Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Szilícium

14
28.086
4
Si
3p2
Szilícium
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám szilícium, Si, 14
Elemi sorozat félfémek
Csoport, periódus, mező 14, 3, p
Megjelenés sötétszürke, kékes árnyalat
Atomtömeg 28,0855(3) g/mol
Elektronszerkezet [Ne] 3s2 3p2
Elektronok héjanként 2, 8, 4
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 2,33 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 2,57 g/cm³
Olvadáspont 1687 K
(1414 °C, 2577 °F)
Forráspont 3538 K
(3265 °C, 5909 °F)
Olvadáshő 50,21 kJ/mol
Párolgáshő 359 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 19,789 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös lapközéppontos
Oxidációs állapotok 4
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 1,90 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 786,5 kJ/mol
Atomsugár 110 pm
Atomsugár (számított) 111 pm
Kovalens sugár 111 pm
Van der Waals-sugár 210 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség nem mágneses
Hővezetési tényező (300 K) 149 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (25 °C) 2,6 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 2200 m/s
Young-modulus 47 GPa
Bulk modulusz 100 GPa
Mohs-keménység 6,5
CAS-szám 7440-21-3

A Szilícium bővebb leírása

A szilícium egy kémiai elem. A rendszáma 14, vegyjele Si, nyelvújításkori neve kovany[1]. A szilícium szürke színű, fémesen csillogó, nagyon kemény anyag. 1823-ban fedezte fel Jöns Jakob Berzelius. A periódusos rendszer 4. főcsoportjában található és a félfémek közé tartozik. Az oxigén után a földkéreg második leggyakoribb eleme. A természetben csak egy módosulata fordul elő. Rácsa a gyémántéhoz hasonló. Neve a kovakő latin nevéből (silex) származik.

Főbb kémiai reakciói

A kristályos szilícium tömör formában csak magas hőmérsékleten reakcióképes. Oxigénnel reagálva 600 °C felett szilícium-dioxid, nitrogénnel 1400 °C felett nitrid, szénnel 2000 °C felett karbid keletkezik. Kéngőzökkel 600 °C-on, foszforgőzökkel 1000 °C-on reagál. Fluorral már szobahőmérsékleten is hevesen reagál, a nagyobb rendszámú halogénekkel viszont már csak magasabb hőmérsékleten (300 °C, illetve 500 °C-on) lép reakcióba. E reakciók eredménye színtelen, illékony tetrahalogenid (SiX4). Fémekkel szilicideket alkot. Vízzel és savval nem reagál, de a lúgokban jól oldódik:

\mathrm{Si + 4\ OH^- \rightarrow SiO_4^{4-} + 2\ H_2}

Berzelius szilícium-dioxid és magnézium segítségével állította elő az elemi szilíciumot:

\mathrm{SiO_2 + 2\ Mg \rightarrow 2\ MgO + Si}

Hidrogénnel alkotott vegyületei a gáz halmazállapotú szilán (SiH4) és diszilán (Si2H6) kivételével folyékony halmazállapotúak (például: Si6H14 hexaszilán). A szilánok a szén-analóg alkánokhoz képest kevésbé stabil, öngyulladásra képes vegyületek.

A szilícium-dioxid az igen gyenge kovasav (H2SiO3) savanhidridje, melynek savmaradékionja a kétszeresen negatív töltésű szilikátion (SiO2−3), és sói a szilikátok. A szilícium-dioxid azonban nem vízoldékony, NaOH oldatban viszont feloldódik, így a kovasav előállítása sójából történhet. Mivel nagyon gyenge sav, ezért sóinak kémhatása többnyire lúgos.

Fizikai tulajdonságai

A szilícium sötétszürke, fémesen csillogó elem. Alacsony hőmérsékleten szigetelő, magasabb hőmérsékleten azonban vezeti az áramot, elektromos vezetés szempontjából ezért a félvezetők közé tartozik. Három stabil izotópja létezik. Csak egyetlen módosulata van, amely gyémántrácsú. Olvadáspontja nem olyan magas, mint a széné (1410 °C). Sűrűsége 2,32 g/cm³.

Előfordulása

Előfordul a Napban és a csillagokban, a meteoritokban. A földkéreg második leggyakoribb eleme (részaránya több mint 25%), azonban sohasem fordul elő szabadon, és gyakorlatilag mindig oxigénnel együtt található. Leggyakoribb ásványa a kvarc (SiO2). A szépen színezett, átlátszó kvarckristályok drágakövek vagy féldrágakövek. Hatalmas tömegben fordulnak elő a földpátok, például ortoklász. Fontos egyéb ásványai az olivin ((Mg,Fe)2SiO4), amely ortoszilikát; a piroxének, például a diopszid (CaMgSi2O6), valamint az amfibolok, csillámok és agyagásványok. A kvarc és a szilikátok alkotják a vulkáni kőzetek 98%-át, az üledékes kőzeteket is túlnyomóan ezek képezik.

Felhasználása,előállítása

Főbb felhasználásai

A szilícium korunk technikájában nagyon fontos anyaggá vált. Az elemi szilíciumot a fémkohászatban és a félvezető-technikában különböző tisztasági fokozatokban hasznosítják. A természetben a földkéreg tömegének egynegyedét adó szilícium a kavics, homok, agyag, kova, kvarc alkotóeleme. Az élővilágban a kovaszivacsok, kovamoszatok, zsurlók, sások testfelépítésében játszik fontos szerepet.

Az informatikai iparban a számítógépek processzorait (CPU) és egyéb chipjeit szilícium lapkák alkotják.

A kohászatban is fontos szerepet tölt be: korrózióálló acélok előállításához használják ötvözőanyagként.

A tranzisztoros rádió, az elektronikus vezérlésű televízió is mindennapjaink része. Az elektronikai ipar talán legfőbb alapeleme a szilícium. Fényre érzékeny félvezetőként a szilícium a fő komponens a napelemek előállításában.

Előállítása

Vegyületeiből redukcióval például kálium-szilikofluoridból alumíniummal:

\mathrm{3\ K_2SiF_6 + 4\ Al \rightarrow 3\ Si + 3\ KAlF_4 + K_3AlF_6}

Szilícium-dioxidból magnéziummal is redukálható. Az amorf szilícium barna por formájában keletkezik, amely könnyen megolvasztható, vagy elpárologtatható. Speciális eljárással egykristályokat készítenek belőle a félvezetőipar számára.

Néhány egyenlet

1.) \ \mathrm{SiO_2 + 2 \ Mg \longrightarrow Si + 2 \ MgO}
2.) \ \mathrm{3 \ SiO_2 + 4 \ Al \longrightarrow 3 \ Si + 2 \ Al_2O_3}
3.) \ \mathrm{3 \ SiF_4 + 4 \ Al \longrightarrow 3 \ Si + 4 \ AlF_3}
4.) \ \mathrm{SiCl_4 + 4 \ Na \longrightarrow Si + 4 \ NaCl}
5.) \ \mathrm{3 \ CaSi_2 + 6 \ HCl \longrightarrow 6 \ Si + 3 \ CaCl_2 +  3 \ H_2}