Yarı Metaller Nelerdir? Özellikleri ve Periyodik Tablodaki Yerleri

Yarı metallerin tanımı

Yarı metaller veya diğer adıyla metaloidler, metal ve ametallerin özelliklerini birlikte gösterebilen elementlerdir. Bu nedenle onları yalnızca parlak görünümlerine ya da katı hâlde bulunmalarına bakarak sınıflandırmak doğru olmaz. Bor, silisyum, germanyum, arsenik, antimon ve tellür bu gruba verilen yaygın örneklerdir. Metal-ametal ayrımında metaller genellikle parlak, şekil verilebilir ve iyi iletken maddeler olarak; ametaller ise daha çok farklı fiziksel görünümlere ve daha zayıf elektrik iletkenliğine sahip maddeler olarak düşünülür. Yarı metaller bu iki genel davranışın arasında bulunur.

Bu ara özelliklerin temelinde atomların kristal içindeki bağlanma biçimi vardır. Yarı metallerin kristal yapılarında kovalent bağlar önemli rol oynar; bu yönleriyle ametallere benzerler. Buna karşılık bazıları metalik parlaklığa sahip katılar hâlinde görülür. Örneğin silisyum ve germanyum kristallerinde her atom, dört komşu atoma yönelen kovalent bağlarla üç boyutlu bir yapı oluşturur. Bu yapı, onların hem metalik görünüme sahip olmasını hem de klasik metaller gibi serbestçe hareket eden elektronlarla açıklanan çok iyi iletkenlik davranışını göstermemesini sağlar. Arsenik ve antimonda ise atomlar tabakalı yapılarda kovalent bağlarla düzenlenebilir. Böylece yarı metal kavramı, tek bir görünüşten çok yapı ile fiziksel ve kimyasal özelliklerin birlikte değerlendirilmesine dayanır.

Yarı metalleri metal ve ametalden ayırırken birkaç özelliği birlikte incelemek gerekir: yüzey görünümü, kırılganlık, elektrik iletimi ve kimyasal bağlanma. Bu yüzden “metal gibi görünen her element metaldir” ya da “elektriği tam olarak metal kadar iletmeyen her element ametaldir” biçimindeki yaklaşımlar yanıltıcıdır.

Periyodik tabloda yarı metallerin konumu

Yarı metaller, periyodik tabloda metaller ile ametaller arasındaki zikzak biçimli sınır boyunca veya bu sınırın yakınında bulunur. Bu sınır, tablonun sol ve orta kesimlerindeki metal bölgesiyle sağ üst kesimlerindeki ametal bölgesini ayıran görsel bir rehberdir. Sınırın kendisi düz bir çizgi değildir; basamaklı ya da zikzaklı görünür. Bu nedenle bir elementin yarı metal olup olmadığını anlamak için tablodaki konumu, sembolü ve element sınıflandırmasını birlikte değerlendirmek gerekir.

Bu konumun anlamı, yarı metallerin özelliklerinin tabloda iki bölgenin arasında kalmasıdır. Metaller tarafına yaklaşıldıkça metalik davranış belirginleşebilir; ametaller tarafına yaklaşıldıkça kovalent bağlanma ve ametallere özgü davranışlar daha öne çıkabilir. Örneğin bor, zikzak sınırın üst bölümünde; silisyum ve germanyum ise bu sınırın daha aşağı kesimlerinde yer alır. Arsenik, antimon ve tellür de sınırın farklı basamaklarında bulunur. Bu elementlerin tümü, metal bölgelerinin içinde ya da ametal bölgesinin merkezinde değil, iki sınıfı ayıran geçiş hattı çevresindedir.

Periyodik tabloya bakarken sınır çizgisinin her tabloda aynı biçimde gösterilmeyebileceği unutulmamalıdır. Bazı tablolarda yarı metaller renklendirilerek ayrıca belirtilir, bazılarında ise yalnızca sınıflandırma anahtarında gösterilir. Bu nedenle yalnızca çizgiye komşu olmak kesin ölçüt sayılmaz; elementin adı ve kullanılan sınıflandırma da kontrol edilmelidir.

Yaygın yarı metal elementler

Lise düzeyinde en yaygın yarı metal listesi bor, silisyum, germanyum, arsenik, antimon ve tellürden oluşur. Sembolleri sırasıyla B, Si, Ge, As, Sb ve Te şeklindedir. Bu elementler periyodik tablodaki metal-ametal sınırının farklı basamaklarına dağılmıştır: bor 2. periyotta 13. grupta, silisyum 3. periyotta 14. grupta, germanyum 4. periyotta 14. grupta, arsenik 4. periyotta 15. grupta, antimon 5. periyotta 15. grupta ve tellür 5. periyotta 16. grupta yer alır.

Bu listenin ortak özelliği, elementlerin hem fiziksel görünüş hem de bağlanma bakımından iki sınıf arasında davranmasıdır. Silisyum ve germanyum metalik görünümlü katılardır ve kristal yapılarında dört komşu atomla kovalent bağ kurarlar. Arsenik ile antimonun yapıları tabakalı özellik gösterebilir. Tellür de metalik görünümlü katı bir yarı metal olarak bu genel kümeye dâhil edilir. Bor ise listedeki diğer bazı elementlerden farklı olarak doğada çoğunlukla oksijenle oluşturduğu bileşikler hâlinde bulunur; elementel bor oda sıcaklığında oldukça tepkimesizdir.

Silisyumun özellikleri de yarı metal sınıfını anlamak için iyi bir örnektir. Silisyum-oksijen tetrahedronlarının farklı biçimlerde bağlanması, kayaçlarda, toprakta ve killerde bulunan çok sayıda mineral yapısının oluşmasına katkı verir. Bu örnek, bir yarı metalin yalnızca periyodik tablodaki yeriyle değil, atomlarının oluşturduğu ağ yapılarıyla da tanınabileceğini gösterir.

Yarı metallerin temel fiziksel ve kimyasal özellikleri

Yarı metallerin fiziksel özellikleri tek tip değildir; ancak ortak bazı eğilimleri vardır. Bor, silisyum, germanyum, arsenik, antimon ve tellür elementel hâlde katı olabilir ve bunların bir bölümü metalik parlaklık gösterir. Buna rağmen çoğu, metallerde görülen belirgin süneklikten çok kırılgan katı davranışına yakındır. Elektrik iletkenlikleri de metallerdeki kadar yüksek değildir. Elektrik iletimi, yalıtkanlarla iyi iletken metaller arasında kalan bir davranış gösterebilir. Bu özelliğe yarı iletkenlik denir; yarı iletkenlik, elektrik akımının bir maddeden metallerdeki kadar kolay geçmemesi fakat tamamen engellenmemesi anlamına gelir.

Bu davranışın nedeni, kristal yapıdaki kovalent bağların elektronların hareketini sınırlamasıdır. Silisyum ve germanyum kristallerinde her atomun dört komşusuyla kovalent bağ kurması, elektronların belirli bağ düzenleri içinde tutulmasına yol açar. Böylece metal kristallerindeki gibi tamamen serbest elektronlardan oluşan bir iletim modeli ortaya çıkmaz. Aynı zamanda bağ yapısı, elektronların uygun enerji koşullarında hareket edebilmesine izin verdiği için madde tam bir yalıtkan gibi de davranmaz. Silisyum ve germanyumun üç boyutlu kristal yapıları bu duruma somut örnektir.

Kimyasal bakımdan yarı metaller, kovalent bağ kurma eğilimleri nedeniyle ametallere benzer. Silisyum yüksek sıcaklıkta halojenlerle tepkimeye girerek SiF4 gibi uçucu tetrahalojenürler oluşturabilir ve karbonun aksine çift ya da üçlü bağları kolayca oluşturmaz. Bor da oda sıcaklığında oldukça tepkimesizken florla bor triflorür, ısıtıldığında ise oksijenle bor oksit oluşturabilir. Antimonun kimyasal davranışı ise arsenikten daha metaliktir; flor, klor, brom veya iyotla trihalojenürler oluşturabilir. Bu örnekler, yarı metallerin kimyasal özelliklerinin tek bir kutuya sığmadığını, kovalent ve metalik davranışların birlikte görülebildiğini gösterir.

Silisyum dioksit de yapı bakımından açıklayıcı bir örnektir. Silisyum ve oksijen atomları, tek tek küçük moleküller yerine sürekli üç boyutlu bir kovalent ağ oluşturabilir. Bu nedenle kuvars gibi silisyum dioksit biçimleri sert ve kırılgan katılar hâlinde bulunur. Yarı metallerin özelliklerini değerlendirirken görünüş, kristal yapı, bağ türü ve elektrik iletimi birlikte ele alınmalıdır.

Yarı metallerin sınıflandırılmasındaki farklılıklar

Yarı metal listeleri bütün kaynaklarda tamamen aynı olmayabilir. Bor, silisyum, germanyum, arsenik, antimon ve tellür üzerinde geniş bir uzlaşma bulunurken polonyum ve astatin gibi bazı elementlerin yarı metal olarak kabul edilip edilmemesi kullanılan sınıflandırmaya göre değişebilir. Bunun nedeni, bu elementlerin özelliklerinin kesin ve herkesçe kabul edilen tek bir sınırla ayrılmamasıdır. Bir elementin metalik görünümü, elektriksel davranışı, kristal yapısı ve kimyasal tepkimeleri farklı ölçütlerle değerlendirildiğinde liste de değişebilir.

Bu nedenle bir periyodik tabloda polonyum veya astatin yarı metal rengiyle gösterilirken başka bir tabloda farklı bir sınıfa alınabilir. Bu durum, temel listenin yanlış olduğu anlamına gelmez; sınıflandırmanın bazı elementlerde yaklaşık ve kaynağa bağlı olduğunu gösterir. Sınav düzeyinde önce yaygın listeyi bilmek, ardından farklı kaynaklarda sınırdaki elementlerin değişebileceğini hatırlamak gerekir.