Vilka är egenskaperna hos kisel?
De fysikaliska egenskaperna hos kisel varierar avsevärt i dess naturliga form jämfört med efter att det har förfinats, eller som en del av en sammansatt struktur. Det klassificeras officiellt som en metalloid, vilket betyder att den har fysiska egenskaper hos både metallledare och icke-metalliska isolatorer. I sin råa form finns kisel i cirka 25% koncentration i sand och förfinas för vanliga användningsområden vid tillverkning av glasköksartiklar som håller väl värmen, i prydnadsglasprodukter av många sorter och som en ingrediens i betong. Kiselföreningar har en rad industriella användningar på grund av deras hållbarhet och förmåga att motstå höga temperaturer, vilket gör egenskaperna hos kisel användbara för sådana produkter som hårdmetallslipmedel, silikat-emaljer och silikontätningar och tätningsmedel.
När det förfinas som halvledarkvalitetskisel (SGS) är kisel minst 99.9999% rent, vilket gör det till en total isolator. SGS dopas eller implanteras sedan med små nivåer av antingen bor- eller fosforatomer i en nivå av ungefär en atom av varje per miljard miljard kisel. Detta förändrar egenskaperna hos kisel från en isolerande till halvledande natur, så att det är användbart vid tillverkning av mikrochips.
De kemiska egenskaperna hos kisel inkluderar dess förmåga att lätt kombinera med syre och lätt att bilda till antingen amorfa eller kristallina strukturer vid rumstemperatur. Dess mycket höga smältpunkt på 2570 ° Fahrenheit (1 410 ° Celsius) gör föreningar av materialet användbara i ett brett utbud av industriella processer. Det legeras också lätt med metaller, såsom stål, mässing och aluminium för bildelar, vilket gör dem starkare och mer hållbara. De mekaniska egenskaperna hos kisel gör det också till ett av de vanligaste elementen som används i byggbranschen för allt från caulks till tegel och keramiska föreningar.
Trots sitt rykte som ett stabilt element har egenskaperna hos kisel i kombination med kaliumnitrat också använts för att tillverka explosiva ämnen. Forskning från och med 2011 har visat sin explosiva natur som en kemikalie i kombination med gadoliniumnitrat, vilket motsvarar det explosiva utbytet av vanligt krutt. Ansökningar om upptäckten kan omfatta utveckling av mikrochips med känsliga data eller strukturer som kan förstöras av en fjärrsignal när de faller i fel händer.
Kiseldioxid, eller SiO 2 , är nu känt för att vara det vanligaste elementet i jordskorpan efter syre, vilket utgör cirka 28% av jordskorpans massa. Över 1 000 000 ton kisel bearbetades till användbara former från 1999, varav nästan hälften av denna produktion till 400 000 ton kom från Kina. Källor för materialet är vanlig sand, kvarts och andra kristallina mineraler såsom ametyst. Det finns också i betydande mängder i halvädelstenar som agat, jaspis och opal.
Upptäckten av kisel och dess egenskaper ägde rum mellan 1789 och 1854 av arbetet med forskare från många nationer, med början med den franska kemisten känd som Fadern för kemi idag, Antoine Lavoisier, som först föreslog att kvarts var en oxid av ett oidentifierat element. Under 1800-talet isolerade flera kemister prover av kisel, inklusive den engelska Humphry Davy 1808, de franska kemisterna Joseph Gay-Lusssac och Louis Thenard 1811, och den svenska kemisten Jons Berzelius 1824. Den skotska kemisten Thomas Thomson utnämnde officiellt elementet kisel 1831, och 1854 producerade den franska kemisten och minerologen Henri De Ville det första relativt rena kristallina kislet. Elementet sattes i kommersiell produktion för silikongummi och fetter 1943, och 1958 tillverkades den första integrerade kretsen med inbyggda transistorer med ett kiselsubstrat.