Происхождение и использование термина металлоид - Википедия - Origin and use of the term metalloid

В происхождение и использование термина металлоид запутано. Его происхождение лежит в попытках, начиная с древности, описать металлы и различать типичные и менее типичные формы. Впервые он был применен к металлам, плавающим на воде (литий, натрий и калий ), а затем, что более популярно, неметаллы. Лишь недавно, с середины 20 века, он стал широко использоваться для обозначения элементов с промежуточными или пограничными свойствами между металлами и неметаллами.

До 1800 г.

Парацельс (1493–1541), немецко-швейцарский врач, ятрохимик, философ, астролог и обозреватель природы и свойств металлов. Он сослался на цинк и висмут как "ублюдок" медь, и "ублюдок" банка, соответственно.[1] Портрет автора Квентин Массис

Древние представления о металлах как о твердом теле, плавкий и податливый вещества можно найти в Платона Тимей (ок. 360 г. до н. э.) и Аристотель с Метеорология.[2][3]

Более сложные механизмы классификации были предложены Псевдо-Гебер (в Geber corpus, c. 1310), Парацельс (De Natura Rerum libri nonem, 1525–6; и более поздние работы), Василий Валентин (Выводы, 1624), и Бурхааве (Elementa Chemiæ, 1733). Они попытались отделить более характерные металлы от веществ, обладающих этими характеристиками в меньшей степени. К таким веществам относятся цинк, сурьма, висмут, стибнит, пирит и галенит. Все они тогда назывались полуметаллами или второстепенными металлами.[4][5][6]

В 1735 г. Брандт предложил сделать наличие или отсутствие пластичности принципом этой классификации. На этом основании он отделился Меркурий из металлов. Такой же точки зрения придерживался Фогель (1755, г. Institutiones Chemiæ) и Буффон (1785, Histoire Naturelle des Minéraux).. Тем временем Браун наблюдал затвердевание ртути холодом в 1759–1760 годах. Это подтвердили Хатчинс и Кавендиш в 1783 г.[7] Затем стало известно о пластичности ртути, и она была включена в число металлов.[4]

В 1789 г. Фуркрой[8] подчеркнули слабость этого различия между металлами и полуметаллами. Он сказал, что это очевидно из того факта, что

между крайней пластичностью золото и необычайная хрупкость мышьяк другие металлы представляли только незаметные градации этого характера, и поскольку, вероятно, не было большей разницы между пластичностью золота и пластичностью золота. вести, который считался металлом, чем между свинцом и цинк, который относился к полуметаллам, тогда как в веществах, промежуточных между цинком и мышьяком, различия были незначительными.

Эта идея полуметалла как хрупкий (и, следовательно, несовершенный)[9][10] металла, постепенно выбрасывались после 1789 г. с публикацией Лавуазье "революционный" [11] Элементарный трактат по химии.[12][n 1]

1800–1959

Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848), шведский химик, популяризировавший использование слова металлоид для обозначения неметаллических химических элементов

В 1800 г. Пинкертон использовал слово металлоидв прямом смысле слова, чтобы описать минеральную разновидность пироксен «с металлическим блеском». [14]

В 1808 году Эрман и Саймон предложили использовать термин металлоид для обозначения недавно открытых элементов. натрий и калий.[15] Эти элементы были легче воды, и многие химики не считали их настоящими металлами. Предложение Эрмана и Саймона могло быть сделано «[в] попытке возродить это старое различие между металлами и веществами, напоминающими металлы».[16] Их предложение было проигнорировано химическим сообществом.[17]

В 1811 г. Берцелиус называют неметаллические элементы металлоидами,[17][18] в отношении их способности формировать оксианионы.[19][20] Обычный оксианион сера, например, это сульфат ион SO2−
4. Многие металлы могут делать то же самое. Хром, например, может образовывать хромат ион CrO2−
4. Терминология Берцелиуса получила широкое распространение[17] хотя впоследствии некоторые комментаторы сочли это нелогичным,[20] неправильно применен,[12] неверный[21] или недействителен.[22] В 1825 г. в исправленном немецком издании его Учебник химии,[23][24] Берцелиус разделил металлоиды на три класса. Это были: постоянно газообразный 'газолита' (водород, азот, кислород ); настоящие металлоиды (сера, фосфор, углерод, бор, кремний ); и солеобразование 'галогения ' (фтор, хлор, бром, йод ).[25]

В 1844 году Джексон дал значение «металлоид» как «подобный металлам, но желающий получить некоторые из их свойств».[26] В 1845 г. Словарь науки, литературы и искусства, Классификация Берцелиуса элементарные тела был представлен как: I. газолиты; II. галогены; III. металлоиды («похожи на металлы в некоторых аспектах, но в других сильно отличаются»); и IV. металлы.[27]

В 1864 году наименование неметаллов «металлоидами» все еще было санкционировано «лучшими авторитетами».[28] хотя это не всегда казалось уместным. Более уместно применять слово металлоид к другим элементам, таким как мышьяк, считалось.[28]

Уже в 1866 году некоторые авторы вместо этого использовали термин неметалл, а не металлоид, для обозначения неметаллических элементов.[29] В 1875 году Кемсхед заметил, что элементы подразделяются на два класса - «неметаллы или металлоиды и металлы». Он добавил, что «прежний термин, хотя и не очень удобный, потому что сложное слово, но более правильный и теперь используется повсеместно».[30]

В 1876 году Тилден выступил против «[все еще] слишком распространенной, хотя и нелогичной практики называть металлоидом такие вещества, как кислород, хлор или фтор». Вместо этого он разделил элементы на («основные») настоящие металлы, металлоиды («несовершенные металлы») и («оксигенные») неметаллы.[31]

Еще в 1888 году разделение элементов на металлы, металлоиды и неметаллы, а не на металлы и металлоиды, все еще считалось странным и потенциально сбивающим с толку.[32]

Бич в 1911 году объяснил это так:[33]

Металлоид (Греч. «Металлоподобный»), в химии - любой неметаллический элемент. Всего их 13, а именно: сера, фосфор, фтор], хлорин [е], йод, бром, кремний, бор, углерод, азот, водород, кислород, и селен. Разница между металлоидами и металлами невелика. Первые, за исключением селена и фосфора, не имеют «металлического» блеска; они беднее проводники тепла и электричество, как правило, не являются отражателями света и не электроположительный; то есть ни один металлоид не выдерживает всех этих испытаний. Этот термин, кажется, был введен в современный обиход вместо неметаллов по той самой причине, что нет четкой и четкой границы между металлами и неметаллами, так что «металлоподобный» или «похожий на металлы» - лучшее описание класса, чем чисто отрицательные «неметаллы». Первоначально он применялся к неметаллам, которые твердый в обычная температура.

Примерно в 1917 году Аптечный совет штата Миссури написал:[34] который:

Можно сказать, что металл отличается от металлоида [то есть неметалла] тем, что он является отличным проводником тепла и электричества, более или менее сильно отражает свет и является электроположительным. Металлоид может обладать одним или несколькими из этих признаков, но не всеми ... Йод чаще всего приводится в качестве примера металлоида из-за его металлического внешнего вида.

В течение 1920-х годов два значения слова «металлоид», похоже, претерпевали переходный период в популярности. Писать в Словарь химических терминов, Диван[35] определила «металлоид» как старый, устаревший термин для «неметалла». [n 2] В отличие, Новый международный словарь Вебстера отметили, что использование термина «металлоид» для обозначения неметаллов является нормой. Его применение к элементам, напоминающим типичные металлы только в некотором роде, например, мышьяк, сурьма и теллур, был записан просто "иногда".[36]

Использование термина «металлоид» впоследствии претерпело период значительных изменений вплоть до 1940 года. Консенсуса относительно его применения к промежуточным или пограничным элементам не наблюдалось до последующих лет, между 1940 и 1960 годами.[17]

В 1947 г. Полинг включил ссылку на металлоиды в свой классический[37] и влиятельные[38] учебник Общая химия: введение в описательную химию и современную химическую теорию. Он описал их как «элементы с промежуточными свойствами ... занимающие диагональную область [периодической таблицы], которая включает бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур, и полоний.'[39]

В 1959 г. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) рекомендовал, чтобы «слово металлоид не использовалось для обозначения неметаллов».[40] хотя он все еще использовался в этом смысле (примерно в то время), например, французами.[41]

1960 – настоящее время

В 1969 году классический[42] и авторитетный[43] Химический словарь Хака включены записи как «металлоид», так и «полуметалл». Последний термин был признан устаревшим.[44]

В 1970 году IUPAC рекомендовал отказаться от термина «металлоид» из-за его непоследовательного использования на разных языках. Вместо этого они предложили использовать термины металл, полуметалл и неметалл.[41][45] Несмотря на эту рекомендацию, использование термина «металлоид» резко возросло.[17] Наблюдатель Google Ngram показали четырехкратное увеличение использования слова «металлоид» (по сравнению с «полуметалл») в корпусе американского английского языка с 1972 по 1983 год. Британский английский корпус с 1976 по 1983 год. По состоянию на 2011 год разница в использовании английского корпуса составляла около 4: 1 в пользу слова «металлоид».[46]

Самые последние публикации ИЮПАК по химической номенклатуре ("Красная книга ", 2005) [47] и терминология ("Золотая книга ", 2006–) [48] не содержат рекомендаций относительно использования или неиспользования терминов «металлоид» или «полуметалл».[n 3]

В последнее время не рекомендуется использовать термин "полуметалл", а не "металлоид". Это связано с тем, что первый термин имеет четко определенный и весьма отчетливый смысл в физике ».[49] В физике полуметалл представляет собой элемент или соединение, в котором валентная зона незначительно (а не существенно) перекрывает зону проводимости. Это приводит к небольшому количеству эффективных носителей заряда.[50][51] Таким образом, плотности носители заряда в элементаль полуметаллы углерод (в качестве графит, в направлении своего самолеты ), мышьяк, сурьма и висмут 3×1018 см−3, 2 ×1020 см−3, 5×1019 см−3 и 3×1017 см−3 соответственно.[52] Напротив, комнатная температура концентрация электроны в металлах обычно превышает 1022 см−3.[53]

Ссылки на «металлоид» как на устаревшие также были описаны как «вздор», отмечая, что «он точно описывает эти странные промежуточные элементы».[54]

Примечания

  1. ^ За первые семнадцать лет работы Лавуазье были переизданы в двадцати трех изданиях и на шести языках, и его «новая химия» разнеслась по Европе и Америке.[13]
  2. ^ Диван также прокомментировал[35] что не было 'четкой границы между металлами и неметаллами поскольку многие представители последнего класса обладают некоторыми металлическими свойствами » [курсив добавлен].
  3. ^ "Золотая книга " [48] содержит одну ссылку на полуметаллы в физическом смысле (см. «переход полупроводник-металл») и одну ссылку в химическом смысле (см.металлоорганические соединения '). В последней записи отмечается, что «традиционные металлы и полуметаллы» могут образовывать такие соединения, как могут »бор, кремний, мышьяк и селен '.

Цитаты

  1. ^ Партингтон 1961, стр. 148
  2. ^ Корнфорд, 1937, стр. 249–50.
  3. ^ Обрист 1990, с. 163–64.
  4. ^ а б Пол 1865, стр. 933
  5. ^ Роско и Шорлеммер 1894, стр. 3-4.
  6. ^ Партингтон, 1961, стр. 148, 192–193.
  7. ^ Jungnickel & McCormmach 1996, стр. 279–281
  8. ^ Фуркрой, стр. 380
  9. ^ Крейг 1849
  10. ^ Роско и Шорлеммер 1894, стр. 1-2.
  11. ^ Strathern 2000, стр. 239
  12. ^ а б Роско и Шормлеммер 1894, стр. 4
  13. ^ Зальцберг 1991, стр. 204
  14. ^ Пинкертон 1800, стр. 81 год
  15. ^ Эрман и Саймон (1808) "3. Dritter Bericht des Hrn. Prof. Erman und des Geh. Oberbauraths Simon über ihre gemeinschaftlichen Versuche" (Третий отчет профессора Эрмана и государственного архитектора Саймона об их совместных экспериментах), Annalen der Physik, 28 (3): 347-367. После изучения новых металлических элементов, которые выделил Хамфри Дэви, физик Пол Эрман и архитектор Пол Людвиг Саймон пришли к выводу, что калий и натрий не соответствуют традиционным критериям металлов и поэтому должны быть классифицированы как «металлоиды». С п. 347: "Hierin liegt aber eine sehr grosse Schwierigkeit, weil veilleicht keine der bekannten Substanzen einen so hohen Grad von Oxydabilität besitzt, als diese beiden Металлоид, wie man sie wohl an füglichsten vor der Hand nennen sollte. " (Однако здесь кроется очень большая трудность, потому что, возможно, ни одно из известных веществ не обладает такой высокой степенью окисляемости, как эти два металлоиды, как, пожалуй, следует называть те, [которые] наиболее доступны.)
  16. ^ Твени и Ширшов 1935
  17. ^ а б c d е Goldsmith 1982, стр. 526
  18. ^ Берцелиус 1811, стр. 258
  19. ^ Партингтон, 1964, стр. 168
  20. ^ а б Баш 1832, стр. 250
  21. ^ Глинка 1959, с. 76
  22. ^ Херольд 2006, стр. 149–150.
  23. ^ Партингтон, 1964, с. 145, 168.
  24. ^ Jorpes 1970, стр. 95
  25. ^ Берцелиус 1825, стр. 168
  26. ^ Джексон 1844, стр. 368
  27. ^ Brande & Cauvin 1845, стр. 223
  28. ^ а б Химические новости и журнал физических наук 1864
  29. ^ Оксфордский словарь английского языка 1989, неметалл
  30. ^ Kemshead 1875, стр. 13
  31. ^ Tilden 1876, стр. 171–3; 198. Он перечисляет металлоиды: H; Ti (?), Zr; V, Nb (?), Та (?); Пн, Вт, У; As, Sb, Bi; и Те. Неметаллы включают B, C, Si и Se. Однако было отмечено, что графитовый C и Si являются единственными примерами электропроводности среди неметаллов.
  32. ^ Химические новости и журнал физических наук 1888
  33. ^ Пляж 1911
  34. ^ Mayo 1917, стр. 55
  35. ^ а б Диван 1920, стр. 128
  36. ^ Новый международный словарь Вебстера 1926 г. с. 1359
  37. ^ Лундгрен и Бенсауд-Винсент 2000, стр. 409
  38. ^ Гринберг 2007, стр. 562
  39. ^ Полинг 1947, стр. 65
  40. ^ ИЮПАК 1959, стр. 10
  41. ^ а б Друг 1953, стр. 68
  42. ^ Американский институт химиков, 1969, стр. 485
  43. ^ Калифорнийское отделение Американского химического общества, 1969 г., стр. 55
  44. ^ Грант 1969, стр. 422, 604.: металлоид.- (1) обладающие физическими свойствами металлов и химическими свойствами неметаллов, например, As. (2) неметалл (неправильное использование) ... полуметалл.- элемент на полпути по свойствам между металлами и неметаллами, как мышьяк (устаревший).'
  45. ^ ИЮПАК 1971 г., стр. 11
  46. ^ Google Ngram, просмотр 11 февраля 2011
  47. ^ ИЮПАК 2005
  48. ^ а б ИЮПАК 2006–
  49. ^ Аткинс 2010 и др., Стр. 20
  50. ^ Ловетт 1977, стр. 3
  51. ^ Уилсон, 1939, стр. 21–22.
  52. ^ Фэн и Джин 2005, стр. 324
  53. ^ Sólyom 2008, стр. 91
  54. ^ Серый 2010

Рекомендации

  • Секция Калифорнии Американского химического общества 1969 г., рецензия на Химический словарь Хака (4-е изд.), Вихрь, т. 30–31
  • Американский институт химиков 1969, рецензия на книгу Химический словарь Хака (4-е изд.), Химик, т. 46
  • Аткинс П., Овертон Т., Рурк Дж., Веллер М. и Армстронг Ф. 2010, Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса, 5-е изд., Oxford University Press, Oxford, ISBN  1-4292-1820-7
  • Башня 1832 г. Очерк химической номенклатуры, приставленный к трактату по химии; Дж. Дж. Берцелиус, Американский журнал науки, т. 22. С. 248–277.
  • Бич ФК (ред.) 1911, Американа: универсальная справочная библиотека, Департамент компиляции Scientific American, Нью-Йорк, т. XIII, Мел – Нью
  • Берцелиус JJ 1811, 'Essai sur la nomenclature chimique', Journal de Physique, de Chimie, d'Histoire Naturelle, т. LXXIII, стр. 253–286
  • Берцелиус JJ 1825, Lehrbuch der Chemie (Учебник химии), т. 1, пт. 1, пер. F Wöhle, Арнольд, Дрезден
  • Бранде В.Т. и Кавин Дж. 1845, Словарь науки, литературы и искусства, Harper & Brothers, Нью-Йорк
  • Корнфорд FM 1937, Космология Платона: Тимей Платона, переведенный с постоянным комментарием Фрэнсиса Макдональда Корнфорда, Рутледж и Кеган Пол, Лондон
  • Диван JF 1920, Словарь химических терминов, Д. Ван Ностранд, Нью-Йорк
  • Фэн и Джин 2005, Введение в физику конденсированного состояния: Том 1, World Scientific, Сингапур, ISBN  1-84265-347-4
  • Фуркори AF 1789, Elémens d'histoire naturelle et de chimie, 3-е изд., Т. 2, Кюше, Париж
  • Друг JN 1953, Человек и химические элементы, 1-е изд., Charles Scribner's Sons, Нью-Йорк
  • Глинки N 1959, Общая химия, Издательство иностранных языков, Москва
  • Голдсмит Р.Х. 1982, «Металлоиды», Журнал химического образования, т. 59, нет. 6. С. 526–527, Дои:10.1021 / ed059p526
  • Грант J 1969, Химический словарь Хака [Использование в Америке и Великобритании], 4-е изд., McGraw-Hill, New York, ISBN  0-07-024064-7
  • Серый T 2010, 'Металлоиды (7)'
  • Гринберг А 2007, От алхимии до химии в картинках и рассказах, John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси
  • Герольд А 2006, «Расположение химических элементов в нескольких классах в периодической таблице в соответствии с их общими свойствами», Комптес Рендус Чими, т. 9. С. 148–153, Дои:10.1016 / j.crci.2005.10.002
  • ИЮПАК 1959 г., Номенклатура неорганической химии, 1-е изд., Баттервортс, Лондон
  • ИЮПАК 1971 г., Номенклатура неорганической химии, 2-е изд., Баттервортс, Лондон
  • ИЮПАК 2005 г., Номенклатура неорганической химии («Красная книга»), под ред. Н. Г. Коннелли и Т. Дамхуса, издательство RSC Publishing, Кембридж, ISBN  0-85404-438-8
  • ИЮПАК 2006–, Сборник химической терминологии («Золотая книга»), 2-е изд., М. Ник, Дж. Джират и Б. Косата, с обновлениями, собранными А. Дженкинсом, ISBN  0-9678550-9-8, Дои:10.1351 / goldbook
  • Джексон CT 1844, Заключительный отчет по геологии и минералогии штата Нью-Гэмпшир с вкладами в улучшение сельского хозяйства и металлургии, Кэрролл и Бейкер, Конкорд, Нью-Гэмпшир
  • Йорпес JE 1970, Jac. Берцелиус: его жизнь и творчество, пер. Б. Стил, Калифорнийский университет, Беркли
  • Кемсхед WB 1875, Неорганическая химия, Уильям Коллинз, сыновья и компания, Лондон
  • Ловетт DR 1977, Полуметаллы и узкозонные полупроводники, Пион, Лондон, ISBN  0-85086-060-1
  • Лундгрен А и Бенсауд-Винсент Б 2000, Коммуникационная химия: учебники и их аудитории, 1789–1939 гг., История науки, Кантон, Массачусетс, ISBN  0-88135-274-8
  • Mayo CA (ed.) 1917, «Вопросы и ответы Совета: вопросы, заданные Аптечным советом штата Миссури, с правильными ответами», Американский аптекарь и фармацевтический рекорд, т. 65, нет. 4, апрель, с. 53–56.
  • Обрист Б 1990, Константин Пизанский. Книга тайн алхимии: обзор естествознания середины 13 века, EJ Brill, Лейден, Нидерланды
  • Оксфордский словарь английского языка 1989, 2-е изд., Оксфордский университет, Оксфорд
  • Партингтон-младший, 1961 г., История химии, т. 2, Макмиллан, Лондон
  • Партингтон-младший, 1964 г., История химии, т. 4, Макмиллан, Лондон
  • Пауль Б.Х. 1865, «Металлы и металлоиды», в Х Ваттс (ред.), Словарь по химии и смежным отраслям других наук, т. 3, Longman, Green, Roberts & Green, Лондон, стр. 933–946.
  • Полинг L 1947, Общая химия: введение в описательную химию и современную химическую теорию, WH Freeman, Сан-Франциско
  • Пинкертон J 1800, Петралогия. Трактат о камнях, т. 2, White, Cochrane, and Co., Лондон
  • Roscoe HE & Schorlemmer FRS 1894, Трактат по химии: Том II: Металлы, Д. Эпплтон, Нью-Йорк
  • Зальцберг HW 1991, От пещерного человека до химика: обстоятельства и достижения, Американское химическое общество, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 204, г. ISBN  0-8412-1786-6
  • Sólyom J 2008, п. 91 Основы физики твердого тела: Электронные свойства, Шпрингер-Верлаг, Берлин, ISBN  3-540-85315-4
  • Strathern P 2000, Мечта Менделеева: поиски стихии, Хэмиш Гамильтон, Лондон, ISBN  0-241-14065-X
  • Химические новости и журнал физических наук 1864, «Уведомления о книгах: Руководство металлоидов», 9 января, стр. 22
  • Химические новости и журнал физических наук 1888, «Полученные книги: Справочник студентов по химии», 6 января, стр. 11
  • Томсон, Т. 1830, История химии, тома 1-2, Генри Колберн и Ричард Бентли, Лондон
  • Тилден, WA 1876, Введение в изучение химической философии, Д. Эпплтон и Ко, Нью-Йорк
  • Твени С.Ф. и Ширшов И.П. 1935 г., Техническая и научная энциклопедия Хатчинсона, т. 3, Макмиллан, Лондон
  • Новый международный словарь Вебстера 1926, «металлоид», G&C Merriam, Спрингфилд, Массачусетс.
  • Уилсон AH 1939, Полупроводники и металлы: Введение в электронную теорию металлов, Кембриджский университет, Лондон