準金属（メタロイド・半金属）とは？定義・性質・代表元素と周期表の位置

準金属（メタロイド・半金属）とは何か？定義・物理化学的性質、代表元素（シリコン等）と周期表での位置を図解でわかりやすく解説。

メタロイド（しばしば「半金属」とも呼ばれる）は、化学元素のうち、金属と非金属の性質を併せ持つ元素群を指します。外見は光沢を帯びるものが多い一方、もろく割れやすいものもあります。また導電性は金属ほど高くはないが完全な絶縁体でもなく、温度や不純物で導電率が大きく変わるものが多く見られます。

定義と用語の違い

「メタロイド（metalloid）」と「半金属（semimetal）」は日常的にはほぼ同義で使われることがありますが、厳密には語の使われ方に差があります。化学では「メタロイド」は化学的性質（酸・塩基両方と反応する、酸化数の幅が広いなど）を基準に分類することが多く、物理学では「半金属」はバンド構造（価電子帯と伝導帯がわずかに重なっているなど）を基準に使われることがあります。そのため、ある元素をメタロイドと呼ぶか半金属と呼ぶかは文脈や教科書によって異なります。

主な性質

• 導電性：金属より低く非金属より高い「中間的」な導電性を示すものが多く、温度や不純物で半導体的振る舞いを示す元素もある。
• 物理的性状：光沢を持つが脆く、延性・展性は低い。
• 化学的性状：酸化物が両性（酸性・塩基性の両方の性質を示す）であることがある。酸化還元や共有結合性を示しやすい。
• 電子特性：電気・熱の伝導やバンド構造が中間的で、半導体材料として重要なものが含まれる。
• 多様性：元素ごとに性質の幅が大きく、単純に一括りにできない。例えばシリコンやゲルマニウムは典型的な半導体だが、ヒ素やアンチモンは金属的な性質を示す場合もある。

代表的なメタロイド（周期表上の位置と用途）

一般に周期表の「境界線（階段状の線）」付近に位置する元素がメタロイドとされます。代表例として次の元素が頻繁に挙げられます。

• ホウ素（B）：構造材料（ホウ素繊維）、ホウ素化合物（農薬、ガラス改質）に利用。
• シリコン：半導体産業の中核。太陽電池、集積回路、シリコーン（化学品）など幅広く使われる。半導体の代表的元素。
• ゲルマニウム（Ge）：赤外線光学部品、半導体部品、光ファイバー用途。
• ヒ素（As）：半導体ドーパント（化合物半導体）、合金、防腐剤（※毒性に注意）。
• アンチモン（Sb）：難燃剤、合金、電子材料。
• テルル（Te）：合金、熱電材料、光学材料。
• ポロニウム（Po）：放射性元素で特殊用途（熱電源等）だが極めて希少かつ危険。
• （場合によっては）アスタチン（アスタチンの近傍）、アルミニウムやセレニウムなども教科書や分類基準によってメタロイドに含められることがあります。

周期表での見つけ方

周期表では、一般に金属が左側、非金属が右側に配置され、両者の境界に「階段状の線」が引かれることがあります。この階段に沿った領域にある元素がメタロイドに当たると覚えると理解しやすいです。ただし、境界は厳密ではなく、元素の分類は連続的です。

分類の注意点と実務上の扱い

• 教科書や文献によって「どの元素をメタロイドと呼ぶか」は異なります。典型的なリストに入る元素でも、ある文献では金属または非金属に分類されることがあります。
• 物理的性質（バンドギャップや電荷輸送）と化学的性質（酸化数、化合物の性質）を別々に評価すると分類が変わる場合があります。
• 毒性や放射性の点で注意が必要な元素（ヒ素、ポロニウムなど）があるため、取り扱いには安全対策が必須です。

まとめると、メタロイドは「金属と非金属の中間的な性質を示す元素群」で、特に半導体材料や特殊合金など多くの産業で重要な役割を果たします。一方で分類は文脈依存であり、厳密な境界を引くことは難しい、という点も理解しておくとよいでしょう。

質問と回答

Q:メタロイドとは何ですか?

Q:最も一般的な半金属は何ですか?

Q:メタロイドはどのように分類できますか?

Q:シリコンは電気伝導性があるのですか?

Q:半金属はすべてメタロイドでもあるのですか?

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