Silicium

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Silicium
Periodiek systeem
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Silicium
Silicium
Algemeen
Naam Silicium
Symbool Si
Atoomnummer 14
Groep Koolstofgroep
Periode Periode 3
Blok P-blok
Reeks Metalloïden
Kleur Donkergrijs
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u) 28,086
Elektronenconfiguratie [Ne]3s2 3p2
Oxidatietoestanden -4, +2, +4
Elektronegativiteit (Pauling) 1,90
Atoomstraal (pm) 117
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 786,52
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 1577,15
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 3231,61
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3) 2329
Hardheid (Mohs) 6,5
Smeltpunt (K) 1687
Kookpunt (K) 3538
Aggregatietoestand Vast
Smeltwarmte (kJ·mol−1) 50,5
Verdampingswarmte (kJ·mol−1) 384,2
Van der Waalse straal (pm) 210
Kristalstructuur Kub
Molair volume (m3·mol−1) 12,1·10-6[1]
Geluidssnelheid (m·s−1) 2200
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1) 710
Elektrische weerstandΩ·cm) 10
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1) 148
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde
Monokristallijn silicium voor waferfabricatie

Silicium of kiezel is een scheikundig element met symbool Si en atoomnummer 14. Het is een donkergrijs metalloïde.

Ontdekking[bewerken]

Silicium is voor het eerst geïdentificeerd door Antoine Lavoisier in 1787. Later werd het door Humphry Davy aangezien voor een verbinding. Pas in 1811 werd duidelijk dat het tóch om een element ging, toen Louis Gay-Lussac onzuiver amorf silicium verkreeg door siliciumtetrafluoride te verhitten in aanwezigheid van kalium. In 1824 maakte Jöns Jacob Berzelius zuiver silicium door dezelfde methode als Lussac te gebruiken, maar door daarna het product meerdere malen uit te wassen. Zijn naam heeft silicium te danken aan het Latijnse Silex, "vuursteen". In 1854 bereidde Henri Saint-Claire Deville voor het eerst kristallijn silicium, de tweede allotrope vorm waarin silicium voorkomt.

De hightech regio Silicon Valley in Californië is vernoemd naar silicium, omdat silicium een belangrijke grondstof is voor halfgeleiders.

Voor planten is silicium van essentieel belang voor het opbouwen van celwanden.

Toepassingen[bewerken]

Silicium wordt in veel takken van industrie gebruikt. Siliciumdioxide wordt in de vorm van zand of klei gebruikt voor de productie van veel bouwmaterialen. Andere producten waarin veelvuldig gebruik wordt gemaakt van silicium zijn:

  • computerchips: De componenten van een chip worden gefabriceerd op een plakje silicium.
  • keramiek: siliciumdioxide is de grondstof voor veel keramische materialen
  • staal: silicium wordt vaak gebruikt als toevoeging aan staal
  • glas: in de vorm van SiO2 is silicium de basisgrondstof van glas
  • halfgeleider: in zeer zuivere vorm wordt silicium samen met arseen, boor, gallium en fosfor gebruikt voor de productie van halfgeleiders
  • laser: silicium kan worden gebruikt voor de productie van lasers met een golflengte van 456 nm
  • zonnepanelen: de foto-elektrische eigenschappen van silicium maken het geschikt voor fotocellen
  • röntgendiffractie: preparaathouders in de vorm van silicium eenkristallen

Daarnaast zijn er nog tal van andere toepassingen van silicium in de industrie.

Ook komt siliciumdioxide voor in voeding (in granen, zoals haver) en wordt het gebruikt als antiklontermiddel, als klaringsmiddel bij wijn en bier en ontschuimingsmiddel. Op etiketten wordt het aangeduid als additief E551, of worden de benamingen kiezelzuur, kwarts of silica gehanteerd.

Opmerkelijke eigenschappen[bewerken]

In kristallijne vorm heeft silicium een metallisch uiterlijk en een grijze kleur. Hoewel het een relatief inert element is, reageert het onder bepaalde omstandigheden met halogenen, maar de meeste zuren hebben geen invloed.

Verschijning[bewerken]

Na zuurstof is silicium het meest voorkomende element in de aardkorst. De aardkorst bestaat voor 25,7% uit silicium in zijn verschillende verbindingen. In de elementaire vorm komt silicium niet in de natuur voor. De meest voorkomende verbindingen is siliciumdioxide (SiO2) zoals kwartsen, opaal en vuursteen en in complexe ionen (silicaten) zoals asbest, klei en mica.

Op commerciële schaal wordt silicium verkregen door verhitting van siliciumdioxide onder aanwezigheid van koolstof. De koolstof reduceert de siliciumdioxide tot silicium volgens de vergelijking:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Het op deze wijze verkregen silicium heeft een zuiverheid van ongeveer 99%. Voor gebruik in halfgeleiders is zuiverder silicium nodig. Hiervoor zijn meerdere chemische en fysische technieken te gebruiken.

Zuivering[bewerken]

Het zuiveren van silicium bestaat uit 3 fasen.

  • 1e fase: het kwarts wordt met koolstof verhit tot 3000 °C. Door een overmaat aan koolstof vormt zich hier CO (koolstofmonoxide) en blijft er zuiverder silicium over.
  • 2e fase: het in de eerste fase gezuiverde silicium wordt eerst omgezet naar trichloorsilaan (SiHCl3). Daar wordt het gemengd met zoutzuur (HCl). Door destillatie worden verontreinigingen verwijderd. Het trichlorosilaan wordt verhit tot verdamping en bij een goede temperatuurkeuze ontstaat zeer zuiver silicium.
  • 3e fase (zonesmelten): een staaf silicium wordt slechts in een kleine zone tot boven het smeltpunt verwarmd. Doordat verontreinigingen veel beter in de vloeibare fase oplossen dan in de vaste fase, worden in de vloeibare zone de meeste verontreinigingen verzameld. Die worden naar het einde van de staaf gebracht. Tenslotte wordt dat stukje afgesneden en weggegooid. Het overige stukje is vrijwel 99,999999999% zuiver (1 op 10 miljard deeltjes is een onzuiverheid). We spreken in dit geval van "eleven nines" purity.

Isotopen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Isotopen van silicium voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Meest stabiele isotopen
Iso RA (%) Halveringstijd VV VE (MeV) VP
28Si 92,23 stabiel met 14 neutronen
29Si 4,67 stabiel met 15 neutronen
30Si 3,10 stabiel met 16 neutronen
31Si syn 157,3 m β- 1,492 31P
32Si syn 172 j β- 13,020 32P

Van silicium zijn negen verschillende isotopen bekend. 28Si, 29Si en 30Si zijn stabiel. De overige, instabiele isotopen kunnen op kunstmatige wijze worden geproduceerd.

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Elementair silicium is niet giftig of gevaarlijk.

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek