Jakie są właściwości krzemu?
Fizyczne właściwości krzemu różnią się znacznie w swojej naturalnej postaci w porównaniu z jego rafinacją lub jako częścią struktury złożonej. Jest oficjalnie klasyfikowany jako metaloid, co oznacza, że ma właściwości fizyczne zarówno metalowych przewodników, jak i niemetalowych izolatorów. W swojej surowej postaci krzem znajduje się w piasku w stężeniu około 25% i jest rafinowany do powszechnych zastosowań w produkcji szklanych naczyń kuchennych, które dobrze zatrzymują ciepło, w ozdobnych produktach szklanych wielu odmian i jako składnik betonu. Związki krzemu mają wiele zastosowań przemysłowych ze względu na ich trwałość i zdolność do wytrzymywania wysokich temperatur, dzięki czemu właściwości krzemu są przydatne w takich produktach, jak ścierniwa z węglików spiekanych, emalie krzemianowe oraz uszczelki silikonowe i uszczelniacze.
Po rafinacji jako krzem półprzewodnikowy (SGS), krzem ma co najmniej 99,9999% czystości, co czyni go całkowitym izolatorem. SGS jest następnie domieszkowany lub wszczepiany drobnymi poziomami atomów boru lub fosforu na poziomie około jednego atomu każdego na miliard atomów krzemu. To zmienia właściwości krzemu z natury izolacyjnej na półprzewodnikową, dzięki czemu jest użyteczny w produkcji mikroczipów.
Właściwości chemiczne krzemu obejmują jego zdolność do łatwego łączenia z tlenem i łatwego formowania się w struktury amorficzne lub krystaliczne w temperaturze pokojowej. Jego bardzo wysoka temperatura topnienia 2570 ° Fahrenheita (1410 ° Celsjusza) sprawia, że związki tego materiału są użyteczne w szerokim zakresie procesów przemysłowych. Łatwo stapia się także z metalami, takimi jak stal, mosiądz i aluminium do części samochodowych, co czyni je mocniejszymi i trwalszymi. Mechaniczne właściwości krzemu sprawiają, że jest to jeden z najczęstszych elementów stosowanych w budownictwie do wszystkiego - od mas uszczelniających po cegły i związki ceramiczne.
Pomimo reputacji stabilnego pierwiastka, właściwości krzemu w połączeniu z azotanem potasu zostały również wykorzystane do wytworzenia materiałów wybuchowych. Badania z 2011 roku wykazały, że ma właściwości wybuchowe jako substancja chemiczna w połączeniu z azotanem gadolinu, co jest równoważne wydajności wybuchowej zwykłego prochu strzelniczego. Aplikacje do wykrywania mogą obejmować opracowanie mikroczipów z wrażliwymi danymi lub strukturami, które mogą zostać zniszczone przez zdalny sygnał, gdy wpadną w niepowołane ręce.
Obecnie wiadomo, że dwutlenek krzemu, czyli SiO2, jest najliczniejszym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej po tlenie, stanowiąc około 28% masy skorupy. Ponad 1999 000 ton metrycznych krzemu zostało przetworzonych w przydatne formy od 1999 r., Przy czym prawie połowa tej produkcji przy 400 000 ton metrycznych pochodzi z Chin. Źródłami tego materiału są zwykły piasek, kwarc i inne krystaliczne minerały, takie jak ametyst. Jest również obecny w znacznych ilościach w kamieniach półszlachetnych, takich jak agat, jaspis i opal.
Odkrycie krzemu i jego właściwości miało miejsce w latach 1789–1854 dzięki pracy naukowców z wielu narodów, poczynając od francuskiego chemika znanego dziś jako Ojciec Chemii, Antoine Lavoisiera, który najpierw zaproponował, że kwarc był tlenkiem niezidentyfikowanego pierwiastka. W XIX wieku kilku chemików izolowało próbki krzemu, w tym angielski Humphry Davy w 1808 r., Francuscy chemicy Joseph Gay-Lusssac i Louis Thenard w 1811 r. Oraz szwedzki chemik Jons Berzelius w 1824 r. Szkocki chemik Thomas Thomson oficjalnie nazwał ten pierwiastek krzem w 1831 r., aw 1854 r. francuski chemik i minerolog Henri De Ville wyprodukował pierwszy stosunkowo czysty krystaliczny krzem. Element został wprowadzony do komercyjnej produkcji gumy silikonowej i smarów w 1943 r., A do 1958 r. Wyprodukowano pierwszy układ scalony z wbudowanymi tranzystorami z podłożem silikonowym.