عنصر سیلیکون چهاردهمین عنصر جدول تناوبی است. سیلیکون نه فلز و نه غیر فلزی است؛ این یک متالوئید است، عنصری است که جایی بین این دو قرار دارد که در سال 1824 توسط Jacob Berzelius.کشف شد.
سیلیکون خالص عکس از Enricoros
ااطلاعات شیمیایی و فیزیکی عنصر سیلیکون
نام: سیلیکون
عدد اتمی: 14
نماد عنصر: Si
گروه: 14
دوره: 3
بلوک: p
خانواده عنصر: شبه فلز (Metalloid) یا نیمه فلز
جرم اتمی: [28.084; 28.086].
پیکربندی الکترونی: Ne[3s23p2] (shorthand)یا 1s22s22p63s23p2(full)
ترکیبات سیلیکون از زمان های قدیم بوده است. کریستال یک ماده معدنی اکسید سیلیکون است و اساس بسیاری از ابزارهای ماقبل تاریخ است. ماسه، یکی دیگر از ترکیب سیلیکون،در تولید شیشه است. شیمیدان فرانسوی آنتوان لینوئیس اولین کسی بود که درباره عنصر سیلیس نوشت. تعدادی از شیمیدان ها با استفاده از الکترولیز سیلیکون را جداسازی کردند، اما ناموفق بودند. Jacob Berzelius.توانست سیلیکون را با استفاده از فرآیندهای شیمیایی در سال 1824 جدا کند.
نام منشاء: سر هومفری دیوی نام slicium را در سال 1808 پیشنهاد داد واژه لاتین silex به معنای چنگک است او معتقد بود که سیلیکون یک فلز است و پسوند -ium را اضافه کرد. در سال 1817، توماس تامسون، شیمیدان اسکاتلندی کشف کرد که سیلیکون فلز نیست، بلکه بیشتر شبیه بور است. او نام Davy’s را تغییر داد با مبادله پسوند به -on.
ایزوتوپها ی عنصر سیلیکون:
عنصر سیلیکون طبیعی از سه ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: 28Si، 29Si و 30Si. 28Si از زمانی که پرتوهای کیهانی با آرگون اتمسفر واکنش نشان می دهند، خارج می شوند. ایزوتوپ های رادیو اکتیو بیست و دو در شرایط آزمایشگاهی بین 22Si و 45Si تولید شده است.
28Si
سیلیکون 28 یک ایزوتوپ پایدار حاوی 14 نوترون است. 92.223٪ از سیلیکون طبیعی سیلیکون 28 است.
29Si
سیلیکون 29 یک ایزوتوپ پایدار حاوی 15 نوترون است. 4.685٪ سیلیکون طبیعی سیلیکون 29 است.
30 Si
سیلیکون 30 یک ایزوتوپ پایدار حاوی 16 نوترون است. 3،092٪ سیلیکون طبیعی سیلیکون 30 است.
32Si
سیلیکون 32 یک ایزوتوپ رادیواکتیو حاوی 18 نوترون است. سیلیکون 32 به عنوان ذره ی از واکنش بین پرتو کیهانی واتمآرگون تشکیل شده است.
اطلاعات فیزیکی عنصر سیلیکون
دانسیته : 2.3296 g/cm3
نقطه ذوب: 1687 درجه کلوین یا 1414 درجه سانتی گراد یا 2577 درجه فارنهایت
نقطه جوش: 3538 درجه کلوین یا 3265 درجه سانتی گراد یا 5909 درجه فارنهایت
حالت در 20 درجه سانتیگراد: جامد
حرارت فیوژن: 50.21 kJ / mol
حرارت تبخیر: 383 kJ / mol
ظرفیت گرمای مولی: 19.789 J / mol · K
داده های اتمی عنصر سیلیکون
شعاع اتمی: 1.11 Å
شعاع کوانتومی: 1.11 Å
Van der Waals شعاع: 2.10 Å
وابستگی الکترونی: 134.068 kJ / mol
الکترونگاتیوی: 1.90
انرژي اوليه يونيزاسيون: 786.518 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون دوم: 1577.134 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون 3: 3231.585 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون 4: 4358.523 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون 5: 16090/571 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون 6: 555/155 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون 7: 23783.6 kJ / mol
انرژی یونیزاسیون 8: 29287.16 kJ / mol
ساختمان کریستالی سلیکون
تاریخچه کشف عنصر سیلیکون
کوارتز (دی اکسید سیلیکون بلوری) هزاران سال برای مردم شناخته شده است.
در سال 1789 شیمیدان فرانسوی Antoine Lavoisier پیشنهاد کرد که یک عنصر شیمیایی جدید در کوارتز یافت می شود. او گفت، این عنصر جدید باید بسیار زیاد باشد.گفته او درست بود، البته. سیلیکون 28 درصد از وزن پوسته زمین را تشکیل می دهد.
ممکن است که در انگلستان، در سال 1808، هومفری دیوی بخشی از سیلیکون خالص را برای اولین بار از هم جدا کرد، اما اومتوجه آن نشد
در سال 1811 شیمیدانان فرانسوی Joseph L. Gay-Lussac و Louis Jacques Thénard نیز با واکنش پتاسیم با تترافلورید سیلیکون، سیلیکون تولید کردند که آن جامد قهوه ای مایل به قرمز بود که احتمالا سیلیکون آمورف است. با این وجود، آنها تلاش نکردند این ماده جدید را جدا کنند.
در سال 1824، شیمیدان سوئدی Jacob Berzelius نمونه ای از سیلیکون آمورف، جامد قهوه ای، با واکنش فلوروسلیکات پتاسیم با پتاسیم تولید و با پالایش ومحصول رابا شستشوی مکرر تولید کرد. او عنصر جدید سیلیکون را نام برد.
سیلیکون نمونه ای عالی از یک نیمه هادی است، دانشمندان بحث کردند که عنصر جدید باید به عنوان یک فلز یا غیر فلزی طبقه بندی شود.
Berzelius معتقد بود که این فلز بود، در حالی که هومفری دیوی فکر کرد که یک غیر فلزی است.مشکل این بود که عنصر جدید هدایت الکتریکی بهتر از فلزات غیرمولدی بود، اما نه یک هادی مانند یک فلز.
نام سیلیکون در سال 1831 توسط شیمیدان اسکاتلندی توماس تامسون داده شد
در سال 1854 هنری دیویل برای اولین بار سیلیکون بلورین تولید کرد. او این کار را با الکترولیز کردن غیر فلز ناخالص کلرید آلومینیوم سدیم برای تولید silicide( ترکیب دو ظزرفیتی سیلیکون )آلومینیوم انجام داد. آلومینیوم با آب حذف شد، بلورهای سیلیکون جدا شد
دانستنی های جالب در مورد عنصرسیلیکون
سیلیکون جامد در دمای اتاق براق درخشان خاکستری است.
سیلیکات (اکسید سیلیکون) شایعترین مواد معدنی موجود در پوسته زمین هستند. این باعث می شود که سیلیکون دومین عنصر فراوان در پوسته باشد.
سیلیکون هشتمین عنصر فراوان در جهان است.
سیلیکون در طبیعت آزاد نیست. این اغلب در فرم اکسید سیلیکات یافت می شود. نمونه هایی از جمله کوارتز و شن و سنگ های قیمتی، آهک، یاسپار، اوپال و سیتروئن.
سیلیکون بیشتر برای شیشه، سرامیک و سیمان استفاده می شود.
سیلیکون جزء حیاتی نیمه هادی ها است. تقریبا هر مدار الکترونیکی حاوی مواد نیمه هادی سیلیکونی است.
پروژه Avogadro یک پروژه برای تولید یک کیلو وزن استاندارد با استفاده از یک کریستال سیلیکون تک است.
سیلیکون با استفاده از حرارت دادن شن و ماسه و کربن در یک کوره الکتریکی تجارتی تصفیه شده است. سیلیکون Ultrapure با استفاده از روش الکترولیز نمک استخراج می شود.
سیلیکون ها (ترکیبات سیلیکون-اکسیژن هیدروکربن) دارای خواص مفیدی هستند، از جمله استفاده از آنها به عنوان چسب ، روان کننده ها و عایق ها.
موجودات دیاتوم سیلیکون را از آب جذب می کند و آن را به دیواره سلولی خود متصل می کند.
شهاب سنگهایی که حاوی سیلیکون هستند، به عنوان آئولیت ها شناخته می شوند.
کمترین خلوص پذیری قابل قبول برای سیلیکون درجه الکترونیکی 99.9999999٪ است. این بدان معنی است که برای هر میلیارد اتم، تنها یک اتم غیر سیلیکونی مجاز است.
عنصر سیلیکون دومین عنصر فراوان در پوسته سیاره ما است. اکسیژن (47.3٪) و سیلیکون (27.7٪) با هم 75٪ وزن پوسته زمین را تشکیل می دهند. بیشتر سیلیکون پوسته به عنوان سیلیکون دی اکسید وجود دارد؛ ما با شن و ماسه یا کوارتز آشنا هستیم.
سیلیکون هشتمین عنصر فراوان در جهان است؛ آن را در ستاره هایی با یک جرم هشت یا بیشتر از خورشید ساخته شده است. نزدیک به پایان زندگی خود، این ستارگان وارد فاز کربن سوختگی می شوند و هسته هلیوم را به کربن اضافه می کنند تا اکسیژن، نئون، منیزیم و سیلیکون تولید کنند.
سوزاندن سیلیکون آخرین مرحله از زندگی ستاره قبل از یک ابرنواختر است و تنها یک روز طول می کشد. در طول این مرحله، هسته های هلیوم به سیلیکون اضافه می شوند تا گوگرد، آرگون، کلسیم، تیتانیوم، کروم، آهن و نیکل تولید کنند.
ظاهر و مشخصات عنصر سیلیکون
اثرات مضر عنصر سیلیکون:
عنصر سیلیکون به نظر سمی نیست، اما اگر به عنوان گرد و غبار سیلیس / سیلیکات نفوذ کند، ممکن است باعث مشکلات تنفسی مزمن شود. سیلیکات مانند آزبست سرطان زا هستند.
مشخصات:
سیلیکون سخت متالوئیدی نسبتا بی اثر است و در فرم کریستالی بسیار شکننده است و دارای بلور متالیک است.
سیلیکون عمدتا در طبیعت به عنوان اکسید و به عنوان سیلیکات دیده می شود.
فرم جامد سیلیکون با اکسیژن، آب و اکثر اسید ها واکنش نشان نمی دهد.
سیلیکون با هالوژن یا قلیایی رقیق می شود.
استفاده از عنصر سیلیکون
سیلیکون با آلومینیوم برای استفاده در موتورهای آلیاژی بکار برده می شود زیرا حضور سیلیکون باعث بهبودی پایداری فلز می شود.
کاربید سیلیکونی، که معمولا به نام کاربروندوم carborundum نامیده می شود، بسیار سخت است و در ساینده استفاده می شود.
سیلیکا (SiO2) در ماسه و مواد معدنی در خاک رس برای ساخت بتن و آجر استفاده می شود.اکسید سیلیکون سنگ را تشکیل می دهند و برای ساخت سرامیک استفاده می شوند.
همچنین جزء اصلی شیشه است. دی اکسید سیلیکون برای ساخت شیشه استفاده می شود.
دی اکسید سیلیکون خالص، کریستالی (کوارتز) با فرکانس بسیار دقیق واکنش می یابد و در ساعت های بسیار دقیق ستفاده می شود.
عنصرسیلیکون برای زندگی گیاهان و حیوانات مورد نیاز است. برخی از موجودات آبزی مانند دیاتومه از این عنصر برای ساخت اسکلت خود استفاده می کنند. انسانها برای پوست سالم، مو، ناخن و استخوان نیاز به سیلیکون دارند و برای تولید پروتئین کلاژن و الاستین نیاز دارند. مکملهای غذایی با عنصر سیلیکون ممکن است تراکم استخوان را افزایش داده و خطر پوکی استخوان را کاهش دهند.
بیشتر سیلیکون برای تولید آلیاژ فروسلیلیک استفاده می شود. این برای تولید فولاد استفاده می شود. این نیز جزء مهمی از فولاد است که آن را سخت می کند.
سیلیکون می تواند خواص مغناطیسی آهن را افزایش دهد؛
این عنصر برای تولید نیمه هادی ها و سایر وسایل الکترونیکی است.
مانند آب (و بر خلاف بسیاری از مواد شیمیایی)، سیلیکون دارای یک پایه است سیلیکون مانند آب (و برخلاف اکثر مواد شیمیایی) به عنوان یک مایع نسبت به جامد چگالی بالایی دارد
مطالب مرتبط در سایت دانستنی دردانم:
محصولات سیلیکونی 
از عناصر جدول تناوبی بیشتر برایتان خواهیم گفت:
عنصر آلومینیوم 
عنصر منیزیم 
عنصر سدیم 
عنصر نئون 
منبع:
R.W. Cahn, Silicon: Child and Progenitor of Revolution., Into The Nano Era, Springer Series in Materials Science, Volume 106. (2009) p3.
Thomas Edward Thorpe, Humphry Davy, Poet and Philosopher., (1896).
Mary Elvira Weeks, Discovery of the Elements., (2003) p162, Kessinger Publishing Reprints.
John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements., (2002) p387. Oxford University Press.
H. R. Huff, U. Gösele, H. Tsuya, Semiconductor Silicon., (1998) p70, The Electrochemical Society.
www/https://sciencenotes.org/silicon-facts
Keith B. Hutton, Chemistry. (2001) p224. Routledge