Los metaloides, también conocidos como semimetales, ocupan una posición única en la tabla periódica. Exhiben propiedades intermedias entre los metales y los no metales, lo que los hace versátiles y valiosos en diversas aplicaciones industriales y tecnológicas. Esta guía explora las propiedades fundamentales de los metaloides, su aparición y sus aplicaciones.
Introducción a los metaloides
Los metaloides son elementos con propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Están ubicados a lo largo de la línea en zig-zag de la tabla periódica, que separa los metales de los no metales. Normalmente incluye boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb) y telurio (Te). A veces, el polonio (Po) y el astato (At) también se consideran metaloides.
Uso histórico del metaloide
Los metaloides se han utilizado durante siglos:
- Antimonio: Utilizado en el antiguo Egipto para maquillaje y como colorante; clasificado como metaloide en el siglo XVI.
- Arsénico: Probablemente aislado por primera vez por Alberto Magno alrededor de 1250; utilizado como pigmento hasta que se descubrió su toxicidad.
- Silicio: Descubierto en 1823 por Jöns Jacob Berzelius; Los primeros semiconductores disponibles comercialmente se produjeron en 1954.
¿Qué elementos son metaloides?
Los metaloides son elementos con propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Los metaloides universalmente aceptados son:
- Boro (B)
- Arsénico (As)
- Germanio (Ge)
- Telurio (Te)
- Antimonio (Sb)
- Silicona (Si)
Algunos científicos también incluyen los siguientes elementos como metaloides, aunque su clasificación puede ser debatida:
- Astatina
- Polonio
- Bismuto
¿Cuáles son las principales propiedades de los metaloides?
Los metaloides exhiben propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Esta combinación de características los hace esenciales en diversas aplicaciones, especialmente en electrónica y ciencia de materiales. Estas son las principales propiedades de los metaloides:
Lustre metálico
Los metaloides poseen una apariencia metálica brillante, lo que los hace similares a los metales. Este brillo metálico característico es el resultado de su capacidad para reflejar la luz de forma eficaz. Cuando la luz incide sobre la superficie de un metaloide, interactúa con los electrones libres presentes en el material. Estos electrones oscilan y reemiten la luz, dando al material su calidad brillante y reflectante.
Sin embargo, su apariencia puede variar; Algunos metaloides como el arsénico y el antimonio pueden presentarse en diferentes formas, incluidos estados cristalinos o en polvo.
| Ejemplo de imagen | Elementos |
|---|---|
 | Boro (B) |
 | Silicona (Si) |
 | Germanio (Ge) |
 | Arsénico (As) |
 | Telurio (Te) |
 | Antimonio (Sb) |
Estado sólido a temperatura ambiente
Todos los metaloides son sólidos a temperatura ambiente y tienen puntos de fusión relativamente altos.
- Boro (B): Punto de fusión de 2079°C
- Silicona (Si): Punto de fusión de 1410°C
- Germanio (Ge): Punto de fusión de 938.3°C
- Arsénico (As): Punto de fusión de 817°C
- Telurio (Te): Punto de fusión de 449.5°C
- Antimonio (Sb): Punto de fusión de 631°C
Fragilidad
A diferencia de los metales, que suelen ser maleables y dúctiles, los metaloides tienden a romperse o hacerse añicos cuando se los somete a tensión o fuerza. Esta fragilidad significa que no se les puede moldear ni moldear utilizando técnicas típicas de conformado de metales, como martillar, rodar o doblar.
Dureza
Los metaloides pueden ser relativamente duros en comparación con los no metales.
- Boro (B): Conocida por ser una de las sustancias más duras, con una dureza de aproximadamente 9.3 en la escala de Mohs.
- Silicona (Si): Moderadamente duro con una dureza de aproximadamente 7 en la escala de Mohs, valorada en aplicaciones de semiconductores debido a su equilibrio de dureza y propiedades eléctricas.
- Germanio (Ge): Dureza de aproximadamente 6 en la escala de Mohs.
- Arsénico (As): Suave con una dureza de alrededor de 3.5 en la escala de Mohs.
- Telurio (Te): Suave con una dureza de aproximadamente 2.5 en la escala de Mohs.
- Antimonio (Sb): Suave y quebradizo con una dureza de aproximadamente 3 en la escala de Mohs.
Propiedades de semiconductores
Los metaloides pueden conducir la electricidad, pero no tan eficientemente como los metales. Esta propiedad los hace útiles como semiconductores, esenciales para los dispositivos electrónicos. La conductividad de los metaloides se puede mejorar mediante un proceso llamado "dopaje", donde se agregan impurezas para modificar sus propiedades eléctricas.
Comportamiento químico similar al de los no metales
Los metaloides tienden a formar aniones, exhibir múltiples estados de oxidación y formar enlaces covalentes. Comparten electrones al formar compuestos.
Ejemplos de estados de oxidación:
- Boro (B): +3, +2, +1
- Silicona (Si): +4, 0
- Germanio (Ge): + 2, + 4
- Arsénico (As): + 3, + 5
- Telurio (Te): + 4, + 6
- Antimonio (Sb): + 3, + 5
Energías de ionización intermedia y electronegatividades
Los metaloides tienen energías de ionización y electronegatividades que se encuentran entre las de los metales y los no metales. La energía de ionización es la energía necesaria para eliminar un electrón de un átomo, mientras que la electronegatividad es una medida de la capacidad de un átomo para atraer electrones en un enlace químico.
Valores de ejemplo:
- Boro (B): 1.ª Energía de ionización: 8.298 eV, Electronegatividad: 2.04
- Silicona (Si): 1.ª Energía de ionización: 8.1517 eV, Electronegatividad: 1.9
- Germanio (Ge): 1.ª Energía de ionización: 7.9 eV, Electronegatividad: 2.01
- Arsénico (As): 1.ª Energía de ionización: 9.8152 eV, Electronegatividad: 2.18
- Telurio (Te): 1.ª Energía de ionización: 9.0096 eV, Electronegatividad: 2.1
- Antimonio (Sb): 1.ª Energía de ionización: 8.64 eV, Electronegatividad: 2.05
Densidad
La densidad es la masa por unidad de volumen de una sustancia. Para los metaloides, las densidades varían significativamente:
- Boro (B): Densidad de 2.46 g/cm³
- Silicona (Si): Densidad de 2.33 g/cm³
- Germanio (Ge): Densidad de 5.32 g/cm³
- Arsénico (As): Densidad de 5.73 g/cm³
- Telurio (Te): Densidad de 6.24 g/cm³
- Antimonio (Sb): Densidad de 6.69 g/cm³
Propiedades físicas de los metaloides
Los metaloides tienen un conjunto distinto de propiedades físicas que reflejan su posición intermedia entre metales y no metales. La siguiente tabla muestra claramente sus características.
| Propiedad | Boro | Silicio | Germanio | Arsénico | Antimonio | Telurio |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Apariencia | Marrón oscuro, metálico | Gris metalizado | Gris metalizado | Gris metalizado | Gris plateado | Gris metalizado |
| Densidad | 2.46 g / cm³ | 2.33 g / cm³ | 5.32 g / cm³ | 5.72 g / cm³ | 6.70 g / cm³ | 6.24 g / cm³ |
| punto de fusión | 2075 ° C | 1414 ° C | 938 ° C | 817°C (sublimes) | 631 ° C | 449.5 ° C |
| Punto de ebullición | 4000 ° C | 2355 ° C | 2833 ° C | 614 ° C | 1587 ° C | 988 ° C |
| Dureza | Muy duro | Difícil | Moderado | Variable | Moderado | Moderado |
| Conductividad eléctrica | Pobre (no metálico) | Moderado (semiconductor) | Moderado (semiconductor) | Pobre (no metálico) | Pobre (no metálico) | Pobre (no metálico) |
| Estado a temperatura ambiente | Sólida | Sólida | Sólida | Sólida | Sólida | Sólida |
| Estructura cristalina | Varios (p. ej., amorfos, cristalinos) | diamante cúbico | diamante cúbico | Varios (p. ej., gris, amarillo) | romboédrico | trigonal |
| Número atómico | 5 | 14 | 32 | 33 | 51 | 52 |
| Electronegatividad | 2.04 | 1.90 | 2.01 | 2.18 | 2.05 | 2.01 |
| Usos | Abrasivos, vidrio de borosilicato. | Semiconductores, células solares. | Semiconductores, óptica infrarroja. | Pesticidas, semiconductores | Aleaciones, retardantes de llama. | Dispositivos termoeléctricos |
Propiedades químicas de los metaloides
Los metaloides exhiben una variedad de propiedades químicas que reflejan su naturaleza intermedia. Tienen electronegatividad y energía de ionización moderadas, pueden mostrar múltiples estados de oxidación y reaccionar tanto con ácidos como con bases. Su comportamiento químico puede ser complejo y a menudo depende de las condiciones y compuestos específicos involucrados.
| Propiedad | Boro | Silicio | Germanio | Arsénico | Antimonio | Telurio |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Electronegatividad | 2.04 | 1.90 | 2.01 | 2.18 | 2.05 | 2.1 |
| Energía de ionización | Moderado | Moderado | Moderado | Moderado | Moderado | Moderado |
| Estados de oxidación | +3 | +4 | 2 +, + 4 | 3 +, + 5 | 3 +, + 5 | + 2, 4 +, + 6 |
| Reactividad con ácidos | Generalmente no reactivo | Reacciona con bases fuertes, menos con ácidos. | Reacciona con ácidos y bases. | Reacciona con ácidos, forma ácidos arsénico. | Reacciona con ácidos y bases. | Reacciona con ácidos, forma ácido telúrico (H₂TeO₄) |
| Reactividad con Bases | Reacciona con bases fuertes cuando se calienta. | Reacciona con bases fuertes | Reacciona con ácidos y bases. | Forma arseniuros | Forma tricloruro y pentacloruro de antimonio. | Forma telururos con bases fuertes. |
| óxidos | Óxido de boro (B₂O₃) | Dióxido de silicio (SiO₂) | Dióxido de germanio (GeO₂) | Trióxido de arsénico (As₂O₃) | Trióxido de antimonio (Sb₂O₃) | Dióxido de telurio (TeO₂), Tetróxido de telurio (TeO₄) |
| hidruros | Boranos (p. ej., B₂H₆) | Silanos (p. ej., SiH₄) | Alemán (GeH₄) | Arsina (AsH₃) | Estibina (SbH₃) | Hidruro de telurio (TeH₂) |
| Haluros | Tricloruro de boro (BCl₃) | Tetrafluoruro de silicio (SiF₄) | Tetracloruro de germanio (GeCl₄) | Tricloruro de arsénico (AsCl₃), pentacloruro (AsCl₅) | Tricloruro de antimonio (SbCl₃), pentacloruro (SbCl₅) | Tetracloruro de telurio (TeCl₄), hexafluoruro de telurio (TeF₆) |
Aplicaciones de metaloides
Los metaloides desempeñan un papel fundamental en diversas aplicaciones tecnológicas e industriales debido a sus propiedades únicas:
- Electrónica: El silicio y el germanio son cruciales en la tecnología de semiconductores. Su capacidad para controlar la conductividad eléctrica los hace fundamentales en la fabricación de circuitos integrados y células solares.
- Ciencia de los Materiales: Los metaloides como el boro se utilizan para mejorar la dureza y resistencia de los materiales. El carburo de boro, por ejemplo, se utiliza en chalecos antibalas y otras aplicaciones de alta resistencia.
- Química: Los metaloides participan en numerosos procesos y compuestos químicos. Por ejemplo, los compuestos de arsénico se utilizan en pesticidas y en la industria de los semiconductores, a pesar de su naturaleza tóxica.
Aplicaciones típicas de 5 metaloides
| Elemento | Mareas Ideales para Lecciones | Aplicaciones principales |
|---|---|---|
| Boro (B) | Marrón oscuro o negro, sólido de aspecto metálico; duro, quebradizo, de alto punto de fusión | Vidrio y cerámica, detergentes, aleaciones, reactores nucleares. |
| Silicona (Si) | Sólido brillante, de color gris metálico; Conductividad eléctrica frágil, dura y moderada. | Electrónica (semiconductores), células solares, construcción (hormigón), siliconas |
| Germanio (Ge) | Sólido de aspecto metálico, blanco grisáceo; propiedades semiconductoras frágiles | Electrónica (transistores, diodos), óptica (lentes infrarrojas), fibra óptica |
| Arsénico (As) | Sólido metálico gris o polvo amarillo; tóxicos, diversos compuestos | Pesticidas (históricamente), semiconductores (arseniuro de galio), conservación de la madera. |
| Antimonio (Sb) | Metal gris plateado brillante; frágil, punto de fusión bajo | Aleaciones (baterías de plomo-ácido), retardantes de llama, semiconductores |
| Telurio (Te) | Sólido quebradizo, de color blanco plateado; propiedades semiconductoras, alta densidad | Electrónica (semiconductores), paneles solares (células de CdTe), metalurgia |
¿Qué distingue a los metaloides?
Los metaloides se distinguen por sus propiedades que se encuentran entre los metales y los no metales. Las características clave incluyen:
- Propiedades intermedias: Los metaloides exhiben una mezcla de propiedades metálicas y no metálicas.
- Capacidad semiconductora: Pueden actuar como semiconductores, lo cual es crucial para los circuitos electrónicos modernos.
Estas características únicas hacen que los metaloides sean esenciales en tecnología y electrónica.
¿Cuál es la mejor manera de identificar un metaloide?
La propiedad más útil para identificar un metaloide es su apariencia metálica. Si bien los metaloides suelen tener un brillo metálico, distinguirlos por sus atributos químicos es más difícil debido a la superposición con las propiedades de otros elementos.
¿Cuál es la diferencia entre metal y no metal?
Las diferencias entre metales y no metales son fundamentales y pertenecen a sus propiedades físicas y químicas. Aquí hay una comparación completa:
Propiedades físicas
| Propiedad | Metales | No metales |
|---|---|---|
| Apariencia | Brillante y metálico | Aburrido y no reflectante |
| Densidad | Alto (p. ej., Hierro: 7.87 g/cm³, Oro: 19.32 g/cm³) | Bajo (p. ej., Carbono: 2.267 g/cm³, Oxígeno: 0.00143 g/cm³) |
| punto de fusión | Alto (p. ej., tungsteno: 3422 °C, hierro: 1538 °C) | Bajo (p. ej., oxígeno: -218.79 °C, bromo: -7.2 °C) |
| Punto de ebullición | Alto (p. ej., tungsteno: 5555 °C, hierro: 2862 °C) | Bajo (p. ej., oxígeno: -182.96 °C, bromo: 58.8 °C) |
| Dureza | Varía (p. ej., Hierro: 4.0-4.5 en la escala de Mohs, Oro: 2.5) | Normalmente más blando (p. ej., azufre: 1.5-2.0 en la escala de Mohs) |
| Conductividad eléctrica | Alto (p. ej., cobre: 5.96 × 10⁷ S/m) | Bajo (p. ej., azufre: 1 × 10⁻¹⁶ S/m) |
| Conductividad Térmica | Alto (p. ej., cobre: 401 W/m·K) | Bajo (p. ej., azufre: 0.2 W/m·K) |
| Estado a temperatura ambiente | Sólido (excepto mercurio: líquido) | Gas (p. ej., nitrógeno, oxígeno), líquido (p. ej., bromo) o sólido (p. ej., azufre) |
| Maleabilidad y Ductilidad | Alto (por ejemplo, el oro se puede martillar en láminas delgadas) | Bajo (p. ej., fósforo: frágil) |
Propiedades químicas
| Propiedad | Metales | No metales |
|---|---|---|
| Electronegatividad | Bajo (p. ej., sodio: 0.93, hierro: 1.83) | Alto (p. ej., flúor: 3.98, oxígeno: 3.44) |
| Energía de ionización | Bajo (p. ej., sodio: 495.8 kJ/mol, hierro: 762.5 kJ/mol) | Alto (p. ej., flúor: 1681 kJ/mol, oxígeno: 1314 kJ/mol) |
| Estados de oxidación | A menudo positivo (p. ej., Hierro: +2, +3; Sodio: +1) | A menudo negativo o cero (p. ej., oxígeno: -2, nitrógeno: -3) |
| Reactividad con ácidos | Reacciona para liberar gas hidrógeno (p. ej., zinc: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂) | Generalmente no reacciona ni forma ácidos (p. ej., el azufre reacciona con bases para formar sulfuros) |
| Reactividad con Bases | Reacciona con bases (p. ej., el aluminio reacciona con NaOH: 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2NaAl(OH)₄ + 3H₂) | Forma ácidos con bases o menos reactivos (p. ej., el dióxido de carbono reacciona con el agua para formar ácido carbónico) |
| Formación de óxidos | Óxidos básicos (p. ej., óxido de sodio: Na₂O) | Óxidos ácidos (p. ej., dióxido de carbono: CO₂) |
¿Qué propiedades comparten los metaloides con los no metales?
Los metaloides comparten varias propiedades con los no metales, entre ellas:
- Alta electronegatividad: Los metaloides tienen electronegatividades relativamente altas, similares a las de los no metales.
- Formación de aniones: A menudo ganan electrones para formar iones negativos (aniones), una característica común a los no metales.
- Unión covalente: Los metaloides comúnmente forman enlaces covalentes, como los no metales.
- Estados de oxidación variables: Pueden exhibir múltiples estados de oxidación, similares a los no metales.
Estas propiedades compartidas resaltan la naturaleza intermedia de los metaloides entre metales y no metales.
¿Cómo se clasifica un metaloide?
Los metaloides se clasifican en función de sus propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Por lo general, se ubican a lo largo de una línea diagonal en la tabla periódica que separa los metales de los no metales. Las características clave utilizadas para categorizar los metaloides incluyen:
- Apariencia: Suelen tener un brillo metálico.
- Propiedades físicas: Suelen ser sólidos a temperatura ambiente y pueden ser quebradizos.
- Propiedades químicas: Pueden actuar como semiconductores y tener propiedades que se superponen tanto con los metales como con los no metales.
Estos factores ayudan a identificar y categorizar los metaloides en la tabla periódica.
Conclusión
Los metaloides exhiben una fascinante combinación de propiedades que cierran la brecha entre metales y no metales. Sus características físicas y químicas intermedias, junto con sus propiedades eléctricas únicas, los hacen invaluables en diversos campos científicos e industriales. A medida que avanza la tecnología, el papel de los metaloides continúa evolucionando, destacando su importancia en la ciencia y la ingeniería modernas.
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Preguntas Frecuentes
Se debate el número de metaloides en la tabla periódica, con recuentos que van de seis a once. Los metaloides más comúnmente aceptados son seis: boro, silicio, germanio, arsénico, telurio y antimonio. Algunas clasificaciones también incluyen polonio, astato y bismuto, aumentando el número a nueve u once, según la definición utilizada.
Los metaloides pueden ganar y perder electrones, según su contexto químico. A menudo ganan electrones para formar aniones o los pierden para formar cationes. Esta capacidad de ganar o perder electrones permite que los metaloides formen diversos enlaces químicos y exhiban propiedades tanto de metales como de no metales.
Por lo general, son sólidos a temperatura ambiente, tienen un brillo metálico y pueden ser quebradizos. Los metaloides también exhiben un comportamiento semiconductor, lo que significa que pueden conducir electricidad pero no tan bien como los metales. Además, pueden formar enlaces covalentes y ganar o perder electrones según el contexto químico.
Catalogar: Guía de materiales
Este artículo fue escrito por ingenieros del equipo de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen es ingeniero y técnico con 20 años de experiencia en prototipado rápido y fabricación de piezas metálicas y plásticas.
