Was sind die Eigenschaften von Silizium?
Die physikalischen Eigenschaften von Silizium variieren erheblich in seiner natürlichen Form im Vergleich zu seiner Verfeinerung oder als Teil einer Verbundstruktur. Es ist offiziell als Metalloid klassifiziert, was bedeutet, dass es sowohl physikalische Eigenschaften von Metallleitern als auch von Nichtmetallisolatoren aufweist. In seiner rohen Form ist Silizium in Sand in einer Konzentration von etwa 25% enthalten und wird für die Herstellung von gut wärmespeicherndem Glaskochgeschirr, in Zierglasprodukten vieler Arten und als Bestandteil von Beton für die allgemeine Verwendung raffiniert. Siliciumverbindungen haben aufgrund ihrer Haltbarkeit und ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen, eine Reihe industrieller Verwendungen, wodurch die Eigenschaften von Silicium für solche Produkte wie Carbidschleifmittel, Silikatemails und Silikondichtungen und -dichtungsmittel nützlich werden.
Wenn Silizium in Halbleiterqualität (SGS) veredelt wird, ist es zu mindestens 99,9999% rein, was es zu einem vollständigen Isolator macht. SGS wird dann mit winzigen Mengen von Bor- oder Phosphoratomen in einer Menge von jeweils etwa einem Atom pro Milliarde Siliciumatomen dotiert oder implantiert. Dies ändert die Eigenschaften von Silizium von einer isolierenden zu einer halbleitenden Natur, so dass es bei der Herstellung von Mikrochips nützlich ist.
Die chemischen Eigenschaften von Silicium umfassen seine Fähigkeit, sich leicht mit Sauerstoff zu verbinden und sich bei Raumtemperatur leicht entweder zu amorphen oder kristallinen Strukturen zu formen. Durch seinen sehr hohen Schmelzpunkt von 1.410 ° Celsius (2.570 ° Fahrenheit) eignen sich Verbindungen des Materials für eine Vielzahl industrieller Prozesse. Es lässt sich auch leicht mit Metallen wie Stahl, Messing und Aluminium für Autoteile legieren, was sie fester und langlebiger macht. Die mechanischen Eigenschaften von Silizium machen es auch zu einem der im Baugewerbe am häufigsten verwendeten Elemente, von Dichtungsmassen über Ziegel bis hin zu Keramikmassen.
Trotz seines Rufs als stabiles Element wurden die Eigenschaften von Silizium in Kombination mit Kaliumnitrat auch zur Herstellung von Sprengstoffen genutzt. Untersuchungen aus dem Jahr 2011 haben gezeigt, dass es in Kombination mit Gadoliniumnitrat als Chemikalie explosiv ist, was der Explosionsausbeute von gewöhnlichem Schießpulver entspricht. Anwendungen für die Entdeckung können die Entwicklung von Mikrochips mit sensiblen Daten oder Strukturen sein, die durch ein entferntes Signal zerstört werden können, wenn sie in die falschen Hände geraten.
Es ist bekannt, dass Siliziumdioxid oder SiO 2 nach Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste ist und etwa 28% der Erdkrustenmasse ausmacht. Ab 1999 wurden mehr als 1.000.000 Tonnen Silizium zu nützlichen Formen verarbeitet, wobei fast die Hälfte dieser Produktion mit 400.000 Tonnen aus China stammte. Quellen für das Material sind gewöhnlicher Sand, Quarz und andere kristalline Mineralien wie Amethyst. Es ist auch in bedeutenden Mengen in Halbedelsteinen wie Achat, Jaspis und Opal enthalten.
Die Entdeckung des Siliziums und seiner Eigenschaften erfolgte zwischen 1789 und 1854 durch die Arbeit von Forschern aus vielen Nationen, beginnend mit dem französischen Chemiker Antoine Lavoisier, der heute als Vater der Chemie bekannt ist und zunächst vorschlug, Quarz sei ein Oxid eines nicht identifizierten Elements. Im 19. Jahrhundert isolierten mehrere Chemiker Siliciumproben, darunter der englische Humphry Davy (1808), die französischen Chemiker Joseph Gay-Lusssac und Louis Thenard (1811) sowie der schwedische Chemiker Jons Berzelius (1824). Der schottische Chemiker Thomas Thomson nannte das Element offiziell 1831 produzierte der französische Chemiker und Bergmann Henri De Ville das erste relativ reine kristalline Silizium. Das Element wurde 1943 in die kommerzielle Produktion für Silikongummi und -fette eingeführt, und bis 1958 wurde die erste integrierte Schaltung mit eingebauten Transistoren mit einem Siliziumsubstrat hergestellt.