उपधातु

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उपधातु (metalloid) शब्द लैटिन के metallum ("धातु") और ग्रीक के oeidḗs ("रूप या दिखावट में समान") से आया है।[1] हालाँकि, उपधातु की कोई मानक परिभाषा नहीं है और इस बात पर कोई पूर्ण सहमति नहीं है कि कौन से तत्व उपधातु हैं। विशिष्टता की कमी के बावजूद, यह शब्द साहित्य में उपयोग में बना हुआ है।

छह सामान्यतः स्वीकृत उपधातु बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक, एंटीमनी और टेल्यूरियम हैं। पाँच तत्वों को कम बार इस रूप में वर्गीकृत किया जाता है: कार्बन, एल्युमीनियम, सेलेनियम, पोलोनियम और एस्टाटीन। एक मानक आवर्त सारणी पर, सभी ग्यारह तत्व p-ब्लॉक के एक विकर्ण क्षेत्र में स्थित हैं जो ऊपर बाईं ओर बोरॉन से लेकर नीचे दाईं ओर एस्टाटीन तक फैला हुआ है। कुछ आवर्त सारणियों में धातुओं और अधातुओं के बीच एक विभाजक रेखा शामिल होती है, और उपधातु इस रेखा के करीब पाए जा सकते हैं।

विशिष्ट उपधातुओं की दिखावट धात्विक होती है, वे भंगुर हो सकते हैं और विद्युत के केवल औसत चालक होते हैं। वे धातुओं के साथ मिश्र धातु बना सकते हैं, और उनके कई अन्य भौतिक गुण और रासायनिक गुण धात्विक और अधात्विक तत्वों के बीच के होते हैं। वे और उनके यौगिक मिश्र धातुओं, जैविक एजेंटों, उत्प्रेरकों, ज्वाला मंदकों, कांच, ऑप्टिकल स्टोरेज और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, आतिशबाजी, अर्धचालकों और इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाते हैं।

उपधातु शब्द मूल रूप से अधातुओं को संदर्भित करता था। इसका अधिक हालिया अर्थ, मध्यवर्ती या संकर गुणों वाले तत्वों की एक श्रेणी के रूप में, 1940-1960 के बीच व्यापक हो गया। उपधातुओं को कभी-कभी अर्ध-धातु (semimetals) भी कहा जाता है, एक ऐसी प्रथा जिसे हतोत्साहित किया गया है,[2] क्योंकि semimetal शब्द का अधिक सामान्य उपयोग किसी पदार्थ की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना के एक विशिष्ट प्रकार के रूप में होता है। इस संदर्भ में, केवल आर्सेनिक और एंटीमनी ही अर्ध-धातु हैं, और सामान्यतः उपधातु के रूप में पहचाने जाते हैं।

परिभाषाएँ

यह भी देखें: Lists of metalloids

निर्णय-आधारित

उपधातु वह तत्व है जिसमें धातुओं और अधातुओं के बीच के गुणों की प्रधानता होती है, या जो उनके गुणों का मिश्रण होते हैं, और जिसे इसलिए धातु या अधातु के रूप में वर्गीकृत करना कठिन होता है। यह एक सामान्य परिभाषा है जो साहित्य में लगातार उद्धृत उपधातु विशेषताओं पर आधारित है।[n 1] वर्गीकरण की कठिनाई एक प्रमुख विशेषता है। अधिकांश तत्वों में धात्विक और अधात्विक गुणों का मिश्रण होता है,[9] और उन्हें इस आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है कि गुणों का कौन सा समूह अधिक स्पष्ट है।[10][n 2] केवल किनारों पर या उसके पास स्थित तत्व, जिनमें धात्विक या अधात्विक गुणों की पर्याप्त स्पष्ट प्रधानता नहीं होती है, उन्हें उपधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[14]

बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक, एंटीमनी और टेल्यूरियम को सामान्यतः उपधातु के रूप में पहचाना जाता है।[15][16][n 3] लेखक के आधार पर, सेलेनियम, पोलोनियम या एस्टाटीन में से एक या अधिक को कभी-कभी सूची में जोड़ा जाता है।[18] बोरॉन को कभी-कभी अकेले, या सिलिकॉन के साथ बाहर रखा जाता है।[19] कभी-कभी टेल्यूरियम को उपधातु नहीं माना जाता है।[20] एंटीमनी, पोलोनियम और एस्टाटीन को उपधातु के रूप में शामिल करने पर सवाल उठाए गए हैं।[21]

कई अन्य तत्वों को कभी-कभी उपधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इन तत्वों में शामिल हैं[22] हाइड्रोजन,[23] बेरिलियम,[24] नाइट्रोजन,[25] फास्फोरस,[26] सल्फर,[27] जस्ता,[28] गैलियम,[29] टिन, आयोडीन,[30] सीसा,[31] बिस्मथ,[20] रेडॉन,[32] फ्लेरोवियम, मोस्कोवियम, लिवरमोरियम,[33] टेनेसीन,[34][35][36] और ओगानेसन।[34][37][38] हालाँकि, सापेक्षतावादी प्रभावों और कम अर्ध-आयु के कारण, Fl से Og को उपधातुओं में रखना कठिन है। उपधातु शब्द का उपयोग उन तत्वों के लिए भी किया गया है जो धात्विक चमक और विद्युत चालकता प्रदर्शित करते हैं, और जो उभयधर्मी होते हैं, जैसे आर्सेनिक, एंटीमनी, वैनेडियम, क्रोमियम, मोलिब्डेनम, टंगस्टन, टिन, सीसा और एल्युमीनियम।[39] p-ब्लॉक धातु,[40] और अधातु (जैसे कार्बन या नाइट्रोजन) जो धातुओं के साथ मिश्र धातु बना सकते हैं[41] या उनके गुणों को संशोधित कर सकते हैं[42] उन्हें भी कभी-कभी उपधातु माना गया है।

मानदंड-आधारित

तत्व IE
(kcal/mol) 		IE
(kJ/mol) 		EN बैंड संरचना
बोरॉन 191 801 2.04 अर्धचालक
सिलिकॉन 188 787 1.90 अर्धचालक
जर्मेनियम 182 762 2.01 अर्धचालक
आर्सेनिक 226 944 2.18 अर्ध-धातु
एंटीमनी 199 831 2.05 अर्ध-धातु
टेल्यूरियम 208 869 2.10 अर्धचालक
औसत 199 832 2.05
सामान्यतः उपधातु के रूप में पहचाने जाने वाले तत्व, और उनकी आयनन ऊर्जा (IE);[43] विद्युत ऋणात्मकता (EN, संशोधित पॉलिंग पैमाना); और इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना[44] (परिवेश स्थितियों के तहत सबसे अधिक ऊष्मप्रवैगिकी स्थिर रूप)।

उपधातु की कोई व्यापक रूप से स्वीकृत परिभाषा मौजूद नहीं है, और न ही आवर्त सारणी का धातुओं, उपधातुओं और अधातुओं में कोई विभाजन है;[45] हॉक्स[46] ने एक विशिष्ट परिभाषा स्थापित करने की व्यवहार्यता पर सवाल उठाया, यह देखते हुए कि कई प्रयास किए गए निर्माणों में विसंगतियाँ पाई जा सकती हैं। शार्प[47] द्वारा किसी तत्व को उपधातु के रूप में वर्गीकृत करने को "मनमाना" बताया गया है।

उपधातुओं की संख्या और पहचान इस बात पर निर्भर करती है कि वर्गीकरण के कौन से मानदंड उपयोग किए जाते हैं। एम्सली[48] ने चार उपधातुओं (जर्मेनियम, आर्सेनिक, एंटीमनी और टेल्यूरियम) को मान्यता दी; जेम्स एट अल.[49] ने बारह सूचीबद्ध किए (एम्सली के अलावा बोरॉन, कार्बन, सिलिकॉन, सेलेनियम, बिस्मथ, पोलोनियम, मोस्कोवियम और लिवरमोरियम)। औसतन, ऐसी सूचियों में सात तत्व शामिल होते हैं; व्यक्तिगत वर्गीकरण व्यवस्थाओं में सामान्य आधार साझा करने की प्रवृत्ति होती है और वे अस्पष्ट[50] सीमाओं में भिन्न होते हैं।[n 4]

विद्युत ऋणात्मकता जैसे एक एकल मात्रात्मक मानदंड का आमतौर पर उपयोग किया जाता है,[52] उपधातुओं में विद्युत ऋणात्मकता मान 1.8 या 1.9 से 2.2 तक होते हैं।[53] आगे के उदाहरणों में पैकिंग दक्षता (एक क्रिस्टल संरचना में परमाणुओं द्वारा व्याप्त आयतन का अंश) और गोल्डहैमर-हर्ज़फेल्ड मानदंड अनुपात शामिल हैं।[54] सामान्यतः पहचाने जाने वाले उपधातुओं की पैकिंग दक्षता 34% से 41% के बीच होती है।[n 5] गोल्डहैमर-हर्ज़फेल्ड अनुपात, जो मोटे तौर पर परमाणु त्रिज्या के घन को मोलर आयतन से विभाजित करने के बराबर है,[62][n 6] यह मापने का एक सरल उपाय है कि कोई तत्व कितना धात्विक है, मान्यता प्राप्त उपधातुओं का अनुपात लगभग 0.85 से 1.1 तक होता है और औसत 1.0 होता है।[64][n 7] अन्य लेखकों ने, उदाहरण के लिए, परमाणु चालकता[n 8][68] या थोक समन्वय संख्या पर भरोसा किया है।[69]

मास्टरटन और स्लोविंस्की[70] ने सामान्यतः उपधातु के रूप में पहचाने जाने वाले छह तत्वों का वर्णन करने के लिए तीन मानदंडों का उपयोग किया: उपधातुओं की आयनन ऊर्जा लगभग 200 kcal/mol (837 kJ/mol) होती है और विद्युत ऋणात्मकता मान 2.0 के करीब होते हैं। उन्होंने यह भी कहा कि उपधातु आमतौर पर अर्धचालक होते हैं, हालाँकि एंटीमनी और आर्सेनिक (भौतिकी के दृष्टिकोण से अर्ध-धातु) की विद्युत चालकता धातुओं के करीब होती है। सेलेनियम और पोलोनियम के इस योजना में नहीं होने का संदेह है, जबकि एस्टाटीन की स्थिति अनिश्चित है।[n 9]

इस संदर्भ में, वर्नोन ने प्रस्तावित किया कि एक उपधातु एक रासायनिक तत्व है जो, अपनी मानक अवस्था में, (a) एक अर्धचालक या अर्ध-धातु की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना रखता है; और (b) एक मध्यवर्ती प्रथम आयनन विभव "(मान लीजिए 750−1,000 kJ/mol)"; और (c) एक मध्यवर्ती विद्युत ऋणात्मकता (1.9–2.2) रखता है।[73]

आवर्त सारणी का क्षेत्र

उपधातुओं के रूप में वर्गीकृत तत्वों का
वितरण और मान्यता स्थिति
1 2 12 13 14 15 16 17 18
H     He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
  धातु-अधातु विभाजक रेखा: H और Li, Be और B, Al और Si, Ge और As, Sb और Te, Po और At, तथा Ts और Og के बीच

आवर्त सारणी का अंश जो समूह 1-2 और 12-18 को दर्शाता है, और धातुओं तथा अधातुओं के बीच एक विभाजक रेखा दिखाता है। प्रतिशत उपधातु सूचियों की सूची में माध्य उपस्थिति आवृत्तियाँ हैं। छिटपुट रूप से पहचाने गए तत्व दर्शाते हैं कि उपधातु का दायरा कभी-कभी बहुत व्यापक होता है; हालाँकि वे उपधातुओं की सूचियों में दिखाई नहीं देते हैं, फिर भी साहित्य में उन्हें उपधातु के रूप में नामित करने के पृथक संदर्भ मिल सकते हैं (जैसा कि इस लेख में उद्धृत है)।

स्थान

उपधातुएँ धातु और अधातु के बीच विभाजक रेखा के दोनों ओर स्थित होती हैं। इसे कुछ आवर्त सारणियों पर विभिन्न विन्यासों में पाया जा सकता है। रेखा के नीचे बाईं ओर के तत्व सामान्यतः बढ़ते धात्विक व्यवहार को प्रदर्शित करते हैं; ऊपरी दाईं ओर के तत्व बढ़ते अधात्विक व्यवहार को प्रदर्शित करते हैं।[74] जब इसे एक नियमित सीढ़ीनुमा आकृति के रूप में प्रस्तुत किया जाता है, तो अपने समूहों के लिए उच्चतम क्रांतिक तापमान वाले तत्व (Li, Be, Al, Ge, Sb, Po) रेखा के ठीक नीचे स्थित होते हैं।[75]

विकर्ण संबंध

मुख्य लेख: विकर्ण संबंध

उपधातुएँ आवर्त सारणी के एक आयोजन सिद्धांत को दर्शाती हैं जिसे विकर्ण संबंध कहा जाता है।[76] उपधातुओं की विकर्ण स्थिति उस अवलोकन का अपवाद प्रस्तुत करती है कि समान गुणों वाले तत्व ऊर्ध्वाधर समूहों में पाए जाते हैं।[77] एक संबंधित प्रभाव कुछ तत्वों और उनके निचले दाएं पड़ोसियों के बीच अन्य विकर्ण समानताओं में देखा जा सकता है, विशेष रूप से लिथियम-मैग्नीशियम, बेरिलियम-एल्युमीनियम, और बोरॉन-सिलिकॉन। रेनर-कैनहम[78] ने तर्क दिया है कि ये समानताएँ कार्बन-फॉस्फोरस, नाइट्रोजन-सल्फर और तीन d-ब्लॉक श्रृंखलाओं तक विस्तृत हैं।

यह संबंध नाभिकीय आवेश में प्रतिस्पर्धी क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर प्रवृत्तियों के कारण उत्पन्न होता है। एक आवर्त के साथ चलने पर, परमाणु क्रमांक के साथ नाभिकीय आवेश बढ़ता है, जैसा कि इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ती है। जैसे-जैसे नाभिकीय आवेश बढ़ता है, बाहरी इलेक्ट्रॉनों पर अतिरिक्त खिंचाव सामान्यतः अधिक इलेक्ट्रॉन होने के स्क्रीनिंग प्रभाव से अधिक होता है। कुछ अनियमितताओं के साथ, परमाणु इसलिए छोटे हो जाते हैं, आयनन ऊर्जा बढ़ जाती है, और एक आवर्त के पार, दृढ़ता से धात्विक से, कमजोर धात्विक, कमजोर अधात्विक, और अंततः दृढ़ता से अधात्विक तत्वों में क्रमिक परिवर्तन होता है।[79] एक मुख्य समूह में नीचे जाने पर, बढ़ते नाभिकीय आवेश का प्रभाव सामान्यतः नाभिक से अधिक दूर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव से कम हो जाता है। परमाणु सामान्यतः बड़े हो जाते हैं, आयनन ऊर्जा गिर जाती है, और धात्विक गुण बढ़ जाता है।[80] शुद्ध प्रभाव यह है कि एक समूह में नीचे जाने पर धातु-अधातु संक्रमण क्षेत्र का स्थान दाईं ओर खिसक जाता है।[77]

वैकल्पिक उपचार

धातु-अधातु विभाजक रेखा के किनारे स्थित तत्वों को हमेशा उपधातु के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाता है, यह ध्यान में रखते हुए कि एक द्विआधारी वर्गीकरण धातुओं और अधातुओं के बीच बंधन के प्रकार निर्धारित करने के लिए नियमों की स्थापना को सुविधाजनक बना सकता है।[81] ऐसे मामलों में, संबंधित लेखक अपने वर्गीकरण निर्णय लेने के लिए रुचि के एक या अधिक गुणों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, न कि विचाराधीन तत्वों की सीमांत प्रकृति के बारे में चिंतित होते हैं। उनके विचार स्पष्ट किए जा सकते हैं या नहीं और कभी-कभी मनमाने लग सकते हैं।[47] उपधातुओं को धातुओं के साथ समूहीकृत किया जा सकता है;[82] या अधातुओं के रूप में माना जा सकता है;[83] या अधातुओं की एक उप-श्रेणी के रूप में माना जा सकता है।[84][n 10] अन्य लेखकों ने सुझाव दिया है कि कुछ तत्वों को उपधातु के रूप में वर्गीकृत करना "इस बात पर जोर देता है कि आवर्त सारणी के पार या नीचे जाने पर गुण अचानक के बजाय धीरे-धीरे बदलते हैं"।[86] कुछ आवर्त सारणियाँ उन तत्वों को अलग करती हैं जो उपधातु हैं और धातुओं और अधातुओं के बीच कोई औपचारिक विभाजक रेखा प्रदर्शित नहीं करती हैं। इसके बजाय उपधातुओं को एक विकर्ण बैंड[87] या विसरित क्षेत्र[88] में घटित होते हुए दिखाया गया है। मुख्य विचार उपयोग में वर्गीकरण के लिए संदर्भ की व्याख्या करना है।

गुण

उपधातुएँ सामान्यतः धातुओं जैसी दिखती हैं लेकिन काफी हद तक अधातुओं की तरह व्यवहार करती हैं। भौतिक रूप से, वे चमकदार, भंगुर ठोस होते हैं जिनमें मध्यम से अपेक्षाकृत अच्छी विद्युत चालकता और एक अर्ध-धातु या अर्धचालक की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना होती है। रासायनिक रूप से, वे अधिकांशतः (कमजोर) अधातुओं के रूप में व्यवहार करते हैं, जिनमें मध्यम आयनन ऊर्जा और विद्युत ऋणात्मकता मान, और उभयधर्मी या कमजोर अम्लीय ऑक्साइड होते हैं। उनके अधिकांश अन्य भौतिक और रासायनिक गुण प्रकृति में मध्यवर्ती होते हैं।

धातुओं और अधातुओं की तुलना में

धातुओं, उपधातुओं और अधातुओं के विशिष्ट गुणों को तालिका में संक्षेपित किया गया है।[89] भौतिक गुणों को निर्धारण की सुगमता के क्रम में सूचीबद्ध किया गया है; रासायनिक गुण सामान्य से विशिष्ट की ओर, और फिर वर्णनात्मक की ओर चलते हैं।

धातुओं, उपधातुओं और अधातुओं के गुण
भौतिक गुण धातुएँ उपधातुएँ अधातुएँ
रूप ठोस; कुछ कमरे के तापमान पर या उसके निकट तरल (Ga, Hg, Rb, Cs, Fr)[90][n 11] ठोस[92] अधिकांश गैसीय[93]
दिखावट चमकदार (कम से कम जब ताजा तोड़ा गया हो) चमकदार[92] कई रंगहीन; अन्य रंगीन, या धात्विक भूरे से काले
सुघट्यता सामान्यतः लचीली, तन्य, आघातवर्धनीय अक्सर भंगुर[94] अक्सर भंगुर
विद्युत चालकता अच्छी से उच्च[n 12] मध्यम[96] से अच्छी[n 13] खराब से अच्छी[n 14]
बैंड संरचना धात्विक (Bi = अर्ध-धात्विक) अर्धचालक हैं या, यदि नहीं (As, Sb = अर्ध-धात्विक), तो अर्धचालक रूपों में मौजूद होते हैं[100] अर्धचालक या विद्युत रोधी[101]
रासायनिक गुण धातुएँ उपधातुएँ अधातुएँ
सामान्य रासायनिक व्यवहार धात्विक अधात्विक[102] अधात्विक
आयनन ऊर्जा अपेक्षाकृत कम मध्यम आयनन ऊर्जा,[103] सामान्यतः धातुओं और अधातुओं के बीच[33] अपेक्षाकृत उच्च
विद्युत ऋणात्मकता सामान्यतः कम 2 के करीब विद्युत ऋणात्मकता मान होते हैं[104] (संशोधित पॉलिंग पैमाना) या 1.9–2.2 की सीमा के भीतर (एलन पैमाना)[17][n 15] उच्च
जब धातुओं के साथ
मिश्रित किया जाता है 		मिश्र धातु देते हैं मिश्र धातु बना सकते हैं[107] आयनिक या अंतराकाशी यौगिक बनते हैं
ऑक्साइड निचले ऑक्साइड क्षारीय; उच्च ऑक्साइड तेजी से अम्लीय उभयधर्मी या कमजोर अम्लीय[108] अम्लीय

उपरोक्त तालिका उपधातुओं की संकर प्रकृति को दर्शाती है। रूप, दिखावट, और धातुओं के साथ मिश्रित होने पर व्यवहार के गुण धातुओं के समान हैं। लचीलापन और सामान्य रासायनिक व्यवहार अधातुओं के समान हैं। विद्युत चालकता, बैंड संरचना, आयनन ऊर्जा, विद्युत ऋणात्मकता, और ऑक्साइड दोनों के बीच मध्यवर्ती हैं।

सामान्य अनुप्रयोग

इस अनुभाग का ध्यान मान्यता प्राप्त उपधातुओं पर है। जो तत्व उपधातुओं के रूप में कम पहचाने जाते हैं, उन्हें सामान्यतः या तो धातुओं या अधातुओं के रूप में वर्गीकृत किया जाता है; इनमें से कुछ को तुलनात्मक उद्देश्यों के लिए यहाँ शामिल किया गया है।

उपधातुओं और उनके यौगिकों का उपयोग मिश्र धातुओं, जैविक एजेंटों (विषैले, पोषण संबंधी, और औषधीय), उत्प्रेरकों, ज्वाला मंदकों, कांच (ऑक्साइड और धात्विक), ऑप्टिकल स्टोरेज मीडिया और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, आतिशबाजी, अर्धचालकों और इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है।[n 16]

मिश्र धातुएँ

तांबा-जर्मेनियम मिश्र धातु छर्रे, संभवतः ~84% Cu; 16% Ge.[110] जब चांदी के साथ मिलाया जाता है तो परिणाम कलंक प्रतिरोधी स्टर्लिंग सिल्वर होता है। दो चांदी के छर्रे भी दिखाए गए हैं।

अंतर्धात्विक यौगिकों के इतिहास में जल्दी लिखते हुए, ब्रिटिश धातुविज्ञानी सेसिल डेश ने देखा कि "कुछ अधात्विक तत्व धातुओं के साथ विशिष्ट धात्विक चरित्र के यौगिक बनाने में सक्षम हैं, और इसलिए ये तत्व मिश्र धातुओं की संरचना में प्रवेश कर सकते हैं"। उन्होंने विशेष रूप से सिलिकॉन, आर्सेनिक और टेल्यूरियम को मिश्र धातु बनाने वाले तत्वों के साथ जोड़ा।[111] फिलिप्स और विलियम्स[112] ने सुझाव दिया कि सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक और एंटीमनी के B धातुओं के साथ यौगिक, "शायद मिश्र धातुओं के रूप में सबसे अच्छी तरह वर्गीकृत किए जाते हैं"।

हल्की उपधातुओं में, संक्रमण धातुओं के साथ मिश्र धातुएँ अच्छी तरह से प्रतिनिधित्व करती हैं। बोरॉन MnB संरचना की ऐसी धातुओं के साथ अंतर्धात्विक यौगिक और मिश्र धातु बना सकता है, यदि n > 2 हो।[113] फेरोबोरॉन (15% बोरॉन) का उपयोग इस्पात में बोरॉन डालने के लिए किया जाता है; निकल-बोरॉन मिश्र धातुएँ इंजीनियरिंग उद्योग के लिए वेल्डिंग मिश्र धातुओं और केस हार्डनिंग रचनाओं में सामग्री हैं। लोहे और एल्युमीनियम के साथ सिलिकॉन की मिश्र धातुएँ क्रमशः इस्पात और ऑटोमोटिव उद्योगों द्वारा व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। जर्मेनियम कई मिश्र धातुएँ बनाता है, सबसे महत्वपूर्ण रूप से सिक्का धातुओं के साथ।[114]

भारी उपधातुएँ इस विषय को जारी रखती हैं। आर्सेनिक प्लेटिनम और तांबा सहित धातुओं के साथ मिश्र धातु बना सकता है;[115] इसे संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करने के लिए तांबे और इसकी मिश्र धातुओं में भी जोड़ा जाता है[116] और मैग्नीशियम में जोड़े जाने पर भी यही लाभ प्रदान करता प्रतीत होता है।[117] एंटीमनी सिक्का धातुओं सहित मिश्र धातु बनाने वाले के रूप में प्रसिद्ध है। इसकी मिश्र धातुओं में प्यूटर (20% तक एंटीमनी के साथ टिन मिश्र धातु) और टाइप मेटल (25% तक एंटीमनी के साथ सीसा मिश्र धातु) शामिल हैं।[118] टेल्यूरियम आसानी से लोहे के साथ, फेरोटेल्यूरियम (50–58% टेल्यूरियम) के रूप में, और तांबे के साथ, टेल्यूरियम तांबा (40–50% टेल्यूरियम) के रूप में मिश्र धातु बनाता है।[119] फेरोटेल्यूरियम का उपयोग इस्पात कास्टिंग में कार्बन के लिए स्टेबलाइजर के रूप में किया जाता है।[120] अधात्विक तत्वों में से जो उपधातुओं के रूप में कम पहचाने जाते हैं, सेलेनियम – फेरोसेलेनियम (50–58% सेलेनियम) के रूप में – स्टेनलेस स्टील्स की मशीनेबिलिटी में सुधार करने के लिए उपयोग किया जाता है।[121]

जैविक एजेंट

आर्सेनिक ट्राइऑक्साइड या सफेद आर्सेनिक, आर्सेनिक के सबसे जहरीले और प्रचलित रूपों में से एक। सफेद आर्सेनिक के ल्यूकेमिया-रोधी गुणों की सूचना पहली बार 1878 में दी गई थी।[122]

उपधातुओं के रूप में सामान्यतः पहचाने जाने वाले सभी छह तत्वों में जहरीले, आहार संबंधी या औषधीय गुण होते हैं।[123] आर्सेनिक और एंटीमनी के यौगिक विशेष रूप से जहरीले होते हैं; बोरॉन, सिलिकॉन, और संभवतः आर्सेनिक, आवश्यक ट्रेस तत्व हैं। बोरॉन, सिलिकॉन, आर्सेनिक और एंटीमनी के चिकित्सीय अनुप्रयोग हैं, और जर्मेनियम और टेल्यूरियम में क्षमता मानी जाती है।

बोरॉन का उपयोग कीटनाशकों[124] और शाकनाशियों में किया जाता है।[125] यह एक आवश्यक ट्रेस तत्व है।[126] बोरिक एसिड के रूप में, इसमें एंटीसेप्टिक, एंटीफंगल और एंटीवायरल गुण होते हैं।[127]

सिलिकॉन सिलाट्रान में मौजूद होता है, जो एक अत्यधिक जहरीला कृंतकनाशी है।[128] सिलिका धूल के लंबे समय तक साँस लेने से सिलिकोसिस होता है, जो फेफड़ों की एक घातक बीमारी है। सिलिकॉन एक आवश्यक ट्रेस तत्व है।[126] सिलिकॉन जेल को निशान कम करने के लिए बुरी तरह जले हुए रोगियों पर लगाया जा सकता है।[129]

जर्मेनियम के लवण यदि लंबे समय तक सेवन किए जाएं तो मनुष्यों और जानवरों के लिए संभावित रूप से हानिकारक होते हैं।[130] जर्मेनियम यौगिकों की औषधीय क्रियाओं में रुचि है लेकिन अभी तक कोई लाइसेंस प्राप्त दवा नहीं है।[131]

आर्सेनिक कुख्यात रूप से जहरीला है और अल्ट्राट्रेस मात्रा में एक आवश्यक तत्व भी हो सकता है।[132] प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, दोनों पक्षों ने "आर्सेनिक-आधारित छींकने और उल्टी करने वाले एजेंटों का उपयोग किया... दुश्मन सैनिकों को दूसरे साल्वो में मस्टर्ड गैस या फॉस्जीन फायर करने से पहले अपना गैस मास्क हटाने के लिए मजबूर करने के लिए"।[133] इसका उपयोग प्राचीन काल से एक औषधीय एजेंट के रूप में किया गया है, जिसमें एंटीबायोटिक्स के विकास से पहले सिफलिस का उपचार शामिल है।[134] आर्सेनिक मेलार्सोप्रोल का भी एक घटक है, जो मानव अफ्रीकी ट्रिपैनोसोमियासिस या स्लीपिंग सिकनेस के उपचार में उपयोग की जाने वाली एक औषधीय दवा है। 2003 में, आर्सेनिक ट्राइऑक्साइड (व्यापार नाम Trisenox के तहत) को तीव्र प्रोमाइलोसाइटिक ल्यूकेमिया, रक्त और अस्थि मज्जा के कैंसर के उपचार के लिए फिर से पेश किया गया था।[134] पीने के पानी में आर्सेनिक, जो फेफड़ों और मूत्राशय के कैंसर का कारण बनता है, को स्तन कैंसर मृत्यु दर में कमी के साथ जोड़ा गया है।[135]

धात्विक एंटीमनी अपेक्षाकृत गैर-विषैला है, लेकिन अधिकांश एंटीमनी यौगिक जहरीले होते हैं।[136] दो एंटीमनी यौगिक, सोडियम स्टिबोग्लुकोनेट और स्टिबोफेन, का उपयोग परजीवी-रोधी दवाओं के रूप में किया जाता है।[137]

तत्व टेल्यूरियम को विशेष रूप से जहरीला नहीं माना जाता है; सोडियम टेल्यूरेट के दो ग्राम, यदि प्रशासित किए जाएं, तो घातक हो सकते हैं।[138] हवा में उड़ने वाले टेल्यूरियम की थोड़ी मात्रा के संपर्क में आने वाले लोग लहसुन जैसी दुर्गंध छोड़ते हैं।[139] टेल्यूरियम डाइऑक्साइड का उपयोग सेबोरहाइक डर्मेटाइटिस के इलाज के लिए किया गया है; अन्य टेल्यूरियम यौगिकों का उपयोग एंटीबायोटिक्स के विकास से पहले रोगाणुरोधी एजेंटों के रूप में किया जाता था।[140] भविष्य में, ऐसे यौगिकों को उन एंटीबायोटिक्स के लिए प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता हो सकती है जो बैक्टीरिया प्रतिरोध के कारण अप्रभावी हो गए हैं।[141]

धातुओं के रूप में कम पहचाने जाने वाले तत्वों में, बेरिलियम और लेड (सीसा) अपनी विषाक्तता के लिए जाने जाते हैं; लेड आर्सेनेट का व्यापक रूप से कीटनाशक के रूप में उपयोग किया गया है।[142] सल्फर सबसे पुराने कवकनाशकों और कीटनाशकों में से एक है। फास्फोरस, सल्फर, जिंक, सेलेनियम और आयोडीन आवश्यक पोषक तत्व हैं, और एल्युमीनियम, टिन तथा लेड भी आवश्यक हो सकते हैं।[132] सल्फर, गैलियम, सेलेनियम, आयोडीन और बिस्मथ के औषधीय अनुप्रयोग हैं। सल्फर सल्फोनामाइड दवाओं का एक घटक है, जिसका उपयोग अभी भी मुँहासे और मूत्र मार्ग के संक्रमण जैसी स्थितियों के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।[143] गैलियम नाइट्रेट का उपयोग कैंसर के दुष्प्रभावों के इलाज के लिए किया जाता है;[144] गैलियम साइट्रेट, एक रेडियोफार्मास्युटिकल, शरीर के सूजन वाले क्षेत्रों की इमेजिंग को सुगम बनाता है।[145] सेलेनियम सल्फाइड का उपयोग औषधीय शैंपू में और टिनिया वर्सीकोलर जैसे त्वचा संक्रमणों के इलाज के लिए किया जाता है।[146] आयोडीन का उपयोग विभिन्न रूपों में कीटाणुनाशक के रूप में किया जाता है। बिस्मथ कुछ जीवाणुरोधी दवाओं का एक घटक है।[147]

उत्प्रेरक

बोरॉन ट्राइफ्लोराइड और ट्राइक्लोराइड का उपयोग कार्बनिक संश्लेषण और इलेक्ट्रॉनिक्स में सजातीय उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है; ट्राइब्रोमाइड का उपयोग डिबोरेन के निर्माण में किया जाता है।[148] गैर-विषाक्त बोरॉन लिगैंड कुछ संक्रमण धातु उत्प्रेरकों में विषाक्त फास्फोरस लिगैंड की जगह ले सकते हैं।[149] सिलिका सल्फ्यूरिक एसिड (SiO2OSO3H) का उपयोग कार्बनिक अभिक्रियाओं में किया जाता है।[150] जर्मेनियम डाइऑक्साइड का उपयोग कभी-कभी कंटेनरों के लिए PET प्लास्टिक के उत्पादन में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है;[151] सस्ते एंटीमनी यौगिक, जैसे कि ट्राइऑक्साइड या ट्राइएसीटेट, का उपयोग उसी उद्देश्य के लिए अधिक सामान्यतः किया जाता है[152] हालांकि भोजन और पेय पदार्थों के एंटीमनी संदूषण के बारे में चिंताएं बनी हुई हैं।[153] आर्सेनिक ट्राइऑक्साइड का उपयोग प्राकृतिक गैस के उत्पादन में, कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने की प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए किया गया है, जैसा कि सेलेनस एसिड और टेलुरस एसिड के साथ किया जाता है।[154] सेलेनियम कुछ सूक्ष्मजीवों में उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।[155] टेल्यूरियम, इसका डाइऑक्साइड, और इसका टेट्राक्लोराइड 500 °C से ऊपर कार्बन के वायु ऑक्सीकरण के लिए मजबूत उत्प्रेरक हैं।[156] ग्रेफाइट ऑक्साइड का उपयोग इमीन और उनके डेरिवेटिव के संश्लेषण में उत्प्रेरक के रूप में किया जा सकता है।[157] सक्रिय कार्बन और एल्यूमिना का उपयोग प्राकृतिक गैस से सल्फर संदूषकों को हटाने के लिए उत्प्रेरक के रूप में किया गया है।[158] औद्योगिक रसायनों के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले उत्कृष्ट धातु उत्प्रेरकों के विकल्प के रूप में टाइटेनियम डोप्ड एल्यूमीनियम का सुझाव दिया गया है।[159]

ज्वाला मंदक

बोरॉन, सिलिकॉन, आर्सेनिक और एंटीमनी के यौगिकों का उपयोग ज्वाला मंदक के रूप में किया गया है। बोरॉन, बोरेक्स के रूप में, कम से कम 18वीं शताब्दी से कपड़ा ज्वाला मंदक के रूप में उपयोग किया जाता रहा है।[160] सिलिकॉन यौगिक जैसे सिलिकोन, सिलेन, सिल्सेस्कुओक्सेन, सिलिका और सिलिकेट, जिनमें से कुछ को अधिक विषाक्त हैलोजनेटेड उत्पादों के विकल्प के रूप में विकसित किया गया था, प्लास्टिक सामग्री की ज्वाला मंदता में काफी सुधार कर सकते हैं।[161] आर्सेनिक यौगिक जैसे सोडियम आर्सेनाइट या सोडियम आर्सेनेट लकड़ी के लिए प्रभावी ज्वाला मंदक हैं, लेकिन अपनी विषाक्तता के कारण इनका उपयोग कम बार किया गया है।[162] एंटीमनी ट्राइऑक्साइड एक ज्वाला मंदक है।[163] एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग 1890 के दशक से लकड़ी के रेशे, रबर, प्लास्टिक और कपड़ा ज्वाला मंदक के रूप में किया जाता रहा है।[164] एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के अलावा, फास्फोरस आधारित ज्वाला मंदकों का उपयोग - उदाहरण के लिए, ऑर्गेनोफॉस्फेट के रूप में - अब अन्य मुख्य मंदक प्रकारों में से किसी की तुलना में अधिक है। ये बोरॉन, एंटीमनी या हैलोजनेटेड हाइड्रोकार्बन यौगिकों का उपयोग करते हैं।[165]

कांच निर्माण

पीले रंग के अर्ध-पारदर्शी पतले धागों का एक गुच्छा, जिनके सिरों पर सफेद रोशनी के चमकीले बिंदु हैं।
ऑप्टिकल फाइबर, आमतौर पर शुद्ध सिलिकॉन डाइऑक्साइड कांच से बने होते हैं, जिनमें बढ़ी हुई संवेदनशीलता के लिए बोरॉन ट्राइऑक्साइड या जर्मेनियम डाइऑक्साइड जैसे योजक होते हैं

ऑक्साइड B2O3, SiO2, GeO2, As2O3 और Sb2O3 आसानी से कांच बनाते हैं। TeO2 कांच बनाता है लेकिन इसके लिए "असाधारण शमन दर"[166] या अशुद्धि के योग की आवश्यकता होती है; अन्यथा क्रिस्टलीय रूप प्राप्त होता है।[166] इन यौगिकों का उपयोग रासायनिक, घरेलू और औद्योगिक कांच के बर्तनों[167] और प्रकाशिकी में किया जाता है।[168] बोरॉन ट्राइऑक्साइड का उपयोग कांच फाइबर योजक के रूप में किया जाता है,[169] और यह बोरोसिलिकेट कांच का भी एक घटक है, जिसका उपयोग प्रयोगशाला के कांच के बर्तनों और घरेलू ओवनवेयर के लिए इसके कम तापीय विस्तार के कारण व्यापक रूप से किया जाता है।[170] अधिकांश सामान्य कांच के बर्तन सिलिकॉन डाइऑक्साइड से बने होते हैं।[171] जर्मेनियम डाइऑक्साइड का उपयोग कांच फाइबर योजक के रूप में, और इन्फ्रारेड ऑप्टिकल सिस्टम में भी किया जाता है।[172] आर्सेनिक ट्राइऑक्साइड का उपयोग कांच उद्योग में वि-रंगीकरण और शोधन एजेंट (बुलबुलों को हटाने के लिए) के रूप में किया जाता है,[173] जैसा कि एंटीमनी ट्राइऑक्साइड का उपयोग किया जाता है।[174] टेल्यूरियम डाइऑक्साइड लेजर और अरेखीय प्रकाशिकी में अनुप्रयोग पाता है।[175]

अक्रिस्टलीय धात्विक कांच आमतौर पर सबसे आसानी से तब तैयार किए जाते हैं यदि घटकों में से एक उपधातु या "उपधातु के निकट" हो जैसे कि बोरॉन, कार्बन, सिलिकॉन, फास्फोरस या जर्मेनियम।[176][n 17] बहुत कम तापमान पर जमा की गई पतली फिल्मों के अलावा, पहला ज्ञात धात्विक कांच 1960 में रिपोर्ट किया गया Au75Si25 संरचना का एक मिश्र धातु था।[178] 2011 में Pd82.5P6Si9.5Ge2 संरचना का एक धात्विक कांच रिपोर्ट किया गया था, जिसमें पहले कभी न देखी गई मजबूती और कठोरता थी।[179]

फास्फोरस, सेलेनियम और लेड, जिन्हें कम बार उपधातु के रूप में पहचाना जाता है, का उपयोग भी कांच में किया जाता है। फॉस्फेट कांच में पारंपरिक सिलिकेट कांच के सिलिका (SiO2) के बजाय फास्फोरस पेंटोक्साइड (P2O5) का आधार होता है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, सोडियम लैंप बनाने के लिए किया जाता है।[180] सेलेनियम यौगिकों का उपयोग वि-रंगीकरण एजेंटों के रूप में और कांच में लाल रंग जोड़ने के लिए दोनों तरह से किया जा सकता है।[181] पारंपरिक लेड कांच से बने सजावटी कांच के बर्तनों में कम से कम 30% लेड(II) ऑक्साइड (PbO) होता है; विकिरण परिरक्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले लेड कांच में 65% तक PbO हो सकता है।[182] लेड-आधारित कांच का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक घटकों, एनामेलिंग, सीलिंग और ग्लेज़िंग सामग्री और सौर कोशिकाओं में भी व्यापक रूप से किया गया है। बिस्मथ आधारित ऑक्साइड कांच इन कई अनुप्रयोगों में लेड के लिए कम विषाक्त प्रतिस्थापन के रूप में उभरे हैं।[183]

ऑप्टिकल स्टोरेज और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स

GeSbTe ("GST मिश्र धातु") और Ag- और In- डोप्ड Sb2Te ("AIST मिश्र धातु") की विभिन्न संरचनाएं, जो फेज-चेंज सामग्री के उदाहरण हैं, व्यापक रूप से रीराइटेबल ऑप्टिकल डिस्क और फेज-चेंज मेमोरी उपकरणों में उपयोग की जाती हैं। गर्मी लागू करके, उन्हें अक्रिस्टलीय (कांच के समान) और क्रिस्टलीय अवस्थाओं के बीच स्विच किया जा सकता है। ऑप्टिकल और विद्युत गुणों में परिवर्तन का उपयोग सूचना भंडारण उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।[184] GeSbTe के भविष्य के अनुप्रयोगों में "नैनोमीटर-स्केल पिक्सेल वाले अल्ट्राफास्ट, पूरी तरह से सॉलिड-स्टेट डिस्प्ले, अर्ध-पारदर्शी 'स्मार्ट' चश्मा, 'स्मार्ट' कॉन्टैक्ट लेंस और कृत्रिम रेटिना उपकरण" शामिल हो सकते हैं।[185]

पायरोटेक्निक्स

एक आदमी अंधेरे में खड़ा है। वह छाती के स्तर पर एक छोटी छड़ी पकड़े हुए है। छड़ी का सिरा जल रहा है, बहुत तेजी से जल रहा है, और धुआं छोड़ रहा है।
पुरातन नीली रोशनी संकेत, सोडियम नाइट्रेट, सल्फर और (लाल) आर्सेनिक ट्राइसल्फाइड के मिश्रण से ईंधन युक्त[186]

मान्यता प्राप्त उपधातुओं में या तो पायरोटेक्निक अनुप्रयोग हैं या संबंधित गुण हैं। बोरॉन और सिलिकॉन आमतौर पर पाए जाते हैं;[187] वे कुछ हद तक धातु ईंधन की तरह कार्य करते हैं।[188] बोरॉन का उपयोग पायरोटेक्निक इनिशिएटर संरचनाओं (अन्य कठिन-से-शुरू होने वाली संरचनाओं को प्रज्वलित करने के लिए), और विलंब संरचनाओं में किया जाता है जो निरंतर दर पर जलते हैं।[189] बोरॉन कार्बाइड को धुआं युद्ध सामग्री, सिग्नल फ्लेयर्स और आतिशबाजी में अधिक विषाक्त बेरियम या हेक्साक्लोरोइथेन मिश्रणों के संभावित प्रतिस्थापन के रूप में पहचाना गया है।[190] सिलिकॉन, बोरॉन की तरह, इनिशिएटर और विलंब मिश्रण का एक घटक है।[189] डोप्ड जर्मेनियम एक परिवर्तनीय गति थर्माइट ईंधन के रूप में कार्य कर सकता है।[n 18] आर्सेनिक ट्राइसल्फाइड As2S3 का उपयोग पुराने नौसेना सिग्नल लाइट में किया जाता था; आतिशबाजी में सफेद तारे बनाने के लिए;[192] पीले धुआं स्क्रीन मिश्रणों में; और इनिशिएटर संरचनाओं में।[193] एंटीमनी ट्राइसल्फाइड Sb2S3 सफेद-रोशनी वाली आतिशबाजी और फ्लैश और ध्वनि मिश्रणों में पाया जाता है।[194] टेल्यूरियम का उपयोग विलंब मिश्रणों और ब्लास्टिंग कैप इनिशिएटर संरचनाओं में किया गया है।[195]

कार्बन, एल्यूमीनियम, फास्फोरस और सेलेनियम इस विषय को जारी रखते हैं। कार्बन, ब्लैक पाउडर में, आतिशबाजी रॉकेट प्रणोदक, फटने वाले चार्ज और प्रभाव मिश्रणों, और सैन्य विलंब फ़्यूज़ और इग्नाइटर का एक घटक है।[196][n 19] एल्यूमीनियम एक सामान्य पायरोटेक्निक घटक है,[187] और प्रकाश और गर्मी उत्पन्न करने की अपनी क्षमता के लिए व्यापक रूप से नियोजित है,[198] जिसमें थर्माइट मिश्रण भी शामिल हैं।[199] फास्फोरस धुआं और आग लगाने वाली युद्ध सामग्री, पेपर कैप जो खिलौना बंदूक में उपयोग किए जाते हैं, और पार्टी पॉपर में पाया जा सकता है।[200] सेलेनियम का उपयोग उसी तरह किया गया है जैसे टेल्यूरियम का।[195]

अर्धचालक और इलेक्ट्रॉनिक्स

एक तरफ तीन समानांतर तार उभार वाला एक छोटा चौकोर प्लास्टिक टुकड़ा; कई प्लास्टिक और धातु पिन-जैसे पैरों वाला एक बड़ा आयताकार प्लास्टिक चिप; और एक छोटा लाल प्रकाश ग्लोब जिसके आधार से दो लंबे तार निकल रहे हैं।
अर्धचालक-आधारित इलेक्ट्रॉनिक घटक। बाएं से दाएं: एक ट्रांजिस्टर, एक इंटीग्रेटेड सर्किट, और एक LED। उपधातुओं के रूप में सामान्यतः पहचाने जाने वाले तत्व ऐसे उपकरणों में व्यापक उपयोग पाते हैं, मौलिक या यौगिक अर्धचालक घटकों के रूप में (Si, Ge या GaAs, उदाहरण के लिए) या डोपिंग एजेंटों के रूप में (B, Sb, Te, उदाहरण के लिए)।

उपधातुओं के रूप में सामान्यतः पहचाने जाने वाले सभी तत्वों (या उनके यौगिकों) का उपयोग अर्धचालक या सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक उद्योगों में किया गया है।[201]

बोरॉन के कुछ गुणों ने अर्धचालक के रूप में इसके उपयोग को सीमित कर दिया है। इसका गलनांक उच्च है, एकल क्रिस्टल प्राप्त करना अपेक्षाकृत कठिन है, और नियंत्रित अशुद्धियों को पेश करना और बनाए रखना कठिन है।[202]

सिलिकॉन अग्रणी वाणिज्यिक अर्धचालक है; यह आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स (मानक सौर कोशिकाओं सहित)[203] और सूचना एवं संचार प्रौद्योगिकियों का आधार बनाता है।[204] यह 20वीं सदी की शुरुआत में अर्धचालकों के अध्ययन के बावजूद था, जिसे "गंदगी का भौतिकी" माना जाता था और जो करीबी ध्यान देने योग्य नहीं था।[205]

जर्मेनियम को अर्धचालक उपकरणों में काफी हद तक सिलिकॉन द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया है, क्योंकि यह सस्ता है, उच्च परिचालन तापमान पर अधिक लचीला है, और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक निर्माण प्रक्रिया के दौरान काम करने में आसान है।[110] जर्मेनियम अभी भी अर्धचालक सिलिकॉन-जर्मेनियम "मिश्र धातुओं" का एक घटक है और इनका उपयोग बढ़ रहा है, विशेष रूप से वायरलेस संचार उपकरणों के लिए; ऐसी मिश्र धातुएं जर्मेनियम की उच्च वाहक गतिशीलता का फायदा उठाती हैं।[110] 2013 में अर्धचालक जर्मेनन की ग्राम-स्केल मात्रा के संश्लेषण की सूचना दी गई थी। इसमें हाइड्रोजन-टर्मिनेटेड जर्मेनियम परमाणुओं की एक-परमाणु मोटी परतें होती हैं, जो ग्राफेन के समान होती हैं। यह सिलिकॉन की तुलना में दस गुना अधिक तेजी से और जर्मेनियम की तुलना में पांच गुना अधिक तेजी से इलेक्ट्रॉनों का संचालन करता है, और माना जाता है कि इसमें ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक और सेंसिंग अनुप्रयोगों की क्षमता है।[206] 2014 में एक जर्मेनियम-तार आधारित एनोड के विकास की सूचना दी गई थी जो लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता को दोगुना से अधिक कर देता है।[207] उसी वर्ष, ली एट अल. ने रिपोर्ट किया कि ग्राफीन के दोष-मुक्त क्रिस्टल जो इलेक्ट्रॉनिक उपयोग के लिए पर्याप्त बड़े थे, उन्हें जर्मेनियम सब्सट्रेट पर उगाया और हटाया जा सकता था।[208]

आर्सेनिक और एंटीमनी अपनी मानक अवस्थाओं में अर्धचालक नहीं हैं। दोनों टाइप III-V अर्धचालक (जैसे GaAs, AlSb या GaInAsSb) बनाते हैं जिसमें प्रति परमाणु वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की औसत संख्या समूह 14 तत्वों के समान होती है, लेकिन उनके पास प्रत्यक्ष बैंड गैप होते हैं। ये यौगिक ऑप्टिकल अनुप्रयोगों के लिए पसंद किए जाते हैं।[209] एंटीमनी नैनोक्रिस्टल लिथियम-आयन बैटरी को अधिक शक्तिशाली सोडियम आयन बैटरी द्वारा प्रतिस्थापित करने में सक्षम बना सकते हैं।[210]

टेल्यूरियम, जो अपनी मानक अवस्था में एक अर्धचालक है, का उपयोग मुख्य रूप से टाइप II/VI अर्धचालक-चाल्कोजेनाइड में एक घटक के रूप में किया जाता है; इनके इलेक्ट्रो-ऑप्टिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स में अनुप्रयोग हैं।[211] कैडमियम टेलुराइड (CdTe) का उपयोग सौर मॉड्यूल में इसकी उच्च रूपांतरण दक्षता, कम विनिर्माण लागत और 1.44 eV के बड़े बैंड गैप के लिए किया जाता है, जिससे यह तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला को अवशोषित कर सकता है।[203] बिस्मथ टेलुराइड (Bi2Te3), सेलेनियम और एंटीमनी के साथ मिश्रित, थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों का एक घटक है जिसका उपयोग प्रशीतन या पोर्टेबल बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है।[212]

पांच उपधातु - बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक और एंटीमनी - सेल फोन में पाए जा सकते हैं (कम से कम 39 अन्य धातुओं और अधातुओं के साथ)।[213] टेल्यूरियम से ऐसे उपयोग की उम्मीद है।[214] कम बार पहचाने जाने वाले उपधातुओं में से, फास्फोरस, गैलियम (विशेष रूप से) और सेलेनियम के अर्धचालक अनुप्रयोग हैं। फास्फोरस का उपयोग n-प्रकार अर्धचालक के लिए डोपेंट के रूप में ट्रेस मात्रा में किया जाता है।[215] गैलियम यौगिकों का वाणिज्यिक उपयोग अर्धचालक अनुप्रयोगों द्वारा हावी है - इंटीग्रेटेड सर्किट, सेल फोन, लेजर डायोड, प्रकाश उत्सर्जक डायोड, फोटोडिटेक्टर और सौर सेल में।[216] सेलेनियम का उपयोग सौर कोशिकाओं के उत्पादन में[217] और उच्च-ऊर्जा सर्ज प्रोटेक्टर में किया जाता है।[218]

बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, एंटीमनी और टेल्यूरियम,[219] साथ ही भारी धातुएं और उपधातुएं जैसे Sm, Hg, Tl, Pb, Bi और Se,[220] टोपोलॉजिकल इंसुलेटर में पाए जा सकते हैं। ये मिश्र धातुएं[221] या यौगिक हैं जो, अति-ठंडे तापमान या कमरे के तापमान पर (उनकी संरचना के आधार पर), अपनी सतहों पर धात्विक कंडक्टर होते हैं लेकिन अपने आंतरिक भाग में इंसुलेटर होते हैं।[222] कैडमियम आर्सेनाइड Cd3As2, लगभग 1 K पर, एक डिराक-सेमीमेटल है - ग्राफीन का एक थोक इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग - जिसमें इलेक्ट्रॉन प्रभावी रूप से द्रव्यमान रहित कणों के रूप में यात्रा करते हैं।[223] सामग्री के इन दो वर्गों में क्वांटम कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों की क्षमता मानी जाती है।[224]

नामकरण और इतिहास

व्युत्पत्ति और अन्य नाम

कई नामों का उपयोग कभी-कभी समानार्थक रूप से किया जाता है, हालांकि इनमें से कुछ के अन्य अर्थ हैं जो जरूरी नहीं कि विनिमेय हों: उभयधर्मी तत्व,[225] सीमा तत्व,[226] मध्य-मार्ग तत्व,[227] धातु के निकट,[228] मेटा-धातु,[229] अर्धचालक,[230] सेमीमेटल[231] और सबमेटल।[232] "उभयधर्मी तत्व" का उपयोग कभी-कभी व्यापक रूप से ऑक्सीएनायन बनाने में सक्षम संक्रमण धातुओं को शामिल करने के लिए किया जाता है, जैसे कि क्रोमियम और मैंगनीज।[233] "मेटा-धातु" का उपयोग कभी-कभी इसके बजाय मानक आवर्त सारणी पर उपधातुओं के ठीक बाईं ओर स्थित कुछ धातुओं (Be, Zn, Cd, Hg, In, Tl, β-Sn, Pb) को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।[234] इन धातुओं में विकृत क्रिस्टलीय संरचनाएं, धातुओं की तुलना में कम विद्युत चालकता मान और उभयधर्मी (कमजोर रूप से क्षारीय) ऑक्साइड होते हैं।[235] नाम उभयधर्मी तत्व और अर्धचालक समस्याग्रस्त हैं क्योंकि उपधातुओं के रूप में संदर्भित कुछ तत्व अपने सबसे स्थिर रूपों में स्पष्ट उभयधर्मी व्यवहार (बिस्मथ, उदाहरण के लिए)[236] या अर्धचालकता (पोलोनियम)[237] नहीं दिखाते हैं।

उत्पत्ति और उपयोग

उपधातु (metalloid) शब्द की उत्पत्ति और उपयोग जटिल है। यह नाम 19वीं सदी की शुरुआत में जोन्स बर्ज़ेलियस द्वारा लोकप्रिय बनाया गया था, लेकिन उन्होंने इसका उपयोग वर्तमान अर्थ में नहीं किया, बल्कि अधातु तत्वों के एक विविध समूह के लिए किया था।[238] 1864 में प्रकाशित जेम्स एपजॉन की "मैनुअल ऑफ मेटालॉइड्स" ने सभी तत्वों को या तो धातुओं या उपधातुओं में विभाजित किया।[239]:31 20वीं सदी के मध्य से इसका उपयोग मध्यवर्ती या सीमावर्ती रासायनिक तत्वों को संदर्भित करने के लिए किया गया है।[240] इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC) ने पहले उपधातु शब्द को छोड़ने की सिफारिश की थी, और इसके बजाय सेमीमेटल शब्द का उपयोग करने का सुझाव दिया था।[241] सिफारिश के बावजूद, 1970-2010 में साहित्य में उपधातु शब्द का उपयोग तेजी से बढ़ा, जबकि सेमीमेटल कम लोकप्रिय रहा।[238] सेमीमेटल शब्द का उपयोग हाल ही में एटकिंस एट अल. द्वारा हतोत्साहित किया गया है[2] क्योंकि इसका एक अधिक सामान्य अर्थ है जो किसी तत्व के समग्र वर्गीकरण के बजाय किसी पदार्थ की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना को संदर्भित करता है। नामकरण और शब्दावली पर नवीनतम IUPAC प्रकाशनों में उपधातु या सेमीमेटल शब्दों के उपयोग पर कोई सिफारिश शामिल नहीं है।[242]

तत्व जिन्हें सामान्यतः उपधातु के रूप में पहचाना जाता है

इस अनुभाग में नोट किए गए गुण परिवेशी परिस्थितियों में उनके सबसे थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर रूपों में तत्वों को संदर्भित करते हैं।

बोरॉन

मुख्य लेख: बोरॉन
कई दर्जन छोटे कोणीय पत्थर जैसी आकृतियाँ, बिखरे हुए चांदी के धब्बों और हाइलाइट्स के साथ ग्रे।
बोरॉन, यहाँ अपने β-रॉम्बोहेड्रल चरण (इसका सबसे थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर अपरूप) के रूप में दिखाया गया है[243]

शुद्ध बोरॉन एक चमकदार, चांदी-ग्रे क्रिस्टलीय ठोस है।[244] यह एल्यूमीनियम (2.34 बनाम 2.70 g/cm3) से कम घना है, और कठोर तथा भंगुर है। यह सामान्य परिस्थितियों में मुश्किल से प्रतिक्रियाशील है, सिवाय फ्लोरीन द्वारा हमले के,[245] और इसका गलनांक 2076 °C (तुलना के लिए स्टील ~1370 °C) है।[246] बोरॉन एक अर्धचालक है;[247] इसकी कमरे के तापमान की विद्युत चालकता 1.5 × 10−6 S•cm−1 है[248] (नल के पानी की तुलना में लगभग 200 गुना कम)[249] और इसका बैंड गैप लगभग 1.56 eV है।[250][n 20] मेंडेलीव ने टिप्पणी की कि, "बोरॉन मुक्त अवस्था में कई रूपों में दिखाई देता है जो धातुओं और अधातुओं के बीच मध्यवर्ती हैं।"[252]

बोरॉन की संरचनात्मक रसायन विज्ञान इसके छोटे परमाणु आकार और अपेक्षाकृत उच्च आयनीकरण ऊर्जा द्वारा हावी है। प्रति बोरॉन परमाणु केवल तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के साथ, सरल सहसंयोजक बंधन अष्टक नियम को पूरा नहीं कर सकते हैं।[253] धात्विक बंधन बोरॉन के भारी सजातीय तत्वों के बीच सामान्य परिणाम है लेकिन इसके लिए आमतौर पर कम आयनीकरण ऊर्जा की आवश्यकता होती है।[254] इसके बजाय, इसके छोटे आकार और उच्च आयनीकरण ऊर्जा के कारण, बोरॉन (और इसके लगभग सभी अपरूपों)[n 21] की मूल संरचनात्मक इकाई आइकोसाहेड्रल B12 क्लस्टर है। 12 बोरॉन परमाणुओं से जुड़े 36 इलेक्ट्रॉनों में से, 26 विस्थानीकृत आणविक कक्षकों में रहते हैं; अन्य 10 इलेक्ट्रॉनों का उपयोग आइकोसाहेड्रा के बीच दो- और तीन-केंद्र सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए किया जाता है।[256] वही आकृति, जैसे कि डेल्टाहेड्रल वेरिएंट या टुकड़े, धातु बोराइड्स और हाइड्राइड डेरिवेटिव में, और कुछ हैलाइड्स में देखी जा सकती है।[257]

बोरॉन में बंधन को धातुओं और अधात्विक सहसंयोजक नेटवर्क ठोस (जैसे हीरा) के बीच मध्यवर्ती व्यवहार की विशेषता के रूप में वर्णित किया गया है।[258] B, C, N, Si और P को अधात्विक से धात्विक अवस्थाओं में बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा का अनुमान क्रमशः 30, 100, 240, 33 और 50 kJ/mol लगाया गया है। यह धातु-अधातु सीमा के साथ बोरॉन की निकटता को इंगित करता है।[259]

बोरॉन का अधिकांश रसायन विज्ञान प्रकृति में अधात्विक है।[259] अपने भारी सजातीय तत्वों के विपरीत, यह कोई साधारण B3+ या जलयोजित [B(H2O)4]3+ धनायन बनाने के लिए नहीं जाना जाता है।[260] बोरॉन परमाणु का छोटा आकार कई अंतराकाशी मिश्र धातु-प्रकार के बोराइड्स की तैयारी को सक्षम बनाता है।[261] संकुलों के निर्माण में बोरॉन और संक्रमण धातुओं के बीच सादृश्यता देखी गई है,[262] और अडक्ट (उदाहरण के लिए, BH3 + CO → BH3CO और, इसी तरह, Fe(CO)4 + CO → Fe(CO)5),[n 22] साथ ही [B6H6]2− और [Ru6(CO)18]2− जैसी क्लस्टर प्रजातियों की ज्यामितीय और इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं में भी।[264][n 23] बोरॉन का जलीय रसायन विज्ञान कई अलग-अलग पॉलीबोरेट ऋणायनों के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[266] अपने उच्च आवेश-से-आकार अनुपात को देखते हुए, बोरॉन अपने लगभग सभी यौगिकों में सहसंयोजक रूप से बंधता है;[267] अपवाद बोराइड हैं क्योंकि इनमें, उनकी संरचना के आधार पर, सहसंयोजक, आयनिक और धात्विक बंधन घटक शामिल होते हैं।[268][n 24] साधारण बाइनरी यौगिक, जैसे बोरॉन ट्राइक्लोराइड, लुईस अम्ल हैं क्योंकि तीन सहसंयोजक बंधों का निर्माण अष्टक में एक छिद्र छोड़ देता है जिसे लुईस क्षार द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉन-युग्म द्वारा भरा जा सकता है।[253] बोरॉन की ऑक्सीजन के प्रति तीव्र आत्मीयता है और इसका बोरेट रसायन विज्ञान काफी विस्तृत है।[261] ऑक्साइड B2O3 संरचना में बहुलक है,[271] दुर्बल अम्लीय है,[272][n 25] और एक कांच बनाने वाला पदार्थ है।[278] बोरॉन के धातु-कार्बनिक यौगिक[n 26] 19वीं सदी से ज्ञात हैं (देखें ऑर्गनोबोरॉन रसायन विज्ञान)।[280]

सिलिकॉन

मुख्य लेख: Silicon
अनियमित नालीदार सतह वाला एक चमकदार नीला धूसर आलू के आकार का टुकड़ा।
सिलिकॉन में नीली-धूसर धात्विक चमक होती है।

सिलिकॉन एक नीली-धूसर धात्विक चमक वाला क्रिस्टलीय ठोस है।[281] बोरॉन की तरह, यह एल्युमीनियम की तुलना में कम घना (2.33 g/cm3 पर) है, और कठोर तथा भंगुर है।[282] यह अपेक्षाकृत अक्रिय तत्व है।[281] रोको के अनुसार,[283] ठोस क्रिस्टलीय रूप (विशेषकर यदि शुद्ध हो) "सभी अम्लों के प्रति उल्लेखनीय रूप से अक्रिय है, जिसमें हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल भी शामिल है"।[n 27] कम शुद्ध सिलिकॉन, और चूर्ण रूप, विभिन्न रूप से मजबूत या गर्म अम्लों के साथ-साथ भाप और फ्लोरीन द्वारा हमले के प्रति संवेदनशील होते हैं।[287] सिलिकॉन गर्म जलीय क्षार में हाइड्रोजन के उत्सर्जन के साथ घुल जाता है, जैसा कि बेरिलियम, एल्युमीनियम, जस्ता, गैलियम या इंडियम जैसी धातुएं करती हैं।[288] यह 1414 °C पर पिघलता है। सिलिकॉन 10−4 S•cm−1 की विद्युत चालकता[289] और लगभग 1.11 eV के बैंड गैप वाला एक अर्धचालक है।[284] जब यह पिघलता है, तो सिलिकॉन 1.0–1.3 × 104 S•cm−1 की विद्युत चालकता के साथ एक उचित धातु बन जाता है, जो तरल पारे के समान है।[290]

सिलिकॉन का रसायन विज्ञान सामान्यतः प्रकृति में अधात्विक (सहसंयोजक) है।[291] यह धनायन बनाने के लिए नहीं जाना जाता है।[292][n 28] सिलिकॉन लोहा और तांबा जैसी धातुओं के साथ मिश्र धातु बना सकता है।[293] यह सामान्य अधातुओं की तुलना में ऋणायनिक व्यवहार के प्रति कम प्रवृत्ति दिखाता है।[294] इसका विलयन रसायन विज्ञान ऑक्सीऋणायनों के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[295] सिलिकॉन-ऑक्सीजन बंध की उच्च शक्ति सिलिकॉन के रासायनिक व्यवहार पर हावी रहती है।[296] बहुलक सिलिकेट, जो अपने ऑक्सीजन परमाणुओं को साझा करने वाली चतुष्फलकीय SiO4 इकाइयों द्वारा निर्मित होते हैं, सिलिकॉन के सबसे प्रचुर और महत्वपूर्ण यौगिक हैं।[297] बहुलक बोरेट, जिनमें जुड़ी हुई त्रिकोणीय और चतुष्फलकीय BO3 या BO4 इकाइयां शामिल हैं, समान संरचनात्मक सिद्धांतों पर निर्मित होते हैं।[298] ऑक्साइड SiO2 संरचना में बहुलक है,[271] दुर्बल अम्लीय है,[299][n 29] और एक कांच बनाने वाला पदार्थ है।[278] पारंपरिक धातु-कार्बनिक रसायन विज्ञान में सिलिकॉन के कार्बन यौगिक शामिल हैं (देखें ऑर्गनोसिलिकॉन)।[303]

जर्मेनियम

मुख्य लेख: Germanium
असमान कटी हुई सतह वाला धूसर चमकदार ब्लॉक।
जर्मेनियम को कभी-कभी धातु के रूप में वर्णित किया जाता है

जर्मेनियम एक चमकदार धूसर-सफेद ठोस है।[304] इसका घनत्व 5.323 g/cm3 है और यह कठोर तथा भंगुर है।[305] यह कमरे के तापमान पर अधिकांशतः अक्रिय है[n 30] लेकिन गर्म सांद्र सल्फ्यूरिक या नाइट्रिक अम्ल द्वारा धीरे-धीरे प्रभावित होता है।[307] जर्मेनियम सोडियम जर्मेनेट Na2GeO3 और हाइड्रोजन गैस प्राप्त करने के लिए पिघले हुए कॉस्टिक सोडा के साथ भी अभिक्रिया करता है।[308] यह 938 °C पर पिघलता है। जर्मेनियम लगभग 2 × 10−2 S•cm−1 की विद्युत चालकता[307] और 0.67 eV के बैंड गैप वाला एक अर्धचालक है।[309] तरल जर्मेनियम एक धात्विक चालक है, जिसकी विद्युत चालकता तरल पारे के समान है।[310]

जर्मेनियम का अधिकांश रसायन विज्ञान एक अधातु की विशेषता है।[311] जर्मेनियम धनायन बनाता है या नहीं, यह स्पष्ट नहीं है, सिवाय कुछ गूढ़ यौगिकों में Ge2+ आयन के अस्तित्व की रिपोर्ट के।[n 31] यह एल्युमीनियम और सोना जैसी धातुओं के साथ मिश्र धातु बना सकता है।[324] यह सामान्य अधातुओं की तुलना में ऋणायनिक व्यवहार के प्रति कम प्रवृत्ति दिखाता है।[294] इसका विलयन रसायन विज्ञान ऑक्सीऋणायनों के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[295] जर्मेनियम सामान्यतः चतुर्संयोजक (IV) यौगिक बनाता है, और यह कम स्थिर द्विसंयोजक (II) यौगिक भी बना सकता है, जिसमें यह धातु की तरह अधिक व्यवहार करता है।[325] सिलिकेट्स के सभी प्रमुख प्रकारों के जर्मेनियम एनालॉग तैयार किए गए हैं।[326] जर्मेनियम का धात्विक चरित्र विभिन्न ऑक्सोअम्ल लवणों के निर्माण से भी पता चलता है। एक फॉस्फेट [(HPO4)2Ge·H2O] और अत्यधिक स्थिर ट्राइफ्लोरोएसीटेट Ge(OCOCF3)4 का वर्णन किया गया है, जैसा कि Ge2(SO4)2, Ge(ClO4)4 और GeH2(C2O4)3 का किया गया है।[327] ऑक्साइड GeO2 बहुलक है,[271] उभयधर्मी है,[328] और एक कांच बनाने वाला पदार्थ है।[278] डाइऑक्साइड अम्लीय घोलों में घुलनशील है (मोनोऑक्साइड GeO, और भी अधिक है), और इसका उपयोग कभी-कभी जर्मेनियम को धातु के रूप में वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है।[329] 1930 के दशक तक जर्मेनियम को एक खराब चालक धातु माना जाता था;[330] इसे बाद के लेखकों द्वारा कभी-कभी धातु के रूप में वर्गीकृत किया गया है।[331] उन सभी तत्वों के साथ जिन्हें आमतौर पर उपधातु के रूप में पहचाना जाता है, जर्मेनियम का एक स्थापित धातु-कार्बनिक रसायन विज्ञान है (देखें ऑर्गनोजर्मेनियम रसायन विज्ञान)।[332]

आर्सेनिक

मुख्य लेख: Arsenic
क्रिस्टलीय टुकड़ों के दो सुस्त चांदी के क्लस्टर।
आर्सेनिक, कलई उतरने से बचाने के लिए एक कंटेनर में सील किया गया

आर्सेनिक एक धूसर, धात्विक दिखने वाला ठोस है। इसका घनत्व 5.727 g/cm3 है और यह भंगुर है, और मध्यम रूप से कठोर है (एल्युमीनियम से अधिक; लोहा से कम)।[333] यह शुष्क हवा में स्थिर है लेकिन नम हवा में एक सुनहरा कांस्य पैटीना विकसित करता है, जो आगे के संपर्क में काला हो जाता है। आर्सेनिक नाइट्रिक अम्ल और सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा प्रभावित होता है। यह आर्सेनेट Na3AsO3 और हाइड्रोजन गैस देने के लिए पिघले हुए कॉस्टिक सोडा के साथ अभिक्रिया करता है।[334] आर्सेनिक ऊर्ध्वपातित 615 °C पर होता है। वाष्प नींबू-पीली होती है और लहसुन जैसी गंध आती है।[335] आर्सेनिक केवल 38.6 atm के दबाव में, 817 °C पर पिघलता है।[336] यह लगभग 3.9 × 104 S•cm−1 की विद्युत चालकता[337] और 0.5 eV के बैंड ओवरलैप वाला एक उपधातु है।[338][n 32] तरल आर्सेनिक 0.15 eV के बैंड गैप वाला एक अर्धचालक है।[340]

आर्सेनिक का रसायन विज्ञान मुख्य रूप से अधात्विक है।[341] आर्सेनिक धनायन बनाता है या नहीं, यह स्पष्ट नहीं है।[n 33] इसके कई धातु मिश्र धातु अधिकांशतः भंगुर होते हैं।[349] यह सामान्य अधातुओं की तुलना में ऋणायनिक व्यवहार के प्रति कम प्रवृत्ति दिखाता है।[294] इसका विलयन रसायन विज्ञान ऑक्सीऋणायनों के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[295] आर्सेनिक सामान्यतः ऐसे यौगिक बनाता है जिनमें इसकी ऑक्सीकरण अवस्था +3 या +5 होती है।[350] हैलाइड्स, और ऑक्साइड और उनके व्युत्पन्न इसके उदाहरण हैं।[297] त्रिसंयोजक अवस्था में, आर्सेनिक कुछ प्रारंभिक धात्विक गुण दिखाता है।[351] हैलाइड्स पानी द्वारा जल-अपघटित होते हैं लेकिन ये अभिक्रियाएं, विशेष रूप से क्लोराइड की, हाइड्रोहेलिक अम्ल के योग के साथ प्रतिवर्ती होती हैं।[352] ऑक्साइड अम्लीय है लेकिन, जैसा कि नीचे उल्लेख किया गया है, (दुर्बल रूप से) उभयधर्मी है। उच्च, कम स्थिर, पंचसंयोजक अवस्था में दृढ़ता से अम्लीय (अधात्विक) गुण होते हैं।[353] फास्फोरस की तुलना में, आर्सेनिक का मजबूत धात्विक चरित्र AsPO4, As2(SO4)3[n 34] और आर्सेनिक एसीटेट As(CH3COO)3 जैसे ऑक्सोअम्ल लवणों के निर्माण से संकेत मिलता है।[356] ऑक्साइड As2O3 बहुलक है,[271] उभयधर्मी है,[357][n 35] और एक कांच बनाने वाला पदार्थ है।[278] आर्सेनिक का एक विस्तृत धातु-कार्बनिक रसायन विज्ञान है (देखें ऑर्गनोआर्सेनिक रसायन विज्ञान)।[360]

एंटीमनी

मुख्य लेख: Antimony
नीले रंग के साथ एक चमकता हुआ चांदी का चट्टान जैसा टुकड़ा, और लगभग समानांतर खांचे।
एंटीमनी, अपनी शानदार चमक प्रदर्शित करता है

एंटीमनी नीले रंग के साथ एक चांदी-सफेद ठोस है और इसकी चमक शानदार है।[334] इसका घनत्व 6.697 g/cm3 है और यह भंगुर है, और मध्यम रूप से कठोर है (आर्सेनिक से अधिक; लोहे से कम; तांबे के समान)।[333] यह कमरे के तापमान पर हवा और नमी में स्थिर है। यह सांद्र नाइट्रिक अम्ल द्वारा प्रभावित होता है, जिससे जलयोजित पेंटाऑक्साइड Sb2O5 प्राप्त होता है। एक्वा रेजिया पेंटाक्लोराइड SbCl5 देता है और गर्म सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के परिणामस्वरूप सल्फेट Sb2(SO4)3 प्राप्त होता है।[361] यह पिघले हुए क्षार से प्रभावित नहीं होता है।[362] एंटीमनी गर्म होने पर पानी से हाइड्रोजन को विस्थापित करने में सक्षम है: 2 Sb + 3 H2O → Sb2O3 + 3 H2।[363] यह 631 °C पर पिघलता है। एंटीमनी लगभग 3.1 × 104 S•cm−1 की विद्युत चालकता[364] और 0.16 eV के बैंड ओवरलैप वाला एक उपधातु है।[338][n 36] तरल एंटीमनी लगभग 5.3 × 104 S•cm−1 की विद्युत चालकता वाला एक धात्विक चालक है।[366]

एंटीमनी का अधिकांश रसायन विज्ञान एक अधातु की विशेषता है।[367] एंटीमनी में कुछ निश्चित धनायनिक रसायन विज्ञान है,[368] SbO+ और Sb(OH)2+ अम्लीय जलीय घोल में मौजूद हैं;[369][n 37] यौगिक Sb8(GaCl4)2, जिसमें होमोपॉलीधनायन, Sb82+ शामिल है, 2004 में तैयार किया गया था।[371] यह एल्युमीनियम,[372] लोहा, निकल, तांबा, जस्ता, टिन, सीसा और बिस्मथ जैसी एक या अधिक धातुओं के साथ मिश्र धातु बना सकता है।[373] एंटीमनी सामान्य अधातुओं की तुलना में ऋणायनिक व्यवहार के प्रति कम प्रवृत्ति दिखाता है।[294] इसका विलयन रसायन विज्ञान ऑक्सीऋणायनों के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[295] आर्सेनिक की तरह, एंटीमनी सामान्यतः ऐसे यौगिक बनाता है जिनमें इसकी ऑक्सीकरण अवस्था +3 या +5 होती है।[350] हैलाइड्स, और ऑक्साइड और उनके व्युत्पन्न इसके उदाहरण हैं।[297] +5 अवस्था +3 की तुलना में कम स्थिर है, लेकिन आर्सेनिक की तुलना में प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है। यह इसके 3d10 इलेक्ट्रॉनों द्वारा आर्सेनिक नाभिक को प्रदान की गई खराब परिरक्षण द्वारा समझाया गया है। तुलना में, एंटीमनी (एक भारी परमाणु होने के नाते) की अधिक आसानी से ऑक्सीकृत होने की प्रवृत्ति इसके 4d10 शेल के प्रभाव को आंशिक रूप से संतुलित करती है।[374] त्रिसंयोजक एंटीमनी उभयधर्मी है; पंचसंयोजक एंटीमनी (मुख्य रूप से) अम्लीय है।[375] समूह 15 में धात्विक चरित्र में वृद्धि के अनुरूप, एंटीमनी लवण बनाता है जिसमें एक एसीटेट Sb(CH3CO2)3, फॉस्फेट SbPO4, सल्फेट Sb2(SO4)3 और परक्लोरेट Sb(ClO4)3 शामिल हैं।[376] अन्यथा अम्लीय पेंटाऑक्साइड Sb2O5 कुछ बुनियादी (धात्विक) व्यवहार दिखाता है कि इसे बहुत अम्लीय घोलों में घोला जा सकता है, ऑक्सीधनायन SbO के निर्माण के साथ।[377] ऑक्साइड Sb2O3 बहुलक है,[271] उभयधर्मी है,[378] और एक कांच बनाने वाला पदार्थ है।[278] एंटीमनी का एक विस्तृत धातु-कार्बनिक रसायन विज्ञान है (देखें ऑर्गनोएंटीमनी रसायन विज्ञान)।[379]

टेल्यूरियम

मुख्य लेख: Tellurium
एक चमकदार चांदी जैसा सफेद पदक जिसकी सतह पर धारियां हैं, बाहर की ओर अनियमित है, और बीच में एक वर्गाकार सर्पिल जैसा पैटर्न है।
टेल्यूरियम, जिसे दिमित्री मेंडलीव द्वारा धातुओं और अधातुओं के बीच एक संक्रमण के रूप में वर्णित किया गया है[380]

टेल्यूरियम एक चांदी जैसा सफेद चमकदार ठोस है।[381] इसका घनत्व 6.24 g/cm3 है, यह भंगुर है, और सामान्य रूप से पहचाने जाने वाले उपधातुओं (metalloids) में सबसे नरम है, जो सल्फर से थोड़ा ही कठोर है।[333] टेल्यूरियम के बड़े टुकड़े हवा में स्थिर रहते हैं। नमी की उपस्थिति में बारीक चूर्णित रूप हवा द्वारा ऑक्सीकृत हो जाता है। टेल्यूरियम उबलते पानी के साथ, या ताजा अवक्षेपित होने पर 50 °C पर भी प्रतिक्रिया करके डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन देता है: Te + 2 H2O → TeO2 + 2 H2।[382] यह नाइट्रिक, सल्फ्यूरिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ (विभिन्न मात्रा में) प्रतिक्रिया करके सल्फोक्साइड TeSO3 या टेल्यूरस एसिड H2TeO3,[383] बेसिक नाइट्रेट (Te2O4H)+(NO3)−,[384] या ऑक्साइड सल्फेट Te2O3(SO4) जैसे यौगिक देता है।[385] यह उबलते क्षार में घुलकर टेल्यूराइट और टेल्यूराइड देता है: 3 Te + 6 KOH = K2TeO3 + 2 K2Te + 3 H2O, एक ऐसी प्रतिक्रिया जो तापमान बढ़ने या घटने के साथ आगे बढ़ती है या प्रतिवर्ती होती है।[386]

उच्च तापमान पर टेल्यूरियम इतना प्लास्टिक होता है कि इसे एक्सट्रूड (extrude) किया जा सकता है।[387] यह 449.51 °C पर पिघलता है। क्रिस्टलीय टेल्यूरियम की संरचना समानांतर अनंत सर्पिल श्रृंखलाओं से बनी होती है। एक श्रृंखला में आसन्न परमाणुओं के बीच का बंधन सहसंयोजक होता है, लेकिन विभिन्न श्रृंखलाओं के पड़ोसी परमाणुओं के बीच एक कमजोर धात्विक अंतःक्रिया का प्रमाण है।[388] टेल्यूरियम एक अर्धचालक है जिसकी विद्युत चालकता लगभग 1.0 S•cm−1[389] और बैंड गैप 0.32 से 0.38 eV है।[390] तरल टेल्यूरियम एक अर्धचालक है, जिसकी पिघलने पर विद्युत चालकता लगभग 1.9 × 103 S•cm−1 होती है।[390] अतितापित (Superheated) तरल टेल्यूरियम एक धात्विक चालक है।[391]

टेल्यूरियम का अधिकांश रसायन विज्ञान एक अधातु की विशेषता है।[392] यह कुछ धनायनित व्यवहार दिखाता है। डाइऑक्साइड एसिड में घुलकर ट्राईहाइड्रॉक्सोटेल्यूरियम(IV) Te(OH)3+ आयन देता है;[393][n 38] जब टेल्यूरियम को क्रमशः फ्लोरोसल्फ्यूरिक एसिड (HSO3F) या तरल सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) में ऑक्सीकृत किया जाता है, तो लाल Te42+ और पीले-नारंगी Te62+ आयन बनते हैं।[396] यह एल्यूमीनियम, चांदी और टिन के साथ मिश्र धातु बना सकता है।[397] टेल्यूरियम सामान्य अधातुओं की तुलना में ऋणायन व्यवहार की कम प्रवृत्ति दिखाता है।[294] इसका विलयन रसायन विज्ञान ऑक्सीएनायन के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[295] टेल्यूरियम आम तौर पर ऐसे यौगिक बनाता है जिनमें इसकी ऑक्सीकरण अवस्था -2, +4 या +6 होती है। +4 अवस्था सबसे स्थिर है।[382] XxTey संरचना के टेल्यूराइड अधिकांश अन्य तत्वों के साथ आसानी से बनते हैं और सबसे आम टेल्यूरियम खनिज हैं। गैर-स्टोइकोमेट्री व्यापक है, विशेष रूप से संक्रमण धातुओं के साथ। कई टेल्यूराइड को धात्विक मिश्र धातुओं के रूप में माना जा सकता है।[398] हल्के चाल्कोजेन की तुलना में टेल्यूरियम में स्पष्ट धात्विक चरित्र में वृद्धि, विभिन्न अन्य ऑक्सीएसिड लवणों के कथित निर्माण में और अधिक परिलक्षित होती है, जैसे कि एक बेसिक सेलेनाइड 2TeO2·SeO3 और एक अनुरूप परक्लोरेट और पेरियोडेट 2TeO2·HXO4।[399] टेल्यूरियम एक बहुलक,[271] उभयधर्मी,[378] कांच बनाने वाला ऑक्साइड[278] TeO2 बनाता है। यह एक "सशर्त" कांच बनाने वाला ऑक्साइड है - यह बहुत कम मात्रा में योजक के साथ कांच बनाता है।[278] टेल्यूरियम का एक व्यापक ऑर्गेनोमेटेलिक रसायन विज्ञान है (देखें ऑर्गेनोटेल्यूरियम रसायन विज्ञान)।[400]

तत्व जिन्हें कम सामान्यतः उपधातु के रूप में पहचाना जाता है

कार्बन

मुख्य लेख: Carbon
एक चमकदार भूरा-काला घनाकार डला जिसकी सतह खुरदरी है।
कार्बन (जैसे ग्रेफाइट)। ग्रेफाइट की परतों के भीतर विस्थानीकृत संयोजी इलेक्ट्रॉन इसे धात्विक रूप देते हैं।[401]

कार्बन को आमतौर पर एक अधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है[402] लेकिन इसमें कुछ धात्विक गुण होते हैं और कभी-कभी इसे उपधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[403] हेक्सागोनल ग्रेफाइटिक कार्बन (ग्रेफाइट) परिवेश की स्थितियों में कार्बन का सबसे ऊष्मप्रवैगिकी रूप से स्थिर अपरूप है।[404] इसका स्वरूप चमकदार होता है[405] और यह काफी अच्छा विद्युत चालक है।[406] ग्रेफाइट की एक स्तरित संरचना होती है। प्रत्येक परत में कार्बन परमाणु होते हैं जो हेक्सागोनल जालक व्यवस्था में तीन अन्य कार्बन परमाणुओं से बंधे होते हैं। परतें एक साथ जुड़ी होती हैं और वैन डेर वाल्स बल और विस्थानीकृत संयोजी इलेक्ट्रॉनों द्वारा ढीले ढंग से बंधी होती हैं।[407]

ग्रेफाइट की विद्युत चालकता इसके तलों के समानांतर उच्च (25 °C पर 30 kS/cm) होती है, और तापमान बढ़ने के साथ घटती है, जो उस दिशा में अर्धधात्विक व्यवहार को इंगित करती है। तलों के लंबवत, ग्रेफाइट एक अर्धचालक के रूप में व्यवहार करता है: चालकता कम (5 S/cm) होती है लेकिन तापमान बढ़ने पर बढ़ती है।[408][n 39] कार्बन के अपरूप, ग्रेफाइट सहित, प्रतिस्थापन, इंटरकेलेशन, या डोपिंग के माध्यम से अपनी संरचनाओं में विदेशी परमाणुओं या यौगिकों को स्वीकार कर सकते हैं। परिणामी सामग्रियों को कभी-कभी "कार्बन मिश्र धातु" कहा जाता है।[412] कार्बन आयनिक लवण बना सकता है, जिसमें हाइड्रोजन सल्फेट, परक्लोरेट और नाइट्रेट शामिल हैं (CX−.2HX, जहाँ X = HSO4, ClO4; और CNO.3HNO3)।[413][n 40] कार्बनिक रसायन विज्ञान में, कार्बन जटिल धनायन बना सकता है—जिन्हें कार्बोकेशन कहा जाता है—जिसमें सकारात्मक आवेश कार्बन परमाणु पर होता है; उदाहरण CH3+ और CH5+, और उनके व्युत्पन्न हैं।[414]

ग्रेफाइट एक स्थापित ठोस स्नेहक है और अपने तलों के लंबवत दिशा में एक अर्धचालक के रूप में व्यवहार करता है।[408] इसका अधिकांश रसायन विज्ञान अधात्विक है;[415] इसमें अपेक्षाकृत उच्च आयनीकरण ऊर्जा[416] और अधिकांश धातुओं की तुलना में अपेक्षाकृत उच्च विद्युत ऋणात्मकता होती है।[417] कार्बन C4− (मेथेनाइड), C (एसिटिलाइड), और C (सेस्क्यूकार्बाइड या एलिलिनाइड) जैसे ऋणायन बना सकता है, जो मुख्य समूहों 1-3 की धातुओं के साथ, और लैंथेनाइड्स और एक्टिनाइड्स के साथ यौगिकों में होते हैं।[418] इसका ऑक्साइड CO2 कार्बोनिक एसिड H2CO3 बनाता है।[419][n 41]

एल्युमीनियम

मुख्य लेख: Aluminium
एक चांदी जैसा सफेद स्टीम-आयरन के आकार का टुकड़ा जिसकी ऊपरी सतह की चौड़ाई के साथ अर्ध-वृत्ताकार धारियां हैं और इसके बाएं किनारे के मध्य भाग में खुरदरी खांचे हैं।
उच्च शुद्धता वाला एल्युमीनियम अपने परिचित मिश्र धातुओं की तुलना में बहुत नरम होता है। जो लोग इसे पहली बार संभालते हैं, वे अक्सर पूछते हैं कि क्या यह असली है।[421]

एल्युमीनियम को आमतौर पर एक धातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[422] यह चमकदार, आघातवर्धनीय और तन्य है, और इसमें उच्च विद्युत और तापीय चालकता है। अधिकांश धातुओं की तरह इसकी क्लोज-पैक्ड क्रिस्टलीय संरचना होती है,[423] और यह जलीय घोल में एक धनायन बनाता है।[424]

इसमें कुछ ऐसे गुण हैं जो एक धातु के लिए असामान्य हैं; कुल मिलाकर,[425] इनका उपयोग कभी-कभी एल्युमीनियम को उपधातु के रूप में वर्गीकृत करने के आधार के रूप में किया जाता है।[426] इसकी क्रिस्टलीय संरचना दिशात्मक बंधन के कुछ प्रमाण दिखाती है।[427] एल्युमीनियम अधिकांश यौगिकों में सहसंयोजक रूप से बंधता है।[428] ऑक्साइड Al2O3 उभयधर्मी[429] और एक सशर्त कांच बनाने वाला है।[278] एल्युमीनियम ऋणायनिक एल्यूमिनेट बना सकता है,[425] इस तरह के व्यवहार को अधात्विक चरित्र माना जाता है।[74]

एल्युमीनियम को उपधातु के रूप में वर्गीकृत करने पर विवाद रहा है[430] क्योंकि इसके कई धात्विक गुण हैं। इसलिए, यह तर्कसंगत रूप से उस स्मृति-सहायक (mnemonic) का अपवाद है कि धातु-अधातु विभाजक रेखा के निकट के तत्व उपधातु होते हैं।[431][n 42]

Stott[433] एल्युमीनियम को एक कमजोर धातु के रूप में लेबल करते हैं। इसमें धातु के भौतिक गुण होते हैं लेकिन अधातु के कुछ रासायनिक गुण होते हैं। Steele[434] एल्युमीनियम के विरोधाभासी रासायनिक व्यवहार को नोट करते हैं: "यह अपने उभयधर्मी ऑक्साइड और अपने कई यौगिकों के सहसंयोजक चरित्र में एक कमजोर धातु जैसा दिखता है... फिर भी यह एक अत्यधिक विद्युत धनात्मक धातु है... [जिसका] उच्च नकारात्मक इलेक्ट्रोड विभव है"। Moody[435] कहते हैं कि, "एल्युमीनियम रासायनिक अर्थ में धातुओं और अधातुओं के बीच 'विकर्ण सीमा' पर है।"

सेलेनियम

मुख्य लेख: Selenium
छोटे सुस्त भूरे रंग के अवतल बटनों से भरा एक छोटा कांच का जार। सेलेनियम के टुकड़े बिना तने के छोटे मशरूम जैसे दिखते हैं।
धूसर सेलेनियम, एक प्रकाश-चालक होने के नाते, प्रकाश पड़ने पर लगभग 1,000 गुना बेहतर बिजली का संचालन करता है, यह एक ऐसा गुण है जिसका उपयोग 1870 के दशक के मध्य से विभिन्न प्रकाश-संवेदन अनुप्रयोगों में किया जाता रहा है[436]

सेलेनियम सीमावर्ती उपधातु या अधातु व्यवहार दिखाता है।[437][n 43]

इसका सबसे स्थिर रूप, धूसर त्रिकोणीय अपरूप, कभी-कभी "धात्विक" सेलेनियम कहलाता है क्योंकि इसकी विद्युत चालकता लाल मोनोक्लिनिक रूप की तुलना में कई गुना अधिक होती है।[440] सेलेनियम का धात्विक चरित्र इसकी चमक,[441] और इसकी क्रिस्टलीय संरचना द्वारा और अधिक दिखाया गया है, जिसके बारे में माना जाता है कि इसमें कमजोर "धात्विक" इंटरचेन बंधन शामिल हैं।[442] पिघले हुए और चिपचिपे होने पर सेलेनियम को पतले धागों में खींचा जा सकता है।[443] यह "अधातुओं की विशेषता वाली उच्च सकारात्मक ऑक्सीकरण संख्याओं" को प्राप्त करने में अनिच्छा दिखाता है।[444] यह ओलियम में घुलने पर चक्रीय पॉलीकेशन (जैसे Se) बना सकता है[445] (एक विशेषता जो यह सल्फर और टेल्यूरियम के साथ साझा करता है), और ट्राईहाइड्रॉक्सोसेलेनियम(IV) परक्लोरेट [Se(OH)3]+·ClO के रूप में एक हाइड्रोलाइज्ड धनायनित लवण बना सकता है।[446]

सेलेनियम का अधात्विक चरित्र इसकी भंगुरता[441] और इसके अत्यधिक शुद्ध रूप की कम विद्युत चालकता (~10−9 से 10−12 S•cm−1) द्वारा दिखाया गया है।[98] यह ब्रोमीन (7.95–12 S•cm−1), जो एक अधातु है, के बराबर या उससे कम है।[447] सेलेनियम में एक अर्धचालक की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना होती है[448] और यह तरल रूप में अपने अर्धचालक गुणों को बरकरार रखता है।[448] इसकी विद्युत ऋणात्मकता (2.55 संशोधित पॉलिंग स्केल) अपेक्षाकृत उच्च है।[449] इसका प्रतिक्रिया रसायन विज्ञान मुख्य रूप से इसके अधात्विक ऋणायनिक रूपों Se2−, SeO और SeO का है।[450]

सेलेनियम को पर्यावरण रसायन विज्ञान साहित्य में आमतौर पर एक उपधातु के रूप में वर्णित किया गया है।[451] यह जलीय पर्यावरण में आर्सेनिक और एंटीमनी की तरह चलता है;[452] इसके पानी में घुलनशील लवणों में, उच्च सांद्रता में, आर्सेनिक के समान विष विज्ञान संबंधी प्रोफाइल होता है।[453]

पोलोनियम

मुख्य लेख: Polonium

पोलोनियम कुछ मायनों में "स्पष्ट रूप से धात्विक" है।[237] इसके दोनों अपरूप धात्विक चालक हैं।[237] यह एसिड में घुलनशील है, जो गुलाब के रंग का Po2+ धनायन बनाता है और हाइड्रोजन को विस्थापित करता है: Po + 2 H+ → Po2+ + H2।[454] कई पोलोनियम लवण ज्ञात हैं।[455] ऑक्साइड PoO2 प्रकृति में मुख्य रूप से बेसिक है।[456] पोलोनियम एक अनिच्छुक ऑक्सीकरण एजेंट है, अपने सबसे हल्के सजातीय ऑक्सीजन के विपरीत: जलीय घोल में Po2− ऋणायन के निर्माण के लिए अत्यधिक अपचायक स्थितियों की आवश्यकता होती है।[457]

पोलोनियम तन्य है या भंगुर, यह स्पष्ट नहीं है। इसके गणना किए गए प्रत्यास्थ स्थिरांक के आधार पर इसके तन्य होने का अनुमान लगाया गया है।[458] इसकी एक सरल घनीय क्रिस्टलीय संरचना है। ऐसी संरचना में बहुत कम स्लिप सिस्टम होते हैं और "बहुत कम तन्यता और इसलिए कम फ्रैक्चर प्रतिरोध की ओर ले जाते हैं"।[459]

पोलोनियम अपने हैलाइड्स में और पोलोनाइड के अस्तित्व द्वारा अधात्विक चरित्र दिखाता है। हैलाइड्स में आमतौर पर अधातु हैलाइड्स की विशेषता वाले गुण होते हैं (अस्थिर होना, आसानी से हाइड्रोलाइज्ड होना, और कार्बनिक विलायक में घुलनशील होना)।[460] कई धातु पोलोनाइड, जिन्हें 500–1,000 °C पर तत्वों को एक साथ गर्म करके प्राप्त किया जाता है, और जिनमें Po2− ऋणायन होता है, भी ज्ञात हैं।[461]

एस्टाटिन

मुख्य लेख: Astatine

एक हैलोजन के रूप में, एस्टाटिन को अधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[462] इसमें कुछ स्पष्ट धात्विक गुण हैं[463] और कभी-कभी इसे या तो उपधातु[464] या (कम बार) धातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[n 44] 1940 में इसके उत्पादन के तुरंत बाद, शुरुआती जांचकर्ताओं ने इसे धातु माना।[466] 1949 में इसे सबसे उत्कृष्ट (कम करने में कठिन) अधातु के साथ-साथ एक अपेक्षाकृत उत्कृष्ट (ऑक्सीकरण करने में कठिन) धातु कहा गया।[467] 1950 में एस्टाटिन को एक हैलोजन और (इसलिए) एक प्रतिक्रियाशील अधातु के रूप में वर्णित किया गया।[468] 2013 में, सापेक्षतावादी मॉडलिंग के आधार पर, एस्टाटिन के एक मोनोएटॉमिक धातु होने का अनुमान लगाया गया, जिसकी फलक-केंद्रित घनीय क्रिस्टलीय संरचना है।[469]

कई लेखकों ने एस्टाटिन के कुछ गुणों की धात्विक प्रकृति पर टिप्पणी की है। चूंकि आयोडीन अपने तलों की दिशा में एक अर्धचालक है, और चूंकि हैलोजन परमाणु संख्या बढ़ने के साथ अधिक धात्विक हो जाते हैं, इसलिए यह माना गया है कि यदि एस्टाटिन एक संघनित चरण बना सकता है तो वह एक धातु होगा।[470][n 45] एस्टाटिन तरल अवस्था में धात्विक हो सकता है क्योंकि जिन तत्वों की वाष्पीकरण की एन्थैल्पी (∆Hvap) ~42 kJ/mol से अधिक होती है, वे तरल होने पर धात्विक होते हैं।[472] ऐसे तत्वों में बोरॉन,[n 46] सिलिकॉन, जर्मेनियम, एंटीमनी, सेलेनियम और टेल्यूरियम शामिल हैं। द्विपरमाणुक एस्टाटिन के लिए ∆Hvap के अनुमानित मान 50 kJ/mol या उससे अधिक हैं;[476] द्विपरमाणुक आयोडीन, 41.71 के ∆Hvap के साथ,[477] सीमा के आंकड़े से थोड़ा कम है।

"विशिष्ट धातुओं की तरह, यह [एस्टाटिन] अत्यधिक अम्लीय घोलों से भी हाइड्रोजन सल्फाइड द्वारा अवक्षेपित होता है और सल्फेट घोलों से मुक्त रूप में विस्थापित हो जाता है; यह इलेक्ट्रोलेसिस पर कैथोड पर जमा हो जाता है।"[478][n 47] एस्टाटिन के (भारी) धातु की तरह व्यवहार करने की प्रवृत्ति के और संकेत हैं: "...स्यूडोहेलाइड यौगिकों का निर्माण... एस्टाटिन धनायनों के कॉम्प्लेक्स... त्रिसंयोजक एस्टाटिन के कॉम्प्लेक्स ऋणायन... साथ ही विभिन्न कार्बनिक विलायकों के साथ कॉम्प्लेक्स"।[480] यह भी तर्क दिया गया है कि एस्टाटिन अत्यधिक अम्लीय जलीय घोलों में स्थिर At+ और AtO+ रूपों के माध्यम से धनायनित व्यवहार प्रदर्शित करता है।[481]

एस्टाटिन के कुछ कथित गुण अधात्विक हैं। इसका अनुमानित तरल दायरा अधातुओं से जुड़ा होता है (mp 302 °C; bp 337 °C),[482] हालांकि प्रयोगात्मक संकेत लगभग 230±3 °C के कम क्वथनांक का सुझाव देते हैं। Batsanov ने एस्टाटिन के लिए 0.7 eV की गणना की गई बैंड गैप ऊर्जा दी है;[483] यह अधातुओं (भौतिकी में) के साथ सुसंगत है जिनमें अलग वैलेंस और कंडक्शन बैंड होते हैं और इस प्रकार वे या तो अर्धचालक या इंसुलेटर होते हैं।[484] जलीय घोल में एस्टाटिन का रसायन विज्ञान मुख्य रूप से विभिन्न ऋणायनिक प्रजातियों के निर्माण द्वारा पहचाना जाता है।[485] इसके अधिकांश ज्ञात यौगिक आयोडीन के समान हैं,[486] जो एक हैलोजन और एक अधातु है।[487] ऐसे यौगिकों में एस्टाटाइड (XAt), एस्टाटेट (XAtO3), और एकसंयोजक इंटरहैलोजन यौगिक शामिल हैं।[488]

Restrepo et al.[489] ने बताया कि एस्टाटिन हैलोजन-जैसे होने की तुलना में पोलोनियम-जैसे अधिक प्रतीत होता है। उन्होंने ऐसा 72 तत्वों के ज्ञात और अंतर्वेशित गुणों के विस्तृत तुलनात्मक अध्ययनों के आधार पर किया।

संबंधित अवधारणाएँ

निकट-उपधातु (Near metalloids)

चमकदार बैंगनी-काले रंग के क्रिस्टलीय टुकड़े।
आयोडीन के क्रिस्टल, जो धात्विक द्युति प्रदर्शित करते हैं। आयोडीन अपने तलों की दिशा में एक अर्धचालक है, जिसका बैंड अंतराल ~1.3 eV है। कक्ष ताप पर इसकी विद्युत चालकता 1.7 × 10−8 S•cm−1 है।[490] यह सेलेनियम से अधिक है लेकिन बोरॉन से कम है, जो मान्यता प्राप्त उपधातुओं में सबसे कम विद्युत चालकता वाला तत्व है।[n 48]

आवर्त सारणी में, सामान्यतः मान्यता प्राप्त उपधातुओं के निकट स्थित कुछ तत्व, जिन्हें आमतौर पर या तो धातु या अधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, उन्हें कभी-कभी निकट-उपधातु (near-metalloids)[493] कहा जाता है या उनके उपधातु चरित्र के लिए जाना जाता है। धातु-अधातु विभाजक रेखा के बाईं ओर, ऐसे तत्वों में गैलियम,[494] टिन,[495] बिस्मथ,[496] फ्लेरोवियम, मॉस्कोवियम, लिवरमोरियम और टेनेसीन शामिल हैं।[34] वे असामान्य पैकिंग संरचनाएं,[497] स्पष्ट सहसंयोजक रसायन विज्ञान (आणविक या बहुलक),[498] और उभयधर्मी प्रकृति (amphoterism) प्रदर्शित करते हैं।[499] विभाजक रेखा के दाईं ओर कार्बन,[500] फास्फोरस,[501] सेलेनियम,[502] आयोडीन,[503] और ओगानेसन हैं।[34] वे धात्विक द्युति, अर्धचालक गुण[n 49] और विस्थानीकृत चरित्र वाले बंधन या वैलेंस बैंड प्रदर्शित करते हैं। यह परिवेशी परिस्थितियों में उनके सबसे ऊष्मगतिक रूप से स्थिर रूपों पर लागू होता है: कार्बन ग्रेफाइट के रूप में; फास्फोरस काले फास्फोरस के रूप में;[n 50] और सेलेनियम धूसर (grey) सेलेनियम के रूप में।

अपरूप (Allotropes)

बाईं ओर कई छोटे, चमकदार, चांदी के रंग के गोले; दाईं ओर समान आकार के कई गोले बाईं ओर वालों की तुलना में अधिक धुंधले और गहरे हैं और उनमें एक मंद धात्विक चमक है।
सफेद टिन (बाएं) और धूसर टिन (दाएं)। दोनों रूपों की उपस्थिति धात्विक है।

किसी तत्व के विभिन्न क्रिस्टलीय रूपों को अपरूप कहा जाता है। कुछ अपरूप, विशेष रूप से वे जो (आवर्त सारणी के संदर्भ में) धातुओं और अधातुओं के बीच की काल्पनिक विभाजक रेखा के साथ या उसके पास स्थित तत्वों के होते हैं, दूसरों की तुलना में अधिक स्पष्ट धात्विक, उपधात्विक या अधात्विक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।[509] ऐसे अपरूपों का अस्तित्व संबंधित तत्वों के वर्गीकरण को जटिल बना सकता है।[510]

उदाहरण के लिए, टिन के दो अपरूप हैं: चतुष्कोणीय "सफेद" β-टिन और घन "धूसर" α-टिन। सफेद टिन एक बहुत ही चमकदार, तन्य और आघातवर्धनीय धातु है। यह कक्ष ताप या उससे ऊपर स्थिर रूप है और इसकी विद्युत चालकता 9.17 × 104 S·cm−1 (तांबे की तुलना में ~1/6) है।[511] धूसर टिन की उपस्थिति आमतौर पर एक धूसर सूक्ष्म-क्रिस्टलीय पाउडर जैसी होती है, और इसे भंगुर अर्ध-द्युतिपूर्ण क्रिस्टलीय या बहुक्रिस्टलीय रूपों में भी तैयार किया जा सकता है। यह 13.2 °C से नीचे स्थिर रूप है और इसकी विद्युत चालकता (2–5) × 102 S·cm−1 (सफेद टिन की तुलना में ~1/250) के बीच होती है।[512] धूसर टिन की क्रिस्टलीय संरचना हीरे के समान होती है। यह एक अर्धचालक के रूप में व्यवहार करता है (जैसे कि इसका बैंड अंतराल 0.08 eV हो), लेकिन इसमें एक अर्धधातु की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना होती है।[513] इसे या तो एक बहुत ही खराब धातु,[514] एक उपधातु,[515] एक अधातु[516] या एक निकट उपधातु[496] के रूप में संदर्भित किया गया है।

कार्बन का हीरा अपरूप स्पष्ट रूप से अधात्विक है, जो पारभासी है और इसकी विद्युत चालकता 10−14 से 10−16 S·cm−1 तक कम है।[517] ग्रेफाइट की विद्युत चालकता 3 × 104 S·cm−1 है,[518] जो एक धातु के लिए अधिक विशिष्ट आंकड़ा है। फास्फोरस, सल्फर, आर्सेनिक, सेलेनियम, एंटीमनी और बिस्मथ के भी कम स्थिर अपरूप हैं जो अलग-अलग व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।[519]

प्रचुरता, निष्कर्षण और लागत

Z तत्व ग्राम
/टन
8 ऑक्सीजन 461,000
14 सिलिकॉन 282,000
13 एल्युमीनियम 82,300
26 लोहा 56,300
6 कार्बन 200
29 तांबा 60
5 बोरॉन 10
33 आर्सेनिक 1.8
32 जर्मेनियम 1.5
47 चांदी 0.075
34 सेलेनियम 0.05
51 एंटीमनी 0.02
79 सोना 0.004
52 टेल्यूरियम 0.001
75 रेनियम 0.00000000077×10−10
54 क्सीनन 0.000000000033×10−11
84 पोलोनियम 0.00000000000000022×10−16
85 एस्टाटिन 0.0000000000000000033×10−20

प्रचुरता

तालिका उन तत्वों की भूपर्पटी प्रचुरता देती है जिन्हें आमतौर पर उपधातु के रूप में मान्यता प्राप्त है या कभी-कभार ही माना जाता है।[520] तुलना के लिए कुछ अन्य तत्व शामिल किए गए हैं: ऑक्सीजन और क्सीनन (स्थिर समस्थानिकों वाले सबसे और सबसे कम प्रचुर तत्व); लोहा और सिक्का धातुएं तांबा, चांदी और सोना; और रेनियम, सबसे कम प्रचुर स्थिर धातु (एल्युमीनियम सामान्यतः सबसे प्रचुर धातु है)। विभिन्न प्रचुरता अनुमान प्रकाशित किए गए हैं; ये अक्सर कुछ हद तक असहमत होते हैं।[521]

निष्कर्षण

मान्यता प्राप्त उपधातुओं को उनके ऑक्साइड या उनके सल्फाइड के रासायनिक अपचयन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। प्रारंभिक रूप और आर्थिक कारकों के आधार पर सरल या अधिक जटिल निष्कर्षण विधियों को नियोजित किया जा सकता है।[522] बोरॉन को नियमित रूप से मैग्नीशियम के साथ ट्राइऑक्साइड को अपचयित करके प्राप्त किया जाता है: B2O3 + 3 Mg → 2 B + 3MgO; द्वितीयक प्रसंस्करण के बाद प्राप्त भूरे पाउडर की शुद्धता 97% तक होती है।[523] उच्च शुद्धता (> 99%) वाला बोरॉन वाष्पशील बोरॉन यौगिकों, जैसे BCl3 या BBr3 को या तो हाइड्रोजन वातावरण में (2 BX3 + 3 H2 → 2 B + 6 HX) या तापीय अपघटन के बिंदु तक गर्म करके तैयार किया जाता है। सिलिकॉन और जर्मेनियम को उनके ऑक्साइड से कार्बन या हाइड्रोजन के साथ गर्म करके प्राप्त किया जाता है: SiO2 + C → Si + CO2; GeO2 + 2 H2 → Ge + 2 H2O। आर्सेनिक को उसके पाइराइट (FeAsS) या आर्सेनिक पाइराइट (FeAs2) को गर्म करके अलग किया जाता है; वैकल्पिक रूप से, इसे कार्बन के साथ अपचयन द्वारा इसके ऑक्साइड से प्राप्त किया जा सकता है: 2 As2O3 + 3 C → 2 As + 3 CO2।[524] एंटीमनी को लोहे के साथ अपचयन द्वारा उसके सल्फाइड से प्राप्त किया जाता है: Sb2S3 → 2 Sb + 3 FeS। टेल्यूरियम को उसके ऑक्साइड से जलीय NaOH में घोलकर तैयार किया जाता है, जिससे टेल्यूराइट प्राप्त होता है, फिर विद्युत अपघटनी अपचयन द्वारा: TeO2 + 2 NaOH → Na2TeO3 + H2O;[525] Na2TeO3 + H2O → Te + 2 NaOH + O2।[526] एक अन्य विकल्प कार्बन के साथ भूनकर ऑक्साइड का अपचयन है: TeO2 + C → Te + CO2।[527]

कम बार उपधातु के रूप में पहचाने जाने वाले तत्वों के लिए उत्पादन विधियों में प्राकृतिक प्रसंस्करण, विद्युत अपघटनी या रासायनिक अपचयन, या विकिरण शामिल हैं। कार्बन (ग्रेफाइट के रूप में) प्राकृतिक रूप से पाया जाता है और इसे मूल चट्टान को कुचलकर और हल्के ग्रेफाइट को सतह पर तैराकर निकाला जाता है। एल्युमीनियम को उसके ऑक्साइड Al2O3 को पिघले हुए क्रायोलाइट Na3AlF6 में घोलकर और फिर उच्च तापमान विद्युत अपघटनी अपचयन द्वारा निकाला जाता है। सेलेनियम का उत्पादन सिक्का धातु सेलेनाइड्स X2Se (X = Cu, Ag, Au) को सोडा ऐश के साथ भूनकर किया जाता है ताकि सेलेनाइड प्राप्त हो सके: X2Se + O2 + Na2CO3 → Na2SeO3 + 2 X + CO2; सेलेनाइड को सल्फ्यूरिक एसिड H2SO4 द्वारा उदासीन किया जाता है ताकि सेलेनस एसिड H2SeO3 प्राप्त हो सके; इसे SO2 के साथ बुलबुले बनाकर अपचयित किया जाता है ताकि मौलिक सेलेनियम प्राप्त हो सके। पोलोनियम और एस्टाटिन का उत्पादन बिस्मथ को विकिरणित करके बहुत कम मात्रा में किया जाता है।[528]

लागत

मान्यता प्राप्त उपधातुओं और उनके निकटतम पड़ोसियों की लागत अधिकांशतः चांदी से कम होती है; केवल पोलोनियम और एस्टाटिन सोने से अधिक महंगे हैं, जो उनकी महत्वपूर्ण रेडियोधर्मिता के कारण है। 5 अप्रैल 2014 तक, सिलिकॉन, एंटीमनी और टेल्यूरियम, और ग्रेफाइट, एल्युमीनियम और सेलेनियम के छोटे नमूनों (100 ग्राम तक) की कीमतें औसतन चांदी की लागत का लगभग एक तिहाई (US$1.5 प्रति ग्राम या लगभग $45 प्रति औंस) हैं। बोरॉन, जर्मेनियम और आर्सेनिक के नमूनों की औसत लागत चांदी की तुलना में लगभग साढ़े तीन गुना है।[n 51] पोलोनियम लगभग $100 प्रति माइक्रोग्राम पर उपलब्ध है।[529] ज़ालुत्स्की और प्रुज़िन्स्की[530] एस्टाटिन के उत्पादन के लिए समान लागत का अनुमान लगाते हैं। वस्तुओं के रूप में व्यापार किए जाने वाले लागू तत्वों के लिए कीमतें नमूना मूल्य (Ge) से दो से तीन गुना सस्ती, से लेकर लगभग तीन हजार गुना सस्ती (As) तक होती हैं।[n 52]

नोट्स

  1. ↑ 1=विभिन्न लेखकों द्वारा परिभाषाएँ और उद्धरण, जो सामान्य परिभाषा के पहलुओं को स्पष्ट करते हैं, नीचे दिए गए हैं:
    • "रसायन विज्ञान में उपधातु एक ऐसा तत्व है जिसके गुण धातुओं और अधातुओं के बीच के होते हैं।"[3]
    • "आवर्त सारणी में धातुओं और अधातुओं के बीच हमें ऐसे तत्व मिलते हैं... [जो] धातुओं और अधातुओं दोनों के कुछ विशिष्ट गुणों को साझा करते हैं, जिससे उन्हें इन दो मुख्य श्रेणियों में से किसी एक में रखना मुश्किल हो जाता है"[4]
    • "रसायनज्ञ कभी-कभी उपधातु नाम का उपयोग करते हैं... उन तत्वों के लिए जिन्हें एक या दूसरे तरीके से वर्गीकृत करना मुश्किल है।"[5]
    • "चूंकि धातुओं और अधातुओं को अलग करने वाले लक्षण प्रकृति में गुणात्मक हैं, इसलिए कुछ तत्व स्पष्ट रूप से किसी भी श्रेणी में नहीं आते हैं। इन तत्वों को... उपधातु कहा जाता है..."[6]
    अधिक व्यापक रूप से, उपधातुओं को इस प्रकार संदर्भित किया गया है:
    • "तत्व जो... धातुओं और अधातुओं के बीच का एक प्रकार का मिश्रण हैं";[7] या
    • "अजीब मध्यवर्ती तत्व"।[8]
  2. ↑ 1=सोना, उदाहरण के लिए, मिश्रित गुण रखता है लेकिन फिर भी इसे "धातुओं का राजा" माना जाता है। धात्विक व्यवहार (जैसे उच्च विद्युत चालकता, और धनायन निर्माण) के अलावा, सोना अधात्विक व्यवहार भी दिखाता है: हैलोजन चरित्र पर, बेलपासी एट अल.,[12] को भी देखें, जो निष्कर्ष निकालते हैं कि ऑराइड्स MAu (M = Li–Cs) में सोना "एक हैलोजन के रूप में व्यवहार करता है, जो Br और I के बीच का है"; ऑरोफिलिसिटी पर, श्मिडबौर और शियर को भी देखें।[13]
  3. ↑ 1=मैन एट अल.[17] इन तत्वों को "मान्यता प्राप्त उपधातु" के रूप में संदर्भित करते हैं।
  4. ↑ 1=तत्वों का धातुओं, उपधातुओं और अधातुओं में मानक विभाजन की कमी जरूरी नहीं कि एक मुद्दा हो। धात्विक से अधात्विक तक कमोबेश एक निरंतर प्रगति है। इस निरंतरता का एक निर्दिष्ट उपसमुच्चय अपने विशेष उद्देश्य के लिए किसी अन्य की तरह ही काम कर सकता है।[51]
  5. ↑ 1=बोरॉन की पैकिंग दक्षता 38% है; सिलिकॉन और जर्मेनियम 34; आर्सेनिक 38.5; एंटीमनी 41; और टेल्यूरियम 36.4।[55] ये मान अधिकांश धातुओं की तुलना में कम हैं (जिनमें से 80% की पैकिंग दक्षता कम से कम 68% है),[56] लेकिन उन तत्वों की तुलना में अधिक हैं जिन्हें आमतौर पर अधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। (गैलियम, एक धातु के लिए असामान्य है, जिसकी पैकिंग दक्षता केवल 39% है।)[57] धातुओं के लिए अन्य उल्लेखनीय मान बिस्मथ के लिए 42.9[58] और तरल पारे के लिए 58.5 हैं।[59]) अधातुओं के लिए पैकिंग दक्षता हैं: ग्रेफाइट 17%,[60] सल्फर 19.2,[61] आयोडीन 23.9,[61] सेलेनियम 24.2,[61] और काला फास्फोरस 28.5।[58]
  6. ↑ 1=अधिक विशेष रूप से, गोल्डहैमर-हर्ज़फेल्ड मानदंड किसी व्यक्तिगत परमाणु के संयोजकता इलेक्ट्रॉनों को अपनी जगह पर रखने वाले बल का ठोस या तरल तत्व में परमाणुओं के बीच अंतःक्रियाओं से उन्हीं इलेक्ट्रॉनों पर लगने वाले बलों के साथ अनुपात है। जब अंतर-परमाणु बल परमाणु बल से अधिक या उसके बराबर होते हैं, तो संयोजकता इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता का संकेत मिलता है और धात्विक व्यवहार की भविष्यवाणी की जाती है।[63] अन्यथा अधात्विक व्यवहार की प्रत्याशा की जाती है।
  7. ↑ 1=चूंकि अनुपात शास्त्रीय तर्कों पर आधारित है[65] यह इस निष्कर्ष को समायोजित नहीं करता है कि पोलोनियम, जिसका मान ~0.95 है, सापेक्षतावादी आधार पर एक धात्विक (बजाय सहसंयोजक) क्रिस्टलीय संरचना अपनाता है।[66] फिर भी यह तत्वों के बीच धात्विक चरित्र की घटना के लिए एक प्रथम-क्रम युक्तिकरण प्रदान करता है।[67]
  8. ↑ 1=परमाणु चालकता किसी पदार्थ के एक मोल की विद्युत चालकता है। यह मोलर आयतन द्वारा विभाजित विद्युत चालकता के बराबर है।[5]
  9. ↑ 1=सेलेनियम की आयनन ऊर्जा (IE) 225 kcal/mol (941 kJ/mol) है और इसे कभी-कभी अर्धचालक के रूप में वर्णित किया जाता है। इसकी अपेक्षाकृत उच्च 2.55 विद्युत ऋणात्मकता (EN) है। पोलोनियम की IE 194 kcal/mol (812 kJ/mol) और 2.0 EN है, लेकिन इसकी धात्विक बैंड संरचना है।[71] एस्टाटीन की IE 215 kJ/mol (899 kJ/mol) और EN 2.2 है।[72] इसकी इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना किसी निश्चितता के साथ ज्ञात नहीं है।
  10. ↑ 1=ओडरबर्ग[85] सत्तामीमांसीय आधार पर तर्क देते हैं कि जो कुछ भी धातु नहीं है वह इसलिए अधातु है, और इसमें अर्ध-धातु (अर्थात उपधातु) शामिल हैं।
  11. ↑ 1=कोपरनिसियम कथित तौर पर एकमात्र धातु है जिसे कमरे के तापमान पर गैस माना जाता है।[91]
  12. ↑ 1=धातुओं में विद्युत चालकता मान मैंगनीज के लिए 6.9 × 103 S•cm−1 से लेकर चांदी के लिए 6.3 × 105 तक होते हैं।[95]
  13. ↑ 1=उपधातुओं में विद्युत चालकता मान बोरॉन के लिए 1.5 × 10−6 S•cm−1 से लेकर आर्सेनिक के लिए 3.9 × 104 तक होते हैं।[97] यदि सेलेनियम को उपधातु के रूप में शामिल किया जाता है तो लागू चालकता सीमा ~10−9 से 10−12 S•cm−1 से शुरू होगी।[98]
  14. ↑ 1=अधातुओं में विद्युत चालकता मान तात्विक गैसों के लिए ~10−18 S•cm−1 से लेकर ग्रेफाइट में 3 × 104 तक होते हैं।[99]
  15. ↑ 1=चेड[105] उपधातुओं को 1.8 से 2.2 (ऑलरेड-रोचो पैमाना) के विद्युत ऋणात्मकता मान वाले के रूप में परिभाषित करते हैं। उन्होंने इस श्रेणी में बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आर्सेनिक, एंटीमनी, टेल्यूरियम, पोलोनियम और एस्टाटीन को शामिल किया। चेड के काम की समीक्षा करते हुए, एडलर[106] ने इस विकल्प को मनमाना बताया, क्योंकि अन्य तत्व जिनकी विद्युत ऋणात्मकता इस सीमा में है उनमें तांबा, चांदी, फॉस्फोरस, पारा और बिस्मथ शामिल हैं। उन्होंने आगे एक उपधातु को "एक अर्धचालक या अर्ध-धातु" के रूप में परिभाषित करने और इस श्रेणी में बिस्मथ और सेलेनियम को शामिल करने का सुझाव दिया।
  16. ↑ 1=ओल्मस्टेड और विलियम्स[109] ने टिप्पणी की कि, "हाल तक, उपधातुओं में रासायनिक रुचि मुख्य रूप से अलग-थलग जिज्ञासाओं तक सीमित थी, जैसे कि आर्सेनिक की जहरीली प्रकृति और बोरेक्स का हल्का चिकित्सीय मूल्य। हालांकि, उपधातु अर्धचालकों के विकास के साथ, ये तत्व सबसे अधिक अध्ययन किए जाने वाले तत्वों में से एक बन गए हैं"।
  17. ↑ 1=2012 में प्रकाशित शोध से पता चलता है कि धातु-उपधातु कांच को एक परस्पर जुड़े परमाणु पैकिंग योजना द्वारा चित्रित किया जा सकता है जिसमें धात्विक और सहसंयोजक बंधन संरचनाएं सह-अस्तित्व में होती हैं।[177]
  18. ↑ 1=शामिल अभिक्रिया Ge + 2 MoO3 → GeO2 + 2 MoO2 है। आर्सेनिक या एंटीमनी (n-प्रकार इलेक्ट्रॉन दाता) जोड़ने से अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है; गैलियम या इंडियम (p-प्रकार इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता) जोड़ने से यह कम हो जाती है।[191]
  19. ↑ 1=एलर्न, मिलिट्री एंड सिविलियन पायरोटेक्निक्स (1968) में लिखते हैं, कि कार्बन ब्लैक "को एक परमाणु वायु-विस्फोट सिम्युलेटर के लिए निर्दिष्ट और उपयोग किया गया है।"[197]
  20. ↑ 1=बोरॉन, 1.56 eV पर, सामान्यतः पहचाने जाने वाले (अर्धचालक) उपधातुओं में सबसे बड़ा बैंड गैप रखता है। आवर्त सारणी के संदर्भ में आस-पास के तत्वों में, सेलेनियम का बैंड गैप अगला उच्चतम (1.8 eV के करीब) है, जिसके बाद सफेद फास्फोरस (लगभग 2.1 eV) है।[251]
  21. ↑ 1=B40 बोरोस्फीरीन का संश्लेषण, एक "ऊपर और नीचे एक हेक्सागोनल छेद और कमर के चारों ओर चार हेप्टागोनल छेद वाला विकृत फुलरिन" 2014 में घोषित किया गया था।[255]
  22. ↑ 1=इन अभिक्रियाओं में BH3 और Fe(CO4) प्रजातियां अल्पकालिक अभिक्रिया मध्यवर्ती हैं।[263]
  23. ↑ 1=बोरॉन और धातुओं के बीच सादृश्यता पर, ग्रीनवुड[265] ने टिप्पणी की कि: "धात्विक तत्व किस हद तक बोरॉन की नकल करते हैं (बंधन के लिए उपलब्ध कक्षकों की तुलना में कम इलेक्ट्रॉन होने में) यह मेटालोबोरेन रसायन विज्ञान के विकास में एक फलदायी अवधारणा रही है... वास्तव में, धातुओं को 'मानद बोरॉन परमाणु' या 'फ्लेक्सीबोरॉन परमाणु' भी कहा गया है। इस संबंध का विलोम भी स्पष्ट रूप से मान्य है..."
  24. ↑ 1=बोरॉन ट्राइफ्लोराइड, जो एक गैस है, में बंधन को मुख्य रूप से आयनिक[269] कहा गया है, एक ऐसा विवरण जिसे बाद में भ्रामक बताया गया।[270]
  25. ↑ 1=बोरॉन ट्राइऑक्साइड B2O3 को कभी-कभी (दुर्बल रूप से) उभयधर्मी के रूप में वर्णित किया जाता है।[273] यह विभिन्न बोरेट देने के लिए क्षार के साथ अभिक्रिया करता है।[274] अपने जलयोजित रूप में (H3BO3, बोरिक अम्ल के रूप में) यह सल्फ्यूरिक अम्ल के एनहाइड्राइड, सल्फर ट्राइऑक्साइड के साथ अभिक्रिया करके एक बाइसल्फेट B(HSO3)4 बनाता है।[275] अपने शुद्ध (निर्जल) रूप में यह फॉस्फोरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करके एक "फॉस्फेट" BPO4 बनाता है।[276] बाद वाले यौगिक को B2O3 और P2O5 का मिश्रित ऑक्साइड माना जा सकता है।[277]
  26. ↑ 1=उपधातुओं के कार्बनिक व्युत्पन्न पारंपरिक रूप से धातु-कार्बनिक यौगिकों के रूप में गिने जाते हैं।[279]
  27. ↑ 1=हवा में, सिलिकॉन अक्रिस्टलीय सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली परत बनाता है, जो 2 से 3 एनएम मोटी होती है।[284] यह परत हाइड्रोजन फ्लोराइड द्वारा बहुत धीमी गति से घुलती है - प्रति नैनोमीटर दो से तीन घंटे के क्रम में।[285] सिलिकॉन डाइऑक्साइड, और सिलिकेट ग्लास (जिसका सिलिकॉन डाइऑक्साइड एक प्रमुख घटक है), अन्यथा हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल द्वारा आसानी से प्रभावित हो जाते हैं।[286]
  28. ↑ 1=सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड, जो एक गैस है, में बंधन को मुख्य रूप से आयनिक[269] कहा गया है, एक ऐसा विवरण जिसे बाद में भ्रामक बताया गया।[270]
  29. ↑ 1=हालाँकि SiO2 को एक अम्लीय ऑक्साइड के रूप में वर्गीकृत किया गया है, और इसलिए यह सिलिकेट देने के लिए क्षार के साथ अभिक्रिया करता है, यह सिलिकॉन ऑक्साइड ऑर्थोफॉस्फेट Si5O(PO4)6,[300] और हेक्साफ्लोरोसिलिसिक अम्ल H2SiF6 देने के लिए हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करता है।[301] बाद वाली अभिक्रिया को "कभी-कभी बुनियादी [अर्थात, धात्विक] गुणों के प्रमाण के रूप में उद्धृत किया जाता है"।[302]
  30. ↑ 1=एक ध्यान देने योग्य सतह ऑक्साइड परत बनाने के लिए 400 °C से ऊपर के तापमान की आवश्यकता होती है।[306]
  31. ↑ 1=जर्मेनियम धनायनों का उल्लेख करने वाले स्रोतों में शामिल हैं: पॉवेल और ब्रूअर[312] जो बताते हैं कि कैडमियम आयोडाइड CdI2 संरचना जर्मेनस आयोडाइड GeI2 Ge++ आयन के अस्तित्व को स्थापित करती है (लैड के अनुसार, CdI2 संरचना "कई धात्विक हैलाइड्स, हाइड्रॉक्साइड्स और चाल्कोइड्स" में पाई जाती है);[313] एवरेस्ट[314] जो टिप्पणी करते हैं कि, "यह संभव है कि Ge++ आयन अन्य क्रिस्टलीय जर्मेनस लवणों में भी हो सकता है जैसे कि फॉस्फाइट, जो नमक जैसे स्टैनस फॉस्फाइट और जर्मेनस फॉस्फेट के समान है, जो न केवल स्टैनस फॉस्फेट के समान है, बल्कि मैंगनीज फॉस्फेट के भी समान है"; पैन, फू और हुआंग[315] जो Ge(OH)2 को परक्लोरिक अम्ल के घोल में घोलने पर साधारण Ge++ आयन के निर्माण का अनुमान लगाते हैं, इस आधार पर कि, "ClO4− में धनायन के साथ संकुल निर्माण में प्रवेश करने की बहुत कम प्रवृत्ति है"; मोनकॉन्डिट एट अल.[316] जिन्होंने परत यौगिक या चरण Nb3GexTe6 (x ≃ 0.9) तैयार किया, और बताया कि इसमें एक GeII धनायन शामिल था; रिचेंस[317] जो दर्ज करते हैं कि, "Ge2+ (aq) या संभवतः Ge(OH)+(aq) को पीले जलयोजित मोनोऑक्साइड के तनु वायु-मुक्त जलीय निलंबन में मौजूद कहा जाता है... हालांकि दोनों GeO2.nH2O के आसान निर्माण के संबंध में अस्थिर हैं"; रूपर एट अल.[318] जिन्होंने Ge2+ धनायन युक्त एक क्रिप्टैंड यौगिक का संश्लेषण किया; और श्विट्ज़र और पेस्टरफील्ड[319] जो लिखते हैं कि, "मोनोऑक्साइड GeO तनु अम्लों में Ge+2 देने के लिए और तनु क्षार में GeO2−2 उत्पन्न करने के लिए घुल जाता है, तीनों संस्थाएं पानी में अस्थिर हैं"। जर्मेनियम धनायनों को खारिज करने वाले या उनके अनुमानित अस्तित्व को और अधिक योग्य बनाने वाले स्रोतों में शामिल हैं: जॉली और लैटिमर[320] जो दावा करते हैं कि, "जर्मेनस आयन का सीधे अध्ययन नहीं किया जा सकता है क्योंकि कोई भी जर्मेनियम (II) प्रजाति गैर-संकुल जलीय घोलों में किसी भी सराहनीय सांद्रता में मौजूद नहीं है"; लिडिन[321] जो कहते हैं कि, "[जर्मेनियम] कोई एक्वाधनायन नहीं बनाता है"; लैड[322] जो नोट करते हैं कि CdI2 संरचना "आयनिक और आणविक यौगिकों के बीच प्रकार में मध्यवर्ती है"; और विबर्ग[323] जो कहते हैं कि, "कोई जर्मेनियम धनायन ज्ञात नहीं हैं"।
  32. ↑ 1=आर्सेनिक एक प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले (लेकिन दुर्लभ) अपरूप (आर्सेनोलेम्पराइट) के रूप में भी मौजूद है, जो लगभग 0.3 eV या 0.4 eV के बैंड गैप वाला एक क्रिस्टलीय अर्धचालक है। इसे लगभग 1.2–1.4 eV के बैंड गैप के साथ एक अर्धचालक अक्रिस्टलीय रूप में भी तैयार किया जा सकता है।[339]
  33. ↑ 1=धनात्मक आर्सेनिक का उल्लेख करने वाले स्रोतों में शामिल हैं: गिलेस्पी और रॉबिन्सन[342] जो पाते हैं कि, "100% सल्फ्यूरिक अम्ल में बहुत तनु घोलों में, आर्सेनिक (III) ऑक्साइड आर्सोनिल (III) हाइड्रोजन सल्फेट, AsO.HO4 बनाता है, जो AsO+ धनायन देने के लिए आंशिक रूप से आयनित होता है। ये दोनों प्रजातियां संभवतः मुख्य रूप से विलायक रूपों में मौजूद हैं, उदा., As(OH)(SO4H)2, और As(OH)(SO4H)+ क्रमशः"; पॉल एट अल.[343] जिन्होंने अत्यधिक अम्लीय मीडिया में पेरॉक्सीडिसल्फ्यूरील डाइफ्लोराइड S2O6F2 के साथ आर्सेनिक को ऑक्सीकृत करने पर As42+ और As22+ धनायनों की उपस्थिति के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रमाण की सूचना दी (गिलेस्पी और पासमोर[344] ने नोट किया कि इन प्रजातियों के स्पेक्ट्रा S42+ और S82+ के बहुत समान थे और निष्कर्ष निकाला कि, "वर्तमान में" आर्सेनिक के किसी भी होमोपॉलीधनायन के लिए कोई विश्वसनीय प्रमाण नहीं था); वैन मुयल्डर और पौरबैक्स,[345] जो लिखते हैं कि, "As2O3 एक उभयधर्मी ऑक्साइड है जो पानी में और 1 से 8 के बीच pH वाले घोलों में अविघटित आर्सिनियस अम्ल HAsO2 के निर्माण के साथ घुल जाता है; घुलनशीलता... 'आर्सिनिल' आयनों AsO+ के निर्माण के साथ 1 से नीचे pH पर बढ़ती है..."; कोल्थॉफ और एल्विंग[346] जो लिखते हैं कि, "As3+ धनायन केवल अत्यधिक अम्लीय घोलों में कुछ हद तक मौजूद है; कम अम्लीय परिस्थितियों में प्रवृत्ति जल-अपघटन की ओर होती है, ताकि ऋणायनिक रूप प्रबल हो"; मूडी[347] जो देखते हैं कि, "आर्सेनिक ट्राइऑक्साइड, As4O6, और आर्सिनियस अम्ल, H3AsO3, स्पष्ट रूप से उभयधर्मी हैं लेकिन कोई धनायन, As3+, As(OH)2+ या As(OH)2+ ज्ञात नहीं हैं"; और कॉटन एट अल.[348] जो लिखते हैं कि (जलीय घोल में) साधारण आर्सेनिक धनायन As3+ "कुछ हद तक [AsO+ धनायन के साथ]" हो सकता है और यह कि, "रमन स्पेक्ट्रा दिखाते हैं कि As4O6 के अम्लीय घोलों में एकमात्र पता लगाने योग्य प्रजाति पिरामिडल As(OH)3 है"।
  34. ↑ 1=AsPO4 और As2(SO4)3 के सूत्र सीधे आयनिक फॉर्मूलेशन का सुझाव देते हैं, As3+ के साथ, लेकिन ऐसा नहीं है। AsPO4, "जो वास्तव में एक सहसंयोजक ऑक्साइड है", को As2O3·P2O5 के रूप में एक दोहरा ऑक्साइड कहा गया है। इसमें AsO3 पिरामिड और PO4 चतुष्फलक होते हैं, जो एक निरंतर बहुलक नेटवर्क बनाने के लिए अपने सभी कोने वाले परमाणुओं द्वारा जुड़े होते हैं।[354] As2(SO4)3 की एक संरचना है जिसमें प्रत्येक SO4 चतुष्फलक दो AsO3 त्रिकोणीय पिरामिड द्वारा जुड़ा हुआ है।[355]
  35. ↑ 1=As2O3 को आमतौर पर उभयधर्मी माना जाता है लेकिन कुछ स्रोत कहते हैं कि यह (दुर्बल रूप से) अम्लीय है।[358] वे इसके "बुनियादी" गुणों (आर्सेनिक ट्राइक्लोराइड बनाने के लिए सांद्र हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ इसकी अभिक्रिया) को अल्कोहलिक बताते हैं, जो सहसंयोजक अल्कोहल द्वारा सहसंयोजक अल्काइल क्लोराइड के निर्माण के अनुरूप है (उदा., R-OH + HCl → RCl + H2O)[359]
  36. ↑ 1=एंटीमनी को एक अक्रिस्टलीय अर्धचालक काले रूप में भी तैयार किया जा सकता है, जिसका अनुमानित (तापमान-निर्भर) बैंड गैप 0.06–0.18 eV है।[365]
  37. ↑ 1=लिडिन[370] दावा करते हैं कि SbO+ मौजूद नहीं है और जलीय घोल में Sb(III) का स्थिर रूप एक अधूरा हाइड्रोकॉम्प्लेक्स [Sb(H2O)4(OH)2]+ है।
  38. ↑ 1=Cotton et al.[394] ध्यान दें कि TeO2 में एक आयनिक जालक प्रतीत होता है; Wells[395] का सुझाव है कि Te–O बंधों में "काफी सहसंयोजक चरित्र" है।
  39. ↑ 1=तरल कार्बन दबाव और तापमान के आधार पर धात्विक चालक हो सकता है[409] या नहीं हो सकता है[410]; यह भी देखें।[411]
  40. ↑ 1=सल्फेट के लिए, तैयारी की विधि सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड में ग्रेफाइट का (सावधानीपूर्वक) सीधा ऑक्सीकरण है, एक ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा, जैसे कि नाइट्रिक एसिड, क्रोमियम ट्राईऑक्साइड या अमोनियम पर्सल्फेट; इस उदाहरण में सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड एक अकार्बनिक गैर-जलीय विलायक के रूप में कार्य कर रहा है।
  41. ↑ 1=घुलित CO2 का केवल एक छोटा अंश पानी में कार्बोनिक एसिड के रूप में मौजूद होता है, इसलिए, भले ही H2CO3 एक मध्यम-मजबूत एसिड है, कार्बोनिक एसिड के घोल केवल कमजोर अम्लीय होते हैं।[420]
  42. ↑ 1=एक स्मृति-सहायक जो सामान्य रूप से उपधातुओं के रूप में पहचाने जाने वाले तत्वों को पकड़ता है: ऊपर, ऊपर-नीचे, ऊपर-नीचे, ऊपर... उपधातु हैं![432]
  43. ↑ 1=रोचो,[438] जिन्होंने बाद में अपना 1966 का मोनोग्राफ द मेटालॉइड्स लिखा,[439] ने टिप्पणी की कि, "कुछ मामलों में सेलेनियम एक उपधातु की तरह कार्य करता है और टेल्यूरियम निश्चित रूप से करता है"।
  44. ↑ 1=एक और विकल्प एस्टाटिन को अधातु और उपधातु दोनों के रूप में शामिल करना है।[465]
  45. ↑ 1=एस्टाटिन का एक दृश्य टुकड़ा अपनी तीव्र रेडियोधर्मिता द्वारा उत्पन्न गर्मी के कारण तुरंत और पूरी तरह से वाष्पित हो जाएगा।[471]
  46. ↑ 1=साहित्य विरोधाभासी है कि क्या बोरॉन तरल रूप में धात्विक चालकता प्रदर्शित करता है। Krishnan et al.[473] ने पाया कि तरल बोरॉन एक धातु की तरह व्यवहार करता है। Glorieux et al.[474] ने तरल बोरॉन को उसकी कम विद्युत चालकता के आधार पर एक अर्धचालक के रूप में वर्णित किया। Millot et al.[475] ने बताया कि तरल बोरॉन की उत्सर्जन क्षमता तरल धातु के अनुरूप नहीं थी।
  47. ↑ 1=Korenman[479] ने भी इसी तरह नोट किया कि "हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ अवक्षेपित होने की क्षमता एस्टाटिन को अन्य हैलोजन से अलग करती है और इसे बिस्मथ और अन्य भारी धातुओं के करीब लाती है"।
  48. ↑ 1=आयोडीन की परतों में अणुओं के बीच का पृथक्करण (350 pm) आयोडीन की परतों के बीच के पृथक्करण (427 pm; तुलना करें: वैन डेर वाल्स त्रिज्या 430 pm का दोगुना) से बहुत कम है।[491] माना जाता है कि यह आयोडीन की प्रत्येक परत में अणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनिक अंतःक्रियाओं के कारण होता है, जो बदले में इसके अर्धचालक गुणों और चमकदार उपस्थिति को जन्म देते हैं।[492]
  49. ↑ 1=उदाहरण के लिए: मध्यवर्ती विद्युत चालकता;[504] अपेक्षाकृत संकीर्ण बैंड अंतराल;[505] प्रकाश संवेदनशीलता।[504]
  50. ↑ 1=सफेद फास्फोरस सबसे कम स्थिर और सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील रूप है।[506] यह सबसे सामान्य, औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण,[507] और आसानी से पुनरुत्पादनीय अपरूप भी है, और इन तीन कारणों से इसे तत्व की मानक अवस्था माना जाता है।[508]
  51. ↑ 1=तुलना के लिए, सोने के नमूने की कीमतें चांदी की तुलना में लगभग पैंतीस गुना से शुरू होती हैं। B, C, Al, Si, Ge, As, Se, Ag, Sb, Te, और Au के नमूना मूल्यों के आधार पर जो Alfa Aesa; Goodfellow; Metallium; और United Nuclear Scientific से ऑनलाइन उपलब्ध हैं।
  52. ↑ 1=Al, Si, Ge, As, Sb, Se, और Te के लिए स्पॉट मूल्य के आधार पर जो FastMarkets: Minor Metals; Fast Markets: Base Metals; EnergyTrend: PV Market Status, Polysilicon; और Metal-Pages: आर्सेनिक धातु की कीमतें, समाचार और जानकारी पर ऑनलाइन उपलब्ध हैं।

संदर्भ

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  69. ↑ Bond 2005, p. 3: "सामान्य परिस्थितियों में अर्ध-धातुओं को सच्चे धातुओं से अलग करने का एक मानदंड यह है कि पूर्व की थोक समन्वय संख्या कभी भी आठ से अधिक नहीं होती है, जबकि धातुओं के लिए यह आमतौर पर बारह (या अधिक, यदि कोई बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक संरचना के लिए अगले-निकटतम पड़ोसियों को भी गिनता है) होती है।"
  70. ↑ Masterton & Slowinski 1977, p. 160 B, Si, Ge, As, Sb, और Te को उपधातु के रूप में सूचीबद्ध करते हैं, और टिप्पणी करते हैं कि Po और At को आमतौर पर उपधातु के रूप में वर्गीकृत किया जाता है लेकिन जोड़ते हैं कि यह मनमाना है क्योंकि उनके बारे में बहुत कम जानकारी है।
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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Metalloid" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Metalloid यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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