주기율표에서 준금속(메탈로이드)의 위치와 특성 한눈에 보기

준금속(Metalloid)이란?

준금속은 금속과 비금속의 중간 특성을 가진 원소입니다. 준금속은 반금속(Semimetal)이라고도 부릅니다. 주기율표에서 녹색으로 표시된 원소들, 일반적으로 계단형 선을 경계로 하는 원소들이 준금속으로 간주됩니다.

알루미늄이 선에 인접해 있지만, 모든 특성이 금속과 같아 금속으로 간주됩니다.

준금속에 대한 표준 정의가 없고 어떤 원소가 준금속인지에 대한 완전한 합의도 없습니다. 이러한 비특이성에도 불구하고 이 용어는 화학 문헌에서 계속 사용됩니다.

일반적으로 인정되는 6대 준금속은 붕소, 실리콘, 게르마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨입니다. 덜 자주 분류되는 5개 원소는 탄소, 알루미늄, 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴입니다.

표준 주기율표에서 이 11개 원소는 모두 왼쪽 위의 붕소에서 오른쪽 아래의 아스타틴까지 p-블록의 대각선 영역에 있습니다. 일부 주기율표는 금속과 비금속 사이의 경계선을 포함하며, 준금속은 이 선 근처에서 발견됩니다.

일부 원소의 동소체는 다른 것들보다 더 뚜렷한 금속, 준금속, 비금속 행동을 보입니다. 탄소의 경우 다이아몬드 동소체는 비금속적이지만, 흑연 동소체는 전기 전도성을 보여 준금속적 특성을 보입니다. 인, 주석, 셀레늄, 비스무트도 경계선 행동을 보이는 동소체를 가집니다.

준금속은 금속 같은 외관을 가지지만 대부분의 화학 반응에서 비금속처럼 행동합니다. 모든 준금속은 상온에서 고체입니다. 금속보다 훨씬 부서지기 쉽지만 전기 전도성은 훨씬 떨어집니다. 준금속이 가진 혼합 특성은 금속 합금, 난연제, 반도체/전자제품 등 광범위한 실용적 응용을 제공합니다.

주기율표에서 준금속의 위치는?

준금속은 금속과 비금속 사이의 경계선 양쪽에 위치합니다. 이는 일부 주기율표에서 다양한 구성으로 찾아볼 수 있습니다. 선의 왼쪽 아래 원소들은 일반적으로 금속적 행동이 증가하고, 오른쪽 위 원소들은 비금속적 행동이 증가합니다. 규칙적인 계단형으로 제시될 때, 각 그룹에서 가장 높은 임계 온도를 가진 원소들(Li, Be, Al, Ge, Sb, Po)이 선 바로 아래에 위치합니다.

준금속은 금속과 비금속 사이에 위치합니다. 주기율표에서 주황색으로 표시된 부분이 준금속입니다. 이들은 금속과 비금속 사이의 경계선을 형성합니다.

즉, 준금속(반금속)은 후기 전이 금속의 오른쪽과 비금속의 왼쪽에 위치합니다. 또한 준금속은 주기율표 p-블록의 대각선 영역에 존재한다고 할 수 있습니다.

준금속의 공통 특성

준금속은 비금속과 금속의 특성 사이에 있는 특성을 가집니다. 대부분의 준금속은:

• 금속과 비슷한 외관을 가집니다.
• 금속보다 전도성이 낮습니다.
• 금속보다 더 부서지기 쉽습니다.
• 일반적으로 비금속적 화학적 특성을 가집니다.
• 준금속의 전기음성도는 비금속과 금속 사이에 있습니다.
• 준금속의 이온화 에너지도 비금속과 금속 사이에 있습니다.
• 반금속/준금속은 비금속의 일부 특성과 금속의 일부 특성을 가집니다.
• 준금속의 반응성은 상호작용하는 원소의 특성에 따라 달라집니다.
• 준금속은 좋은 반도체인 경향이 있습니다.
• 준금속은 금속 광택을 가질 수 있지만, 비금속적 외관을 가진 동소체도 가질 수 있습니다.
• 준금속은 보통 부서지기 쉽고, 드문 조건이 아니면 비고체 상태가 되지 않습니다.
• 준금속은 화학 반응에서 일반적으로 비금속처럼 행동하며, 금속과 합금을 만들 수 있습니다.

요약하자면, 준금속의 물리적 특성과 화학적 특성을 빠르게 살펴보겠습니다.

준금속의 물리적 특성

물리적 특성은 원소의 물질을 변경하지 않고, 분자 그룹을 물질로 변경하지 않고 기록하거나 관찰할 수 있는 특성입니다. 물리적 특성에는 어는점, 밀도 등이 포함됩니다.

준금속의 물리적 특성은 다음과 같습니다:

• 준금속은 고체 상태입니다.
• 일반적으로 준금속은 금속 광택을 가집니다. 준금속은 탄성이 낮아 매우 부서지기 쉽습니다.
• 준금속은 반도체 원소이며, 평균적인 열 전도를 허용합니다.

준금속의 화학적 특성

화학적 특성은 물질이 다른 물질과 어떻게 상호작용/반응하는지, 또는 한 물질에서 다른 물질로 어떻게 변화하는지 정의하는 특성입니다. 화학적 특성은 화학 반응에서만 정량화될 수 있습니다. 화학 반응에는 녹슬기, 타기, 변색, 폭발 등이 포함됩니다.

준금속의 화학적 특성은 다음과 같습니다:

• 준금속은 산화될 때 쉽게 기체를 형성합니다.
• 준금속은 금속과 결합하여 합금을 만들 수 있습니다.
• 준금속은 서로 다른 금속적, 비금속적 동소체를 가집니다.
• 준금속이 녹을 때 일부는 수축합니다.
• 준금속은 할로겐과 반응하여 화합물을 형성할 수 있습니다.

준금속의 특징적 특성

• 준금속은 고체입니다.
• 금속 광택이 있고 일반적으로 금속처럼 보입니다.
• 부서지기 쉽고 쉽게 산산조각 납니다.
• 준금속은 전기를 전도하지만 금속만큼 잘하지는 못합니다.
• 화학적으로 비금속처럼 행동하여 쉽게 음이온을 형성하고, 여러 산화수를 가지며, 공유 결합을 형성합니다.
• 이온화 에너지와 전기음성도는 금속과 비금속 값 사이에 있습니다.

준금속은 단 6개 원소만 확실하게 분류되는 가장 작은 원소 그룹입니다. 최외각 에너지 껍질에 3~6개의 원자가 전자를 가질 수 있습니다. 이것이 반응성/화학적 행동의 동인입니다.

3개의 원자가 전자만 가진 붕소는 화학 반응에서 전자를 내어줌으로써 금속처럼 행동합니다. 4개 이상의 원자가 전자를 가진 다른 준금속들은 반응에서 전자를 얻음으로써 비금속처럼 행동하는 경향이 있습니다.

붕소부터 개별 준금속에 대한 사실을 알아보겠습니다.

주기율표 준금속 예시

1. 붕소(Boron)

붕소는 다양한 화합물에 통합될 수 있는 다재다능한 원소입니다. 붕규산 유리는 열충격에 극도로 강합니다. 붕규산 유리를 포함하는 물체의 온도 급변은 다른 유리 조성물이라면 균열이나 파손을 일으킬 수 있는 상황에서도 재료에 손상을 주지 않습니다.

강도 덕분에 붕소 필라멘트는 비행기, 골프 클럽, 낚싯대용 경량 고강도 재료로 사용됩니다. 사붕산나트륨은 단열재로 유리섬유에 널리 사용되며 많은 세제와 세정제에도 사용됩니다.

2. 실리콘(Silicon)

실리콘은 전형적인 준금속입니다. 금속처럼 광택이 있지만 비금속처럼 부서지기 쉽습니다. 실리콘은 금속과 비금속 사이의 전기 전도성을 가지므로 컴퓨터 칩과 기타 전자제품에 광범위하게 사용됩니다.

강력한 반도체로, 높은 온도에서 전기를 더 효율적으로 전도합니다. 실리케이트라 불리는 실리콘 화합물은 지구 지각의 거의 90%를 구성하며, 순수 실리콘은 희귀합니다. 그러나 소행성, 위성, 우주 먼지에서는 비교적 흔합니다. 실리케이트는 시멘트, 도자기, 세라믹 제조에 자주 사용됩니다.

21세기에는 반도체 전자공학 개발에서의 중요성을 통해 실리콘이 세계 경제에 막대한 영향을 미쳤습니다. 순수 실리콘은 집적 회로 칩과 트랜지스터 개발에 필수적이었으며, 둘 다 휴대폰, TV, 가전제품 같은 현대 전자 기기의 핵심 구성 요소입니다.

3. 게르마늄(Germanium)

게르마늄은 광택 있는 회백색 고체입니다. 밀도는 5.323 g/cm³이며 단단하고 부서지기 쉽습니다. 상온에서는 대부분 비반응성이지만 뜨거운 진한 황산이나 질산에 의해 천천히 공격받습니다. 게르마늄은 녹은 가성소다와 반응하여 게르마네이트 나트륨(Na₂GeO₃)과 수소 기체를 생성합니다. 938°C에서 녹습니다.

또한 좋은 반도체이며 지구상에서 순수 원소 형태로 거의 발견되지 않습니다. 게르마늄은 다이아몬드 구조로 결정화되는 경우가 많습니다. 드미트리 멘델레예프(Dimitri Mendeleev)는 게르마늄이 실제로 발견되기 수년 전에 존재를 예측했으며, 주기적 경향과 다른 준금속 및 인접 원소에 대한 이해를 통해 많은 특성을 예측할 수 있었습니다.

실리콘처럼 게르마늄도 현대 기술에 필수적이지만, 주로 준금속 사촌과는 다른 용도로 사용됩니다. 게르마늄은 적외선 광학, 태양 에너지, 수많은 금속 합금에 자주 사용됩니다.

4. 비소(Arsenic)

비소는 회색의 금속성 고체입니다. 밀도는 5.727 g/cm³이며 부서지기 쉽고 적당히 단단합니다(알루미늄보다 단단하고 철보다는 부드러움). 건조한 공기에서 안정적이지만 습한 공기에서는 황금빛 청동색 파티나가 생기며 더 노출되면 검게 변합니다.

비소는 질산과 진한 황산에 공격받습니다. 융해 가성소다와 반응하여 아세나이트 나트륨(Na₃AsO₃)과 수소 기체를 생성합니다. 비소는 615°C에서 승화합니다. 증기는 레몬색이며 마늘 냄새가 납니다. 비소는 38.6기압 하에서만 817°C에 녹습니다.

비금속과 쉽게 공유 결합을 형성합니다. 합금, 전자제품, 살충제/제초제 용도로 응용되지만, 비소의 독성으로 인해 이러한 용도는 감소하고 있습니다.

살충제로서의 효과로 인해 비소는 목재 방부제로 사용되었습니다. 그룹 A 발암물질로 분류됩니다. 독성에도 불구하고 인체 대사에 극소량의 비소가 필요하지만 그 메커니즘은 알려져 있지 않습니다.

5. 안티모니(Antimony)

안티모니은 푸른 빛이 도는 은백색 고체로 화려한 광택을 가집니다. 밀도는 6.697 g/cm³이며 부서지기 쉽고 적당히 단단한 물질로 전기의 나쁜 도체입니다. 상온에서 공기와 수분에 안정적입니다. 납과 함께 사용하면 혼합물의 경도와 강도를 높입니다. 이 물질은 전자 및 반도체 소자 제작에 중요한 역할을 합니다.

산업용 안티모니의 약 절반은 배터리, 탄환, 합금, 케이블, 배관 장비 생산에 사용됩니다. 다른 준금속과 일관되게 고순도 안티모니는 반도체 기술에 사용될 수 있습니다.

자연에서 비소의 약 1/5 풍부도로 발견됩니다. 안티모니는 비소와 유사한 원자 구조를 가지며, 가장 바깥쪽 껍질에 세 개의 반쯤 찬 전자 껍질을 가집니다. 일반적으로 공유 결합을 형성하며 할로겐(황 등)과 매우 반응성이 높고, 탈 때 화려한 푸른 화염을 냅니다.

6. 텔루륨(Tellurium)

텔루륨은 은백색의 광택 있는 고체입니다. 밀도는 6.24 g/cm³, 부서지기 쉽고, 일반적으로 인정되는 준금속 중 가장 부드러우며 황보다 약간 단단합니다. 큰 텔루륨 조각은 공기에서 안정적입니다. 미세 분말 형태는 수분 존재 시 공기에 의해 산화됩니다. 텔루륨은 끓는 물이나, 신선하게 침전된 경우 50°C에서도 이산화물과 수소를 생성하며 반응합니다.

텔루륨은 안티모니와 유사한 설명을 보이는 준금속입니다. 텔루륨은 황과 셀레늄과 매우 반응성이 높으며 탈 때 녹청색 화염을 보입니다. 산업적으로 강철 첨가제로 사용되며 알루미늄, 구리, 납, 주석과 합금할 수 있습니다.

안티모니처럼 텔루륨도 다른 금속을 강화할 수 있지만, 앞서 언급한 금속에 첨가하면 부식도 감소시킵니다. 또한 빛에 노출될 때 특히 강한 반도체 역할을 합니다. 자연에서 대부분의 텔루륨은 석탄에서 발견되며, 일부 식물에서 미량 발견됩니다.

7. 폴로늄(Polonium)

폴로늄은 몇 가지 면에서 "분명히 금속적"입니다. 두 동소체 형태 모두 금속 전도체입니다. 산에 용해되어 장미색 Po²⁺ 양이온을 형성하고 수소를 치환합니다: Po + 2H⁺ → Po²⁺ + H₂. 많은 폴로늄 염이 알려져 있습니다. 산화물 PoO₂는 주로 염기성입니다.

폴로늄은 가장 가벼운 동족 원소인 산소와 달리 산화제 역할을 꺼립니다: 수용액에서 Po²⁻ 음이온 형성을 위해서는 강한 환원 조건이 필요합니다.

폴로늄이 연성인지 부서지기 쉬운지는 불분명합니다. 계산된 탄성 상수를 기반으로 연성으로 예측됩니다. 단순 입방 결정 구조를 가집니다. 이러한 구조는 슬립 시스템이 적어 "매우 낮은 연성, 따라서 낮은 파단 저항"을 초래합니다.

폴로늄은 할라이드에서 비금속적 특성을 보이며, 폴로나이드(polonides)의 존재로 비금속적 특성을 보입니다. 할라이드는 일반적으로 비금속 할라이드의 특성을 가집니다. 500-1,000°C에서 원소들을 함께 가열하여 얻은 많은 금속 폴로나이드(Po²⁻ 음이온 포함)도 알려져 있습니다.

8. 아스타틴(Astatine)

할로겐으로서 아스타틴은 비금속으로 분류되는 경향이 있습니다. 그러나 뚜렷한 금속적 특성을 가져 때로는 준금속으로, 드물게는 금속으로 분류되기도 합니다. 1940년 생성 직후 초기 연구자들은 이를 금속으로 간주했습니다.

1949년 가장 비활성(환원하기 어려운) 비금속이자 비교적 비활성(산화하기 어려운) 금속이라고 불렸습니다. 1950년 할로겐이므로 반응성 비금속으로 기술되었습니다. 2013년 상대론적 모델링 기반으로 아스타틴은 면심입방 결정 구조를 가진 단원자 금속으로 예측되었습니다.

여러 저자가 아스타틴 일부 특성의 금속적 본질에 대해 논평했습니다. 요오드가 평면 방향에서 반도체이고, 할로겐이 원자 번호 증가에 따라 더 금속적이 되므로, 아스타틴이 응축상을 형성할 수 있다면 금속일 것으로 추정됩니다.

증발 엔탈피가 ~42 kJ/mol보다 큰 원소는 액체 상태에서 금속적입니다. 이런 원소에는 붕소, 실리콘, 게르마늄, 안티모니, 셀레늄, 텔루륨이 포함됩니다. 아스타틴은 이 기준에 따라 액체 상태에서 금속적일 수 있습니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

준금속이란?

준금속은 금속과 비금속의 중간 특성을 가진 원소입니다. 준금속은 반금속이라고도 부릅니다. 주기율표에서 노란색으로 표시된 원소들, 일반적으로 계단형 선을 경계로 하는 원소들이 준금속으로 간주됩니다.

주기율표에서 준금속은 어디에 있는가?

준금속은 금속과 비금속 사이의 경계선 양쪽에 위치합니다. 이는 일부 주기율표에서 다양한 구성으로 찾아볼 수 있습니다. 선의 왼쪽 아래 원소들은 일반적으로 금속적 행동이 증가하고, 오른쪽 위 원소들은 비금속적 행동이 증가합니다.

대표적인 8대 준금속은?

붕소, 실리콘, 게르마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨이 일반적으로 준금속으로 인정됩니다. 저자에 따라 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴 중 하나 이상이 목록에 추가되기도 합니다.

준금속의 특성은?

준금속의 특징적 특성:

• 준금속은 고체입니다.
• 금속 광택이 있고 일반적으로 금속처럼 보입니다.
• 부서지기 쉽고 쉽게 산산조각 납니다.
• 준금속은 전기를 전도하지만 금속만큼 잘하지는 못합니다.

지구상에서 가장 희귀한 원소는?

CERN의 ISOLDE 핵물리 시설을 이용한 연구팀이 지구상에서 자연적으로 존재하는 가장 희귀한 원소인 아스타틴의 전자 친화도를 최초로 측정했습니다.

왜 폴로늄이 준금속인가?

폴로늄은 주기율표에서 금속, 준금속, 비금속이 될 수 있는 위치에 있습니다. 전기 전도도가 온도 상승에 따라 감소하므로 금속으로 분류됩니다.

주기율표에 준금속은 몇 개인가?

준금속은 단 6개입니다. 실리콘 외에 붕소, 게르마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨이 포함됩니다. 준금속은 주기율표에서 금속과 비금속 사이에 위치합니다. 특성 면에서도 금속과 비금속 사이에 있습니다.

준금속에 대한 5가지 사실은?

준금속 사실:

• 지구 지각에서 가장 풍부한 준금속은 실리콘으로, 산소에 이어 전체에서 두 번째로 풍부한 원소입니다.
• 자연 발생 준금속 중 가장 희귀한 것은 텔루륨입니다.
• 준금속은 전자 산업에서 가치가 높습니다.
• 비소와 폴로늄은 독성이 강한 준금속입니다.

준금속의 5대 특성은?

준금속의 5가지 주요 특성

• 금속과 비금속 사이의 중간 특성.
• 물리적 외관은 금속과 유사.
• 전기의 반도체.
• 부서지기 쉬움.
• 화학적 특성은 금속보다 비금속과 더 유사.

준금속은 좋은 도체인가?

대부분의 준금속은 금속 광택을 가지지만 열과 전기의 나쁜 도체입니다.

프란슘은 금속인가?

프란슘(Fr), 주기율표 1족(Ia)에서 가장 무거운 화학 원소는 알칼리 금속 그룹입니다.

폴로늄은 준금속인가?

붕소(B), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 비소(As), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)은 준금속으로 간주됩니다.

붕소는 준금속인가?

붕소는 기호 B, 원자 번호 5의 화학 원소입니다. 준금속으로 분류되며, 상온에서 고체입니다.

네, 붕소(B)는 금속과 비금속의 특성을 모두 가지므로 준금속입니다. 붕소는 Na, K 등 강한 전기양성 금속과 반응할 때 비금속처럼 행동하고, F와 반응해 BF₃를 생성할 때 금속처럼 행동합니다.

다시 비금속처럼 붕소 수소화물을 형성합니다(NaH/KH 같은 이온성 수소화물이 아닌 CH₄, PH₃ 같은 공유 수소화물). 또한 B³⁺은 경계선 산의 예시로, B³⁺은 '공생(symbiosis)'을 보입니다(BF₃는 강한 산, BH₃는 약한 산). 이 사실도 붕소가 준금속/반금속임을 시사합니다.

실리콘은 준금속인가?

탄소와 달리 실리콘은 준금속으로, 사실 지구에서 가장 흔한 준금속입니다. "준금속"은 비금속보다 전자 흐름, 전기를 더 잘 전도하지만 금속만큼은 아닌 원소에 적용되는 용어입니다.

실리콘은 일부 특성이 금속과 유사하고 일부는 비금속과 유사하므로 준금속으로 분류됩니다. 예를 들어 실리콘은 청회색 금속 광택이 있지만 전기의 놀라운 도체는 아닙니다.

알루미늄은 준금속인가?

비특이성에도 불구하고 이 용어는 화학 문헌에서 계속 사용됩니다. 일반적으로 인정되는 6대 준금속은 붕소, 실리콘, 게르마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨입니다. 덜 자주 분류되는 5개 원소: 탄소, 알루미늄, 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴.

알루미늄은 연성과 전연성을 가진 금속입니다. 주기율표에서 금속, 비금속, 준금속을 구분하는 선을 따라 위치하므로 일부 특이한 특성이 준금속처럼 보이게 하지만 준금속은 아닙니다.

아스타틴(At)은 준금속인가?

붕소(B), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 비소(As), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)은 준금속으로 간주됩니다. 준금속은 비금속과 금속 사이의 열과 전기를 전도하며 일반적으로 산화물을 형성합니다.

또한 코지모르(Kozimor)가 지적하듯, 아스타틴은 쉬운 화학적 분류를 거부합니다. 주기율표에서 할로겐 원소 열에 있지만, 붕소와 실리콘 같은 준금속을 포함하는 대각선 선에도 위치합니다. 반응에서 때로는 할로겐처럼, 때로는 금속처럼 행동합니다.

안티모니(Sb)는 준금속인가?

안티모니는 기호 Sb, 원자 번호 51의 화학 원소입니다. 준금속으로 분류되며, 상온에서 고체입니다.

게르마늄은 준금속인가?

게르마늄은 탄소와 실리콘과 같은 그룹에 속하지만 주석과 납과도 같은 그룹입니다. 게르마늄 자체는 준금속으로 분류됩니다.

준금속으로서 게르마늄은 금속과 비금속의 특성을 모두 가집니다. 또한 반도체로, 절연체와 도체 사이의 전기 전도성을 가집니다. 이 특성이 전자제품에 사용되게 했습니다.

탄소는 준금속인가?

탄소는 비금속이며, 이 그룹의 나머지 원소들은 금속입니다. 15족은 질소 그룹이라고 합니다. 이 그룹의 준금속은 비소와 안티모니입니다. 15족에는 두 비금속과 한 금속도 포함됩니다.

주기율표에 준금속은 몇 개인가?

준금속은 단 6개입니다. 실리콘 외에 붕소, 게르마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨이 포함됩니다. 준금속은 주기율표에서 금속과 비금속 사이에 위치합니다. 특성 면에서도 금속과 비금속 사이에 있습니다.