非金属
非金属 就材料性质而言，它们介于金属和非金属之间。它们既不完全属于金属，也不完全属于非金属。硅、硼、锗、砷、锑和碲通常被归入这一类，但具体名单可能有所不同。
理解类金属的一个有效方法是考察它们在材料中的作用，而不仅仅是它们在元素周期表中的位置。许多类金属脆硬，这可能限制了它们在需要弯曲、拉伸和承重的部件中的应用。
它们的电学特性使其在工程应用方面更具价值。例如，硅在某些情况下可以引导电流方向，这对于半导体器件至关重要。 金属与其他元素的组合也使类金属具有应用价值。少量元素的添加即可改变合金的性质，某些类金属材料可用于赋予电子器件所需的电性能。
早期发现之一是锑。锑化合物曾被用作颜料和药物。 古埃及以上仅列举了部分最初的用途，这些用途后来不断扩展，现在已应用于半导体技术、特种材料、合金生产和电子元件等现代领域。
以下各节重点介绍类金属的用途特性、它们与金属和非金属的区别，以及…… 类金属的用途 在工程和制造领域。
什么是类金属？
原料形式的类金属
类金属是元素周期表中常见于金属和非金属交界处的元素。 它们无法被清晰地归入任何一类。在任何元素存在的情况下，在任何应用场景中，它们的表现都可能截然不同。
硼、硅、锗、砷、锑和碲是最常见的类金属。它们质地坚硬而脆，不像钢、铝或铜等常见的结构金属那样被广泛应用。它们之所以有用，是因为其具有其他特性，尤其是电学和化学特性。
最明显的例子之一是硅。硅并非传统的承重材料，但其导电性控制特性在半导体制造中至关重要。硼的作用则有所不同。在某些钢材中，少量添加硼可以提高其淬透性，从而有助于热处理。
这种分类并非一成不变。请注意，元素周期表的某些版本包含某些元素，而另一些版本则不包含。答案很简单：没有单一的性质能够将类金属与相邻的两类元素区分开来。
哪些元素是类金属？
类金属元素
以下6种元素通常被归类为类金属：
- 硼（B）
- 硅（Si）
- 锗 (Ge)
- 砷（As）
- 锑 (Sb)
- 碲 (Te)
其他分类还包括钋、砹和铋。它们的排列依据是其特性以及来源的分类。
硼
硼
硼本身并不用于工程部件中。它更常被用作少量合金元素。在某些钢材中，硼还可以提高钢材的淬透性，这意味着在热处理过程中，硼可以帮助钢材在截面深处达到更高的硬度。
硅
硅
硅的工业应用范围非常广泛。它是集成电路、传感器和众多电子产品中使用的主要半导体材料。它还可以添加到钢或铝合金等金属中，以改变其特定性能。
锗
锗
锗用于半导体器件和特殊光学器件。它还具有优异的红外透射性能，因此也可用于其他电子元件。
砷
砷
砷的主要暴露途径是化合物和特殊产品。砷化镓就是其中之一。其优异的电学特性使其优于传统的硅器件，并被用于电子和光电子器件中。
锑
锑
锑是一种常用的合金元素。锑合金用于电池的极板，锑化合物也用于阻燃系统和其他工业应用。
碲
碲
碲有一些特殊用途。在某些钢材中添加少量碲，会影响切削过程中形成的切屑的性质，从而提高钢材的切削性能。此外，碲还用于半导体和热电材料。
有时还会包含其他元素
有一些清单包括 钋、砹和铋 作为类金属，它们的分类不如上述六种元素那样统一。 钋和砹具有极强的放射性，无法实际应用。铋虽然有时被归类为类金属，但更常被用作金属。 在大多数工程讨论中，用六种众所周知的元素来讨论类金属是最合适的。
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类金属最早是什么时候开始使用的？
有些类金属元素的使用历史已有数千年之久。锑就是其中最早的元素之一。在古埃及人尚未对锑进行现代分类之前，他们就已经在化妆品和颜料中发现了锑化合物。
砷也是一种用途广泛的物质，有着悠久的使用历史。早在中世纪，砷化合物就已广泛应用于颜料和其他各种产品中。但后来由于其毒性，许多用途都受到了限制。
硅的研制进展要晚得多。元素硅是在19世纪被发现的。 1823 年，由延斯·雅各布·贝泽利乌斯 (Jöns Jacob Berzelius) 创作。 随着半导体技术的进步，其重要性迅速发展。 20世纪50年代，硅基材料已进入常规商业电子制造领域，并成为现代电子产品的重要组成部分。
这段历史很有价值，因为它追溯了这些元素作用的演变。早期应用主要利用了它们的化学和视觉特性。而现代应用则更多地利用了它们的电学、热学和合金化性能。
类金属的物理和化学性质有哪些？
类金属并非典型的金属。它们通常具有金属外观，但质地坚硬易碎，缺乏延展性。这限制了它们在需要承受弯曲、成型或冲击载荷的零件中的应用。
它们的电学特性在许多应用中都非常有用。例如，硅和锗可以用作半导体。它们的导电性可以通过温度、杂质和材料改性来调节。
有些元素比其他元素更活泼。类金属元素通常以共价键结合，其中一些可以与金属反应，成为有用的合金元素。因此，必须考虑元素本身及其周围的物质体系，而不能用同一套规则来概括所有类金属元素。
准金属的物理性质
物理性能 类金属的性质 同一组内的不同品种差异很大。从材料角度来看，有几点值得注意。
许多半导体都是类金属，其中最常见的是硅。硅可以通过引入杂质来控制其性质，这是半导体制造过程中的一个重要步骤。 在室温下，类金属是固体。
- 导热系数： 不同元素的导热能力各不相同。它们的导电性和导热性介于良导体和不良导体之间。
- 密度： 密度范围很广。硅的相对密度为2.33，锑的相对密度为6.69。因此，“类金属”一词并不能表明其密度范围。
- 硬度： 这些元素的硬度也各不相同。硼的硬度最高，而砷、锑和碲的莫氏硬度值相对较低。 这种差异将影响每种材料的加工和使用。
- 机械性能： 大多数类金属都比较脆，延展性很差。它们在受力时不会发生塑性变形，而是会断裂。因此，当它们用作基础材料时，并不适合用于某些传统的结构构件。
- 表面外观： 有些类金属外观明亮或呈金属光泽。然而，仅凭外观不足以将其归类为金属。
类金属的硬度、密度、熔点和电学性质各不相同。以下列出了一些常见元素的典型值。
| 元素 | 密度g /cm³ | 熔点 (°C) | 硬度（莫氏） | 电行为 |
| 硼 | 2.46 | 2076 | 9.3 | 半导体 |
| 硅 | 2.33 | 1414 | 7.0 | 半导体 |
| 锗 | 5.32 | 938 | 6.0 | 半导体 |
| 砷 | 5.73 | 817 * | 3.5 | 半金属 |
| 锑 | 6.68 | 631 | 3.0 | 半金属 |
| 碲 | 6.24 | 722 | 2.0-2.5 | 半导体 |
砷在常压下会升华。
这些数值表明类金属族元素的硬度范围很广。硼和硅相对较硬，而锑和碲则软得多。硅和锗主要因其半导体特性而被应用，而硼、锑和碲也用于某些特定的合金体系中。
准金属的化学性质
在许多情况下，它们表现出的性质更类似于非金属，但这同样取决于元素和反应。
- 电负性： 类金属的电负性介于两者之间。这改变了它们与其他原子相互作用的行为以及它们能够形成的化学键的类型。
- 粘接： 共价键是存在的。硅就是一个很好的例子，因为它是许多强共价结构的基础，而这些结构对其材料性能至关重要。
- 类金属和金属： 某些类金属可以与金属混合，从而改变金属的性能。一个实际应用是在特定钢材中添加硼。以碲为例，虽然碲是一种元素，但只能添加少量，却能改变某些钢材的切削性能。
- 化学反应性： 类金属在不同元素和条件下可能表现出不同的反应活性。有些类金属化合物的性质类似于非金属，而有些则会与金属反应生成截然不同的产物。
如果您正在考虑工程应用，最好考虑单个类金属及其材料体系，而不是假设该组中的所有元素都会以相同的方式表现。
| 特性 | 一般行为 |
| 电负性 | 通常在鲍林标度上约为 1.9 至 2.2。 |
| 粘接 | 共价键很常见 |
| 氧化态 | 元素之间有所不同 |
| 与金属的反应 | 某些形式的有用合金体系 |
| 化学行为 | 可以同时表现出金属和非金属特性 |
不同类金属的化学性质也各不相同。硅通常形成共价化合物，而硼可以添加到某些特定的钢材中。碲和锑也用于特定的合金体系中。 对于制造应用而言，应考虑单个元素及其预期用途，而不是将所有类金属视为一个材料组。
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类金属的应用
类金属广泛应用于电子、合金、玻璃、聚合物以及多种化学领域。其具体用途取决于元素种类及其应用方式。
半导体材料
类金属被用于半导体制造。通常，硅被用于芯片、晶体管、传感器和其他电子元件。 锗也用于半导体器件。砷化合物，例如砷化镓，用于一些电子和光电子应用。锑则用于一些特殊的半导体材料中。 （阅读我们的指南，了解：） 塑料零件加工)
合金添加剂
硼、硅、锑和碲等元素可以掺入金属中以改变其特定性能。在某些钢材中，添加硼是为了提高热处理后的淬透性。 不同合金牌号的硅含量各不相同，一些铝合金的硅含量相对较高，而大多数钢材的硅含量则很低。锑会被添加到一些特殊合金和材料中，例如铅基合金。
玻璃生产
为了提高玻璃对温度骤变的耐受性，人们在二氧化硅基玻璃中引入氧化硼。因此，实验室仪器、炊具以及易受温度波动影响的部件都采用硼硅酸盐玻璃制造。
硅胶产品
硅还用于制造硅胶制品。这些材料可制成密封剂、柔性橡胶、绝缘材料、润滑剂和模塑制品。
化工应用
一些类金属化合物被用于化工和医药产品中。硼化合物则用于玻璃制造、化学加工和某些药品中。 砷和锑化合物也曾用于杀虫剂和药物中。但由于其毒性，目前许多此类应用已被限制。
结语
类金属是一类性质复杂的元素，因此很难用一条简单的规则来描述它们。硅的性质与硼截然不同，而碲和锑在合金和其他材料中也有各自的用途。
它们的应用并非源于“类金属”这一标签本身，而是源于其特定的性质。硅用于半导体器件，硼用于钢和玻璃，碲可以添加到某些钢材中以提高其可加工性。该族的其他成员则用于特殊的电子和化学应用。 分类方法也可能有所不同。通常认为有六种元素属于类金属，但有些资料中也包含了其他元素。因此，确切的列表取决于所使用的分类方法。
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类金属——常见问题解答
什么是类金属？
类金属是兼具金属和非金属性质的元素。它们通常位于元素周期表金属和非金属的交界处附近。硅和硼是常见的例子。
世界上有多少种类金属？
元素周期表中通常被认为是类金属的六种元素是：硼、硅、锗、砷、锑和碲。一些文献中也提到了钋，这解释了总数上的差异。
六大类金属是什么？
硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）、砷（As）、锑（Sb）和碲（Te）是六种公认的类金属。它们位于元素周期表中金属和非金属的交界处。
为什么类金属被用作半导体？
某些类金属的电学性质介于金属和绝缘非金属之间，特别是硅和锗。通过改变温度和/或添加少量其他元素，可以调节它们的导电性。这使得它们在电子设备中具有应用价值。
类金属有哪些用途？
类金属的用途多种多样，取决于其元素种类。太阳能电池和半导体器件是用硅制造的。硼可以与其他元素合金化制成硼硅酸盐玻璃，锗则用于电子和红外应用。一些合金和电子材料也使用锑和碲。