Metaloides: 6 elementos comuns, propriedades e aplicações

Metalóides

Metalóides Os metais situam-se entre os não metais em termos de comportamento material. Não se comportam completamente como nenhum dos dois grupos. Silício, boro, germânio, arsênio, antimônio e telúrio são geralmente incluídos neste grupo, embora a lista exata possa variar.

Uma maneira útil de entender os metaloides é observar o que eles fazem em um material, em vez de apenas sua posição na tabela periódica. Muitos são quebradiços e duros, o que pode impedir seu uso em peças que exigem flexão, alongamento e suporte de carga. 

Elas possuem maior utilidade em engenharia devido às suas propriedades elétricas. Por exemplo, o silício, em certas situações, pode direcionar o fluxo de corrente elétrica, e isso é importante para componentes semicondutores. A combinação de metais com outros elementos também torna os metaloides úteis. Pequenas adições podem alterar o comportamento da liga, e alguns materiais metaloides podem ser usados ​​para conferir as propriedades elétricas necessárias para dispositivos eletrônicos. 

Uma das primeiras descobertas foi o antimônio. Os compostos de antimônio eram usados ​​como pigmentos e medicamentos em antigo EgitoEsses são apenas alguns usos iniciais que, desde então, se expandiram e agora são utilizados em aplicações modernas, como tecnologia de semicondutores, materiais especiais, produção de ligas metálicas e componentes eletrônicos.

As seções abaixo se concentram nas propriedades que tornam os metaloides úteis, como eles diferem dos metais e não metais, e usos de metaloides em engenharia e manufatura.

O que são metaloides?

Metalóide em forma bruta

Os metaloides são elementos comumente encontrados na fronteira entre os metais e os não metais da tabela periódica. Eles não se encaixam perfeitamente em nenhuma das categorias. Podem se comportar de maneira muito diferente na presença de qualquer elemento e para qualquer aplicação.

Boro, silício, germânio, arsênio, antimônio e telúrio são os metaloides mais comuns. Duros e quebradiços, não são usados ​​como metais estruturais comuns, como aço, alumínio ou cobre. São úteis devido a outras propriedades, especialmente elétricas e químicas.

Um dos exemplos mais óbvios é o silício. Embora não seja um material tradicionalmente utilizado para suportar cargas, suas propriedades de controle de condutividade elétrica são essenciais na fabricação de semicondutores. O boro desempenha um papel diferente. Em alguns aços, pequenas quantidades podem ser adicionadas para aumentar a temperabilidade, auxiliando no tratamento térmico.

Essa classificação não é permanente. Observe que algumas referências da tabela periódica incluem certos elementos e outras não. A resposta é simples: não existe uma única propriedade que distinga os metaloides dos dois grupos de elementos adjacentes.

Quais elementos são metalóides?

Elementos de metaloides

Os seguintes 6 elementos são frequentemente agrupados com os metaloides:

1. Boro (B)
2. Silicone (Si)
3. Germânio (Ge)
4. Arsênico (As)
5. Antimônio (Sb)
6. Telúrio (Te)

Outras classificações incluem também o polônio, o astato e o bismuto. Eles são classificados de acordo com suas características e de acordo com a fonte.

Boro

Boro

O boro não é usado isoladamente em componentes de engenharia. Sua utilização como elemento de liga minoritário é mais útil. Em certos aços, o boro também pode aumentar a temperabilidade, o que significa que pode contribuir para que o aço atinja uma dureza maior em camadas mais profundas da sua seção transversal quando submetido a tratamento térmico.

Silício

Silício

O silício possui uma aplicação industrial muito mais ampla. É o principal material semicondutor usado em circuitos integrados, sensores e inúmeros dispositivos eletrônicos. Também pode ser incorporado a metais como aço ou ligas de alumínio para modificar suas propriedades específicas.

Germânio

Germânio

O germânio é usado em dispositivos semicondutores e em óptica especial. Ele também possui propriedades úteis de transmissão infravermelha e, portanto, pode ser usado em outros componentes eletrônicos.

Arsênico

Arsênico

A principal forma de exposição ao arsênio ocorre por meio de compostos e produtos especiais. O arsenieto de gálio é um exemplo. Suas propriedades elétricas oferecem vantagens em relação aos dispositivos de silício convencionais, sendo utilizado em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.

Antimônio

Antimônio

O antimônio é comumente usado como elemento de liga. Ligas de antimônio são utilizadas em baterias para as grades de baterias, e compostos de antimônio também são usados ​​em sistemas retardantes de chama e outras aplicações industriais.

Telúrio

Telúrio

O telúrio possui algumas aplicações especiais. Em certos aços, pequenas quantidades são adicionadas, afetando a natureza dos cavacos formados durante o corte, o que, por sua vez, melhora a usinabilidade do aço. Ele também é utilizado em materiais semicondutores e termoelétricos.

Outros elementos às vezes incluídos

Existem algumas listas que incluem Polônio, Astato e Bismuto como metaloides. Sua classificação não é tão consistente quanto a dos 6 elementos acima. O polônio e o astato são altamente radioativos e não podem ser usados ​​na prática. Embora o bismuto seja às vezes classificado como um metaloide, ele é mais frequentemente usado como um metal. Os seis elementos mais conhecidos são os meios mais apropriados para discutir metaloides na maioria das discussões de engenharia.

Quando os metaloides foram usados ​​pela primeira vez?

Alguns elementos metaloides são utilizados há milhares de anos. Um dos mais antigos é o antimônio. Compostos de antimônio foram encontrados em cosméticos e pigmentos usados ​​pelos antigos egípcios, antes mesmo de existir uma classificação moderna para o elemento.

O arsênio também é amplamente utilizado e tem uma longa história de uso. Assim como na Idade Média, os compostos de arsênio tornaram-se populares em pigmentos e diversos outros produtos. Muitos desses usos foram restringidos posteriormente devido à sua toxicidade.

O desenvolvimento do silício ocorreu muito mais tarde. O silício elementar foi descoberto em 1823 por Jöns Jacob Berzelius. Com o avanço da tecnologia de semicondutores, sua importância cresceu rapidamente. Na década de 1950, os materiais à base de silício entraram na fabricação comercial regular de eletrônicos e estavam se tornando um componente importante da eletrônica moderna.

A história é útil porque traça a evolução do papel desses elementos. Suas propriedades químicas e visuais foram usadas para criar aplicações iniciais. Seu comportamento elétrico, térmico e de liga é muito mais utilizado em aplicações modernas.

Quais são as propriedades físicas e químicas dos metaloides?

Os metaloides não são metais típicos. Frequentemente apresentam aparência metálica, mas são duros e quebradiços, não dúcteis. Isso restringe suas aplicações a peças que necessitam de flexão, conformação ou resistência a impactos.

Suas propriedades elétricas são mais úteis em diversas aplicações. Por exemplo, o silício e o germânio podem ser usados ​​como semicondutores. A condutividade desses materiais pode ser controlada por meio da temperatura, impurezas e manipulação do material.

Alguns elementos são mais reativos quimicamente do que outros. Os metaloides tendem a ser covalentes, e alguns deles podem reagir com metais e se tornar agentes de liga úteis. Portanto, é necessário considerar o elemento e o sistema material ao seu redor, e não usar uma única regra para todos os metaloides.

Propriedades Físicas dos Metalóides

Físico propriedades dos metaloides Existem diferenças significativas dentro do grupo. Vale a pena observar alguns pontos de vista relacionados aos materiais.

Muitos semicondutores são metaloides. O mais conhecido é o silício. Ele possui a capacidade de ter suas impurezas controladas, o que é uma etapa importante na fabricação de semicondutores. À temperatura ambiente, os metaloides são sólidos.

• Condutividade térmica: A capacidade de um material conduzir calor varia de um elemento para outro. Eles possuem condutividades elétrica e térmica intermediárias entre as de bons e maus condutores térmicos.
• Densidade: Uma ampla gama de densidades. A densidade relativa do silício é 2.33 e a densidade relativa do antimônio é 6.69. Portanto, o termo "metaloide" não indica qual é a gama de densidades.
• Dureza: A dureza também varia entre esses elementos. O boro possui a maior dureza, enquanto o arsênio, o antimônio e o telúrio têm valores de dureza de Mohs comparativamente menores. Essa diferença afetará o processamento de cada material e sua utilização.
• Propriedades Mecânicas: A maioria dos metaloides é frágil e pouco dúctil. Eles não sofrem deformação plástica quando submetidos a cargas, mas se fragmentam. Isso os torna inadequados para alguns elementos estruturais tradicionais quando utilizados como material base.
• Aparência da superfície: Alguns metaloides têm aparência brilhante ou metálica. Observe, porém, que a aparência não é suficiente para classificá-los como metais.

Os metaloides diferem em dureza, densidade, ponto de fusão e comportamento elétrico. Os principais valores para os elementos mais comuns são mostrados abaixo.

O arsênio sublima à pressão atmosférica normal.

Esses valores mostram a ampla variação dentro do grupo dos metaloides. O boro e o silício são relativamente duros, enquanto o antimônio e o telúrio são muito mais macios. O silício e o germânio são usados ​​principalmente por suas propriedades semicondutoras, enquanto o boro, o antimônio e o telúrio também são usados ​​em sistemas de ligas selecionados.

Propriedades Químicas dos Metalóides

Em muitos casos, eles exibem propriedades mais semelhantes às dos não metais, mas, novamente, isso depende do elemento e da reação.

• Eletronegatividades: A eletronegatividade dos metaloides é intermediária. Isso altera seu comportamento nas interações com outros átomos e o tipo de ligações químicas que podem formar.
• União: A ligação covalente ocorre. O silício é um bom exemplo, pois é a base de muitas estruturas covalentes fortes que são importantes para as suas propriedades materiais.
• Metaloides e metais: Alguns metaloides podem ser misturados com metais para alterar suas propriedades. Uma aplicação prática é o uso de boro em aços selecionados. No caso do telúrio, um elemento, apenas pequenas quantidades podem ser adicionadas, alterando as propriedades de corte de alguns aços.
• Reatividade química: Os metaloides podem reagir de forma diferente na presença de diferentes elementos e condições. Alguns compostos comportam-se como não metais, enquanto outros reagem com metais para produzir compostos muito diferentes.

Se você estiver considerando uma aplicação de engenharia, é melhor analisar o metaloide individual e seu sistema de materiais, em vez de presumir que todos os elementos desse grupo se comportarão da mesma maneira.

O comportamento químico também difere de um metaloide para outro. O silício geralmente forma compostos covalentes, enquanto o boro pode ser adicionado a aços selecionados. Telúrio e antimônio também são usados ​​em sistemas de ligas específicos. Para aplicações de fabricação, o elemento individual e seu uso pretendido devem ser considerados, em vez de tratar todos os metaloides como um único grupo de materiais.

Aplicações de Metalóides

Os metaloides são utilizados em eletrônica, ligas metálicas, vidro, polímeros e diversas aplicações químicas. Suas propriedades úteis dependem do elemento e de como ele é utilizado.

Materiais semicondutores

Os metaloides são empregados na fabricação de semicondutores. Normalmente, o silício é usado em chips, transistores, sensores e outros componentes eletrônicos. O germânio também é usado em dispositivos semicondutores. Compostos de arsênio são usados ​​em algumas aplicações eletrônicas e optoeletrônicas, incluindo o arseneto de gálio. O antimônio tem sido empregado em alguns materiais semicondutores especiais. (Leia o nosso guia sobre: usinagem de peças plásticas)

Adições de liga

Boro, silício, antimônio e telúrio podem ser incorporados em metais para alterar propriedades específicas. Em certos aços, o boro é adicionado para aumentar a temperabilidade após o tratamento térmico. O teor de silício varia entre os diferentes tipos de ligas, sendo que algumas ligas de alumínio contêm níveis relativamente altos de silício, enquanto a maioria dos aços contém apenas pequenas quantidades. O antimônio é adicionado a algumas ligas e materiais especiais, como as ligas à base de chumbo.

Produção de vidro

Para aumentar a resistência do vidro a mudanças bruscas de temperatura, o óxido de boro é introduzido no vidro à base de sílica. Assim, aparelhos de laboratório, utensílios de cozinha e peças sujeitas a flutuações de temperatura são fabricados com vidro borossilicato.

Produtos de silicone

O silício também é usado na fabricação de produtos de silicone. Esses materiais podem ser usados ​​como selantes, borracha flexível, isolantes, lubrificantes e produtos moldados. 

Aplicações Químicas

Alguns compostos metaloides são usados ​​em produtos químicos e medicinais. Os compostos de boro são usados ​​em vidro, processamento químico e alguns produtos medicinais. Compostos de arsênio e antimônio também foram usados ​​em pesticidas e medicamentos. Diversas dessas aplicações são atualmente consideradas limitadas devido à sua toxicidade.

Conclusão

Os metaloides são um grupo heterogêneo, e é isso que torna difícil descrevê-los com uma única regra simples. O silício se comporta de maneira muito diferente do boro, enquanto o telúrio e o antimônio têm suas próprias aplicações em ligas e outros materiais.

Suas aplicações derivam de propriedades específicas, e não da própria designação de metaloide. O silício é usado em dispositivos semicondutores, o boro em aços e vidros, e o telúrio pode ser adicionado a certos aços para melhorar a usinabilidade. Outros membros do grupo são usados ​​em aplicações eletrônicas e químicas especializadas. A classificação também pode variar. Seis elementos são geralmente aceitos como metaloides, enquanto algumas referências incluem elementos adicionais. Portanto, a lista exata depende da classificação utilizada.

Fabricação personalizada com Boda Tech

Para projetos que envolvem materiais especializados, a Boda Tech fornece metal e serviços de usinagem de plástico e soluções de fabricação personalizadas com base em desenhos de engenharia e especificações de materiais. Seguimos as normas ISO 9001 e oferecemos uma ampla gama de opções de materiais, incluindo metais, plásticos de engenharia, compósitos e cerâmicas.

Você pode enviar seu desenho, arquivo CAD, especificação de material, dimensões, acabamento superficial e quantidade para que os requisitos de fabricação sejam analisados ​​pela equipe da Boda Tech.

Metalóides – Perguntas Frequentes

O que são metaloides?

Os metaloides são elementos com uma mistura de propriedades metálicas e não metálicas. Geralmente são encontrados na fronteira entre metais e não metais na tabela periódica. Silício e boro são exemplos comuns.

Quantos metaloides existem?

Os seis elementos da tabela periódica geralmente reconhecidos como metaloides são: boro, silício, germânio, arsênio, antimônio e telúrio. O polônio também é mencionado em algumas referências, o que explica as discrepâncias no total.

Quais são os 6 principais metaloides?

O boro (B), o silício (Si), o germânio (Ge), o arsênio (As), o antimônio (Sb) e o telúrio (Te) são os seis metaloides geralmente aceitos. Eles se situam na fronteira entre os metais e os não metais na tabela periódica.

Por que os metaloides são usados ​​como semicondutores?

Certos metaloides possuem propriedades elétricas intermediárias entre as dos metais e as dos não metais isolantes, particularmente o silício e o germânio. Eles também podem ter sua condutividade aumentada ou diminuída pela alteração da temperatura e/ou pela adição de pequenas quantidades de outros elementos. Isso os torna vantajosos para dispositivos eletrônicos.

Para que são utilizados os metaloides?

Os metaloides têm diversas aplicações, dependendo do elemento. Células solares e dispositivos semicondutores são fabricados com silício. O boro é usado em ligas para produzir vidro borossilicato, e o germânio é empregado em eletrônica e aplicações infravermelhas. Algumas ligas e materiais eletrônicos também utilizam antimônio e telúrio.