Metaloidler – Tanım, Özellikler ve Uygulamalar

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Metaloidler Nedir?

Metaloidler şu özelliklere sahip ayırt edici elementlerdir metaller ve ametaller arasında orta düzeyde özelliklere sahiptir. Bu ara özellikler arasında elektronegatiflik, yoğunluk, iyonlaşma enerjisi, mukavemet, termal iletkenlik, erime noktası ve elektrik iletkenliği bulunmaktadır.

Metaloidlerde bulunan belirli fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler, onları yarı iletkenler ve güneş enerjisi üretimi gibi özel uygulamalar için ideal hale getirir. Ayrıca, ilaçlar, herbisitler ve insektisitler de dahil olmak üzere çeşitli genel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Metaloidlerin ara özelliklerinin nedenlerinden biri dış kabuklarındaki değerlik elektronlarının sayısıdır. Metaller tipik olarak dış kabuklarında bir ila üç elektrona sahipken, ametaller dört ila yedi elektrona sahiptir. Metaloidler, değerlik kabuklarında üç ila altı elektron içerir ve bu da metallerle metaller arası bileşikler (iyonik bağlar) ve ametallerle kovalent bağlar oluşturmalarını sağlar.

Bazı kaynaklarda altı metaloid element tanımlanırken, diğerlerinde bu sayı sekize kadar çıkmaktadır. Metaloid grubunda yaygın olarak tanınan elementler şunlardır bor (B), arsenik (As), silikon (Si), antimon (Sb), polonyum (Po), tellür (Te), germanyum (Ge) ve astatin (At).

Periyodik Tablodaki Metaloidler

Metaloidler bir zigzag çizgi periyodik tablonun p bloğunda, yani tablonun sağ tarafındaki yükseltilmiş bölümde yer alır. Bu zikzak çizgi 13. gruptaki bordan başlar, çapraz olarak silisyuma gider ve daha sonra 17. gruptaki astatine kadar basamak şeklinde devam eder. Gruplar, periyodik tablodaki sütunların numaralandırılmasını ifade eder.

Zikzak metaloid çizgisinin sol tarafında metaller bulunur (hidrojen hariç). Sağ tarafta ise ametaller var. Bu nedenle metaloidler metaller ve ametaller arasında bir ayrım çizgisi oluşturur periyodik tabloda.

Metaloidlerin Genel Özellikleri

Metaloidler, diğer elementlerde bulunmayan benzersiz bir özellik kombinasyonu sergiler. Bu özelliklerden bazıları şunlardır:

Değişken Elektriksel İletkenlik

Metaloidlerin elektrik iletkenliği, metaller ve ametaller arasında kalan orta düzeydedir. Bu durum, yarı metaller veya yarı iletkenlerinkine benzeyen elektronik bant yapılarına bağlanmaktadır.

Ancak, şunları yapabiliriz katkılama yoluyla iletkenliklerini artırmak. Bu süreç, modern bilgi işlem için temel olan diyotlar, transistörler ve entegre devreler gibi temel elektronik bileşenlerin oluşturulmasını sağlar.

Görünüş

Metaloidler metalik bir görünüme sahiptir ve oda sıcaklığında katıdır. Parlak, yansıtıcı yüzeyleri genellikle metal olarak yanlış tanımlanmalarına neden olur. Bu metalik parlaklık, aynı zamanda isimlerinin kökeninin de arkasındaki nedendir; metaloid Latince/Yunanca’da metal benzeri anlamına gelir.

Termal İletkenlik

Metaloidler, metal olmayanlardan daha yüksek ancak metallerden daha düşük olan orta derecede termal iletkenlik sergilerler. Sekiz metaloid arasında bile, termal iletkenlik önemli ölçüde değişir. Bazı metaloidler etkili ısı iletkenleri iken, diğerleri neredeyse mükemmel yalıtkanlar olarak işlev görür. Bu özellik, bazı metaloidlerin termoelektrik cihazlarda kullanılmasına olanak tanır.

Kırılganlık

Metallerin aksine, metaloidler süneklik ve işlenebilirlik gibi fiziksel özelliklere sahip değildir. Kolayca kırılırlar ve yapısal uygulamalar için gereken mukavemetten yoksundurlar.

Kimyasal Reaktivite

Metaloidler metaller ve ametaller ile oldukça reaktiftir. Onlar metal alaşımlarında katkı maddesi olarak yaygın için geçiş metallerinin özelliklerini geliştirerek daha fazla mukavemet ve gelişmiş korozyon direnci gibi faydalar sağlar.

Metaloidler, metal olmayanlarla elektronları paylaşarak kovalent bağlar oluşturur. Halojenlerle reaksiyonları bor triflorür, antimon trioksit ve silisyum tetrahalit gibi bileşikler oluşturur.

Yaygın Metaloidler ve Uygulamaları

Tüm metaloidler belirli ortak özellikleri paylaşır; ancak halojenler, alkali metaller veya toprak alkali metaller gibi diğer element gruplarının aksine, her metaloid aynı zamanda benzersiz özelliklere sahiptir. Bu çeşitlilik, metaloidlerin geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmasına olanak tanır.

Bor (B)

Bor, yerkabuğunun ağırlık olarak yaklaşık %0,001’ini oluşturan siyah, parlak bir metaloiddir. Bu bir tüm metaloidlerin en zoru ve sergiler mükemmel ısı direnci. Mohs sertlik değeri 9,3 olup, bilinen en sert malzeme olan elmas için bu değer 10’dur.

Bor, çeşitli uygulamaları olan çok yönlü bir elementtir. Bunlardan biri, yüksek ısı ve kimyasal dirence sahip özel bir cam olan borosilikat camı üretmektir. Ayrıca alev geciktiriciler, kozmetikler, böcek ilaçları ve deterjan üretiminde de kullanılır.

Nikel-bor alaşımları, nikel bazlı süper alaşımlar, özel çelikler ve kaynak alaşımları gibi alaşımları oluşturmak için ana alaşım olarak kullanılır.

Bor aynı zamanda silikon katkılamada da önemli bir rol oynar. Katkılama, modern bilgi işlem için vazgeçilmez olan silikon bazlı yarı iletkenleri üretmemizi sağlar.

Silisyum (Si)

Silisyum en iyi bilinen metaloiddir ve Dünya’da en bol bulunan ikinci elementoksijenden sonra gelir. Ağırlık olarak yerkabuğunun yaklaşık %27’sini oluşturur.

Genellikle ortam sıcaklıklarında inerttir, ancak reaktivitesi sıcaklıkla birlikte artar. Oksijenle birleşerek çoğu kil, kaya, kum ve toprakta bulunan silikayı (silikon dioksit) oluşturur. Çoğu metal ve metalik alaşımla birleşerek akışkanlık, korozyon direnci, mukavemet ve ısı direnci gibi özellikler kazandırır.

Silika ve saf silikon, modern bilgi işlemde temel malzemelerdir. Silika üretmek için kullanılır elektrik enerjisi depolayan kapasitörler devrelerde. Üretimde kullanılan silikon kritik elektronik çip bileşenleridaha küçük, daha hızlı ve daha güçlü elektronik cihazlar yaratmamızı sağlıyor.

Germanyum (Ge)

Periyodik tabloda silikonun hemen altında, atom numarası 32 olan metaloid germanyum bulunur.

Germanyum, arsenik ve antimon gibi diğer metaloidlerden daha bol miktarda bulunur. Ancak, onun diğer elementlerle yüksek reaktivite doğada elementel formda bulunmadığı anlamına gelir. Oda sıcaklığında germanyum sert ve kırılgan bir yapıya sahiptir ve hava ile reaksiyona girmez. Ancak sıcaklık arttıkça reaktivitesi de artar ve yaklaşık 600-700 santigrat derecede (1000-1100 derece Fahrenheit) oksit oluşumuna yol açar.

Germanyum, silikona göre daha az oranda da olsa yarı iletken uygulamalarında da kullanılmaktadır. Ayrıca, tıp ve madeni para üretiminde de uygulamaları vardır.

Arsenik (As)

Grup 15’e ait olan ve atom numarası 33 olan kimyasal element arsenik, aşağıdaki özellikleriyle bilinen bir metaloiddir zehirli doğa. Oda sıcaklığında arsenik stabildir ve hava ile reaksiyona girmez. Bununla birlikte, nem varlığında oksitlenerek sonunda siyaha dönüşen altın-bronz bir kararmaya neden olur.

Gıda ve su yoluyla uzun süre arseniğe maruz kalmak kanser de dahil olmak üzere ciddi hastalıklara yol açabilir. Bununla birlikte, arseniğin bazı organizmalar için temel bir eser element olduğunu belirtmek gerekir. Hem faydalı hem de zararlı biyolojik ajanların üretiminde doğrudan ve dolaylı bir rol oynar.

Arsenik ayrıca cam imalatı, yarı iletken üretimi, tarım kimyasalları ve madencilik gibi diğer sektörlerde de kullanılmaktadır.

Antimon (Sb)

Atom numarası 51 olan antimon, periyodik tablonun 15. grubunda, arseniğin hemen altında bulunur. Bu bir sert ve kırılgan yapıgümüşi bir görünüm ile karakterize edilir.

Antimonun çoğu sülfür minerali olan stibnitten elde edilir ve Çin, Rusya, Bolivya ve Kırgızistan antimon rezervlerinin çoğuna sahiptir. Ayrıca Çin, dünyanın en büyük antimon üreticisidir.

Antimon geleneksel olarak tıbbi ve kozmetik uygulamalarda kullanılmıştır. Zamanla alev geciktirici malzemeler, boyalar, piller, cam, çömlekçilik, optik depolama ortamı ve diyotlar ve kızılötesi dedektörler gibi yarı iletken cihazların üretiminde de değerli hale gelmiştir.

Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri için antimon, %100’ü ithal edildiği için kritik bir elementtir. Tedarikte yaşanacak bir kesinti otomotiv, inşaat ve savunma gibi temel sektörleri ciddi şekilde etkileyebilir.

Tellür (Te)

Tellür, ilk olarak altın madenlerinde altın tellür (diğer adıyla kalaverit) olarak keşfedilen nadir, gümüşi beyaz bir metaloiddir. Milyar başına 1 parça (kilogram başına 1 mikrogram) bolluğu ile tellür platin kadar nadir.

Bugüne kadar tellürün büyük ölçekli uygulamaları tespit edilmemiştir. Endüstride tellür öncelikle bir alaşım elementi olarak ve güneş panelleri ve termoelektrik cihazların üretiminde kullanılır.

Polonyum (Po)

Polonyum bir radyoaktif metal Bazen bir metaloid olarak sınıflandırılır. Hiçbiri kararlı olmayan ve hepsi radyoaktif olan 42 izotopu vardır. Polonyum izotoplarının yarı ömrü Po-205m4 için 115 nanosaniye (saniyenin milyarda biri) ile Po-209 için 124 yıl arasında değişmektedir.

Polonyumun, hepsi radyoaktif özelliklerini kullanan çeşitli uygulamaları vardır. Bunlardan bazıları şunlardır:

1. Uzay uçuşları için termoelektrik jeneratör olarak
2. Statik yükü ortadan kaldırmak için antistatik bir cihaz olarak
3. Berilyum ile birlikte bir nötron kaynağı olarak

Astatin (At)

Bununla birlikte, astatin genellikle bir metaloid olarak sınıflandırılır, bazı sınıflandırmalar onu ametal olarak sınıflandırır. Flor, klor, brom ve iyottan önce gelen halojen grubunun sondan ikinci elementidir ve bu elementlerle birçok ortak özellik gösterir.

Astatin yüksek derecede radyoaktifve kapsamlı bir analiz için yeterli miktarda sentezlenmediği için özellikleri henüz ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Ayrıca, o kadar çabuk süblimleşir ki bir saat içinde yarısını kaybedebilirsiniz.

Astatine sınırlı uygulamalar Radyoaktivitesi ve kısa yarılanma ömrü nedeniyle. Bununla birlikte, öncelikle radyoaktif bir izleyici olarak ve tiroid kanseri tedavisinde olmak üzere araştırmalarda kullanılmıştır.

Sonuç

Metaloidler, metaller ve ametaller arasındaki boşluğu dolduran önemli bir element grubudur. Metal ve ametal özelliklerinin birleşimi, tarımdan optik depolama ve optoelektroniğe kadar çok çeşitli endüstrilerde kullanılmalarını sağlar.

Özellikle yarı iletken özellikleri, teknolojiyi ve modern bilgisayar kullanımını önemli ölçüde geliştirmiştir. Arsenik gibi bazı metaloidler toksiktir, ancak kontrollü kullanımları çeşitli sektörlerde benzersiz faydalar sağlar.

Yukarıdaki nedenlerden dolayı, metaloidlere olan talebin artması beklenmektedir. Ancak, Bazı metaloidlerin kıtlığı onları kritik elementler haline getirmiştir. Örneğin, antimon üretimi mevcut kaynakların hızla tükenmesi ve yeni ikame maddelerin keşfedilmemesi nedeniyle azalmaktadır.

Bu durum, metaloidler için sürdürülebilir kaynakların belirlenmesini giderek daha önemli hale getirmiştir. Metaloidlerin araştırılması, korunması ve geri dönüştürülmesi için çalışmalar devam etmektedir.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.