Происхождение и использование термина металлоид
Происхождение и использование термина металлоид запутаны. Его происхождение лежит в предпринимавшихся с античности попытках описать металлы и различить типичные и менее типичные формы. Сначала его применяли к металлам, плавающим в воде ( литию , натрию и калию ), а затем, более широко, к неметаллам . Лишь недавно, с середины 20 века, его стали широко использовать для обозначения элементов с промежуточными или пограничными свойствами между металлами и неметаллами.
До 1800 г.
[ редактировать ]
Древние представления о металлах как о твердых, плавких и ковких веществах можно найти в Платона «Тимее» (ок. 360 г. до н.э.) и Аристотеля » «Метеорологии . [ 2 ] [ 3 ]
Более сложные механизмы классификации были предложены Псевдо-Гебером (в корпусе Гебера, около 1310 г.), Парацельсом ( De Natura Rerum libri nonem, 1525–156; и более поздние работы), Бэзилом Валентином (Выводы, 1624 г.) и Бурхааве (Elementa Химии, 1733). Они попытались отделить более характерные металлы от веществ, обладающих этими характеристиками в меньшей степени. К таким веществам относились цинк , сурьма , висмут , антимонит , пирит и галенит . Все они тогда назывались полуметаллами или металлами-бастардами. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
В 1735 году Брандт предложил сделать принципом этой классификации наличие или отсутствие податливости. На этом основании он отделил ртуть от металлов. Той же точки зрения придерживались Фогель (1755, Institutiones Chemiæ) и Бюффон (1785, Histoire Naturelle des Minéraux) . Тем временем Браун наблюдал затвердевание ртути под воздействием холода в 1759–1760 годах. Это было подтверждено Хатчинсом и Кавендишем в 1783 году. [ 7 ] Затем стала известна ковкость ртути, и ее включили в число металлов. [ 4 ]
В 1789 году Фуркроуа [ 8 ] подчеркнул слабость этого различия между металлами и полуметаллами. Он сказал, что это очевидно из того факта, что
- Между чрезвычайной ковкостью золота и исключительной хрупкостью мышьяка другие металлы представляли лишь незаметные градации этого характера, и потому, вероятно, не было большей разницы между ковкостью золота и свинца , который считался металлом, чем существовало между свинцом и цинком , которое относилось к полуметаллам, тогда как в веществах, промежуточных между цинком и мышьяком, различия были незначительными.
Это представление о полуметалле как о хрупком (и тем самым несовершенном) [ 9 ] [ 10 ] металла, от него постепенно отказались после публикации в 1789 году Лавуазье . «революционного» труда [ 11 ] Элементарный трактат по химии . [ 12 ] [ н 1 ]
1800–1959
[ редактировать ]
В 1800 году Пинкертон использовал слово «металлоид » в его буквальном смысле для описания минеральной разновидности пироксена , «обладающей металлическим великолепием». [ 14 ]
В 1808 году Эрман и Саймон предложили использовать термин металлоид для обозначения недавно открытых элементов натрия и калия . [ 15 ] Эти элементы были легче воды, и многие химики не считали их настоящими металлами. Предложение Эрмана и Саймона, возможно, было сделано «[в] попытке возродить это старое различие между металлами и веществами, напоминающими металлы». [ 16 ] Их предложение было проигнорировано химическим сообществом. [ 17 ]
В 1811 году Берцелиус назвал неметаллические элементы металлоидами. [ 17 ] [ 18 ] в отношении их способности образовывать оксианионы . [ 19 ] [ 20 ] Обычным оксианионом серы , например, является сульфат -ион SO. 2−
4 . Многие металлы могут делать то же самое. Хром , например, может образовывать хромат- ион CrO. 2−
4 . Терминология Берцелиуса получила широкое распространение. [ 17 ] хотя впоследствии некоторые комментаторы сочли это нелогичным, [ 20 ] неправильное применение, [ 12 ] неправильный [ 21 ] или недействителен. [ 22 ] В 1825 году в переработанном немецком издании своего «Учебника химии» [ 23 ] [ 24 ] Берцелиус разделил металлоиды на три класса. Это были: постоянно газообразные «газолиты» ( водород , азот , кислород ); настоящие металлоиды ( сера , фосфор , углерод , бор , кремний ); и солеобразующие « галогении » ( фтор , хлор , бром , йод ). [ 25 ]
В 1844 году Джексон дал определение «металлоиду» как «похожему на металлы, но лишенному некоторых из его свойств». [ 26 ] В 1845 году в Словаре науки, литературы и искусства Берцелиуса классификация элементарных тел была представлена как: I. газолиты; II. галогены ; III. металлоиды («в некоторых аспектах похожи на металлы, но в других сильно отличаются»); и IV. металлы. [ 27 ]
В 1864 году название неметаллов «металлоидами» все еще было одобрено «лучшими авторитетами». [ 28 ] хотя это не всегда казалось уместным. более уместное применение слова «металлоид» к другим элементам, таким как мышьяк . Было рассмотрено [ 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 были разделены на два класса — «неметаллы или металлоиды и металлы». Он добавил, что «прежний термин, хотя и не так удобен, поскольку является составным словом, более корректен и теперь используется повсеместно». [ 30 ]
В 1876 году Тилден протестовал против «[все еще] слишком распространенной, хотя и нелогичной практики присвоения названия металлоида таким телам, как кислород, хлор или фтор». Вместо этого он разделил элементы на («базигенные») истинные металлы, металлоиды («несовершенные металлы») и («кислородные») неметаллы. [ 31 ]
Еще в 1888 году классификация элементов на металлы, металлоиды и неметаллы, а не на металлы и металлоиды, все еще считалась странной и потенциально запутанной. [ 32 ]
Бич, писавший в 1911 году, объяснял это так: [ 33 ]
- Металлоид (греч. «металлоподобный»), в химии любой неметаллический элемент. Их 13, а именно сера , фосфор , фторин[е] , хлорин[е] , йод , бром , кремний , бор , углерод , азот , водород , кислород и селен . Различие между металлоидами и металлами незначительное. Первые, за исключением селена и фосфора, не имеют «металлического» блеска; они хуже проводят тепло и электричество , вообще не являются отражателями света и не являются электроположительными ; то есть ни один металлоид не выдержал всех этих испытаний. Этот термин, по-видимому, был введен в современный обиход вместо термина «неметаллы» именно по той причине, что не существует четкой границы между металлами и неметаллами, так что «металлоподобные» или «похожие на металлы» являются лучшим описанием класса, чем «металлоподобные». чисто отрицательные «неметаллы». Первоначально его применяли к неметаллам, твёрдым при обычной температуре .
Примерно в 1917 году Аптечный совет штата Миссури написал: [ 34 ] что:
- Можно сказать, что металл отличается от металлоида [то есть неметалла] тем, что он является превосходным 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 приводят в качестве примера металлоида из-за его металлического внешнего вида.
Мы можем заметить, что различие между металлами и неметаллами не является четко выраженным — один класс плавно переходит в другой. В случае с медью и углеродом баланс доказательств достаточно ясен, но в некоторых случаях (например, о мышьяке) с одной стороны можно сказать примерно столько же, сколько с другой, и невозможно решить, является ли этот элемент металл или неметалл. Такие элементы часто называют металлоидами.
Литтлер В., 1935, Элементарная химия , Дж. Белл и сыновья, Лондон, с. 337
В 1920-е годы популярность двух значений слова «металлоид» изменилась. Запись в словаре химических терминов, Коуч [ 35 ] определили «металлоид» как старый, устаревший термин для обозначения «неметалла». [ н 2 ] Напротив, в «Новом международном словаре Вебстера» отмечается, что использование термина «металлоид» для обозначения неметаллов является нормой. Его применение к элементам, лишь в чем-то напоминающим типичные металлы, таким как мышьяк , сурьма и теллур , было зафиксировано лишь на основе «иногда». [ 36 ]
Использование термина «металлоид» впоследствии претерпело период больших изменений вплоть до 1940 года. Консенсус относительно его применения к промежуточным или пограничным элементам не был достигнут до последующих лет, между 1940 и 1960 годами. [ 17 ]
В 1947 году Полинг включил упоминание о металлоидах в свою классическую работу. [ 37 ] и влиятельный [ 38 ] учебник «Общая химия: Введение в описательную химию и современную химическую теорию». Он описал их как «элементы с промежуточными свойствами... занимающие диагональную область [в периодической таблице], которая включает бор , кремний , германий , мышьяк , сурьму , теллур и полоний ». [ 39 ]
В 1959 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) рекомендовал «не использовать слово металлоид для обозначения неметаллов». [ 40 ] хотя в этом смысле его еще употребляли (примерно в то время), например, французы. [ 41 ]
1960 – настоящее время
[ редактировать ]В 1969 году классика [ 42 ] и авторитетный [ 43 ] Химический словарь Хака включал статьи как о «металлоидах», так и о «полуметаллах». Последний термин был назван устаревшим. [ 44 ]
В 1970 году ИЮПАК рекомендовал отказаться от термина «металлоид» из-за его продолжающегося непоследовательного использования в разных языках. Вместо этого они предложили использовать термины металл, полуметалл и неметалл. [ 41 ] [ 45 ] Несмотря на эту рекомендацию, использование термина «металлоид» резко возросло. [ 17 ] Google Ngram Viewer показал четырехкратное увеличение использования слова «металлоид» (по сравнению со словом «полуметалл») в корпусе американского английского языка с 1972 по 1983 год. британского английского С 1976 по 1983 год в корпусе произошло шестикратное увеличение. в 2011 году разница в использовании в корпусе английского языка составляла примерно 4:1 в пользу слова «металлоид». [ 46 ]
Новейшие публикации ИЮПАК по химической номенклатуре (« Красная книга », 2005 г.) [ 47 ] и терминология (« Золотая книга », 2006–) [ 48 ] не включают никаких рекомендаций относительно использования или неиспользования терминов металлоид или полуметалл. [ н 3 ]
В последнее время не рекомендуется использовать термин «полуметалл» при обсуждении таблицы Менделеева, а не «металлоид». Это связано с тем, что первый термин «имеет четко определенное и совершенно отчетливое значение » в зонной структуре . [ 49 ] где полуметалл — это элемент или соединение, в котором самые высокие занятые и самые низкие незанятые зоны перекрываются по энергии, но имеют разные импульсы . Это часто приводит к заряду лишь небольшого числа носителей заряда . [ 50 ] [ 51 ] например, плотности элементарных полуметаллов углерода (например, графита , в направлении его плоскостей ), мышьяка , сурьмы и висмута составляют 3 × 10. 18 см −3 , 2 × 10 20 см −3 , 5 × 10 19 см −3 и 3 × 10 17 см −3 соответственно. [ 52 ] Напротив, комнатной температуре обычно превышает 10 концентрация носителей заряда в металлах при 22 см −3 . [ 53 ]
Ссылки на «металлоид» как устаревшие также были названы «чепухой», отмечая, что «он точно описывает эти странные промежуточные элементы». [ 54 ]
Примечания
[ редактировать ]- ↑ За первые семнадцать лет своего существования работа Лавуазье была переиздана в двадцати трёх изданиях на шести языках, а его «новая химия» распространилась по Европе и Америке. [ 13 ]
- ^ Коуч также прокомментировал [ 35 ] что не существует «резкой границы между металлами и неметаллами, поскольку многие представители последнего класса обладают некоторыми металлическими свойствами» [курсив добавлен].
- ^ " 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 такие соединения могут образовывать «традиционные металлы и полуметаллы», а также « бор , кремний , мышьяк и селен ».
Цитаты
[ редактировать ]- ^ Партингтон 1961, с. 148
- ^ Корнфорд 1937, стр. 249–50.
- ^ Обрист 1990, стр. 163–64.
- ^ Перейти обратно: а б Павел 1865, с. 933
- ^ Роско и Шорлеммер 1894, стр. 3–4.
- ^ Партингтон 1961, стр. 148, 192–193.
- ^ Юнгникель и Маккормах 1996, стр. 279–281
- ^ Фуркрой, с. 380
- ^ Крейг 1849 г.
- ^ Роско и Шорлеммер 1894, стр. 1–2.
- ^ Стратерн 2000, с. 239
- ^ Перейти обратно: а б Роско и Шормлеммер 1894, с. 4
- ^ Зальцберг 1991, с. 204
- ^ Пинкертон 1800, с. 81
- ^ Эрман и Саймон (1808) «3-й отчет профессора Эрмана и государственного архитектора Саймона об их совместных экспериментах» , Annals of Physics , 28 (3): 347-367. Изучив новые металлические элементы, выделенные Хамфри Дэви, физик Пол Эрман и архитектор Пол Людвиг Саймон пришли к выводу, что калий и натрий не соответствуют традиционным критериям металлов и поэтому их следует классифицировать как «металлоиды». Из стр. 347: «Но здесь кроется очень большая трудность, потому что, пожалуй, ни одно из известных веществ не имеет такой высокой степени окисляемости, как эти два металлоида , как их, вероятно, следовало бы назвать вначале». (Однако здесь кроется очень большая трудность, поскольку, возможно, ни одно из известных веществ не обладает такой высокой степенью окисляемости, как эти два металлоида , как, пожалуй, следует назвать те, [которые] наиболее удобно доступны.)
- ^ Твини и Ширшов, 1935 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Голдсмит 1982, с. 526
- ^ Берцелиус 1811, с. 258
- ^ Партингтон 1964, с. 168
- ^ Перейти обратно: а б Баше 1832, с. 250
- ^ Глинка 1959, с. 76
- ^ Вестник 2006, стр. 149–150
- ^ Партингтон 1964, стр. 145, 168.
- ^ Йорпес 1970, с. 95
- ^ Берцелиус 1825, с. 168
- ^ Джексон 1844, с. 368
- ^ Бранде и Ковен 1845, с. 223
- ^ Перейти обратно: а б Химические новости и журнал физических наук 1864 г.
- ^ Оксфордский словарь английского языка , 1989 , «неметалл».
- ^ Кемсхед 1875, с. 13
- ^ Тилден 1876, стр. 171–3; 198. К металлоидам он отнес: H; Ти(?), Zr; В, Nb(?), Та(?); Мо, Вт, У; Ас, Сб, Би; и Те. Неметаллы включали B, C, Si и Se. Однако графит C и Si были отмечены как единственные примеры электропроводности среди неметаллов.
- ^ Химические новости и журнал физических наук 1888 г.
- ^ Пляж 1911 г.
- ^ Май 1917 г., с. 55
- ^ Перейти обратно: а б Кушетка 1920, с. 128
- ^ Новый международный словарь Вебстера , 1926 г., стр. 1359
- ^ Лундгрен и Бенсауд-Винсент 2000, стр. 409
- ^ Гринберг 2007, с. 562
- ^ Полинг 1947, с. 65
- ^ ИЮПАК 1959, с. 10
- ^ Перейти обратно: а б Друг 1953, с. 68
- ^ Американский институт химиков 1969, с. 485
- ^ Американское химическое общество, Калифорния, секция 1969, стр. 55
- ^ Грант 1969, стр. 422, 604 : «Металлоид. —(1) обладающие физическими свойствами металлов и химическими свойствами неметаллов, например As. (2) неметалл (неверное употребление)… полуметалл. — элемент, промежуточный по свойствам между металлами и неметаллами, например мышьяк (устаревший).
- ^ ИЮПАК 1971, с. 11
- ^ Google Ngram , просмотрено 11 февраля 2011 г.
- ^ ИЮПАК 2005 г.
- ^ Перейти обратно: а б ИЮПАК 2006–
- ^ Аткинс 2010 и др., стр. 20
- ^ Ловетт 1977, с. 3
- ^ Уилсон 1939, стр. 21–22.
- ^ Фэн и Джин 2005, с. 324
- ^ Сойом 2008, с. 91
- ^ Грей 2010
Ссылки
[ редактировать ]- Калифорнийская секция Американского химического общества, 1969 г., рецензия на химический словарь Хака (4-е изд.), The Vortex, vol. 30–31
- Американский институт химиков, 1969, рецензия на химический словарь Хака (4-е изд.), The Chemist, vol. 46
- Аткинс П., Овертон Т., Рурк Дж., Веллер М. и Армстронг Ф. 2010, Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса, 5-е изд., Oxford University Press, Оксфорд, ISBN 1-4292-1820-7
- Баче, 1832 г., эссе по химической номенклатуре, предваряющее трактат по химии; Дж. Дж. Берцелиус , Американский научный журнал, том. 22, стр. 248–277.
- Бич ФК (редактор) 1911, Американа: универсальная справочная библиотека, Сборочный отдел Scientific American, Нью-Йорк, том. XIII, Мел – Нью
- Берцелиус Дж. Дж. 1811, «Очерк химической номенклатуры», Журнал физики, химии, естественной истории, том. LXXIII, с. 253‒286
- Берцелиус Дж. Я. 1825, Учебник химии , вып. 1, ч. 1, пер. Ф Вёле, Арнольд, Дрезден
- Бранде В.Т. и Ковен Дж. 1845, Словарь науки, литературы и искусства, Harper & Brothers, Нью-Йорк.
- Корнфорд FM 1937, космология Платона: Тимей Платона, переведенный с комментариями Фрэнсиса Макдональда Корнфорда, Рутледжа и Кегана Пола, Лондон
- Couch JF 1920, Словарь химических терминов, Д. Ван Ностранд, Нью-Йорк.
- Фэн и Джин, 2005 г., Введение в физику конденсированного состояния: Том 1, World Scientific, Сингапур, ISBN 1-84265-347-4
- Фуркори А.Ф. 1789, Элементы естествознания и химии, 3-е изд., том. 2, Кюше, Париж
- Friend JN 1953, Человек и химические элементы, 1-е изд., Сыновья Чарльза Скрибнера, Нью-Йорк.
- Глинка Н 1959, Общая химия , Издательство иностранных языков, Москва
- Голдсмит Р.Х. 1982, «Металлоиды», Журнал химического образования , том. 59, нет. 6, стр. 526–527, два : 10.1021/ed059p526
- Грант Дж. 1969, Химический словарь Хака [использование в Америке и Великобритании], 4-е изд., МакГроу-Хилл, Нью-Йорк, ISBN 0-07-024064-7
- Серый Т 2010, «Металлоиды (7)»
- Гринберг А. 2007, От алхимии к химии в картинках и рассказах, John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси.
- Герольд А. 2006, «Расположение химических элементов нескольких классов внутри таблицы Менделеева в соответствии с их общими свойствами» , Comptes Rendus Chimie, vol. 9, стр. 148–153, дои : 10.1016/j.crci.2005.10.002
- ИЮПАК 1959, Номенклатура неорганической химии, 1-е изд., Баттервортс, Лондон.
- ИЮПАК 1971, Номенклатура неорганической химии, 2-е изд., Баттервортс, Лондон.
- ИЮПАК 2005, Номенклатура неорганической химии («Красная книга»), ред. Н.Г. Коннелли и Т. Дамхуса, RSC Publishing, Кембридж, ISBN 0-85404-438-8
- IUPAC 2006–, Сборник химической терминологии («Золотая книга») , 2-е изд., М. Ник, Дж. Джират и Б. Косата, с обновлениями, составленными А. Дженкинсом, ISBN 0-9678550-9-8 , два : 10.1351/золотая книга
- Джексон, Коннектикут, 1844 г., Заключительный отчет по геологии и минералогии штата Нью-Гэмпшир, с вкладом в улучшение сельского хозяйства и металлургии, Кэрролл и Бейкер, Конкорд, Нью-Гэмпшир.
- Йорпес Дж. Э. 1970, Жак. Берцелиус: его жизнь и творчество, пер. Б. Стил, Калифорнийский университет, Беркли
- Юнгникель С. и Маккормах Р. 1996, Кавендиш, Американское философское общество, Филадельфия, стр. 279–281, ISBN 978-0-87169-220-7
- Kemshead WB 1875, Неорганическая химия, William Collins, Sons & Company, Лондон
- Ловетт Д.Р. 1977, Полуметаллы и узкозонные полупроводники, Пион, Лондон, ISBN 0-85086-060-1
- Лундгрен А. и Бенсауд-Винсент Б. 2000, «Информационная химия: учебники и их аудитория», 1789–1939 , История науки, Кантон, Массачусетс, ISBN 0-88135-274-8
- Мэйо, Калифорния (редактор), 1917, «Вопросы и ответы совета: вопросы, заданные Аптекарским советом штата Миссури, с правильными ответами», American Druggist and Pharmaceutical Record, vol. 65, нет. 4, апрель, стр. 53–56.
- Обрист Б 1990, Константин Пизанский. Книга тайн алхимии: обзор естествознания середины XIII века, Э. Дж. Брилл, Лейден, Нидерланды.
- Оксфордский словарь английского языка , 1989 г., 2-е изд., Оксфордский университет, Оксфорд.
- Партингтон Дж. Р. 1961, История химии, том. 2, Макмиллан, Лондон
- Партингтон Дж. Р. 1964, История химии, том. 4, Макмиллан, Лондон
- Пол Б.Х. 1865, «Металлы и металлоиды», в книге Х. Уоттса (ред.) , Словарь химии и смежных отраслей других наук, том. 3, Лонгман, Грин, Робертс и Грин, Лондон, стр. 933–946.
- Полинг Л. 1947, Общая химия: введение в описательную химию и современную химическую теорию, WH Freeman, Сан-Франциско.
- Пинкертон Дж 1800, Петралогия. Трактат о камнях, т. 2, Уайт, Кокрейн и Ко, Лондон
- Роско Х.Э. и Шорлеммер FRS 1894, Трактат по химии: Том II: Металлы, Д. Эпплтон, Нью-Йорк
- Salzberg HW 1991, От пещерного человека к химику: обстоятельства и достижения, Американское химическое общество, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 204, ISBN 0-8412-1786-6
- Шойом Дж. 2008, с. 91 Основы физики твердого тела: Электронные свойства , Springer-Verlag, Берлин, ISBN 3-540-85315-4
- Стратерн П. 2000, Мечта Менделеева: В поисках элементов, Хэмиш Гамильтон, Лондон, ISBN 0-241-14065-X
- «Химические новости» и «Журнал физической науки» , 1864 г., «Уведомления о книгах: Руководство по металлоидам», 9 января, стр. 22
- «Химические новости» и «Журнал физической науки» , 1888 г., «Полученные книги: справочник по химии для студентов», 6 января, стр. 11
- Томсон, Т. 1830, История химии, тома 1–2, Генри Колберн и Ричард Бентли, Лондон.
- Тилден, Вашингтон, 1876 г., Введение в изучение химической философии, Д. Эпплтон и компания, Нью-Йорк.
- Твини К.Ф. и Ширшов И.П. 1935, Техническая и научная энциклопедия Хатчинсона, вып. 3, Макмиллан, Лондон
- Новый международный словарь Вебстера , 1926 г., «металлоид», G&C Merriam, Спрингфилд, Массачусетс.
- Уилсон А.Х. 1939, Полупроводники и металлы: введение в электронную теорию металлов, Кембриджский университет, Лондон.