Pagina iniziale | Navigazione |
Google

Silicio

Generale
Nome, Simbolo, N° AtomicoSilicio, Si, 14
Serie chimicametalloidi
Gruppo, Periodo, Blocco14 (IVA), 3, p
Densità, Durezza2330 kg/m3, 6,5
Coloregrigio scuro con riflesi bluastri
Proprietà atomiche
Peso atomico28,0855 amu
Raggio atomico110 pm
Raggio covalente210 pm
Raggio di van der Waals118 pm
Configurazione elettronicaNe3s23p2
e- per livello energetico2, 8, 4
Stato di ossidazione4 (amfoterico)
Struttura cristallinaCubica
Proprietà fisiche
Stato di aggregazionesolido (nonmagnetico)
Punto di fusione1687 K, 1413,85 °C)
Punto di ebollizione3173 K, (2899,85 °C)
Volume molare12,06 ×10-3 m3/mol
Calore di vaporizzazione384,22 kJ/mol
Calore di fusione50,55 kJ/mol
Pressione del vapore4,77 Pa a 1683 K
Velocità del suonon.d.
Varie
Elettronegatività1,90
Capacità calorica specifica700 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica2,52 10-4/m ohm
Conducibilità termica148 W/(m*K)
Prima energia di ionizzazione786,5 kJ/mol
Seconda energia di ionizzazione1577,1 kJ/mol
Terza energia di ionizzazione3231,6 kJ/mol
Quarta energia di ionizzazione4355,5 kJ/mol
Quinta energia di ionizzazione16.091 kJ/mol
Sesta energia di ionizzazione19.805 kJ/mol
Settima energia di ionizzazione23.780 kJ/mol
Ottava energia di ionizzazione29.287 kJ/mol
Nona energia di ionizzazione33.878 kJ/mol
Decima energia di ionizzazione38.726 kJ/mol
Isotopi stabili
isoNATDDMDEDP
28Si92,23%Si stabile con 14 neutroni
29Si4,67%Si stabile con 15 neutroni
30Si3,1%Si stabile con 16 neutroni
32Sisint276 anniBeta-0,22432P
iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Il Silicio l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi, che ha come simbolo Si e come numero atomico il 14. Un metalloide tetravalente, il Silicio meno reattivo del suo analogo chimico, il carbonio. E' il secondo elemento per abbondanza nella crosta terrestre, conponendone il 25,7% del peso. Si trova in argilla, feldspato, granito, quarzo e sabbia, principlamente in forma di diossido di silicio, silicati e alluminosilicati (composti contenenti silicio, ossigeno e metalli). Il silicio il componente principale per vetro, cemento, semiconduttori, ceramica e silicone.

Table of contents
1 Caratteristiche
2 Applicazioni
3 Storia
4 Disponibilità
5 Produzione
6 Purificazione
7 Cristallizzazione
8 Isotopi
9 Precauzioni
10 Varie

Caratteristiche

Nella sua forma cristallina, il silicio ha colore grigio e una lucidità metallica. Anche se un elemento relativamente inerte, reagisce con gli alogeni e gli alcali dilutiti, ma la maggior parte degli acidi (eccetto l'acido fluoridrico) non lo intaccano. Il silicio elementare trasmette pi del 95% di tutte le lunghezze d'onda della luce infrarossa.

Applicazioni

Il silicio un elemento molto utile, ed vitale per molte industrie. Il diossido di silicio in forma di sabbia e argilla un importante ingrediente del cemento e dei mattoni, ed molto importante per la vita animale e vegetale. Le diatomee estraggono la silice dall'acqua per costruire i muri protettivi delle loro cellule; gli equiseti lo concentrano nel fusto della pianta usandolo per conferirgli robustezza e notevole resistenza alla masticazione, per scoraggiare gli erbivori. Altri usi:
  • E' un materiale refrattario usato nella produzione di materiali ad alte temperature, e i suoi silicati sono impiegati nella fabbricazione di smalti e terraglie.
  • Il silicio un importante costituente di alcuni tipi di acciaio.
  • La silice della sabbia un componente principale del vetro.
  • Il carburo di silicio, chiamato anche carborundum, uno dei pi importanti abrasivi.
  • Il silicio ultrapuro può essere drogato con arsenico, boro, gallio o fosforo per renderlo pi conduttivo e utilizzarlo in transistor, celle solari, e altre apparecchiature a semiconduttori, che sono utilizzate in elettronica e altre applicazioni ad alta tecnologia.
  • Il silicio può essere usato nei laser per produrre luce coerente con una lunghezza d'onda di 4560 angstrom.
  • I siliconi sono composti flessibili contenenti legami silicio-ossigeno o silicio-carbonio; sono ampiamente usati in forma di gel per impianti artificiali del seno e per le lenti a contatto.
  • Il silicio idrogenato amorfo si mostrato promettente per la produzione di celle solari e apparati elettronici a basso costo.
  • La silice uno dei principali ingredienti dei mattoni a causa della sua bassa attività chimica.

Storia

Il silicio (dal
latino silex, silicis che significa selce) venne identificato per la prima volta daAntoine Lavoisier nel 1787, e venne successivamente scambiato per un composto da Humphry Davy nel 1800. Nel 1811 Gay Lussac e Thenard probabilmente prepararono del silicio amorfo impuro attraverso il riscaldamento di potassio con tetrafluoruro di silicio. Nel 1824 Berzelius preparò del silicio amorfo usando all'incirca lo stesso metodo di Lussac. Berzelius inoltre purificò il prodotto attraverso successivi lavaggi.

Disponibilità

Il silicio il principale componente degli aeroliti, che sono una classe di meteroidi nonch della tectite, che una forma naturale di vetro.

Calcolando in base al peso, il silicio compone il 25,7% della crosta terrestre e dopo l'ossigeno il secondo elemento pi abbondante. Il silicio elementare non si trova in natura, appare in genere come ossido e silicati. Sabbia, ametista, agata, quarzo, rocce cristalline, selce, diaspro, e opale sono alcune delle forme in cui l'ossido si presenta. Granito, amianto, feldspato, argilla, hornblenda, e mica sono alcuni dei molti minerali silicati.

Produzione

Il silicio viene preparato commercialmente tramite riscaldamento di silice ad alta purezza, in una fornace elettrica usando elettrodi di carbonio. A teperature superiori a 1900°C, il carbonio riduce la silice in silicio secondo l'equazione chimica

SiO2 + C → Si + CO2

Il silicio liquido si raccoglie in fondo alla fornace, e viene quindi prelevato e raffreddato. Il silicio prodotto tramite questo processo viene chiamato silicio di grado metallurgico ed , come minimo, puro al 99%. Nel 1997, il silicio di grado metallurgico costava circa 0,5$ al grammo.

Purificazione

L'uso del silicio nei semiconduttori richiede una purezza pi elevata di quella fornita dal silicio di grado metallurgico. Storicamente sono stati usati un numero di metodi diversi per produrre silicio ad alta purezza.

Metodi fisici

Le prime tecniche di purificazione del silicio erano basate sul fatto che il silicio viene fuso e risolidificato, l'ultima parte di silicio che solidifica contiene la maggior parte delle impurezze. Il primissimo sistema di purificazione, descritto nel 1919 e usato su scala limitata per la fabbricazione di componenti dei radar durante la seconda guerra mondiale, richiedeva la polverizzazione del silicio di grado metallurgico e la sua parziale dissoluzione in acido. Quando veniva polverizzato, il silicio si spezzava in modo che le zone pi deboli e ricche di impurità restassero all'esterno del risultante grano di silicio. come risultato, il silicio ricco di impurità era il primo a disciogliersi quando trattato con l'acido, lasciando un prodotto pi puro.

Nella fusione a zona, il primo metodo di purificazione del silicio ad essere utilizzato su scala industriale, sbarre di silicio di grado metallurgico venivano riscaldate partendo da una delle sue estremità, finoa quando questa iniziava a fondersi. Il riscaldatore quindi veniva lentamente spostato lungo la sbarra mantenendo una piccola porzione fusa mentre il silicio si raffreddava e risolidificava dietro di essa. Poich la maggior parte delle impurità tendeva a rimanere nella parte fusa piuttosto che risolidificarsi, alla fine del processo queste si erano spostate nell'ultima parte della sbarra ad essere fusa. Questa estremità veniva quindi tagliata e gettata, ripetendo il processo se una purezza pi elevata era necessaria.

Metodi chimici

Oggigiorno il silicio viene purificato convertendolo in un composto che può essere purificato pi facilmente del silicio stesso, e quindi convertito di nuovo in silicio puro. Il triclorosilano il composto di silicio pi comunemente usato in questo processo, anche se a volte si utilizzano anche il tetracloruro di silicio e il silano Questi composti, liquidi o gassosi, vengono purificati per distillazione frazionata fino ad ottenere una miscela di composti di solo silicio. Dopodich questi gas vengono soffiati sopra a del silicio ad alta temperatura e si decompongono, depositando silicio policristallino ad alta purezza.

Nel processo Siemens, sbarre di silicio ultrapuro sono esposte al triclorosilano a 1150°C; il gas di triclorosilano si decompone e deposita dell'altro silicio sulla sbarra, allargandola secondo la reazione chimica

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

Il silicio prodotto da questo e da processi simili viene chiamato silicio policristallino. Il silicio policristallino ha un livello di impurità pari a 1 parte per miliardo o inferiore.

A un certo punto, la DuPont produsse silicio ultrapuro facendo reagire il tetracloruro di silicio con vapori di zinco ad alta purezza a 950°C, producendo silicio secondo la formula

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Comunque questa tecnica era afflitta da problemi pratici (come il cloruro di zinco, un sottoprodotto, che si solidificava bloccando le linee) e venne abbandonata a favore del processo Siemens.

Cristallizzazione

Il processo Czochralski viene spesso usato per creare cristalli singoli di silicio ad alta purezza, che vengono impiegati nei semiconduttori a stato solido.

Isotopi

Il silicio ha nove isotopi, con peso atomico che varia tra 25 e 33. Il Si-28 (l'isotopo pi abbondante, con il 92.23%), il Si-29 (4.67%), e il Si-30 (3.1%) sono stabili; il Si-32 un isotopo radioattivo prodotto dal decadimento dell'argon. La sua emivita, dopo un lungo dibattito, stata determinata in circa 276 anni, e decade per emissione beta in P-32 (che ha emivita di 14,28 anni) e quindi in S-32.

Precauzioni

Una seria malattia dei polmoni chiamata silicosi era molto frequente tra i minatori, i tagliatori di pietre e altri lavoratori che sono impegnati in lavori dove la polvere di silicio veniva inalata in grandi quantità .

Varie

Poich il silicio un importante elemento dei semiconduttori e di tutta l'industria elettronica, la regione di Silicon Valley in California, nota per le numerose aziende di informatica ed elettronica, prende il suo mone da questo elemento.


GNU Fdl - it.Wikipedia.org




Google | 

Enciclopedia |  La Divina Commedia di Dante |  Mappa | : A |  B |  C |  D |  E |  F |  G |  H |  I |  J |  K |  L |  M |  N |  O |  P |  Q |  R |  S |  T |  U |  V |  W |  X |  Y |  Z |