AizvērtIzvēlne
Sākums
Atjaunots 2025. gada 5. februārī
Artūrs Mazarevičs

pusmetāli

(angļu metalloids, vācu Halbmetalle, franču métalloïdes, krievu полуметаллы)
ķīmiskie elementi, kuriem piemīt gan metālu, gan nemetālu īpašības

Saistītie šķirkļi

  • ķīmija

Satura rādītājs

  • 1.
    Kopsavilkums
  • 2.
    Īsa vēsture
  • 3.
    Atrašanās dabā
  • 4.
    Izotopi
  • 5.
    Fizikālās īpašības
  • 6.
    Ķīmiskās īpašības
  • 7.
    Izmantošana
  • Saistītie šķirkļi
  • Tīmekļa vietnes
  • Ieteicamā literatūra
  • Kopīgot
  • Izveidot atsauci
  • Drukāt

Satura rādītājs

  • 1.
    Kopsavilkums
  • 2.
    Īsa vēsture
  • 3.
    Atrašanās dabā
  • 4.
    Izotopi
  • 5.
    Fizikālās īpašības
  • 6.
    Ķīmiskās īpašības
  • 7.
    Izmantošana
Kopsavilkums

Pusmetāli jeb metaloīdi ir ķīmisko elementu kopa, kurai piemīt gan metālu, gan nemetālu īpašības. Līdz šim literatūrā nav skaidri definēts, kuri tieši ķīmiskie elementi pieder pusmetāliem, lai gan šis termins tiek izmantots plaši. Parasti pie pusmetāliem pieskaita boru (B), silīciju (Si), germāniju (Ge), arsēnu (As), antimonu (Sb) un telūru (Te).

Īsa vēsture

Gan antimonam, gan arsēnam nav zināms atklāšanas gads, jo abi minēti jau senās Ēģiptes un Grieķijas laikos. Pirmais no pusmetāliem ar konkrētu atklāšanas gadu ir telūrs. Telūru 1782. gadā atklāja austriešu mineralogs Francs Jozefs Millers fon Reihenšteins (Franz Joseph Müller von Reichenstein) zelta rūdas sastāvā. Sākotnēji, pētot zelta rūdu, F. J. M. fon Reihenšteins uzskatīja, ka tā satur bismuta sulfīdu, tomēr gadu vēlāk paziņoja, ka ir kļūdījies un ka tā satur zeltu un nezināmu metālu, kas līdzīgs antimonam. Līdz secinājumam, ka izdevies iegūt jaunu ķīmisko elementu, F. J. M. fon Reihenšteins nenokļuva. Nosaukumu telūram deva Martins Heinrihs Klaprots (Martin Heinrich Klaproth), kurš to 1798. gadā izdalīja no kalaverīta jeb zelta telurīda. Neilgi pēc tā tika atklāts bors. To 1808. gadā vienlaikus atklāja angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs (Sir Humphry Davy) un franču ķīmiķi Žozefs Luijs Gē-Lisaks (Joseph Louis Gay-Lussac) un Luijs Žaks Tenārs (Louis Jacques Thénard). H. Deivijs ieguva boru, veikdams borātu šķīduma elektrolīzi un reducējot borskābi ar kāliju, bet Ž. L. Gē-Lisaks un L. Ž. Tenārs – reducējot borskābi ar dzelzi augstā temperatūrā. Brīvā formā 1824. gadā izdevās izdalīt silīciju. To paveica Jenss Jākobs Berzēliuss (Jöns Jacob Berzelius), reducējot kālija fluorosilikātu ar šķidru kāliju. Lai gan J. J. Berzēliuss nebija pirmais, kurš īstenoja šādu reakciju, tomēr viņš bija pirmais, kurš attīrīja reakcijas produktu un spēja to raksturot. 1886. gadā vācu ķīmiķis Klemenss Aleksandrs Vinklers (Clemens Alexander Winkler) atklāja germāniju. Analizējot nesen atklāto argirodīta (Ag8GeS6) minerālu, K. A. Vinklers secināja, ka tas sastāv no sudraba, sēra un nezināma elementa. K. A. Vinkleram izdevās iegūt šo līdz šim nezināmo elementu brīvā formā, pārstrādājot atlikušo minerāla daudzumu, kas viņam bija pieejams. Viņš novēroja, ka tā īpašības ir līdzīgas antimonam.

Atrašanās dabā

Pusmetāli dabā galvenokārt ir sastopami rūdu un minerālu formā, tomēr gan telūrs, gan antimons, gan arsēns ir sastopami dabā arī brīvā formā. Bors dabā ir sastopams daudzu minerālu sastāvā, vispopulārākie no tiem ir boraks (Na2B4O7⸱ 10H2O) un kernīts (Na2B4O6(OH)2⸱ 3H2O). Lai gan bors ir sastopams daudzos minerālos, tomēr tā daudzums Zemes garozā ir salīdzinoši mazs – tikai aptuveni 0,001 % no masas. Turpretim silīcijs ir otrs izplatītākais elements Zemes garozā. Tas veido 27,72 % no Zemes garozas, taču nav sastopams brīvā formā. Silīcija oksīdi un silikāti ir galvenie silīcija ieguves avoti. Gan smiltis, gan kvarcs ir izplatītākās silīcija oksīda formas, bet azbests, māls un granīts – silikātu formas. Brīvā formā silīciju iegūst, reducējot silīcija dioksīdu krāsnīs ar koksu. Germānijs ir plaši sastopams minerālos un rūdās, tomēr, vērtējot pēc izplatības Zemes garozā, tas tiek uzskatīts par reti sastopamu elementu. Izplatītākie germānija minerāli ir argirodīts un germanīts (Cu3(Ge, Ga, Fe)S4). Brīvu germāniju parasti iegūst kā blakusproduktu cinka rūdas attīrīšanā vai arī, kad pārstrādā germanītu. Arsēns ir 53. biežāk sastopamais elements Zemes garozā, pieejams brīvā formā, realgāra (As4S4) minerālā un citos arsēna minerālos. Arsenopirīts (FeAsS) ir viens no šiem minerāliem, tas ir līdzīgs pirītam (FeS2), tikai viens no sēra atomiem ir aizvietots ar arsēnu. Arsenopirītu var izmantot brīvas formas arsēna iegūšanai, jo, karsējot šo minerālu, sublimējas arsēns un veidojas dzelzs (II) sulfīds. Antimons dabā pārsvarā ir sastopams stibnīta (Sb2S3) minerāla formā, tomēr daļa antimona ir atrodama arī brīvā formā. Industriāli antimonu iegūst, stibnītu reducējot ar dzelzi, lai iegūtu dzelzs sulfīdu un antimonu. Telūrs dabā ir sastopams gan brīvā formā, gan telurīdu formā. Telurīdi ir telūru saturoši minerāli, kā, piemēram, kalaverīts (AuTe2), petzīts (Ag3AuTe2) un silvanīts (AgAuTe4). Tipiski telūru iegūst brīvā formā kā blakusproduktu vara rūdas attīrīšanas procesā.

Izotopi

Boram ir zināmi divi stabili izotopi: bors-10 (10B) un bors-11 (11B). To procentuālais sastāvs dabā attiecīgi ir 19,9 % un 80,1 %. Kopumā ir zināmi 13 nestabili bora izotopi ar masas skaitļiem no 7 līdz 21. Visilgākais pussabrukšanas periods no nestabilajiem bora izotopiem ir boram-8 (8B). Silīcijs dabā ir atrodams trīs izotopu formā kā silīcijs-28 (28Si), silīcijs-29 (29Si) un silīcijs-30 (30Si). Procentuālais sadalījums šiem izotopiem ir 92,23 %, 4,67 % un 3,10 %. Papildus šiem stabilajiem silīcija izotopiem ir zināmi vēl 20 silīcija radioaktīvie izotopi ar masas skaitļiem no 22 līdz 44. Germānijam dabā ir sastopami pieci stabili izotopi. No visa dabā esošā germānija germānijs-74 (74Ge) veido 37 % no tā, germānijs-72 (72Ge) – 27 %, germānijs-70 (70Ge) – 21 %, germānijs-73 (73Ge) – 8 %, bet germānijs-76 (76Ge) – 7 %. Neskaitot šos izotopus, germānijam ir zināmi vairāk nekā 20 radioaktīvi izotopi. Arsēnam ir tikai viens stabils izotops, un tas ir arsēns-75 (75As), tomēr arsēnam ir zināmi vairāk nekā 30 radioaktīvie izotopi, no kuriem stabilākais ir arsēns-73 (73As). Tā pussabrukšanas periods ir 80,3 dienas. Antimonam ir divi stabilie izotopi: antimons-121 (121Sb), kas ir sastopams visbiežāk un veido 57,36 % no kopējiem antimona izotopiem, un antimons-123 (123Sb), kas veido atlikušos 42,64 %. Telūram ir seši stabili (telūrs-120, telūrs-122, telūrs-123, telūrs-124, telūrs-125 un telūrs-126), kas kopā veido 34,2 % no dabā sastopamā telūra, un divi daļēji stabili izotopi. Tas tāpēc, ka radioaktīvo izotopu telūra-128 (128Te) un telūra-130 (130Te), kas veido 31,7 % un 34,1 % no visa dabā sastopamā telūra, pussabrukšanas periodi ir ilgāki par Visuma pastāvēšanas laiku. Papildus šiem izotopiem ir atklāti vairāk nekā 30 radioaktīvi telūra izotopi.

Fizikālās īpašības

Pusmetāliem piemīt gan metālu, gan nemetālu īpašības. Līdzīgi metāliem, pusmetāli ir gaišas krāsas un spīdīgi. Tomēr tie arī ir trausli, kas ir īpašības, kuras tipiski novērotas nemetāliem. Pusmetāli ir spējīgi darboties kā pusvadītāji, proti, tie vada strāvu labāk par nemetāliem, tomēr sliktāk par metāliem. Tas tāpēc, ka šo elementu elektronegativitāte ir salīdzinoši augsta (ap divām vienībām). Visi pusmetāli ir cietvielas, to kušanas temperatūras samazinās virzienā no bora, kura kušanas temperatūra ir 2077 °C, uz telūru, kura kušanas temperatūra ir 450 °C. Izņēmums ir arsēns, kuram nav kušanas temperatūras standartapstākļos, tas sublimējas 615 °C temperatūrā. Līdzīgi kā ar kušanas temperatūrām, arī pusmetālu cietība pēc Mosa skalas samazinās no bora, kura cietība ir ~ 9,5, līdz telūram, kura cietība ir 2,25. Bors ar silīciju ir vismazāk blīvie pusmetāli, to blīvumi ir 2,34 g/cm3 un 2,3290 g/cm3. Tālāk seko germānijs un arsēns, kuru blīvumi ir 5,3234 g/cm3 un 5,73 g/cm3. Visblīvākie no pusmetāliem ir telūrs un antimons ar blīvumu vērtībām 6,24 g/cm3 un 6,697 g/cm3.

Ķīmiskās īpašības

Kristālisks bors ir ķīmiski inerts un nereaģē pat ar stiprām skābēm un pat paaugstinātā temperatūrā, tomēr, ja tas ir sadalīts, tad tas spēj reaģēt ar skābekli paaugstinātā temperatūrā un veidot bora (III) oksīdu (B2O3). Pārējie pusmetāli reaģē ar skābekli istabas temperatūrā vai paaugstinātā temperatūrā, veidojot attiecīgos oksīdus (SiO2, GeO2, As2O3, Sb2O3, TeO2). Bora un arsēna oksīdi spēj reaģēt ar ūdeni, veidojot vājas skābes. Visi pusmetāli (arī nekristālisks bors) spēj reaģēt ar halogēniem augstās temperatūrās, veidojot attiecīgos halogenīdus (MX3 vai NX4, kur M = B, As, Sb; N = Si, Ge, Te; X = F, Cl, Br, I). Bors, tāpat kā silīcijs, spēj reaģēt ar slāpekli augstā temperatūrā un veidot nitrīdus (BN, Si3B4).

Izmantošana

Pusmetāli tiek plaši industriāli izmantoti. Gan silīcijs, gan germānijs bieži tiek pielietoti pusvadītāju izgatavošanā. Īpaši būtu jāizceļ silīcija izmantošana pusvadītājos, kas ir pamats lielākajai daļai mūsdienu elektroniskajām ierīcēm – sākot no tranzistoriem un mikročipiem līdz saules šūnām. Silīcija oksīds ir galvenais savienojums, kas ļauj iegūt stiklu. Pievienojot bora oksīdu stiklam tā izgatavošanas procesā, var iegūt stiklu ar augstu termisko stabilitāti, kas ļauj izgatavot siltumizturīgus stikla traukus. Germāniju bieži izmanto optisko šķiedru ražošanā, jo tā oksīdam ir augsts refrakcijas indekss. Arsēna un telūra savienojumi ķīmijā tiek izmantoti kā katalizatori reakcijām, piemēram, polimerizācijā vai C-N saišu veidošanā. Antimona (III) oksīdu izmanto liesmas slāpējošos materiālos. Aizdegšanās gadījumā tas reaģē ar materiālā esošajiem halogēnu atomiem un veido halogēnus saturošus antimona savienojumus. Tie tālāk spēj reaģēt ar materiāla polimēru vai apkārtnes skābekli, tādējādi dzēšot liesmu. Telūru un arsēnu izmanto kvantu punktu sintēzē. Iegūtie kvantu punkti var tikt pielietoti gaismu diožu ražošanā, biopētījumos (bioimaging) un citur.

Saistītie šķirkļi

  • ķīmija

Autora ieteiktie papildu resursi

Tīmekļa vietnes

  • Pusmetāli: to īpašības un pielietojums (Metalloids: Properties and uses), uzņēmuma Xometry tīmekļa vietne
  • Reprezentatīvi metāli, pusmetāli un nemetāli (Representative Metals, Metalloids, and Nonmetals)

Ieteicamā literatūra

  • Halka, M. and Nordstrom, B., Metals and Metalloids (Periodic Table of the Elements), Facts on File, 2011.
  • Housecroft, C.E. and Sharpe, A.G., Inorganic Chemistry, 5th edn., Harlow, Pearson, 2018.
  • Miessler, G.L. and Tarr, D.A., Inorganic Chemistry, 3rd edn., Pearson, 2009.

Artūrs Mazarevičs "Pusmetāli". Nacionālā enciklopēdija. https://enciklopedija.lv/skirklis/191300-pusmet%C4%81li (skatīts 26.09.2025)

Kopīgot


Kopīgot sociālajos tīklos


URL

https://enciklopedija.lv/skirklis/191300-pusmet%C4%81li

Šobrīd enciklopēdijā ir 0 šķirkļi,
un darbs turpinās.
  • Par enciklopēdiju
  • Padome
  • Nozaru redakcijas kolēģija
  • Ilustrāciju redakcijas kolēģija
  • Redakcija
  • Sadarbības partneri
  • Atbalstītāji
  • Sazināties ar redakciju

© Latvijas Nacionālā bibliotēka, 2025. © Tilde, izstrāde, 2025. © Orians Anvari, dizains, 2025. Autortiesības, datu aizsardzība un izmantošana