Metaloides
Metaloides Se sitúan entre los metales y los no metales en cuanto a su comportamiento material. No se comportan completamente como ninguno de los dos grupos. El silicio, el boro, el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio suelen incluirse en este grupo, aunque la lista exacta puede variar.
Una forma útil de comprender los metaloides es observar su función en un material, en lugar de solo su posición en la tabla periódica. Muchos son frágiles y duros, lo que puede impedir su uso en piezas que requieren flexión, estiramiento y soporte de carga.
Sus propiedades eléctricas les confieren mayor utilidad en ingeniería. Por ejemplo, en ciertas situaciones, el silicio puede dirigir el flujo de corriente eléctrica, lo cual es importante para los componentes semiconductores. La combinación de metales con otros elementos también hace que los metaloides sean útiles. Pequeñas adiciones pueden modificar el comportamiento de la aleación, y algunos materiales metaloides pueden utilizarse para proporcionar las propiedades eléctricas necesarias para los dispositivos electrónicos.
Uno de los primeros descubrimientos es el antimonio. Los compuestos de antimonio se utilizaron como pigmentos y medicamentos en antiguo EgiptoEstos son solo algunos de los usos iniciales que desde entonces se han expandido y ahora se utilizan en aplicaciones modernas como la tecnología de semiconductores, materiales especiales, producción de aleaciones y componentes electrónicos.
Las secciones siguientes se centran en las propiedades que hacen útiles a los metaloides, en cómo se diferencian de los metales y no metales, y en las Usos de los metaloides en ingeniería y fabricación.
¿Qué son los metaloides?
Metaloide en estado bruto
Los metaloides son elementos que se encuentran comúnmente en el límite entre los metales y los no metales en la tabla periódica. No se ajustan claramente a ninguna de las categorías. Pueden comportarse de manera muy diferente en presencia de cualquier elemento y para cualquier aplicación.
El boro, el silicio, el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio son los metaloides más comunes. Duros y quebradizos, no se utilizan como metales estructurales comunes como el acero, el aluminio o el cobre. Su utilidad radica en otras propiedades, especialmente eléctricas y químicas.
Uno de los ejemplos más evidentes es el silicio. Si bien no es un material tradicionalmente resistente a la carga, sus propiedades de control de la conductividad eléctrica son esenciales en la fabricación de semiconductores. El boro cumple una función diferente. En algunos aceros, se pueden añadir pequeñas cantidades para mejorar la templabilidad, facilitando así el tratamiento térmico.
Esta clasificación no es permanente. Cabe señalar que algunas referencias de la tabla periódica incluyen ciertos elementos y otras no. La respuesta es sencilla: no existe una sola propiedad que distinga a los metaloides de los dos grupos de elementos adyacentes.
¿Qué elementos son metaloides?
Elementos de metaloides
Los siguientes 6 elementos se agrupan con mayor frecuencia dentro de los metaloides:
- Boro (B)
- Silicona (Si)
- Germanio (Ge)
- Arsénico (As)
- Antimonio (Sb)
- Telurio (Te)
Otras clasificaciones incluyen el polonio, el astato y el bismuto. Se ordenan según sus características y la fuente de donde provienen.
Boro
Boro
El boro no se utiliza solo en componentes de ingeniería. Su uso como elemento de aleación minoritario resulta más útil. En ciertos aceros, el boro también puede mejorar la templabilidad, lo que significa que, durante el tratamiento térmico, puede contribuir a que el acero alcance una mayor dureza en las capas más profundas de su sección transversal.
Silicio
Silicio
El silicio tiene una aplicación industrial mucho más amplia. Es el principal material semiconductor utilizado en circuitos integrados, sensores y numerosos dispositivos electrónicos. También puede incorporarse a metales como el acero o las aleaciones de aluminio para modificar sus propiedades específicas.
Germanio
Germanio
El germanio se utiliza en dispositivos semiconductores y en óptica especializada. Además, posee propiedades útiles de transmisión infrarroja y, por lo tanto, puede emplearse también en otros componentes electrónicos.
Arsénico
Arsénico
La principal exposición al arsénico se produce a través de compuestos y productos especiales. El arseniuro de galio es un ejemplo de ello. Sus propiedades eléctricas le confieren ventajas sobre los dispositivos de silicio convencionales, y se utiliza en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.
Antimonio
Antimonio
El antimonio se utiliza comúnmente como elemento de aleación. Las aleaciones de antimonio se emplean en baterías para sus rejillas, y los compuestos de antimonio también se utilizan en sistemas ignífugos y otras aplicaciones industriales.
Telurio
Telurio
El telurio tiene aplicaciones especiales. En ciertos aceros, se añade en pequeñas cantidades, lo que afecta la naturaleza de las virutas que se forman durante el corte, mejorando así la maquinabilidad del acero. También se utiliza en materiales semiconductores y termoeléctricos.
Otros elementos a veces incluidos
Hay algunas listas que incluyen Polonio, astato y bismuto como metaloides. Su clasificación no es tan consistente como la de los 6 elementos mencionados anteriormente. El polonio y el astato son altamente radiactivos y no pueden utilizarse en la práctica. Si bien el bismuto a veces se clasifica como metaloide, se utiliza con mayor frecuencia como metal. Los seis elementos más conocidos son el medio más apropiado para hablar de metaloides en la mayoría de las discusiones de ingeniería.
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¿Cuándo se utilizaron los metaloides por primera vez?
Algunos elementos metaloides se han utilizado durante miles de años. Uno de los más antiguos es el antimonio. Se encontraron compuestos de antimonio en cosméticos y pigmentos utilizados por los antiguos egipcios, antes de que existiera una clasificación moderna para este elemento.
El arsénico también se utiliza ampliamente y tiene una larga historia de uso. Al igual que en la Edad Media, los compuestos de arsénico se popularizaron en pigmentos y otros productos. Muchos de estos usos se vieron restringidos posteriormente debido a su toxicidad.
El desarrollo del silicio fue mucho más tarde. El silicio elemental fue descubierto en 1823 por Jöns Jacob Berzelius. Con el avance de la tecnología de semiconductores, su importancia se ha desarrollado rápidamente. En la década de 1950, los materiales a base de silicio se incorporaron a la fabricación comercial regular de productos electrónicos y se estaban convirtiendo en un componente importante de la electrónica moderna.
La historia es útil porque traza la evolución del papel de estos elementos. Sus propiedades químicas y visuales se utilizaron para las primeras aplicaciones. Su comportamiento eléctrico, térmico y de aleación se aprovecha mucho más en las aplicaciones modernas.
¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de los metaloides?
Los metaloides no son metales típicos. Si bien suelen tener apariencia metálica, son duros y quebradizos, no dúctiles. Esto limita su aplicación en piezas que requieren flexión, conformado o resistencia a cargas de impacto.
Sus propiedades eléctricas resultan muy útiles en numerosas aplicaciones. Por ejemplo, el silicio y el germanio pueden utilizarse como semiconductores. Su conductividad puede modificarse mediante la temperatura, las impurezas y la manipulación del material.
Algunos elementos son más reactivos químicamente que otros. Los metaloides tienden a ser covalentes, y algunos pueden reaccionar con metales y convertirse en agentes de aleación útiles. Por lo tanto, es necesario considerar el elemento y el sistema material que lo rodea, y no aplicar una regla única a todos los metaloides.
Propiedades físicas de los metaloides
Física propiedades de los metaloides Existen diferencias bastante marcadas dentro del grupo. Merecen ser observadas desde el punto de vista material.
Muchos semiconductores son metaloides. El más conocido es el silicio. Tiene la capacidad de ser controlado mediante impurezas, lo cual es un paso importante en la fabricación de semiconductores. A temperatura ambiente, los metaloides son sólidos.
- Conductividad térmica: La capacidad de un material para conducir el calor varía según el elemento. Presentan conductividades eléctricas y térmicas intermedias entre las de los buenos conductores y los malos conductores térmicos.
- Densidad: Existe un amplio rango de densidades. La densidad relativa del silicio es 2.33, y la del antimonio es 6.69. Por lo tanto, el término «metaloide» no indica cuál es el rango de densidades.
- Dureza: La dureza también varía entre estos elementos. El boro tiene la mayor dureza, mientras que el arsénico, el antimonio y el telurio tienen valores de dureza Mohs comparativamente más bajos. Esta diferencia repercutirá en el procesamiento de cada material y en su uso.
- Propiedades mecánicas: La mayoría de los metaloides son frágiles y poco dúctiles. No se deforman plásticamente al ser sometidos a carga, sino que se fragmentan. Esto los hace inadecuados para algunos elementos estructurales tradicionales cuando se utilizan como material base.
- Apariencia superficial: Algunos metaloides tienen un aspecto brillante o metálico. Sin embargo, la apariencia no es suficiente para clasificarlos como metales.
Los metaloides difieren en dureza, densidad, punto de fusión y comportamiento eléctrico. A continuación se muestran los valores principales de los elementos más conocidos.
| Elemento | Densidad (g / cm³) | Punto de fusión (° C) | Dureza (Mohs) | Comportamiento eléctrico |
| Boro | 2.46 | 2076 | 9.3 | Semiconductores |
| Silicio | 2.33 | 1414 | 7.0 | Semiconductores |
| Germanio | 5.32 | 938 | 6.0 | Semiconductores |
| Arsénico | 5.73 | 817* | 3.5 | Semimetal |
| Antimonio | 6.68 | 631 | 3.0 | Semimetal |
| Telurio | 6.24 | 722 | 2.0-2.5 | Semiconductores |
El arsénico se sublima a presión atmosférica normal.
Estos valores muestran la amplia variabilidad dentro del grupo de los metaloides. El boro y el silicio son relativamente duros, mientras que el antimonio y el telurio son mucho más blandos. El silicio y el germanio se utilizan principalmente por sus propiedades semiconductoras, mientras que el boro, el antimonio y el telurio también se emplean en determinados sistemas de aleación.
Propiedades químicas de los metaloides
En muchos casos, exhiben propiedades más similares a las de los no metales, pero, de nuevo, depende del elemento y de la reacción.
- Electronegatividades: La electronegatividad de los metaloides es intermedia. Esto modifica su comportamiento en las interacciones con otros átomos y el tipo de enlaces químicos que pueden formar.
- Vinculación: Se producen enlaces covalentes. El silicio es un buen ejemplo, ya que constituye la base de muchas estructuras covalentes fuertes que son importantes para sus propiedades materiales.
- Metaloides y metales: Algunos metaloides pueden mezclarse con metales para modificar sus propiedades. Una aplicación práctica es el uso de boro en ciertos aceros. En el caso del telurio, un elemento que se puede añadir en pequeñas cantidades, se modifican las propiedades de corte de algunos aceros.
- Reaccion quimica: Los metaloides pueden reaccionar de manera diferente en presencia de distintos elementos y bajo diferentes condiciones. Algunos compuestos se comportan como no metales, y otros reaccionan con metales para dar productos muy diferentes.
Si se está considerando una aplicación de ingeniería, es mejor tener en cuenta el metaloide individual y su sistema de materiales en lugar de suponer que todos los elementos de este grupo se comportarán de la misma manera.
| Propiedad | Comportamiento general |
| Electronegatividad | Generalmente, entre 1.9 y 2.2 en la escala de Pauling. |
| fuerte | El enlace covalente es común |
| Estados de oxidación | Varían entre los elementos |
| Reacción con metales | Algunos forman sistemas de aleación útiles |
| Comportamiento químico | Puede mostrar características tanto metálicas como no metálicas. |
El comportamiento químico también difiere entre los distintos metaloides. El silicio suele formar compuestos covalentes, mientras que el boro puede añadirse a determinados aceros. El telurio y el antimonio también se utilizan en sistemas de aleación específicos. Para aplicaciones de fabricación, se debe considerar el elemento individual y su uso previsto, en lugar de tratar a todos los metaloides como un solo grupo de materiales.
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Aplicaciones de los metaloides
Los metaloides se utilizan en electrónica, aleaciones, vidrio, polímeros y diversas aplicaciones químicas. Sus propiedades útiles dependen del elemento y de su uso.
Materiales semiconductores
Los metaloides se emplean en la fabricación de semiconductores. Generalmente, el silicio se utiliza en chips, transistores, sensores y otros componentes electrónicos. El germanio también se utiliza en dispositivos semiconductores. Los compuestos de arsénico se emplean en algunas aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas, incluido el arseniuro de galio. El antimonio se ha utilizado en algunos materiales semiconductores especiales. (Lea nuestra guía sobre: mecanizado de piezas de plástico)
Adiciones de aleación
El boro, el silicio, el antimonio y el telurio pueden incorporarse a los metales para modificar propiedades específicas. En ciertos aceros, se añade boro para mejorar la templabilidad tras el tratamiento térmico. El contenido de silicio varía entre las distintas aleaciones; algunas aleaciones de aluminio contienen niveles relativamente altos de silicio, mientras que la mayoría de los aceros contienen solo pequeñas cantidades. El antimonio se añade a algunas aleaciones y materiales especiales, como las aleaciones a base de plomo.
Producción de vidrio
Para aumentar la resistencia del vidrio a los cambios bruscos de temperatura, se introduce óxido de boro en el vidrio a base de sílice. Por ello, los aparatos de laboratorio, los utensilios de cocina y las piezas sujetas a fluctuaciones de temperatura se fabrican con vidrio de borosilicato.
Productos de silicona
El silicio también se utiliza para fabricar productos de silicona. Estos materiales pueden emplearse como selladores, caucho flexible, aislantes, lubricantes y productos moldeados.
Aplicaciones químicas
Algunos compuestos metaloides se utilizan en productos químicos y médicos. Los compuestos de boro se utilizan en la fabricación de vidrio, en procesos químicos y en algunos productos medicinales. Los compuestos de arsénico y antimonio también se han utilizado en pesticidas y medicamentos. Sin embargo, muchas de estas aplicaciones se consideran actualmente limitadas debido a su toxicidad.
Conclusión
Los metaloides constituyen un grupo heterogéneo, lo que dificulta describirlos con una sola regla. El silicio se comporta de forma muy diferente al boro, mientras que el telurio y el antimonio tienen sus propias aplicaciones en aleaciones y otros materiales.
Sus aplicaciones se derivan de propiedades específicas más que de la denominación de metaloide en sí. El silicio se utiliza en dispositivos semiconductores, el boro en aceros y vidrio, y el telurio puede añadirse a ciertos aceros para mejorar su maquinabilidad. Otros miembros del grupo se emplean en aplicaciones electrónicas y químicas especializadas. La clasificación también puede variar. Se aceptan comúnmente seis elementos como metaloides, mientras que algunas referencias incluyen elementos adicionales. Por lo tanto, la lista exacta depende de la clasificación que se utilice.
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Metaloides – Preguntas frecuentes
¿Qué son los metaloides?
Los metaloides son elementos que combinan propiedades metálicas y no metálicas. Generalmente se encuentran en la frontera entre metales y no metales en la tabla periódica. El silicio y el boro son ejemplos comunes.
¿Cuántos metaloides existen?
Los seis elementos de la tabla periódica que generalmente se reconocen como metaloides son: boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio. El polonio también se menciona en algunas referencias, lo que explica las discrepancias en el total.
¿Cuáles son los 6 metaloides principales?
El boro (B), el silicio (Si), el germanio (Ge), el arsénico (As), el antimonio (Sb) y el telurio (Te) son los seis metaloides generalmente aceptados. Se ubican en la frontera entre los metales y los no metales en la tabla periódica.
¿Por qué se utilizan los metaloides como semiconductores?
Ciertos metaloides presentan propiedades eléctricas intermedias entre las de los metales y las de los no metales aislantes, en particular el silicio y el germanio. Además, su conductividad puede modificarse variando su temperatura o añadiendo pequeñas cantidades de otros elementos. Esto los hace idóneos para dispositivos electrónicos.
¿Para qué se utilizan los metaloides?
Los metaloides tienen diversos usos, según el elemento. Las células solares y los dispositivos semiconductores se fabrican con silicio. El boro se alea para producir vidrio de borosilicato, y el germanio se emplea en electrónica y aplicaciones infrarrojas. Algunas aleaciones y materiales electrónicos también utilizan antimonio y telurio.