ما هي أشباه الفلزات

نتعامل بشكلٍ يوميٍّ مع الكثير من العناصر الكيميائية المختلفة انطلاقًا من الفلورايد الموجود في معاجين الأسنان وصولًا إلى ملح الطعام. ننتقل في استخداماتنا بين المعادن وغير المعادن، لكن ماذا بشأن أشباه الفلزات! هل تعاملت معها يومًا أو تعرفت إليها! نستخدم هذه العناصر بشكلٍ يوميٍّ أيضًا كما غيرها نظرًا لفوائدها الكبيرة في الصناعات في المجالات المختلفة، وسنقدم تعريفًا لماهية أشباه الفلزات واستخداماتها المحيطة.

الفلزات هي مجموعةٌ من العناصر الكيميائية التي تتقاسم خصائص المعادن وغير المعادن. تتميز بشبه موصليتها مما يعني إمكانية عزلها أو نقلها للكهرباء، وهو الأمر الذي يفيد في استخدامها في رقاقات وشرائح الحواسيب والترانزستورات وغيرها من الأجهزة التي تعتمد على أشباه الموصلات.

لا يوجد تعريفٌ موحدٌ يخص أشباه الفلزات سوى كونها ذات خصائصٍ مختلطةٍ بين المعادن وغير المعادن، لذا لا يوجد اتفاقٌ حول العناصر شبه الفلزية، إلا أن العناصر المتفق عليها بشكلٍ كاملٍ هي (البورون، السيليكون، الجرمانيوم، الزرنيخ، الانتيمون –الإثمد، التيلوريوم).

إن الخصائص الفيزيائية بشكلٍ عام هي مجموعة الخصائص التي يمكن ملاحظتها دون تغيير جوهر العنصر، أي يمكننا ملاحظتها باستخدام حواسنا كاللون واللمعان ونقط الغليان والانصهار والرائحة والكثافة. وبالنسبة لأشباه الفلزات فهي تملك بعض الخواص الفيزيائية للمعادن وغير المعادن.

تميل أشباه الفلزات إلى أن تكون صلبةً لامعةً كالمعادن، إلا أنها وعلى نقيض المعادن تكون هشة. كما يمكن تصنيفها كحالة وسيطةٍ بينهما كما قادرة على نقل الكهرباء أو عزلها.

يعتمد سلوك أحد العناصر في التفاعلات الكيميائية مع العناصر الأخرى بشكلٍ رئيسيٍّ على عدد الإلكترونات الموجودة في مستوى الطاقة الخارجي لذراتها. ويتراوح عدد هذه الإلكترونات في عناصر أشباه الفلزات بين الثلاثة إلكترونات إلى ستة.

البورون هو العنصر الوحيد الذي يحوي في طبقته الخارجية على ثلاثة إلكترونات لذا يميل إلى سلوك المعادن عن طريق التخلي عن الإلكترونات في التفاعلات الكيميائية. في حين تميل أشباه الفلزات الأخرى والتي تحوي على أكثر من أربعة إلكتروناتٍ (الزرنيخ والاثمد والتيلريوم) إلى سلوك العناصر غير الفلزية باكتساب إلكترونات في التفاعلات الكيميائية. أما السيليكون والجرمانيوم فيمتلكان أربعة إلكتروناتٍ في الطبقة السطحية وهو الأمر المربك، إذ لا يمكن تحديد آلية سلوكها في التفاعل الكيميائي بل يعتمد هذا على العناصر الأخرى المتفاعلة معها والتي تحدد ما إذا كانت أشباه الفلزات ستكتسب الإلكترونات أو تفقدها.

تستخدم أشباه الفلزات في مختلف القطاعات، إذ تقوم بالعديد من المهمات في المجال الصناعي والبحوث، كما تستخدم في العمليات البيولوجية وغيرها. وفيما يلي معلومات مفصلة عن الاستخدامات المختلفة لها:

لا بد أنك قد شاهدت سابقًا أحد عروض الألعاب النارية التي تظهر تلك الانفجارات الخضراء! إن تذكرت ذلك فعليك معرفة أنك قد شاهدت أحد أبرز استخدامات البورون، إذ يستخدم البورون لتغيير لون الألعاب النارية لأنه يحترق بلون أخضر.

بالإضافة إلى استخداماته الطبية في قطرات عين العدسات غير القابلة للكسر والمواد الحافظة، فإنه يستخدم في الحياة اليومية وبكثرةٍ في المطابخ حيث يستخدم البورون بشكل حمض اليوريك المستخدم في عمليات التنظيف، كما أنه يستخدم مع السيليكون في صناعة تجهيزات المطابخ التي تحمل العلامة التجارية Pyrex لجعلها مقاومةً للحرارة.

ليس هذا فقط بل يستخدم لعزل الألياف الزجاجية وكقضبانٍ في المفاعلات النووية وكمبيد حشري وفي صناعة السترات المضادة للرصاص أيضًا.

السيليكون هو واحدٌ من أكثر العناصر فائدة على هذا الكوكب. يستخدم في صناعة رقائق الحواسيب والخلايا الشمسية وشاشات الكريستال، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة الطوب والخرسانات والاسمنت والألعاب النارية والمتفجرات. كما يوجد في المطاط ويستخدم في صناعة البوليميرات ومانعات تسرب الماء.

في حين تستخدم سبائك سيليكات الألمنيوم في صناعة أجزاء مختلفة للسيارات، أما في المجال الطبي فلا يخفى على أحد استخدامه في العدسات اللاصقة وعمليات التجميل المعروفة.

يستخدم الجرمانيوم بشكلٍ أساسيٍّ في صناعة أشباه الموصلات، حيث يخلط مع العناصر الأخرى لتحسين خصائص الموصلية. كما يمكن استخدامه في مصابيح الفلورسنت وكاشفات الأشعة تحت الحمراء.

 له تطبيقاتٌ متنوعةٌ في المجال الطبي، إذ يدخل في صناعة الألياف البصرية وفي العلاج الكيميائي وعلاج الإيدز وأمراض القلب والمفاصل. وكان يستخدم في علاج فقر الدم إلا أن منظمات الصحة أثبتت وجود مجموعةٌ من الأخطار المترتبة على هذا الاستخدام.

أحد العناصر التي لن ترغب في استخدامها يومًا! يعتبر الزرنيخ مادة سامة استُخدمت في القيام بالعديد من عمليات الاغتيال. لكن استطاع العلماء الاستفادة من سميته هذه في الكثير من المجالات، فنظرًا لسميته الكبيرة يستخدم لحفظ الأخشاب من البكتيريا والفطريات وكمبيدٍ حشريٍّ قويٍّ.

ومن الغريب أنه مهمٌ جدًا للحفاظ على استقلابات بعض الأحماض الأمينية في الجسم، كما يلعب دورًا هامًا في استجابات الجسم لمنع حدوث بعض التغيرات على الجينات الوراثية، وله دورٌ فعالٌ في علاج كلٍّ من السرطان وابيضاض الدم.

من أشباه الفلزات التي استخدمها المصريون القدماء، الإثمد (الانتيمون)، واستُخدم كمستحضر تجميلي قبل قرون من اكتشافه من قبل العلماء. يستخدم أيضًا في صناعة البطاريات وتغليف الكابلات وغيرها من التطبيقات المماثلة.

كما يستخدم في صناعة الدهانات والسيراميك، وأبرز استخدام له هو صناعة مثبطات اللهب، فيستخدم في الطائرات وأغطية مقاعد السيارات وأغطية المحركات لمنع اشتعالها. ولا يقتصر عمله في السيارات على هذا بل يشكل عامل احتكاكٍ عند صناعة الفرامل.

يستخدم التيلريوم لزيادة ليونة الفولاذ والنحاس، كما يقلل من معدل تآكل المعادن، وهو فعالٌ في صناعة الخلايا الشمسية والسيراميك وأشباه الموصلات.