Pochodzenie i użycie terminu metaloid -Origin and use of the term metalloid

Pochodzenie i użycie terminu niemetalu jest zwinięty. Jego pochodzenie tkwi w próbach datujących się od starożytności opisu metali i rozróżniania form typowych i mniej typowych. Najpierw zastosowano go do metali unoszących się na wodzie ( lit , sód i potas ), a później bardziej popularnie do niemetali . Dopiero od niedawna, od połowy XX wieku, powszechnie używa się go w odniesieniu do pierwiastków o właściwościach pośrednich lub granicznych między metalami i niemetalami.

Przed 1800 r.

Paracelsus (1493-1541), niemiecko-szwajcarski lekarz, jatrochemik , filozof, astrolog i komentator natury i właściwości metali. Cynk i bizmut nazywał odpowiednio „bękartową” miedzią i „bękartową” cyną . Portret autorstwa Quentina Massysa

Koncepcji starożytnych metali jak stałych topliwych i ciągliwego substancji można znaleźć w Platońskiego Tymeusza (ok. 360 PNE) i Arystotelesa jest meteorologii .

Bardziej wyrafinowane układy klasyfikacji zaproponowali Pseudo-Geber (w korpusie Gebera, ok. 1310), Paracelsus ( De Natura Rerum libri nonem, 1525–6; i późniejsze prace), Basil Valentine (Conclusiones, 1624) i Boerhaave (Elementa). Chemia, 1733). Próbowali oddzielić bardziej charakterystyczne metale od substancji o tych właściwościach w mniejszym stopniu. Do takich substancji należały cynk , antymon , bizmut , stibnit , piryt i galena . Były one wówczas nazywane półmetalami lub metalami bękartowymi.

W 1735 Brandt zaproponował, aby zasadą tej klasyfikacji uczynić obecność lub brak plastyczności. Na tej podstawie oddzielił rtęć od metali. Ten sam pogląd przyjęli Vogel (1755, Institutiones Chemiae) i Buffon (1785, Histoire Naturelle des Minéraux) . W międzyczasie Braun zaobserwował krzepnięcie rtęci pod wpływem zimna w latach 1759–60. Zostało to potwierdzone przez Hutchinsa i Cavendisha w 1783 roku. Wtedy stała się znana plastyczność rtęci i została ona włączona do metali.

W 1789 Fourcroy podkreślił słabość tego rozróżnienia między metalami i półmetalami. Powiedział, że wynika to z faktu, że

między ekstremalną plastycznością złota a osobliwą kruchością arszeniku , inne metale prezentowały tylko niezauważalne gradacje tego charakteru, a ponieważ prawdopodobnie nie było większej różnicy między plastycznością złota i ołowiu , który uważany był za metal, niż pomiędzy ołowiem a cynkiem , który zaliczany był do półmetali, natomiast w substancjach pośrednich pomiędzy cynkiem a arsenem różnice były niewielkie.

Ta idea półmetalu, jako kruchego (a tym samym niedoskonałego) metalu, została stopniowo odrzucona po 1789 r. wraz z publikacją „rewolucyjnego” podstawowego traktatu o chemii Lavoisiera .

1800–1959

Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), szwedzki chemik, który spopularyzował użycie słowa metaloid w odniesieniu do niemetalicznych pierwiastków chemicznych

W 1800 roku Pinkerton użył słowa metaloid w jego dosłownym znaczeniu, aby opisać mineralną odmianę piroksenu „o metalicznym blasku”.

W 1808 roku Erman i Simon zaproponowali użycie terminu metaloid w odniesieniu do nowo odkrytych pierwiastków sodu i potasu . Pierwiastki te były lżejsze od wody i wielu chemików nie uważało ich za właściwe metale. Propozycja Ermana i Simona mogła być sformułowana „[w] próbie przywrócenia tego starego rozróżnienia na metale i substancje przypominające metale”. Ich sugestia została zignorowana przez społeczność chemiczną.

W 1811 r. Berzelius określił pierwiastki niemetaliczne jako metaloidy, ze względu na ich zdolność do tworzenia oksyanionów . Typowym oksyanionem siarki jest na przykład jon siarczanowy SO^2-
₄. Wiele metali może zrobić to samo. Na przykład chrom może tworzyć jon chromianowy CrO^2-
₄. Terminologia Berzeliusa była powszechnie przyjęta, choć niektórzy komentatorzy uznali ją później za sprzeczną z intuicją, niewłaściwą, błędną lub nieważną. W 1825 r. w poprawionym niemieckim wydaniu Podręcznika chemii Berzelius podzielił metaloidy na trzy klasy. Były to: gazolitowa stale gazowa ( wodór , azot , tlen ); prawdziwe metaloidy ( siarka , fosfor , węgiel , bor , krzem ); i tworzące sól " halogenki " ( fluor , chlor , brom , jod ).

W 1844 roku Jackson nadał znaczenie 'metaloidowi' jako 'podobne metale, ale pragnące niektórych ich właściwości'. W 1845 r. w Słowniku nauki, literatury i sztuki , podział ciał elementarnych Berzeliusa został przedstawiony jako: I. gazolity; II. halogeny ; III. metaloidy („pod pewnymi względami przypominają metale, ale pod innymi są bardzo różne”); i IV. metale.

W 1864 roku nazywanie niemetali „metaloidami” wciąż było usankcjonowane przez „najlepsze autorytety”, chociaż nie zawsze wydawało się to właściwe. Rozważano większą słuszność zastosowania słowa metaloid do innych pierwiastków, takich jak arsen .

Już w 1866 r. niektórzy autorzy używali terminu niemetal, a nie metaloid, w odniesieniu do pierwiastków niemetalicznych. W 1875 roku Kemshead zauważył, że pierwiastki zostały podzielone na dwie klasy — „niemetale lub metaloidy i metale”. Dodał, że „poprzedni termin, choć niezbyt wygodny, bo złożony, jest bardziej poprawny i jest obecnie powszechnie stosowany”.

W 1876 roku Tilden zaprotestował przeciwko „[wciąż] zbyt powszechnej, choć nielogicznej praktyce nadawania nazwy metaloid takim ciałom jak tlen, chlor czy fluor”. Zamiast tego podzielił pierwiastki na („bazygeniczne”) prawdziwe metale, metaloidy („niedoskonałe metale”) i („oksygeniczne”) niemetale.

Dopiero w 1888 roku klasyfikowanie pierwiastków na metale, niemetale i niemetale, a nie na metale i niemetale, było nadal uważane za osobliwe i potencjalnie mylące.

Beach, pisząc w 1911 r., wyjaśnił to w ten sposób:

Metaloid (gr. „metalopodobny”), w chemii dowolny pierwiastek niemetaliczny. Jest 13, a mianowicie siarka , fosfor , fluor[e] , chlor[e] , jod , brom , krzem , bor , węgiel , azot , wodór , tlen i selen . Różnica między metaloidami a metalami jest niewielka. Te pierwsze, z wyjątkiem selenu i fosforu, nie mają „metalicznego” połysku; są gorszymi przewodnikami ciepła i elektryczności , generalnie nie są odbłyśnikami światła i nie są elektrododatnie ; to znaczy, że żaden metaloid nie zawodzi we wszystkich tych testach. Wydaje się, że termin ten został wprowadzony do współczesnego użycia zamiast niemetali z tego samego powodu, że nie ma twardej i szybkiej linii między metalami a niemetalami, tak że „metalopodobny” lub „podobny do metali” jest lepszym określeniem klasy niż czysto negatywne „niemetale”. Pierwotnie był stosowany do niemetali, które są stałe w zwykłej temperaturze .

Około 1917 r. Zarząd Farmacji Missouri napisał, że:

Można powiedzieć, że metal różni się od metaloidu [to znaczy niemetalu] tym, że jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektryczności, odbija światło z większą lub mniejszą mocą oraz jest elektrododatni. Metaloid może posiadać jedną lub więcej z tych cech, ale nie wszystkie... Jod jest najczęściej podawany jako przykład metaloidu ze względu na jego metaliczny wygląd.

W latach dwudziestych dwa znaczenia słowa metaloid wydawały się przechodzić zmianę popularności. Pisząc w Słowniku terminów chemicznych, Couch zdefiniował „metaloid” jako stary, przestarzały termin oznaczający „niemetal”. W przeciwieństwie do tego, New International Dictionary Webstera zauważył, że używanie terminu metaloid w odniesieniu do niemetali było normą. Jego zastosowanie do pierwiastków tylko w pewien sposób przypominających typowe metale, takich jak arsen , antymon i tellur , zostało odnotowane jedynie „czasami”.

Użycie terminu metaloid przeszło następnie okres wielkich zmian aż do 1940 r. Konsensus co do jego zastosowania do pierwiastków pośrednich lub granicznych pojawił się dopiero w następnych latach, między 1940 a 1960 r.

W 1947 roku Pauling zawarł odniesienie do metaloidów w swoim klasycznym i wpływowym podręczniku Chemia ogólna: wprowadzenie do chemii opisowej i współczesnej teorii chemicznej. Opisał je jako „pierwiastki o właściwościach pośrednich [...] zajmujące obszar diagonalny [w układzie okresowym], który obejmuje bor , krzem , german , arsen , antymon , tellur i polon ”.

W 1959 r. Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) zaleciła, aby „słowo metaloid nie było używane do oznaczania niemetali”, chociaż nadal było ono używane w tym sensie (mniej więcej w tym czasie), na przykład przez Francuski.

1960-obecnie

W 1969 roku klasyczny i autorytatywny słownik chemiczny Hackha zawierał hasła zarówno dla „metaloidu”, jak i „semimetalu”. Ten ostatni termin został określony jako przestarzały.

W 1970 IUPAC zalecił porzucenie terminu metaloid z powodu jego ciągłego niespójnego stosowania w różnych językach. Zasugerowali użycie terminów metal, semimetal i niemetal. Pomimo tego zalecenia, użycie terminu „metaloid” dramatycznie wzrosło. Przeglądarka Google Ngram Viewer wykazała czterokrotny wzrost użycia słowa „metalloid” (w porównaniu do „semimetal”) w amerykańskim korpusie angielskim w latach 1972-1983. W brytyjskim korpusie angielskim odnotowano sześciokrotny wzrost w latach 1976-1983. w 2011 r. różnica w użyciu w całym angielskim korpusie wynosiła około 4:1 na korzyść „metaloidu”.

Najnowsze publikacje IUPAC dotyczące nazewnictwa chemicznego („ Czerwona Księga ”, 2005) i terminologii („ Złota Księga ”, 2006–) nie zawierają żadnych zaleceń dotyczących użycia lub niestosowania terminów metaloid lub semimetal.

Ostatnio odradza się używanie terminu semimetal, a nie metaloid. Dzieje się tak, ponieważ pierwszy termin „ma dobrze zdefiniowane i całkiem odrębne znaczenie w fizyce”. W fizyce półmetal to pierwiastek lub związek, w którym pasmo walencyjne marginalnie (a nie zasadniczo) zachodzi na pasmo przewodnictwa. Skutkuje to tylko niewielką liczbą efektywnych nośników ładunku. Tak więc gęstości nośników ładunku w elementarnych półmetalach węgla (jako grafit , w kierunku jego płaszczyzn ), arsenu , antymonu i bizmutu wynoszą 3 × 10 ¹⁸ cm ^-3 , 2 × 10 ²⁰ cm ^-3 , 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 i 3 × 10 ¹⁷ cm ^-3 . Natomiast stężenie elektronów w metalach w temperaturze pokojowej zwykle przekracza 10 ²² cm ^-3 .

Odniesienia do „metalloidu” jako przestarzałego zostały również opisane jako „bezsensowne”, zauważając, że „dokładnie opisuje te dziwne elementy pośrednie”.

Uwagi

Cytaty

Bibliografia