준금속

1. 개요

준금속(metalloid)은 금속과 비금속의 중간 성질을 보이는 원소로, 명확한 정의가 없어 어떤 원소를 준금속으로 분류할지는 기준에 따라 다르다. 일반적으로 붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루륨이 준금속으로 인정받으며, 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴도 포함되기도 한다. 준금속은 전기 음성도, 이온화 에너지, 밴드 구조, 공간 충진율 등 다양한 기준에 따라 분류되며, 금속과 비금속의 성질을 혼합하여 나타낸다. 이러한 특성으로 인해 합금, 반도체, 의약품, 유리, 난연제 등 다양한 분야에 활용된다.

2. 정의 및 분류

준금속은 금속과 비금속의 중간 성질을 가지거나, 두 성질을 모두 가지고 있어 명확하게 분류하기 어려운 원소이다.

일반적으로 다음 6가지 원소가 준금속으로 분류된다.

* 붕소(B)
* 규소(Si)
* 게르마늄(Ge)
* 비소(As)
* 안티몬(Sb)
* 텔루르(Te)

이 외에도, 종종 셀레늄(Se), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)이 준금속으로 분류되기도 한다. 붕소는 단독으로 또는 규소와 함께 준금속에서 제외되기도 하며, 텔루르 역시 자주 제외된다. 또한, 안티몬, 폴로늄, 아스타틴을 준금속에 포함하는 것에 대해 의문을 제기하는 경우도 있다.

준금속은 금속과 비금속 사이에서 모호한 완충 지대를 형성하는 분류 기준으로 설명된다. 준금속이라는 용어에는 보편적으로 합의된 엄격한 정의가 없으므로, 어떤 원소가 준금속에 포함되는지는 분류 기준에 따라 달라진다. 주기율표에서 금속 원소에서 비금속 원소로 갈수록 원소의 성질이 연속적으로 변화하기 때문에 준금속 분류를 위한 표준 기준이 부족하다는 것이 반드시 문제가 되는 것은 아니며, 그 연속적인 변화의 부분을 다루는 준금속이라는 집합은 원소 분류라는 목적에 잘 부합한다.

2.1. 판단 기준

준금속은 금속과 비금속의 중간 성질을 가지거나, 두 성질을 모두 가지고 있어 명확하게 분류하기 어려운 원소이다. 이는 문헌에서 일관되게 인용되는 준금속의 일반적인 정의이다.,,,

대부분의 원소는 금속과 비금속의 성질을 혼합하여 가지고 있으며, 어떤 성질이 더 두드러지는지에 따라 분류될 수 있다. 예를 들어, 금은 혼합된 성질을 가지고 있지만 여전히 "금속의 왕"으로 인정받는다. 금은 높은 전기 전도도, 양이온 형성과 같은 금속적 거동 외에도 다음과 같은 비금속적 거동을 보인다.
* 표준 전극 전위표에서 가장 높은 전극 전위를 갖는다.
* 금속 중에서 세 번째로 높은 이온화 에너지를 갖는다.
* 가장 높은 전자 친화도를 갖는다.
* 2.54의 전기 음성도는 금속 중 가장 높으며 일부 비금속보다 높다.
* Au⁻ 아우리드 음이온을 형성하여 할로겐처럼 작용한다.
* "금 친화성"으로 알려진 경향을 때때로 보이며, 자신과 결합하는 경향이 있다.

금속적 또는 비금속적 성질이 충분히 명확하게 우세하지 않은 경계에 있는 원소만 준금속으로 분류된다.

붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루르는 일반적으로 준금속으로 인정된다. 저자에 따라 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴 중 하나 이상이 때때로 목록에 추가되기도 한다.

준금속에 대한 널리 받아들여지는 정의나 주기율표를 금속, 준금속, 비금속으로 나누는 방법은 존재하지 않는다. 평균적으로 준금속 목록에는 7개의 원소가 포함된다. 개별적인 분류 방식은 공통점을 공유하고 애매하게 정의된 경계에서 다릅니다.

전기음성도와 같은 단일 정량적 기준이 일반적으로 사용되는데, 준금속의 전기음성도 값은 1.8 또는 1.9에서 2.2까지이다. 일반적으로 인식되는 준금속의 충진 효율은 34%에서 41% 사이이다.

다른 저자들은 원자 전도도 또는 벌크 배위수에 의존하기도 한다.

준금속은 약 200 kcal/mol(837 kJ/mol)의 이온화 에너지와 약 2.0에 가까운 전기음성도 값을 가진다. 또한 준금속은 일반적으로 반도체이지만, 안티몬과 비소는 금속에 가까운 전기 전도도를 가진다.

금속과 비금속의 경계에 있는 원소들은 항상 준금속으로 분류되는 것은 아니며, 금속과 비금속 사이의 결합 유형을 결정하는 규칙을 설정하는 데 이진 분류가 용이할 수 있다.

2.2. 기준 기반

준금속은 금속과 비금속의 중간 성질을 가지거나, 두 성질을 모두 가지고 있어 명확하게 분류하기 어려운 원소이다. 대부분의 원소는 금속과 비금속의 성질을 모두 가지며, 어떤 성질이 더 두드러지는지에 따라 분류된다. 금속 또는 비금속 성질이 뚜렷하게 나타나지 않는 경계 영역의 원소들이 준금속으로 분류된다.

붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루르는 일반적으로 준금속으로 분류된다. 때때로 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴이 준금속 목록에 추가되기도 한다. 붕소는 단독으로 또는 규소와 함께 준금속에서 제외되기도 하며, 텔루르를 준금속으로 간주하지 않는 경우도 있다. 안티몬, 폴로늄, 아스타틴을 준금속에 포함하는 것에 대해서는 이견이 존재한다.

수소, 베릴륨, 질소, 인, 황, 아연, 갈륨, 주석, 아이오딘, 납, 비스무트, 라돈 등 다른 원소들도 때때로 준금속으로 분류된다. '준금속'이라는 용어는 금속 광택과 전기 전도도를 가지면서 양쪽성인 원소(예: 비소, 안티몬, 바나듐, 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 납, 알루미늄)에도 사용된다. p-블록 금속이나 금속과 합금을 만들거나 성질을 변화시킬 수 있는 비금속(예: 탄소, 질소)도 준금속으로 간주되기도 한다.

준금속의 정의나 주기율표를 금속, 준금속, 비금속으로 나누는 통일된 기준은 없다. Hawkes는 여러 시도에서 문제점을 발견하며 특정 정의를 내리는 것이 가능한지 의문을 제기했다. Sharp는 어떤 원소를 준금속으로 분류하는 것은 "임의적"이라고 언급했다.

준금속의 수와 종류는 분류 기준에 따라 달라진다. Emsley는 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루르 4가지를 준금속으로 인정했다. James 외는 붕소, 탄소, 규소, 셀레늄, 비스무트, 폴로늄, 모스코븀, 리버모륨을 포함하여 12가지를 열거했다. 여러 목록에는 평균적으로 7개의 원소가 포함된다. 개별적인 분류는 공통점을 공유하면서도 명확하게 정의되지 않은 경계에서 차이를 보인다.

전기 음성도와 같은 단일 기준이 사용되기도 하는데, 준금속은 1.8 또는 1.9에서 2.2 사이의 전기음성도 값을 갖는다. 충진 효율(결정 구조에서 원자가 차지하는 부피 비율)이나 Goldhammer–Herzfeld 기준 비율도 사용된다. 일반적으로 인정되는 준금속의 충진 효율은 34%에서 41% 사이이다. 원자 반지름의 세제곱을 몰 부피로 나눈 값과 거의 같은 Goldhammer–Herzfeld 비율은 원소의 금속성을 측정하는 간단한 방법이며, 인식된 준금속의 비율은 약 0.85에서 1.1이며 평균 1.0이다.

다른 저자들은 원자 전도도 또는 벌크 배위수 등의 기준을 사용하기도 한다.

과학에서 분류의 역할에 대한 논문에서 Jones는 "[계급]은 일반적으로 두 개 이상의 속성으로 정의된다"고 언급했다. Masterton과 Slowinski는 일반적으로 준금속으로 인정되는 6가지 원소를 설명하기 위해 세 가지 기준을 사용했다. 즉, 준금속은 약 200kcal/mol (837kJ/mol)의 이온화 에너지와 약 2.0에 가까운 전기음성도 값을 가지며, 일반적으로 반도체이지만 안티몬과 비소(물리적 관점에서 준금속)는 금속에 가까운 전기 전도도를 갖는다고 설명했다. 셀레늄과 폴로늄은 이 기준에서 제외될 가능성이 있으며, 아스타틴의 상태는 불확실하다.

Vernon은 준금속을 표준 상태에서 (a) 반도체 또는 준금속의 전자 띠 구조, (b) 중간 정도의 제1 이온화 포텐셜(약 750kJ/mol~1000kJ/mol), (c) 중간 정도의 전기음성도(1.9~2.2)를 갖는 화학 원소로 제안했다.

일반적으로 원소는 화학적, 물리적 성질에 따라 금속 또는 비금속으로 분류된다. 그러나 일부 원소는 중간적인 성질을 가지거나, 두 가지 성질을 모두 가지고 있기 때문에, 그 특성에 따른 분류가 어렵다. 따라서 이러한 원소는 종종 준금속으로 분류된다. 준금속을 나타내는 metalloid라는 단어는 라틴어 metallum(금속)과 그리스어 oeides(모양이나 외관이 유사하다는 의미)에서 유래했다. 한국어로는 준금속 외에 준금속, 아금속, 또는 그대로 메탈로이드라고도 불린다. 준금속은 금속과 비금속 사이에서 모호한 완충 지대를 형성하는 분류 기준으로 설명된다.

3. 주기율표에서의 위치

준금속은 주기율표에서 금속과 비금속 사이의 경계선 양쪽에 위치한다. 이 경계선은 다양한 형태로 여러 주기율표에 나타난다. 경계선의 왼쪽 아래에 있는 원소들은 일반적으로 금속적 성질이 증가하고, 오른쪽 위에 있는 원소들은 비금속적 성질이 증가한다. 일반적인 계단 형태로 나타낼 때, 각 주기에서 가장 높은 임계 온도를 갖는 원소들(Li, Be, Al, Ge, Sb, Po)은 경계선 바로 아래에 위치한다.

준금속의 대각선 배열은 유사한 성질을 가진 원소들이 수직 족에 위치하는 경향에 대한 예외를 나타낸다. 이와 관련된 현상은 다른 대각선 유사성에서도 볼 수 있는데, 특히 리튬-마그네슘, 베릴륨-알루미늄, 붕소-규소 사이에서 나타난다. 이러한 유사성은 탄소-인, 질소-황, 그리고 세 개의 d-블록 계열로 확장된다고 주장되기도 한다.

이러한 예외는 핵전하의 경쟁적인 수평 및 수직 경향으로 인해 발생한다. 주기를 따라 이동하면서 핵전하는 원자 번호와 함께 증가하고 전자의 수도 증가한다. 핵전하가 증가함에 따라 외각 전자에 대한 추가적인 인력은 더 많은 전자를 갖는 것의 차폐 효과보다 일반적으로 크다. 따라서 원자는 불규칙성이 있지만 크기가 작아지고, 이온화 에너지는 증가하며, 주기에서 강한 금속 원소에서 약한 금속 원소, 약한 비금속 원소, 강한 비금속 원소로 점진적인 성질 변화가 나타난다. 주족을 따라 내려가면, 증가하는 핵전하의 효과는 추가 전자가 원자핵에서 더 멀리 떨어져 있기 때문에 일반적으로 그 효과가 상쇄된다. 원자는 일반적으로 크기가 커지고, 이온화 에너지는 떨어지며, 금속적 성질은 증가한다. 결과적으로 금속-비금속 전이 영역의 위치는 족을 따라 내려갈수록 오른쪽으로 이동하고, 주기율표의 다른 곳에서도 유사한 대각선 유사성이 나타난다.

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📌 열 고정 해제

준금속으로 분류되는 원소의 분포와 인식 현황
1	2		12	13	14	15	16	17	18
H									He
Li	Be			B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg			Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca		Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr		Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba		Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra		Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og
주기율표의 1~2족과 12~18족을 보여주는 발췌본과 금속과 비금속 사이의 경계선. 백분율은 준금속 목록 목록에 나오는 중간 출현 빈도. 산발적으로 인식되는 원소는 준금속의 범위가 때때로 매우 넓게 설정됨을 보여줌. 준금속 목록 목록에는 나와 있지 않지만, 준금속으로 지정하는 것에 대한 개별적인 언급은 문헌에서 찾아볼 수 있음(본 문서에서 인용됨).

금속과 비금속을 구분하는 경계선의 개념은 적어도 1869년 이전의 문헌에서 기술되어 있다. 1891년, 워커는 금속과 비금속의 경계로 주기율표에 사선을 그어 "도표화"한 것을 발표했다. 1906년, 알렉산더 스미스는 그의 매우 영향력 있는 교과서 Introduction to General Inorganic Chemistry에서 비금속을 나머지 원소와 분리하는 지그재그 선을 주기율표에 포함시켰다.

1923년, 미국의 화학자인 호러스 그로브스 데밍은 그의 저서 General Chemistry: An elementary survey에서 금속과 비금속을 분리하는 계단형 선을 단주기율표(멘델레예프의 주기율표)와 각 족을 18열로 나열한 일반적인 주기율표 각각에 포함시켰다. 1928년, 머크는 당시 미국 학교에서 널리 보급되었던 데밍의 18열 주기율표 배포를 준비했고, 1930년대까지는 데밍의 주기율표가 화학 핸드북과 백과사전에 실리게 되었다. 그것은 또한 사전트 웰치 사에 의해 오랫동안 배포되었다.

일부 저자들은 금속과 비금속의 경계선에 접해 있는 원소를 준금속으로 분류하지 않고, 대신 예를 들어 경계선 왼쪽에 접한 원소는 약간의 비금속적 성질을 보이는, 반대로 오른쪽에 접한 원소는 약간의 금속적 성질을 보이는 등으로 주석을 달았다. 이러한 짝을 이룬 분류는 금속과 비금속 사이의 결합 종류를 결정하기 위한 간단한 규칙을 확립하기 쉽게 할 수 있다. 다른 저자들은 일부 원소를 준금속으로 분류하는 것이 준금속은 주기율표상의 경계선에서 갑자기 하나로 변하는 것이 아니라, 그 성질이 점진적으로 변해간다는 것을 강조한다는 점을 제시했다. 때때로 금속과 비금속 사이의 경계선은 금속과 준금속, 그리고 준금속과 비금속을 각각 나누는 두 개의 경계선으로 간주되기도 한다.

일부 주기율표에서는 금속과 비금속의 형식적인 경계선이 없더라도 준금속 원소를 구분한다. 이 경우 경계선 대신 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어지는 사선 띠 또는 넓은 영역과 같이 나타내며, 그것은 비소 주변에 집중되어 있다. 멘델레예프는 금속과 비금속 사이에 명확한 경계를 긋는 것은 불가능하며, 그 사이에는 여러 가지 중간적인 물질이 존재한다는 견해를 제시했다. 몇몇 다른 출처는 경계선의 혼란이나 모호성을 주목하고, 외관상 불확정적임을 시사하고, 그 타당성에 대한 반론의 근거를 제시하고, 그리고 그것이 오해를 불러일으키고, 논쟁이 되거나, 또는 대략적인 성질로서의 논평이 이루어졌다. 데밍 자신도 이 경계선을 정확하게 그을 수 없다는 점을 주목했다.

4. 성질

준금속은 금속과 비금속의 성질을 모두 가지거나, 그 중간 성질을 가지고 있어 명확하게 분류하기 어려운 원소이다.

붕소(B), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소(As), 안티몬(Sb), 텔루르(Te)는 일반적으로 준금속으로 인정된다. 셀레늄(Se), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)도 종종 준금속으로 분류된다.

준금속은 보통 금속처럼 보이지만 비금속과 비슷한 성질을 많이 가지고 있다. 물리적으로는 광택이 나는 부서지기 쉬운 고체이며, 중간 정도의 전기 전도도를 가진다. 전자 띠 구조는 준금속 또는 반도체 형태이다. 화학적으로는 (약한) 비금속처럼 행동하며, 중간 정도의 이온화 에너지와 전기음성도 값을 가진다. 양쪽성 또는 약산성의 산화물을 형성한다.

준금속이라는 용어는 보편적으로 합의된 정의가 없으며, 각 원소의 분류는 "임의적"이라고 여겨진다.

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📌 열 고정 해제

준금속의 이온화 에너지, 전기음성도, 띠 구조

원소	이온화 에너지 (kcal/mol)	이온화 에너지 (kJ/mol)	전기음성도	띠 구조
붕소	191	801	2.04	반도체
규소	188	787	1.90	반도체
게르마늄	182	762	2.01	반도체
비소	226	944	2.18	준금속
안티몬	199	831	2.05	준금속
텔루르	208	869	2.10	반도체
평균	199	832	2.05

4.1. 금속 및 비금속과의 비교

준금속은 금속과 비금속 중간의 성질을 가지며, 명확하게 분류하기 어려운 원소들이다. 이들은 주기율표에서 금속과 비금속 사이에 위치하며, 두 가지 주요 범주의 특징을 일부 공유한다.

대부분의 원소는 금속과 비금속의 성질을 혼합하여 가지고 있으며, 어떤 성질이 더 두드러지는지에 따라 분류될 수 있다. 금속적 또는 비금속적 성질이 충분히 명확하게 우세하지 않은 경계에 있는 원소만 준금속으로 분류된다.

일반적으로 붕소(B), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소(As), 안티몬(Sb), 텔루르(Te)가 준금속으로 인정된다. 때때로 셀레늄(Se), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)이 추가되기도 한다.

다음 표는 준금속, 금속, 비금속의 물리적, 화학적 성질을 비교한 것이다.

준금속은 일반적으로 금속처럼 보이지만, 물리적, 화학적 성질은 금속과 비금속 사이의 중간적인 특징을 보인다. 예를 들어, 준금속은 부서지기 쉽고, 전기 전도도는 중간 정도이며, 화학적으로는 약한 비금속처럼 행동한다.

5. 응용

준금속은 순수한 형태로는 너무 부서지기 쉬워 구조적인 용도로 사용하기 어렵다. 그러나 준금속과 그 화합물은 합금, 생물학적 작용제 (독성학적, 영양학적, 의학적), 촉매, 난연제, 유리 (산화물 및 금속), 광학 저장 매체 및 광전자, 화약, 반도체 및 전자 제품에 사용된다.

; 합금
영국의 금속학자 세실 데시(Cecil Desch)는 금속간 화합물의 초기 역사를 기술하면서, "특정 비금속 원소는 금속과 명확하게 금속적 성질을 가진 화합물을 형성할 수 있으며, 따라서 이러한 원소는 합금의 구성에 포함될 수 있다"고 언급했다. 필립스(Phillips)와 윌리엄스(Williams)는 실리콘, 게르마늄, 비소, 안티모니와 B 금속의 화합물은 "아마도 합금으로 분류하는 것이 가장 좋을 것"이라고 제안했다.

가벼운 준금속들 중에서는, 전이 금속과의 합금이 잘 알려져 있다. 붕소는 n > 2인 경우 M_nB 조성의 금속과 금속간 화합물과 합금을 형성할 수 있다. 페로붕소 (붕소 15%)는 강철에 붕소를 첨가하는 데 사용되며, 니켈-붕소 합금은 용접 합금과 공학 산업용 침탄 조성의 성분이다. 실리콘과 철의 합금과 알루미늄의 합금은 각각 철강 산업과 자동차 산업에서 널리 사용된다. 게르마늄은 많은 합금을 형성하며, 가장 중요한 것은 귀금속과의 합금이다.

무거운 준금속들도 같은 경향을 보인다. 비소는 백금과 구리를 포함한 금속과 합금을 형성할 수 있다. 또한 구리와 그 합금에 부식 저항성을 향상시키기 위해 첨가되며, 마그네슘에 첨가했을 때도 같은 효과를 나타내는 것으로 보인다. 안티모니는 귀금속을 포함한 합금 형성제로 잘 알려져 있다. 안티모니의 합금으로는 주석 (최대 20% 안티모니가 포함된 주석 합금)과 활자금속 (최대 25% 안티모니가 포함된 납 합금)이 있다. 텔루륨은 페로텔루륨 (텔루륨 50~58%)으로 철과, 텔루륨 구리 (텔루륨 40~50%)로 구리와 쉽게 합금을 형성한다. 페로텔루륨은 강철 주조에서 탄소 안정제로 사용된다. 준금속으로 덜 인식되는 비금속 원소 중 셀레늄은 페로셀레늄 (셀레늄 50~58%) 형태로 스테인리스강의 가공성을 향상시키는 데 사용된다.

; 생물학적 작용제

일반적으로 준금속으로 인정받는 여섯 가지 원소는 모두 독성, 영양 또는 약효를 가지고 있다. 비소와 안티몬 화합물은 특히 독성이 강하며, 붕소, 규소, 그리고 아마도 비소는 필수 미량 원소이다. 붕소, 규소, 비소, 안티몬은 의학적 용도가 있으며, 게르마늄과 텔루륨도 잠재력이 있는 것으로 여겨진다.

* 붕소는 살충제와 제초제에 사용된다. 필수 미량 원소이다. 붕산으로서 소독제, 항진균제 및 항바이러스제 특성을 지닌다.
* 규소는 고독성 설치류 살상제인 실라트란에 존재한다. 장기간 이산화규소 먼지를 흡입하면 폐의 치명적인 질병인 규폐증이 발생한다. 규소는 필수 미량 원소이다. 실리콘 젤은 심한 화상 환자에게 흉터 감소를 위해 사용될 수 있다.
* 게르마늄 염은 장기간 섭취하면 인체와 동물에 해로울 수 있다. 게르마늄 화합물의 약리 작용에 대한 관심이 있지만 아직 허가된 의약품은 없다.
* 비소는 악명 높은 독약이며, 극미량으로는 필수 원소일 수도 있다. 제1차 세계 대전 당시 양측은 "비소 기반의 재채기와 구토 유발제…를 사용하여 적군 병사들이 가스 마스크를 벗도록 강제한 다음 겨자 가스 또는 포스겐을 두 번째 일제 사격으로 발사했다." 고대부터 매독 치료를 포함하여 약제로 사용되어 왔으며, 항생제 개발 이전에 사용되었다. 비소는 또한 인간 아프리카 트리파노소마증 또는 수면병 치료에 사용되는 의약품인 멜라르소프롤의 구성 요소이다. 2003년, 삼산화비소 (상표명 트리세녹스)는 혈액과 골수암인 급성 골수성 백혈병 치료제로 재도입되었다. 음용수 중 비소는 폐암과 방광암을 유발하지만 유방암 사망률 감소와 관련이 있다.
* 금속성 안티몬은 비교적 독성이 없지만 대부분의 안티몬 화합물은 독성이 있다. 두 가지 안티몬 화합물인 스티보글루콘산나트륨과 스티보펜은 구충제로 사용된다.
* 원소 텔루륨은 특별히 독성이 있는 것으로 간주되지 않지만, 텔루르산나트륨 2g을 투여하면 치명적일 수 있다. 소량의 공기 중 텔루륨에 노출된 사람들은 고약하고 지속적인 마늘 냄새를 풍긴다. 이산화텔루륨은 지루성 피부염 치료에 사용되었고, 다른 텔루륨 화합물은 항생제 개발 이전에 항균제로 사용되었다. 앞으로는 세균 내성으로 인해 효과가 없어진 항생제를 대체하기 위해 이러한 화합물이 필요할 수 있다.

준금속으로 덜 인식되는 원소 중 베릴륨과 납은 독성으로 유명하며, 비산납은 살충제로 광범위하게 사용되어 왔다. 황은 가장 오래된 살균제 및 살충제 중 하나이다. 인, 황, 아연, 셀레늄, 요오드는 필수 영양소이며, 알루미늄, 주석, 납도 그럴 수 있다. 황, 갈륨, 셀레늄, 요오드, 비스무트는 의학적 용도가 있다. 황은 여전히 여드름이나 요로 감염과 같은 질환에 널리 사용되는 설폰아마이드 약물의 구성 성분이다. 질산갈륨은 암의 부작용 치료에 사용되며, 방사성의약품인 시트르산갈륨은 염증이 있는 신체 부위의 영상화를 용이하게 한다. 셀레늄황화물은 의약 샴푸와 다색한선과 같은 피부 감염 치료에 사용된다. 요오드는 다양한 형태의 소독제로 사용된다. 비스무트는 일부 항균제의 성분이다.

; 촉매
삼불화붕소와 삼염화붕소는 유기 합성 및 전자 제품 분야에서 균일 촉매로 사용되며, 삼브롬화붕소는 디보란 제조에 사용된다. 일부 전이 금속 촉매에서 독성이 있는 인 리간드를 대체할 수 있는 무독성 붕소 리간드가 연구되고 있다. 실리카황산은 유기 반응에 사용된다. 이산화게르마늄은 용기용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 플라스틱 생산에서 촉매로 사용되기도 하지만, 삼산화안티몬이나 삼초산안티몬과 같은 저렴한 안티몬 화합물이 식품 및 음료의 안티몬 오염에 대한 우려에도 불구하고 같은 목적으로 더 일반적으로 사용된다. 삼산화비소는 천연가스 생산에서 이산화탄소 제거를 촉진하는 데 사용되었으며, 셀렌산과 텔루르산도 마찬가지이다. 셀레늄은 일부 미생물에서 촉매 역할을 한다. 텔루르, 이산화텔루르, 사염화텔루르는 500 °C 이상에서 탄소의 공기 산화에 대한 강력한 촉매이다. 산화흑연은 이민 및 그 유도체의 합성에서 촉매로 사용될 수 있다. 활성탄과 알루미나는 천연가스에서 황 불순물을 제거하기 위한 촉매로 사용되어 왔다. 티타늄이 도핑된 알루미늄은 산업용 화학 물질 생산에 사용되는 귀금속 촉매의 대체재로 제안되었다.

; 난연제
붕소, 규소, 비소, 안티모니 화합물은 난연제로 사용되어 왔다. 붕사 형태의 붕소는 적어도 18세기부터 섬유 난연제로 사용되어 왔다. 실리콘, 실란, 실세스퀴옥산, 실리카, 규산염과 같은 규소 화합물은 독성이 더 강한 할로겐화 제품의 대안으로 개발된 것들도 있으며, 플라스틱 재료의 난연성을 상당히 향상시킬 수 있다. 아비산나트륨이나 비산나트륨과 같은 비소 화합물은 목재용 난연제로 효과적이지만, 독성 때문에 사용 빈도가 줄었다. 삼산화 안티모니는 난연제이다. 수산화알루미늄은 1890년대부터 목재 섬유, 고무, 플라스틱 및 섬유 난연제로 사용되어 왔다. 수산화알루미늄 외에도, 예를 들어 유기인산염과 같은 인계 난연제의 사용량이 현재 다른 주요 난연제 유형보다 많다. 이들은 붕소, 안티모니 또는 할로겐화 탄화수소 화합물을 사용한다.

; 유리 형성제

B₂O₃, SiO₂, GeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃ 산화물은 쉽게 유리를 형성한다. TeO₂도 유리를 형성하지만, 이는 매우 빠른 냉각 속도가 필요하거나 불순물을 첨가해야 한다. 그렇지 않으면 결정 형태가 된다. 이러한 화합물은 화학, 가정 및 산업용 유리 제품과 광학 장치에 사용된다. 삼산화붕소는 유리섬유 첨가제로 사용되며, 낮은 열팽창 계수로 인해 실험실 유리 제품과 가정용 오븐 용기에 널리 사용되는 붕규산 유리의 구성 요소이기도 하다. 대부분의 일반적인 유리는 이산화규소로 만들어진다. 이산화게르마늄은 유리섬유 첨가제로 사용되며 적외선 광학 시스템에도 사용된다. 삼산화비소는 유리 산업에서 탈색제 및 정제제 (기포 제거)로 사용되며, 삼산화안티몬도 마찬가지이다. 이산화텔루르는 레이저와 비선형 광학에 응용된다.

비정질 금속 유리는 일반적으로 구성 요소 중 하나가 붕소, 탄소, 규소, 인 또는 게르마늄과 같은 준금속 또는 "준금속에 가까운" 원소일 때 가장 쉽게 제조된다. 매우 낮은 온도에서 증착된 박막을 제외하고, 최초로 알려진 금속 유리는 1960년에 보고된 Au₇₅Si₂₅ 조성의 합금이었다. Pd_82.5P₆Si_9.5Ge₂ 조성의 금속 유리는 2011년에 보고되었으며, 이전에는 볼 수 없었던 강도와 인성을 가지고 있다.

인, 셀레늄, 납은 준금속으로 덜 인식되지만 유리에도 사용된다. 인산염 유리는 기존의 규산염 유리의 이산화규소(SiO₂) 대신 오산화인(P₂O₅) 기질을 갖는다. 예를 들어 나트륨 램프를 만드는 데 사용된다. 셀레늄 화합물은 탈색제로 사용될 수도 있고 유리에 붉은색을 더하는 데 사용될 수도 있다. 전통적인 납 유리로 만들어진 장식 유리는 적어도 30%의 산화납(II)(PbO)를 함유하며, 방사선 차폐에 사용되는 납 유리는 최대 65%의 PbO를 함유할 수 있다. 납 기반 유리는 전자 부품, 에나멜, 밀봉 및 유약 재료, 태양 전지에도 광범위하게 사용되어 왔다. 비스무트 기반 산화물 유리는 이러한 많은 응용 분야에서 납을 대체하는 덜 유독한 재료로 등장했다.

; 광학 저장 매체 및 광전자
게르마늄 안티몬 텔루륨(GeSbTe) ("GST 합금")과 은 및 인이 도핑된 Sb₂Te ("AIST 합금")의 다양한 조성은 상변화 물질의 예로, 재기록 가능한 광디스크와 상변화 메모리 장치에 널리 사용된다. 열을 가하면 비정질 (유리질) 상태와 결정 상태 사이를 전환할 수 있다. 광학적 및 전기적 특성의 변화는 정보 저장 목적으로 사용될 수 있다. GeSbTe의 미래 응용 분야에는 "나노미터 크기의 픽셀을 가진 초고속, 완전 고체 디스플레이, 반투명 '스마트' 안경, '스마트' 콘택트 렌즈 및 인공 망막 장치"가 포함될 수 있다.

; 화약

일반적으로 인정되는 준금속들은 불꽃놀이 응용 분야 또는 관련 특성을 가지고 있다. 붕소와 실리콘은 흔히 볼 수 있으며, 금속 연료와 비슷하게 작용한다. 붕소는 불꽃놀이 점화제 (다른 점화가 어려운 조성물을 점화하기 위해)와 일정한 속도로 연소되는 지연 조성물에 사용된다. 탄화붕소는 연막탄, 신호탄 및 불꽃놀이에서 더 독성이 강한 바륨 또는 육염화에탄 혼합물을 대체할 가능성이 있는 물질로 확인되었다. 실리콘은 붕소와 마찬가지로 점화제 및 지연 혼합물의 성분이다. 도핑된 게르마늄은 가변 속도의 테르밋 연료로 작용할 수 있다. 삼황화비소(As₂S₃)는 예전 해군 신호등에 사용되었고, 불꽃놀이에서 흰색 별을 만들고, 노란색 연막 혼합물과 점화제 조성물에 사용되었다. 삼황화안티몬(Sb₂S₃)은 백색광 불꽃놀이와 섬광 및 소리 혼합물에서 발견된다. 텔루륨은 지연 혼합물과 뇌관 점화제 조성물에 사용되어 왔다.

탄소, 알루미늄, 인, 셀레늄은 이러한 경향을 이어간다. 탄소는 흑색화약에서 불꽃놀이 로켓 추진제, 폭발 충전제, 효과 혼합물, 군용 지연 퓨즈 및 점화기의 구성 요소이다. 알루미늄은 일반적인 불꽃놀이 성분이며, 광과 열을 발생시키는 능력으로 널리 사용되며, 테르밋 혼합물에도 포함된다. 인은 연막탄 및 소이탄, 종이 캡 (장난감 총에 사용), 파티 팝퍼에서 발견될 수 있다. 셀레늄은 텔루륨과 같은 방식으로 사용되어 왔다.

; 반도체 및 전자 제품

일반적으로 준금속 (또는 그 화합물)으로 인식되는 모든 원소는 반도체 또는 고체 전자 산업에 사용되어 왔다.

붕소의 일부 특성은 반도체로서의 사용을 제한했다. 녹는점이 높고, 단결정을 얻기가 비교적 어렵고, 제어된 불순물을 도입하고 유지하는 것이 어렵다.

실리콘은 주요 상업용 반도체이며, 현대 전자 제품 (표준 태양 전지 포함) 및 정보 통신 기술의 기반을 형성한다. 이는 20세기 초 반도체 연구가 "흙의 물리학"으로 간주되어 세심한 주의를 기울일 필요가 없다고 여겨졌음에도 불구하고 이루어진 것이다.

저마늄은 반도체 장치에서 실리콘으로 대체로 대체되었는데, 실리콘이 더 저렴하고, 더 높은 작동 온도에서 더 강하며, 마이크로 전자 제작 공정 중에 작업하기가 더 쉽기 때문이다. 저마늄은 여전히 반도체 실리콘-저마늄 "합금"의 구성 요소이며, 특히 무선 통신 장치에 사용이 증가하고 있다. 이러한 합금은 저마늄의 더 높은 캐리어 이동성을 활용한다. 2013년에 그램 단위의 반도체 저마난의 합성이 보고되었다. 이것은 그래핀과 유사하게 수소로 종결된 저마늄 원자의 원자 두께 시트로 구성된다. 실리콘보다 10배 이상, 저마늄보다 5배 이상 빠르게 전자를 전도하며, 광전자 및 감지 응용 분야에 잠재력이 있는 것으로 생각된다. 2014년에는 리튬 이온 배터리의 용량을 두 배 이상 증가시키는 저마늄 와이어 기반 양극의 개발이 보고되었다. 같은 해에 Lee 등은 전자적 용도를 가질 만큼 충분히 큰 결함 없는 그래핀 결정을 저마늄 기판에서 성장시키고 제거할 수 있음을 보고했다.

비소와 안티몬은 표준 상태에서는 반도체가 아니다. 둘 다 III-V형 반도체 (예: GaAs, AlSb 또는 GaInAsSb)를 형성하는데, 여기서 원자당 평균 원자가 전자 수는 14족 원소와 같지만 직접 띠 간격을 갖는다. 이러한 화합물은 광학 응용 분야에 적합하다. 안티몬 나노결정은 리튬 이온 배터리를 더 강력한 나트륨 이온 배터리로 대체할 수 있게 할 수 있다.

표준 상태에서 반도체인 텔루르는 주로 II/VI형 반도체 칼코겐화물의 구성 요소로 사용된다. 이러한 물질은 전자 광학 및 전자 장치에 응용된다. 텔루르화 카드뮴 (CdTe)은 높은 변환 효율, 낮은 제조 비용 및 1.44 eV의 큰 띠 간격으로 인해 광범위한 파장을 흡수할 수 있으므로 태양 전지 모듈에 사용된다. 셀레늄과 안티몬으로 합금된 텔루르화 비스무트 (Bi₂Te₃)는 냉동 또는 휴대용 발전에 사용되는 열전 장치의 구성 요소이다.

붕소, 실리콘, 저마늄, 안티몬, 텔루르와 같은 다섯 가지 준금속은 (적어도 39가지의 다른 금속과 비금속과 함께) 휴대전화에서 발견될 수 있다. 텔루르는 이러한 용도로 사용될 것으로 예상된다. 덜 알려진 준금속 중 인, 갈륨 (특히) 및 셀레늄은 반도체 응용 분야를 갖는다. 인은 미량으로 n형 반도체의 도펀트로 사용된다. 갈륨 화합물의 상업적 사용은 집적 회로, 휴대전화, 레이저 다이오드, 발광 다이오드, 광검출기 및 태양 전지에서 반도체 응용 분야가 지배적이다. 셀레늄은 태양 전지 생산 및 고에너지 서지 프로텍터에 사용된다.

붕소, 실리콘, 저마늄, 안티몬, 텔루르뿐만 아니라 Sm, Hg, Tl, Pb, Bi, Se와 같은 무거운 금속과 준금속은 위상 절연체에서 발견될 수 있다. 이들은 초저온 또는 상온 (조성에 따라 다름)에서 표면에서는 금속 전도체이지만 내부에서는 절연체인 합금 또는 화합물이다. 약 1K에서 비화 카드뮴 Cd₃As₂는 그래핀의 벌크 전자적 유사체인 다이랙 반금속으로, 전자가 질량이 없는 입자로 효과적으로 이동한다. 이 두 가지 종류의 재료는 양자 컴퓨팅 응용 분야에 잠재력이 있는 것으로 생각된다.

6. 준금속으로 흔히 인정되는 원소

붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루르는 일반적으로 준금속으로 인정된다. 저자에 따라 셀레늄, 폴로늄, 또는 아스타틴 중 하나 이상이 때때로 목록에 추가된다. 붕소는 때때로 단독으로 또는 규소와 함께 제외된다. 때때로 텔루르는 준금속으로 간주되지 않는다. 안티몬, 폴로늄, 그리고 아스타틴을 준금속으로 포함하는 것에 대해 의문이 제기되었다.

다른 원소들이 때때로 준금속으로 분류된다. 이러한 원소에는 수소, 베릴륨, 질소, 인, 황, 아연, 갈륨, 주석, 아이오딘, 납, 비스무트, 그리고 라돈이 포함된다. 준금속이라는 용어는 금속 광택과 전기 전도도를 나타내고 양쪽성인 원소, 예를 들어 비소, 안티몬, 바나듐, 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 납, 그리고 알루미늄에도 사용되었다. p-블록 금속, 그리고 금속과 합금을 형성하거나 그 성질을 변화시킬 수 있는 비금속(탄소 또는 질소와 같은)도 때때로 준금속으로 간주되었다.

준금속에 대한 널리 받아들여지는 정의나 주기율표를 금속, 준금속, 그리고 비금속으로 나누는 방법은 존재하지 않는다. Hawkes는 여러 시도에서 이상 현상을 발견하면서 특정 정의를 설정하는 것이 가능한지에 의문을 제기했다. Sharp는 어떤 원소를 준금속으로 분류하는 것을 "임의적"이라고 설명했다.

준금속의 수와 종류는 어떤 분류 기준을 사용하는지에 따라 달라진다. Emsley는 4가지 준금속(게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루륨)을 인정했다. James 외.는 12가지(Emsley의 것들과 붕소, 탄소, 규소, 셀레늄, 비스무트, 폴로늄, 모스코븀, 리버모륨을 포함)를 열거했다. 평균적으로 이러한 목록에는 7개의 원소가 포함된다. 개별적인 분류 방식은 공통점을 공유하고 애매하게 정의된 경계에서 다릅니다.

전기음성도와 같은 단일 정량적 기준이 일반적으로 사용되는데, 준금속의 전기음성도 값은 1.8 또는 1.9에서 2.2까지이다. 다른 예로는 충진 효율(결정 구조에서 원자가 차지하는 부피의 비율)과 Goldhammer–Herzfeld 기준 비율이 있다. 일반적으로 인식되는 준금속의 충진 효율은 34%에서 41% 사이이다. 원자 반지름의 세제곱을 몰 부피로 나눈 값과 거의 같은 Goldhammer–Herzfeld 비율은 원소의 금속성을 측정하는 간단한 방법이며, 인식된 준금속의 비율은 약 0.85에서 1.1이며 평균 1.0이다.

다른 저자들은 예를 들어 원자 전도도 또는 벌크 배위수에 의존했다.

과학에서 분류의 역할에 대해 논문을 쓴 Jones는 "[계급]은 일반적으로 두 개 이상의 속성으로 정의된다"고 언급했다. Masterton과 Slowinski는 일반적으로 준금속으로 인식되는 6가지 원소를 설명하기 위해 세 가지 기준을 사용했다. 준금속은 약 200 kcal/mol(837 kJ/mol)의 이온화 에너지와 약 2.0에 가까운 전기음성도 값을 가집니다. 또한 그들은 준금속은 일반적으로 반도체이지만, 안티몬과 비소(물리적 관점에서 준금속)는 금속에 가까운 전기 전도도를 가진다고 말했다. 셀레늄과 폴로늄은 이 체계에 포함되지 않는 것으로 의심되며, 아스타틴의 상태는 불확실하다.

이러한 맥락에서 Vernon은 준금속을 표준 상태에서 (a) 반도체 또는 준금속의 전자 띠 구조, (b) 중간 제1 이온화 포텐셜("(예: 750~1,000 kJ/mol)"), (c) 중간 전기음성도(1.9~2.2)를 갖는 화학 원소로 제안했다.

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📌 열 고정 해제

준금속으로 분류되는 원소의 분포와 인식 현황
	1	2		12	13	14	15	16	17	18
	H									He
	Li	Be			B	C	N	O	F	Ne
	Na	Mg			Al	Si	P	S	Cl	Ar
	K	Ca		Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
	Rb	Sr		Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
	Cs	Ba		Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
	Fr	Ra		Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og

준금속은 금속과 비금속의 경계선 양쪽에 위치한다.

7. 준금속으로 덜 인정되는 원소

탄소는 일반적으로 비금속으로 분류되지만, 금속적 성질을 일부 가지며 때때로 준금속으로 분류되기도 한다. 상온에서 가장 안정한 동소체는 육방정계 흑연이다. 흑연은 광택이 나며, 전기 전도성이 좋다. 금속처럼 흑연의 평면 방향 전도도는 온도가 상승하면 감소한다. 흑연은 반금속의 전자 띠 구조를 갖는다.

알루미늄은 일반적으로 금속으로 분류되지만, 금속으로서는 드문 특성을 가진다. 이러한 특성 때문에 알루미늄을 준금속으로 분류하기도 한다. Al₂O₃은 양쪽성이며 조건부 유리 형성 물질이다. 알루미늄은 음이온인 알루민산염을 형성하는데, 이는 비금속적 특성으로 간주된다.

셀레늄은 경계적인 준금속 또는 비금속적 거동을 보인다. 가장 안정적인 형태인 회색 삼방정계 동소체는 전기 전도도가 붉은색 단사정계 형태보다 몇 배 커서 "금속성" 셀레늄이라고도 불린다. 셀레늄은 환경 화학 문헌에서 주로 준금속으로 설명된다. 수생 환경에서 비소, 안티몬과 유사하게 이동한다.

폴로늄은 몇몇 뚜렷한 금속적 특성을 보인다. 두 동소체 모두 금속성 전도체이다. 폴로늄은 할로겐화물과 폴로나이드의 존재를 통해 비금속적 성질을 보인다.

아스타틴은 할로젠 원소로 비금속으로 분류되는 경향이 있지만, 일부 금속적 성질 때문에 준금속 또는 금속으로 분류되기도 한다.

일반적으로 주기율표에서 준금속으로 분류되는 6가지 원소는 다음과 같다.
* 붕소(B)
* 규소(Si)
* 게르마늄(Ge)
* 비소(As)
* 안티몬(Sb)
* 텔루르(Te)

셀레늄(Se), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)도 종종 준금속으로 분류된다. 붕소는 단독으로 또는 규소와 함께 준금속에서 제외되기도 하고, 텔루르도 자주 제외된다. 안티몬, 폴로늄, 아스타틴을 준금속에 포함하는 것에 대한 의문도 제기된다. 준금속에 대한 명확한 정의가 없어, 때때로 다른 원소들이 준금속으로 분류되기도 한다.

준금속(metalloid)이라는 용어는 다음 성질을 나타내는 데에도 사용된다.
* 금속 광택과 전기 전도성을 가진 양쪽성 원소 (예: 비소, 안티몬, 바나듐, 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 납, 알루미늄)
* 종종 비금속으로 여겨지는 원소
* 금속과 합금을 형성하거나, 금속에 섞어 성질을 변화시킬 수 있는 비금속 원소 (예: 질소, 탄소)

8. 관련 개념

준금속(Metalloid)은 금속과 비금속의 중간 성질을 가지며, 이들을 명확하게 분류하기 어려운 원소들을 지칭한다.

대부분의 원소는 금속과 비금속의 성질을 모두 가지며, 어떤 성질이 더 두드러지는지에 따라 분류된다.,

붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루르는 일반적으로 준금속으로 분류된다. 셀레늄, 폴로늄, 아스타틴 등이 추가되기도 하지만, 붕소, 규소, 텔루르는 준금속으로 간주되지 않는 경우도 있으며, 안티몬, 폴로늄, 아스타틴의 포함 여부도 논란의 대상이다.

수소, 베릴륨, 질소, 인, 황, 아연, 갈륨, 주석, 아이오딘, 납, 비스무트, 라돈 등도 준금속으로 분류되기도 한다.

준금속이라는 용어는 금속 광택과 전기 전도도를 나타내고 양쪽성인 원소 (예: 비소, 안티몬, 바나듐, 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 납, 알루미늄), p-블록 금속, 금속과 합금을 형성하거나 성질을 변화시킬 수 있는 비금속(탄소, 질소 등)에게도 사용된다.