準金屬

準金屬（metalloid），又稱為半金屬（semimetal），介於金屬和非金屬之間的物質。準金屬是一種元素，其外表呈現出金屬的特性，但在化學性質上卻表現出金屬和非金屬兩種性質。例如砷和銻，它們是堅硬的結晶固體，外表顯然是金屬，但是當進行化學反應時就表現出金屬和非金屬兩種不同的性質。它們的一些氧化物既溶於酸，也溶於鹼，這就是所謂的兩性性質，因為它們的性質既像鹼又像酸。有許多元素也能生成兩性化合物。然而只有當這種化學性質的二元性十分明顯、同時顯出金屬的外表時，才能稱這種元素為準金屬。

基本介紹

• 中文名：準金屬
• 外文名：metalloid
• 別稱：“半金屬”、“類金屬”等
• 性質：介於金屬與非金屬之間
• 元素：硼、矽、 砷、 碲、銻等
• 用途：合金添加劑，半導體材料等

基本介紹

準金屬（metalloid）又稱“半金屬”、“類金屬”、“亞金屬”或“似金屬”，性質介於金屬和非金屬之間的元素。這些元素一般性脆，呈金屬光澤。半金屬通常包括硼、矽、 砷、銻、碲、釙，雖然對它的物理、化學性質所知尚少，一般也列入半金屬。通常被認為金屬的鍺和銻，也可歸入半金屬。

半金屬元素在元素周期表中處於金屬向非金屬過渡位置（見非鐵金屬）。如沿元素周期表Ⅲ A族的硼和鋁之間到ⅥA族的碲和釙之間畫一鋸齒形斜線，可以看出：貼近這條斜線的元素除鋁外，都是半金屬元素。處於半金屬元素帶右側的元素為非金屬，處於左側的為金屬。半金屬元素的電負性在1.8—2.4之間，大於金屬，小於非金屬。它們的氧化物與水作用生成弱酸性或弱鹼性的溶液。它們與非金屬作用時常作為電子給予體，而與金屬作用時常作為電子接受體。

半金屬大都是半導體，具有導電性，電阻率介於金屬（10^－5歐姆·厘米以下）和非金屬（10¹⁰歐姆·厘米以上）之間。導電性對溫度的依從關係大都與金屬相反；如果加熱半金屬，其電導率便隨溫度而上升。半金屬大都具有多種不同物理、化學性質的同素異形體，碲、砷、矽、硼、硒的“無定形”同素異形體的非金屬性質更為突出。

準金屬：砷

1.來源和用途

毒砂（砷黃鐵礦）和斜方砷鐵礦是兩種能被熔化生產單質砷的礦石。單質砷和三氧化二砷（As₂O₃）是作為商品生產，後者是許多砷化合物的生產原料。單質砷用於與鉛和銅一起製造合金。砷化合物有許多用途，包括用作催化劑、殺菌劑、除銹劑、殺真菌劑、動物飼料添加劑、防鏽劑、藥物、獸藥、製革劑以及木材防腐劑。砷劑是第一種治療梅毒的藥，並且一直用於治療阿米巴痢疾。硫砷密胺（一種有機砷化合物）是治療由非洲錐體蟲引起的神經病發病期的最有效藥物。

2.砷的暴露和吸收

砷能通過腸胃系統和肺途徑被吸收，對砷關注的主要是內吸收毒害。三氯化砷（AsCI₃）和有機砷化物路易斯氣（第一次世界大戰中作毒氣）可以透過皮膚，這兩者對暴露者有很強的危害性，並且是強的糜爛性毒劑（引起水泡）。普通砷化物As₂O₃通過肺和腸道被吸收，固體顆粒的大小是它被吸收多少的主要因素。粗粒子的化合物趨於穿過腸胃並且通過大便排出。

砷有+3和+5氧化態，並且+3氧化態的無機化合物通常是比較毒的，轉為砷（V）一般對環境有利，其危害大為降低。

砷是絕大多數土壤的自然組成部分。許多食物中含砷，特別是水生貝殼類動物。成年人每天通過正常來源平均攝入大約低於1毫克砷。

3.砷的代謝、轉移和毒害作用

生物化學上砷使蛋白質凝結，與輔酶一起形成配合物，抑制ATP（三磷酸腺苷）的產生。與鎘和汞相似，砷是“親硫”元素。砷有某些與磷相似的化學特性，並在某些化學過程中替代磷，起不利的新陳代謝作用。下圖概述了這種作用。圖上面的反應說明從甘油醛一3一磷酸酯，酶催化合成1，3—雙磷酸甘油酸酯，其生成物繼續反應生成三磷酸腺甙（ATP），這是一種人體內新陳代謝中必需的產生能量的物質。當亞砷酸鹽AsO₃^3-出現時，與甘油醛一3一磷酸酯結合生成一個能經過非酶自發水解的產物，阻止ATP的形成。

砷（Ⅲ）干擾ATP磷酸化作甩產生的過程

砷中毒的解毒藥可以利用它的“親硫”性，採用含有巰基的物質，如2，3—二巰基丙醇（BAL）。

準金屬光澤

準金屬光澤（semi-metallic Iuster）光澤強度的等級之一。一般指反射率R=0.19～0.25之間，它比新鮮的金屬拋光面略暗一些，如同陳舊的金屬器皿表面所反射的光澤，例如磁鐵礦的光澤。半金屬光澤礦物也大多是不透明礦物，也很少用作寶石。

套用

準金屬（半金屬）大都是半導體，它們的電阻率介於金屬和非金屬之間。半金屬能帶的特點，是它的導帶與價帶之間有一小部分重疊。不需要熱激發，價帶頂部的電子會流入能量較低的導帶底部。因此在絕對零度時，導帶中就已有一定的電子濃度，價帶中也有相等的空穴濃度。這是半金屬與半導體的根本區別。但因重疊較小，它和典型的金屬也有所區別。這類材料的禁頻寬度很小，因此被用來製作紅外探測器件。紅外光的波長為10微米左右，對應的光子能量為0.1電子伏。半金屬材料被紅外光照射以後，電子能迅速從價帶激發到導帶，引起電導率變化，從而探測到紅外光。

除上述元素外，化合物也可以是半金屬，如 Mg₂Pb。另有一些化合物，如HgTe、HgSe等禁頻寬度等於零，有時稱作零禁帶半導體，實質上也是半金屬。

這類元素的導電性能隨溫度的變化關係大都與金屬相反，即其電導率隨溫度上升而增加。準金屬用途廣泛，在電氣、冶金等方面有廣泛的套用，尤其在半導體材料中有著舉足輕重的作用。

從能帶結構來看，金屬中被電子填充的最高能帶是半滿的或部分填充的，電子能自由運動，有較高的電導率。絕緣體中被電子填充的最高能帶是滿帶（又稱價帶），價帶與導帶之間的禁頻寬度較大。室溫下電子不能由價帶激發到導帶而產生自由運動的電子，因此電導率很低。半導體中電子填充能帶的情況與絕緣體相似，但禁頻寬度較小。在一定的摻雜濃度下，能產生導電的自由電子或自由空穴。半導體的電導率介於金屬和絕緣體之間。另外，金屬和半導體之間還有一種中間情況，禁頻寬度為零或很小，此時在很低溫度下電子就能從價帶激發到導帶，在導帶和價帶中同時存在能自由運動的電子和空穴。如碲化汞（HgTe），這種材料稱為半金屬。