Metaloide

Un metaloide es un elemento que posee una preponderancia de propiedades intermedias, o una mezcla de, las de los metales y los no metales , y que, por lo tanto, es difícil de clasificar como metal o no metal . Esta es una definición genérica que se basa en atributos de metaloides citados consistentemente en la literatura. ^{[ n 2 ]} La dificultad de categorización es un atributo clave. La mayoría de los elementos tienen una mezcla de propiedades metálicas y no metálicas, ^{[ 9 ]} y pueden clasificarse según qué conjunto de propiedades sea más pronunciado. ^{[ 10 ] [ n 3 ]} Solo los elementos en o cerca de los límites, que carecen de una preponderancia suficientemente clara de propiedades metálicas o no metálicas, se clasifican como metaloides. ^{[ 14 ]}

El boro , el silicio , el germanio , el arsénico , el antimonio y el telurio se reconocen comúnmente como metaloides. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ n 4 ]} Dependiendo del autor, a veces se añade a la lista uno o más de selenio , polonio o astato . ^{[ 18 ]} A veces se excluye el boro , solo o junto con el silicio . ^{[ 19 ]} A veces el telurio no se considera un metaloide. ^{[ 20 ]} Se ha cuestionado la inclusión del antimonio , el polonio y el astato como metaloides. ^{[ 21 ]}

Otros elementos se clasifican ocasionalmente como metaloides. Estos elementos incluyen ^{[ 22 ]} hidrógeno , ^{[ 23 ]} berilio , ^{[ 24 ]} nitrógeno , ^{[ 25 ]} fósforo , ^{[ 26 ]} azufre , ^{[ 27 ]} zinc , ^{[ 28 ]} galio , ^{[ 29 ]} estaño , yodo , ^{[ 30 ]} plomo , ^{[ 31 ]} bismuto , ^{[ 20 ]} radón , ^{[ 32 ]} flerovio , moscovio , livermorio , ^{[ 33 ]} tenesino , ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]} y oganesón . ^{[ 34 ] [ 37 ] [ 38 ]} Sin embargo, debido a los efectos relativistas y las vidas medias cortas, es difícil colocar Fl a Og en metaloides. El término metaloide también se ha utilizado para elementos que exhiben brillo metálico y conductividad eléctrica , y que son anfóteros , como el arsénico , el antimonio , el vanadio , el cromo , el molibdeno , el tungsteno , el estaño , el plomo y el aluminio . ^{[ 39 ]} Los metales del bloque p , ^{[ 40 ]} y los no metales (como el carbono o el nitrógeno) que pueden formar aleaciones con metales ^{[ 41 ]} o modificar sus propiedades ^{[ 42 ]} también se han considerado ocasionalmente como metaloides.

No existe una definición ampliamente aceptada de metaloide, ni una división de la tabla periódica en metales , metaloides y no metales ; ^{[ 45 ]} Hawkes ^{[ 46 ] cuestionó la viabilidad de establecer una definición específica, señalando que se pueden encontrar anomalías en varias construcciones intentadas. Sharp [ 47 ]} ha descrito la clasificación de un elemento como metaloide como "arbitraria".

El número y la identidad de los metaloides dependen de los criterios de clasificación que se utilicen. Emsley ^{[ 48 ]} reconoció cuatro metaloides (germanio, arsénico, antimonio y telurio); James et al. ^{[ 49 ]} enumeraron doce (los de Emsley más boro, carbono, silicio, selenio, bismuto, polonio, moscovio y livermorio). En promedio, se incluyen siete elementos en dichas listas ; las clasificaciones individuales tienden a compartir puntos en común y varían en los márgenes mal definidos ^{[ 50 ] . [ n 5 ]}

Un único criterio cuantitativo como la electronegatividad se usa comúnmente, ^{[ 52 ]} los metaloides tienen valores de electronegatividad de 1,8 o 1,9 a 2,2. ^{[ 53 ]} Otros ejemplos incluyen la eficiencia de empaquetamiento (la fracción de volumen en una estructura cristalina ocupada por átomos) y la relación del criterio de Goldhammer-Herzfeld. ^{[ 54 ]} Los metaloides comúnmente reconocidos tienen eficiencias de empaquetamiento de entre 34% y 41%. ^{[ n 6 ]} La relación de Goldhammer-Herzfeld, aproximadamente igual al cubo del radio atómico dividido por el volumen molar , ^{[ 62 ] [ n 7 ]} es una medida simple de cuán metálico es un elemento, los metaloides reconocidos tienen relaciones de alrededor de 0,85 a 1,1 y un promedio de 1,0. ^{[ 64 ] [ n 8 ]} Otros autores se han basado, por ejemplo, en la conductancia atómica ^{[ n 9 ] [ 68 ]} o en el número de coordinación global . ^{[ 69 ]}

Masterton y Slowinski ^{[ 70 ]} utilizaron tres criterios para describir los seis elementos comúnmente reconocidos como metaloides: los metaloides tienen energías de ionización de alrededor de 200 kcal/mol (837 kJ/mol) y valores de electronegatividad cercanos a 2,0. También afirmaron que los metaloides son típicamente semiconductores, aunque el antimonio y el arsénico (semimetales desde una perspectiva física) tienen conductividades eléctricas que se aproximan a las de los metales. Se sospecha que el selenio y el polonio no se incluyen en este esquema, mientras que el estatus del astato es incierto. ^{[ n 10 ]}

En este contexto, Vernon propuso que un metaloide es un elemento químico que, en su estado estándar, tiene (a) la estructura de bandas electrónicas de un semiconductor o un semimetal; y (b) un primer potencial de ionización intermedio "(por ejemplo, 750−1000 kJ/mol)"; y (c) una electronegatividad intermedia (1,9–2,2). ^{[ 73 ]}

Los metaloides se encuentran a ambos lados de la línea divisoria entre metales y no metales . Esta línea se puede encontrar, en diversas configuraciones, en algunas tablas periódicas . Los elementos situados en la parte inferior izquierda de la línea generalmente muestran un comportamiento metálico creciente; los elementos situados en la parte superior derecha muestran un comportamiento no metálico creciente. ^{[ 74 ]} Cuando se presenta como una línea escalonada regular, los elementos con la temperatura crítica más alta para sus grupos (Li, Be, Al, Ge, Sb, Po) se encuentran justo debajo de la línea. ^{[ 75 ]}

La disposición diagonal de los metaloides representa una excepción a la observación de que los elementos con propiedades similares tienden a aparecer en grupos verticales . ^{[ 76 ]} Un efecto relacionado puede observarse en otras similitudes diagonales entre algunos elementos y sus vecinos inferiores derechos, específicamente litio-magnesio, berilio-aluminio y boro-silicio. Rayner-Canham ^{[ 77 ]} ha argumentado que estas similitudes se extienden a carbono-fósforo, nitrógeno-azufre y a tres series del bloque d .

Esta excepción surge debido a las tendencias horizontales y verticales contrapuestas en la carga nuclear . Al avanzar a lo largo de un período , la carga nuclear aumenta con el número atómico, al igual que el número de electrones. La atracción adicional sobre los electrones externos a medida que aumenta la carga nuclear generalmente supera el efecto de apantallamiento de tener más electrones. Con algunas irregularidades, los átomos se vuelven más pequeños, la energía de ionización aumenta y hay un cambio gradual en el carácter, a lo largo de un período, desde elementos fuertemente metálicos, a débilmente metálicos, a débilmente no metálicos, a fuertemente no metálicos. ^{[ 78 ]} Al descender en un grupo principal , el efecto del aumento de la carga nuclear generalmente se ve superado por el efecto de que los electrones adicionales estén más lejos del núcleo. Los átomos generalmente se vuelven más grandes, la energía de ionización disminuye y el carácter metálico aumenta. ^{[ 79 ]} El efecto neto es que la ubicación de la zona de transición metal-no metal se desplaza hacia la derecha al descender en un grupo, ^{[ 76 ]} y se observan similitudes diagonales análogas en otras partes de la tabla periódica, como se ha señalado. ^{[ 80 ]}

Los elementos que limitan con la línea divisoria metal-no metal no siempre se clasifican como metaloides, observándose que una clasificación binaria puede facilitar el establecimiento de reglas para determinar los tipos de enlaces entre metales y no metales. ^{[ 81 ]} En tales casos, los autores en cuestión se centran en uno o más atributos de interés para tomar sus decisiones de clasificación, en lugar de preocuparse por la naturaleza marginal de los elementos en cuestión. Sus consideraciones pueden o no ser explícitas y, a veces, pueden parecer arbitrarias. ^{[ 47 ]} Los metaloides pueden agruparse con los metales; ^{[ 82 ]} o considerarse como no metales; ^{[ 83 ]} o tratarse como una subcategoría de no metales. ^{[ 84 ] [ n 11 ]} Otros autores han sugerido que clasificar algunos elementos como metaloides "enfatiza que las propiedades cambian gradualmente en lugar de abruptamente a medida que uno se mueve a través o hacia abajo en la tabla periódica". ^{[ 86 ]} Algunas tablas periódicas distinguen elementos que son metaloides y no muestran una línea divisoria formal entre metales y no metales. Los metaloides se muestran en cambio como presentes en una banda diagonal ^{[ 87 ]} o en una región difusa. ^{[ 88 ]} La consideración clave es explicar el contexto de la taxonomía en uso.

Las propiedades características de los metales, metaloides y no metales se resumen en la tabla. ^{[ 89 ]} Las propiedades físicas se enumeran en orden de facilidad de determinación; las propiedades químicas van de lo general a lo específico y luego a lo descriptivo.

La tabla anterior refleja la naturaleza híbrida de los metaloides. Sus propiedades de forma, apariencia y comportamiento al mezclarse con metales se asemejan más a las de estos. La elasticidad y el comportamiento químico general se asemejan más a los de los no metales. La conductividad eléctrica, la estructura de bandas, la energía de ionización, la electronegatividad y la formación de óxidos presentan características intermedias entre ambos extremos.

Al principio de la historia de los compuestos intermetálicos , el metalúrgico británico Cecil Desch observó que «ciertos elementos no metálicos son capaces de formar compuestos de carácter claramente metálico con metales, y estos elementos pueden, por lo tanto, formar parte de la composición de aleaciones». Asoció el silicio, el arsénico y el telurio, en particular, con los elementos formadores de aleaciones. ^{[ 111 ]} Phillips y Williams ^{[ 112 ]} sugirieron que los compuestos de silicio, germanio, arsénico y antimonio con metales B «probablemente se clasifiquen mejor como aleaciones».

Entre los metaloides más ligeros, las aleaciones con metales de transición están bien representadas. El boro puede formar compuestos intermetálicos y aleaciones con dichos metales de composición M _n B, si n > 2. ^{[ 113 ]} El ferroboro (15 % de boro) se utiliza para introducir boro en el acero ; las aleaciones de níquel-boro son ingredientes de aleaciones de soldadura y composiciones de cementación para la industria de la ingeniería. Las aleaciones de silicio con hierro y con aluminio son ampliamente utilizadas por las industrias siderúrgica y automotriz, respectivamente. El germanio forma muchas aleaciones, principalmente con los metales de acuñación . ^{[ 114 ]}

Los metaloides más pesados ​​continúan con el tema. El arsénico puede formar aleaciones con metales, incluyendo platino y cobre ; ^{[ 115 ]} también se agrega al cobre y sus aleaciones para mejorar la resistencia a la corrosión ^{[ 116 ]} y parece conferir el mismo beneficio cuando se agrega al magnesio. ^{[ 117 ]} El antimonio es bien conocido como formador de aleaciones, incluso con los metales de acuñación. Sus aleaciones incluyen el peltre (una aleación de estaño con hasta un 20% de antimonio) y el metal tipo (una aleación de plomo con hasta un 25% de antimonio). ^{[ 118 ]} El telurio se alea fácilmente con el hierro, como ferrotelurio (50–58% de telurio), y con el cobre, en forma de cobre-telurio (40–50% de telurio). ^{[ 119 ]} El ferrotelurio se utiliza como estabilizador de carbono en la fundición de acero. ^{[ 120 ]} De los elementos no metálicos menos reconocidos como metaloides, el selenio – en forma de ferroselenio (50–58% de selenio) – se utiliza para mejorar la maquinabilidad de los aceros inoxidables. ^{[ 121 ]}

Los seis elementos comúnmente reconocidos como metaloides poseen propiedades tóxicas, alimentarias o medicinales. ^{[ 123 ]} Los compuestos de arsénico y antimonio son especialmente tóxicos; el boro, el silicio y posiblemente el arsénico son oligoelementos esenciales. El boro, el silicio, el arsénico y el antimonio tienen aplicaciones médicas, y se cree que el germanio y el telurio tienen potencial.

El boro se utiliza en insecticidas ^{[ 124 ]} y herbicidas. ^{[ 125 ]} Es un oligoelemento esencial. ^{[ 126 ]} Como ácido bórico , tiene propiedades antisépticas, antifúngicas y antivirales. ^{[ 127 ]}

El silicio está presente en el silatrano , un rodenticida altamente tóxico . ^{[ 128 ]} La inhalación prolongada de polvo de sílice causa silicosis , una enfermedad pulmonar mortal. El silicio es un oligoelemento esencial. ^{[ 126 ]} El gel de silicona se puede aplicar a pacientes con quemaduras graves para reducir las cicatrices. ^{[ 129 ]}

Las sales de germanio son potencialmente dañinas para los humanos y los animales si se ingieren de forma prolongada. ^{[ 130 ]} Existe interés en las acciones farmacológicas de los compuestos de germanio, pero aún no hay ningún medicamento autorizado. ^{[ 131 ]}

El arsénico es notoriamente venenoso y también puede ser un elemento esencial en cantidades ultratrazas. ^{[ 132 ]} Durante la Primera Guerra Mundial , ambos bandos utilizaron " agentes para  estornudar y vomitar a base de arsénico ... para obligar a los soldados enemigos a quitarse las máscaras de gas antes de dispararles mostaza o fosgeno en una segunda salva ". ^{[ 133 ]} Se ha utilizado como agente farmacéutico desde la antigüedad, incluso para el tratamiento de la sífilis antes del desarrollo de los antibióticos . ^{[ 134 ]} El arsénico también es un componente del melarsoprol , un medicamento utilizado en el tratamiento de la tripanosomiasis africana humana o enfermedad del sueño. En 2003, el trióxido de arsénico (bajo el nombre comercial Trisenox ) se reintrodujo para el tratamiento de la leucemia promielocítica aguda , un cáncer de la sangre y la médula ósea. ^{[ 134 ]} El arsénico en el agua potable, que causa cáncer de pulmón y vejiga, se ha asociado con una reducción en las tasas de mortalidad por cáncer de mama. ^{[ 135 ]}

El antimonio metálico es relativamente no tóxico, pero la mayoría de los compuestos de antimonio son venenosos. ^{[ 136 ]} Dos compuestos de antimonio, el estibogluconato de sodio y el estibofeno , se utilizan como fármacos antiparasitarios . ^{[ 137 ]}

El telurio elemental no se considera particularmente tóxico; dos gramos de telurato de sodio, si se administran, pueden ser letales. ^{[ 138 ]} Las personas expuestas a pequeñas cantidades de telurio en el aire exudan un olor desagradable y persistente similar al ajo. ^{[ 139 ]} El dióxido de telurio se ha utilizado para tratar la dermatitis seborreica ; otros compuestos de telurio se utilizaron como agentes antimicrobianos antes del desarrollo de los antibióticos. ^{[ 140 ]} En el futuro, es posible que sea necesario sustituir a los antibióticos que se han vuelto ineficaces debido a la resistencia bacteriana por estos compuestos. ^{[ 141 ]}

De los elementos menos reconocidos como metaloides, el berilio y el plomo son conocidos por su toxicidad; el arseniato de plomo se ha utilizado ampliamente como insecticida . ^{[ 142 ]} El azufre es uno de los fungicidas y pesticidas más antiguos. El fósforo, el azufre, el zinc, el selenio y el yodo son nutrientes esenciales, y el aluminio, el estaño y el plomo pueden serlo. ^{[ 132 ]} El azufre, el galio, el selenio, el yodo y el bismuto tienen aplicaciones medicinales. El azufre es un componente de los fármacos sulfonamidas , todavía ampliamente utilizados para afecciones como el acné y las infecciones del tracto urinario. ^{[ 143 ]} El nitrato de galio se utiliza para tratar los efectos secundarios del cáncer; ^{[ 144 ]} el citrato de galio, un radiofármaco , facilita la obtención de imágenes de áreas corporales inflamadas. ^{[ 145 ]} El sulfuro de selenio se utiliza en champús medicinales y para tratar infecciones de la piel como la tiña versicolor . ^{[ 146 ]} El yodo se utiliza como desinfectante en diversas formas. El bismuto es un ingrediente de algunos antibacterianos . ^{[ 147 ]}

El trifluoruro y el tricloruro de boro se utilizan como catalizadores homogéneos en síntesis orgánica y electrónica; el tribromuro se utiliza en la fabricación de diborano . ^{[ 148 ]} Los ligandos de boro no tóxicos podrían reemplazar a los ligandos de fósforo tóxicos en algunos catalizadores de metales de transición. ^{[ 149 ]} El ácido sulfúrico de sílice (SiO ₂ OSO ₃ H) se utiliza en reacciones orgánicas. ^{[ 150 ]} El dióxido de germanio se utiliza a veces como catalizador en la producción de plástico PET para envases; ^{[ 151 ]} los compuestos de antimonio más baratos, como el trióxido o el triacetato , se emplean más comúnmente para el mismo propósito ^{[ 152 ]} a pesar de las preocupaciones sobre la contaminación por antimonio de alimentos y bebidas. ^{[ 153 ]} El trióxido de arsénico se ha utilizado en la producción de gas natural , para aumentar la eliminación de dióxido de carbono , al igual que el ácido selenioso y el ácido teluroso . ^{[ 154 ]} El selenio actúa como catalizador en algunos microorganismos. ^{[ 155 ]} El telurio, su dióxido y su tetracloruro son catalizadores fuertes para la oxidación del carbono por aire por encima de 500  °C. ^{[ 156 ]} El óxido de grafito puede utilizarse como catalizador en la síntesis de iminas y sus derivados. ^{[ 157 ]} El carbón activado y la alúmina se han utilizado como catalizadores para la eliminación de contaminantes de azufre del gas natural. ^{[ 158 ]} Se ha sugerido el aluminio dopado con titanio como sustituto de los catalizadores de metales nobles utilizados en la producción de productos químicos industriales. ^{[ 159 ]}

Los compuestos de boro, silicio, arsénico y antimonio se han utilizado como retardantes de llama . El boro, en forma de bórax , se ha utilizado como retardante de llama textil desde al menos el siglo XVIII. ^{[ 160 ]} Los compuestos de silicio, como siliconas, silanos , silsesquioxano , sílice y silicatos , algunos de los cuales se desarrollaron como alternativas a productos halogenados más tóxicos , pueden mejorar considerablemente la resistencia a la llama de los materiales plásticos. ^{[ 161 ]} Los compuestos de arsénico, como el arsenito de sodio o el arseniato de sodio, son retardantes de llama eficaces para la madera, pero se han utilizado con menos frecuencia debido a su toxicidad. ^{[ 162 ]} El trióxido de antimonio es un retardante de llama. ^{[ 163 ]} El hidróxido de aluminio se ha utilizado como retardante de llama para fibras de madera, caucho, plástico y textiles desde la década de 1890. ^{[ 164 ]} Aparte del hidróxido de aluminio, el uso de retardantes de llama a base de fósforo —en forma, por ejemplo, de organofosfatos— supera actualmente al de cualquier otro tipo principal de retardantes. Estos emplean boro, antimonio o compuestos de hidrocarburos halogenados . ^{[ 165 ]}

_Los óxidos B₂O₃ , SiO₂ , _GeO₂ , As₂O₃ y Sb₂O₃ forman fácilmente vidrios . El TeO₂ _{forma un vidrio ,} pero esto requiere una "velocidad de enfriamiento heroica" _[ ¹⁶⁶ ] ^o la adición de una impureza; de lo contrario, se obtiene la forma cristalina. _[ 166 ] _{Estos compuestos} ^{se utilizan en} cristalería química, doméstica e industrial ^{[ 167 ]} y óptica. ^{[ 168 ]} _El trióxido de boro se utiliza como aditivo de fibra de vidrio , ^{[ 169 ]} y también es un componente del vidrio de borosilicato ^, ampliamente utilizado para cristalería de laboratorio y utensilios de cocina domésticos por su baja expansión térmica. ^{[ 170 ]} La mayoría de la cristalería común está hecha de dióxido de silicio. ^{[ 171 ]} El dióxido de germanio se utiliza como aditivo de fibra de vidrio, así como en sistemas ópticos infrarrojos. ^{[ 172 ]} El trióxido de arsénico se utiliza en la industria del vidrio como agente decolorante y clarificante (para la eliminación de burbujas), ^{[ 173 ]} al igual que el trióxido de antimonio. ^{[ 174 ]} El dióxido de telurio encuentra aplicación en láser y óptica no lineal . ^{[ 175 ]}

Los vidrios metálicos amorfos generalmente se preparan más fácilmente si uno de los componentes es un metaloide o "casi metaloide" como boro, carbono, silicio, fósforo o germanio. ^{[ 176 ] [ n 18 ]} Aparte de las películas delgadas depositadas a temperaturas muy bajas, el primer vidrio metálico conocido fue una aleación de composición Au ₇₅ Si ₂₅ reportada en 1960. ^{[ 178 ]} Un vidrio metálico con una resistencia y tenacidad nunca antes vistas, de composición Pd _82.5 P ₆ Si _9.5 Ge ₂ , fue reportado en 2011. ^{[ 179 ]}

El fósforo, el selenio y el plomo, que con menos frecuencia se reconocen como metaloides, también se utilizan en vidrios. El vidrio fosfático tiene un sustrato de pentóxido de fósforo (P₂O₅ ₎ , en lugar de la sílice (SiO₂ _{) de los vidrios de silicato} convencionales. Se utiliza, por ejemplo, para fabricar lámparas de sodio . ^{[ 180 ]} Los compuestos de selenio se pueden utilizar tanto como agentes decolorantes como para añadir un color rojo al vidrio. ^{[ 181 ]} La cristalería decorativa hecha de vidrio de plomo tradicional contiene al menos un 30 % de óxido de plomo(II) (PbO); el vidrio de plomo utilizado para el blindaje contra la radiación puede tener hasta un 65 % de PbO. ^{[ 182 ]} Los vidrios a base de plomo también se han utilizado ampliamente en componentes electrónicos, esmaltado, materiales de sellado y acristalamiento, y células solares. Los vidrios de óxido a base de bismuto han surgido como un sustituto menos tóxico del plomo en muchas de estas aplicaciones. ^{[ 183 ]}

Las composiciones variables de GeSbTe ("aleaciones GST") y _Sb₂Te dopado con Ag e In ( "aleaciones AIST"), ejemplos de materiales de cambio de fase , se utilizan ampliamente en discos ópticos regrabables y dispositivos de memoria de cambio de fase . Al aplicar calor, se puede conmutar entre estados amorfos (vítreos) y cristalinos . El cambio en las propiedades ópticas y eléctricas se puede utilizar para fines de almacenamiento de información. ^{[ 184 ]} Las futuras aplicaciones para GeSbTe pueden incluir "pantallas ultrarrápidas totalmente de estado sólido con píxeles a escala nanométrica, gafas 'inteligentes' semitransparentes, lentes de contacto 'inteligentes' y dispositivos de retina artificial". ^{[ 185 ]}

Los metaloides reconocidos tienen aplicaciones pirotécnicas o propiedades asociadas. El boro y el silicio se encuentran comúnmente; ^{[ 187 ]} actúan de forma similar a los combustibles metálicos. ^{[ 188 ]} El boro se utiliza en composiciones iniciadoras pirotécnicas (para encender otras composiciones difíciles de iniciar) y en composiciones retardantes que arden a una velocidad constante. ^{[ 189 ]} El carburo de boro se ha identificado como un posible sustituto de las mezclas más tóxicas de bario o hexacloroetano en municiones de humo, bengalas de señalización y fuegos artificiales. ^{[ 190 ]} El silicio, al igual que el boro, es un componente de las mezclas iniciadoras y retardantes. ^{[ 189 ]} El germanio dopado puede actuar como combustible termita de velocidad variable. ^{[ n 19 ]} El trisulfuro de arsénico As ₂ S ₃ se utilizaba en antiguas luces de señalización naval ; en fuegos artificiales para hacer estrellas blancas; ^{[ 192 ]} en mezclas de cortinas de humo amarillas ; y en composiciones iniciadoras. ^{[ 193 ]} El trisulfuro de antimonio Sb ₂ S ₃ se encuentra en fuegos artificiales de luz blanca y en mezclas de destellos y sonido . ^{[ 194 ]} El telurio se ha utilizado en mezclas retardantes y en composiciones iniciadoras de detonadores . ^{[ 195 ]}

El carbono, el aluminio, el fósforo y el selenio continúan con el tema. El carbono, en la pólvora negra , es un componente de los propulsores de cohetes de fuegos artificiales, cargas explosivas y mezclas de efectos, así como de mechas de retardo e ignitores militares. ^{[ 196 ] [ n 20 ]} El aluminio es un ingrediente pirotécnico común, ^{[ 187 ]} y se emplea ampliamente por su capacidad para generar luz y calor, ^{[ 198 ]} incluso en mezclas de termita. ^{[ 199 ]} El fósforo se puede encontrar en municiones de humo e incendiarias, cápsulas de papel utilizadas en pistolas de juguete y petardos . ^{[ 200 ]} El selenio se ha utilizado de la misma manera que el telurio. ^{[ 195 ]}

Todos los elementos comúnmente reconocidos como metaloides (o sus compuestos) se han utilizado en las industrias de semiconductores o electrónica de estado sólido. ^{[ 201 ]}

Algunas propiedades del boro han limitado su uso como semiconductor. Tiene un punto de fusión elevado, los monocristales son relativamente difíciles de obtener y la introducción y retención controlada de impurezas resulta complicada. ^{[ 202 ]}

El silicio es el semiconductor comercial líder; constituye la base de la electrónica moderna (incluidas las células solares estándar) ^{[ 203 ]} y de las tecnologías de la información y la comunicación. ^{[ 204 ]} Esto a pesar de que, a principios del siglo XX, el estudio de los semiconductores se consideraba la "física de la suciedad" y no merecía una atención especial. ^{[ 205 ]}

El germanio ha sido reemplazado en gran medida por el silicio en los dispositivos semiconductores, siendo más barato, más resistente a temperaturas de funcionamiento más altas y más fácil de trabajar durante el proceso de fabricación microelectrónica. ^{[ 110 ]} El germanio sigue siendo un componente de las "aleaciones" semiconductoras de silicio-germanio y estas han ido en aumento en el uso, particularmente para dispositivos de comunicación inalámbrica; dichas aleaciones explotan la mayor movilidad de portadores del germanio. ^{[ 110 ]} La síntesis de cantidades a escala de gramos de germanano semiconductor se informó en 2013. Este consiste en láminas de un átomo de espesor de átomos de germanio terminados en hidrógeno, análogo al grafano . Conduce electrones más de diez veces más rápido que el silicio y cinco veces más rápido que el germanio, y se cree que tiene potencial para aplicaciones optoelectrónicas y de detección. ^{[ 206 ]} El desarrollo de un ánodo basado en alambre de germanio que duplica con creces la capacidad de las baterías de iones de litio se informó en 2014. ^{[ 207 ]} En el mismo año, Lee et al. Se informó que se podían cultivar cristales de grafeno sin defectos, lo suficientemente grandes como para tener usos electrónicos, sobre un sustrato de germanio y luego extraerlos de él. ^{[ 208 ]}

El arsénico y el antimonio no son semiconductores en sus estados estándar . Ambos forman semiconductores de tipo III-V (como GaAs, AlSb o GaInAsSb) en los que el número promedio de electrones de valencia por átomo es el mismo que el de los elementos del Grupo 14 , pero tienen brechas de banda directas . Estos compuestos son los preferidos para aplicaciones ópticas. ^{[ 209 ]} Los nanocristales de antimonio podrían permitir que las baterías de iones de litio sean reemplazadas por baterías de iones de sodio más potentes . ^{[ 210 ]}

El telurio, que es un semiconductor en su estado estándar, se utiliza principalmente como componente en calcogenuros semiconductores de tipo II/VI ; estos tienen aplicaciones en electroóptica y electrónica. ^{[ 211 ]} El telururo de cadmio (CdTe) se utiliza en módulos solares por su alta eficiencia de conversión, bajos costos de fabricación y una gran banda prohibida de 1,44 eV, lo que le permite absorber un amplio rango de longitudes de onda. ^{[ 203 ]} El telururo de bismuto (Bi ₂ Te ₃ ), aleado con selenio y antimonio, es un componente de dispositivos termoeléctricos utilizados para refrigeración o generación de energía portátil. ^{[ 212 ]}

Cinco metaloides —boro, silicio, germanio, arsénico y antimonio— se pueden encontrar en los teléfonos celulares (junto con al menos otros 39 metales y no metales). ^{[ 213 ]} Se espera que el telurio encuentre tal uso. ^{[ 214 ]} De los metaloides menos conocidos, el fósforo, el galio (en particular) y el selenio tienen aplicaciones en semiconductores. El fósforo se usa en cantidades traza como dopante para semiconductores de tipo n . ^{[ 215 ]} El uso comercial de compuestos de galio está dominado por aplicaciones en semiconductores: en circuitos integrados, teléfonos celulares, diodos láser , diodos emisores de luz , fotodetectores y células solares . ^{[ 216 ]} El selenio se usa en la producción de células solares ^{[ 217 ]} y en protectores contra sobretensiones de alta energía . ^{[ 218 ]}

El boro, el silicio, el germanio, el antimonio y el telurio, ^{[ 219 ]} así como metales y metaloides más pesados ​​como Sm, Hg, Tl, Pb, Bi y Se, ^{[ 220 ]} se pueden encontrar en aislantes topológicos . Estos son aleaciones ^{[ 221 ]} _{o compuestos que, a temperaturas ultrafrías o a} temperatura ambiente (dependiendo de su composición), son conductores metálicos en sus superficies pero aislantes en su interior. ^{[ 222 ]} El arseniuro de cadmio Cd₃As₂ , a aproximadamente 1 K, es un semimetal de Dirac —un análogo electrónico masivo del grafeno— en el que los electrones viajan efectivamente como partículas sin masa. ^{[ 223} _{] Se cree} ^que estas dos clases de materiales tienen aplicaciones potenciales en computación cuántica . ^{[ 224 ]}

Varios nombres se usan a veces como sinónimos, aunque algunos de ellos tienen otros significados que no son necesariamente intercambiables: elemento anfótero, ^{[ 225 ]} elemento límite, ^{[ 226 ]} elemento intermedio, ^{[ 227 ]} metal cercano, ^{[ 228 ]} metametal, ^{[ 229 ]} semiconductor, ^{[ 230 ]} semimetal ^{[ 231 ]} y submetal . ^{[ 232 ]} "Elemento anfótero" se usa a veces de forma más amplia para incluir metales de transición capaces de formar oxianiones , como el cromo y el manganeso . ^{[ 233 ]} "Metametal" se usa a veces en su lugar para referirse a ciertos metales ( Be , Zn , Cd , Hg , In , Tl , β-Sn , Pb ) ubicados justo a la izquierda de los metaloides en las tablas periódicas estándar. ^{[ 234 ]} Estos metales tienden a tener estructuras cristalinas distorsionadas, valores de conductividad eléctrica en el extremo inferior de los de los metales y óxidos anfóteros (débilmente básicos). ^{[ 235 ]} Los nombres elemento anfótero y semiconductor son problemáticos ya que algunos elementos denominados metaloides no muestran un comportamiento anfótero marcado (bismuto, por ejemplo) ^{[ 236 ]} o semiconductividad (polonio) ^{[ 237 ]} en sus formas más estables.

El origen y uso del término metaloide es complejo. El nombre fue popularizado por Jöns Berzelius a principios del siglo XIX, pero no lo usó con el significado actual, sino para un grupo diverso de elementos no metálicos. ^{[ 238 ]} El "Manual de Metaloides" de James Apjohn, publicado en 1864, dividió todos los elementos en metales o metaloides. ^{[ 239 ] : 31} Desde mediados del siglo XX se ha utilizado para referirse a elementos químicos intermedios o limítrofes. ^{[ 240 ]} La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) recomendó previamente abandonar el término metaloide y sugirió usar el término semimetal en su lugar. ^{[ 241 ]} A pesar de la recomendación, el término metaloide se usó cada vez más en la literatura entre 1970 y 2010, mientras que semimetal siguió siendo menos popular. ^{[ 238 ]} El uso del término semimetal ha sido desaconsejado más recientemente por Atkins et al. ^{[ 2 ]} ya que tiene un significado más común que se refiere a la estructura de bandas electrónicas de una sustancia en lugar de la clasificación general de un elemento. Las publicaciones más recientes de la IUPAC sobre nomenclatura y terminología no incluyen ninguna recomendación sobre el uso de los términos metaloide o semimetal. ^{[ 242 ]}

El boro puro es un sólido cristalino brillante de color gris plateado. ^{[ 244 ]} Es menos denso que el aluminio (2,34 frente a 2,70 g/cm ³ ), y es duro y quebradizo. Es apenas reactivo en condiciones normales, excepto por el ataque del flúor , ^{[ 245 ]} y tiene un punto de fusión de 2076  °C (cf. acero ~1370  °C). ^{[ 246 ]} El boro es un semiconductor; ^{[ 247 ]} su conductividad eléctrica a temperatura ambiente es 1,5 × 10 ⁻⁶ S •cm ^{−1 [ 248 ]} (aproximadamente 200 veces menor que la del agua del grifo) ^{[ 249 ]} y tiene una banda prohibida de aproximadamente 1,56  eV. ^{[ 250 ] [ n 21 ]} Mendeleev comentó que, "El boro aparece en estado libre en varias formas que son intermedias entre los metales y los no metales." ^{[ 252 ]}

La química estructural del boro está dominada por su pequeño tamaño atómico y su energía de ionización relativamente alta. Con solo tres electrones de valencia por átomo de boro, el enlace covalente simple no puede cumplir la regla del octeto. ^{[ 253 ]} El enlace metálico es el resultado habitual entre los congéneres más pesados ​​del boro, pero esto generalmente requiere bajas energías de ionización. ^{[ 254 ]} En cambio, debido a su pequeño tamaño y altas energías de ionización, la unidad estructural básica del boro (y casi todos sus alótropos) ^{[ n 22 ]} es el clúster icosaédrico B _12. De los 36 electrones asociados con 12 átomos de boro, 26 residen en 13 orbitales moleculares deslocalizados; los otros 10 electrones se utilizan para formar enlaces covalentes de dos y tres centros entre icosaedros. ^{[ 256 ]} El mismo motivo puede observarse, así como variantes o fragmentos deltaédricos , en boruros metálicos y derivados de hidruros, y en algunos haluros. ^{[ 257 ]}

El enlace en el boro se ha descrito como característico de un comportamiento intermedio entre metales y sólidos de red covalente no metálicos (como el diamante ). ^{[ 258 ]} La energía necesaria para transformar B, C, N, Si y P de estados no metálicos a metálicos se ha estimado en 30, 100, 240, 33 y 50 kJ/mol, respectivamente. Esto indica la proximidad del boro al límite metal-no metal. ^{[ 259 ]}

La mayor parte de la química del boro es de naturaleza no metálica. ^{[ 259 ]} A diferencia de sus congéneres más pesados, no se sabe que forme un catión simple B ³⁺ o hidratado [B(H ₂ O) ₄ ] ³⁺ . ^{[ 260 ]} El pequeño tamaño del átomo de boro permite la preparación de muchos boruros intersticiales de tipo aleación. ^{[ 261 ]} Se han observado analogías entre el boro y los metales de transición en la formación de complejos , ^{[ 262 ]} y aductos (por ejemplo, BH ₃ + CO →BH ₃ CO y, de manera similar, Fe(CO) ₄ + CO →Fe(CO) ₅ ), ^{[ n 23 ]} así como en las estructuras geométricas y electrónicas de especies de clúster como [B ₆ H ₆ ] ²⁻ y [Ru ₆ (CO) ₁₈ ] ²⁻ . ^{[ 264 ] [ n 24 ]} La química acuosa del boro se caracteriza por la formación de muchos aniones poliborato diferentes . ^{[ 266 ]} Dada su alta relación carga-tamaño, el boro se enlaza covalentemente en casi todos sus compuestos; ^{[ 267 ]} las excepciones son los boruros , ya que estos incluyen, dependiendo de su composición, componentes de enlace covalente, iónico y metálico. ^{[ 268 ] [ n 25 ]} Los compuestos binarios simples, como el tricloruro de boro, son ácidos de Lewis, ya que la formación de tres enlaces covalentes deja un hueco en el octeto que puede ser llenado por un par de electrones donado por una base de Lewis . ^{[ 253 ]} El boro tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y una química de boratos debidamente extensa. ^{[ 261 ]} El óxido B ₂ O ₃ tiene una estructura polimérica , ^{[ 271 ]} es débilmente ácido, ^{[ 272 ] [ n 26 ]} y es formador de vidrio. ^{[ 278 ]} Compuestos organometálicos de boro^{[ n 27 ]} se conocen desde el siglo XIX (véasequímica de organoboro). ^{[ 280 ]}

El silicio es un sólido cristalino con un brillo metálico azul grisáceo. ^{[ 281 ]} Al igual que el boro, es menos denso (a 2,33 g/cm³ ⁾ que el aluminio, y es duro y quebradizo. ^{[ 282 ]} Es un elemento relativamente poco reactivo. ^{[ 281 ]} Según Rochow, ^{[ 283 ]} la forma cristalina masiva (especialmente si es pura) es "notablemente inerte a todos los ácidos, incluido el fluorhídrico ". ^{[ n 28 ]} El silicio menos puro y la forma en polvo son susceptibles de diversas maneras al ataque de ácidos fuertes o calientes, así como al vapor y al flúor. ^{[ 287 ]} El silicio se disuelve en álcalis acuosos calientes con desprendimiento de hidrógeno , al igual que los metales ^{[ 288 ]} tales como el berilio, el aluminio, el zinc, el galio o el indio. ^{[ 289 ]} Se funde a 1414  °C. El silicio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de 10⁻⁴ ^S  •cm⁻¹ ^{[ 290 ] y} una banda prohibida de aproximadamente 1,11  eV. ^{[ 284 ]} Cuando se funde, el silicio se convierte en un metal razonable ^{[ 291 ]} con una conductividad eléctrica de 1,0–1,3 × 10⁴ ^S  •cm⁻¹ ^, similar a la del mercurio líquido. ^{[ 292 ]}

La química del silicio es generalmente de naturaleza no metálica (covalente). ^{[ 293 ]} No se sabe que forme un catión. ^{[ 294 ] [ n 29 ]} El silicio puede formar aleaciones con metales como el hierro y el cobre. ^{[ 295 ]} Muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales comunes. ^{[ 296 ]} Su química de solución se caracteriza por la formación de oxianiones. ^{[ 297 ]} La alta fuerza del enlace silicio-oxígeno domina el comportamiento químico del silicio. ^{[ 298 ]} Los silicatos poliméricos, construidos por unidades tetraédricas de SiO ₄ que comparten sus átomos de oxígeno, son los compuestos de silicio más abundantes e importantes. ^{[ 299 ]} Los boratos poliméricos, que comprenden unidades trigonales y tetraédricas BO ₃ o BO ₄ enlazadas , se construyen sobre principios estructurales similares. ^{[ 300 ]} El óxido SiO ₂ tiene una estructura polimérica, ^{[ 271 ]} es débilmente ácido, ^{[ 301 ] [ n 30 ]} y es un formador de vidrio. ^{[ 278 ]} La química organometálica tradicional incluye los compuestos de carbono del silicio (véase organosilicio ). ^{[ 305 ]}

El germanio es un sólido brillante de color blanco grisáceo. ^{[ 306 ]} Tiene una densidad de 5,323 g/cm³ ^y es duro y quebradizo. ^{[ 307 ]} Es mayormente inerte a temperatura ambiente ^{[ n 31 ]} pero es atacado lentamente por ácido sulfúrico o nítrico concentrado caliente . ^{[ 309 ]} El germanio también reacciona con sosa cáustica fundida para producir germanato de sodio Na₂GeO₃ e _hidrógeno gaseoso. _[ ^{310 ] Se} funde a 938  °C. El germanio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de alrededor de 2 × 10⁻² ^S  •cm⁻¹ ^{[ 309 ] y} una banda prohibida de 0,67  eV. ^{[ 311 ]} El germanio líquido es un conductor metálico, con una conductividad eléctrica similar a la del mercurio líquido. ^{[ 312 ]}

La mayor parte de la química del germanio es característica de un no metal. ^{[ 313 ]} No está claro si el germanio forma un catión, aparte de la existencia reportada del ion Ge ²⁺ en algunos compuestos esotéricos. ^{[ n 32 ]} Puede formar aleaciones con metales como el aluminio y el oro . ^{[ 326 ]} Muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales comunes. ^{[ 296 ]} Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. ^{[ 297 ]} El germanio generalmente forma compuestos tetravalentes (IV), y también puede formar compuestos divalentes (II) menos estables, en los que se comporta más como un metal. ^{[ 327 ]} Se han preparado análogos de germanio de todos los tipos principales de silicatos. ^{[ 328 ]} El carácter metálico del germanio también se sugiere por la formación de varias sales de oxoácidos . Se han descrito un fosfato [(HPO ₄ ) ₂ Ge·H ₂ O] y un trifluoroacetato altamente estable Ge(OCOCF ₃ ) _{4 , así como Ge 2} (SO ₄ ) ₂ , Ge(ClO ₄ ) ₄ y GeH ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃ . ^{[ 329 ]} El óxido GeO ₂ es polimérico, ^{[ 271 ]} anfótero, ^{[ 330 ]} y formador de vidrio. ^{[ 278 ]} El dióxido es soluble en soluciones ácidas (el monóxido GeO, lo es aún más), y esto se utiliza a veces para clasificar el germanio como un metal. ^{[ 331 ]} Hasta la década de 1930, el germanio se consideraba un metal de baja conductividad; ^{[ 332 ]} autores posteriores lo han clasificado ocasionalmente como un metal. ^{[ 333 ]} Al igual que todos los elementos comúnmente reconocidos como metaloides, el germanio tiene una química organometálica establecida (véase Química del organogermanio ). ^{[ 334 ]}

El arsénico es un sólido gris de aspecto metálico. Tiene una densidad de 5,727 g/cm³ ^y es quebradizo y moderadamente duro (más que el aluminio; menos que el hierro ). ^{[ 335 ]} Es estable en aire seco pero desarrolla una pátina de bronce dorado en aire húmedo, que se ennegrece con una mayor exposición. El arsénico es atacado por el ácido nítrico y el ácido sulfúrico concentrado. Reacciona con la sosa cáustica fundida para dar el arseniato Na₃AsO₃ _y gas hidrógeno. ^{[ 336 ]} El arsénico se sublima a 615 _° C. El vapor es amarillo limón y huele a ajo. ^{[ 337 ]} El arsénico solo se funde bajo una presión de 38,6 atm , a 817 °C. ^{[ 338 ]} Es un semimetal con una conductividad eléctrica de alrededor de 3,9 × 10 ⁴ S•cm ^{−1 [ 339 ]} y una superposición de bandas de 0,5 eV. ^{[ 340 ] [ n 33 ]} El arsénico líquido es un semiconductor con una brecha de banda de 0,15 eV. ^{[ 342 ]}     

La química del arsénico es predominantemente no metálica. ^{[ 343 ]} No está claro si el arsénico forma un catión. ^{[ n 34 ]} Sus muchas aleaciones metálicas son en su mayoría frágiles. ^{[ 351 ]} Muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales comunes. ^{[ 296 ]} Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. ^{[ 297 ]} El arsénico generalmente forma compuestos en los que tiene un estado de oxidación de +3 o +5. ^{[ 352 ]} Los haluros, y los óxidos y sus derivados son ejemplos ilustrativos. ^{[ 299 ]} En el estado trivalente, el arsénico muestra algunas propiedades metálicas incipientes. ^{[ 353 ]} Los haluros se hidrolizan con agua, pero estas reacciones, particularmente las del cloruro, son reversibles con la adición de un ácido hidrácido . ^{[ 354 ]} El óxido es ácido pero, como se indica más adelante, (débilmente) anfótero. El estado pentavalente superior, menos estable, tiene propiedades fuertemente ácidas (no metálicas). ^{[ 355 ]} En comparación con el fósforo, el carácter metálico más fuerte del arsénico se indica por la formación de sales de oxoácidos como AsPO ₄ , As ₂ (SO ₄ ) ₃ ^{[ n 35 ]} y acetato de arsénico As(CH ₃ COO) ₃ . ^{[ 358 ]} El óxido As ₂ O ₃ es polimérico, ^{[ 271 ]} anfótero, ^{[ 359 ] [ n 36 ]} y formador de vidrio. ^{[ 278 ]} El arsénico tiene una extensa química organometálica (véase Química organoarsénica ). ^{[ 362 ]}

El antimonio es un sólido blanco plateado con un tinte azulado y un brillo intenso. ^{[ 336 ]} Tiene una densidad de 6,697 g/cm ³ y es quebradizo y moderadamente duro (más que el arsénico; menos que el hierro; aproximadamente igual que el cobre). ^{[ 335 ]} Es estable en el aire y la humedad a temperatura ambiente. Es atacado por ácido nítrico concentrado, produciendo el pentóxido hidratado Sb ₂ O ₅ . El agua regia produce el pentacloruro SbCl ₅ y el ácido sulfúrico concentrado caliente produce el sulfato Sb ₂ (SO ₄ ) ₃ . ^{[ 363 ]} No se ve afectado por álcalis fundidos. ^{[ 364 ]} El antimonio es capaz de desplazar el hidrógeno del agua, cuando se calienta: 2 Sb + 3 H ₂ O → Sb ₂ O ₃ + 3 H ₂ . ^{[ 365 ]} Se funde a 631  °C. El antimonio es un semimetal con una conductividad eléctrica de alrededor de 3,1 × 10⁴ ^S  •cm⁻¹ ^{[ 366 ] y} una superposición de bandas de 0,16  eV. ^{[ 340 ] [ n37 ]} El antimonio líquido es un conductor metálico con una conductividad eléctrica de alrededor de 5,3 × 10⁴ ^S  • ^cm⁻¹ . ^{[ 368 ]}

La mayor parte de la química del antimonio es característica de un no metal. ^{[ 369 ]} El antimonio tiene cierta química catiónica definida, ^{[ 370 ]} SbO ⁺ y Sb(OH) ₂ ⁺ están presentes en solución acuosa ácida; ^{[ 371 ] [ n 38 ]} el compuesto Sb ₈ (GaCl ₄ ) ₂ , que contiene el homopolicatión, Sb ₈ ²⁺ , fue preparado en 2004. ^{[ 373 ]} Puede formar aleaciones con uno o más metales como aluminio, ^{[ 374 ]} hierro, níquel , cobre, zinc, estaño, plomo y bismuto. ^{[ 375 ]} El antimonio tiene menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales comunes. ^{[ 296 ]} Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. ^{[ 297 ]} Al igual que el arsénico, el antimonio generalmente forma compuestos en los que tiene un estado de oxidación de +3 o +5. ^{[ 352 ]} Los haluros, y los óxidos y sus derivados son ejemplos ilustrativos. ^{[ 299 ]} El estado +5 es menos estable que el +3, pero relativamente más fácil de alcanzar que con el arsénico. Esto se explica por el pobre apantallamiento que le brindan al núcleo de arsénico sus electrones 3d ¹⁰ . En comparación, la tendencia del antimonio (al ser un átomo más pesado) a oxidarse más fácilmente compensa parcialmente el efecto de su capa 4d ^{10. [ 376 ]} El antimonio tripositivo es anfótero; el antimonio pentapositivo es (predominantemente) ácido. ^{[ 377 ]} De acuerdo con un aumento en el carácter metálico hacia abajo en el grupo 15 , el antimonio forma sales que incluyen un acetato Sb(CH ₃ CO ₂ ) ₃ , fosfato SbPO ₄ , sulfato Sb ₂ (SO ₄ ) ₃ y perclorato Sb(ClO ₄ ) ₃ . ^{[ 378 ]} El pentóxido Sb ₂ O ₅ , que normalmente es ácido , muestra cierto comportamiento básico (metálico) ya que puede disolverse en soluciones muy ácidas, con la formación del oxicatiónSbO ⁺ ₂ . ^{[ 379 ]} El óxido Sb ₂ O ₃ es polimérico, ^{[ 271 ]} anfótero, ^{[ 380 ]} y formador de vidrio. ^{[ 278 ]} El antimonio tiene una extensa química organometálica (véase Química de organoantimonio ). ^{[ 381 ]}

El telurio es un sólido brillante de color blanco plateado. ^{[ 383 ]} Tiene una densidad de 6,24 g/cm³ ^, es quebradizo y es el más blando de los metaloides comúnmente reconocidos, siendo ligeramente más duro que el azufre. ^{[ 335 ]} Los trozos grandes de telurio son estables en el aire. La forma finamente pulverizada se oxida por el aire en presencia de humedad. El telurio reacciona con agua hirviendo, o cuando se precipita recién incluso a 50  °C, para dar el dióxido y el hidrógeno: Te + 2 H₂O _→ TeO₂ ₊ 2 _H₂ . ^{[ 384 ]} Reacciona (en diversos grados) con ácidos nítrico, sulfúrico e hidrocloruro para dar compuestos como el sulfóxido TeSO ₃ o ácido teluroso H ₂ TeO ₃ , ^{[ 385 ]} el nitrato básico (Te ₂ O ₄ H) ⁺ (NO ₃ ) ⁻ , ^{[ 386 ]} o el óxido sulfato Te ₂ O ₃ (SO ₄ ). ^{[ 387 ]} Se disuelve en álcalis hirviendo, para dar el telurito y el telururo : 3 Te + 6 KOH = K ₂ TeO ₃ + 2 K ₂ Te + 3 H ₂ O, una reacción que procede o es reversible con el aumento o la disminución de la temperatura. ^{[ 388 ]}

A temperaturas más altas, el telurio es suficientemente plástico como para extruirse. ^{[ 389 ]} Se funde a 449,51  °C. El telurio cristalino tiene una estructura que consiste en cadenas espirales infinitas paralelas. El enlace entre átomos adyacentes en una cadena es covalente, pero hay evidencia de una interacción metálica débil entre los átomos vecinos de diferentes cadenas. ^{[ 390 ]} El telurio es un semiconductor con una conductividad eléctrica de alrededor de 1,0  S•cm ^{−1 [ 391 ]} y una banda prohibida de 0,32 a 0,38  eV. ^{[ 392 ]} El telurio líquido es un semiconductor, con una conductividad eléctrica, al fundirse, de alrededor de 1,9 × 10 ³  S•cm ⁻¹ . ^{[ 392 ]} El telurio líquido sobrecalentado es un conductor metálico. ^{[ 393 ]}

La mayor parte de la química del telurio es característica de un no metal. ^{[ 394 ]} Muestra cierto comportamiento catiónico. El dióxido se disuelve en ácido para producir el ion trihidroxotelurio(IV) Te(OH) ₃ ^{+ ; [ 395 ] [ n 39 ]} los iones Te ₄ ²⁺ rojos y Te ₆ ²⁺ amarillo-anaranjados se forman cuando el telurio se oxida en ácido fluorosulfúrico (HSO ₃ F), o dióxido de azufre líquido (SO ₂ ), respectivamente. ^{[ 398 ]} Puede formar aleaciones con aluminio, plata y estaño. ^{[ 399 ]} El telurio muestra menos tendencias al comportamiento aniónico que los no metales ordinarios. ^{[ 296 ]} Su química en solución se caracteriza por la formación de oxianiones. ^{[ 297 ]} El telurio generalmente forma compuestos en los que tiene un estado de oxidación de −2, +4 o +6. El estado +4 es el más estable. ^{[ 384 ]} Los telururos de composición X _x Te _y se forman fácilmente con la mayoría de los demás elementos y representan los minerales de telurio más comunes. La no estequiometría es generalizada, especialmente con metales de transición. Muchos telururos pueden considerarse aleaciones metálicas. ^{[ 400 ]} El aumento en el carácter metálico evidente en el telurio, en comparación con los calcógenos más ligeros , se refleja además en la formación reportada de varias otras sales de oxoácido, como un selenato básico 2TeO ₂ ·SeO ₃ y un perclorato y periodato análogos 2TeO ₂ ·HXO ₄ . ^{[ 401 ]} El telurio forma un óxido polimérico, ^{[ 271 ]} anfótero, ^{[ 380 ]} formador de vidrio ^{[ 278 ]} TeO ₂ . Es un óxido formador de vidrio "condicional" - forma un vidrio con una cantidad muy pequeña de aditivo. ^{[ 278 ]} El telurio tiene una extensa química organometálica (véase Química del organotelurio ). ^{[ 402 ]}

El carbono se clasifica habitualmente como un no metal ^{[ 404 ]} , pero posee algunas propiedades metálicas y ocasionalmente se clasifica como un metaloide ^{[ 405 ]} . El carbono grafítico hexagonal (grafito) es el alótropo termodinámicamente más estable del carbono en condiciones ambientales ^{[ 406 ]} . Tiene un aspecto brillante ^{[ 407 ]} y es un conductor eléctrico bastante bueno ^{[ 408 ]} . El grafito tiene una estructura laminar. Cada capa consta de átomos de carbono unidos a otros tres átomos de carbono en una disposición reticular hexagonal . Las capas se apilan y se mantienen unidas débilmente por fuerzas de van der Waals y electrones de valencia deslocalizados ^{[ 409 ]} .

La conductividad eléctrica del grafito es alta paralela a sus planos (30 kS/cm a 25  °C) y disminuye con el aumento de la temperatura, lo que indica un comportamiento semimetálico en esa dirección. Perpendicular a los planos, el grafito se comporta como un semiconductor : la conductividad es baja (5 S/cm) pero aumenta a medida que sube la temperatura. ^{[ 410 ] [ n 40 ]} Los alótropos del carbono, incluido el grafito, pueden aceptar átomos o compuestos extraños en sus estructuras mediante sustitución, intercalación o dopaje . Los materiales resultantes a veces se denominan "aleaciones de carbono". ^{[ 414 ]} El carbono puede formar sales iónicas, incluido un sulfato de hidrógeno, perclorato y nitrato (C ⁺ ₂₄ X ⁻ .2HX, donde X = HSO ₄ , ClO ₄ ; y C ⁺ ₂₄ NO ^– ₃ .3HNO ₃ ). ^{[ 415 ] [ n 41 ]} En química orgánica , el carbono puede formar cationes complejos – denominados carbocationes – en los que la carga positiva está en el átomo de carbono; ejemplos son CH ⁺ ₃ y CH ⁺ ₅ , y sus derivados. ^{[ 416 ]}  

El grafito es un lubricante sólido establecido y se comporta como un semiconductor en una dirección perpendicular a sus planos. ^{[ 410 ]} La mayor parte de su química es no metálica; ^{[ 417 ]} tiene una energía de ionización relativamente alta ^{[ 418 ]} y, en comparación con la mayoría de los metales, una electronegatividad relativamente alta. ^{[ 419 ]} El carbono puede formar aniones como C ⁴⁻ ( metánido ), C ^2– ₂ ( acetiluro ) y C ^3– ₄ ( sesquicarburo o alilenuro ), en compuestos con metales de los grupos principales 1–3, y con los lantánidos y actínidos . ^{[ 420 ]} Su óxido CO ₂ forma ácido carbónico H ₂ CO ₃ . ^{[ 421 ] [ n 42 ]}

El aluminio se clasifica habitualmente como un metal. ^{[ 424 ]} Es brillante, maleable y dúctil, y posee alta conductividad eléctrica y térmica. Como la mayoría de los metales, tiene una estructura cristalina compacta , ^{[ 425 ]} y forma un catión en solución acuosa. ^{[ 426 ]}

Tiene algunas propiedades inusuales para un metal; en conjunto, ^{[ 427 ]} estas se utilizan a veces como base para clasificar el aluminio como un metaloide. ^{[ 428 ]} Su estructura cristalina muestra cierta evidencia de enlace direccional . ^{[ 429 ]} El aluminio se enlaza covalentemente en la mayoría de los compuestos. ^{[ 430 ]} El óxido Al₂O₃ es anfótero ^{[431 ]} _y ^un formador de vidrio condicional. ^{[ 278 ]} _El aluminio puede formar aluminatos aniónicos , ^{[ 427 ]} dicho comportamiento se considera de carácter no metálico. ^{[ 74 ]}

La clasificación del aluminio como metaloide ha sido objeto de controversia ^{[ 432 ]} debido a sus numerosas propiedades metálicas. Por lo tanto, podría decirse que constituye una excepción a la regla mnemotécnica que establece que los elementos adyacentes a la línea divisoria metal-no metal son metaloides. ^{[ 433 ] [ n 43 ]}

Stott ^{[ 435 ]} clasifica al aluminio como un metal débil. Posee las propiedades físicas de un metal, pero algunas de las propiedades químicas de un no metal. Steele ^{[ 436 ]} destaca el comportamiento químico paradójico del aluminio: «Se asemeja a un metal débil en su óxido anfótero y en el carácter covalente de muchos de sus compuestos  ... Sin embargo, es un metal altamente electropositivo  ... [con] un alto potencial de electrodo negativo ». Moody ^{[ 437 ]} afirma que «el aluminio se encuentra en la "frontera diagonal" entre metales y no metales en el sentido químico».

El selenio muestra un comportamiento límite entre metaloide y no metal. ^{[ 439 ] [ n 44 ]}

Su forma más estable, el alótropo trigonal gris , a veces se denomina selenio "metálico" porque su conductividad eléctrica es varios órdenes de magnitud mayor que la de la forma monoclínica roja . ^{[ 442 ]} El carácter metálico del selenio se muestra además por su brillo, ^{[ 443 ]} y su estructura cristalina, que se cree que incluye enlaces intercatenarios débilmente "metálicos". ^{[ 444 ]} El selenio puede estirarse en hilos delgados cuando está fundido y viscoso. ^{[ 445 ]} Muestra renuencia a adquirir "los altos números de oxidación positivos característicos de los no metales". ^{[ 446 ]} Puede formar policationes cíclicos (como Se ²⁺ ₈ ) cuando se disuelve en óleums ^{[ 447 ]} (un atributo que comparte con el azufre y el telurio), y una sal catiónica hidrolizada en forma de perclorato de trihidroxoselenio(IV) [Se(OH) ₃ ] ⁺ ·ClO ^– ₄ . ^{[ 448 ]}

El carácter no metálico del selenio se demuestra por su fragilidad ^{[ 443 ]} y la baja conductividad eléctrica (~10⁻⁹ ^a 10⁻¹² ^S  •cm⁻¹ ⁾ de su forma altamente purificada. ^{[ 98 ]} Esto es comparable o menor que la del bromo (7,95 × 10⁻¹² S•cm⁻¹ ⁾ , ^{[ 449 ]} un no metal. El selenio tiene la estructura de bandas electrónicas de un semiconductor ^{[ 450 ]} y conserva sus propiedades semiconductoras en estado líquido. ^{[ 450 ]} Tiene una electronegatividad relativamente alta ^{[ 451 ] ( 2,55 en} _{la escala de Pauling revisada). Su química} ^de reacción es principalmente la de sus formas aniónicas no metálicas ^Se²⁻ , ^SeO²⁻³ y _SeO²⁻⁴ . ^{[ 452 ]} 

El selenio se describe comúnmente como un metaloide en la literatura de química ambiental . ^{[ 453 ]} Se desplaza a través del medio acuático de forma similar al arsénico y al antimonio; ^{[ 454 ]} sus sales solubles en agua, en concentraciones más altas, tienen un perfil toxicológico similar al del arsénico. ^{[ 455 ]}

El polonio es "claramente metálico" en algunos aspectos. ^{[ 237 ]} Ambas formas alotrópicas son conductoras metálicas. ^{[ 237 ]} Es soluble en ácidos, formando el catión Po ²⁺ de color rosa y desplazando hidrógeno: Po + 2 H ⁺ → Po ²⁺ + H ₂ . ^{[ 456 ]} Se conocen muchas sales de polonio. ^{[ 457 ]} El óxido PoO ₂ es predominantemente básico. ^{[ 458 ]} El polonio es un agente oxidante poco reactivo, a diferencia de su congénere más ligero, el oxígeno: se requieren condiciones altamente reductoras para la formación del anión Po ²⁻ en solución acuosa. ^{[ 459 ]}

No está claro si el polonio es dúctil o frágil. Se predice que es dúctil según sus constantes elásticas calculadas . ^{[ 460 ]} Tiene una estructura cristalina cúbica simple . Dicha estructura tiene pocos sistemas de deslizamiento y "conduce a una ductilidad muy baja y, por lo tanto, a una baja resistencia a la fractura". ^{[ 461 ]}

El polonio muestra carácter no metálico en sus haluros y por la existencia de polonuros . Los haluros poseen propiedades generalmente características de los haluros no metálicos (son volátiles, se hidrolizan fácilmente y son solubles en disolventes orgánicos ). ^{[ 462 ]} También se conocen muchos polonuros metálicos, obtenidos calentando los elementos juntos a 500–1000  °C, y que contienen el anión ^Po²⁻ . ^{[ 463 ]}

Como halógeno , el astato tiende a clasificarse como un no metal. ^{[ 464 ]} Tiene algunas propiedades metálicas marcadas ^{[ 465 ]} y a veces se clasifica como un metaloide ^{[ 466 ]} o (con menos frecuencia) como un metal. ^{[ n 45 ]} Inmediatamente después de su producción en 1940, los primeros investigadores lo consideraron un metal. ^{[ 468 ]} En 1949 se le llamó el no metal más noble (difícil de reducir ), además de ser un metal relativamente noble (difícil de oxidar). ^{[ 469 ]} En 1950, el astato fue descrito como un halógeno y (por lo tanto) un no metal reactivo . ^{[ 470 ]} En 2013, sobre la base de modelos relativistas , se predijo que el astato era un metal monoatómico, con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras . ^{[ 471 ]}

Varios autores han comentado sobre la naturaleza metálica de algunas de las propiedades del astato. Dado que el yodo es un semiconductor en la dirección de sus planos, y dado que los halógenos se vuelven más metálicos con el aumento del número atómico, se ha presumido que el astato sería un metal si pudiera formar una fase condensada. ^{[ 472 ] [ n 46 ]} El astato puede ser metálico en estado líquido basándose en que los elementos con una entalpía de vaporización (∆H _vap ) mayor que ~42 kJ/mol son metálicos cuando están líquidos. ^{[ 474 ]} Dichos elementos incluyen el boro, ^{[ n 47 ]} el silicio, el germanio, el antimonio, el selenio y el telurio. Los valores estimados para ∆H _vap del astato diatómico son 50 kJ/mol o más; ^{[ 478 ]} el yodo diatómico, con un ∆H _vap de 41,71, ^{[ 479 ]} se queda justo por debajo de la cifra umbral.

"Como los metales típicos, [el astato] precipita por sulfuro de hidrógeno incluso a partir de soluciones fuertemente ácidas y se desplaza en forma libre de soluciones de sulfato; se deposita en el cátodo durante la electrólisis ." ^{[ 480 ] [ n 48 ]} Otras indicaciones de una tendencia del astato a comportarse como un metal (pesado) son: "...  la formación de compuestos pseudohaluros  ... complejos de cationes de astato  ... aniones complejos de astato trivalente  ... así como complejos con una variedad de disolventes orgánicos". ^{[ 482 ]} También se ha argumentado que el astato demuestra un comportamiento catiónico, a través de las formas estables At ⁺ y AtO ⁺ , en soluciones acuosas fuertemente ácidas. ^{[ 483 ]}

Algunas de las propiedades reportadas del astato son no metálicas. Se ha extrapolado que tiene el rango líquido estrecho que normalmente se asocia con los no metales (pf 302  °C; p.e. 337  °C), ^{[ 484 ]} aunque las indicaciones experimentales sugieren un punto de ebullición más bajo de alrededor de 230±3  °C. Batsanov da una energía de banda prohibida calculada para el astato de 0,7  eV; ^{[ 485 ]} esto es consistente con los no metales (en física) que tienen bandas de valencia y de conducción separadas y por lo tanto son semiconductores o aislantes. ^{[ 486 ]} La química del astato en solución acuosa se caracteriza principalmente por la formación de varias especies aniónicas. ^{[ 487 ]} La mayoría de sus compuestos conocidos se asemejan a los del yodo, ^{[ 488 ]} que es un halógeno y un no metal. ^{[ 489 ]} Dichos compuestos incluyen astaturos (XAt), astatos (XAtO ₃ ) y compuestos interhalógenos monovalentes . ^{[ 490 ]}

Restrepo et al. ^{[ 491 ]} informaron que el astato parecía ser más similar al polonio que a los halógenos. Lo hicieron basándose en estudios comparativos detallados de las propiedades conocidas e interpoladas de 72 elementos.

En la tabla periódica, algunos de los elementos adyacentes a los metaloides comúnmente reconocidos, aunque generalmente se clasifican como metales o no metales, ocasionalmente se denominan casi metaloides ^{[ 495 ]} o se destacan por su carácter metaloide. A la izquierda de la línea divisoria metal-no metal, dichos elementos incluyen galio, ^{[ 496 ]} estaño, ^{[ 497 ]} bismuto, ^{[ 498 ]} flerovio, moscovio, livermorio y tenesino. ^{[ 34 ]} Muestran estructuras de empaque inusuales, ^{[ 499 ]} química covalente marcada (molecular o polimérica), ^{[ 500 ]} y anfoterismo. ^{[ 501 ]} A la derecha de la línea divisoria están el carbono, ^{[ 502 ]} fósforo, ^{[ 503 ]} selenio, ^{[ 504 ]} yodo, ^{[ 505 ]} y oganesón. ^{[ 34 ]} Exhiben brillo metálico, propiedades semiconductoras ^{[ n 50 ]} y enlaces o bandas de valencia con carácter deslocalizado. Esto se aplica a sus formas termodinámicamente más estables en condiciones ambientales: carbono como grafito; fósforo como fósforo negro; ^{[ n 51 ]} y selenio como selenio gris.

Las distintas formas cristalinas de un elemento se denominan alótropos . Algunos alótropos, en particular los de elementos situados (en términos de la tabla periódica) junto a la línea divisoria conceptual entre metales y no metales, o cerca de ella, presentan un comportamiento metálico, metaloide o no metálico más pronunciado que otros. ^{[ 511 ]} La existencia de tales alótropos puede complicar la clasificación de los elementos involucrados. ^{[ 512 ]}

El estaño, por ejemplo, tiene dos alótropos: el estaño β tetragonal "blanco" y el estaño α cúbico "gris". El estaño blanco es un metal muy brillante, dúctil y maleable. Es la forma estable a temperatura ambiente o superior y tiene una conductividad eléctrica de 9,17 × ^10⁴  S·cm⁻¹ ⁽ aproximadamente 1/6 de la del cobre). ^{[ 513 ]} El estaño gris suele tener el aspecto de un polvo microcristalino gris, y también puede prepararse en formas cristalinas o policristalinas frágiles y semibrillantes . Es la forma estable por debajo de 13,2  °C y tiene una conductividad eléctrica de entre (2–5) × 10² ^S  ·cm⁻¹ ⁽ aproximadamente 1/250 de la del estaño blanco). ^{[ 514 ]} El estaño gris tiene la misma estructura cristalina que el diamante. Se comporta como un semiconductor (como si tuviera una banda prohibida de 0,08  eV), pero tiene la estructura de bandas electrónicas de un semimetal. ^{[ 515 ]} Se le ha denominado metal muy pobre, ^{[ 516 ]} metaloide, ^{[ 517 ]} no metal ^{[ 518 ]} o casi metaloide. ^{[ 498 ]}

El alótropo de diamante del carbono es claramente no metálico, siendo translúcido y con una baja conductividad eléctrica de 10⁻¹⁴ ^a 10⁻¹⁶ ^S  ·cm⁻¹ ^. [ ^{519 ] El} grafito tiene una conductividad eléctrica de 3 × 10⁴ ^S  ·cm⁻¹ ^, [ ^{520 ] una} cifra más característica de un metal. El fósforo, el azufre, el arsénico, el selenio, el antimonio y el bismuto también tienen alótropos menos estables que muestran comportamientos diferentes. ^{[ 521 ]}

La tabla muestra las abundancias en la corteza de los elementos comúnmente y raramente reconocidos como metaloides. ^{[ 522 ]} Se incluyen otros elementos para comparación: oxígeno y xenón (los elementos más y menos abundantes con isótopos estables); hierro y los metales de acuñación cobre, plata y oro; y renio, el metal estable menos abundante (el aluminio suele ser el metal más abundante). Se han publicado diversas estimaciones de abundancia; estas a menudo discrepan en cierta medida. ^{[ 523 ]}

Los metaloides reconocidos se pueden obtener mediante la reducción química de sus óxidos o sus sulfuros . Se pueden emplear métodos de extracción más simples o más complejos dependiendo de la forma de partida y los factores económicos. ^{[ 524 ]} El boro se obtiene rutinariamente reduciendo el trióxido con magnesio: B ₂ O ₃ + 3 Mg → 2 B + 3MgO; después del procesamiento secundario, el polvo marrón resultante tiene una pureza de hasta el 97%. ^{[ 525 ]} El boro de mayor pureza (> 99%) se prepara calentando compuestos volátiles de boro, como BCl ₃ o BBr ₃ , ya sea en una atmósfera de hidrógeno (2 BX ₃ + 3 H ₂ → 2 B + 6 HX) o hasta el punto de descomposición térmica . El silicio y el germanio se obtienen a partir de sus óxidos calentando el óxido con carbono o hidrógeno: SiO ₂ + C → Si + CO ₂ ; GeO ₂ + 2 H ₂ → Ge + 2 H ₂ O. El arsénico se aísla de su pirita (FeAsS) o pirita arsenical (FeAs ₂ ) mediante calentamiento; alternativamente, se puede obtener de su óxido por reducción con carbono: 2 As ₂ O ₃ + 3 C → 2 As + 3 CO ₂ . ^{[ 526 ]} El antimonio se deriva de su sulfuro por reducción con hierro: Sb ₂ S ₃ → 2 Sb + 3 FeS. El telurio se prepara a partir de su óxido disolviéndolo en NaOH acuoso, produciendo telurita, luego por reducción electrolítica : TeO ₂ + 2 NaOH → Na ₂ TeO ₃ + H ₂ O; ^{[ 527 ]} Na ₂ TeO ₃ + H ₂ O → Te + 2 NaOH + O ₂ . ^{[ 528 ]} Otra opción es la reducción del óxido mediante tostado con carbono: TeO ₂ + C → Te + CO ₂ . ^{[ 529 ]}

Los métodos de producción de los elementos menos frecuentemente reconocidos como metaloides incluyen procesamiento natural, reducción electrolítica o química, o irradiación. El carbono (en forma de grafito) se encuentra en la naturaleza y se extrae triturando la roca madre y haciendo flotar el grafito más ligero a la superficie. El aluminio se extrae disolviendo su óxido Al₂O₃ _en criolita _fundida Na₃AlF₆ y _luego mediante reducción electrolítica a alta temperatura. El selenio se produce tostando los seleniuros de metales de acuñación _{X₂Se (} X = Cu, Ag, Au) con carbonato _de sodio para obtener el selenito: X₂Se ₊ O₂ ₊ Na₂CO₃ _→ Na₂SeO₃ ₊ 2X + CO₂ _{; el seleniuro} se neutraliza con ácido sulfúrico H₂SO₄ _para dar ácido selenioso H₂SeO₃ ; este se reduce burbujeando con _{SO₂ para obtener} selenio elemental. El polonio y el astato se producen en cantidades mínimas irradiando bismuto. ^{[ 530 ]}

Los metaloides reconocidos y sus vecinos más cercanos suelen costar menos que la plata; solo el polonio y el astato son más caros que el oro, debido a su significativa radiactividad. Al 5 de abril de 2014, los precios de pequeñas muestras (hasta 100 g) de silicio, antimonio y telurio, y grafito, aluminio y selenio, promediaban alrededor de un tercio del costo de la plata (US$1,5 por gramo o aproximadamente US$45 por onza). Las muestras de boro, germanio y arsénico promediaban alrededor de tres veces y media el costo de la plata. ^{[ n 52 ]} El polonio está disponible por aproximadamente US$100 por microgramo . ^{[ 531 ]} Zalutsky y Pruszynski ^{[ 532 ]} estiman un costo similar para producir astato. Los precios de los elementos aplicables que se comercializan como materias primas tienden a ser de dos a tres veces más baratos que el precio de la muestra (Ge), a casi tres mil veces más baratos (As). ^{[ n 53 ]}