类金属 ( metalloids ) 是一个用来分类化学元素的名词。根据它们的物理及化学特性,元素週期表上的化学元素大都可被分类为金属或非金属;但有一些元素的性质介于金属和非金属之间,仅具有部分金属或非金属的性质,即称为类金属。[1]
类金属又称为準金属或半金属。但由于缺少正常金属的延展性,所以只能算是 ” 半 ” 金属。分别为硼 ( B ) 、硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 、砷 ( As ) 、锑 ( Sb ) 、碲 ( Te ) 这六种元素,而有时钋 ( Po ) 和砈 ( At ) 也被视为类金属。这类元素的外电子层构型为ns2np 1~5 。在週期表中呈阶梯状的排列,特别的是,这些类金属元素即使属于不同族群,也可能会拥有相似的性质。[2]
「类金属」一词并没有明确的定义,但一般被认为拥有以下特性:
类金属单质一般性脆且型态皆为固体,大都具有多种不同物理、化学性质的同素异形体,有些呈金属态并带有金属光泽,有些则为非金属态的分子晶体。其中,晶体结构的配位数较少,结构较为鬆散,与金属相比,共价性较强,电子相对难以自由移动,液态时均可导电;密度通常小于相邻的金属元素而大于相邻的非金属元素;电负度接近,介于1.8~2.4之间,大于金属,小于非金属。因此,当此种金属跟非金属作用时常作为电子给予体,而跟金属作用则最作为电子接受体;导电性比非金属稍微好一点,随着温度升高而增加。且当含有微量杂质时,导电性剧增,和金属导电性随着温度升高或含杂质而降低的性质正好相反,用途广泛,尤其用在半导体材料中;其中,硼、硅、锗与碲的电阻是随着温度升高而降低的,砷与锑则是与金属类似,随着温度上升而增大。[5]
类金属一般在外表上呈现出金属的特性,而化学性质表现出金属与非金属两种混合性质,且较接近非金属。
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参考资料:
金属镝是制造钕铁硼高能磁体必需的材料。镝在照明、反应堆控制和炼油工业中都有重要应用。
1、准备原材料:按LaF3/LiF=83/17的比例配制熔盐,按Dy2O3/La2O3=70/30的比例配制混合物。
2、进行熔盐电解:将配制好的熔盐加入2000A电解槽中,控制槽温在960℃-1040℃之间,加入混合物进行电解。电解约40分钟后,将产物浇铸出来,剥离熔盐后得到LaDy合金。
3、进行真空分离:将LaDy合金置于真空中频炉内的钨坩埚中,设置在1200-1600℃的温度范围内,1.33Pa的气压下进行蒸馏8小时。镝以蒸气形式逸出并在冷凝器中凝结,得到纯净的镝金属,而La仍留在钨坩埚中。
一种利用电解法生产镝含量在10%~50%的镝金属合金的制备方法:镝金属合金的成分为10%~50%的镝和50%~90%的钕或50%~90%的钕和0%~30%的镨。制备过程中,以金属钨或钼作为阴极,石墨作为阳极,以氟化镝、氟化锂和氟化钕或氟化钕和氟化镨作为电解质,在熔盐状态下进行电解。镝的合金在阴极上析出,并滴入下方的钨坩埚中,经过一定时间后,用金属钛或其他难熔金属制成的勺舀出来,最后收集并浇注成锭,同时阳极上放出二氧化碳。
相比现有技术,这种方法具有以下优点:
1.成本低:避免采用钙作为反应元素,大大降低了生产成本。实践证明,用这种方法生产的镝金属合金与钙热还原法生产的相比,成本下降20%~40%。
2.质量更优:用电解法生产的镝金属合金中钙的含量只有0.001%左右,而钙热还原法生产的金属镝中钙的残留量在0.02%~0.05%之间。这对钕铁硼的质量有着重要影响。
3.环保友好:由于没有氟化钙废渣排放,大大减少了对环境的污染。
[1][中国发明,中国发明授权]CN99108163.3一种生产金属镝新工艺
[2][中国发明]CN03133598.5一种镝金属合金及制备方法