Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Chemie
  3. 5 Periodensystem der Elemente
  4. 5.1 Ordnung in der Vielfalt der Elemente
  5. 5.1.2 Aufbau des Periodensystems
  6. Halbmetalle

Halbmetalle

Als Halbmetalle werden die chemischen Elemente bezeichnet, die in ihren Eigenschaften eine Zwischenstellung zwischen den Metallen und den Nichtmetallen einnehmen. Sie weisen halbleitende und amphotere Eigenschaften auf, sind aber nicht mit der Stoffgruppe der Halbleiter identisch. Es handelt sich bei Halbmetallen um Feststoffe, die teilweise sowohl metallische als auch nichtmetallische Modifikationen bilden. Im Periodensystem sind die Halbmetalle farblich von den Metallen und den Nichtmetallen abgehoben.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Als Halbmetalle werden chemische Elemente bezeichnet, die in ihren Eigenschaften eine Zwischenstellung zwischen Metallen und Nichtmetallen einnehmen. Dazu betrachtet man in erster Linie die elektrische Leitfähigkeit der kristallinen Feststoffe.

EigenschaftenMetalleHalbmetalleNichtmetalle
Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur

leiten den elektrischen Strom

leiten den elektrischen Strom kaumleiten den elektrischen Strom nicht
Leitfähigkeit bei steigender Temperatur

elektrischer Widerstand nimmt zu, Leitfähigkeit nimmt ab

elektrischer Widerstand nimmt ab, Leitfähigkeit nimmt zukeine Veränderungen

Zahlreiche Halbmetalle haben Halbleitereigenschaften, d. h. sie weisen eine mittlere elektrische Leitfähigkeit auf, die mit steigender Temperatur wächst. Allerdings sind die Begriffe Halbleiter und Halbmetall keine Synonyme. So gibt es halbleitende Oxide und Polymere, die keine Halbmetalle, sondern Verbindungen sind. Die spezifische Leitfähigkeit von Halbleitern wie Silicium oder Germanium ist um mehrere Größenordnungen geringer als die der Metalle (s. Tab.).

Spezifische elektrische Leitfähigkeit verschiedener Stoffe in Ω-1 m-1 (20 °C):

LeiterHalbleiter         Isolatoren
Aluminium3,6 · 107Bor10-4Glas10-11-10-7
Kupfer5,9 · 107Germanium2Porzellan10-12
Silber6,3 · 107Silicium2 · 10-4Polypropylen10-5
Quecksilber1 ·106  Diamant10-13


Die elektrischen Eigenschaften der Halbleiter kann man mit dem Bändermodell erklären. Nach diesem Modell befinden sich die Elektronen im Valenzband, das durch eine Bandlücke von dem höher liegenden Leitungsband getrennt ist.

In Halbleitern sind bei tiefen Temperaturen praktisch alle Elektronen im Valenzband. Bei den Elementen der 4. Hauptgruppe wie Silicium und Germanium ist dieses dann vollständig besetzt, sodass kein Strom fließen kann. Aber bereits bei Zimmertemperatur haben die Elektronen ausreichend Energie, um die Bandlücke zu überwinden und in das Leitfähigkeitsband überzugehen. Die Leitfähigkeit nimmt dann mit der Temperatur stark zu (thermische Eigenleitung).

Die Zwischenstellung der Halbmetalle zeigt sich auch im amphoteren Charakter der Elemente und ihrer Oxide. So lösen sich die meisten Halbmetalle sowohl in Säuren als auch in Basen. Die Oxide können ebenfalls mit Säuren und Basen Salze bilden.

Von den meisten Halbmetallen existieren sowohl metallische als auch nichtmetallische Modifikationen. Auch im Periodensystem der Elemente nehmen die Halbmetalle eine Mittelstellung ein. Im PSE sind die Metalle blau, die Nichtmetalle rot und die Halbmetalle grün gekennzeichnet.

Wichtige Halbmetalle

Zu den einzelnen Elementen findet man weiterführende Artikel.

Bor
Vom Halbmetall Bor gibt es vier verschiedene Modifikationen. Bor bildet kein typisches Metallgitter mit frei beweglichen Elektronen, sondern zwischen den Boratomen bestehen die bedeutend festeren kovalenten Bindungen, womit sich sowohl die besondere Härte als auch die hohen Schmelztemperaturen erklären lassen. Bei Raumtemperatur ist die elektrische Leitfähigkeit sehr gering, steigt jedoch beim Erwärmen sehr rasch an. (Bei der Erhöhung von 20 °C auf 600 °C nimmt sie um das Hundertfache zu.) Verwendet wird es in der Halbleitertechnik, in der Elektroindustrie und zur Herstellung von besonders harten Materialien.

Silicium
Einer der bedeutendesten Werkstoffe in der Elektronik ist das Halbmetall Silicium. Das Reinstsilicium wird in der Mikroelektronik (integrierte Schaltkreise für Mikrochips) und in der Fotovoltaik (Solarzellen) verwendet, wo es gezielt mit Arsen, Antimon oder Aluminium dotiert wird. Im reinen Silicium ist jedes Atom tetraedrisch von vier weiteren Siliciumatomen umgeben (siehe Abbildung 2). Bei Zimmertemperatur sind alle vier Außenelektronen in Atombindungen gebunden, wodurch ein regelmäßiges Kristallgitter, analog dem Diamantgitter, ensteht. Mit zunehmender Temperatur lösen sich immer mehr Elektronen und werden frei beweglich. Dadurch steigt die elektrische Leitfähigkeit.

Germanium
Das Halbmetall Germanium wird in der Halbleitertechnik, für optische Bauelemente und zum Bau elektrischer Mess-und Schaltgeräte verwendet. Bei Raumtemperatur kristallisiert es in einer Modikation, in der die Ge-Atome durch Atombindungen zusammengehalten werden und nicht wie in Metallen durch metallische Bindung. Bei Drücken über 12 GPa (Gigapascal) bildet Germanium eine metallische Hochdruckphase, die unterhalb -267,75 °C supraleitend ist.

Für die Herstellung von elektronischen Bauelementen auf Basis von Halbleitern wie Silicium oder Germanium werden durch Dotierung mit Elementen der 5. Hauptgruppe oder der 3. Hauptgruppe gezielt Überschusselektronen (n-Halbleiter) oder Elektronenlöcher (p-Halbleiter) in das Valenzband eingebracht, um eine bestimmte Leitfähigkeit einzustellen. Durch Kombination von n-Leiter-Bereichen und p-Leiter-Bereichen erhält man dann das entsprechende Bauelement.
Die zunehmende Eigenleitfähigkeit des Materials bei höherer Temperatur stört dann aber die gewünschte Funktion des Bauelements und bestimmt somit dessen obere Temperatur-Einsatzgrenzen.

Die Bandlücke zwischen Valenzband und Leitfähigkeitsband ist bei Silicium mit etwa 1,1 eV größer als bei Germanium mit etwa 0,7 eV. Daher treten bei Bauelementen auf Si-Basis erst oberhalb von ca. 150 °C Störungen durch die thermische Eigenleitung auf, während das bei Ge-basierten schon oberhalb von 100 °C der Fall ist. Damit wären sie z. B. hinsichtlich der Verwendung in den Tropen gegenüber Si-basierten Bauelementen unterlegen.

Arsen
Das Halbmetall Arsen bildet mehrere Modifikationen. Die bei Raumtemperatur stabilste Modifikation ist das metallische graue Arsen. Es stellt eine stahlgraue, metallisch glänzende, undurchsichtige, spröde, kristalline Masse dar. Bei Drücken über 14 GPa (Gigapascal) existiert eine metallische Hochdruckphase. Eine metastabile Modifikation ist das gelbe Arsen. Es entsteht z. B. durch Abschrecken von Arsendampf mit flüssiger Luft. Es ist eine nichtmetallische Phase, die aus As 4 - Molekülen mit tetraedrischer Struktur besteht. Es wandelt sich schon bei geringer Energiezufuhr (Licht oder Wärme) in das graue metallische Arsen um. Eingesetzt wird es ebenfalls in der Halbleitertechnik und zur Herstellung spezieller Legierungen mit Kupfer und Blei.

Selen
Selen bildet ebenfalls mehrere Modifikationen, von denen u. a. das rote Selen eine unbeständige, nichtmetallische Modifikation bestehend aus Se 8 -Molekülen ist. Die thermodynamisch stabilste Modifikation ist das metallische graue Selen. Bemerkenswert am metallischen Selen ist der ausgeprägte innere Fotoeffekt, d. h. dass die elektrische Leitfähigkeit bei Belichtung stark zunimmt. Auch der für Halbleiter typische thermoelektrische Effekt ist beachtlich groß. Alle Modifikationen gehen beim Erhitzen in die stabile metallische Modifikation über. Verwendet wird Selen in der Elektrofotografie in Fotokopiergeräten, Fotozellen und Belichtungsmessern sowie in der Metallindustrie als Legierungszusatz.

Antimon
Auch vom Antimon gibt es mehrere verschiedene Modifikationen, wobei insgesamt der metallische Charakter stärker ausgeprägt ist als beim leichteren Homologen Arsen. Die stabilste Modifikation ist grau, metallisch, hart, spröde und beständig gegen Luft. Die Leitfähigkeit ist nur gering. Antimonverbindungen werden u. a. zur Herstellung von Halbleitern verwendet.

Tellur
Tellur gibt es nur in zwei Modifikationen. Die nichtmetallische braunschwarze, amorphe Form geht bei Raumtemperatur langsam, aus der Schmelze sofort in die metallische, kristalline Modifikation über. Sie ist silberweiß und sehr spröde. Im Dampfzustand ist Tellur goldgelb und besteht aus Te 2 -Molekülen.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Halbmetalle." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie/artikel/halbmetalle (Abgerufen: 23. May 2025, 16:45 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Arsen
  • Tellur
  • Werkstoffe
  • Halbleiter
  • Metalle
  • Bor
  • Leifähigkeit
  • Silicium
  • Germanium
  • Selen
  • Amphoterie
  • Halbmetalle
  • Antimon
  • amphoter
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Halbmetalle

Als Halbmetalle werden die chemischen Elemente bezeichnet, die in ihren Eigenschaften eine Zwischenstellung zwischen den Metallen und den Nichtmetallen einnehmen. Sie weisen halbleitende und amphotere Eigenschaften auf, sind aber nicht mit der Stoffgruppe der Halbleiter identisch. Es handelt sich bei Halbmetallen um Feststoffe, die teilweise sowohl metallische als auch nichtmetallische Modifikationen bilden. Im Periodensystem sind die Halbmetalle farblich von den Metallen und den Nichtmetallen abgehoben.

Astronomie

Die Astronomie ist eine Naturwissenschaft. Sie beschäftigt sich mit allen Objekten des Weltalls (Monde, Planeten, Sterne, Kometen, Planetoiden), ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften, ihren Bewegungen und Entwicklungen. Sie ermöglicht auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse die Erklärung und Voraussage vieler Erscheinungen in der Natur. Das Wort "Astronomie" ist vom griechischen "astros" abgeleitet, was soviel wie "die Sterne betreffend" bedeutet.
Die Astronomie untersucht vielfältige Naturerscheinungen und wendet typische Untersuchungsmethoden an, insbesondere die Registrierung und Auswertung der sichtbaren und nicht sichtbaren Strahlung, die von den Himmelskörpern ausgeht.
Nach der Art der untersuchten Strahlung unterscheidet man zwischen der optischen und der nichtoptischen Astronomie.
Nach der Zielsetzung und den angewandten Methoden kann man zwischen klassischer Astronomie, Stellarstatistik, Astrophysik, Kosmogonie und Kosmologie unterscheiden.

Biologie

Die Biologie ist eine Naturwissenschaft. Sie untersucht Erscheinungen des Lebens von Pflanzen, Tieren und Menschen, seiner Entstehung, seinen Gesetzmäßigkeiten, Erscheinungsformen und Entwicklungen.
Das Wort "Biologie" ist von den griechischen Wörtern "bios" = Leben und "logos" = Lehre abgeleitet und bedeutet Lehre von Leben.
Die Biologie untersucht vielfältige Naturerscheinungen und wendet typische Denk- und Arbeitsweisen an, die z. B. mit solchen Tätigkeiten wie dem Beobachten, Vergleichen, Beschreiben, Mikroskopieren oder Experimentieren verbunden sind.
Traditionell wird die Biologie in eine Reihe von Teilgebiete eingeteilt. Solche Teilgebiete der Biologie sind die Systematik (Taxonomie), die Morphologie, die Anatomie, die Physiologie, die Genetik (Vererbungslehre), die Evolution, die Zellenlehre (Zytologie), die Verhaltensbiologie, die Ökologie, die Anthropologie (Menschenkunde), die Botanik (Pflanzenkunde) und die Zoologie (Tierkunde).

Geographie, physische

Die physische Geographie als Teilbereich der Geographie ist eine Naturwissenschaft. Sie untersucht die Wechselbeziehungen zwischen Lufthülle. Gesteinshülle, Wasserhülle und Lebewesen in der Nähe der Erdoberfläche sowie die Einflüsse der menschlichen Gesellschaft auf die Ausprägung der Landschaften.
Das Wort "Geographie" ist von dem griechischen Wort "geos" abgeleitet, das "die Erde betreffend" bedeutet.
Die physische Geographie untersucht vielfältige Naturerscheinungen und wendet typische Denk- und Arbeitsweisen an, die z. B. mit solchen Tätigkeiten wie dem Beobachten, Beschreiben, Vergleichen, Analysieren, Messen und Experimentieren verbunden sind.
Traditionell wird die physische Geographie in die Teilgebiete eingeteilt, die inhaltlich eng miteinander verbunden sind und teilweise auch den Charakter selbständiger Wissenschaften angenommen haben. Die wichtigsten Teilgebiete der physischen Geographie sind die mathematische Geographie, die Kartographie, die Geomorphologie, die Klimageographie, die Hydrogeographie, die Bodengeographie sowie die Pflanzen- und Tiergeographie.
Neben der physischen Geographie ist die politische oder ökonomische Geographie der andere Teilbereich der Geographie.

Naturwissenschaften

Die Naturwissenschaften beschäftigen sich mit jeweils ausgewählten Teilbereichen der lebenden oder der nicht lebenden Natur. Im Laufe der historischen Entwicklung haben sich als die wichtigsten naturwissenschaftlichen Disziplinen die Astronomie, die Biologie, die Chemie, die Physik und die physische Geographie herausgebildet.
Ziel jeder Naturwissenschaft ist es,

  • in der Natur Zusammenhänge und Gesetze zu erkennen,
  • mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse Erscheinungen und Vorgänge erklären und voraussagen zu können,
  • die gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen, um das Leben der Menschen sicherer und angenehmer zu machen.

Im Unterschied zu den Naturwissenschaften beschäftigen sich die Geisteswissenschaften mit der historisch-gesellschaftlichen Entwicklung des Menschen.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025