Szilícium

Főbb adatok Név: Szilícium Vegyjel: Si Rendszám: 14 Halmazállapot: szilárd Olvadáspont:1414 °C Forráspont: 3265 °C Sűrűség: 2,33 g/cm³

Főbb kémiai reakciói Hidrogénnel alkotott vegyületei a folyékony halmazállapotú szilán (SiH4), mely öngyulladásra képes és a diszilán (SiH6) kivételével gáz halmazállapotúak (például: Si6H14 hexaszilán). Halogénekkel csak magas hőmérsékleten reagál (SiX4), kivéve a fluort. Oxigénnel reagálva 600 °C felett szilícium-dioxid , nitrogénnel 1400 °C felett nitrid, szénnel 2000 °C felett karbid keletkezik. Fémekkel szilicidet alkot. Vízzel és savval nem reagál, de a lúgokban jól oldódik. Berzelius szilícium-dioxid és magnézium segítségével állította elő az elemi Si-t: SiO2 + 2 Mg = 2 MgO + Si A szilícium-dioxid az igen gyenge kovasav (H2SiO3) savanhidridje, melynek savmaradékionja a kétszeresen negatív töltésű szilikátion (SiO32-), 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 Előfordul a Napban és a csillagokban, a meteoritokban. A földkéreg második leggyakoribb eleme (több mint 25%). A földkéregben 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 alkotják.

Előfordulása Előfordul a Napban és a csillagokban, a meteoritokban. A földkéreg második leggyakoribb eleme (több mint 25%). A földkéregben 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 alkotják

Főbb felhasználásai A szilícium egy nagyon fontos anyag a mai világban. Az elemi szilíciumot a fémkohászatban és a félvezető-technikában különböző tisztasági fokozatokban hasznosítják. A természetben elemi állapotban egyáltalán nem, oxidált formában azonban megtalálható: a második leggyakoribb elem a Földön. A földkéreg tömegének egynegyedét is a kötött állapotú szilícium adja: kavics, homok, agyag, kova, kvarc alkotóeleme. Az élővilágban a kovaszivacsok, kovamoszatok, zsurlók, sások testfelépítésében játszik fontos szerepet. Az informatikai iparban a számítógépek processzorait (CPU) szilícium lapkák alkotják. A kohászatban is fontos szerepet tölt be: korrózióálló acélok előállításához használják ötvözőanyagként. A tranzisztoros rádió, az elektronikus vezérlésű televízió is egyre inkább mindennapjaink része. Az elektronikai ipar talán legfőbb alapeleme a szilícium.

Előállítása Vegyületeiből redukcióval például kálium-szilikofluoridból alumíniummal: 3 K2SiF6 + 4 Al = 3 Si + 2 KAlF4 + 2 KAlF6 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.

Szilícium alapú élet A Földön minden élet a vizen alapul, és annak számos kémiai tulajdonságán, és csakugyan, a modern kémia jelentős része foglalkozik a vizes oldatokkal. Mindamellett számos kémiai reakció lehetséges ammóniaoldatban, és néhány szempontból kémiai hasonlóság áll fenn a folyékony ammónia és a víz között. Az ammónia legalább olyan jól oldja a legtöbb szerves molekulát, mint a víz, és ráadásul képes sok elemi fém feloldására. Ezekkel a kémiai tulajdonságokkal elméletileg lehetséges lenne az ammónia alapú élet. Más részről az ammónia alapú élet elmélete felvet néhány problémát. Az ammónia forráspontja csupán fele a vízének, és felületi feszültsége háromszor kisebb. Ez azt jelenti, hogy az ammóniamolekulák közti hidrogénkötések mindig sokkal gyengébbek, mint a víz esetében, így az ammónia sokkal kevésbé képes megkötni az apoláris molekulákat. E képesség hiányában kérdéses, hogy az ammónia mennyire tudja együtt tartani a sejtalkotó molekulákat, amelyek elengedhetetlenek egy önreprodukáló rendszer felépítéséhez. Egy ammónián alapuló bioszféra olyan hőmérsékleten vagy légnyomáson lenne a legvalószínűbb, mely különösen szokatlan a földi életnek. A földi élet általában a víz olvadás- és forráspontja között lelhető fel; egy atm nyomáson 0 °C (273K) és 100 °C (373K) közt. Ugyanezen nyomáson az ammónia olvadás- és forráspontja -78 °C (195K), illetve -33 °C (240K). Rendkívül alacsony hőmérsékleten azonban a biokémiai reakciók nagymértékben lelassulnak, ezzel egyidőben pedig a magas olvadáspont miatt néhány szerves vegyület kicsapódik az oldatból. Az ammónia folyékony lehet a Földön megszokott hőmérsékleten, de jóval magasabb nyomáson is, például 60atm nyomáson 98 °C-on forr és -77 °C-on olvad. Egy ammónia-víz oldat azonban megfelelő közeg volna a víz alapúhoz hasonló vegyületek épüléséhez a víznél megszokott hőmérsékleteken. Ilyen körülmények uralkodhatnak a Szaturnusz legnagyobb holdja, a Titán felszíne alatt.

Vége