메탈로이드 – 정의, 속성 및 응용 분야

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메탈로이드란 무엇인가요?

메탈로이드는 다음과 같은 특징적인 요소입니다. 금속과 비금속의 중간 특성을 지닌 원소입니다.. 이러한 중간 특성에는 전기 음성도, 밀도, 이온화 에너지, 강도, 열전도도, 융점 및 전기 전도도가 포함됩니다.

메탈로이드에서 발견되는 특정한 물리적, 화학적, 기계적 특성으로 인해 반도체 및 태양광 발전과 같은 특수 응용 분야에 이상적입니다. 또한 의약품, 제초제, 살충제 등 다양한 일반 응용 분야에서도 널리 활용되고 있습니다.

금속로이드의 중간 성질을 갖는 이유 중 하나는 외부 껍질에 있는 원자가 전자의 수입니다. 금속은 일반적으로 외피에 1~3개의 전자를 가지고 있는 반면, 비금속은 4~7개의 전자를 가지고 있습니다. 메탈로이드는 원자가 껍질에 3~6개의 전자를 포함하고 있어 금속과 금속 간 화합물(이온 결합)을 형성하고 비금속과 공유 결합을 형성할 수 있습니다.

어떤 출처에서는 6개의 메탈로이드 원소를 식별하는 반면, 다른 출처에서는 8개의 원소를 인식합니다. 메탈로이드 그룹에서 일반적으로 인식되는 원소는 다음과 같습니다. 붕소(B), 비소(As), 실리콘(Si), 안티몬(Sb), 폴로늄(Po), 텔루륨(Te), 게르마늄(Ge), 아스타틴(At).

주기율표의 금속원소

메탈로이드는 지그재그 선 은 주기율표의 p-블록에서 오른쪽에 있는 돌출된 부분입니다. 이 지그재그 선은 13족의 붕소에서 시작하여 대각선으로 실리콘으로 이동한 다음 17족의 아스타틴까지 계단식으로 이어집니다. 그룹은 주기율표에서 열의 번호를 나타냅니다.

지그재그 메탈로이드 선의 왼쪽에는 수소를 제외한 금속이 있습니다. 오른쪽에는 비금속이 있습니다. 따라서 메탈로이드는 금속과 비금속을 구분하는 선을 만듭니다. 주기율표에서.

메탈로이드의 일반적인 특성

메탈로이드는 다른 원소에는 존재하지 않는 고유한 속성 조합을 나타냅니다. 이러한 속성 중 일부는 다음과 같습니다:

가변 전기 전도도

메탈로이드의 전기 전도도는 금속과 비금속의 중간 정도입니다. 이는 반금속 또는 반도체와 유사한 전자 밴드 구조에 기인합니다.

하지만 도핑을 통해 전도성을 향상시킬 수 있습니다.. 이 과정을 통해 현대 컴퓨팅의 기본이 되는 다이오드, 트랜지스터 및 집적 회로와 같은 필수 전자 부품을 만들 수 있습니다.

외관

메탈로이드는 금속성 외관을 가지며 상온에서 고체 상태입니다. 반짝이고 반사되는 표면 때문에 종종 금속으로 오인되기도 합니다. 이 금속성 광택이 메탈로이드라는 이름의 유래이기도 합니다; 메탈로이드는 라틴어/그리스어로 금속과 비슷하다는 뜻입니다.

열 전도성

메탈로이드는 비금속보다는 높지만 금속보다는 낮은 중간 정도의 열전도율을 나타냅니다. 8가지 메탈로이드 중에서도 열전도도는 매우 다양합니다. 어떤 메탈로이드는 효과적인 열 전도체이고, 어떤 메탈로이드는 거의 완벽한 단열재 역할을 합니다. 이러한 특성 덕분에 열전 소자에 특정 메탈로이드를 사용할 수 있습니다.

취성

금속과 달리 메탈로이드는 연성 및 가단성이라는 물리적 특성을 가지고 있지 않습니다. 쉽게 부러지고 구조적 용도에 필요한 강도가 부족합니다.

화학적 반응성

메탈로이드는 금속 및 비금속과 상당히 반응합니다. 이들은 다음과 같습니다. 금속 합금에 첨가제로 흔히 사용됩니다. 에 전이 금속의 특성을 향상시켜 강도 증가 및 내식성 향상과 같은 이점을 제공합니다.

금속로이드는 비금속과 전자를 공유하여 공유 결합을 형성합니다. 이들은 할로겐과 반응하여 삼불화붕소, 삼산화안티몬, 사염화규소와 같은 화합물을 형성합니다.

일반적인 메탈로이드와 그 응용

모든 메탈로이드는 특정 공통 특성을 공유하지만 할로겐, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 같은 다른 원소 그룹과 달리 각 메탈로이드는 고유한 특성도 가지고 있습니다. 이러한 다양성 덕분에 메탈로이드를 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.

붕소(B)

붕소는 지각의 약 0.001%를 차지하는 검은색의 광택이 나는 금속으로, 무게 기준으로 지각의 약 0.001%를 차지합니다. 붕소는 모든 금속 중 가장 단단한 및 전시 뛰어난 내열성. 모스 경도 값은 9.3으로 가장 단단한 재료로 알려진 다이아몬드의 10에 비해 훨씬 높습니다.

붕소는 다양한 용도로 사용되는 다재다능한 원소입니다. 그중 하나는 내열성과 내화학성이 높은 특수 유리인 붕규산 유리를 생산하는 데 사용됩니다. 또한 난연제, 화장품, 살충제 및 세제 생산에도 사용됩니다.

니켈-붕소 합금은 니켈 기반 초합금, 특수강 및 용접 합금과 같은 합금을 형성하기 위해 마스터 합금으로 사용됩니다.

붕소는 실리콘 도핑에도 중요한 역할을 합니다. 도핑을 통해 현대 컴퓨팅에 없어서는 안 될 실리콘 기반 반도체를 생산할 수 있습니다.

실리콘(Si)

실리콘은 가장 잘 알려진 메탈로이드이자 지구상에서 두 번째로 풍부한 원소입니다.산소에 이어 두 번째로 풍부한 원소입니다. 무게 기준으로 지구 지각의 약 27%를 구성합니다.

일반적으로 상온에서는 불활성이지만, 온도에 따라 반응성이 증가합니다. 산소와 결합하여 대부분의 점토, 암석, 모래, 토양에서 발견되는 실리카(이산화규소)를 형성합니다. 실리카는 대부분의 금속 및 금속 합금과 결합하여 유동성, 내식성, 강도 및 내열성과 같은 특성을 부여합니다.

실리카와 순수 실리콘은 현대 컴퓨팅에서 필수적인 소재입니다. 실리카는 다음을 생산하는 데 사용됩니다. 전기 에너지를 저장하는 커패시터 회로에 사용됩니다. 제조에 사용되는 실리콘 중요한 전자 칩 부품를 통해 더 작고, 더 빠르고, 더 강력한 전자 기기를 만들 수 있습니다.

게르마늄(Ge)

주기율표에서 실리콘 바로 아래에는 원자 번호가 32인 금속 게르마늄이 있습니다.

게르마늄은 비소나 안티몬과 같은 다른 메탈로이드보다 더 풍부합니다. 그러나 다른 원소와의 높은 반응성 자연계에서 원소 형태로 발견되지 않는다는 의미입니다. 상온에서 게르마늄은 단단하고 부서지기 쉬운 구조를 가지며 공기와 반응하지 않습니다. 그러나 온도가 높아지면 반응성도 증가하여 섭씨 약 600-700도(화씨 1000-1100도)에서 산화물이 형성됩니다.

게르마늄은 실리콘보다는 덜하지만 반도체 응용 분야에도 사용됩니다. 또한 의약품과 동전 생산에도 사용됩니다.

비소(As)

화학 원소 비소는 원자 번호 15족에 속하며 원자 번호가 33인 비소는 다음과 같은 특징이 있는 금속으로 알려져 있습니다. 독성이 있는. 비소는 실온에서 안정적이며 공기와 반응하지 않습니다. 그러나 습기가 있으면 산화되어 금빛 청동 변색을 일으키고 결국 검은색으로 변합니다.

음식과 물을 통해 비소에 장기간 노출되면 암을 비롯한 심각한 질병을 일으킬 수 있습니다. 그러나 비소는 일부 유기체에 필수적인 미량 원소라는 점에 주목할 필요가 있습니다. 비소는 유익한 생물학적 물질과 유해한 생물학적 물질을 생성하는 데 직간접적인 역할을 합니다.

비소는 유리 제조, 반도체 생산, 농약 및 광업과 같은 다른 분야에서도 사용됩니다.

안티몬(Sb)

원자 번호 51인 안티몬은 주기율표의 15족에 속하며 비소 바로 아래에 있습니다. 그것은 단단하고 부서지기 쉬운 구조은빛 외관이 특징입니다.

대부분의 안티몬은 황화물 광물인 스티브나이트에서 추출되며, 중국, 러시아, 볼리비아, 키르기스스탄이 안티몬 매장량의 대부분을 보유하고 있습니다. 게다가 중국은 세계 최대 안티몬 생산국입니다.

안티몬은 전통적으로 의약 및 화장품 용도로 사용되어 왔습니다. 시간이 지남에 따라 난연성 물질, 페인트, 배터리, 유리, 도자기, 광학 저장 매체, 다이오드 및 적외선 감지기 같은 반도체 장치 생산에서도 가치가 높아졌습니다.

유럽과 미국의 경우 안티몬을 100% 수입하기 때문에 안티몬은 매우 중요한 요소입니다. 공급이 중단되면 자동차, 건설, 방위산업과 같은 필수 산업에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

텔루륨(Te)

텔루륨은 금 광산에서 금 텔루라이드(일명 칼라베라이트)로 처음 발견된 희귀한 은백색 금속입니다. 10억 분의 1(킬로그램당 1마이크로그램)의 풍부한 양을 가진 텔루륨은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다. 백금만큼 희귀한.

현재까지 텔루륨의 대규모 적용 사례는 확인되지 않았습니다. 산업계에서 텔루륨은 주로 합금 원소 및 태양 전지판과 열전 장치 생산에 사용됩니다.

폴로늄(Po)

폴로늄은 방사성 금속 금속으로 분류되기도 합니다. 폴로늄은 42개의 동위원소를 가지고 있으며, 그 중 안정한 동위원소는 없고 모두 방사성입니다. 폴로늄 동위원소의 반감기는 Po-205m4의 경우 115나노초(10억분의 1초)에서 Po-209의 경우 124년입니다.

폴로늄은 방사능 특성을 이용하는 여러 가지 응용 분야가 있습니다. 그중 일부는 다음과 같습니다:

1. 우주 비행용 열전 발전기로서
2. 정전기를 제거하는 정전기 방지 장치로
3. 베릴륨과 결합한 중성자 소스로서

아스타틴(At)

그러나 아스타틴은 일반적으로 메탈로이드로 분류됩니다, 일부 분류에서는 비금속으로 분류하기도 합니다.. 불소, 염소, 브롬, 요오드에 이어 할로겐 그룹에서 두 번째로 마지막에 있는 원소이며, 이들 원소와 몇 가지 공통된 특성을 나타냅니다.

아스타틴은 방사능이 높은이며, 철저한 분석을 위해 충분한 양으로 합성된 적이 없기 때문에 아직 그 특성에 대해 자세히 연구되지 않았습니다. 게다가 한 시간 안에 절반을 잃을 정도로 빠르게 승화합니다.

아스타틴은 제한된 응용 프로그램 방사능과 반감기가 짧기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 주로 방사성 추적자 및 갑상선암 치료와 같은 연구에 활용되고 있습니다.

결론

메탈로이드는 금속과 비금속 사이의 간극을 메우는 중요한 원소 그룹입니다. 금속과 비금속의 특성을 결합하여 농업부터 광학 저장 및 광전자에 이르기까지 매우 다양한 산업에서 사용할 수 있습니다.

특히 반도체 특성으로 인해 기술과 최신 컴퓨팅이 크게 발전했습니다. 비소와 같은 일부 금속로이드는 독성이 있지만, 이를 잘 조절하여 사용하면 다양한 분야에서 비교할 수 없는 이점을 제공합니다.

위와 같은 이유로 메탈로이드에 대한 수요는 증가할 것으로 예상됩니다. 하지만 특정 메탈로이드의 희소성으로 인해 메탈로이드는 중요한 요소가 되었습니다.. 예를 들어, 안티몬은 기존 자원이 빠르게 고갈되고 있고 새로운 대체재가 발견되지 않아 생산량이 감소하고 있습니다.

이로 인해 지속 가능한 메탈로이드 공급원을 찾는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 메탈로이드를 연구, 보존, 재활용하기 위한 노력이 진행 중입니다.

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