Silizium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stück polierter Wafer und Block aus reinem Silizium. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Position im Periodensystem | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Symbol | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nachname | Silizium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ordnungszahl | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Zeitraum | 3 e Zeitraum | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Block | Block p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elementfamilie | Metalloid | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronische Konfiguration | [ Ne ] 3 s 2 3 p 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronen nach Energieniveau | 2, 8, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomare Eigenschaften des Elements | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 28.0855 ± 0,0003 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (calc) | 110 Uhr ( 111 Uhr ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | 111 ± 14 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waals Radius | 210 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationszustand | +1, +2, +3, +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativität ( Pauling ) | 1,90 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxid | amphoter | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionisierungsenergien | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 1 re : 8.15168 eV | * 8 e : 303,54 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 2 e : 16,34584 eV | * 9 e : 351,12 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 3 E : 33,49302 eV | * 10 e : 401,37 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 4 e : 45,14181 eV | * 11 e : 476,36 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 5 th : 166.767 eV | * 12 e : 523,42 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 6 th : 205,27 eV | * 13 th : 2,437.63 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* 7 th : 246,5 eV | * 14 th : 2.673.182 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Die meisten stabilen Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Einfache physikalische Eigenschaften des Körpers | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Normalzustand | fest diamagnetisch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andere Allotrope | Silicen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volumenmasse | 2,33 g · cm -3 ( 25 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallsystem | Kubischer Diamant | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Härte | 6.50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Farbe | dunkelgrau | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fusionspunkt | 1414 ° C. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Siedepunkt | 3265 ° C. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fusionsenergie | 50,55 kJ · mol & supmin; ¹ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdampfungsenergie | 384,22 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molvolumen | 12,06 × 10 –6 m 3 · mol –1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dampfdruck | 4,77 Pa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 8433 m · s -1 bis 20 ° C. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massive Hitze |
700 J · kg -1 · K -1
Gleichung:
27,19604 J · mol -1 · K -1 (liquid 1 411,9 zu 3 231,5 ° C ) Gleichung:
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Elektrische Leitfähigkeit | 2,52 × 10 –4 S · m –1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bandlücke bei 300 K. | 1,12 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 148 W · m –1 · K –1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verschiedene | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o ECHA | 100.028.300 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o EG | 231-130-8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vorsichtsmaßnahmen | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SGH | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pulverförmiger Zustand :
Warnung H228, P210, H228 : Entzündbarer Feststoff P210 : Von Hitze / Funken / offenen Flammen / heißen Oberflächen fernhalten. - Rauchen verboten. |
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WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B4, B4 : Entzündbarer Feststoff Transport gefährlicher Güter: Klasse 4.1 Offenlegung zu 1,0% nach Einstufungskriterien |
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Transport | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pulverförmiger Zustand :
1346 : Amorphic SILICON POWDER Klasse: 4.1 Label: 4.1 : Entzündbare feste Stoffe, selbstzersetzliche Stoffe und desensibilisierte explosive Feststoffe Verpackung: Verpackungsgruppe III : Stoffe mit geringer Gefahr. |
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Einheiten von SI & STP, sofern nicht anders angegeben. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Das Silizium ist das chemische Element der Ordnungszahl 14 des Symbols Si. Dieser vierwertige Metalloid- Tetravalent gehört zur Gruppe 14 des Periodensystems . Es ist nach Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste , dh 25,7% seiner Masse, aber es ist vergleichsweise nur in relativ geringen Mengen in der Materie vorhanden, die Lebewesen ausmacht. Es existiert in der Natur nicht als einfacher Körper , sondern in Form von Verbindungen: In Form von Siliziumdioxid (SiO 2 ) biogenen Ursprungs (hergestellt von einem lebenden Organismus wie Kieselalgen oder Radiolariern ) findet man es in der Bildung von amorphem Siliciumdioxid (in Sand ) oder aus lithogenen Herkunft , wenn es in Form von Mineral Silica ( Quarz , Cristobalit , usw. ) oder anderen Silikate (in Feldspat , die Kaolinit , ...).
In seiner amorphen Form wird Siliciumdioxid (SiO 2 ), das im Allgemeinen aus Kieselgur gewonnen wird , seit sehr langer Zeit als wesentlicher Bestandteil von Glas verwendet . Es ist seit Mitte des XX - ten Jahrhunderts neue Verwendungen in elektronischen ( Transistor ), für die Herstellung von Materialien , wie etwa Silikone, Sonnenkollektoren , um photovoltaische und als Biomineral, amorphes Siliciumdioxid ist derzeit für seine Verwendung in der Nanotechnologie untersucht.
Der Name leitet sich vom lateinischen Feuerstein ab, silicĭs, was Kiesel oder Feuerstein bedeutet .
Mögliche Verwirrung : in Englisch, Silizium bezeichnet Silizium, Silikon Bezeichnet Silikon und Silica - Bezeichnet Kieselsäure.
Es gibt drei natürliche Isotope von Silizium, die alle stabil sind : 28 Si (92,18%), 29 Si (4,71%) und 30 Si (3,12%). Es gibt auch künstliche, instabile Isotope : 25 Si, 26 Si und 27 Si, die β + -Emitter sind , sowie 31 Si bis 34 Si, die β - Emitter sind .
Silizium ist fest unter Normalbedingungen für Temperatur und Druck , mit unter 1 atm einen Schmelzpunkt von 1414 ° C und einen Siedepunkt von 3265 ° C . Wie Wasser ist es im flüssigen Zustand im Gegensatz zu den meisten anderen Substanzen dichter als im festen Zustand. Es ist auch ein ziemlich guter Wärmeleiter ( Wärmeleitfähigkeit : 149 W m −1 K −1 ).
In kristalliner Form ist reines Silizium grau mit bläulich-metallischen Reflexionen. Wie Germanium ist es nicht sehr verformbar und sehr spröde. Wie Kohlenstoff und Germanium kristallisiert es im kubischen System ( Diamantstruktur ). Das Kristallsilizium besteht aus grauen bis schwarzen Nadeln oder Hexaedern . Silizium ist ein Halbleiter , dessen elektrische Leitfähigkeit viel geringer ist als die von Metallen.
Es gibt zwei weitere Allotrope von Silizium: Silicen, bei dem die Siliciumatome in Ketten verbunden sind, und Silicen, bei dem sie flache Schichten bilden.
Silizium liegt auch in einem amorphen Zustand in Form eines dunkelbraunen Pulvers vor.
Silizium oxidiert sehr schnell an der Luft und bildet auf der Oberfläche eine Siliziumdioxidschicht , die die Probe von Sauerstoff isoliert und vor weiterer Oxidation ( Passivierung ) schützt . Diese Oxidschicht kann durch Flusssäure HF oder durch thermischen Abrieb entfernt werden . In Wasser unlöslich, außer bei hohen Temperaturen, wird Silizium je nach Phase von Flusssäure HF oder einem Gemisch aus Flusssäure / Salpetersäure (HNO 3 ) angegriffen .
Silizium hat eine diamantähnliche Struktur (wie Germanium und die Diamantform von Kohlenstoff ) mit einem Gitterparameter von 0,543 071 0 nm .
Eine der Verbindungen von Silizium, Siliciumdioxid (Siliciumdioxid), war bereits in der Antike bekannt und wurde von Alchemisten und dann von Chemikern als Element angesehen . Die starke Beständigkeit von Kieselsäure und ihren vielen Verbindungen (insbesondere Silikaten ) gegen Meteoriten erklärt ihre Fülle an Mineralien und dass sie das charakteristische Element der wichtigsten Gesteine darstellen (mit Ausnahme von Karbonaten ).
Silizium wurde erstmals 1823 von Jöns Jacob Berzelius isoliert . Erst 1854 erhielt Henri Sainte-Claire Deville kristallines Silizium.
Die Synthese von Silikonen stellt auch eine signifikante Verwendung von Silizium dar (etwa 40% des Verbrauchs). Diese [(CH 3 ) 2 SiO] n- Polymere werden in Dichtungsmassen , wasserbeständigen oder wärmeleitenden Fetten, Waschpulvern oder Konditionierungsshampoos usw. verwendet.
Die Halbleitereigenschaften von Silizium ermöglichten die Schaffung der zweiten Generation von Transistoren und dann von integrierten Schaltkreisen („Chips“). Es ist auch heute noch eines der wesentlichen Elemente für die Elektronik , insbesondere dank der derzeitigen technologischen Kapazität, die es ermöglicht, reines Silizium zu mehr als 99,999 99% ( Czochralski-Entwurf , schwimmende Schmelzzone ) zu erhalten.
PhotovoltaikAls Halbleiter ist Silizium auch das Hauptelement für die Herstellung von Photovoltaik- Solarzellen . Diese werden dann zu Sonnenkollektoren zur Stromerzeugung zusammengebaut.
Silizium hat in seinem reinen Zustand hohe mechanische Eigenschaften, die es zur Herstellung von Kleinteilen für bestimmte Mikromechanismen und sogar zur Herstellung von Spiralfedern für mechanische High-End-Uhren verwenden.
Aluminium-Silizium-LegierungenDie hauptsächliche Verwendung von Silizium als ein einziger Körper ist als ein Legierungselement mit Aluminium . Aluminium-Silizium- Legierungen ( Serie AS oder 40000 gemäß NF EN 1780-1, auch "Sialumine" genannt) werden zur Herstellung von Formteilen verwendet , insbesondere für Autos (z. B. Leichtmetallfelgen) und Luftfahrt (z. B. Elemente von Elektromotoren an Bord). Aluminium-Silizium-Legierungen machen rund 55% des weltweiten Siliziumverbrauchs aus. Die bekannteste Legierung ist Alpax nahe der eutektischen Zusammensetzung (ca. 13 % m Si).
Aufgrund der Leistung von Ätz- und Formbildungsprozessen mit Silizium wird Silizium verwendet für:
Zusätzlich zu den Eigenschaften von elementarem Silizium haben viele Siliziumverbindungen Anwendungen. Zu den bekanntesten:
Das Silizium 32 kann radiometrisch datiert werden , um das Alter in der Größenordnung des Jahrhunderts zu bestimmen.
Nach Sauerstoff ist es das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste .
Silizium auf der Erde kommt hauptsächlich in mineralischer Form vor, insbesondere in Form von Silikaten , die 28% der Erdkruste ausmachen . Silizium ist beispielsweise ein Bestandteil von Quarzsand, das Ergebnis des Abbaus von Gesteinen wie Granit .
Silizium kommt in bestimmten organischen Molekülen wie Silanen - Methylsilantriolen, Dimethylsilandiolen - und Silatranen vor.
Die im Plankton vorhandenen Kieselalgen und Radiolarien stehen am Anfang der Nahrungskette der Meere und Ozeane und sind am biogeochemischen Kreislauf von Silizium beteiligt. Sie extrahieren Kieselsäure aus Meerwasser, um ihr äußeres Skelett zu bilden. Meerwasser ist relativ arm an Kieselsäure, außer in großen Tiefen (Auflösung der Skelette von Kieselalgen) und in der Nähe von Flussmündungen. Es steigt nur dank Aufschwellungen ( Aufschwellen ) an die Oberfläche . Es gibt dann eine signifikante Produktion von Plankton. Die am meisten erneuerte Kieselsäurequelle in den Ozeanen löst sich jedoch im Wasser der Flüsse, die in sie fließen, aber auch in ihrem Schlamm. Es wurde aus Gebirgszügen und Land gerissen, das von Wasser aus Quellen, Strömen und Flüssen durchzogen wurde. Es ist auch in der Mündung der Flüsse, dass wir die meisten Fische finden. Da sie an der Spitze der marinen Nahrungskette stehen, müssen wir berücksichtigen, dass sie Plankton in großen Mengen finden. Wir müssen uns daher über die großen Mengen an Schlick wundern, die am Boden von Dämmen in Flusseinzugsgebieten auf der ganzen Welt eingeschlossen sind. Dies könnte sich auf den aktuellen Fischbestand in den Ozeanen auswirken, der stark zurückgeht.
Der menschliche Körper enthält ca. 7 g Silizium.
Silizium wird in Verbindung mit Glykosaminoglykanen und Polyuroniden gefunden: Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Keratansulfat, Heparansulfat und Heparin. Es ist auch an der Synthese von Kollagen (3 bis 6 Si-Atome pro Alpha-Kette) und Elastin beteiligt . Die Aorta ist zufällig das Gewebe, das neben Haut und Thymus das meiste davon enthält . Der Siliziumspiegel in diesen Geweben nimmt mit dem Alter in sehr großen Anteilen ab: Verlust von etwa 80-90% (Studie an Kaninchen) . Die Abnahme des Siliziums in den Arterienwänden korreliert mit der Fragmentierung des Elastins und dem Verlust seiner Elastizität. Je atherosklerotischer eine Arterie ist, desto weniger Kieselsäure enthält sie und desto steifer ist sie .
Eine cholesterinreiche Ernährung führt bei Kaninchen zu experimenteller Atherosklerose. Die Verabreichung von organischem Silizium verhindert die Fragmentierung der Elastinfasern . Ein starres Rohr leitet eine Strömung weniger gut als ein flexibles Rohr. Die Wiederherstellung der arteriellen Elastizität - Compliance - würde zweifellos dazu beitragen, den Bluthochdruck zu senken.
Silizium ist an der Bindung von Calcium (Ca) auf der Ebene des Skeletts beteiligt. Die Osteoidgrenze, der Bereich, in dem Knochen hergestellt wird, weist einen Spitzenwert der Siliziumkonzentration auf, der im reifen Knochen nicht zu finden ist. Silizium potenziert die Wirkung von Zink (Zn) und Kupfer (Cu).
Silizium ist an der Funktion des Immunsystems beteiligt . Der Thymus, der erhebliche Mengen davon enthält, ist das Organ, in dem sich T-Lymphozyten „programmieren“. Es sollte auch beachtet werden, dass Makrophagen einen sehr großen Appetit darauf haben und Kieselsäure recyceln lokal im Übermaß (z. B. Lunge). Es ist auch an der Synthese von Antikörpern ( Immunglobulinen ) beteiligt.
Für einige würde unsere Siliziumreserve mit zunehmendem Alter drastisch abnehmen. Tatsächlich ändert sich vor allem die Verteilung von Silizium im Körper: Bei einigen Geweben sinkt die Rate drastisch (Haut, Arterien, Thymus, Knorpel usw.), bei anderen "wird" in erheblichem Maße "abgestaubt", wie z Lungen und die mit ihnen verbundenen Ganglien aufgrund ihres großen Reichtums an Makrophagen. Wenn sich das Gleichgewicht des gesamten Siliziums als Funktion des Alters in Bezug auf die Menge gut ausgleichen könnte, scheint die effektive Verfügbarkeit für den Stoffwechsel mit dem Alter abzunehmen. Dies steht im Zusammenhang mit der Unzulänglichkeit der Nahrungsaufnahme und dem fortschreitenden Mangel des Organismus an organischen Molekülen, die „En-Diol“ -Einheiten enthalten . Diese modifizieren die Wertigkeit von Silizium und bilden damit hypervalente Komplexe (Penta- oder Hexa-) von hoher biologischer Bedeutung. Zu diesen Molekülen gehören Polyphenole (Antioxidantien), bestimmte Neuromediatoren, die aus dem Metabolismus von Tyrosin (Adrenalin, Dopamin) oder Tryptophan (Serotonin, Melatonin) und insbesondere Ascorbinsäure (Vitamin C) resultieren. Es ist daher nicht sicher, ob die tägliche Nahrungsaufnahme in allen Bevölkerungsgruppen abgedeckt ist, insbesondere in solchen mit erhöhtem Bedarf oder Mangel aufgrund einer nicht diversifizierten Ernährung, die arm an Obst und Gemüse und anderen Lebensmitteln ist, die reich an Polyphenolen sind. Antioxidantien (wachsende Kinder, schwangere Frauen) ältere Menschen) oder Menschen mit erhöhten Bedürfnissen. Daher sind Unfälle des Bewegungsapparates bei Sportlern sehr zahlreich (Verstauchungen, Sehnenentzündungen, Belastungen, Mikrofrakturen usw. ). Diese Unfälle betreffen anatomische Strukturen wie Knochen, bei denen Silizium ein Schlüsselfaktor für seine Synthese ist, oder andere, wie Sehnen, Bänder oder Muskeln, die große Mengen an Silizium (Elastin, Kollagen) enthalten. Die äußere Anwendung eines Gels, das organische Komplexe auf der Basis von Methylsilantriol enthält, die die Hautbarriere überschreiten, ist von großem therapeutischem Interesse .
In der Natur wird "organisches Silizium" auf der Oberfläche von Siliziumdioxid unter der Wirkung von Elementen gebildet, die mit den Wurzeln von Pflanzen verbunden sind, damit sie es assimilieren können. Bestimmte Pflanzen wie Schachtelhalm , Bambus, Brennnessel , Hafer , die erhebliche Mengen an Silizium enthalten, werden in der Kräutermedizin und Kosmetik häufig verwendet (Brennnessel, Hafer). Das rücksichtslose Trocknen dieser Pflanzen hebt einige der vorteilhaften Wirkungen auf, da die Kieselsäure polymerisiert . Andere Pflanzen, die in menschlichen Lebensmitteln verwendet werden, wie Reis, Weizen, Apfel (Pektin) usw. enthalten auch erhebliche Mengen, insbesondere in den Schalen, daher das Interesse, Reis oder Vollkornweizen zu konsumieren. Bestimmte Mineralwässer, Wein, insbesondere Bier, können ebenfalls als bemerkenswerte Quellen angesehen werden. Die AFSSA (Französische Agentur für Lebensmittelsicherheit) hat keine empfohlene tägliche Aufnahme von Silizium festgelegt. Die Bedürfnisse werden im Allgemeinen als weitgehend durch die Ernährung gedeckt angesehen, ohne dass eine wirklich ernsthafte Studie diese Behauptung stützt.
Der Begriff "organisches Silizium" ist angemessen, wenn Chemiker einem Siliziumatom ein (oder mehrere) Kohlenstoffatome hinzufügen, was beispielsweise zu einem Monomethylsilantriol oder einem Dimethylsilandiol führt. Die kontrollierte Assoziation eines geeigneten organischen Moleküls (z. B. eines Salicylats) mit Monomethylsilantriol bildet einen Komplex mit interessanten Eigenschaften, wie beispielsweise der Möglichkeit, die Hautbeschichtung tief zu durchdringen. Diese Art von Komplex wird in der Kosmetik häufig als Anti-Falten-Effekt durch interzelluläre Füllung und Straffung eingesetzt. Dies ist auf eine bevorzugte Synthese von Kollagen und Elastin zurückzuführen . Für das beispielsweise unter dem Namen G5 vertriebene organische Silizium handelt es sich um ein Silanol der Formel CH3-Si (OH) 3.
Ein solcher Komplex wurde auch in der Humantherapie unter dem Spezialnamen Conjonctyl mit dem Hinweis auf Kreislaufischämie (zerebrale, koronare, mesenteriale, Gliedmaßen), Osteoporose, Mastodynie und Mastose sowie Astheniezustände verwendet. Physikalisch und / oder psychologisch des alten Mannes. Nur die Genehmigung für das Inverkehrbringen ( AMM ) für diese Indikationen wurde widerrufen, da das Herstellerlabor nicht in der Lage war, aktuelle klinische Beweise vorzulegen, die wissenschaftlich bewertet wurden. Conjunctyl wurde kürzlich durch intradermale Injektion zum Füllen von Hautvertiefungen (Falten, Narben) als Medizinprodukt erneut zugelassen.
Die Möglichkeit einer völlig anderen Lebensform, die hauptsächlich auf Silizium und nicht auf Kohlenstoff basiert, wurde erwähnt. Dies könnte auf der Tatsache beruhen, dass Silizium nicht nur wie Kohlenstoff vierwertig ist , sondern auch geladene und stabile Fünf- und Sechs-Koordinaten-Komplexe bilden kann. Diese könnten interessante katalytische Eigenschaften haben, die in exobiologischen Hypothesen wenig erforscht wurden .
Es sollte jedoch die extreme Schwierigkeit von Silizium bei der Bildung von Mehrfachbindungen beachtet werden, die für das Funktionieren der Austausche in der Zelle notwendig sind. Beispiele für Siliciummoleküle mit anderen Mehrfachbindungen oder Valenzen als IV sind nur mit besonders komplexen Substituenten möglich. Irgendwann Forschung Von silikonhaltigen Arzneimitteln durchgeführt, die letztendlich keinen Nutzen brachten .
Einige Wissenschaftler Glauben, dass sie diese Art von Satz verneinen müssen. Demnach ist Silizium nicht stark an biologischen Reaktionen beteiligt, sondern dient eher als Träger (Hüllen, Skelette, Gele). Es wurde jedoch festgestellt, dass Silizium eng mit der DNA verbunden ist , also innerhalb des Zellkerns , für eine Funktion, die noch identifiziert werden muss. Es gibt auch ein Enzym in der Wand der Mitochondrien, das am Transport von Silizium in ihnen beteiligt ist und mit dem Krebszyklus in Verbindung gebracht werden könnte .
Schließlich sind die endgültigen Argumente, die die Möglichkeit der Existenz einer auf Silizium basierenden Lebensform in Frage stellen können, einerseits die relative Häufigkeit von Kohlenstoff im Universum, die sehr viel größer ist als die von Silizium und andererseits die chemische Trägheit von Siliciumdioxid SiO 2 , fest, verglichen mit der Labilität von Kohlendioxid CO 2 , gasförmig.
Die Hypothese eines Lebens auf Siliziumbasis erscheint in einer Episode von Star Trek (TOS, Die Minen von Horta ) und in einem Roman von Philip K. Dick , Nick und der Glimmung.
Silizium existiert natürlich nicht im freien Zustand auf der Erde , aber es kommt sehr häufig in Form von Oxiden vor, beispielsweise Siliciumdioxid oder Silikaten . Silizium wird durch metallurgische Verfahren aus seinem Oxid extrahiert, und sein Reinheitsgrad hängt von seiner Endanwendung ab.
Es gibt drei Stufen der Siliziumreinheit, die je nach Verwendung festgelegt werden:
Um freies Silizium zu erhalten (manchmal fälschlicherweise als „Siliziummetall“ bezeichnet, um es von Ferrosilicium zu unterscheiden ), muss es reduziert werden. Industriell wird diese Reduktion durch Elektrometallurgie in einem offenen Lichtbogenofen bewirkt , dessen Leistung bis zu etwa 35 MW betragen kann . Die allgemeine Reaktion ist im Prinzip eine carbothermische Reaktion :
SiO 2+ C ⟶ Si + CO 2.Die Realität ist komplexer, wobei Zwischenreaktionen beispielsweise zur Bildung von Siliciumcarbid- SiC, Siliciummonoxid- SiO (instabil) führen.
In der Praxis wird das Silizium in Form von Stücken aus Silica (Kieselsteinen oder Stücken eingeführt vein Quarz ), gemischt mit Reduktionsmitteln , wie Holz, Holzkohle , Kohle , Erdöl - Koks . Unter Berücksichtigung der Reinheitsanforderungen der Endanwendungen muss die Kieselsäure relativ rein sein (insbesondere niedriger Eisenoxidgehalt ) und die Reduktionsmittel sorgfältig ausgewählt werden (z. B. gewaschene Kohle).
Das Gemisch wird in einen gegossenen Tiegel mehr Meter im Durchmesser, in denen zylindrische Kohlenstoffelektroden (drei am häufigsten) taucht , die elektrische Leistung liefern und ermöglichen , die sehr hohen Temperaturen für die gewünschten Reaktionen erforderlich (um erreicht werden 3 000 ° C im Bereich von der Lichtbogen an der Elektrodenspitze).
Das erhaltene Silizium wird dank flüssiger Öffnungen im Tiegel in "Taschen" im flüssigen Zustand gesammelt : den Hahnlöchern. Siliziumguss ist im Gegensatz zu Ferrosilicium ein Strangguss.
In diesen Taschen wird es dann raffiniert, indem Luft und Sauerstoff injiziert werden, um das Aluminium und das Kalzium zu oxidieren .
Dann wird es von der „ Schlacke “ ( Oxiden, die in den verschiedenen Phasen des Prozesses erzeugt und zusammen mit dem Silizium mitgeführt werden) getrennt, bevor es verfestigt wird:
Die Zwischenreaktionen, die zur Reduktion von Silizium führen, erzeugen auch einen sehr feinen Staub aus amorphem Siliciumdioxid , der von den vom Ofen emittierten heißen Gasen (hauptsächlich Luft und Kohlendioxid ) mitgerissen wird . In modernen Anlagen werden diese Gase gefiltert, um diesen amorphen Quarzstaub zu sammeln, der als Additiv in Hochleistungsbeton verwendet wird .
Je nach Anwendung wird Silizium in Form von Stücken (Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen) oder in Form von Pulver verwendet, das durch Mahlen erhalten wird (Herstellung von Silikonen).
Silizium für die Elektronik wird aus elektrometallurgischem Silizium erhalten, erfordert jedoch einen chemischen Schritt (Reinigung an Silanen) und anschließend eine Reihe physikalischer Reinigungen, bevor die Einkristalle gezogen werden.
Der Vorgang wird unter Verwendung von Trichlorsilan (SiHCl 3 ) oder Siliciumtetrachlorid (SiCl 4 ) oder Siliciumtetraiodid (SiI 4 ) usw. durchgeführt. Zum Beispiel wird durch Angriff auf Kupfersilizid bei 300 ° C mit Salzsäure Trichlorsilan gebildet; Dieser Körper wird durch eine sehr gründliche Destillation gereinigt . Es wird dann bei zerlegt 950 ° C in Gegenwart von Wasserstoff ; Man erhält kompakte Blöcke aus sehr reinem Silizium ( Pechiney- Verfahren ).
Herstellung des EinkristallsEs ist erwünscht, Einkristalle vom Typ N zu erhalten; Das chemisch erhaltene Silizium enthält jedoch immer einige Spuren von Bor und ist vom Typ P; es wird daher kristallisiert und in einen Halbleiter vom N-Typ umgewandelt.
PrinzipEine Menge an Silizium im wesentlichen auf das Gewicht des Einkristalls entspricht , erhalten wird , in einem platziert Quarztiegel ; der Elektronendonor wird hinzugefügt; Keine Verunreinigung sollte die Kristallisation stören . Die Operation muss daher in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse von "chirurgischer" Sauberkeit und in einer neutralen Atmosphäre oder unter Vakuum stattfinden.
ProduktionRund um die Quarz Isoliergehäuse den Induktor von einem Hochfrequenzgenerator angeordnet, der die Mischung auf die Si-gun Treiber Temperatur zu bringen erlaubt Fusion oder 1500 ° C ungefähr. Wenn die Fusion abgeschlossen ist, kann der Kristallisationsvorgang beginnen; Zu diesem Zweck präsentiert ein mechanisches Präzisionssystem den Einkristallkeim in Kontakt mit dem Bad und hebt ihn dann sehr langsam vertikal an, während er sich sehr langsam dreht, was zur Homogenisierung beiträgt. Der Keim nimmt das Silizium mit, das dann von der Wirkung der HF-Induktion entfernt wird; Das Si kühlt daher ab und kristallisiert gemäß der durch den Keim festgelegten Reihenfolge.
Die Operation ist sehr heikel; Die Hubgeschwindigkeit muss konstant sein, um die Bildung des Kristalls nicht zu stören. Die Temperatur des Bades muss ebenfalls konstant sein und innerhalb von 0,1 ° C (und dies um 1500 ° C ) liegen. Die Homogenisierung, unterstützt durch die beiden Hub- und Drehbewegungen, ist unerlässlich. Tatsächlich nimmt im Verlauf des Vorgangs die Konzentration der Verunreinigungen im Bad zu, da letztere eine größere Affinität für die flüssige Phase als für die feste Phase aufweisen.
Der erhaltene Einkristall hat die Form eines annähernd regelmäßigen Zylinders mit einem Durchmesser von bis zu 30 cm ; es ist an beiden Enden durchtrennt: Der Kopf, der sehr rein ist, dient als Keim für eine nachfolgende Operation; Der Boden, der möglicherweise nicht rein genug ist, wird abgelehnt.
Herstellung von Wafern ( Wafern )Aufgrund des sehr hohen Preis aus monokristallinem Silizium, um den Verlust von Material bei der Herstellung von Wafern (zu vermeiden Wafer ) . Da der Kristall sehr zerbrechlich ist, ist es notwendig, jegliche Einschränkung zu vermeiden, die ihn verformen oder brechen könnte. Außerdem muss der Oberflächenzustand der Wafer so perfekt wie möglich sein und die Behandlung darf den Einkristall nicht „verschmutzen“.
SchneidenDas Silizium wird in Wafer geschnitten ( Wafer ) 0,2 zu 0,3 mm Dicke unter Verwendung eines hochpräzisen Diamantkreissäge Die Arbeiten werden in Wasser durchgeführt, um Erwärmung und Verschmutzung zu vermeiden. Da der Abfall wichtig ist, wird der Schlamm gefiltert und das Siliziumpulver wird zurückgewonnen und wieder verwendet.
Gesichter leckenSein Zweck ist es, die Oberflächenunregelmäßigkeiten zu beseitigen, die durch die Körner des Diamantpulvers während des Schneidens verursacht werden; es wird mit Siliciumcarbidpulver durchgeführt . Nach dem mechanischen Läppen werden durch chemisches Läppen die letzten Unregelmäßigkeiten auf der Oberflächenschicht entfernt, die möglicherweise verschmutzt wurden. Zu diesem Zweck werden Säurebäder ( Flusssäure und Salpetersäure ) verwendet ; dann werden die Wafer gründlich gespült und getrocknet. Dieser chemische Angriff kann durch elektrolytisches Polieren ersetzt oder ergänzt werden .
Pellets schneidenWerden Wafer ( Wafer ) in einer großen Anzahl von Pellets mit Präzision geschnitten, wobei die Breite der Schnittlinie so gering wie möglich ist ( 0,125 bis 0,15 mm ). Die Schneidgrate werden dann durch chemischen Angriff und anschließendes Spülen entfernt.
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