7 عنصرًا
أشباه الفلزات
تقع أشباه الفلزات على الخط المتدرج الفاصل بين الفلزات واللافلزات. تبدو معدنية لكنها هشة، والكثير منها أشباه موصلات — ولهذا يقوم السيليكون والجرمانيوم عليهما الإلكترونيات الحديثة.
- الأعضاء
- 7
- عند حرارة الغرفة
- 7 صلب
- نطاق الانصهار
- من 254 إلى 2,075 °C
- السالبية الكهربائية
- 1.9 – 2.18
كل أشباه الفلزات
- 5Bالبورون10.81 u · 1808
- 14Siالسيليكون28.085 u · 1824
- 32Geالجرمانيوم72.63 u · 1886
- 33Asالزرنيخ74.9216 u · نحو 1250
- 51Sbالإثمد121.76 u · نحو 3000 ق.م
- 52Teالتيلوريوم127.6 u · 1782
- 84Poالبولونيوم[209] u · 1898
على خط التماس
ارسم خطًا متدرجًا كالسلّم من البورون نزولًا إلى الأستاتين في الجدول الدوري، فتفصل الفلزات على اليسار عن اللافلزات على اليمين. والعناصر الواقعة على هذا الخط هي أشباه الفلزات. تبدو كالفلزات، فهي غالبًا لامعة رمادية اللون، لكنها هشة تتحطم بدلًا من أن تنثني، وتسلك كيميائيًا سلوكًا أقرب إلى اللافلزات.
لا توجد قائمة رسمية واحدة. فالبورون والسيليكون والجرمانيوم والزرنيخ والإثمد والتيلوريوم مدرجة دائمًا تقريبًا. ويُضاف أحيانًا البولونيوم، الذي يعدّه هذا الموقع شبه فلز، والأستاتين، بل إن بعض القوائم تضم الكربون أو السيلينيوم.
أشباه الموصلات: السبب في أنك تقرأ هذه السطور
توصل الفلزات الكهرباء جيدًا، بينما لا تكاد اللافلزات توصلها. وتقع أشباه الفلزات بين الطرفين، إذ ترتفع موصلية السيليكون والجرمانيوم كلما سخنا أو أُضيفت إليهما كميات ضئيلة من عناصر أخرى. وهذه الخاصية، شبه الموصلية، يمكن التحكم فيها بدقة.
إضافة قليل من الفوسفور أو البورون إلى سيليكون فائق النقاء تُنشئ مناطق فيها فائض من الإلكترونات أو نقص فيها. ووضع هذه المناطق جنبًا إلى جنب يصنع الثنائيات والترانزستورات، وهي المفاتيح التي تشكّل قلب كل رقاقة حاسوبية. وقد صُنع أول ترانزستور عام 1947 من الجرمانيوم، ثم حلّ السيليكون محله في ستينيات القرن العشرين ومنح وادي السيليكون اسمه.
مقارنة بين أفراد الفئة
| العنصر | الحالة | الكثافة | السالبية الكهربائية | تاريخ الاكتشاف |
|---|---|---|---|---|
| البورون | صلب | 2.37 g/cm³ | 2.04 | 1808 |
| السيليكون | صلب | 2.33 g/cm³ | 1.9 | 1824 |
| الجرمانيوم | صلب | 5.323 g/cm³ | 2.01 | 1886 |
| الزرنيخ | صلب | 5.776 g/cm³ | 2.18 | نحو 1250 |
| الإثمد | صلب | 6.685 g/cm³ | 2.05 | نحو 3000 ق.م |
| التيلوريوم | صلب | 6.232 g/cm³ | 2.1 | 1782 |
| البولونيوم | صلب | 9.32 g/cm³ | 2 | 1898 |
الزجاج والسبائك والسموم
البورون والسيليكون عماد صناعة الزجاج: فالزجاج العادي في معظمه ثاني أكسيد السيليكون، وإضافة أكسيد البورون تنتج زجاج البوروسيليكات المقاوم للحرارة المستخدم في أدوات المختبر والمطبخ. ويُقسّي الإثمد الرصاص في البطاريات، ويحسّن التيلوريوم قابلية الفولاذ والنحاس للتشغيل الآلي.
والزرنيخ هو شبه الفلز صاحب السمعة الأشد قتامة. فقد كانت مركباته السم المفضل لدى المسمّمين على مدى قرون، وما زال الزرنيخ في المياه الجوفية يصيب ملايين الناس في جنوب آسيا. لكن له أيضًا استخدامات مشروعة، في بعض أشباه الموصلات وفي علاج حديث لنوع من سرطان الدم.
الأسئلة الشائعة
كم عدد أشباه الفلزات؟
ستة عناصر معترف بها على نطاق شبه عالمي: البورون والسيليكون والجرمانيوم والزرنيخ والإثمد والتيلوريوم. وتبعًا للمصدر، قد يُضاف البولونيوم أو الأستاتين أو الكربون أو الألومنيوم أو السيلينيوم؛ ويضم هذا الموقع البولونيوم فيصبح العدد سبعة.
هل السيليكون فلز؟
لا. يبدو السيليكون فلزي المظهر ويوصل قدرًا من الكهرباء، لكنه هش ويكوّن أكاسيد حمضية كاللافلزات. ويُصنَّف شبه فلز.
لماذا تُستخدم أشباه الفلزات في الإلكترونيات؟
لأن موصليتها الكهربائية تقع بين موصلية الفلزات والعوازل، ويمكن ضبطها بإضافة كميات صغيرة من عناصر أخرى، مما يتيح للمهندسين صنع الثنائيات والترانزستورات والخلايا الشمسية.