Métalloïdes: caractéristiques, propriétés et utilisations

Les métalloïdes ou semi-métaux sont un groupe d'éléments chimiques ayant des propriétés physiques et chimiques intermédiaires entre les métaux et les non-métaux. La plupart des chercheurs en chimie acceptent les éléments chimiques suivants comme métalloïdes: bore, silicium, arsenic, germanium, antimoine et tellure (en vert dans l'image ci-dessous).

Cependant, un groupe plus restreint de chercheurs ajoute du polonium, de l’astatine (bleu) et du sélénium (rose) aux métalloïdes.

Même, sur la base de certaines propriétés, ils suggèrent que les éléments chimiques carbone et aluminium (jaune) devraient également être considérés comme des métalloïdes.

Principales caractéristiques des métalloïdes

Situation dans le tableau périodique

Les métalloïdes se trouvent dans le tableau périodique suivant une diagonale descendante entre les colonnes 13, 14, 15, 16 et 17, en commençant par le bore dans le coin supérieur gauche et en terminant par la astatine dans le coin inférieur droit.

Les métaux sont situés à gauche des métalloïdes et les non-métaux à droite; ils représentent donc la limite entre les deux types de matière.

Ils forment des alliages avec des métaux

Les métalloïdes forment des alliages avec des métaux et réagissent avec des non-métaux, par exemple avec l'oxygène, le soufre et les halogènes.

Semi-conducteurs électriques

Pour la plupart, ils sont considérés comme des semi-conducteurs électriques, leur conductance étant fonction de la température. À basse température, la conductance électrique est faible et ils servent donc d'isolants électriques, mais à mesure qu'ils chauffent, leur capacité à conduire l'électricité augmente.

Base de l'industrie électronique

Les semi-conducteurs sont la base du développement de l’industrie électronique, ainsi que celle du calcul et de l’informatique. En outre, l'application faite de silicium a été très utile dans ce domaine.

États allotropiques

Les métalloïdes ont différents états allotropiques (différentes formes cristallines); Par exemple, l'arsenic présente des cristaux noirs, jaunes ou gris.

Dans la nature, on ne les trouve généralement pas sous forme d'éléments chimiques purs, mais plutôt associés ou formant des agrégats dans des minéraux avec le plomb, le soufre, le fer, etc.

Propriétés physiques et chimiques

Propriétés physiques

Ils apparaissent comme des solides brillants. Dans cet aspect, ils ressemblent à des métaux. Ils sont fragiles et peu élastiques. Ils ne peuvent donc pas être étirés sous forme de fil, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas très ductiles. De plus, sa transformation en feuilles est difficile, de sorte que les métalloïdes ne sont pas très malléables.

Ils sont capables de conduire l'électricité et la température bien que dans une moindre mesure que les métaux. Dans les métalloïdes, il y a des éléments chimiques qui, sur la base de leurs structures de bande, sont classés comme semi-conducteurs.

Ce groupe comprend le bore, le silicium, le germanium et l'antimoine. L'arsenic et le tellure sont classés en tant que semi-métaux.

Points de fusion

Boro 2, 076º C; Silicium 1.414º C; Germanium 938, 25 ° C; Arsenic 817 ° C; Antimoine 630, 13 ° C; Tellure 449, 51º C et Polonium 254º C.

Points d'ébullition

Bore 3, 927 ° C; Silicium 3265 ° C; Germanium 2 833 ° C; Arsenic 614 ° C; Antimoine 1 587 ° C; Telurio 988º C et Polonio 962º C

Densités

Bore 2, 34 g / cm3: silicium 2, 33 g / cm3; Germanium 5 323 g / cm3; Arsenic 5 727; Antimoine 6, 697 g / cm3; Telurium 6, 24 g / cm3 et Polonium 9, 32 g / cm3.

Propriétés chimiques

Ils se comportent de manière similaire aux non-métaux, forment des oxacides tels que SiO ₂ et ont un comportement amphotère. Les métalloïdes peuvent se comporter comme un acide ou une base en fonction du pH du milieu.

Utilisations

Sur les êtres vivants

- L'arsenic est utilisé en agriculture comme insecticide et herbicide. En outre, il est utilisé pour le placer sous forme de poudre ou de solution liquide sur le bétail afin d'éliminer les insectes et les parasites de l'animal. L'arséniate de calcium est utilisé pour éliminer le charançon de la capsule de coton.

-L'arsenic est utilisé comme agent de conservation du bois en raison de sa toxicité pour les insectes et les champignons.

-Arsenic est utilisé dans le traitement de la leucémie promyélocytaire aiguë, un type de cancer du sang. Il est utilisé dans le développement de la solution Fowler pour le traitement du psoriasis. Un isotope radioactif de l'arsenic (74As) est utilisé dans la localisation des tumeurs cancéreuses présentes dans le corps humain.

-L'arsenic fait partie du mélarsoprol, un médicament utilisé dans le traitement de la trypanosomose humaine africaine. Maladie parasitaire transmise par la mouche tsé-tsé.

- L’oxyde de tellure a été utilisé dans le traitement de la dermatite séborrhéique. De même, d'autres composés du tellure sont utilisés comme agents antimicrobiens.

Le bore, sous forme d'acide borique, est utilisé comme antiseptique doux pour les yeux, le nez et la gorge.

Dans des verres et des émaux

-Le tellure est utilisé dans la production de verres bleus, bruns et rouges. Le métalloïde peut se déposer électrolytiquement sur l'argent, produisant un fini noirâtre.

L'antimoine est utilisé pour donner aux verres et aux émaux une teinte jaune. Le bore est utilisé dans la production de verres et de céramiques. En particulier, le verre borosilicaté est résistant aux changements de température, raison pour laquelle il est utilisé dans les laboratoires pour les réactions chimiques et les distillations.

-Dans la maison, vous pouvez cuire les aliments avec du verre borosilicate sans casser les ustensiles utilisés.

-Le silicium est la base principale de l'industrie du verre, intervenant dans la fabrication de presque tous les objets en verre.

- L'oxyde de germanium est utilisé dans la fabrication des lentilles d'appareils photo et des lentilles de microscopes. En outre, il est utilisé dans le développement du noyau de fibres optiques de nombreuses applications.

Dans la production de matériaux de qualité supérieure

-L'arsenic forme des alliages avec le plomb entraînant une diminution de son point de fusion. Cela provoque une plus grande dureté de l'alliage utilisé dans la production de grenaille

- L'ajout d'une quantité de tellure comprise entre 0, 1% et 0, 6% d'un alliage de plomb augmente sa résistance à la corrosion et à la traction avec une augmentation de la flexibilité. Le tellure est généralement ajouté à la fonte pour provoquer un durcissement de la couche superficielle des pièces trempées.

- L'antimoine est utilisé dans les alliages pour produire des roulements, des plaques d'accumulation et du matériel d'impression.

Le silicium est utilisé dans la production d'alliages offrant une plus grande résistance aux acides. C'est le cas de Durirón, qui contient 14% de silicium.

L'alliage de silicium, de fer et d'aluminium est utilisé pour la fabrication de pièces de grande dureté, utilisées dans l'industrie automobile.

-L'arsenic forme des alliages à base de platine et de cuivre pour augmenter sa résistance à la corrosion. De même, de l'arsenic est ajouté à l'alpha-laiton pour augmenter la résistance au zinc. Ce type de laiton est utilisé dans la fabrication de matériaux accessoires pour la plomberie.

En électronique et informatique

Les métalloïdes sont utilisés comme semi-conducteurs dans l'industrie électronique et informatique. En ce sens, le silicium est le leader du commerce des semi-conducteurs qui constitue la base de l’électronique et de l’informatique modernes. Le silicium et ses dérivés sont utilisés dans les ordinateurs, les transducteurs, les cellules solaires et les écrans LCD.

Le tellure est un semi-conducteur qui a des applications dans les domaines de l'électro-optique et de l'électronique.

- Le germanium est un métalloïde semi-conducteur utilisé conjointement avec le silicium dans les circuits intégrés à grande vitesse pour améliorer ses performances. Bien que le germanium ait déplacé le silicium dans une certaine mesure dans sa fonction semi-conductrice, son utilisation a été améliorée dans la production de puces miniaturisées.

- Le germanium est utilisé dans le développement de panneaux solaires. Même les robots de surveillance de la planète Mars contiennent du germanium dans leurs cellules solaires. De plus, le germanium est utilisé dans la fabrication des radars.

Action protectrice des métalloïdes

Le bore et ses composés apparentés confèrent une grande résistance aux matériaux dont il fait partie. Cela permet son utilisation dans la création de structures spatiales. En outre, ils sont utilisés dans la fabrication de clubs de golf et de cannes à pêche.

L'action protectrice du carbure de bore est utilisée comme barrière de contrôle dans les réacteurs nucléaires, limitant les fuites de matières radioactives. De plus, le carbure de bore est utilisé dans les gilets pare-balles et dans le blindage des chars de guerre.

Le dioxyde de silicium et la silice, sous forme d'argile ou de sable, sont des composants importants des briques, du béton et du ciment, utilisés dans différentes formes de construction.

Autres

-Le sulfure d'antimoine est utilisé dans les feux d'artifice et les lampes de type flash des appareils photo.

- Le bore fait partie des aimants au néodyme.

-Le silicone, un polymère dérivé du silicium, est utilisé dans la préparation des huiles et des cires, des implants mammaires, des lentilles de contact, des explosifs et des produits pyrotechniques.

- Le germanium est utilisé dans le développement de lampes fluorescentes et de certaines diodes à LED. De plus, le germanium est utilisé dans les guitares électriques pour produire un son de distorsion caractéristique.

- Le germanium est utilisé dans l'application d'images thermiques à des fins militaires et de lutte contre les incendies.

-L’antimoine est utilisé dans la fabrication d’allumettes et de grenades traceurs, de localisateurs et d’amorces pour cartouches.

Le borate de sodium est utilisé comme retardateur de combustion dans les plastiques et les caoutchoucs.

Les 8 éléments métalloïdes

Ce groupe d'éléments chimiques comprend le bore, le silicium, l'antimoine, le tellure, le germanium, l'arsenic, le polonium et l'astatine. Cependant, le plus grand nombre de chercheurs dans le domaine de la chimie exclut le polonium et l’astatus sous forme de métalloïdes.

Par conséquent, le groupe de métalloïdes le plus accepté serait le bore, le silicium, l’antimoine, le tellure, le germanium et l’arsenic.

Il a été souligné que le polonium est distinctement métallique, ses deux formes allotropes étant des conducteurs métalliques. En revanche, l'astatine a été classé en 2013 en tant que métal, alors qu'il était auparavant désigné en 1950 comme un halogène, un métal non réactif.

La frontière entre les groupes d'éléments considérés comme des métaux, des métalloïdes ou des non-métaux est source de confusion. Pour cette raison, certains chercheurs, sur la base de certaines propriétés, suggèrent que tel ou tel élément devrait être considéré comme un métalloïde. Il a par exemple été souligné que le carbone, l’aluminium ou le sélénium devraient être classés dans la catégorie des métalloïdes.

On a essayé d’établir des critères de sélection permettant de classer un élément chimique en métal, en métalloïde ou en non-métal. Parmi les autres critères de sélection figurent l'énergie d'ionisation, l'électronégativité et l'efficacité de tassement des différents éléments chimiques.