Silicio ( ˈsɪlɪkən o /ˈsɪlɪkɒn/, silicium ) es el elemento químico que tiene el Si del símbolo y número atómico 14. Un metaloide tetravalente, silicio es menos reactivo que su carbón análogo químico . Como el octavo elemento más común del universo por la masa, el silicio ocurre de vez en cuando como el elemento libre puro en naturaleza, pero se distribuye más extensamente adentro saca el polvo, los planetoids y los planetas como varias formas del dióxido de silicio o del silicato . En la tierra, el silicio es el segundo elemento abundante (después del oxígeno ) en la corteza, componiendo 25.7% de la corteza por Massachusetts.

El silicio tiene muchas aplicaciones industriales. El silicio elemental es el componente principal de la mayoría de los dispositivos del semiconductor, más importante circuitos integrados o microchipes del . El silicio es ampliamente utilizado en semiconductores porque sigue siendo un semiconductor en temperaturas más altas que el germanio del semiconductor y porque su óxido nativo se crece fácilmente en un horno y forma un mejor semiconductor/un interfaz dieléctrico que casi el resto de las combinaciones materiales.

Bajo la forma de silicona y silicatos, el silicio forma los cementos útiles de los vidrios y la cerámica es también un componente de los silicones que un clase-nombre para las varias sustancias plásticas sintéticas hizo del silicio, oxígeno, carbón e hidrógeno, confundidos a menudo con el silicio sí mismo.

El silicio es un elemento esencial en biología, aunque solamente los rastros minúsculos de ella aparezcan ser requeridos por los animales. Es mucho más importante para el metabolismo de plantas, particularmente muchas hierbas, y el ácido silícico (un tipo de silicona) forma la base del arsenal llamativo de las cáscaras protectoras de las diatomeas microscópicas

Características notables

Los orbitarios externos (subshell medio lleno del electrón que soporta a ocho electrones) tienen la misma estructura que en el carbón y los dos elementos son muy similares químicamente. Aunque es un elemento relativamente inerte, el silicio todavía reacciona con los halógeno y los álcalis diluídos pero la mayoría de los ácidos (a excepción de algunas combinaciones hiperactivo-reactivas del ácido nítrico y del ácido hidrofluórico ) no le afectan. Tener cuatro electrones de enlace sin embargo le da, como el carbón, muchas oportunidades de combinar con otros elementos o compuestos bajo circunstancias correctas.

El silicio y el carbón son semiconductores, fácilmente donando o compartiendo sus cuatro electrones externos permitiendo muchas diversas formas de vinculación química. El silicio puro tiene un coeficiente negativo de la temperatura de la resistencia, puesto que el número de ondas portadoras libres aumenta con temperatura. La resistencia eléctrica del silicio del solo cristal cambia perceptiblemente bajo uso de la tensión mecánica debido al efecto piezorresistivo .

En su forma cristalina, el silicio puro tiene un color gris y un lustre metálico. Es similar al vidrio en que es algo fuerte, el saltar muy frágil, y propenso.

Ocurrencia

Medido por la masa, el silicio compone 25.7% corteza de s de la tierra del 'y es el segundo elemento abundante en la tierra, después del oxígeno . Los cristales puros del silicio se encuentran solamente de vez en cuando en naturaleza; pueden ser encontrados como inclusiones con el oro y en exhalaciones volcánicas. El silicio se encuentra generalmente bajo la forma de dióxido de silicio (también conocido como silicona), y silicato .

La silicona ocurre en los minerales que consisten en (prácticamente) el dióxido de silicio puro en diversas formas cristalinas. La arena, el Amethyst, la ágata, el cuarzo, el cristal de roca, la calcedonia, el pedernal, el jaspe, y el ópalo son algunas de las formas en las cuales el dióxido de silicio aparece. (Se conocen como " lithogenic ", en comparación con " " biogénico ;, siliconas.)

El silicio también ocurre como silicatos (varios minerales que contienen el silicio, el oxígeno y un u otro metal), por ejemplo feldespato . Estos minerales ocurren en la arcilla, la arena y los varios tipos de oscilan tal como granito y piedra arenisca . El asbesto, el feldespato, la arcilla, la hornablenda, y la mica son algunos de los muchos minerales del silicato

El silicio es un componente principal de los aerolitos que son una clase de los meteoros y también es un componente de los Tektites que son una forma natural de vidrio.

El considera también el : Categoría: Minerales del silicato

Isótopos

considera también: Isótopos l silicio El silicio tiene isótopos sabidos numerosos con los números totales que se extienden a partir del 22 a 44. ²⁸Si (el isótopo más abundante, en 92.23%), ²⁹Si (4.67%), y ³⁰Si (3.1%) son estables; ³²Si es un isótopo radiactivo producido por decaimiento del argón . ¡Su período se ha determinado para ser aproximadamente 170 años (0.21 MeV), y decae por el beta - la emisión al P (que de ³² tiene un período de 14.28 días ) y entonces al S de ³².

Compuestos

Por ejemplos de el silicio los compuestos ven el silicato, el silano (SiH₄), el ácido silícico (H₄SiO₄), el carburo de silicio (SiC), el dióxido de silicio (SiO₂), el tetracloruro (SiCl₄) del silicio, el tetrafluoruro (SiF₄) del silicio, y el triclorosilano (HSiCl₃).

El considera también el : Categoría: El silicio compone

Usos

Pues el segundo elemento abundante en corteza, silicio de s de la tierra el la 'es vital al sector de la construcción pues un componente principal de la piedra natural, el vidrio, el concreto y el cementan . El impacto más grande del silicio en la economía del mundo moderno y la forma de vida ha resultado de su uso como el substrato en la fabricación de dispositivos electrónicos discreto tales como transistores de la energía, y en el desarrollo de los circuitos integrados tal como chips de ordenador .

Aleaciones

El uso más grande del silicio puro (silicio del grado metalúrgico) está en el aluminio - aleaciones del silicio, a menudo llamadas " alloys" ligero;, para producir piezas del molde, principalmente para la industria del automóvil. (Esto representa el cerca de 55% de la consumición del mundo del silicio puro.)
Acero y arrabio : El silicio es un componente importante de algunos aceros, y se utiliza en el proceso de producción del arrabio. Se introduce mientras que el ferrosilicón o el del silicocalcium alea .

En usos electrónicos

El silicio puro también se utiliza para producir el silicio ultra-puro para los usos fotovoltaicos electrónicos y : Semiconductor : El silicio de Ultrapure puede ser dopado con otros elementos para ajustar su respuesta eléctrica controlando el número y la carga ( positivo o negativo) de portadores actuales. Tal control es necesario para los detectores de semiconductor de los microprocesadores de las células solares de los transistores y otros dispositivos de semiconductor que se utilizan en electrónica y otros usos de alta tecnología.
Photonics : El silicio se puede utilizar como laser de Raman de la onda continua para producir la luz coherente. (Aunque es ineficaz como fuente de luz.)
El LCDs y el silicio amorfo hidrogenado de las células solares es ampliamente utilizados en la producción de barato, electrónica del Grande-área en usos tales como LCDs. También ha demostrado la promesa para el grande-área, células solares thin-film baratas.

Silicones

El segundo mayor uso del silicio (el cerca de 40% de consumición del mundo) está como materia prima en la producción de los silicones, compone contener el oxígeno del silicio y los enlaces del carbón del silicio que tengan la capacidad a la actuación como intermedios de la vinculación entre los compuestos de cristal y orgánicos, y a los polímeros de la forma con las características útiles tales como impermeabilidad para regar, flexibilidad y resistencia al ataque químico. Los silicones se utilizan en el que impermeabiliza los tratamientos de, que moldea compuestos de y los sellos mecánicos de los agentes del fusor del molde, de alta temperatura engrasan y las ceras, compuestos del calafateo e incluso en los usos tan diversos como los implantes de pecho y los explosivos y la pirotecnia .
construcción : El dióxido de silicio o la silicona bajo la forma de arena y arcilla es un ingrediente importante el ladrillo concreto de y y también se utiliza para producir el cemento de Portland .
La cerámica /el esmalte es un material refractario usado en la producción material da alta temperatura y sus silicatos se utilizan en la fabricación de esmaltes y de la cerámica.
Vidrio : La silicona de la arena es un componente principal del vidrio. El vidrio se puede hacer en una gran variedad de formas y con muchas diversas características físicas. La silicona se utiliza como una materia prima para hacer el vidrio de ventana, los envases, los aisladores y muchos otros objetos útiles.
El carburo de silicio de los abrasivos es uno de los abrasivos más importantes.
La masilla tonta fue hecha original agregando el ácido bórico al aceite de silicón . Ahora la masilla tonta de la nombre-marca de fábrica también contiene cantidades significativas de silicio elemental. (El silicio ata al silicón y permite que el material despida el 20% más alto.)

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Producción

El silicio es acondicionado para el comercio por la reacción de la silicona de gran pureza con la madera, carbón de leña, y el carbón, en un horno de arco voltaico usar los electrodos del carbón en las temperaturas sobre el °C 1900, el carbón reduce la silicona al silicio según la ecuación química

l → de SiO₂ + de C Si + CO₂.

l → SiO₂ + 2C Si + 2CO.

El silicio líquido recoge en la parte inferior del horno, y entonces se drena y se refresca. El silicio producido vía este proceso se llama el silicio del grado metalúrgico del y es por lo menos el 98% puro. Usar este método, el carburo de silicio, SiC, puede formar. Sin embargo, con tal que la cantidad de SiO₂ sea colmo guardado, el carburo de silicio se puede eliminar, según lo explicado por esta ecuación:

2 del → 3 del SiC + de SiO₂ Si + 2 CO.

En 2005, silicio del grado metalúrgico costado sobre el $ 0.

Purificación

El uso del silicio en dispositivos del semiconductor exige una pureza mucho mayor que producida por el silicio del grado metalúrgico. Históricamente, un número de métodos se han utilizado para producir el silicio de gran pureza.

Métodos físicos

Las técnicas tempranas de la purificación del silicio fueron basadas en el hecho de que si se derrite y re-se solidifica el silicio, las partes pasadas de la masa a solidificar contienen la mayor parte de las impurezas. El método más temprano de purificación del silicio, primero descrito en 1919 y usado sobre una base limitada para hacer componentes del radar durante la Segunda Guerra Mundial, el silicio machacante implicado del grado metalúrgico y después parcialmente la disolución del polvo del silicio en un ácido . Cuando estaba machacado, el silicio se agrietó de modo que las regiones impureza-ricas más débiles estuvieran en el exterior de los granos resultantes del silicio. Consecuentemente, el silicio impureza-rico era el primer que se disolverá cuando estaba tratado con el ácido, yéndose detrás de un producto más puro.

En la fusión de zona, también llamada refinamiento de la zona, el primer método de la purificación del silicio a ser ampliamente utilizado industrial, las barras del silicio del grado metalúrgico se calienta para derretir en un extremo. Entonces, el calentador se baja lentamente la longitud de la barra, manteniendo una pequeña longitud de la barra fundida mientras que el silicio se refresca y re-solidifica detrás de él. Puesto que re-solidifican la mayoría de las impurezas tienden a permanecer en la región fundida algo que, cuando el proceso es completo, la mayor parte de las impurezas en la barra habrán sido trasladadas al extremo que era el último que se derretirá. Este extremo después se corta y se desecha, y el proceso repetido si se desea una pureza más elevada inmóvil.

Métodos químicos

Hoy, el silicio es purificado convirtiéndolo a un compuesto del silicio que se pueda purificar más fácilmente que en su estado original, y después convirtiendo ese elemento del silicio nuevamente dentro del silicio puro. El triclorosilano es el compuesto del silicio más de uso general como el intermedio, aunque el tetracloruro del silicio y el silano también se utilicen. Cuando estos gases están soplados sobre el silicio en la temperatura alta, se descomponen al silicio de gran pureza.

Contemporáneamente, el Du Pont produjo el silicio ultra-puro reaccionando el tetracloruro del silicio con los vapores de gran pureza del cinc en el °C 950, produciendo el silicio según la ecuación química

l SiCl₄ + → del Zn 2 Si + 2 ZnCl₂.

Sin embargo, esta técnica fue plagada con problemas prácticos (tales como las líneas de solidificación y de obstrucción del subproducto del cloruro del cinc) y abandonada eventual a favor del proceso de Siemens.

En el Siemens de proceso, las barras de gran pureza del silicio se exponen al triclorosilano en 1150 °C. El gas del triclorosilano descompone y deposita el silicio adicional sobre las barras, agrandándolas según las reacciones químicas como → del

2 HSiCl₃ del Si + 2 ácido clorhídrico + SiCl₄.

El silicio producido de este y de procesos similares se llama el silicio policristalino . El silicio policristalino tiene típicamente niveles de impureza menos que 10⁻⁹.

En el 2006 REC anunció la construcción de una planta basada en tecnología de estrato fluidificado usar el silano.

l 3SiCl₄ + Si + 2H₂ → del
4HSiCl₃ del → 4HSiCl₃ 3SiCl₄ + → del
SiH₄ de SiH₄ Si + 2H₂

Cristalización

El Czochralski de proceso produce a la mayoría de cristales del silicio crecidos para la producción del dispositivo, (CZ-Si) puesto que es el método más barato disponible y es capaz de producir cristales de gran tamaño. Sin embargo, los solo-cristales del silicio crecidos por el método de Czochralski contienen impurezas puesto que el crisol que contiene el derretimiento disuelve. Para ciertos dispositivos electrónicos, particularmente ésos requeridos para los usos del poder más elevado, el silicio crecido por el método de Czochralski no es bastante puro. Para estos usos, el silicio (FZ-Si) de la Flotar-zona se puede utilizar en lugar de otro. Vale el mencionar sin embargo, al contrario del método CZ-Si en el cual la semilla se sumerge en el derretimiento del silicio y el cristal growing se tira hacia arriba, del cristal de semilla fino en el método FZ-Si sostiene el cristal growing así como la barra de la polisilicona de la parte inferior. Consecuentemente, es difícil crecer cristales de gran tamaño usar el método de la flotar-zona. Hoy, todos los cristales dislocation-free del silicio usados en industria del semiconductor con el diámetro 300m m o más grande son crecidos por el método de Czochralski con el nivel de la pureza mejorado perceptiblemente.

Diversas formas de silicio

Uno puede notar el cambio del color en nanopowder del silicio. Esto es causada por los efectos de quántum que ocurren en las partículas de dimensiones nanometric. Ver también el pozo potencial, el punto de Quantum, y el Nanoparticle .

vida Silicio-basada

Bioquímica alternativa Puesto que el silicio es similar al carbón, particularmente en su valencia, alguna gente han propuesto la posibilidad de la vida silicio-basada. Una detracción principal para la vida silicio-basada es ésa carbón desemejante, el silicio no tiene la tendencia a formar enlaces dobles y triples.

Aunque no haya formas sabidas de vida que confían enteramente en química silicio-basada, hay algo que confía en los minerales del silicio para las funciones específicas. Algunas bacterias y otras formas de vida, tales como el radiolario de los protozoos, tienen esqueletos del dióxido de silicio, y el pilluelo de mar tiene espinas dorsales hechas del dióxido de silicio. Estas formas de dióxido de silicio se conocen como silicona biogénica . Silicatos del uso de las bacterias del silicato en su metabolismo .

La vida como lo sabemos no habría podido convertirse basado en una bioquímica del silicio. La razón principal de este hecho es que la vida en la tierra depende del ciclo de carbón : Las entidades autotróficas utilizan el dióxido de carbono para sintetizar compuestos orgánicos con el carbón, que entonces es utilizado como alimento por las entidades heterotrópicas, que producen energía y dióxido de carbono de éstos compone. Si el carbón debiera ser substituido por silicio, habría una necesidad de un ciclo del silicio del . Sin embargo, los precipitados del dióxido de silicio en sistemas acuosos, y no se pueden transportar entre seres vivos por medios biológicos comunes.

Como tal, otro solvente sería necesario sostener formas de vida silicio-basadas; sería difícil (si no imposible) encontrar otro compuesto común con las características inusuales del agua que le hacen un solvente ideal para la vida carbón-basada. Un silicio más grande compone análogo a las cadenas comunes del hidrocarburo (los silanos son también generalmente inestables debido al radio atómico más grande del silicio y del enlace correspondientemente más débil del silicio-silicio; los silanos se descomponen fácilmente y a menudo violentamente en presencia del oxígeno que los hace inadecuados para una atmósfera oxidante tal como nuestros los propios. El silicio también no participa fácilmente en la Pi-vinculación (el segundo y tercero enlaza en enlaces triples y los enlaces dobles son pi-enlazan) mientras que sus electrones P-orbitales experimentan mayor blindar y puede menos adquirir la geometría necesaria. Además, aunque un poco de silicio suene ( Cyclosilanes ) análogo al campo común se han sintetizado los cicloalcanos formaron por el carbón, éstos son en gran parte desconocidos. Su síntesis sufre de las dificultades inherentes en producir cualquier compuesto del silano, mientras que el carbón formará fácilmente cinco, seis, y siete-membrados anillos por una variedad de caminos (la reacción del Diels-Aliso es un ejemplo natural), incluso en presencia del oxígeno. La inhabilidad del silicio de formar fácilmente cadenas largas del silano, enlaces múltiples, y los anillos limita seriamente la diversidad de los compuestos que se pueden sintetizar de ella. Bajo condiciones sabidas, la química del silicio no puede comenzar simplemente a acercarse a la diversidad de la química orgánica, un factor crucial en el papel del carbón en biología.

Sin embargo, silicio-basada vida se podría interpretar como siendo la vida que existe debajo de un substrato de cómputo. Este concepto debe todavía ser explorado en la tecnología de corriente pero recibe cobertura amplia de los autores de la ciencia ficción. Mojón-Smith ha propuesto que los primeros organismos vivos a existir eran las formas de arcilla mineral-que fueron basadas probablemente alrededor del átomo del silicio.

Historia

¡El silicio primero fue identificado por el Antonio Lavoisier en el 1787 (como componente del latino , o silicis (significado del qué más generalmente fueron llamadas " el quot de Flints ; o " Rocks" duro; durante la era moderna temprana donde hoy en día pues diríamos el " silica" o " silicates"), y era confundido más adelante por el Humphry Davy en el 1800 desde un compuesto. En el de Gay-Lussac 1811 y el Thénard preparó probablemente el silicio amorfo impuro a través de la calefacción del potasio con el tetrafluoruro del silicio. Primero fue descubierto como elemento por el Berzelius en el 1823 . En el 1824, Berzelius preparó el silicio amorfo usar aproximadamente el mismo método que Lussac. Berzelius también purificó el producto en varias ocasiones lavándolo.

Porque el silicio es un elemento importante en semiconductores y dispositivos de alta tecnología, la región de alta tecnología de Silicon Valley, California se nombra después de este elemento.

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