Elemente Chimice - Siliciu[Si]

  Siliciul, cu simbolul Si, este un element semimetalic, al doilea ca raspandire pe Pamant, dupa oxigen. Numarul atomic al siliciului este 14. Siliciul se situeaza in grupa a IV-a a tabelului periodic al elementelor. A fost izolat pentru prima oara din compusii sai in 1823 de catre chimistul suedez Baron Jons Jakob Berzelius.

   Proprietati
   Siliciul apare sub forma unui praf maro sau sub forma de cristale gri-negre. Se obtine prin incalzirea dioxidului de siliciu (SiO2) cu un agent reducator, precum carbonul sau magneziu, intr-un furnal electric. Siliciul cristalin are duritatea 7, comparata cu cea de la 5 la 7 pentru sticla. Siliciul se topeste la aproximativ 14100 C (aproape 25700 F), fierbe la 23550 C (42710 F), si are o greutate specifica de 2.33. Masa atomica a siliciului este de 28.086.
   Siliciul nu e atacat de acizii nitric, clorhidric, sau sulfuric, dar se dizolva in acidul fluorhidric, formand pentafosfat de siliciu (SiF4). Se dizolva in hidroxid de sodiu, formand silicat de sodiu si hidrogen gaz. La temperatura normala siliciul nu reactioneaza cu aerul, dar la temperaturi mari reactioneaza cu oxigenul, formand la suprafata sa un strat de dioxid de siliciu care nu reactioneaza mai departe.
   Siliciul constituie aproximativ 28% din scoarta pamantului. Nu se gaseste sub forma pura, elementara, ci se gaseste sub forma de dioxid de sodiu si sub forma de silicati complecsi. Mineralele care au la baza siliciul constituie aproape 40% dintre toate mineralele comune.
   Folosinte
   Siliciul este folosit in industria otelului. In fabricarea otelului, otelul topit este dezoxidat prin adaugarea treptata a siliciului; otelul normal contine mai putin de 0.03% siliciu. Otelul de siliciu, care contine intre 2.5% si 4% siliciu, e folosit la fabricarea transformatoarelor electrice.
Siliciul este un semiconductor, in care rezistivitatea la parcurgerea curentului electric la temperatura camerei este la limita dintre cea a metalelor si cea a dielectricilor. Conductibilitatea siliciului poate fi controlata prin adaugarea unor mici cantitati de impuritati, numite dopanti. Posibilitatea de a controla proprietatile electrice ale siliciului si abundenta sa in natura au facut posibila dezvoltarea si exploatarea pe larg a tranzistorilor si a circuitelor integrate folosite in industria electronica.

   SURSA 02
 
   STARE NATURALA
   Siliciul este un element tot atat de raspandit atat pentru regnul mineral cat si C pt. fiintele vii. Dupa O Siliciul este cel mai raspandit element din scoarta terestra. Siliciul se gaseste in natura numai combinat cu oxigenul, in bioxidul de siliciu si in silicati.
   OBTINERE
   Bioxidul de siliciu, SiO, se reduce relativ usor, prin incalzire, la temperatura ridicata, cu diferiti agenti reducatori. Pe aceasta cale se obtine insa un siliciu impur, din cauza marei tendinte a acestui element de a se combina cu agentul reducator sau cu impuritati intamplatoare aflate in materialele utilizate.
a) Bioxidul de siliciu se poate reduce cu pulberea de magneziu metalic. Reactia este puternic exoterma:
SiO +2Mg Si+ 2MgO
Dupa racire se dizolva oxidul de magneziu in HCl. Ramane insolubila o forma de siliciu amorf, brun, impurificat cu siliciura de magneziu, MgSi. Daca se lucreaza cu un exces de magneziu de Magneziu se obtine acest compus.
b) Bioxidul de Siliciu poate fi redus in mod similar cu o pulbere de aluminium. Siliciul format se dizolva in excesul de aluminiu topit, din care cristalizeaza la racire. La dizolvarea excesului de aluminiu in HCl, se obtin cristale de Si deculoare inchisa, impurificat ca aluminiu.
c) Procesul industrial pentru obtinerea siliciului brut, prin reducerea bioxidului de siliciu cu carbune, foloseste un cuptor electric cu electrozi de grafit asemanator celui utilizat la fabricarea carburii de calciu.Se obtine astfel siliciul impurificat cu carbura de calciu, sub forma de bucari mari, compacte, cu structura cristalina vizibila.
   Intr-o varianta a acestui procedeu se adauga fier obtinandu-se un aliaj, ferosiliciul, cu 40- 90% Si. Ferosiliciul foloseste la obtinerea de fonte silicioase cu 12-17 % Si, din care se toarna aparate rezistente la acizi, folosite in industria chimica.
2) Siliciul pur. Se transforma siliciul brut sau feosiliciul, in modul aratat mai departe, in tetraclorura de siliciu, SiCl, sau in triclor silan, HSiCl. Aceste substante fiind lichide cu puncte de fierbere scazute, se purifica prin distilarea fractionala, apoi se reduc cu hidrogenul la trecerea prin tuburi incalzite sau peste un filament metalic incandescent:
800 C
SiCl +2H Si+ 4HCl
   Siliciul super pur asa cum este cerut in industria semiconductorilor se obtine din siliciul pur prin metoda topirii zonale. Prin acest procedeu impuritatile se aduna intr-o extremitate a vergelei de siliciu supusa tratamentului, margine care se indeparteaza.
   Propietati fizice si chimice:
1) Siliciul cristalizeaza in sistemul cubic. Cristalele de siliciu sunt lucioase, cenusii ca fierul, mai dure decat acest metal (duritate 7 pe scara Mohs) dar casante. Siliciul este semiconductor; conductibilitate electrica foarte mica la siliciul pur, creste cu temperatura si cu continutul in impuritati.
2) Reteaua cristalului de siliciu este de acelasi tip cu a diamantului. Fiecare atom de siliciu este inconjurat tetraedic de alti 4 atomi la distanta intratimica Si-Si de 2.34 A
3) Siliciul nu formeaza solutii fizice cu nici un solvent, asemanandu-se cu diamantul.
4) La temperaturi joase siliciul este putin reactiv asa cum se prevede pe baza structurii sale. Siliciul amorf este mai reactiv decat cel cristalizat fiind mai fin divizat.
   Dintre elementele electronegative, siliciul se combina, la temperatura camerei numai cu florul cu care da tetrafluorura se siliciu SiF. Cu florul si cu bromul, siliciul reactioneaza la 500 grade formand tetrahalogenurile respective.
Si + O SiO
   Reactia este foarte exoterma. Siliciul cristalizat se combina cu sulful la 600 de grade, cu incandescenta, dand sulfura de siliciu. Cu azotul combinarea are loc la 1000 de grade si duce la o nitrura Si N
   Cu carbonul se combina la 2000 de grade dand carbura de siliciu, SiC. Tot la temperatura inalta se combina si cu borul, dand SiB
5) Siliciul se combina cu multe metale cum sunt Li, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Pt, Cu cand este incalzit cu ele la alb-rosu.
6) Siliciul nu reactioneaza la rece cu apa nici cu acizii tari. Cu apa are loc la 800 de grade o reactie analoga cu aceea a carbonului
Si +2H O SiO+ 2H
7) Atomul de siliciu spre deosebire de atomul de C poate insa folosi orbitali d. Orbital 3d sunt la nivel energetic destul de apropiat de al orbitalilor 3s si 3p pentru a putea da nastere unei hidridizari sp d. o asemenea structura se intalneste in ionul: SiF in care cele sase legaturi de Si-F sunt echivalente si grupate octaedic in jurul atomului central de Si.
In combinatiile sale cu ceilalti halogeni si cu oxigenul, siliciul are numarul de coordonate 4 dar sunt indicatii ca la formarea legaturilor Si-O contribiue si orbitali 3d.
   INTREBUINTARI
   Siliciul se utilizeaza in:
- industria tranzitorilor datorita propietatilor de semiconductor
- sub forma de aliaje (ferosiliciul) cu propietati anticorozive.
- sub forma de cuart (SiO) pentru confectionarea lentilelor si prismelor aparatelor optice.
- sub forma de silicati (talc ,mica ,feldspati) in industria materialelor de constructii: ciment, ceramica, portelan si sticla.

   SURSA 03
 
   Siliciul este un element chimic din grupa a IV-a a tabelului periodic al elementelor.
   Caracteristici
* Simbol chimic: Si
* Număr atomic: 14
* Masă atomică: 28.08 g/mol
* Densitate, (la 20°C): 2,33 g/cm3 , (puţin inferioară titanului)
* Electronegativitate (pe scala Pauling): 1.9
* Punct de topire: 1.414 °C
* Punct de fierbere: 3.265 °C
* Stare: solidă
* Culoare: gri deschis
   Istoric
   Siliciul a fost prima dată identificat de Antoine Lavoisier în anul 1787.
   Răspândire
   Siliciul este foarte răspândit în natură, însă nu în stare liberă,deşi masa sa alcătuieşte 27,5 % din cea a scoarţei Pământului prin constituţia silicată sub forma silicei (bioxidului de siliciu) şi silicaţi cum ar fi mica, feldspatul, ş.a. Este al doilea element ca răspândire pe Pământ, după oxigen. Cuarţul este forma cristalină stabilă a bioxidului de siliciu, prezentându-se în stare pură sub formă de cristale incolore (cristal de stâncă), precum şi varietăţi colorate: ametistlul—violet, citrinlul—galben etc. Siliciul se găseşte în graminee, în scheletul multor animale marine (diatomee şi infuzori); după moartea acestor animale, scheletele se depun pe fundul mărilor formând kiselgurul sau pământul de infuzori.
   Compuşii siliciului
   Siliciul este puţin reactiv. Acesta arde in oxigen la 600oC: Si+O2→SiO2.
Dintre halogeni, Si se combină la temperatura camerei numai cu F. Cu Cl şi Br reacţionează la 500oC formând tetrahalogenurile respective: Si+2F2 →SiF4, Si+2Cl2 →SiCl4. La încălzire, Si reacţioneaza lent cu vaporii de apă la temperatura de 800 oC: Si+2H2O→SiO2+2H2↑. Este rezistent faţă de acizi, cu excepţia acidului fluorhidric, HF, dar reacţioneaza la cald cu hidroxizii alcalini formând silicaţi şi degajând hidrogen.
   Utilizare
   Siliciul este folosit ca materie primă în construcţia dispozitivelor semiconductoare şi în fabricarea celulelor solare. Compuşii siliciului au diverse utilizări: argila şi caolinul sunt materii prime pentru fabricarea produselor ceramice şi a cimentului, iar dioxidul de siliciu în fabricarea sticlei. 

sursa:ipedia.ro