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Halbmetalle – metallischer oder nichtmetallischer Charakter?

Tauche ein in die Welt der Halbmetalle! Entdecke, warum diese Elemente sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften aufweisen und wie ihre elektrische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zunimmt. Lerne, welche Rolle sie im Periodensystem einnehmen und wie sie in der Halbleitertechnik eingesetzt werden. Interessiert? Los geht's!

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Wie reagieren Halbmetalle in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit bei steigender Temperatur?

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André Otto
Halbmetalle – metallischer oder nichtmetallischer Charakter?
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Halbmetalle – metallischer oder nichtmetallischer Charakter?

Halbmetalle – metallischer oder nichtmetallischer Charakter? – Chemie

Im Periodensystem der Elemente ist an der Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen die Einteilung nicht ganz so einfach. Hier zeigen die Elemente nämlich metallische und nichtmetallische Eigenschaften. Sie gehören zu den sogenannten Halbmetallen. In diesem Lerntext erfährst du, was Halbmetalle genau sind.

Was sind Halbmetalle? – Definition

Halbmetalle sind Elemente, die sowohl metallische Eigenschaften als auch nichtmetallische Eigenschaften aufweisen. Sie befinden sich also in einer Art Zwischenstellung zwischen den Metallen und den Nichtmetallen. Aber was ist der Unterschied zwischen einem Metall und einem Halbmetall? Halbmetalle können von der elektrischen Leitfähigkeit und von ihrem Aussehen her weder den Metallen noch den Nichtmetallen zugeordnet werden. Die Tabelle verdeutlicht die Unterschiede zwischen Metallen, Nichtmetallen und Halbmetallen anhand ihrer elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur.

Eigenschaften Metalle Halbmetalle Nichtmetalle
Leitfähigkeit bei Raumtemperatur hohe Leitfähigkeit niedrige Leitfähigkeit keine Leitfähigkeit
Leitfähigkeit bei steigender Temperatur Elektrischer Widerstand nimmt zu und die Leitfähigkeit nimmt ab. Elektrischer Widerstand nimmt ab und die Leitfähigkeit nimmt zu. keine Änderung

Also wie reagieren Halbmetalle in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit bei steigender Temperatur? Halbmetalle haben bei Raumtemperatur eine schwache elektrische Leitfähigkeit, die mit steigender Temperatur zunimmt. Grund dafür ist, dass Halbmetalle verschiedene Kristallmodifikationen – nämlich metallische und nichtmetallische – aufweisen.

Halbmetalle im Periodensystem (PSE)

Weißt du, wo die Halbmetalle im Periodensystem stehen, welche Halbmetalle und wie viele Halbmetalle es gibt? In dem folgenden Bild kannst du die Einordnung der Halbmetalle im Periodensystem der Elemente (PSE) sehen.

Halbmetalle im PSE: Wo stehen Halbmetalle im Periodensystem?

Zu den Halbmetallen zählen acht Elemente Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Selen, Antimon, Tellur und Astat. Eines haben übrigens alle Halbmetalle gemeinsam – sie sind bei Normalbedingungen Feststoffe.

Achtung: In einigen Periodensystemen werden Selen und Astat nicht zu den Halbmetallen gezählt.

Liste wichtiger Halbmetalle – Beispiele

Halbmetalle haben eine hohe Bedeutung in der Halbleitertechnik. Wie du bereits erfahren hast, nimmt bei Halbleitern die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zu.

Außerdem liegt die Höhe der Leitfähigkeit zwischen denen der Metalle und denen eines Isolators. Halbleiter finden Verwendung in Schaltkreisen von Mikroprozessoren und Mikrochips, der Solartechnik und der Diodenherstellung.

Beispiele für typische Halbmetallelemente und deren Verwendung:

Halbmetallelemente Beschreibung
Bor $\ce{B}$
  • Zwischen den Boratomen sind kovalente Bindungen ausgebildet.
  • Verwendung in der Halbleitertechnik und für die Herstellung harter Materialien
  • Silicium $\ce{Si}$
  • Bei Raumtemperatur sind alle Valenzelektronen in Atombindungen gebunden, wodurch ein regelmäßiges Kristallgitter entsteht.
  • Mit steigender Temperatur werden diese Elektronen frei beweglich und die elektrische Leitfähigkeit steigt.
  • Verwendung in Solarzellen oder in der Mikroelektronik
  • Germanium $\ce{Ge}$
  • Germaniumatome bilden bei Raumtemperatur Atombindungen aus.
  • Verwendung in der Halbleitertechnik, für optische Bauelemente und für elektrische Mess- und Schaltgeräte.
  • Arsen $\ce{Ar}$
  • Bei Raumtemperatur ist Arsen metallisch glänzend, grau, spröde und kristallin.
  • Verwendung für Legierungen mit Kupfer und Blei und in der Halbleitertechnik
  • Selen $\ce{Se}$
  • Verwendung in der Elektrofotografie, Fotozellen und Belichtungsmessern
  • Antimon $\ce{Sb}$
  • Verwendung für die Herstellung von Halbleitern
  • Tellur $\ce{Te}$
  • Bei Raumtemperatur geht die nichtmetallische, braun-schwarze, amorphe Form in die metallische, silberweiße, spröde, kristalline Modifikation über.
  • Dieses Video

    Halbmetalle haben sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften. Die elektrische Leitfähigkeit ist bei Raumtemperatur schwach und nimmt mit steigender Temperatur zu.

    Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben zu den Halbmetallen, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

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    Transkript Halbmetalle – metallischer oder nichtmetallischer Charakter?

    Hallo liebe Freundinnen und Freunde der Chemie!   Herzlich willkommen zu unserer kleinen Reise in das Periodensystem der Elemente (PSE). Die Herren oben sind links Mendelejew, rechts oben Lothar Meyer, die Entdecker des Periodensystems.   Im vorherigen Video haben wir die Hauptgruppenelemente in Metalle (hier blau untersetzt) und Nichtmetalle (rot untersetzt) eingeteilt, und eine einfache Regel entwickelt, wie man sich ihre Stellung im Periodensystem der Elemente merken kann. Ihr seht das an diesen beiden Dreiecken. Blau: dort befinden sich die Metalle; rot: entsprechend die Nichtmetalle. Blau: Metalle; rot: Nichtmetalle. So, die Dreiecke schiebe ich jetzt ganz in die Ecken unseres Bildschirms - blau nach ganz links unten, rot nach ganz rechts oben - und komme jetzt auf eine Problemzone zu sprechen. Nicht nur wir Menschen haben Problemzonen, auch das Periodensystem der Elemente hat eine solche. Und die befindet sich genau - na wo wohl? Im Zentrum. "Ich mache keine Probleme!" "Ich auch nicht!" Nein, Wasserstoff und Helium, ihr seid echte Nichtmetalle. Und ihr, Lithium und Beryllium, echte Metalle. Beim Bor, allerdings, treffen wir eine Situation an, wo ein Nichtmetall bestimmte metallische Eigenschaften hat. Man kann ein Metall, das seht ihr bei diesem Löffel, gut biegen. Das geht bei einem typischen Nichtmetall nicht. So, also: Wir biegen den Löffel hier hin und da hin ... (Sollt ihr nicht; soll ich auch nicht. Das gibt Ärger mit sofatutor. Ich mache es trotzdem.) Also, Löffel hin, Löffel her - das geht nur bei Metallen. Bor-Löffel gibt es nicht. Trotzdem hat Bor bestimmte Eigenschaften, die metallisch sind. Deswegen bezeichnet man das chemische Element Bor manchmal auch als Halbmetall. Und "Halbmetall", das untersetze ich mit so einem olivfarbenen Hintergrund. Kohlenstoff ist wieder klar: Nichtmetall. Aluminium ist wieder klar: Metall. So. Aber Silizium? Da haben wir eine ähnliche Situation: eigentlich Nichtmetall, hat aber bestimmte metallische Eigenschaften. Na gut, es gibt keine Silizium-Löffel, aber es glänzt, wenn man es in die richtige Form bringt. Phosphor: ganz klar Nichtmetall. Obwohl ... Es gibt auch eine glänzende Modifikation. Trotzdem, wir bleiben dabei: Nichtmetall. Und Arsen ist wieder so ein Vertreter, der eigentlich ein Nichtmetall ist, der aber bestimmte metallische Eigenschaften aufweist. Also wieder der olivfarbene Hintergrund - Arsen ist ein Halbmetall. Und wie schaut es mit dem Tellur aus? Ihr werdet es sicher schon erraten haben: auch Tellur ist ein Halbmetall. Und weiter die diagonale Linie: Astat ist ein Halbmetall. Germanium ist eindeutig, denn rechts steht Arsen als Halbmetall und links Gallium als Metall. Also kann Germanium folglich nur ein Halbmetall sein. Denn wenn es ein Metall wäre, dann hätten wir es ja schon vorher feststellen können, nicht war? Also, Germanium ist auch ein Halbmetall. Tja. Antimon - und das tut mir besonders weh - wird heute auch zu den Halbmetallen gezählt. Ich dachte viele Jahre, dass es ein typisches Metall ist. Selen - und das ist vielleicht dann doch noch einzusehen - ist auch ein Halbmetall.   So. Und wie das mal so ist - weder Fisch noch Fleisch - so ist die Herstellung eines Dessertlöffels aus einem Halbmetall nicht so die richtige Idee. Biegen ist für die Halbmetalle nicht das Beste, denn sie würden bei einem Löffel ganz einfach zerbrechen.   Wie sieht es denn nun aus mit unserer schönen Regel? Links unten Metalle; rechts oben Nichtmetalle. An dieser Regel ändert sich natürlich nichts und ihr könnt sie euch fest einprägen. Solltet ihr unsicher sein in der Mitte, könnt ihr immer sagen, es ist ein Nichtmetall. Denn eigentlich ist auch ein Halbmetall ein Nichtmetall. Ein Metall ist eben ein Metall, nicht wahr?   So. Ich nehme unsere beiden Hilfsdreiecke weg und ihr könnt noch einmal den Anblick genießen. Oben Herr Mendelejew und auf der rechten Seite der Herr Meyer. Das Periodensystem der Elemente, abgekürzt PSE, für die Hauptgruppenelemente.   Das wär's auch schon wieder. Es hat mir viel Spaß bereitet. Ich wünsche euch alles Gute und hoffe, ihr habt ein wenig Spaß an der Chemie gehabt. Alles Gute! Tschüss!  

    10 Kommentare
    1. Gut erklärtes und Informationsreiches Video!

      Von Fabiona, vor mehr als 3 Jahren
    2. was muss man machen
      glg

      Von C Baumi, vor mehr als 5 Jahren
    3. Um eine solche Diskussion zu führen, muss man die Eigenschaften des Elementes genau analysieren. Mit Sicherheit ist Selen kein Metall.
      Alles Gute

      Von André Otto, vor mehr als 11 Jahren
    4. Bei mir ist Selen auch als Nichtmetall angegeben und nicht als Halbmetall.

      Von Luise 4, vor mehr als 11 Jahren
    5. Hallo,
      "Rot" ist "Nichtmetall". Schau dir mein PSE an. "Halbmetall" ist sicher auch nicht falsch. In den nächsten Videos zu dem Thema gehe ich darauf noch ein.
      Alles Gute und viel Erfolg

      Von André Otto, vor mehr als 12 Jahren
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