7元素
半金属
半金属は金属と非金属を分ける階段状の線上にあります。金属のように見えますがもろく、多くは半導体です。ケイ素とゲルマニウムが現代のエレクトロニクスを支えているのはそのためです。
- メンバー数
- 7
- 室温での状態
- 7 固体
- 融点の範囲
- 254〜2,075 °C
- 電気陰性度
- 1.9 – 2.18
すべての半金属
- 5Bホウ素10.81 u · 1808
- 14Siケイ素28.085 u · 1824
- 32Geゲルマニウム72.63 u · 1886
- 33Asヒ素74.9216 u · 約1250年
- 51Sbアンチモン121.76 u · 約紀元前3000年
- 52Teテルル127.6 u · 1782
- 84Poポロニウム[209] u · 1898
境界線上の元素
周期表のホウ素からアスタチンまで階段状の線を引くと、左側の金属と右側の非金属が分けられる。この線に沿って並ぶ元素が半金属である。見た目は金属に似ており、多くは灰色の光沢をもつが、もろく、曲がらずに砕けてしまう。化学的には非金属に近いふるまいをする。
公式の一覧はひとつに定まっていない。ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルはほぼ必ず含まれる。当サイトでは半金属に数えているポロニウムや、アスタチンが加えられることもあり、炭素やセレンを含める一覧もある。
半導体：あなたがこの文章を読める理由
金属は電気をよく通し、非金属はほとんど通さない。半金属はその中間にあり、ケイ素やゲルマニウムの導電性は温度が上がったり、ほかの元素がごく微量加えられたりすると高くなる。この性質、すなわち半導性は精密に制御することができる。
超高純度のケイ素にリンやホウ素を少し加えると、電子が余った領域や足りない領域ができる。これらの領域を隣り合わせに並べると、あらゆるコンピューターチップの中核にあるスイッチ、ダイオードやトランジスタができる。1947年に作られた最初のトランジスタはゲルマニウム製だった。1960年代にはケイ素がそれに取って代わり、シリコンバレーの名の由来となった。
各元素の比較
ガラス、合金、そして毒
ホウ素とケイ素はガラスの骨格である。普通のガラスは主に二酸化ケイ素でできており、酸化ホウ素を加えると、実験器具や台所用品に使われる耐熱性のホウケイ酸ガラスになる。アンチモンは電池用の鉛を硬くし、テルルは鋼や銅の切削加工性を高める。
最も暗い評判をもつ半金属がヒ素である。その化合物は何世紀にもわたって毒殺者に好まれ、地下水中のヒ素は今も南アジアの数百万人に影響を与えている。一方で、一部の半導体や、ある種の白血病の現代的な治療薬など、正当な用途もある。
よくある質問
半金属はいくつあるのか？
ほぼ普遍的に認められているのは、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルの6元素である。資料によってはポロニウム、アスタチン、炭素、アルミニウム、セレンも数えられる。当サイトではポロニウムを含めて7元素としている。
ケイ素は金属なのか？
そうではない。ケイ素は金属のような外見で電気もある程度通すが、もろく、非金属と同じく酸性の酸化物をつくる。分類としては半金属である。
半金属がエレクトロニクスに使われるのはなぜか？
電気伝導性が金属と絶縁体の中間にあり、ほかの元素を少量加えることで調整できるため、ダイオードやトランジスタ、太陽電池をつくることができるからである。