Силициум

Силициум — хемискиот елемент во периодниот систем што има симбол Si и атомски број 14. Како четиривалентен металоид, силициумот е помалку реактивен од својот хемиски аналог јаглерод. Тој е вториот најзастапен елемент во Земјината кора, образувајќи околу 25,7% од нејзината маса. Не се наоѓа слободен во природата. Главно се наоѓа во минералите кои се состојат (практично) од чист силициум диоксид во различни кристални форми (кварц, халкедон, опал) и како силикати (различни минерали кои содржат силициум, кислород и еден или друг метал), на пример, како фелдспатот. Овие минерали се составни делови на глината, песокот и различните типови на карпи како што се гранитите и песочниците. Силициумот е главната состојка на повеќето полуспроводнички направи и, во форма на силика и силикати се наоѓа во стаклото, цементот и керамиката. Тој е исто така состојка на силиконите, име за најразлични пластични супстанци. Силициумот се користи најчесто во полуспроводниците бидејќи останува полуспроводник и на повисоки температури отколку полуспроводникот германиум и поради неговиот нативен оксид, тој лесно формира подобра полуспроводничка/диелектрична површина отколку речиси сите други материјални комбинации.

Силициум  (₁₄Si)

Спектрални линии на силициумот
Општи својства
Име и симбол	силициум (Si)
Изглед	кристален, рефлективен со сино обоени ивици
Силициумот во периодниот систем
C ↑ Si ↓ Ge алуминиум ← силициум → фосфор
Атомски број	14
Стандардна атомска тежина (Ar)	28,085 (28,084–28,086)
Категорија	металоид
Група и блок	група 14 (јаглеродна), p-блок
Периода	III периода
Електронска конфигурација	[Ne] 3s2 3p2
по обвивка	2, 8, 4
Физички својства
Фаза	цврста
Точка на топење	1.687 K ​(1.414 °C)
Точка на вриење	3.538 K ​(3.265 °C)
Густина близу с.т.	2,3290 г/см3
кога е течен, при т.т.	2,57 г/см3
Топлина на топење	50,21 kJ/mol
Топлина на испарување	383 kJ/mol
Моларен топлински капацитет	19,789 J/(mol·K)
парен притисок P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k при T (K) 1.908 2.102 2.339 2.636 3.021 3.537
Атомски својства
Оксидациони степени	4, 3, 2, 1 −1, −2, −3, −4 ​(амфотерен оксид)
Електронегативност	Полингова скала: 1,90
Енергии на јонизација	I: 786,5 kJ/mol II: 1.577,1 kJ/mol II: 3.231,6 kJ/mol (повеќе)
Атомски полупречник	емпириски: 111 пм
Ковалентен полупречник	111 пм
Ван дер Валсов полупречник	210 пм
Спектрални линии на силициум
Разни податоци
Кристална структура	​дијамантска коцкеста
Брзина на звукот тенка прачка	8.433 м/с (при 20 °C)
Топлинско ширење	2,6 µм/(m·K) (при 25 °C)
Топлинска спроводливост	149 W/(m·K)
Електрична отпорност	2,3×103 Ω·m (при 20 °C)
Забранет појас	1,12 eV (при 300 K)
Магнетно подредување	дијамагнетно
Модул на растегливост	130–188 GPa
Модул на смолкнување	51–80 GPa
Модул на збивливост	97,6 GPa
Поасонов сооднос	0,064–0,28
Мосова тврдост	7
CAS-број	7440-21-3
Историја
Наречен по	Од латинскиот збор 'silex' или 'silicis', што значи кремен
Предвидел	Антоан Лавоазје (1787)
Откриен и првпат издвоен	Јенс Јакоб Берцелиус (1823)
Именуван од	Томас Томсон (1817)
Најстабилни изотопи
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 28Si 92,23 % 28Si е стабилен со 14 неутрони 29Si 4,67 % 29Si е стабилен со 15 неутрони 30Si 3,1 % 30Si е стабилен со 16 неутрони 32Si расеан 153 г β− 13,020 32P

Поважни одлики

Кристална структура на четиривалентен силициум

Во својата кристална форма, силициумот има темна сива боја и метален сјај. Тој е сличен со стаклото во тоа што е прилично јак, многу кршлив. Иако е релативно инертен елемент, силициумот сепак реагира со халогените елементи и разредените бази, но повеќето киселини (освен за комбинацијата од азотна киселина и флуороводородна киселина) немаат ефект врз него. Елементарниот силициум пренесува повеќе од 95 % од сите бранови должини на инфрацрвена светлина. Чистиот силициум има негативен температурен коефициент на отпорот, бидејќи бројот на носителите на слободните полнежи се зголемува при дадена температура. Електричниот отпор на единечниот кристален силициум значително се менува под дејство на механички стрес како резултат на пиезоелектричниот ефект.

Примена

Силициумот е многу корисен елемент што е од голема важност за многу индустрии. Силициумот се употребува многу често во производството на компјутерски чипови и друг сличен хардвер.

Силициумот и легурите

• Најголемата примена на чист силициум (металуршки силициум) e во алуминиумот - силициумови легури, често нарекувани "светли легури", за производство на резервни делови, главно за автомобилската индустрија (околу 55 % од вкупната потрошувачка на чист силициум).
• Втора најголема примена на чистиот силициум е како груб материјал во производството на силикони (околу 40 % од вупната потрошувачка на силициум).
• Чистиот силициум се користи и за производство на ултрачист силициум за електрониката и фотоволтските апликации:
  • Полуспроводник — Ултрачистиот силициум може да биде смешан со други елементи за да се прилагоди неговиот електричен одговор со контролирање на бројот и полнежот (позитивен и негативен) на постоечките серии. Таква контрола е потребна за транзисторите, сончевите ќелии, полуспроводнички детектори и други полуспроводнички направи кои се користат во електрониката и другите високотехнолошки апликации.
  • Фотоника — Силициумот може да се користи и како константен ласер за производство на светлина со бранова должина од 1,698 nm.
  • LCD и сончеви ќелии.
• Челик и несвитливо железо — Силициумот е важна состојка на некои челици и се користи во производството на несвитливо железо. Во вакви случаи, силициумот се појавува како феро-силициумови или силико-калциумови легури.

Силициумови соединенија

• Градежништво: Силициум диоксидот или силиката во форма на песок или глина е важна состојка на бетонот и циглите.
• Грнчарство/Препечен емајл: Силициумот е рефракторен материјал кој се користи при правењето на емајли и грниња.
• Стакло: Силициумот од песокот е основна компонента на стаклото.
• Абразиви: Силициум карбидот е еден од најважните абразиви.
• Медицински материјали: Силиконите се флексибилни материјали кои содржат силициум-кислород и силициум-јаглерод врски; тие нашироко се употребуваат во апликации како импланти и контактни леќи. Силиконите се користат и за многу други намени.

Различни форми на силициум

• 
  Грануларен (зрнест) силициум
• 
  Поликристален силициум
• 
  Силициумов монокристал
• 
  Силициумски наноправ
• 
  Силициумов монокристал

Може да се забележи промената на бојата во силициумовиот наноправ. Ова е причинето од квантните ефекти кои се случуваат кај честичките со нанометарски димензии. Видете и квантна точка и наночестичка.

Изотопи

Повеќе за оваа тема ќе најдете на: Изотопи на силициумот.

Силициумот има бројни познати изотопи, со масени броеви од 22 до 44. ²⁸Si (најраспространетиот изотоп, на 92,23 %), ²⁹Si (4,67 %) и ³⁰Si (3,1 %) се стабилни; ³²Si е радиоактивен изотоп кој се добива при распаѓањето на аргонот. Неговиот полураспад е приближно околу 132 години и тој се распаѓа со бета емисија до ³²P (кој има полураспад од 14,28 дена).

Претпазливост

Сериозна белодробна болест позната како силикоза често се појавува кај рударите, каменосечачите и други луѓе кои работеле на места каде силициумовиот прав се вдишува во големи количества.