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2	B ホウ素	C 炭素	N 窒素	O 酸素	F フッ素
3	Al* アルミニウム	Si ケイ素	P リン	S 硫黄	Cl 塩素
4	Ga ガリウム	Ge ゲルマニウム	As ヒ素	Se セレン	Br 臭素
5	In インジウム	Sn スズ	Sb アンチモン	Te テルル	I ヨウ素
6	Tl タリウム	Pb 鉛	Bi ビスマス	Po* ポロニウム	At* アスタチン

		一般的に半金属とされる		*Al、Po、Atを半金属とするかには議論がある
		しばし半金属とされる
		たまに半金属とされる
		希に半金属とされる

周期表上の半金属。灰色の階段状の線は、金属と非金属の境界線の典型例である。

半金属（Metalloid）とは、元素の分類において金属と非金属の中間の性質を示す物質のことである。その定義は曖昧であり、明確な定義や分類基準は存在せず、様々な方法によって分類が試みられている。一般的にはホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルの6元素が半金属とされ、セレン、ポロニウム、アスタチンの3元素がしばし加えられる。

分類

元素は通常、その一般的な化学的、物理的性質によって金属もしくは非金属に分類される。しかしながら、いくつかの元素はその中間の性質を有していたり^[1]、両方の性質を併せ持ったりしているために^[2]、その特性による分類が困難となる^[3]^[4]。そのため、これらの元素はしばし半金属として分類される。半金属を表すMetalloidの語は、ラテン語で金属を意味する metallum および、ギリシア語で形状もしくは外観が類似していることを意味するoeidesの語に由来する^[5]^[6]。半金属は金属と非金属の間で曖昧な緩衝地帯を形成する分類基準であると説明される（ファジィ理論）^{[注釈 1]}。

半金属は通常、金属および半金属と並んで元素の第三の分類であると考えられている^[16]。いくつかの場合においては、半金属として分類されずに金属として分類されたり^[17]^[18]、非金属として考えられていたり^[19]、そのサブカテゴリであるとみなされたりすることがある^[20]^[21]^[22]^[23]^[24]^{[注釈 2]}。

性質

半金属という用語には、普遍的に合意された厳格な定義は存在せず^[26]^[27]、個々の元素の分類は「任意である」とされる^[28]。しかしながら、以下に示す金属-半金属-非金属の物理的、化学的性質の表のように、金属および非金属の性質と比較することで半金属の性質が浮かび上がる^[29]^{[注釈 3]}。

物理的性質

性質	金属	半金属	非金属
形状	固体（室温もしくはそれに近い温度において、ガリウム、水銀、セシウム、フランシウムのような少数の金属は液体。）^[30]^[31]	固体^[32]	主に気体^[33]、周期表において金属と非金属の境界線近くに位置するものは液体もしくは固体
外観	特徴的な光沢（金属光沢）	金属光沢^[32]	無色、赤、黄、緑、黒もしくは中間色^[34]
同素体	多くは金属性の同素体（ビスマス、スズは半導体性の同素体を有する）	いくつかの特徴的な同位体を有し^[35]、それらは金属性および非金属性の性質を有する^[36]	酸素、硫黄は非金属性の同素体を有し、周期表において金属と非金属の境界線近くに位置する炭素やリン、セレンはより金属性の同位体を有する
密度	アルカリ金属のようなわずかな例外を除き高い^[37]	周期表上において隣接した卑金属よりは低いが、非金属よりは高い^[24]	低い
弾性	固体状態において弾性があり、延性および可鍛性を有する	弾力がなく脆い^[38]	固体状態において弾力がなく脆い
電気伝導度	高く良好^{[注釈 4]}	中程度に良好^[41]^{[注釈 5]}	中程度に悪い^{[注釈 6]}
液体時の電気伝導度^[49]	固体時と同様に高く良好	液状では金属と同様に高く良好^[50]^[51]	固体時と同様に中程度に悪い
熱伝導率	中程度もしくは高い^[52]	ケイ素は高いものの、大部分は中程度^[38]^[53]	非常に低い^[54]、もしくは非常に高い^[55]
結晶構造	高い配位数を取る密な結晶構造	中程度の配位数を取る比較的疎な結晶構造であり^[56]、金属の密な結晶構造とは対照的である^[57]	低い配位数を取る
溶解時の状態	一般的に溶解すると体積が増える^[58]	ほとんどの金属^[59]と異なり、体積が減少する^[60]	一般的に溶解すると体積が増える^[58]
溶融エンタルピー	高い	他の最密充填構造を取る金属と比較して^[61]しばし異常に高い^[62]	低い
バンド構造	半金属的（semi-metal、#バンド理論における半金属参照）なバンド構造を持つビスマス以外は金属的	半導体、アンチモンおよびヒ素は半金属^[22]^[63]	半導体もしくは絶縁体^[64]
電子のふるまい	自由電子	• 価電子は金属ほどには自由に非局在化しておらず、共有結合性の結合がかなりの割合を占めている^[65] • ゴールドハマー・ハーツフェルド基準^{[注釈 7]}に対して、金属から非金属にまたがる比率を有する^[50]^[70]。	非自由電子

化学的性質

性質	金属	半金属	非金属
一般的なふるまい	金属的	非金属的^[71]	非金属的
イオン化エネルギー	比較的低い	中程度^[72]、通常金属と非金属の中間値を取る^[73]	高い
電気陰性度	低い	ポーリングの電気陰性度（Allredの改定値）において2に近い電気陰性度を有しており^[74]、アレンの電気陰性度においては1.9から2.2という狭い範囲の電気陰性度を有している^[75]	高い
イオン生成	陽イオン（カチオン）を生成する傾向がある	• 通常の非金属と比較して水中でアニオンを形成する傾向が低下する^[76] • 溶液化学はオキソアニオンの形成および反応に支配される^[77]^[78]	陰イオン（アニオン）を生成する傾向がある
結合	共有結合は滅多に形成しない	イオン結合性化合物および共有結合性化合物のどちらも形成することができる^[79]	多くは共有結合を形成する
酸化数	ほぼ常に正の酸化数を取る	正もしくは負の酸化数を取る^[80]	正もしくは負の酸化数を取る
金属との混合	合金を与える	合金を形成することができる^[36]^[81]^[79]	イオン性化合物もしくは侵入型化合物を形成する
酸化物	• 低級酸化物はイオン性、塩基性 • 高級酸化物は共有結合性が強くなり、酸性 • ごくわずかにガラス質を形成する^[82]	• 高分子構造を取り^[83]、両生もしくは弱酸性になる傾向がある^[32]^[84] • ガラス質を形成する（ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル）^[85]	• 共有結合性、酸性 • リン、硫黄、セレンはガラス質^[86]
ハロゲン化物（特に塩化物）	• イオン性 • 水溶性（加水分解ではない）	• 共有結合性、揮発性^[87]^[88] • 部分的に可逆的な加水分解をする^[89]	• 共有結合性 • 水によって加水分解する
水素化物	• 活性な金属は融点の高い固体のイオン結合性水素化物を形成する • 遷移金属は金属水素化物を形成する • 卑金属は共有結合性の水素化物を形成する	共有結合性の水素化物を形成する^[90]	気体もしくは液体の共有結合性水素化物を形成する
有機金属化合物	多くの形を取る	形成することができる^[91]	形成しない

特徴

上記の物理的、化学的性質のうち、脆さ^[92]^[93]もしくは半導体性^[94]、またはその両方^[95]は、著しく特徴的な半金属の指標として用いられてきた。しかし半導体性については、半金属に分類される元素の内ほとんどのものが半導体性を示すものの全ての元素が必ずしも半導体性を示すというわけではなく^[96]、「半金属」は周期表上において特定の元素の化学的、物理的（物質的）、電子的な性質に関連した化学的な概念であるのに対して、「半導体」は元素と化合物を含む素材の電子特性に関連した物理学的な概念であり^[97]、半金属と半導体は全く別の概念である。また、例えば半金属酸化物が両生を示すような、著しく際立った化学的な二重のふるまいもまた、これまでに用いられてきた半金属の基準の一つであり^[98]、半金属は全てが金属光沢を示す固体であるとされている^[99]。

その他の性質は元素によって異なっている^[100]。半金属の見せる金属的な性質はいくつかの特徴の組み合わせである点に注意が必要であり、ホークスは、その元素が半金属に属するか否かは、その元素が半金属に関連する性質をどの程度示すのかに基づいて元素毎に個別に審査するように提唱している^[27]。

半金属とされる元素

一般的に半金属とされる元素

以下の6元素は、元素の分類において一般的に半金属として分類される^[26]^[27]^[101]^[102]^[103]^[104]。

これに加えて、しばしセレン、ポロニウム、アスタチンが半金属とされることがある^[27]^[105]^[106]。しばしホウ素は、単独もしくはケイ素とともに半金属から除外される^[107]^[108]。テルルはしばし半金属としてはみなされず^[109]、アンチモン、ポロニウム、アスタチンを半金属に加えることに疑問が呈されることもある^[27]^[110]^[111]。

セレン

セレンは半金属もしくは非金属としてのふるまいを示し、それらの境界線上に位置する元素である^[112]^[113]^{[注釈 8]}。

セレンの最も安定した同素体は六方晶系の結晶構造を取る灰色セレンであり、単斜晶系の結晶構造をとる赤色セレンと比較して数桁高い電気伝導度を示すことから「金属セレン」と呼ばれている^[116]。セレンの金属的な性質は、光沢^[117]、結晶構造（直鎖状の結合の中にわずかに金属結合が含まれていると考えられている）^[118]、溶融したセレンを引抜加工することによって細い糸状にすることができ^[119]、「非金属に特有な高酸化数状態」において電気抵抗が発生し^[120]、そしてトリヒドロキシセレニウム(IV)の過塩素酸塩であるSe(OH)₃⁺ClO₄^–の形の加水分解された陽イオンの塩の存在^[121]^[122]などによって示される。

セレンの非金属的性質は、脆さ^[117]、バンド構造（半導体性）^[122]、10⁻⁹から高純度品で10⁻¹² S·cm⁻¹という低い電気伝導度^[123]^[124]^[125]（それは非金属である臭素の(7.95×10^–12 S·cm⁻¹に相当もしくはさらに低い^[126]）、比較的高い電気陰性度^[127]（修正ポーリングスケールで2.55）、液体状態においても保持される半導体性、そしてセレンの非金属陰イオン形であるSe^2–、SeO2−
3、SeO2−
4における化学反応^[128]、発煙硫酸に溶解した際に硫黄やテルルと同じくSe2+
8のような環状ポリカチオンを形成する能力^[129]などによって示される。

バンド理論における半金属

バンド理論における半金属（Semi-metal）はフェルミエネルギーが、価電子帯の最上部と、伝導帯の最下部を横切っている状態（価電子帯と伝導帯が僅かに重なっている）、またはその状態を示す物質。この場合、価電子帯最上部にホールができ、伝導帯最下部は電子が占有している。金属より電気伝導度（電気伝導率）は低い。半金属としては、グラファイト、ヒ素、アンチモン、ビスマスなどがある。

温度と電気伝導との関係は、金属と同じで温度が下がるほど電気伝導は良くなる（電気伝導度が上がる）。半金属の特徴としては、キャリアが少ない、有効質量が小さい、反磁性帯磁率や誘電率が大きいことなどが挙げられる。

なお、ハーフメタリックという用語は、ここで述べた半金属とは意味が異なる。

注釈

^ 半金属の曖昧さについては、例えばルヴレ^[7]、コブとフェタロフ^[8]、フィレット^[9]らによる言及がある。半金属という分類を「緩衝地帯 (buffer zone) に見立てる用例はロコウにみられる^[10]。半金属を単一の基準によって分類する例としては、電気伝導度を用いたメイハンとマイヤーズ^[11]、電気陰性度を用いたミースラーとタール^[12]、酸化物の酸-塩基性によって分類したハットンとディカーソンなどがある^[13]。ニーン、ロジャーズおよびシンプソンは、元素の構造もしくは酸との反応性のような、個々の基準を用いることをさらに提言している^[14]。複数の基準を用いた例としては、マスタートンとスロウィンスキーによるイオン化エネルギーと電気陰性度、電気的ふるまいの3つの並列的な基準によって半金属を分類した例がみられる^[15]。
^ オーダーベルグは存在論的な根拠を基に、金属でないならばすべて非金属であり、したがって半金属は全て非金属に含まれると主張した^[25]。
^ 特に断りの無い限り、以下の表の金属および半金属に関するデータはKneen, Rogers & Simpson, 1972による。また、金属および非金属の列に見られる網掛けは、半金属の性質との間に明確な共通点があることを示している。
^ 最も低いマンガンで6.9 × 10³ S•cm^–1、最も高い銀で6.3 × 10⁵である^[39]^[40]。
^ 最も低いホウ素で1.5 × 10^–6 S•cm^–1、最も高いヒ素で3.9 × 10⁴の伝導度を示す^[42]^[43]。セレンを半金属に含めるならば、半金属の電気伝導度の最低値は10^–9から10^–12 S•cm^–1スケールとなる^[44]^[45]^[46]。
^ 電気伝導度の低い気体元素で＜10^–18 S•cm^–1、最も高いグラファイトで3 × 10³の伝導度を示す。^[47]^[48]
^ ゴールドハマー・ハーツフェルド基準とは、固体もしくは液体の元素において、ある位置に置かれた個々の原子の価電子を保持している力と、その同一の電子に対して作用している原子間の相互作用によって生じる力との比を示す尺度である。原子間の相互作用によって生じる力が価電子を保持している力と同等もしくはより大きければ、価電子の遍歴（電子が自由電子的にふるまう）が示されて金属的な挙動が予測され^[66]^[67]、そうでなければ非金属的な挙動が予測される。古典的な理論に基づくが^[68]ハーツフェルド基準は元素の金属的な性質の発現に対して、比較的単純な一次合理性を提供している^[69]。
^ Rochow (1957, p. 224),^[114]、後の1966に彼が書いたモノグラフThe metalloids^[115]において、いくつかの点でセレンは半金属のようにふるまい、テルルは確実にそうであると述べた

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