13 14 15 16 17 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 周期表のPブロックで半金属とされる元素。パーセンテージはにおいて半金属として扱われている割合の平均値である。
の典型的な例。
半金属（はんきんぞく、）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、決定的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元素がしばしば加えられる。炭素やリンなどは通常半金属とはされないものの、その同素体にはグラファイトや黒リンのような半金属性を有しているものが存在する。これらの半金属元素は周期表上において、おおよそホウ素からポロニウムまでを繋ぐライン上に現れるが、その境界線の引き方にもまた多くの議論がある。
半金属に特徴的な性質としては脆性、半導体性、金属光沢、酸化物の示す両性などが挙げられ、半金属のイオン化エネルギーや電気陰性度の値は一定の範囲に収まる。半金属の単体もしくはその化合物は、ガラスや半導体、合金の構成元素として広く利用されている。
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Deming & Hendricks 1942, p. 170、両方の性質を併せ持ったりしているためにButler 1930, p. 23、その特性による分類が困難となるInternational Textbook Company 1908, p. 21Hill & Holman 2000, p. 41。そのため、これらの元素はしばしば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Oxford English Dictionary 1989, 'metalloid'Gordh, Gordh & Headrick 2003, p. 753。日本語では半金属の他に、准金属櫻井、鈴木、中尾 (2003)、33頁。、亜金属村田 (2004)、248頁。、またはそのままメタロイド今井、大竹 (1988)、15頁。とも呼ばれる。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。
半金属は通常、金属および非金属と並び立つ元素の第三の分類であると考えられているRoher 2001, pp. 4–6が、その包含する元素は、場合によっては（半金属ではなく）金属に分類されたりTyler 1948, p. 105Reilly 2002, pp. 5–6、（半金属ではなく）非金属に分類されたりHampel & Hawley 1976, p. 174、あるいは半金属に分類されながら、半金属という分類自体が金属・非金属いずれかのサブカテゴリであるとみなされたりするGoodrich 1844, p. 264WA Tilden' 1897, p. 189Hampel & Hawley 1976, p. 191Lewis 1993, p. 835Hérold 2006, pp. 149–150。
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Goldsmith 1982, p. 526Hawkes 2001, p. 1686、個々の元素の分類は「任意である」とされるSharp 1981, p. 299。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Kneen, Rogers & Simpson, 1972, p. 263。これらは一般的な共通点を抽出しているので、いくつかの例外が存在している。
物理的性質 + 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。）Stoker 2010, p. 62Chang 2002, p. 304. Changはフランシウムの融点をおよそ23 と推定している。 固体Rochow 1966, p. 4 主に気体Hunt 2000, p. 256、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 無色、赤、黄、緑、黒もしくは中間色Pottenger & Bowes 1976, p. 138 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素体を有しDeming 1952, p. 394、それらは金属性および非金属性の性質を有するHultgren 1966, p. 648 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素体を有する 密度 アルカリ金属のようなわずかな例外を除き高いSisler 1973, p. 89 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 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McQuarrie & Rock 1987, p. 85 固体状態において弾力がなく脆い 電気伝導度 高く良好 中程度に良好Choppin & Johnsen 1972, p. 351 中程度に悪い 液体時の電気伝導度Rao & Ganguly 1986 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Edwards & Sienko 1983, p. 691Anita 1998 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Cverna 2002, p.1 ケイ素は高いものの、大部分は中程度Cordes & Scaheffer 1973, p. 79 非常に低いHill & Holman 2000, p. 42、もしくは非常に高いTilley 2004, p. 487 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Wiberg 2001, p. 143、金属の密な結晶構造とは対照的であるGupta et al. 2005, p. 502 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Wilson 1966, p. 260 ほとんどの金属Habashi 2003, p. 73と異なり、体積が減少するWittenberg 1972, p. 4526 一般的に溶解すると体積が増える 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Slough 1972, p. 362しばしば異常に高いWilson 1965, p. 502 低い バンド構造 半金属的（semi-metal、半金属 (バンド理論)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Wulfsberg 2000, p. 620 半導体もしくは絶縁体Swalin 1962, p. 216 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Russell 1981, p. 628 ゴールドハマー・ハーツフェルド基準に対して、金属から非金属にまたがる比率を有するEdwards et al. 2010。 非自由電子。ただし炭素の同素体であるグラファイトなどは自由電子を有している小野、松井 (2002)、12頁。。
化学的性質 + 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Bailar et al. 1989, p. 742 非金属的 イオン化エネルギー 比較的低い 中程度Metcalfe, Williams & Castka 1966, p. 72、通常金属と非金属の中間値を取るChang 1994, p. 311 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Pauling 1988, p. 183、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Mann et al. 2000, p. 2783 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Cox 2004, p. 27 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Hiller & Herber 1960, p. 225Beveridge et al. 1997, p. 185 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 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Bailar et al. 1989, p. 417 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Bassett et al. 1966, p. 602Young & Sessine 2000, p. 849 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Martienssen & Warlimont 2005, p. 257 高分子構造を取りBrasted 1974, p. 814、両性もしくは弱酸性になる傾向があるAtkins 2006, pp. 8, 122–23 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）Sidorov 1960 共有結合性、酸性 リン、硫黄、セレンはガラス質Rao 2002, p. 22 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Caven & Lander 1906, p. 146Rochow 1966, pp. 28–29 部分的に可逆的な加水分解をするDunstan 1968, pp. 408, 438 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Rochow 1966, p. 34 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Rock & Gerhold 1974, pp. 535, 537 形成しない
特徴 thumb|150px|典型的な半金属であるゲルマニウム。半金属の特徴である金属光沢がみられる。 上記の物理的、化学的性質のうち、脆さNickelès 1861United States Air Force Medical Service 1966, p. 3-3もしくは半導体性Schaffter 2006, p. 46、またはその両方Remy 1956, p. 1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Rochow 1966, p. 14、「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Malerba 1985, p. 13、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性を示すような、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Johnston 1992, p. 57、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Boikess & Edelson 1985, p. 85。
その他の性質は元素によって異なっているAldridge 1998, p. 290。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、ある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ことを提唱している。
半定量的な特徴付け 元素 イオン化エネルギー 電気陰性度 バンド構造 B 191 2.04 半導体 Si 187 1.90 半導体 Ge 182 2.01 半導体 As 225 2.18 半金属 Sb 198 2.05 半金属 Te 207 2.10 半導体 平均 198 2.05一般的な半金属と、それらのイオン化エネルギー (kcal/mol)NIST 2010. NISTにおいてイオン化エネルギーの値はeVで与えられているが、上記の表ではkcal/molに換算されている。、ポーリングの電気陰性度（オールレッドの改定値）およびバンド構造（周囲の状況が最も熱力学的に安定した状態での値）Berger 1997Lovett 1977, p. 3の表。
マスタートンとスロウィンスキは、半金属のイオン化エネルギーは200 kJ/mol周辺、電気陰性度は2.0周辺に集まっておりそれらは一般的に半導体であるが、（バンド理論における半金属である）アンチモンとヒ素は、金属のそれに近似した電気伝導度を有していると記述したMasterton & Slowinski 1977, p. 160。彼らは半金属としてホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモンおよびテルルをリストアップし、ポロニウムおよびアスタチンは通常半金属として分類されるがそれらの化学的および物理的性質についてまだあまり知られておらず、そのような分類はむしろ任意でなければならないと付け加えてコメントしている。。彼らの示す半金属の3つの特性は、右表のように6つの一般的な半金属に対して当てはまる。セレンおよびポロニウムはおそらくこの表からは排除され、アスタチンは含まれない。
他の定量的な特徴として空間充填率があり、一般的な半金属は34から41の間の空間充填率を示す。各半金属の空間充填率は、ホウ素：38 %、ケイ素およびゲルマニウム：34 %、ヒ素：38.5 %、アンチモン：41 %、テルル：36.4 %であるVan Setten et al. 2007, pp. 2460–61 （ホウ素）Russell & Lee 2005, p. 7 （ケイ素、ゲルマニウム）Pearson 1972, p. 264 （ヒ素、アンチモン、テルル；黒リンも）。これらの値は、大部分の金属の空間充填率が通常80%以上であり少なくとも68 %よりも高いことと比較して低いRussell & Lee 2005, p. 1。しかし、非金属と分類される黒鉛の17 %Kitaĭgorodskiĭ 1961, p. 108や硫黄の19.2 %Neuburger 1936、ヨウ素の23.9 %、黒リンの28.5 %よりは高く、しばしば半金属として分類されるセレンも28.5 %である。
一般的な半金属は、0.85から1.1、平均1.0のゴールドハマー・ハーツフェルド基準を有している。
半金属性の発現 通常半金属として分類される元素は電気陰性度が1.9から2.2の間に集まっている。電気陰性度が大きな元素は電子が強く原子に引きつけられているためs軌道のエネルギーが非常に低くなり、ns軌道とnp軌道のエネルギー差が大きくなるため電子が局在化した共有結合性のワイドバンドギャップ（すなわち絶縁体）であるような非金属的な性質が現れる。逆に、電気陰性度が小さな元素は電子が原子に引きつけられる力が弱いためs軌道のエネルギーが高くなり、ns軌道とnp軌道のエネルギー差が小さくなるため電子が非局在化した金属結合性のバンドギャップの無い（すなわち導体）金属的な性質が現れる。半金属元素の1.9から2.2という電気陰性度はちょうどこの両者の中間に位置するためns軌道とnp軌道のエネルギー差が中程度となり、したがって一部の電子が非局在化した共有結合性と金属結合性を併せ持つ中程度のバンドギャップ（すなわち半導体）という半金属元素特有の性質が現れる三吉 (1998)、30頁。。
ホウ素が半金属性を示す理由は、その大きなイオン化エネルギーにも起因している。ホウ素の第一イオン化エネルギーは8.296 eVと比較的大きく、そのためホウ素はイオン化してイオン結合を形成することなく共有結合性の結合を形成するコットン、ウィルキンソン (1987)、285頁。。したがって、単体においてもホウ素原子どうしは共有結合性の強い結合で結びついており、自由電子として導電性に寄与できる電子が少ないため導電性を示すものの導電性は低いという半金属に特有な性質が現れる。
半金属とされる元素 変動性 前述のように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しないため、どの元素が半金属に含まれるかはその分類を行う者の考える基準によって変動する。例えば、エムズリーによる分類ではゲルマニウム、ヒ素、アンチモンおよびテルルの4つの元素のみが半金属とされたEmsley 1971, p. 1一方で、セルウッドによる分類ではホウ素、アルミニウム、ケイ素、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、スズ、アンチモン、テルル、ビスマス、ポロニウムおよびアスタチンの12元素が半金属とされたSelwood 1965, pp. 166, inside back cover。このように個々の半金属の分類における元素の組み合わせはその基準の不明瞭さによって多くのバリエーションが存在するものの、どのようなバリエーションにおいてもいくつかの元素は共通して半金属とされる傾向があるChatt 1951, p. 417: 金属と半金属の間の境界線は明瞭ではない…Burrows et al. 2009, p. 1192: 元素を金属、半金属および非金属として記載する事には利便性があるが、その変わり目は正確ではない。.。周期表上において金属元素から非金属元素へと向かう間には元素の性質の連続的な変化が多かれ少なかれ存在しているため、半金属を分類するための標準的な基準が欠如しているということが必ずしも問題になるわけではなく、その連続的な変化の部分を取り扱う半金属という集合は元素の分類という目的にきちんと適合しているKneen et al. 1972, pp. 218–220。
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Boylan 1962, p. 493Sherman & Weston 1966, p. 64Wulfsberg 1991, p. 201Kotz, Treichel & Weaver 2009, p. 62。 ホウ素 ケイ素 ゲルマニウム ヒ素 アンチモン テルル これに加えて、しばしばセレン、ポロニウム、アスタチンが半金属とされることがあるSegal 1989, p. 965McMurray & Fay 2009, p. 767。しばしばホウ素は、単独でもしくはケイ素とともに半金属から除外されBucat 1983, p. 26Brown c. 2007、テルルもよく除外されるSwift & Schaefer 1962, p. 100。また、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Hawkes 2010Holt, Rinehart & Wilson c. 2007。
その他の半金属 半金属に合意された定義がないため、水素Tilden 1876, pp. 172, 198–201Smith 1994, p. 252Bodner & Pardue 1993, p. 354、ベリリウムBassett et al. 1966, p. 127、炭素Kent 1950, pp. 1–2Clark 1960, p. 588Warren & Geballe 1981、窒素Rausch 1960、アルミニウムCobb & Fetterolf 2005, p. 64Metcalfe, Williams & Castka 1982, p. 585、リンThayer 1977, p. 604、硫黄Chalmers 1959, p. 72United States Bureau of Naval Personnel 1965, p. 26、亜鉛Siebring 1967, p. 513、ガリウムWiberg 2001, p. 282、スズ、ヨウ素Friend 1953, p. 68、鉛Murray 1928, p. 1295、ビスマスおよびラドンHampel & Hawley 1966, p. 950Stein 1985Stein 1987, pp. 240, 247–248が時折半金属として分類されるDunstan 1968, pp. 310, 409. Dunstanはベリリウム、アルミニウム、ゲルマニウム (おそらく)、ヒ素、セレン (おそらく)スズ、アンチモン、テルル、鉛、ビスマスおよびポロニウムを半金属としてリストアップした (pp. 310, 323, 409, 419)。。
半金属 (metalloid) という用語は、以下の性質を示すのにも用いられていた。 金属光沢と電気伝導度を示す両性元素。例えば、ヒ素、アンチモン、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、スズ、鉛、アルミニウムHatcher 1949, p. 223。 しばしば卑金属とされる元素Taylor 1960, p. 614。 金属と合金を形成することができるConsidine & Considine 1984, p. 568Cegielski 1998, p. 147The American heritage science dictionary 2005 p. 397、もしくは金属に混ぜることで性質を変えることができるWoodward 1948, p. 1非金属元素。例えば窒素、炭素。
半金属に近い元素 多くの化学者や関連する科学の専門家によって、金属と非金属の中間に位置する元素の分類という概念はしばしば拡張され、通常半金属であるとは認められない元素が半金属に含まれることがある。
1935年、フェルネリウスとロビーは、炭素、リン、セレンおよびヨウ素を、ホウ素、ケイ素、ヒ素、アンチモン、テルル、ポロニウムおよび当時未発見だった原子番号85番の元素（その5年後の1940年に作られたアスタチン）とともに元素の中間的な分類に含めたFernelius & Robey 1935, p. 54。ゲルマニウムは、当時はまだ伝導性に乏しい金属であると考えられていたため、この中間的な元素の分類からは除外されたHaller 2006, p. 3。
1954年、サボーとラカトシュは、ベリリウムとアルミニウムをホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、ポロニウム、アスタチンとともに半金属のリストに含めたSzabó & Lakatos 1954, p. 133。
1957年、サンダーソンは、炭素、リン、セレンおよびヨウ素をホウ素、ケイ素、ヒ素、テルルおよびアスタチンとともに、特定の金属特性を有する元素の中間的な分類の一部として含め、ゲルマニウム、アンチモン、ポロニウムは金属に含めたSanderson 1957。
最近の事例では、2007年、ペティは、炭素、リン、セレン、スズおよびビスマスをホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、ポロニウムおよびアスタチンとともに半金属のリストに含めたPetty 2007, p. 25。
これらのような一般的な半金属の近くに位置する元素は通常は金属もしくは非金属として分類されるが、しばしば半金属に近い (near-metalloid)などと呼ばれるReid 2002 Reidはアルミニウム、炭素、リンをnear metalloidsと言及した。Carr 2011 Carrは炭素、リン、セレン、スズおよびビスマスをnear metalloidsと言及した。。
アルミニウム、スズおよびビスマスのようにこの緩やかなカテゴリーに入れられた金属には、例えば、変わった充填構造を取るRussell & Lee 2005, p. 5、分子もしくは重合状態において共有結合を取るParish 1977, pp. 178, 192–3、両性金属としてふるまうEggins 1972, p. 66Rayner-Canham & Overton 2006, pp. 29–30といった性質を示す傾向がみられる。それらはまた、弱い金属 (weak metals)Stott 1956, pp. 99–106; 107Rayner-Canham & Overton 2006, pp. 29–30: 特に陰イオンを形成するような半金属に特有な化学的性質を示す、境界線に最も近い金属の下位分類がある。これら9つの『化学的に弱い金属』は、ベリリウム、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、アンチモン、ビスマス、およびポロニウムである。T、貧金属 (poor metals)Hill & Holman 2000, p. 40Farrell & Van Sicien 2007, p. 1442: その単純さのために、我々は重要な共有結合性もしくは結合の方向性を持つものを意味する貧金属という用語を用いる。、ポスト遷移金属 (post-transition metals)Whitten et al. 2007, p. 868Cox 2004, p. 185もしくは、これらの金属における前述の不完全な金属的性質を意図してセミメタル (semimetals)などとして言及され、このような分類グループは一般には周期表の同一領域を指し示しているが、必ずしも同一の元素を相互に含んでいるというわけではない。