METALLOIDI

METALLOIDI

. J. J. Berzelius chiamò metalloidi gli elementi gassosi o quelli solidi senza splendore metallico, cattivi conduttori del calore e dell'elettricità, i cui composti con l'ossigeno hanno proprietà acide. Alcuni metalloidi sono gassosi alla temperatura ordinaria, come l'ossigeno e l'azoto; altri facilmente liquefacibili come il cloro; altri liquidi e volatili come il bromo; altri solidi, fusibili o sublimabili a bassa temperatura come il fosforo, lo zolfo, lo iodio e l'arsenico; altri solidi, difficilmente fusibili, come il carbonio. Taluni di essi assumono talvolta lucentezza e splendore metallico come l'arsenico, e, in determinate condizioni, il carbonio (grafite).

Nella composizione dei primi 16 km. della crosta terrestre, ivi compresa l'idrosfera e l'atmosfera, l'elemento più abbondante è l'ossigeno che costituisce il 49,5%. Seguono il silicio (25,7%), il cloro (0,19%), il fosforo (0, 12%), il carbonio (0,08%). Lo zolfo è più abbondante dell'azoto, il fluoro più abbondante del boro, del selenio e dello iodio.

Anche fra i metalloidi, come fra i metalli, si formano composti che sono molto stabili come ad es. SF₆, CCl₄: a differenza però di quanto avviene nei metalli, i composti tra metalloidi perdono quasi completamente le caratteristiche fisiche dei costituenti.

I metalloidi si differenziano dai metalli per il fatto che, mentre questi si comportano come ioni elementari elettropositivi, i metalloidi invece sono più o meno elettronegativi. Così, nel cloruro di sodio, il sodio si comporta come ione elettropositivo Na⁺, mentre il cloro si comporta come ione elettronegativo Cl^-. Un limite netto fra i due gruppi di elementi non si può stabilire. Nel sistema periodico, come è rappresentato alla voce metalli (XXIII, p. 23), il carattere elettropositivo degli elementi diminuisce da sinistra a destra mentre cresce quello elettronegativo; in ogni serie il primo elemento, come ad es. il litio, è un metallo tipico e l'ultimo, quello cioè che precede i gas rari, come ad es. il fluoro, è un metalloide tipico. In uno stesso gruppo poi diminuisce il carattere elettronegativo col crescere del numero d'ordine, andando cioè dall'alto in basso, mentre contemporaneamente aumenta il carattere elettropositivo; cosicché bromo, silicio, arsenico e tellurio si possono considerare come elementi limiti tra metalli e metalloidi. Le modificazioni ordinarie del tellurio e dell'arsenico hanno anzi aspetto metallico; ma i sali d'arsenico e di tellurio sono fortemente idrolizzati in soluzione.

L'elemento più spiccatamente metallico è il cesio, il metalloide tipico è il fluoro. Per questa ragione i metalloidi trovano il loro posto nel sistema periodico a destra in alto.

Mentre, in generale, i metalli hanno varie proprietà in comune, non si può dire altrettanto dei metalloidi, ove si eccettuino le analogie nel comportamento chimico degli elementi che appartengono allo stesso gruppo. In generale, i metalloidi si presentano in diverse modificazioni. Sono da ricordare ad es. le modificazioni del carbonio (diamante e grafite), con caratteristiche chimiche e fisiche diversissime, le diverse forme cristalline dello zolfo e le sue modificazioni solubili o non in solfuro di carbonio, il fosforo rosso e giallo, l'arsenico giallo e nero, ecc.

Per rendersi conto dell'andamento generale delle proprietà dei metalloidi si può rappresentare il sistema periodico degli elementi in una forma particolare, in cui tutti gli elementi si trovano disposti intorno al gruppo dei gas nobili (v. tab.). In questa disposizione gli elementi che si trovano a sinistra del gruppo zero hanno carattere prevalentemente metalloidico, mentre quelli che si trovano a destra sono metalli. Ora, il sistema elettronico dei gas nobili è caratterizzato da una speciale stabilità, e anzi, secondo Kossel, gli atomi degli elementi che precedono o seguono immediatamente hanno tendenza ad acquistare o a perdere tanti elettroni quanti ne occorrono per assumere la configurazione elettronica del gas nobile intorno al quale essi sono disposti. E così ad es., secondo Kossel, la formazione del fluoruro di sodio dagli elementi è dovuta al fatto che il sodio cede un elettrone al fluoro, gli ioni F^- e Na⁺ così formati si attraggono per la legge di Coulomb, formando NaF, e, in seguito all'avvenuto scambio, i due elementi possiedono tanti elettroni quanti ne ha il gas nobile (neon) accanto al quale si trovano. Questa tendenza a perdere o ad assumere elettroni è tanto più pronunciata quanto più vicini ai gas nobili si trovano gli elementi in questione; più ci si allontana invece dal gruppo zero, più deboli diventano le loro proprietà chimiche, in quanto che esse si manifestano soltanto per la tendenza che gli elementi stessi hanno ad assumere la configurazione elettronica del gas nobile.

Ed è così che il fluoro ha proprietà metalloidiche più pronunciate dell'ossigeno o dell'azoto o del carbonio e, nella serie iodio-tellurio-antimonio-stagno, il primo è metalloide mentre l'ultimo ha già proprietà metalliche.

Tutti i metalloidi formano con l'idrogeno composti volatili, la cui stabilità diminuisce col crescere del numero d'ordine degli elementi. Questi composti hanno carattere tanto più acido, quanto più elettronegativo è l'elemento combinato con l'idrogeno. Infatti mentre H₂O è neutro, H₂F₂ è acido. In uno stesso gruppo invece, il carattere acido cresce col crescere del numero d'ordine degli elementi. Così, gl'idruri degli elementi del gruppo dell'ossigeno si dissociano secondo lo schema:

e la costante di dissociazione:

per i diversi idruri a temperatura ordinaria è

Come costante di dissociazione dell'acqua si intende di solito il prodotto (H•) • (OH′) = 0,74 • 10^-14 a 18°.

Perciò il carattere acido cresce da H₂O a H₂Te; e questo si spiega col crescere del raggio ionico nel passaggio da ossigeno a tellurio: quanto maggiore è il raggio, tanto minore sarà, secondo la legge di Coulomb, il lavoro che deve essere fatto per staccare lo ione H., e in maggior misura viene a essere favorita la dissociazione. Lo stesso vale naturalmente per gli altri idruri.

I composti eon gli alogeni, o sono stabili come ad es. i composti omeopolari CCl₄ e SF₆, oppure si idrolizzano con l'acqua secondo lo schema:

Quanto ai composti ossigenati dei metalloidi, essi vengono chiamati comunemente anidridi, dal greco ὕδωρ = acqua e ἀν = privativo, appunto perché essi si possono considerare come acidi privati di acqua. Così ad es. il composto SO₃, che lo zolfo forma con l'ossigeno, è chiamato comunemente anidride solforica perché si può considerare acido solforico privo di acqua, secondo la reazione:

I composti ossigenati dei metalloidi sono numerosissimi. La massima valenza dei metalloidi nelle combinazioni ossigenate corrisponde al posto che gli elementi occupano nel sistema periodico; e però si conoscono anche ossidi con un grado di valenza inferiore, che sono meno stabili di quelli corrispondenti a valenza più alta. Contrariamente poi a quello che si verifica per i composti con l'idrogeno, la stabilità delle anidridi cresce con il crescere del numero d'ordine dell'elemento.

Infine non sono semplici le relazioni tra il posto nel sistema periodico e la forza degli acidi ossigenati. Infatti la forza degli acidi che hanno un egual numero di atomi d'ossigeno rispetto al metalloide, cresce da sinistra a destra nell'ordine:

mentre diminuisce per uno stesso gruppo dall'alto in basso.

Bibl.: V. metalli.