Metaloide

Un metaloide es un elemento químico cuyas propiedades son intermedias entre las de los metales y los no metales o son una combinación de estas propiedades. En la literatura científica, a falta de una definición estándar de metaloides, la lista de elementos clasificados en esta familia varía según los autores.

Los seis elementos generalmente reconocidos como metaloides son boro 5 B, silicio 14 Si, germanio 32 Ge, arsénico 33 As, antimonio 51 Sb y telurio 52 Te. Otros cinco son menos frecuentemente clasificado entre los metaloides: carbono 6 C, de aluminio 13 Al, selenio 34 Se, polonio 84 Po y astate 85 . En esta última, históricamente clasificado entre los halógenos en la continuación de los otros elementos de la 17 º grupo , sin embargo, tiende a ser considerado un metaloide ya que sus propiedades químicas están mejor caracterizadas. En una tabla periódica estándar, se dividen en diagonal dentro del p-bloque a lo largo de la antigua línea de demarcación entre los metales y no metales que se muestran en la tabla periódica de la primera mitad del XX XX siglo.

Los metaloides tienen una apariencia metálica pero son frágiles y malos conductores de electricidad . Sus propiedades químicas son esencialmente las de los no metales. Pueden formar aleaciones con metales. Por lo general, tienen una resistencia mecánica demasiado baja para poder usarse en aplicaciones estructurales, y generalmente se usan a través de sus aleaciones, como catalizadores , en retardadores de llama , en la fabricación de vidrios , reproductores de discos ópticos , optoelectrónica , pirotecnia , semiconductores y electrónica . Fueron las propiedades del germanio y el silicio las que permitieron el surgimiento de la industria de los semiconductores en la década de 1950 y el desarrollo de la electrónica de estado sólido a principios de la década de 1960 .

Boro 5 B.
Silicio 14 Si.
Germanio 32 Ge.
Arsénico 33 As.
Antimonio 51 Sb.
Telurio 52 Te.

Historia de la palabra

El término metaloide se refería originalmente a los no metales. En el medio del XX ° siglo su significado se ha convertido en su significado actual. Los metaloides a veces también se confunden con los semimetales , que sin embargo son una clase diferente de materiales: el boro y el silicio son, por tanto, metaloides pero no semimetales, mientras que el estaño y el bismuto son semimetales pero no metaloides.

Propiedades

La siguiente tabla resume algunas propiedades físicas de los metaloides. Como astate ha nunca se ha observado en grandes cantidades, sus datos macroscópicos no son bien conocidos, y algunos se deducen a partir de simulaciones numéricas. Por tanto, su densidad a temperatura ambiente resulta de modelos de cálculo, y los datos que aparecen en la columna de radio atómico se relacionan con su radio covalente .

Elemento	Masa atómica	Temperatura de fusión	Temperatura de ebullición	volumen de masa	Radio atómico	Configuracion electronica	Energía de ionización	Electronegatividad ( Pauling )
Boro	10.8135 u	2.076 ° C	3.927 ° C	2,08 g · cm -3	90 pm	[ Él ] 2s 2 2p 1	800,6 kJ · mol -1	2,04
Silicio	28.085 (1) u	1414 ° C	3265 ° C	2,329 g · cm -3	111 pm	[ Ne ] 3 s 2 3p 2	786,5 kJ · mol -1	1,90
Germanio	72.630 (8) u	938 ° C	2.833 ° C	5.323 g · cm -3	122 pm	[ Ar ] 4s 2 3d 10 4p 2	762 kJ · mol -1	2.01
Arsénico	74,921595 u	615 ° C		5,727 g · cm -3	119 p. M.	[ Ar ] 4s 2 3d 10 4p 3	947,0 kJ · mol -1	2.18
Antimonio	121.760 (1) u	630,63 ° C	1635 ° C	6,697 g · cm -3	140 pm	[ Kr ] 5s 2 4d 10 5p 3	834 kJ · mol -1	2,05
Telurio	127,60 (3) u	449,51 ° C	988 ° C	6,24 g · cm -3	140 pm	[ Kr ] 5s 2 4d 10 5p 4	869,3 kJ · mol -1	2.1
Un estado	[210]	302 ° C	337 ° C	6,35 g · cm -3	150 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 10 6p 5	899 kJ · mol -1	2.2

Histórico

Desde los inicios de la química hasta 1964, los cuerpos simples se clasifican en metales y metaloides. El término metaloides en ese momento se refería a lo que ahora llamamos no metales . Luego, los metales fueron reconocidos por criterios físicos (dureza, brillo metálico, conducción de electricidad, etc.) y criterios químicos (producción de al menos un óxido básico, etc.). Los elementos que no tenían estas características fueron los metaloides.

Sin embargo, esta clasificación fue debatida: el plomo, que no tiene brillo metálico, es de hecho un metal, mientras que el estaño, que lo tiene, también es un metal. Otros casos fueron ambiguos, como el carbono : su variedad de grafito no es dura pero conduce la electricidad; su variedad de diamante es dura pero no conduce electricidad.

A partir de la década de 1960 , el criterio adoptado pasó a ser el de la naturaleza de los enlaces implicados: metálicos para metales, covalentes para metaloides. En ese momento, llamábamos metales a los elementos químicos cuyo número de electrones en la banda de valencia (electrones más externos ) está entre 1 y 3, y metaloides a aquellos cuyo número está entre 4 y 7 electrones. Metales y ocupando la parte izquierda de la tabla de Mendeleev, y metaloides el lado derecho de la 13 ª columna. Estos fueron los grupos de flúor (columna VII B), oxígeno (columna VI B), nitrógeno (columna V B), carbono ( IV B) y boro (columna III B). El hidrógeno es un caso especial: considerado desde su descubrimiento como metaloide (como todos los elementos gaseosos en condiciones normales ), tiene todas las características de un metal en estado sólido. Es hidrógeno metálico .

Hasta 1964 , los programas de educación química en Francia se limitaban al estudio de los metaloides. Para las clases preparatorias de las grandes écoles, los elementos estudiados fueron: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, halógenos, azufre, fósforo, arsénico, carbono, silicio y boro. Los libros de texto de química luego declinaron en química general y química metaloide.

No fue hasta 1965 que estos programas introdujeron el estudio de los metales (principalmente hierro) y algunos productos orgánicos. En ese momento, el término "metaloide" cayó en desuso y fue reemplazado por "no metales". Al mismo tiempo, se encuentran disponibles libros de química en química general, química inorgánica y química orgánica.

Concepto actual

El concepto de metaloide se refiere a un elemento químico que no puede clasificarse ni en metales ni en no metales , es decir, cuyas propiedades físicas y químicas son intermedias entre las de un metal y un no metal .

Cabe señalar que no existe una definición estándar precisa de "metaloide" y que no hay consenso sobre qué elementos deben clasificarse en esta familia. No se menciona en el Libro Oro de la IUPAC sin embargo reconoce los términos metal y no metal . Además, algunos libros de química inorgánica, actuales, aunque sean un poco antiguos, no utilizan este término, mientras que otros sí.

Los metaloides se caracterizan por las siguientes propiedades:

sus óxidos son generalmente anfóteros (los de los metales son más bien básicos y los de los no metales más bien ácidos );
se comportan como semiconductores (en particular boro , silicio y germanio ).

Por lo tanto, los metaloides forman una banda oblicua en la tabla periódica entre metales y no metales :

Boro 5 B
Silicio 14 Si
Germanio 32 Ge
Arsénico 33 Ace
Antimonio 51 Sb
Telurio 52 Te
Astate 85 en

A debe distinguir entre los términos metaloide , semi-metal, y semiconductor , como un metaloide indica un grupo de elementos químicos mientras que los términos semi-metálicos y semiconductores Caracterizar materiales , incluyendo metálicos aleaciones o materiales orgánicos .

Algunos elementos adyacentes a la familia de los metaloides pueden tener variedades alotrópicas que exhiben comportamientos metaloides: este es el caso del carbono grafito (mientras que el diamante es claramente no metálico), así como el fósforo , el estaño y el bismuto .

Hay un número par de electrones por celda unitaria, por lo que las bandas de valencia deben estar ocupadas y las bandas de conducción vacías, lo que conduciría a un semiconductor. Sin embargo, en un semi-metal, la banda de valencia y la banda de conducción se superponen parcialmente. Como resultado, algunos estados superiores de la banda de valencia están vacantes y algunos estados inferiores de la banda de conducción están parcialmente ocupados. Por tanto, un semimetal es un conductor en el que los portadores de carga son huecos en la banda de valencia o electrones en la banda de conducción. Es posible mediante la aplicación de presión modificar la estructura de banda de un material para producir una transición semiconductor → semimetal.

Toxicología

Algunos, como el arsénico, son muy tóxicos, pero también muy bajos en cantidades mínimas.
Solos o en combinaciones más o menos sinérgicas: se sospecha que los metaloides como contaminantes del agua, el aire y el suelo causan muertes y abortos espontáneos , y en dosis más bajas , prematuridad , defectos de nacimiento , reducción del peso del recién nacido al nacer; ser fuente de trastornos del desarrollo y de la salud futura del niño y del futuro adulto (trastornos de fertilidad y salud reproductiva , problemas psicomotores , intelectuales y metabólicos , así como aumentar el riesgo de desarrollar ciertos cánceres … lo que lo convierte en un tema de salud pública e investigación, porque ciertos vínculos de causa y efecto aún deben especificarse o confirmarse.

Los niños y las mujeres embarazadas son a priori más vulnerables.
En Francia, el programa nacional de biomonitoreo contiene un “ componente perinatal ” que incluye, en particular, la recopilación de datos y estudios de la fecundación de mujeres embarazadas en 2011 (basado en el seguimiento de 4.145 mujeres embarazadas en la “ Cohorte Elfe ”, Habiendo dado a luz en Francia en 2011 (excluyendo Córcega y TOM )) por 13 metales y metaloides considerados prioritarios, a saber, antimonio , arsénico , cadmio , cesio , cromo , cobalto , estaño , mercurio , níquel , plomo , uranio , vanadio ). El aluminio también es una fuente de preguntas toxicológicas, pero debido a su naturaleza ubicua, se consideró una fuente demasiado frecuente de contaminación de muestras y, por lo tanto, se eliminó del componente perinatal del programa nacional de monitoreo. Este trabajo sobre la contaminación de mujeres embarazadas se basa en el estudio de sangre de cordón , orina , cabello y suero ). Complementa otra parte del programa que anteriormente (2016) se centró en contaminantes orgánicos ( bisfenol A , ftalatos , plaguicidas y contaminantes orgánicos persistentes como dioxinas , furanos , PCB , retardantes de llama y compuestos perfluorados ), que en ocasiones pueden actuar sinérgicamente para desarrollar otros formas de toxicidad con metales y metaloides.
Este es el primer estudio de este tipo realizado en Francia. Proporciona (solo para Francia continental) indicadores (nacionales) de la impregnación de mujeres embarazadas por metales y metaloides. Permiten comparaciones con otros estudios (anteriores o posteriores) en el mundo, que muestran las tendencias en términos de impregnación de metales y metaloides de la madre, feto o bebé (vía lactancia materna en particular) en el período perinatal. Otros estudios se han centrado en el meconio . Estos estudios también ayudan a identificar los determinantes que conducen a ciertos niveles de impregnación.

Ecotoxicología

Notas y referencias

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Brunold, Delarue, Chimie , París, 1965, Masson. Prefacio
El término metaloide inicialmente designaba cualquier elemento químico no metálico, por lo que incluía no metales , halógenos y gases raros . Los elementos químicos intermedios entre metales y no metales también se denominan elementos semimetálicos o semimetales .
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volumen 1 de la investigación de la cohorte Elfe; Diciembre de 2016; SANTÉ PUBLIQUE Francia / Impregnación de mujeres embarazadas con contaminantes ambientales en Francia en 2011. Componente perinatal del programa nacional de biomonitoreo

Bibliografía

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enlaces externos

" IUPAC " ( Archivo • Wikiwix • Archive.is • Google • ¿Qué hacer? ) (Consultado el 28 de agosto de 2017 ) : enlaces de la página a latabla periódica
IUPAC : Tabla periódica oficial del 22/06/2007

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