Jaké jsou vlastnosti křemíku?

Fyzikální vlastnosti křemíku se značně liší v jeho přirozené formě versus poté, co byl rafinován, nebo jako součást složené struktury. Je oficiálně klasifikován jako metaloid, což znamená, že má fyzikální vlastnosti jak kovových vodičů, tak nekovových izolátorů. Ve své surové formě je křemík přítomen v přibližně 25% koncentraci v písku a je rafinován pro běžné použití při výrobě skleněného nádobí, které dobře udržuje teplo, v ozdobných skleněných výrobcích mnoha odrůd a jako přísada do betonu. Sloučeniny křemíku mají řadu průmyslových použití kvůli jejich trvanlivosti a schopnosti odolávat vysokým teplotám, díky čemuž jsou vlastnosti křemíku užitečné pro takové výrobky, jako jsou brusiva na bázi karbidů, křemičitanové emaily a silikonová těsnění a tmely.

Když je křemík rafinován jako polovodičový křemík (SGS), má čistotu nejméně 99,9999%, což z něj činí celkový izolátor. SGS je pak dopován nebo implantován s nepatrnými hladinami atomů boru nebo fosforu na úrovni asi jednoho atomu na každou miliardu atomů křemíku. To mění vlastnosti křemíku z izolační na polovodivou povahu, takže je užitečný při výrobě mikročipů.

Chemické vlastnosti křemíku zahrnují jeho schopnost snadno se kombinovat s kyslíkem a snadno se formovat do amorfních nebo krystalických struktur při pokojové teplotě. Díky velmi vysoké teplotě tání 2 070 ° Fahrenheita (1 410 ° C) jsou sloučeniny tohoto materiálu užitečné v široké škále průmyslových procesů. Rovněž se snadno slituje s kovy, jako je ocel, mosaz a hliník, pro automobilové díly, což je činí silnějšími a odolnějšími. Díky mechanickým vlastnostem křemíku je také jedním z nejběžnějších prvků používaných ve stavebnictví pro vše od tmelů po cihly a keramické směsi.

Přes jeho pověst jako stabilní prvek, vlastnosti křemíku v kombinaci s dusičnanem draselným byly také použity k výrobě výbušnin. Výzkum od roku 2011 prokázal svou výbušnou povahu jako chemická látka v kombinaci s dusičnanem gadolinium, což odpovídá výbušnému výnosu běžného střelného prachu. Aplikace pro objev mohou zahrnovat vývoj mikročipů s citlivými daty nebo strukturami, které mohou být zničeny vzdáleným signálem, když spadnou do nesprávných rukou.

Oxid křemičitý nebo Si02 je nyní znám jako nejhojnější prvek v zemské kůře po kyslíku, který tvoří asi 28% hmotnosti kůry. Od roku 1999 bylo zpracováno na užitečné formy více než 1 000 000 metrických tun křemíku, přičemž téměř polovina této produkce při 400 000 metrických tun pocházela z Číny. Zdroje materiálu jsou obyčejný písek, křemen a další krystalické minerály, jako je ametyst. To je také přítomné ve významných množstvích v polodrahokamech takový jako achát, jaspis a opál.

Objev křemíku a jeho vlastností se uskutečnil mezi lety 1789 a 1854 prací vědců z mnoha národů, počínaje francouzským chemikem známým dnes jako otec chemie, Antoine Lavoisierem, který nejprve navrhoval, že křemen je oxidem neidentifikovaného prvku. Přes 1800s, několik chemiků izolovalo vzorky křemíku, včetně angličtiny Humphry Davy v 1808, francouzští chemikové Joseph Gay-Lusssac a Louis Thenard v 1811, a švédský chemik Jons Berzelius v 1824. Skotský chemik Thomas Thomson oficiálně jmenoval element křemík v roce 1831 a v roce 1854 francouzský chemik a minerolog Henri De Ville vyrobil první relativně čistý krystalický křemík. Prvek byl uveden do komerční výroby silikonového kaučuku a tuků v roce 1943 a v roce 1958 byl první integrovaný obvod se zabudovanými tranzistory vyroben se silikonovým substrátem.