Szilícium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
14 alumíniumszilíciumfoszfor
C

Si

Ge
Általános
Név, vegyjel, rendszám szilícium, Si, 14
Elemi sorozat félfémek
Csoport, periódus, mező 14, 3, p
Megjelenés sötétszürke, kékes árnyalat
Si,14.jpg
Atomtömeg 28,0854–28,086 g/mol[1]
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\Delta_{fus}{H}^\ominus 50,21 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 359 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 19,789 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös lapközéppontos
Oxidációs szám 4
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 1,90 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 786,5 kJ/mol
2.: 1577,1 kJ/mol
3.: 3231,6 kJ/mol
Atomsugár 110 pm
Atomsugár (számított) 111 pm
Kovalens sugár 111 pm
Van der Waals-sugár 210 pm
Egyebek
Mágnesség diamágneses[2]
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 149 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 2,6 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 2200 m/s
Young-modulus 47 GPa
Kompressziós modulus 100 GPa
Mohs-keménység 6,5
CAS-szám 7440-21-3
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A szilícium izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
28Si 92,23% Si stabil 14 neutronnal
29Si 4,67% Si stabil 15 neutronnal
30Si 3,1% Si stabil 16 neutronnal
32Si mest. 132 év β 0,221 32P
Hivatkozások

A szilícium egy kémiai elem. A rendszáma 14, vegyjele Si, nyelvújításkori neve kovany[3]. 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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.[4]

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Főbb felhasználásai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Vegyületeiből redukcióval például kálium-hexafluoro-szilikátból alumíniummal:

\mathrm{3\ K_2[SiF_6] + 4\ Al \rightarrow 3\ Si + 3\ K[AlF_4] + K_3[AlF_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 reakció[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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}

A szilícium élettani hatása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy átlagos ember testében 1,4 g szilícium található meg. Legnagyobb részt a kötőszövetben, de előfordul a csontokban, a porcokban, a bőrben, a visszerekben, a verőerekben, az inakban és a szem szaru- és ínhártyájában. A kötőszövet felépítésében játszik fontos szerepet. Megfelelő mennyiségű jelenléte a bőr, a haj és a köröm egészségéhez szükséges.[5][6]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights – Commission II.I of the International Union of Pure and Applied Chemistry, 2013. (Hozzáférés: 2013. október 13.)
  2. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. Szõkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc: A magyar kémiai szaknyelv kialakulása. A kémia története Magyarországon. Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  4. Szilícium chipek és integrált áramkörök. chemgeneration.com. (Hozzáférés: 2013. április 2.)
  5. Szilícium (Si). builder.hu. (Hozzáférés: 2013. április 2.)
  6. Dr. Tihanyi László: Szilícium. drtihanyi.hu. (Hozzáférés: 2013. április 2.)

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Silicon (angol nyelven). webelements.com. (Hozzáférés: 2013. április 2.)
  • dr. Erdey-Grúz Tibor: A szilícium és a szilikátok (magyar nyelven). A kémia és vívmányai, I. rész, Kir. Magy. Természettudományi Társulat, Budapest, 1940.. (Hozzáférés: 2013. április 2.)
  • Physical Properties of Silicon (angol nyelven). ioffe.ru. (Hozzáférés: 2013. április 2.)

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Szilícium témájú médiaállományokat.
  • The Periodic Table of Videos (angol nyelven). University of Nottingham. (Hozzáférés: 2013. április 2.)
  • Silicon (angol nyelven). Mineral.Galleries.com. (Hozzáférés: 2013. április 2.)

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]