástico a temperaturas de funcionamiento más altas y más conveniente en los procesos de fabricación microelectrónica [111] . El germanio sigue siendo un componente de las "aleaciones" de semiconductores de silicio y germanio , y se utilizan cada vez más, especialmente en dispositivos de comunicación inalámbrica; en tales aleaciones, se utiliza la mayor movilidad del portador en germanio. En 2013, se informó la síntesis de germanano semiconductor en cantidades de gramos. Consiste en láminas de un átomo de espesor de átomos de germanio con grupos de hidrógeno distribuidos sobre la superficie, similar al grafano . La movilidad de los electrones es más de diez veces mayor que la del silicio y cinco veces mayor que la del germanio y se cree que tiene potencial para aplicaciones optoelectrónicas y de medición [207] . En 2014, se informó sobre el desarrollo de un ánodo de alambre de germanio que duplica con creces la capacidad de las baterías de iones de litio [208] . En el mismo año, Li et al., informaron que los cristales de grafeno libres de defectos lo suficientemente grandes para su uso en electrónica podrían crecer en un sustrato de germanio y eliminarse de él [209] .

El arsénico y el antimonio no son semiconductores en su estado estándar . Ambos forman semiconductores de tipo III-V (como GaAs, AlSb o GaInAsSb) en los que el número medio de electrones de valencia por átomo es el mismo que el de los elementos del subgrupo carbono . Estos compuestos son los preferidos para su uso en algunas aplicaciones especiales [210] . Los nanocristales de antimonio pueden contribuir a la sustitución de las baterías de iones de litio por baterías de iones de sodio más potentes [211] .

El telurio, que en su estado normal es un semiconductor, se utiliza principalmente como componente de los calcogenuros semiconductores del tipo AIIBVI ; que se utilizan en electroóptica y electrónica [212] . El telururo de cadmio (CdTe) se usa en módulos solares debido a su alta eficiencia de conversión, bajos costos de fabricación y banda prohibida de 1,44 eV, lo que le permite absorber radiación en una amplia gama de longitudes de onda [204] . El telururo de bismuto (Bi 2 Te 3 ) dopado con selenio y antimonio es un componente de los dispositivos termoeléctricos utilizados para refrigeración o energía portátil [213] .

Se pueden encontrar cinco metaloides (boro, silicio, germanio, arsénico y antimonio) en los teléfonos celulares (junto con al menos otros 39 metales y no metales) [214] . También se espera que el telurio encuentre ese uso [215] . De los metaloides menos conocidos, el fósforo, el galio (en particular) y el selenio encuentran uso en la tecnología de semiconductores. El fósforo se utiliza en pequeñas cantidades como dopante para semiconductores de tipo n [216] . El uso comercial de los compuestos de galio está dominado por los semiconductores: en circuitos integrados, teléfonos móviles, diodos láser , LED , fotodetectores y células solares [217] . El selenio se utiliza en la producción de células solares [218] y en dispositivos de protección contra sobretensiones de alta energía [219] .

Los aislantes topológicos incluyen boro, silicio, germanio, antimonio y telurio [220] , así como metales más pesados ​​y metaloides como Sm, Hg, Tl, Pb, Bi y Se [221] . Se trata de aleaciones [222] o compuestos que, a temperaturas ultrafrías o temperatura ambiente (según su composición), son conductores metálicos en su superficie, pero aislantes en masa [223] . El arseniuro de cadmio Cd 3 As 2 a una temperatura de aproximadamente 1 K es un semimetal de Dirac, un análogo electrónico masivo del grafeno, en el que los electrones se mueven eficientemente en forma de partículas sin masa [224] . Se cree que estas dos clases de materiales tienen aplicaciones potenciales para la computación cuántica [225] .

Nomenclatura e historia

La palabra metaloide proviene del latín metallum ("metal") y del griego oeides ("similar en forma o apariencia") [226] . Otros nombres también se usan a veces indistintamente, aunque muchos de ellos tienen otros significados que no son necesariamente intercambiables: elemento anfótero [227] , elemento límite [228] , semimetal [229] , ferromagnético semimetálico [230] , casi metal [231] . metametal [232] , semiconductor [233] , semimetal [234] y submetal [235] . El "elemento anfótero" se utiliza a veces en un sentido más amplio para incluir metales de transición capaces de formar oxianiones , como el cromo y el manganeso [236] . Ferroimán semimetálico  : utilizado en física para referirse a un compuesto (como el dióxido de cromo ) o una aleación que puede actuar tanto como ferromagnético como aislante . "Meta-metal" a veces se usa en lugar de ciertos metales ( Be , Zn , Cd , Hg , In , Tl , β-Sn , Pb ) ubicados a la izquierda de los metaloides en las tablas periódicas estándar. Estos metales son en su mayoría diamagnéticos [237] y tienden a formar estructuras cristalinas distorsionadas, valores de conductividad eléctrica más bajos que los metales y óxidos anfóteros (débilmente básicos) [238] . El término "semimetal" a veces se refiere vaga o explícitamente a metales con un carácter metálico incompleto de estructura cristalina, conductividad eléctrica o estructura electrónica. Los ejemplos incluyen galio [239] , iterbio [240] , bismuto [241] y neptunio [242] . Los nombres elemento anfótero y semiconductor son problemáticos porque algunos elementos, llamados metaloides, no muestran propiedades anfóteras apreciables (por ejemplo, bismuto) [243] o propiedades semiconductoras (polonio) [244] en sus formas más estables.

Origen y uso

El origen y uso del término "metaloide " es confuso. Su origen se basa en los intentos, desde la antigüedad, de describir los metales y distinguir entre sus formas comunes y menos típicas. Se utilizó por primera vez a principios del siglo XIX para referirse a los metales que flotan en el agua (sodio y potasio) y luego, de manera más amplia, a los no metales. Un uso anterior en mineralogía para describir un mineral que tiene una apariencia metálica se remonta a 1800 [245] . Desde mediados del siglo XX, se ha utilizado para designar elementos químicos intermedios o de frontera [246] [n 17] . La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha recomendado anteriormente que se abandone el término metaloide y sugirió que en su lugar se utilice el término semimetal [248] . El uso de este último término ha sido declarado inaceptable recientemente por Atkins y otros [2] porque tiene un significado diferente en física, uno que se refiere más específicamente a la estructura de banda electrónica de la materia en lugar de a una clasificación general del elemento. . Las publicaciones más recientes de la IUPAC sobre nomenclatura y terminología no proporcionan ninguna orientación sobre el uso de los términos "metaloide" o "semimetal" [249] .

Elementos comúnmente denominados metaloides

Las propiedades especificadas en esta sección se refieren a los elementos en su forma termodinámicamente más estable en condiciones ambientales.

Bor

El boro puro es una sustancia cristalina gris plateada brillante [251] . Es menos denso que el aluminio (2,34 frente a 2,70 g/cm 3 ) y también es duro y quebradizo. Prácticamente no reacciona en condiciones normales con otros productos químicos, a excepción del flúor [252] y tiene un punto de fusión de 2076 °C (cf. acero ~1370 °C) [253] . El boro es un semiconductor [254] ; su conductividad eléctrica a temperatura ambiente es de 1,5 × 10 −6 S cm −1 [255] (aproximadamente 200 veces menor que la del agua del grifo) [256] y la banda prohibida es de aproximadamente 1,56 eV [257] [n 18] . Mendeleev señaló que "el boro aparece en estado libre en varias formas que ocupan una posición intermedia entre los metales y los no metales" [259] .

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, un enlace covalente simple no puede seguir la regla del octeto [260] . El enlace metálico es un resultado común entre los congéneres de boro más pesados, pero generalmente requiere energías de ionización bajas [261] . En cambio, debido a su pequeño tamaño y alta energía de ionización, la unidad estructural básica del boro (y casi todos sus alótropos) [n 19] es el grupo icosaédrico B 12. . De los 36 electrones asociados con 12 átomos de boro, 26 están en 13 orbitales moleculares deslocalizados; los 10 electrones restantes se utilizan para formar enlaces covalentes de dos y tres centros entre icosaedros [263] . El mismo motivo, así como variantes o fragmentos deltaédricos , puede verse en boruros metálicos y derivados de hidruros y en algunos haluros [264] .

El enlace químico en el boro exhibe un comportamiento intermedio entre metales y sólidos no metálicos con una red covalente (como el diamante ) [265] . La energía requerida para convertir B, C, N, Si y P de un estado no metálico a uno metálico se estimó en 30, 100, 240, 33 y 50 kJ/mol, respectivamente. Esto indica la proximidad del boro a la interfaz metal-no metal [266] .

Gran parte de la química del boro es de naturaleza no metálica [266] . A diferencia de los congéneres más pesados, no puede formar un catión B 3+ simple o un ion hidratado [B(H 2 O) 4 ] 3+ [267] . El pequeño tamaño del átomo de boro asegura la producción de muchas aleaciones de boruro intersticiales [268] . Se observó una analogía entre el boro y los metales de transición en la formación de complejos [269] y aductos (por ejemplo, BH 3 + CO → BH 3 CO y, de manera similar, Fe(CO) 4 + CO → Fe(CO) 5 ) [ n 20] , y también en las estructuras geométricas y electrónicas de clusters, tales como [B 6 H 6 ] 2- y [Ru 6 (CO) 18 ] 2- [271] [n 21] . La química acuosa del boro se caracteriza por la formación de muchos aniones de poliborato diferentes [273] . Dada la alta relación carga-tamaño, el boro se une covalentemente en casi todos sus compuestos [274] , a excepción de los boruros , que incluyen, según su composición, componentes de enlace covalente, iónico y metálico [275] [n 22 ] . Los compuestos binarios simples, como el tricloruro de boro , son ácidos de Lewis porque la formación de tres enlaces covalentes deja un hueco en el octeto que puede llenarse con un par de electrones proporcionado por la base de Lewis [260] . El boro tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y una química de borato bastante amplia . El óxido B 2 O 3 es de estructura polimérica [278] , débilmente ácido [279] [n 23] y forma un vidrio [285] . Los compuestos organometálicos de boro [n 24] se conocen desde el siglo XIX (ver Compuestos organoboro ) [287] .

Silicio

El silicio es una sustancia sólida cristalina con un brillo metálico gris azulado [288] . Al igual que el boro, su densidad es menor (2,33 g/cm 3 ) que el aluminio, y también es duro y quebradizo [289] . Es un elemento relativamente inerte. Según Rochow [290] , la forma cristalina masiva (especialmente en su forma pura) es "sorprendentemente inerte con respecto a todos los ácidos, incluido el fluorhídrico ". El silicio menos puro y su forma en polvo son sensibles de manera diferente a los ácidos fuertes o calientes, así como al vapor y al flúor [291] . El silicio se disuelve en álcalis acuosos calientes con desprendimiento de hidrógeno , al igual que los metales [292] como el berilio, el aluminio, el zinc, el galio o el indio [293] . Funde a 1414 °C. El silicio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de 10 −4  S cm −1 [294] y una banda prohibida de alrededor de 1,11 eV [295] . Cuando se funde, el silicio se vuelve más metálico [296] con una conductividad eléctrica de 1,0-1,3 · 10 4  S • cm −1 , similar al mercurio líquido [297] .

La química del silicio suele ser de naturaleza no metálica (covalente) [298] . Se desconoce la formación de un catión [299] . El silicio puede formar aleaciones con metales como el hierro y el cobre [300] . Presenta un comportamiento menos aniónico que los no metales comunes [301] . La composición química de su solución se caracteriza por la formación de oxianiones [302] . La alta fuerza del enlace silicio-oxígeno determina el comportamiento químico del silicio [303] . Los silicatos poliméricos, que consisten en unidades tetraédricas de SiO 4 unidas mediante la separación de átomos de oxígeno, son los compuestos de silicio más comunes e importantes [304] . Los boratos poliméricos que contienen unidades trigonales y tetraédricas unidas BO 3 o BO 4 se basan en principios estructurales similares [305] . El óxido SiO 2 tiene una estructura polimérica [278] , débilmente ácido [306] [n 25] y forma vidrio [285] . La química organometálica tradicional incluye compuestos de carbono de silicio (ver organosilicio ) [310] .

germanio

El germanio es un sólido blanco grisáceo lustroso [311] . Tiene una densidad de 5,323 g/cm3 y es duro y quebradizo [312] . En su mayor parte es químicamente inerte a temperatura ambiente [314] pero se destruye lentamente con ácido sulfúrico o nítrico concentrado caliente [315] . El germanio también reacciona con la sosa cáustica fundida para formar germanato de sodio Na 2 GeO 3 e hidrógeno gaseoso [316] . Funde a 938 °C. El germanio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de aproximadamente 2 × 10 −2.  cm • cm −1 y banda prohibida 0,67 eV [317] . El germanio líquido es un conductor metálico con una conductividad eléctrica similar a la del mercurio líquido [318] .

La mayor parte de la química del germanio es característica de los no metales [319] . No está claro si el germanio forma un catión, excepto por los informes de la existencia del ion Ge 2+ en varios compuestos esotéricos [nota 26] . Puede formar aleaciones con metales como el aluminio y el oro [332] . Presenta un comportamiento menos aniónico que los no metales comunes [301] . La composición química de su solución se caracteriza por la formación de oxianiones [302] . El germanio suele formar compuestos tetravalentes (IV) y también puede formar compuestos divalentes (II) menos estables en los que se comporta más como un metal [333] . Se han obtenido análogos de germanio de todos los tipos principales de silicatos [334] . La naturaleza metálica del germanio también se evidencia por la formación de varias sales de oxoácidos . Fosfato [(HPO 4 ) 2 Ge H 2 O] y trifluoroacetato muy estable Ge(OCOCF 3 ) 4 , así como Ge 2 (SO 4 ) 2 , Ge(ClO 4 ) 4 y GeH 2 (C 2 O 4 ) 3 se describen [335] . El óxido de GeO 2 es polimérico [278] , anfótero [336] y forma vidrio [285] . El dióxido es soluble en soluciones ácidas (el monóxido de GeO aún más), y esto se usa a veces para clasificar el germanio como metal [337] . Hasta la década de 1930, el germanio se consideraba un metal poco conductor [338] ; a veces ha sido clasificado como un metal por escritores posteriores [339] . Como todos los elementos comúnmente denominados metaloides, el germanio tiene una química organometálica establecida (ver Química del organogermanio ) [340] .

Arsénico

El arsénico es un sólido gris con un tinte metálico. Tiene una densidad de 5,727 g/cm 3 , es quebradizo y moderadamente duro (mayor que el aluminio; menor que el hierro ) [341] . Es estable en aire seco, pero desarrolla una pátina de bronce dorado en aire húmedo, que se ennegrece con la exposición posterior. El arsénico reacciona con ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado. Reacciona con hidróxido de sodio fusionado para formar arseniato de Na 3 AsO 3 e hidrógeno gaseoso [342] . El arsénico se sublima a 615 °C. El vapor tiene un color amarillo limón y huele a ajo [343] . El arsénico se derrite solo bajo una presión de 38,6 atm , a 817°C [344] . Es un semimetal con una conductividad eléctrica de aproximadamente 3,9 × 10 4  S cm −1 [345] y una superposición de bandas de 0,5 eV [346] [n 27] . El arsénico líquido es un semiconductor con una banda prohibida de 0,15 eV [348] .

En composición química, el arsénico es predominantemente no metálico [349] . No está claro si el arsénico forma el catión [n 28] . Sus muchas aleaciones metálicas son en su mayoría frágiles [357] . Presenta un comportamiento menos aniónico que los no metales comunes [301] . La química de su solución se caracteriza por la formación de oxianiones [302] . El arsénico suele formar compuestos con un estado de oxidación de +3 o +5 [358] . Los haluros, óxidos y sus derivados son ejemplos ilustrativos [304] . En el estado trivalente, el arsénico exhibe algunas propiedades metálicas [359] . Los haluros se hidrolizan con agua, pero estas reacciones, especialmente las del cloruro, son reversibles con la adición de ácido hidrohálico [360] . El óxido es ácido pero, como se indica a continuación, (débilmente) anfótero. El estado pentavalente superior y menos estable tiene propiedades fuertemente ácidas (no metálicas) [361] . En comparación con el fósforo, el carácter metálico más fuerte del arsénico está indicado por la formación de sales de oxoácidos como AsPO 4 , As 2 (SO 4 ) 3 [n 29] y acetato de arsénico As(CH 3 COO) 3 [364] . El óxido As 2 O 3 es polimérico [278] , anfótero [365] [n 30] y forma vidrio [285] . El arsénico tiene una química organometálica extensa (ver Química de compuestos orgánicos ) [368] .

Antimonio

El antimonio es un sólido de color blanco plateado con un tinte azul y un brillo brillante [342] . Tiene una densidad de 6,697 g/cm 3 , es quebradizo y moderadamente duro (más que el arsénico, menos que el hierro, casi igual que el cobre) [341] . Resistente al aire y la humedad a temperatura ambiente. Se expone a ácido nítrico concentrado para formar pentóxido de Sb 2 O 5 hidratado . El agua regia da pentacloruro SbCl 5 y el ácido sulfúrico concentrado caliente da sulfato Sb 2 (SO 4 ) 3 [369] . No se ve afectado por el álcali fundido [370] . El antimonio es capaz de desplazar el hidrógeno del agua cuando se calienta: 2Sb + 3H 2 O → Sb 2 O 3 + 3H 2 [371] . Funde a 631 °C. El antimonio es un semimetal con una conductividad eléctrica de aproximadamente 3,1 × 10 4  S cm −1 [372] y una superposición de bandas de 0,16 eV [346] [n 31] . El antimonio líquido es un conductor metálico con una conductividad eléctrica de aproximadamente 5,3 × 10 4  S • cm −1 [374] .

Gran parte de la química del antimonio es característica de los no metales [375] . El antimonio tiene una química catiónica definida [376] , SbO + y Sb(OH) 2 + están presentes en soluciones acuosas ácidas [377] [n 32] ; el compuesto Sb 8 (GaCl 4 ) 2 , que contiene el homopolicatión Sb 8 2+ , se obtuvo en 2004 [379] . Puede formar aleaciones con uno o más metales como aluminio [380] , hierro, níquel , cobre, zinc, estaño, plomo y bismuto [381] . El antimonio es menos propenso al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios [301] . La química de su solución se caracteriza por la formación de oxianiones [302] . Al igual que el arsénico, el antimonio suele formar compuestos con un estado de oxidación de +3 o +5 [358] . Los haluros, óxidos y sus derivados son ejemplos ilustrativos [304] . El estado +5 es menos estable que el +3, pero relativamente más fácil de lograr que con arsénico. Esto se debe a la protección deficiente proporcionada al núcleo de arsénico por sus 3d 10 electrones . En comparación, la tendencia del antimonio (como átomo más pesado) a oxidarse más fácilmente compensa parcialmente el efecto de su capa 4d 10 [382] . El antimonio tripopositivo es anfótero; el antimonio pentapositivo es (predominantemente) ácido [383] . De acuerdo con el aumento del carácter metálico en el grupo 15 , el antimonio forma sales o compuestos similares a sales, incluidos Sb(NO 3 ) 3 nitrato , SbPO 4 fosfato , Sb 2 (SO 4 ) 3 sulfato y Sb(ClO 4 ) 3 perclorato [384] . De lo contrario, el pentóxido ácido Sb 2 O 5 exhibe un comportamiento básico (metálico) ya que puede disolverse en soluciones altamente ácidas para formar la oxicación SbO
2⁺ [385] . El óxido Sb 2 O 3 es polimérico [278] , anfótero [386] y forma un vidrio [285] . El antimonio tiene una amplia composición organometálica (ver Química del antimonio ) [387] .

Telurio

El telurio es un sólido brillante de color blanco plateado [389] . Tiene una densidad de 6,24 g/cm 3 , es quebradizo y el más blando de los metaloides generalmente reconocidos, ligeramente más duro que el azufre [341] . Las piezas grandes de telurio son estables en el aire. La forma finamente molida es oxidada por el aire en presencia de humedad. El telurio reacciona con agua hirviendo o fresca incluso a 50°C para formar dióxido e hidrógeno: Te + 2H 2 O → TeO 2 + 2H 2 [390] . Reacciona (en diversos grados) con los ácidos nítrico, sulfúrico y clorhídrico para formar compuestos como el sulfóxido TeSO 3 o el ácido telúrico H 2 TeO 3 [391] , nitrato alcalino (Te 2 O 4 H) + (NO 3 ) - [ 392 ] , u óxido de sulfato Te 2 O 3 (SO 4 ) [393] . Se disuelve en álcalis hirviendo para formar telurito y telururo : 3Te + 6KOH = K 2 TeO 3 + 2K 2 Te + 3H 2 O, una reacción que procede o es reversible al aumentar o disminuir la temperatura [394] .

A temperaturas más altas, el telurio es suficientemente dúctil para la extrusión [395] . Funde a 449,51 °C. El telurio cristalino tiene una estructura que consiste en cadenas helicoidales infinitas paralelas. El enlace entre átomos vecinos en una cadena es covalente, pero hay evidencia de una interacción metálica débil entre átomos vecinos de diferentes cadenas [396] . El telurio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de aproximadamente 1,0 S cm −1 [397] y una banda prohibida de 0,32 a 0,38 eV [398] . El telurio líquido es un semiconductor con una conductividad eléctrica de fusión de aproximadamente 1,9 × 10 3  S • cm −1 . El telurio líquido sobrecalentado es un conductor metálico [399] .

Gran parte de la química del telurio es característica de los no metales [400] . Muestra cierto comportamiento catiónico. El dióxido se disuelve en ácido para formar el ion trihidroxotelurio(IV) Te(OH) 3 + [401] [404] ; Los iones rojos Te 4 2+ y los iones amarillo-naranja Te 6 2+ se forman cuando el telurio se oxida con ácido fluorhídrico (HSO 3 F) o dióxido de azufre líquido (SO 2 ), respectivamente [405] . Puede formar aleaciones con aluminio, plata y estaño [406] . El telurio exhibe un comportamiento menos aniónico que los no metales comunes [301] . La composición química de su solución se caracteriza por la formación de oxianiones [302] . El telurio suele formar compuestos en los que tiene un estado de oxidación de -2, +4 o +6. El estado +4 es el más estable [390] . Los telururos de composición X x Te y se forman fácilmente con la mayoría de los demás elementos y son los minerales de telurio más comunes. La no estequiometría está muy extendida, especialmente con los metales de transición. Muchos telururos pueden considerarse aleaciones metálicas [407] . El aumento en el carácter metálico evidente para el telurio, en comparación con los calcógenos más livianos , se refleja aún más en los informes de la formación de varias otras sales de hidroxiácidos, como el selenato básico 2TeO 2 · SeO 3 y perclorato y peryodato similares 2TeO 2 · HXO 4 [408] . El telurio forma óxido polimérico [278] , anfótero [386] y vítreo [285] TeO 2 . Es un óxido formador de vidrio "condicional": forma vidrio con muy poco aditivo. El telurio tiene una química organometálica extensa (ver Química del telurio ) [409] .

Elementos menos conocidos como metaloides

Carbono

El carbono generalmente se clasifica como un no metal [411] pero tiene algunas propiedades metálicas y, a veces, se clasifica como un metaloide [412] . El carbono hexagonal (grafito) es el alótropo de carbono termodinámicamente más estable en condiciones ambientales [413] . Tiene un aspecto brillante [414] y es bastante buen conductor de la electricidad [415] . El grafito tiene una estructura en capas. Cada capa está formada por átomos de carbono unidos a otros tres átomos de carbono en una red hexagonal . Las capas se apilan juntas y se mantienen libres por fuerzas de van der Waals y electrones de valencia deslocalizados [416] .

Como un metal, la conductividad del grafito en la dirección de sus planos disminuye al aumentar la temperatura [417] [421] ; tiene la estructura de banda electrónica de un semimetal. Los alótropos de carbono, incluido el grafito, pueden aceptar átomos o compuestos extraños en sus estructuras mediante sustitución, intercalación o dopaje . Los materiales resultantes se denominan "aleaciones de carbono" [422] . El carbono puede formar sales iónicas que incluyen sulfato de hidrógeno, perclorato y nitrato (C +
24X - 0,2HX, donde X = HSO4 , ClO4 ; y C +
24NO- _
3.3HNO3 ) [423] [ 424] . En química orgánica , el carbono puede formar cationes complejos llamados carbocationes , en los que la carga positiva está en el átomo de carbono; ejemplos: CH 3 + y CH 5 + y sus derivados [425] .

El carbono es frágil [426] y se comporta como un semiconductor en una dirección perpendicular a sus planos [417] . La mayor parte de su química es no metálica [427] ; tiene una energía de ionización relativamente alta [428] y, en comparación con la mayoría de los metales, una electronegatividad relativamente alta [429] . El carbono puede formar aniones como C 4- ( metanuro ), C
22- ( acetiluro ) y C
cuatro3- ( sesquicarburo o alileno ), en compuestos con metales de los grupos principales 1-3, así como con lantánidos y actínidos [430] . Su óxido CO 2 forma ácido carbónico H 2 CO 3 [431] [n 33] .

Aluminio

El aluminio suele clasificarse como un metal [434] . Es brillante, maleable y dúctil, y también tiene una alta conductividad eléctrica y térmica. Como la mayoría de los metales, tiene una estructura cristalina compacta [435] y forma un catión en solución acuosa [436] .

Tiene algunas propiedades inusuales para un metal; cuando se consideran juntos [437] , a veces se utilizan como base para clasificar el aluminio como metaloide [438] . Su estructura cristalina muestra algunos signos de enlaces direccionales [439] . El aluminio forma enlaces covalentes en la mayoría de los compuestos [440] . El óxido Al 2 O 3 es anfótero [441] y condicionalmente forma vidrio [285] . El aluminio puede formar aluminatos aniónicos [437] , este comportamiento se considera de naturaleza no metálica [71] .

La clasificación del aluminio como metaloide es controvertida [442] dadas sus numerosas propiedades metálicas. Por lo tanto, es quizás una excepción a la regla mnemotécnica de que los elementos adyacentes a la línea divisoria metal-no metal son metaloides [443] [n 34] .

Stott [445] llama al aluminio un metal débil. Tiene las propiedades físicas de un metal, pero algunas de las propiedades químicas de un no metal. Steele [446] señala el comportamiento químico paradójico del aluminio: "Se asemeja a un metal débil en su óxido anfótero y el carácter covalente de muchos de sus compuestos... No obstante, es un metal muy electropositivo ... [con] un alto potencial de electrodo negativo" Moody [447] dice que "el aluminio está en el" límite diagonal "entre metales y no metales en el sentido químico".

Selenio

El selenio exhibe propiedades límite entre metaloides y no metales [449] [n 35] .

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 [452] . El carácter metálico del selenio se ve reforzado por su brillo [453] y su estructura cristalina, que se cree que incluye enlaces entre hebras débilmente "metálicos" [454] . El selenio puede convertirse en filamentos delgados cuando está fundido y viscoso [455] , lo que demuestra su renuencia a adquirir "estados de oxidación positivos elevados característicos de los no metales" [456] . Puede formar policationes cíclicos (como Se
ocho2+ ) cuando se disuelve en óleums [457] (propiedad que se observa para el azufre y el telurio), y una sal catiónica hidrolizada en forma de perclorato de trihidroxoselenio (IV) [Se(OH) 3 ] + ClO
cuatro- [458] .

La naturaleza no metálica del selenio se manifiesta en su fragilidad [453] y baja conductividad eléctrica (de ~ 10–9 a 10–12  S cm – 1 ) de la forma altamente purificada [95] . Este valor es comparable o menor que el del bromo no metálico (7,95 ⋅10–12 S  cm – 1 ) [459] . El selenio tiene la estructura de banda electrónica de un semiconductor [460] y conserva sus propiedades de semiconductor en forma líquida [460] . Tiene una electronegatividad [461] relativamente alta (2,55 en la escala de Pauling revisada). Su composición química consiste principalmente en formas aniónicas no metálicas Se 2- , SeO
32- y SeO
cuatro2- [462] .

El selenio se describe comúnmente como un metaloide en la literatura de química ambiental [463] . Se mueve en el medio acuático como el arsénico y el antimonio [464] ; sus sales solubles en agua en concentraciones más altas tienen un perfil toxicológico similar al del arsénico [465] .

Polonio

El polonio es algo "claramente metálico" [244] . Sus dos formas alotrópicas son conductores metálicos [244] . Es soluble en ácidos, formando un catión Po 2+ rosa y desplazando al hidrógeno: Po + 2 H + → Po 2+ + H 2 [466] . Se conocen muchas sales de polonio [467] . El óxido PoO 2 es de naturaleza predominantemente alcalina [468] . El polonio es un agente oxidante débil, en contraste con su afín más ligero, el oxígeno: se requieren condiciones altamente alcalinas para formar el anión Po 2- en solución acuosa [469] .

No está claro si el polonio es dúctil o frágil, pero se supone que será dúctil según el cálculo de las constantes elásticas [470] . Tiene una estructura cristalina cúbica simple . Tal estructura tiene múltiples sistemas de deslizamiento y "da como resultado una ductilidad muy baja y, por lo tanto, una baja resistencia a la fractura" [471] .

El polonio exhibe un carácter no metálico en sus haluros y por la presencia de polonidos . Los haluros tienen propiedades normalmente características de los haluros no metálicos (volátiles, fácilmente hidrolizables y solubles en disolventes orgánicos ) [472] . Se conocen muchos polonidos metálicos, obtenidos por calentamiento conjunto de elementos a 500-1000°C y que contienen el anión Po2- [473] .

Astato

Al igual que un halógeno , el astato suele clasificarse como un no metal [474] . Tiene algunas propiedades metálicas notables [475] y, a veces, se clasifica como un metaloide [476] o (más raramente) como un metal [n 36] en su lugar . Inmediatamente después de su descubrimiento en 1940, los primeros investigadores consideraron que se trataba de un metal [478] . En 1949, fue nombrado el no metal más noble (difícil de reducir ), así como el metal relativamente noble (difícil de oxidar) [479] . En 1950, el astato se describió como un halógeno y (por lo tanto) como un no metal reactivo [480] . En 2013, basándose en modelos relativistas , se predijo que el astato sería un metal monoatómico con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras [481] .

Algunos 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 a medida que aumenta el número atómico, se supuso que el astato sería un metal si pudiera formar una fase condensada [482] [n 37] . El astato puede ser metálico en estado líquido basándose en el hecho de que los elementos con una entalpía de vaporización (∆H vap ) superior a ~42 kJ/mol son metálicos en estado líquido [484] . Estos elementos incluyen boro [n 38] , silicio, germanio, antimonio, selenio y telurio. Los valores de ∆H vap calculados para el astato diatómico son de 50 kJ/mol o superiores [488] ; yodo dihídrico con ∆H vap 41,71 [ 489] casi no alcanza el valor umbral.

“Al igual que los metales ordinarios, [el astato] es precipitado por el sulfuro de hidrógeno incluso de soluciones fuertemente ácidas y se desplaza en forma libre de las soluciones de sulfato; se deposita sobre el cátodo durante la electrólisis » [490] [n 39] . Otros indicios de la tendencia del astato a comportarse como un metal (pesado) son: "... la formación de compuestos de pseudohaluro ... complejos de cationes de astato... aniones complejos de astato trivalente... así como complejos con varios disolventes orgánicos [ 492] . También se ha argumentado que el astato exhibe un comportamiento catiónico a través de formas estables de At + y AtO + en soluciones acuosas fuertemente ácidas [493] .

Algunas de las propiedades destacadas del astato son no metálicas. Se ha predicho que un rango estrecho de temperaturas para la existencia de una fase líquida generalmente se asocia con propiedades no metálicas (pf 302 °C; 337 p.b. °C) [494] , aunque los datos experimentales sugieren un punto de ebullición más bajo de aproximadamente 230 ± 3 °C Batsanov da la brecha de banda calculada de astato como 0,7 eV [495] ; esto es coherente con el hecho de que los no metales (en física) tienen una banda de valencia y una banda de conducción separadas y, por lo tanto, son semiconductores o aislantes [496] . La composición química del astato en solución acuosa se caracteriza principalmente por la formación de diversas partículas aniónicas [497] . La mayoría de sus compuestos conocidos se parecen al yodo [498], que es un halógeno y un no metal [499] . Dichos compuestos incluyen astatides (XAt), astatates (XAtO 3 ) y compuestos interhalógenos monovalentes [500] .

Restrepo et al [501] informaron que el astato es más similar al polonio que al halógeno. Hicieron esto sobre la base de estudios comparativos detallados de propiedades conocidas e interpoladas de 72 elementos.

Conceptos relacionados

Cercano a los metaloides

En la tabla periódica, algunos de los elementos adyacentes a los metaloides generalmente reconocidos, aunque generalmente clasificados como metales o no metales, constituyen un grupo de elementos similares en propiedades a los metaloides en la literatura inglesa llamados casi metaloides [505] y se caracterizan por la presencia de propiedades metaloides. A la izquierda de la línea divisoria metal-no metal, estos elementos incluyen galio [506] , estaño [507] y bismuto [508] . Presentan estructuras de empaquetamiento inusuales [509] , química covalente prominente (molecular o polimérica) [510] y propiedades anfóteras [511] . A la derecha de la línea divisoria están el carbono [512] , el fósforo [513] , el selenio [514] y el yodo [515] . Presentan brillo metálico, propiedades semiconductoras y bandas de enlace o valencia con un carácter deslocalizado. Esto se refiere a sus formas termodinámicamente más estables en condiciones ambientales: carbono como grafito; fósforo como fósforo negro [n 41] y selenio como selenio gris.

Alótropos

Las diversas formas cristalinas de un elemento se denominan alótropos . Algunos alótropos, especialmente los elementos ubicados (en términos de la tabla periódica) cerca o cerca de la línea divisoria convencional entre metales y no metales, muestran un comportamiento metálico, metaloide o no metálico más pronunciado que otros [519] . La existencia de tales alótropos puede complicar la clasificación de estos elementos [520] .

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 superior y tiene una conductividad eléctrica de 9,17 × 10 4  cm cm– 1 (~1/6 de la conductividad del cobre) [521] . El gris de estaño suele presentarse en forma de polvo microcristalino gris y también se puede obtener en formas cristalinas o policristalinas quebradizas y semibrillantes. Es una forma estable por debajo de 13,2 °C y tiene una conductividad eléctrica entre (2-5) × 10 2  S cm −1 (~ 1/250 de estaño blanco) [522] . El estaño gris tiene la misma estructura cristalina que el diamante. Se comporta como un semiconductor (como si su banda prohibida fuera de 0,08 eV), pero tiene la estructura de banda electrónica de un semimetal [523] . Se denomina metal muy pobre [524] , metaloide [525] , no metal [526] o elemento cercano a un metaloide [508] .

El alótropo de diamante del carbono es claramente no metálico, semitransparente y tiene una conductividad eléctrica baja de 10–14 a 10–16  S cm – 1 [527] . El grafito tiene una conductividad eléctrica de 3 × 10 4  S cm −1 [528] , 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 un comportamiento diferente [529] .

Distribución, extracción y precios

Z	Elemento	gramo/tonelada
ocho	Oxígeno	461 000
catorce	Silicio	282 000
13	Aluminio	82 300
26	Hierro	56 300
6	Carbón	200
29	Cobre	60
5	bor	diez
33	Arsénico	1.8
32	Germanio	1.5
47	Plata	0.075
34	Selenio	0.05
51	Antimonio	0.02
79	Oro	0.004
52	Telurio	0.001
75	renio	0.00000000077 × 10 −10
54	Xenón	0.000000000033 × 10 −11
84	Polonio	0.00000000000000022 × 10 −16
85	astato	0.0000000000000000033 × 10 −20

Prevalencia

La tabla muestra el contenido de elementos en la corteza terrestre , que rara vez se reconocen como metaloides [530] . Se incluyen algunos otros elementos a modo de comparación: oxígeno y xenón (los elementos más y menos comunes con isótopos estables); hierro y metales labrados, cobre, plata y oro; y renio, los metales estables menos comunes (generalmente el metal más común es el aluminio). Se han publicado varias estimaciones cuantitativas; a menudo divergen hasta cierto punto [531] .

Botín

Los metaloides reconocidos pueden obtenerse por reducción química de sus óxidos o de sus sulfuros . Se pueden utilizar métodos de extracción más simples o más complejos según la forma original y los factores económicos [532] . El boro se suele obtener por reducción del trióxido de magnesio: B 2 O 3 + 3Mg → 2B + 3MgO; después del tratamiento secundario, el polvo marrón resultante tiene una pureza de hasta el 97 % [533] . El boro de mayor pureza (> 99%) se obtiene calentando compuestos de boro volátiles como BCl 3 o BBr 3 en una atmósfera de hidrógeno (2BX 3 + 3H 2 → 2B + 6HX) o hasta la temperatura de descomposición térmica . El silicio y el germanio se obtienen a partir de sus óxidos calentando el óxido con carbono o hidrógeno: SiO 2 + C → Si + CO 2 ; GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. El arsénico se separa de la pirita (FeAsS) o de la pirita de arsénico (FeAs 2 ) mediante calentamiento; alternativamente, se puede obtener a partir de su óxido por reducción con carbono: 2As 2 O 3 + 3C → 2As + 3CO 2 [534] . El antimonio se obtiene a partir de su sulfuro por reducción de hierro: Sb 2 S 3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS. El telurio se obtiene a partir de su óxido disolviéndolo en una solución acuosa de NaOH con formación de telurito, y luego por reducción electrolítica : TeO 2 + 2NaOH → Na 2 TeO 3 + H 2 O [535] ; Na 2 TeO 3 + H 2 O → Te + 2NaOH + O 2 [536] . Otra opción es la reducción del óxido por cocción con carbón: TeO 2 + C → Te + CO 2 [537] .

Las técnicas para la producción de elementos, menos conocidos como metaloides, incluyen el procesamiento natural, la reducción electrolítica o química o la irradiación. El carbono (en forma de grafito) se produce de forma natural y se extrae triturando la roca madre y haciendo flotar el grafito más ligero hacia la superficie. El aluminio se extrae disolviendo su óxido Al 2 O 3 en criolita fundida Na 3 AlF 6 y luego por reducción electrolítica a alta temperatura. El selenio se obtiene tostando selenuros de metales acuñados X 2 Se (X = Cu, Ag, Au) con carbonato de sodio para obtener selenito: X 2 Se + O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SeO 3 + 2X + CO 2 ; el seleniuro se neutraliza con ácido sulfúrico H 2 SO 4 para obtener ácido selénico H 2 SeO 3 ; esto se recupera rociando SO 2 para dar selenio elemental. El polonio y el astato se producen en cantidades insignificantes al irradiar bismuto [538] .

Precios

Los metaloides reconocidos y sus vecinos de mesa más cercanos generalmente valen menos que la plata; solo el polonio y el astato son más caros que el oro debido a su importante radiactividad. A partir del 5 de abril de 2014, los precios de las muestras pequeñas (hasta 100 g) de silicio, antimonio y telurio, así como de grafito, aluminio y selenio, promedian alrededor de un tercio del costo de la plata ($1,5 por gramo o alrededor de $45 por gramo). onza). Las muestras de boro, germanio y arsénico son, en promedio, unas tres veces y media más caras que las de plata [n 42] . El polonio está disponible por alrededor de $100 por microgramo [539] . Zalutsky y Prushinsky [540] estiman costos similares para la producción de astato. Los precios de los artículos relevantes que se venden como productos básicos suelen oscilar entre dos y tres veces más baratos que el precio de la muestra (Ge) hasta casi tres mil veces más baratos (As) [n 43] .

Notas

Comentarios

1. ↑ Vernon RE 2013, '¿Qué elementos son los metaloides?', Journal of Chemical Education, vol. 90, núm. 12, págs. 1703–1707, doi : 10.1021/ed3008457
2. ↑ Jones [45] escribe: “Aunque la clasificación es una característica importante en todas las ramas de la ciencia, siempre hay casos difíciles en los límites. De hecho, el límite de clase rara vez es nítido".
3. ↑ La falta de una separación estándar de elementos en metales, metaloides y no metales no es necesariamente un problema. Hay una transición más o menos continua de los metales a los no metales. Cierto subconjunto de este continuo puede cumplir su propósito específico como cualquier otro [46] .
4. ↑ La eficiencia del empaque de boro es del 38 %; silicio y germanio 34%; arsénico 38,5%; antimonio 41% y telurio 36,4% [50] . 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%) [51] , pero superiores a los de los elementos comúnmente clasificados como no metales. (El galio es inusual para un metal, ya que su eficiencia de empaquetamiento es solo del 39%). [52] . Otros valores notables para los metales son 42,9% para el bismuto [53] y 58,5% para el mercurio líquido [54] .) La eficiencia de empaquetamiento para los no metales es: grafito 17% [55] , azufre 19,2% [56] , yodo 23,9 % [56] , selenio 24,2 % [56] y fósforo negro 28,5 % [53] .
5. ↑ En particular,El "criterio de Goldhammer- Hertzfeld " es la relación de la fuerza que mantiene los electrones de valencia de los átomos individuales en su lugar, con las fuerzas que actúan sobre los mismos electrones como resultado de las interacciones entre los átomos en una sustancia sólida o líquida. Cuando las fuerzas interatómicas son mayores o iguales a la fuerza atómica, los electrones de valencia se separan del núcleo y se predice el comportamiento del metal [58] . De lo contrario, se espera un comportamiento no metálico.
6. ↑ Dado que la relación se basa en argumentos clásicos [60] , no tiene en cuenta el descubrimiento de que el polonio, que tiene un valor de ~ 0,95, crea un tipo de enlace metálico (en lugar de covalente ) al considerar la estructura cristalina utilizando la teoría relativista . [61] . Sin embargo, ofrece, como primera aproximación, fundamentos para predecir la aparición de una naturaleza metálica de los enlaces entre elementos [62].
7. ↑ Jones (2010, pp. 169–171): "Si bien la clasificación es una característica esencial de todas las ramas de la ciencia, siempre hay casos difíciles. El límite de clase rara vez es nítido... Los científicos no deberían perder el sueño debido a los casos difíciles. Mientras el sistema de clasificación sea útil para la descripción económica, para la estructuración del conocimiento y para nuestra comprensión, y los casos difíciles sean una pequeña minoría, manténgalo, si el sistema se vuelve menos útil, deséchelo y reemplácelo por un sistema basado en otros comunes. características."
8. ↑ Oderberg [82] establece, sobre una base ontológica , que todo lo que no es un metal pertenece a los no metales, y que estos incluyen los semimetales (es decir, los metaloides).
9. ↑ Se informa que el copernicio es el único metal que se considera un gas a temperatura ambiente. [88]
10. ↑ Los metales tienen valores de conductividad eléctrica desde 6,9 ​​× 10 3 S cm −1 para el manganeso hasta 6,3 × 10 5 S cm −1 para la plata [92] .
11. ↑ Los metaloides tienen valores de conductividad eléctrica desde 1,5 × 10 −6 S cm • cm -1 para el boro hasta 3,9 × 10 4 para el arsénico [94] . Si se incluye selenio como metaloide, el rango de conductividad aplicable comenzará desde ~10 −9 hasta 10 −12 S • cm −1 [95] .
12. ↑ Los no metales tienen valores de conductividad eléctrica desde ~ 10 −18 Sm • cm -1 para gases elementales hasta 3 × 10 4 en grafito [96] .
13. ↑ Chedd [104] define los metaloides como aquellos que tienen valores de electronegatividad entre 1,8 y 2,2 ( escala de Allred-Rochoe ). En esta categoría incluyó boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio, polonio y astato . Al revisar el trabajo de Chadd, Adler [105] describió esta elección como arbitraria, ya que otros elementos cuya electronegatividad se encuentra en este rango incluyen cobre , plata, fósforo, mercurio y bismuto. Propuso además que un metaloide se defina como un "semiconductor o semimetal" y que el bismuto y el selenio se incluyan en esta categoría.
14. ↑ Un estudio publicado en 2012 sugiere que los vidrios de metal-metaloide se pueden caracterizar por un patrón de empaquetamiento atómico interconectado en el que coexisten estructuras de enlaces metálicos y covalentes . [178]
15. ↑ Estamos hablando de la reacción Ge + 2 MoO 3 → GeO 2 + 2 MoO 2 . La adición de arsénico o antimonio ( donadores de electrones de tipo n ) aumenta la velocidad de la reacción; la adición de galio o indio ( aceptores de electrones tipo p ) lo reduce. [192]
16. ↑ Ellern, en "Military and Civilian Pyrotechnics" (1968), comenta que el negro de carbón "fue utilizado en un simulador de explosión nuclear aerotransportado". [198]
17. ↑ Un ejemplo del uso del término "metaloide" después de 1960 para designar a los no metales Zhdanov, [247] que divide los elementos en metales; elementos intermedios (H, B, C, Si, Ge, Se, Te); y metaloides (de los cuales O, F y Cl son los más típicos).
18. ↑ El boro tiene la banda prohibida más grande (1,56 eV) entre los metaloides (semiconductores) generalmente aceptados. De los elementos más cercanos en la tabla periódica, el selenio tiene la siguiente banda prohibida más grande (alrededor de 1,8 eV), seguido por el fósforo blanco (alrededor de 2,1 eV) [258] .
19. ↑ En 2014, se anunció la síntesis de B 40 borosphereno , "un fullereno distorsionado con un orificio hexagonal en la parte superior e inferior y cuatro orificios heptagonales alrededor de la cintura". [262]
20. ↑ Las partículas de BH 3 y Fe(CO 4 ) en estas reacciones desempeñan el papel de productos de reacción intermedios de vida corta [270] .
21. ↑ Sobre la analogía entre el boro y los metales, Greenwood [272] comentó que: "La medida en que los elementos metálicos imitan al boro (que tienen menos electrones que orbitales disponibles para formar enlaces) ha sido un concepto de consenso fructífero en el desarrollo de la química del metal borano. ..Más Además, los metales fueron llamados "átomos de boro honorarios" o incluso como "átomos de flexibor". Obviamente, la relación inversa también es cierta..."
22. ↑ Se pensó que el enlace en el gas trifluoruro de boro era predominantemente iónico, [276] pero posteriormente se describió como engañoso [277] .
23. ↑ El trióxido de boro B 2 O 3 a veces se describe como (débilmente) anfótero [280] . Reacciona con los álcalis para formar varios boratos. [281] En su forma hidratada (como H 3 BO 3 , ácido bórico ) reacciona con trióxido de azufre , anhídrido sulfúrico para formar bisulfato de B(HSO 3 ) 4 [282] . En su forma pura (anhidra), reacciona con el ácido fosfórico para formar el " fosfato " BPO 4 [283] . Este último compuesto puede considerarse como un óxido mixto de B 2 O 3 y P 2 O 5 [284] .
24. ↑ Los derivados orgánicos de los metaloides se consideran tradicionalmente compuestos organometálicos [286] .
25. ↑ Aunque el SiO 2 se clasifica como un óxido ácido y, por lo tanto, reacciona con los álcalis para formar silicatos, reacciona con el ácido fosfórico para formar ortofosfato de óxido de silicio Si 5 O(PO 4 ) 6 [307] y con el ácido fluorhídrico para formar ácido hexafluorosilícico H 2 SiF 6 [308] . La última reacción "a veces se cita como evidencia de propiedades básicas [es decir, metálicas]" [309] .
26. ↑ Las fuentes que mencionan cationes de germanio incluyen: Powell & Brewer [320] quienes afirman que la estructura del yoduro de cadmio CdI 2 yoduro de germanio GeI 2 confirma la existencia del ion Ge ++ (estructura encontrada de CdI 2 según Ladd, [321] en "muchos haluros, hidróxidos y calcidas de metales"); Everest [322] quien comenta sobre esto, "parece probable que el ion Ge ++ también pueda ocurrir en otras sales germánicas cristalinas como el fosfito , que es similar a la sal de fosfito de estaño , y el fosfato de estaño , que no solo es similar a fosfatos de estaño, pero también sobre fosfato de manganeso ”; Pan, Fu & Huang [323] quienes sugieren la formación de un ion Ge ++ simple cuando se disuelve Ge(OH) 2 en una solución de ácido perclórico , basándose en el hecho de que "ClO4 - tiene poca tendencia a formar complejos con el catión "; Monconduit et al., [324] quienes prepararon una capa o fase compuesta de Nb 3 Ge x Te 6 ( x ;IIcatión0.9) y reportaron que contenía un + (acuoso) existir en suspensiones acuosas diluidas sin aire de monóxido acuoso amarillo... sin embargo, ambos son inestables con respecto a la rápida formación de GeO 2 . n H 2 O"; Rupar et al. [326], que sintetizó el compuesto criptando que contiene el catión Ge 2+ ; y Schwietzer y Pesterfield [327], que escriben que " el monóxido de GeO se disuelve en ácidos diluidos para formar Ge +2 y en diluidos bases para formar GeO 2 -2 , los tres objetos son inestables en el agua". Las fuentes que excluyen los cationes de germanio o aclaran su supuesta existencia incluyen: Jolly y Latimer [328] quienes afirman que "el ion de germanio no se puede estudiar directamente porque no existen partículas de germanio (II) en una concentración apreciable en soluciones acuosas simples"; Lidin [329] quien dice que "[el germanio] no forma cationes acuosos"; Ladd [330] quien señala que la estructura de CdI 2 es "de tipo intermedio entre compuestos iónicos y moleculares"; y Wiberg [331] quien afirma que "se desconocen los cationes de germanio".
27. ↑ El arsénico también se encuentra en su forma pura en la naturaleza (pero rara vez) como un alótropo (arsenolamprita), un semiconductor cristalino con una banda prohibida de alrededor de 0,3 o 0,4 eV. También se puede obtener en forma amorfa semiconductora con una banda prohibida de alrededor de 1,2–1,4 eV [347] .
28. ↑ Las fuentes que mencionan el arsénico catiónico incluyen: Gillespie & Robinson [350], quienes encuentran que "en soluciones muy diluidas en ácido sulfúrico al 100 %, el óxido de arsénico (III) forma sulfato de hidrógeno de arsonilo (III), AsOHO 4 , que se ioniza parcialmente con la formación de el catión AsO + . Ambas especies probablemente existen principalmente en formas solvatadas, por ejemplo, As(OH)(SO 4 et al.Paul+H)4y As(OH)(SO2)H 4 2+ y As 2 2+ cationes durante la oxidación del difluoruro de peroxidisulfurilo de arsénico S 2 O 6 F 2 en un ambiente fuertemente ácido (Gillespie y Passmore [352] observaron que los espectros de estas sustancias son muy similares a S 4 2+ y S 8 2 + y concluyó que "actualmente" no hay evidencia confiable de homopolicationes de arsénico); Van Muylder y Pourbaix, [353] quienes escriben que "As 2 O 3 es un óxido anfótero que es soluble en agua y soluciones con pH 1 a 8 para formar ácido arsenoso no disociado HAsO 2 ; la solubilidad... aumenta por debajo de pH 1 para formar AsO + iones 'arsenilo' ...'; Kolthoff y Elving [354] quienes escriben que 'el catión As 3+ existe hasta cierto punto solo en soluciones fuertemente ácidas, en condiciones menos ácidas se observa toda la tendencia a la hidrólisis , de manera que predomina la forma aniónica”; Moody [355] quien señala que “el trióxido de arsénico, As 4 O 6 y el ácido arsénico H 3 AsO 3 son obviamente anfóteros, pero no tienen cationes, As 3+ , As(OH) 2+ o As(OH) 2 + son conocido"; y Cotton et al. [356] quienes escriben que (en solución acuosa) el catión de arsénico simple As 3+ "puede ocurrir en menor 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 .
29. ↑ Las fórmulas de AsPO 4 y As 2 (SO 4 ) 3 sugieren estados iónicos simples con As 3+ , pero este no es el caso. AsPO 4 "que en realidad es un óxido covalente" se denomina óxido doble en 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 [362] . As 2 (SO 4 ) 3 tiene una estructura en la que cada tetraedro de SO 4 está conectado por dos pirámides trigonales de AsO 3 [363] .
30. ↑ Generalmente se considera que el 2 O 3 es anfótero, pero algunas fuentes dicen que es (débilmente) [366] ácido. Describen sus propiedades "básicas" (su reacción con ácido clorhídrico concentrado para formar tricloruro de arsénico) como alcohólicas, por analogía con la formación de cloruros de alquilo covalentes por alcoholes covalentes (por ejemplo, R-OH + HCl → RCl + H 2 O) [367]
31. ↑ El antimonio también se puede obtener en una forma negra semiconductora amorfa con una banda prohibida calculada (dependiente de la temperatura) de 0,06–0,18 eV [373] .
32. ↑ Lidin [378] 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 ] + .
33. ↑ Solo una pequeña parte del CO 2 disuelto está presente en el agua como ácido carbónico, por lo tanto, aunque el H 2 CO 3 es un ácido moderadamente fuerte, las soluciones de ácido carbónico son ligeramente ácidas [432] .
34. ↑ La regla mnemotécnica que captura los elementos comúnmente conocidos como metaloides es "Arriba, arriba-abajo, arriba-abajo, arriba... ¡estos son metaloides!" ( Español  Arriba, arriba-abajo, arriba-abajo, arriba... ¡son los metaloides! ) [444] .
35. ↑ Rochow , [450] quien más tarde escribió su monografía The metalloids (1966) [451] , comentó: "En algunos aspectos, el selenio actúa como un metaloide y el telurio es definitivamente un metaloide".
36. ↑ Otra opción es incluir astato en ambos grupos de no metales y metaloides. [477]
37. ↑ Una pieza real de astato se vaporizaría inmediata y completamente debido al calor generado por su intensa descomposición radiactiva. [483]
38. ↑ Las fuentes bibliográficas no son consistentes en cuanto a si el boro es conductor metálico en forma líquida. Krishnan et al. [485] descubrió que el boro líquido se comporta como un metal. Glorieux et al. [486] caracterizó el boro líquido como un semiconductor basado en su baja conductividad eléctrica. Millot et al. [487] informó que la emisividad del boro líquido no coincide con la emisividad del metal líquido.
39. ↑ Korenman [491] 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 ".
40. ↑ La separación entre moléculas en capas de yodo (350 pkm) es mucho menor que la separación entre capas de yodo (427 pkm; cf. el doble del radio de van der Waals de 430 pkm). [503] Se cree que esto es causado por interacciones electrónicas entre las moléculas en cada capa de yodo, que a su vez determinan sus propiedades semiconductoras y su apariencia brillante. [504]
41. ↑ El fósforo blanco es la forma menos estable y más reactiva [516] . También es el alótropo más común, industrialmente importante [517] y fácilmente reproducible, y por estas tres razones se considera el estado estándar del elemento [518] .
42. ↑ En comparación, los precios estimados del oro comienzan en unas treinta y cinco veces el precio de la plata. Basado en precios de muestra de B, C, Al, Si, Ge, As, Se, Ag, Sb, Te y Au disponibles en el sitio web de Alfa Aesa ; buen compañero ; metalio ; y United Nuclear Scientific .
43. ↑ Basado en los precios al contado de Al, Si, Ge, As, Sb, Se y Te disponibles en línea en FastMarkets: Minor Metals ; Mercados Rápidos: Metales Base ; EnergyTrend: estado del mercado fotovoltaico, polisilicio ; y Metal-Pages: Precios del metal arsénico, noticias e información .

 

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9. ↑ Las siguientes son definiciones y extractos de definiciones de varios autores que ilustran aspectos de la definición general:
   • “En química, un metaloide es un elemento que tiene propiedades intermedias entre los metales y los no metales.” [3] ;
   • “Entre los metales y los no metales en la tabla periódica, encontramos los elementos & nbsp; … [que] comparten algunas propiedades características tanto de los metales como de los no metales, lo que dificulta ubicarlos en cualquiera de estas dos categorías principales”. [4] ;
   • "Los químicos a veces usan el nombre de metaloide... para estos elementos que son difíciles de clasificar de todos modos" [5] ;
   • “Dado que los signos que distinguen a los metales de los no metales son cualitativos, algunos elementos no caen inequívocamente en ninguna de las categorías. Estos elementos… se llaman metaloides…” [6] .
   En un sentido más amplio, los metaloides se denominan:
   • "elementos que ... son un cruce entre metales y no metales" [7] o
   • "extraños elementos intermedios" [8] .
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15. ↑ El oro , por ejemplo, tiene propiedades mixtas, pero aún se lo considera el "rey de los metales". Además de las propiedades metálicas (como alta conductividad eléctrica y formación de cationes ), el oro exhibe propiedades no metálicas:
    • tiene el potencial de electrodo más alto ;
    • tiene la tercera energía de ionización más alta entre los metales (después del zinc y el mercurio );
    • tiene la afinidad electrónica más baja ;
    • su electronegatividad de 2,54 es la más alta entre los metales y supera a algunos no metales ( hidrógeno 2,2, fósforo 2,19 y radón 2,2);
    • forma el anión áurido Au- , actuando así como un halógeno ;
    • a veces exhibe una propiedad conocida como " aurofilia ", es decir, una tendencia a formar fusiones entre sus propios átomos [12] .
    Para conocer el rendimiento de los halógenos, consulte Belpassi et al. [13] quienes concluyen que en los áuridos MAu (M = Li–Cs ), el oro “se comporta como un halógeno, con propiedades intermedias entre el Br y el I ”; ver también Schmidbaur y Schier [14] para aurofilia .
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63. ↑ Hill y Holman 2000, pág. 41 . Caracterizan a los metaloides (en parte) sobre la base de que son "malos conductores de la electricidad, con una conductividad eléctrica típicamente inferior a 10 −3 pero superior a 10 −5 S ⋅ cm −1 ".
64. ↑ Bono 2005, pág. 3 : “Uno de los criterios para distinguir los semimetales de los metales verdaderos en condiciones normales es que el número de coordinación volumétrica de los primeros nunca exceda de ocho, mientras que para los metales suele ser de doce (o más, si además se tienen en cuenta para una estructura cúbica centrada en el cuerpo de los vecinos de al lado).
65. ↑ Jones 2010, pág. 169
66. ↑ Masterton y Slowinski 1977, pág. 160 enumera B, Si, Ge, As, Sb y Te como metaloides y señala que Po y At generalmente se clasifican como metaloides, pero agrega que esto es arbitrario porque se sabe poco sobre sus propiedades.
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69. ↑ El selenio tiene una energía de ionización (IE) de 225 kcal/mol (941 kJ/mol) y en ocasiones se describe como un semiconductor. Tiene una electronegatividad relativamente alta de 2,55 (EN). El polonio tiene una IE de 194 kcal/mol (812 kJ/mol) y 2,0 EN, pero tiene una estructura de bandas metálicas [67] . Astatine tiene un IE de 215 kJ/mol (899 kJ/mol) y EN 2.2 [68] . Su estructura de bandas electrónicas no se conoce con exactitud.
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110. ↑ Olmsted y Williams [109] señalaron que "hasta hace poco, el interés por las propiedades químicas de los metaloides consistía principalmente en hechos aislados, como la naturaleza venenosa del arsénico y el valor terapéutico moderado del bórax. Sin embargo, con el desarrollo de los semiconductores metaloides, estos elementos se han convertido en uno de los más comunes y estudiados en detalle.
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424. ^ Para el sulfato, el método de preparación es la oxidación directa (cuidadosa) de grafito en ácido sulfúrico concentrado con un agente oxidante , como ácido nítrico , trióxido de cromo o persulfato de amonio ; en este caso, el ácido sulfúrico concentrado actúa como un solvente inorgánico no acuoso .
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Tabla periódica
Dmitri Ivanovich Mendeleiev Ley periódica Grupos de elementos
Formatos	corto por bloques Extendido engrandecido Configuraciones electronicas Electronegatividad Alternativa Isótopos de elementos
Listas de artículos por	...Nombre ... Etimologías ...hora de apertura ...estados de oxidación ... Dureza ... Prevalencia en el hombre : oligoelementos macronutrientes organógenos ... El valor de los potenciales electroquímicos estándar
Grupos	una 2 3 cuatro 5 6 7 ocho 9 diez once 12 13 catorce quince dieciséis 17 Dieciocho
Períodos	una 2 3 cuatro 5 6 7 ocho
Familias de elementos químicos	no metales Semimetales (metaloides) Rieles elementos intransitivos metales de transición Metales posteriores a la transición metales de transicion interna lantánidos actínidos transuranio metales de supertransición metales ligeros Metales pesados Elementos superpesados ​​(transactinoides) metales refractarios metales del grupo del platino metales nobles Metales no ferrosos elementos radiactivos elementos artificiales Items raros extraños elementos de la Tierra Oligoelementos Elementos monoisotópicos Elementos poliisotópicos
Bloque de tabla periodica	elementos s p-elementos elementos d elementos f g-elementos
Otro	Contracción de lantánidos contracción actinoide Elementos previstos Símbolos de elementos químicos lista
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