Wat zijn de eigenschappen van silicium?
De fysische eigenschappen van silicium variëren aanzienlijk in zijn natuurlijke vorm versus nadat het is geraffineerd of als onderdeel van een samengestelde structuur. Het is officieel geclassificeerd als een metalloïde, wat betekent dat het fysieke eigenschappen heeft van zowel metalen geleiders als niet-metalen isolatoren. In zijn ruwe vorm wordt silicium gevonden in een concentratie van ongeveer 25% in zand, en wordt het verfijnd voor algemeen gebruik bij de vervaardiging van glazen kookgerei dat warmte goed vasthoudt, in sierglasproducten van vele variëteiten, en als ingrediënt in beton. Verbindingen van silicium hebben een scala aan industriële toepassingen vanwege hun duurzaamheid en hun vermogen om hoge temperaturen te weerstaan, waardoor de eigenschappen van silicium bruikbaar zijn voor producten zoals hardmetalen schuurmiddelen, silicaatemail en siliconenpakkingen en afdichtmiddelen.
Wanneer geraffineerd als halfgeleiderkwaliteit silicium (SGS), is silicium ten minste 99,9999% zuiver, waardoor het een totale isolator is. SGS wordt vervolgens gedoteerd of geïmplanteerd met zeer kleine niveaus van boor- of fosforatomen op een niveau van ongeveer één atoom van elk per een miljard atomen silicium. Dit verandert de eigenschappen van silicium van een isolerende naar halfgeleidende aard, zodat het nuttig is bij de vervaardiging van microchips.
De chemische eigenschappen van silicium omvatten het vermogen ervan om gemakkelijk te combineren met zuurstof en om zich bij kamertemperatuur gemakkelijk te vormen tot amorfe of kristallijne structuren. Het zeer hoge smeltpunt van 2.570 ° Fahrenheit (1.410 ° Celsius) maakt samenstellingen van het materiaal nuttig in een breed scala van industriële processen. Het legeert ook gemakkelijk met metalen, zoals staal, messing en aluminium voor auto-onderdelen, waardoor ze sterker en duurzamer zijn. Dankzij de mechanische eigenschappen van silicium is het ook een van de meest voorkomende elementen die in de bouwsector worden gebruikt voor alles van afdichtingen tot baksteen en keramische verbindingen.
Ondanks zijn reputatie als een stabiel element, zijn de eigenschappen van silicium in combinatie met kaliumnitraat ook gebruikt om explosieven te maken. Onderzoek vanaf 2011 heeft zijn explosieve aard aangetoond als een chemische stof in combinatie met gadoliniumnitraat, wat overeenkomt met de explosieve opbrengst van gewoon buskruit. Toepassingen voor de ontdekking kunnen de ontwikkeling van microchips met gevoelige gegevens of structuren omvatten die door een signaal op afstand kunnen worden vernietigd wanneer ze in verkeerde handen vallen.
Siliciumdioxide of Si02 is nu bekend als het meest voorkomende element in de aardkorst na zuurstof, dat ongeveer 28% van de massa van de korst uitmaakt. Meer dan 1.000.000 ton silicium werd verwerkt tot nuttige vormen vanaf 1999, met bijna de helft van deze productie met 400.000 ton uit China. Bronnen voor het materiaal zijn gewoon zand, kwarts en andere kristallijne mineralen zoals amethist. Het is ook aanwezig in aanzienlijke hoeveelheden in halfedelstenen zoals agaat, jaspis en opaal.
De ontdekking van silicium en de eigenschappen ervan vond plaats tussen 1789 en 1854 door het werk van onderzoekers uit vele landen, te beginnen met de Franse chemicus die tegenwoordig bekend staat als de vader van de chemie, Antoine Lavoisier, die eerst voorstelde dat kwarts een oxide van een onbekend element was. Door de jaren 1800 isoleerden verschillende chemici monsters van silicium, waaronder de Engelse Humphry Davy in 1808, de Franse chemici Joseph Gay-Lusssac en Louis Thenard in 1811 en de Zweedse chemicus Jons Berzelius in 1824. De Schotse chemicus Thomas Thomson noemde het element officieel silicium in 1831, en in 1854 produceerde de Franse chemicus en mineroloog Henri De Ville het eerste relatief zuivere kristallijne silicium. Het element werd in 1943 in de handel gebracht voor siliconenrubber en vetten en tegen 1958 werd het eerste geïntegreerde circuit met ingebouwde transistoren vervaardigd met een siliciumsubstraat.