السيليكون: التاريخ ، الخصائص ، الهيكل ، الحصول ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و السيليكون هو غير - معدنية ولافلز يمثل نفس عنصر الوقت بالرمز الكيميائي سي. إنه أحد أشباه الموصلات ، وهو جزء أساسي من أجهزة الكمبيوتر والآلات الحاسبة والهواتف المحمولة والخلايا الشمسية والصمامات الثنائية وما إلى ذلك ؛ إنه عمليا المكون الرئيسي الذي سمح بإنشاء العصر الرقمي.

لطالما كان السيليكون موجودًا في الكوارتز والسيليكات ، حيث يشكل كلا المعدنين حوالي 28٪ من كتلة قشرة الأرض بأكملها. وبالتالي فهو ثاني أكثر العناصر وفرة على سطح الأرض ، وتوفر الصحاري والشواطئ الشاسعة منظورًا لمدى وفرتها.

تعتبر الصحاري مصدرًا طبيعيًا وفيرًا لجزيئات السيليكا أو الجرانيت إلى جانب المعادن الأخرى. المصدر: Pxhere.

ينتمي السيليكون إلى المجموعة 14 من الجدول الدوري ، مثل الكربون الموجود أسفله. هذا هو السبب في أن هذا العنصر يعتبر معدن رباعي التكافؤ ؛ لديها أربعة إلكترونات تكافؤ ومن الناحية النظرية يمكن أن تفقد كل منهم لتشكيل Si ⁴⁺ الكاتيون.

إحدى الخصائص التي تشترك فيها مع الفحم هي قدرته على الارتباط معًا ؛ أي أن ذراتهم مرتبطة تساهميًا لتحديد السلاسل الجزيئية. أيضا ، يمكن أن يشكل السيليكون "الهيدروكربونات" الخاصة به ، والتي تسمى السيلانات.

مركبات السيليكون السائدة في الطبيعة هي السيليكات الشهيرة. يمكن أن يظهر في شكله النقي كمادة صلبة أحادية البلورية أو متعددة البلورات أو غير متبلورة. إنها مادة صلبة خاملة نسبيًا ، لذا فهي لا تشكل مخاطر كبيرة.

التاريخ

حجر السيليكون

ربما يكون السيليكون أحد العناصر التي كان لها التأثير الأكبر في تاريخ البشرية.

هذا العنصر هو بطل الرواية في العصر الحجري ، وكذلك بطل العصر الرقمي. تعود أصولها إلى الوقت الذي عملت فيه الحضارات ذات مرة مع الكوارتز وصنعوا أكوابهم الخاصة ؛ وهي اليوم المكون الرئيسي لأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية.

لقد كان السيليكون عمليا حجر عهدين محددين بوضوح في تاريخنا.

عزل

نظرًا لوفرة السيليكا ، وهو اسم وُلد من صخور الصوان ، فلا بد أنها احتوت على عنصر غني جدًا في قشرة الأرض ؛ كان هذا هو الشك الصحيح لأنطوان لافوازييه ، الذي فشل في عام 1787 في محاولاته لإزالتها من الصدأ.

في وقت لاحق ، في عام 1808 ، قام همفري ديفي بمحاولاته الخاصة وأطلق على العنصر اسمه الأول: "silicium" ، والذي ترجم ليصبح "معدن الصوان". أي أن السيليكون كان يعتبر معدنًا بحلول ذلك الوقت بسبب افتقاره إلى التوصيف.

بعد ذلك ، في عام 1811 ، نجح الكيميائيان الفرنسيان جوزيف إل جاي-لوساك ولويس جاك ثينارد في تحضير السيليكون غير المتبلور لأول مرة. لهذا تفاعلوا مع رباعي فلوريد السيليكون مع البوتاسيوم المعدني. ومع ذلك ، لم يتم تنقية المنتج الذي تم الحصول عليه أو تحديد خصائصه ، لذلك لم يستنتجوا أنه عنصر السيليسيوم الجديد.

لم يحصل الكيميائي السويدي جاكوب برزيليوس حتى عام 1823 على سيليكون غير متبلور بدرجة نقاء كافية للتعرف عليه كسيليكون ؛ الاسم الذي أطلقه الكيميائي الاسكتلندي توماس طومسون عام 1817 عند اعتباره عنصرًا غير معدني. أجرى Berzelius التفاعل بين فلوروسيليكات البوتاسيوم والبوتاسيوم المنصهر لإنتاج هذا السيليكون.

السيليكون البلوري

تم تحضير السيليكون البلوري لأول مرة في عام 1854 من قبل الكيميائي الفرنسي هنري ديفيل. ولتحقيق ذلك ، أجرى ديفيل تحليلًا كهربائيًا لمزيج من الألومنيوم وكلوريد الصوديوم ، وبذلك حصل على بلورات السيليكون المغطاة بطبقة من سليكات الألمنيوم ، والتي أزالها (على ما يبدو) عن طريق غسلها بالماء.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

مظهر جسماني

عنصر السيليكون ، الذي له بريق معدني ، ولكنه في الواقع معدن. المصدر: صور عالية الدقة للعناصر الكيميائية

يتكون السيليكون في شكله النقي أو الأولي من مادة صلبة رمادية أو سوداء مزرقة (الصورة العلوية) ، والتي بالرغم من أنها ليست معدنًا ، إلا أنها تتميز بوجوه لامعة كما لو كانت كذلك بالفعل.

إنها مادة صلبة صلبة ولكنها هشة ، والتي تظهر أيضًا سطحًا غير مستقر إذا كانت مكونة من بلورات متعددة. من ناحية أخرى ، يبدو السيليكون غير المتبلور مثل مسحوق صلب بني غامق. بفضل هذا ، من السهل تحديد وتمييز نوع واحد من السيليكون (بلوري أو متعدد البلورات) عن آخر (غير متبلور).

الكتلة المولية

28.085 جم / مول

العدد الذري (Z)

14 (₁₄ نعم)

نقطة الانصهار

1414 درجة مئوية

نقطة الغليان

3265 درجة مئوية

كثافة

-في درجة حرارة الغرفة: 2.33 جم / مل

-يمين عند نقطة الانصهار: 2.57 جم / مل

لاحظ أن السيليكون السائل أكثر كثافة من السيليكون الصلب ؛ مما يعني أن بلوراته سوف تطفو على الطور السائل من نفس الطور ، كما يحدث مع نظام الماء المثلج. يرجع التفسير إلى حقيقة أن المسافة بين الذرات بين ذرات Si في بلورتها أكبر (أقل كثافة) من تلك الموجودة في السائل (أكثر كثافة).

حرارة الانصهار

50.21 كيلوجول / مول

حرارة التبخير

383 كيلوجول / مول

السعة الحرارية المولية

19.789 جول / (مول ك)

كهرسلبية

1.90 على مقياس بولينج

طاقات التأين

الأول: 786.5 كيلوجول / مول

الثاني: 1577.1 كيلوجول / مول

الثالث: 3231.6 كيلوجول / مول

راديو ذري

111 مساءً (تقاس على بلورات الماس الخاصة بهم)

توصيل حراري

149 واط / (م · ك)

المقاومة الكهربائية

2.3 · 10 ³ Ω · م عند 20 درجة مئوية

صلابة موس

6.5

سلسلة

تمتلك ذرات السيليكون القدرة على تكوين روابط Si-Si بسيطة ، والتي تنتهي بتعريف سلسلة (Si-Si-Si…).

تتجلى هذه الخاصية أيضًا في الكربون والكبريت ؛ ومع ذلك ، فإن تهجين sp ³ للسيليكون يكون أكثر فقرًا مقارنة بالعنصرين الآخرين ، علاوة على ذلك ، فإن مداراتهم 3p أكثر انتشارًا ، وبالتالي فإن تداخل المدارات الناتجة sp ³ يكون أضعف.

متوسط ​​طاقات الروابط التساهمية Si-Si و CC هي 226 كيلو جول / مول و 356 كيلو جول / مول ، على التوالي. لذلك ، تكون روابط Si-Si أضعف. وبسبب هذا ، فإن السيليكون ليس حجر الزاوية في الحياة (ولا الكبريت أيضًا). في الواقع ، فإن أطول سلسلة أو هيكل عظمي يمكن أن يشكله السيليكون عادة ما يكون من أربعة أعضاء (Si ₄).

أعداد الأكسدة

يمكن أن يحتوي السيليكون على أي من أرقام الأكسدة التالية ، بافتراض وجود أيونات في كل منها بشحناتها الخاصة: -4 (Si ⁴) ، -3 (Si ^3-) ، -2 (Si ^2-) ، -1 (Si ^-) ، +1 (Si ⁺) ، +2 (Si ²⁺) ، +3 (Si ³⁺) و +4 (Si ⁴⁺). من بين كل منهم ، -4 و +4 هما الأكثر أهمية.

على سبيل المثال ، يُفترض -4 في مبيدات السيليكون (Mg ₂ Si أو Mg ₂ ²⁺ Si ^4-) ؛ بينما يتوافق +4 مع السيليكا (SiO ₂ أو Si ⁴⁺ O ₂ ^2-).

التفاعلية

السيليكون غير قابل للذوبان تمامًا في الماء ، وكذلك الأحماض أو القواعد القوية. ومع ذلك ، فإنه يذوب في خليط مركّز من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك (HNO ₃ -HF). وبالمثل ، يذوب في محلول قلوي ساخن ، يحدث التفاعل الكيميائي التالي:

Si (s) + 2NaOH (aq) + H ₂ O (l) => Na ₂ SiO ₃ (aq) + 2H ₂ (g)

يتشكل ملح ميتا سيليكات الصوديوم ، Na ₂ SiO ₃ ، أيضًا عند إذابة السيليكون في كربونات الصوديوم المنصهرة:

Si (s) + Na ₂ CO ₃ (l) => Na ₂ SiO ₃ (l) + C (s)

في درجة حرارة الغرفة ، لا يتفاعل على الإطلاق مع الأكسجين ، ولا حتى عند 900 درجة مئوية ، عندما تبدأ طبقة زجاجية واقية من SiO _{2 في} التكون ؛ وبعد ذلك ، عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية ، يتفاعل السيليكون مع النيتروجين الموجود في الهواء لتكوين خليط من النيتريد ، SiN و Si ₃ N ₄.

يتفاعل السيليكون أيضًا في درجات حرارة عالية مع المعادن لتشكيل مبيدات السيليكات المعدنية:

2Mg (s) + Si (s) => Mg ₂ Si (s)

2Cu (s) + Si (s) => Cu ₂ Si (s)

في درجة حرارة الغرفة يتفاعل بشكل متفجر وبشكل مباشر مع الهالوجينات (لا توجد طبقة SiO ₂ لحمايتها من هذا). على سبيل المثال ، لدينا تفاعل تكوين SiF ₄:

Si (s) + 2F ₂ (g) => SiF ₄ (g)

وعلى الرغم من أن السيليكون غير قابل للذوبان في الماء ، فإنه يتفاعل مع تيار من البخار الأحمر الساخن:

Si (s) + H ₂ O (g) => SiO ₂ (s) + 2H ₂ (g)

الهيكل والتكوين الإلكتروني

هيكل بلوري أو خلية وحدة من السيليكون ممثلة بنموذج المجالات والقضبان. المصدر: Benjah-bmm27

تُظهر الصورة أعلاه الهيكل المكعب المتمركز على الوجه (fcc) ، وهو نفس الهيكل الماسي لبلور السيليكون. تتوافق الكرات الرمادية مع ذرات Si ، والتي ، كما يمكن رؤيته ، مرتبطة تساهميًا مع بعضها البعض ؛ بالإضافة إلى ذلك ، لديهم بدورهم بيئات رباعية السطوح تتكاثر على طول البلورة.

بلورة السيليكون هي fcc لأنه لوحظ وجود ذرة Si على كل وجه من وجوه المكعب (6 × 1/2). وبالمثل ، هناك ثماني ذرات Si عند رؤوس المكعب (8 × 1/8) ، وأربع ذرات موجودة بداخله (تلك التي تظهر رباعي السطوح حوله واضح المعالم ، 4 × 1).

ومع ذلك ، تحتوي كل خلية وحدة على إجمالي ثماني ذرات سيليكون (3 + 1 + 4 ، الأرقام المشار إليها في الفقرة أعلاه) ؛ خاصية تساعد على تفسير صلابته العالية وصلابته ، حيث أن السيليكون النقي عبارة عن بلورة تساهمية مثل الماس.

الطابع التساهمي

ترجع هذه الخاصية التساهمية إلى حقيقة أنه ، مثل الكربون ، يحتوي السيليكون على أربعة إلكترونات تكافؤ وفقًا لتكوينه الإلكتروني:

3s ² 3p ²

من أجل الترابط ، المدارات النقية 3s و 2p عديمة الفائدة. هذا هو السبب في أن الذرة تخلق أربعة مدارات هجينة من sp ³ ، والتي يمكن من خلالها تكوين أربعة روابط تساهمية Si-Si ، وبهذه الطريقة ، تكمل ثماني بتات التكافؤ لذرتي السيليكون.

ثم يتم تصور بلورة السليكون كشبكة تساهمية ثلاثية الأبعاد تتكون من رباعي السطوح المترابطة.

ومع ذلك ، فإن هذه الشبكة ليست كاملة ، لأنها بها عيوب وحدود حبيبية تفصل وتحدد بلورة عن أخرى ؛ وعندما تكون هذه البلورات صغيرة جدًا ومتعددة ، فإننا نتحدث عن مادة صلبة متعددة البلورات ، يتم تحديدها من خلال بريقها غير المتجانس (على غرار الفسيفساء الفضية أو السطح المتقشر).

الموصلية الكهربائية

تختلف روابط Si-Si ، بإلكتروناتها ذات الموقع الجيد ، من حيث المبدأ عما هو متوقع من معدن: بحر من الإلكترونات "ترطب" ذراته. على الأقل هذا في درجة حرارة الغرفة.

ومع ذلك ، عندما ترتفع درجة الحرارة ، يبدأ السيليكون في توصيل الكهرباء وبالتالي يتصرف مثل المعدن ؛ أي أنه عنصر فلزي أشباه الموصلات.

السيليكون غير المتبلور

لا تعتمد رباعي السطوح السيليكونية دائمًا نمطًا هيكليًا ، ولكن يمكن ترتيبها بطريقة غير منظمة ؛ وحتى مع ذرات السيليكون التي يبدو أن تهجينها ليس sp ³ ولكن sp ² ، مما يساهم في زيادة درجة الاضطراب. لذلك ، نتحدث عن السيليكون غير المتبلور وغير البلوري.

في السيليكون غير المتبلور ، توجد شواغر إلكترونية ، حيث يكون لبعض ذراته مدارًا مع إلكترون غير مزدوج. بفضل هذا ، يمكن هدرجة صلتها ، مما يؤدي إلى تكوين السيليكون غير المتبلور المهدرج ؛ أي أنه يحتوي على روابط Si-H ، والتي يتم بها إكمال رباعي الأسطح في مواقف مضطربة وتعسفية.

ويختتم هذا القسم بعد ذلك بالقول إنه يمكن تقديم السيليكون في ثلاثة أنواع من المواد الصلبة (دون ذكر درجة نقائها): بلوري ، متعدد البلورات وغير متبلور.

كل واحد منهم لديه طريقة أو عملية الإنتاج الخاصة به ، بالإضافة إلى تطبيقاته والمفاضلات عند تحديد أي من الثلاثة يستخدم ، مع معرفة مزاياها وعيوبها.

أين تجد والحصول عليها

بلورات الكوارتز (السيليكا) هي واحدة من المعادن الرئيسية والأكثر استثنائية حيث يوجد السيليكون. المصدر: جيمس سانت جون (https://www.flickr.com/photos/jsjgeology/22437758830)

السيليكون هو العنصر السابع الأكثر وفرة في الكون ، والثاني في قشرة الأرض ، كما أنه يثري وشاح الأرض بمجموعة كبيرة من المعادن. يرتبط هذا العنصر جيدًا بالأكسجين ، ويشكل مجموعة واسعة من الأكاسيد ؛ من بينها السيليكا ، SO ₂ ، والسيليكات (ذات التركيب الكيميائي المتنوع).

يمكن رؤية السيليكا بالعين المجردة في الصحاري والشواطئ ، حيث تتكون الرمال أساسًا من SiO ₂. في المقابل ، يمكن أن يتجلى هذا الأكسيد في عدد قليل من الأشكال المتعددة ، وأكثرها شيوعًا: الكوارتز ، والجمشت ، والعقيق ، والكريستوباليت ، والتريبولي ، والكويسيت ، والستيشوفيت ، والتريديميت. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن العثور عليها في المواد الصلبة غير المتبلورة مثل الأوبال والتراب الدياتومي.

وفي الوقت نفسه ، تعتبر السيليكات أكثر ثراءً من الناحية الهيكلية والكيميائية. بعض معادن السيليكات تشمل: الأسبستوس (أبيض ، بني ، مزرق) ، الفلسبار ، الطين ، الميكا ، أوليفينات ، ألومينوسيليكات ، زيوليت ، أمفيبولات وبيروكسين.

تتكون جميع الصخور تقريبًا من السيليكون والأكسجين ، مع روابط Si-O المستقرة ، والسيليكات والسيليكات الممزوجة بأكاسيد المعادن والأنواع غير العضوية.

- الحد من السيليكا

مشكلة الحصول على السيليكون هي كسر رابطة Si-O المذكورة ، والتي تحتاج إلى أفران خاصة واستراتيجية تخفيض جيدة. المادة الخام لهذه العملية هي السيليكا على شكل كوارتز ، والتي سبق طحنها حتى تصبح مسحوقًا ناعمًا.

من هذه الأرض السيليكا ، يمكن تحضير السيليكون غير المتبلور أو متعدد الكريستالات.

السيليكون غير المتبلور

على نطاق صغير ، يتم إجراؤه في المختبر وبإجراءات مناسبة ، يتم خلط السيليكا بمسحوق المغنيسيوم في بوتقة وحرقها في غياب الهواء. ثم يحدث رد الفعل التالي:

SiO ₂ (s) + Mg (s) => 2MgO (s) + Si (s)

تتم إزالة المغنيسيوم وأكسيده بمحلول حمض الهيدروكلوريك المخفف. بعد ذلك ، تتم معالجة المادة الصلبة المتبقية بحمض الهيدروفلوريك ، بحيث ينتهي SiO ₂ الزائد من التفاعل ؛ وبخلاف ذلك ، فإن فائض المغنيسيوم يفضل تكوين مبيد السيليس الخاص به ، Mg ₂ Si ، وهو مركب غير مرغوب فيه لهذه العملية.

يتم تحويل SiO ₂ إلى غاز متطاير SiF ₄ ، والذي يتم استعادته للتركيبات الكيميائية الأخرى. أخيرًا ، يتم تجفيف كتلة السيليكون غير المتبلورة تحت تيار من غاز الهيدروجين.

طريقة أخرى مماثلة للحصول على السيليكون غير المتبلور يتكون من استخدام نفس SIF ₄ أنتجت سابقا، أو SICL ₄ (المكتسبة سابقا). يتم تمرير أبخرة هاليدات السيليكون هذه فوق الصوديوم السائل في جو خامل ، بحيث يمكن تقليل الغاز دون وجود الأكسجين:

SiCl ₄ (g) + 4Na (l) => Si (s) + 4NaCl (l)

ومن المثير للاهتمام أن السيليكون غير المتبلور يستخدم في صناعة الألواح الشمسية الموفرة للطاقة.

السيليكون البلوري

بدءًا من مسحوق السيليكا أو الكوارتز ، يتم نقلهم إلى فرن القوس الكهربائي ، حيث يتفاعلون مع فحم الكوك. بهذه الطريقة ، لم يعد عامل الاختزال معدنًا ولكنه مادة كربونية عالية النقاء:

SiO ₂ (s) + 2C (s) => Si (s) + 2CO (g)

ينتج التفاعل أيضًا كربيد السيليكون ، SiC ، الذي يتم تحييده بفائض SiO ₂ (مرة أخرى ، يكون الكوارتز زائدًا):

2SiC (s) + SiO ₂ (s) => 3Si (s) + 2CO (g)

هناك طريقة أخرى لتحضير السيليكون البلوري وهي استخدام الألومنيوم كعامل اختزال:

3SiO ₂ (s) + 4Al (l) => 3Si (s) + 2Al ₂ O ₃ (s)

وبدءا من الملح hexafluorurosilicate البوتاسيوم، K ₂ ، وكان رد فعل أيضا مع الألومنيوم المعدنية أو البوتاسيوم لإنتاج نفس المنتج:

K ₂ (l) + 4Al (l) => 3Si (s) + 6KF (l) + 4AlF ₃ (g)

يذوب السيليكون على الفور في الألومنيوم المصهور ، وعندما يتم تبريد النظام ، يتبلور الأول وينفصل عن الثاني ؛ وهذا يعني أن بلورات السيليكون تتشكل ، والتي تظهر بألوان رمادية.

سيليكون متعدد الكريستالات

على عكس التوليفات أو الإنتاجات الأخرى ، للحصول على السيليكون متعدد الكريستالات ، يبدأ المرء بمرحلة غاز silane ، SiH ₄. يخضع هذا الغاز لانحلال حراري أعلى من 500 درجة مئوية ، بحيث يحدث تحلل حراري ، وبالتالي ، من أبخرته الأولية ، تترسب بلورات السيليكون المتعددة في نهاية المطاف على سطح أشباه الموصلات.

تمثل المعادلة الكيميائية التالية مثالاً على التفاعل الذي يحدث:

SiH ₄ (g) => Si (s) + H ₂ (g)

من الواضح أنه لا ينبغي أن يكون هناك أكسجين في الغرفة ، لأنه سيتفاعل مع SiH ₄:

SiH ₄ (g) + 2O ₂ (g) => SiO ₂ (s) + 2H ₂ O (g)

وهذه هي عفوية تفاعل الاحتراق التي تحدث بسرعة في درجة حرارة الغرفة مع أدنى حد من تعرض سيلان للهواء.

طريقة اصطناعية أخرى لإنتاج هذا النوع من السيليكون تبدأ من السيليكون البلوري كمادة خام. إنها تجعله يتفاعل مع كلوريد الهيدروجين عند درجة حرارة حوالي 300 درجة مئوية ، وبذلك يتشكل ثلاثي كلورو سيلان:

Si (s) + 3HCl (g) => SiCl ₃ H (g) + H ₂ (g)

ويتفاعل SiCl ₃ H عند 1100 درجة مئوية لتجديد السيليكون ، ولكن الآن متعدد البلورات:

4SiCl ₃ H (g) => Si (s) + ₃ SiCl ₄ (g) + 2H ₂ (g)

ما عليك سوى إلقاء نظرة على المعادلات للحصول على فكرة عن العمل ومعايير الإنتاج الصارمة التي يجب مراعاتها.

النظائر

يتواجد السيليكون بشكل طبيعي وبشكل رئيسي على شكل نظير ²⁸ Si ، بكثرة 92.23٪.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك نوعان آخران من النظائر المستقرة وبالتالي لا يخضعان للانحلال الإشعاعي: ²⁹ Si ، بكثرة تبلغ 4.67٪ ؛ و ³⁰ نعم بنسبة وفرة 3.10٪. ²⁸ Si متوفرة بكثرة ، فليس من المستغرب أن يكون الوزن الذري للسيليكون 28.084 ش.

يمكن أيضًا العثور على السيليكون في نظائر مشعة مختلفة ، من بينها ³¹ Si (t _1/2 = 2.62 ساعة) و ³² Si (t _1/2 = 153 سنة). الآخرون (²² Si - ⁴⁴ Si) لديهم t _1/2 قصير جدًا أو قصير (أقل من جزء من مائة ثانية).

المخاطر

السيليكون النقي مادة خاملة نسبيًا ، لذلك لا يتراكم عادة في أي عضو أو نسيج طالما أن التعرض له قليل. في شكل مسحوق ، يمكن أن يسبب تهيج العينين ، مما يؤدي إلى سقي أو احمرار ، بينما يمكن أن يسبب لمسها إزعاج الجلد والحكة والتقشر.

عندما يكون التعرض مرتفعًا جدًا ، يمكن أن يتسبب السيليكون في تلف الرئتين ؛ ولكن بدون آثار لاحقة ، إلا إذا كانت الكمية كافية للتسبب في الاختناق. ومع ذلك ، فإن هذا ليس هو الحال مع الكوارتز ، الذي يرتبط بسرطان الرئة وأمراض مثل التهاب الشعب الهوائية وانتفاخ الرئة.

وبالمثل ، فإن السيليكون النقي نادر جدًا في الطبيعة ، ومركباته ، المتوافرة بكثرة في قشرة الأرض ، لا تمثل أي خطر على البيئة.

الآن ، فيما يتعلق بالسيليكون العضوي ، يمكن أن تكون سامة ؛ ولكن نظرًا لوجود العديد منها ، فإن ذلك يعتمد على أي منها يتم النظر فيه ، وكذلك على عوامل أخرى (التفاعلية ، ودرجة الحموضة ، وآلية العمل ، وما إلى ذلك).

التطبيقات

صناعة البناء والتشييد

تشكل معادن السيليكون "الحجر" الذي تُبنى به المباني أو المنازل أو المعالم الأثرية. على سبيل المثال ، تتكون الأسمنت والخرسانة والجص والطوب الناري من مخاليط صلبة تعتمد على السيليكات. من هذا النهج ، يمكن للمرء أن يتخيل فائدة هذا العنصر في المدن والعمارة.

زجاج وسيراميك

يمكن تصنيع البلورات المستخدمة في الأجهزة البصرية من السيليكا ، إما كعوازل أو خلايا عينة مقياس الطيف الضوئي أو بلورات كهرضغطية أو مجرد عدسات.

أيضًا ، عندما يتم تحضير المادة بإضافات متعددة ، ينتهي بها الأمر بالتحول إلى مادة صلبة غير متبلورة ، والمعروفة باسم الزجاج ؛ وعادة ما تكون جبال الرمل مصدر السيليكا أو الكوارتز اللازمة لإنتاجها. من ناحية أخرى ، مع السيليكات يتم تصنيع مواد السيراميك والبورسيلين.

تتشابك الأفكار ، حيث يوجد السيليكون أيضًا في الحرف والزخرفة.

سبائك

يمكن أن تتماسك ذرات السيليكون وتكون قابلة للامتزاج مع مصفوفة معدنية ، مما يجعلها مادة مضافة للعديد من السبائك أو المعادن ؛ على سبيل المثال ، الصلب ، لصنع قلب مغناطيسي ؛ البرونز لصناعة كابلات الهاتف. والألمنيوم ، في إنتاج سبائك الألومنيوم والسيليكون المخصصة لقطع غيار السيارات الخفيفة.

لذلك ، لا يمكن العثور عليها فقط في "حجر" المباني ، ولكن أيضًا في معادن أعمدتها.

المجففات

كرات السيليكا الجيلاتينية ، تستخدم كمجففات. المصدر: المجففات

تتيح السيليكا ، في شكل هلام أو غير متبلور ، إمكانية تصنيع المواد الصلبة التي تعمل كمجففات عن طريق حبس جزيئات الماء التي تدخل الحاوية والحفاظ على جفافها الداخلي.

الصناعة الالكترونية

يتم استخدام السليكون متعدد الكريستالات وغير المتبلور في صناعة الألواح الشمسية. المصدر: Pxhere.

طبقات السليكون ذات السماكات والألوان المختلفة هي جزء من رقائق الكمبيوتر ، كما هو الحال مع الصلبة (البلورية أو غير المتبلورة) ، تم تصميم الدوائر المتكاملة والخلايا الشمسية.

لكونه أشباه موصلات ، فإنه يشتمل على ذرات بها عدد أقل من الإلكترونات (Al ، B ، Ga) أو أكثر (P ، As ، Sb) لتحويلها إلى أشباه موصلات من النوع pon ، على التوالي. مع تقاطعات اثنين من السيليكون ، أحدهما n والآخر p ، يتم تصنيع الثنائيات الباعثة للضوء.

بوليمرات السيليكون

يتكون غراء السيليكون الشهير من بوليمر عضوي مدعوم بثبات سلاسل روابط Si-O-Si… إذا كانت هذه السلاسل طويلة جدًا أو قصيرة أو متشابكة ، تتغير خصائص بوليمر السيليكون ، بالإضافة إلى تطبيقاتها النهائية..

من بين استخداماته المذكورة أدناه ، يمكن ذكر ما يلي:

- الغراء أو اللاصق ، ليس فقط لربط الأوراق ، ولكن لبنات البناء ، والمطاط ، والألواح الزجاجية ، والصخور ، إلخ.

-زيوت التشحيم في أنظمة الكبح الهيدروليكية

- يقوي الدهانات ويحسن سطوع وشدة ألوانها مع السماح لها بمقاومة التغيرات في درجات الحرارة دون تشقق أو تآكل.

- تستخدم كبخاخات طاردة للماء تحافظ على جفاف بعض الأسطح أو الأشياء

- يعطون منتجات النظافة الشخصية (معاجين الأسنان ، والشامبو ، والمواد الهلامية ، وكريمات الحلاقة ، وما إلى ذلك) الشعور بالحرير

- تحمي طبقاتها المكونات الإلكترونية للأجهزة الحساسة ، مثل المعالجات الدقيقة ، من الحرارة والرطوبة

- مع بوليمرات السيليكون ، تم صنع العديد من الكرات المطاطية التي ترتد بمجرد سقوطها على الأرض.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). السيليكون. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. كيماويات دقيقة. (سادس). علم البلورات من السيليكون. تم الاسترجاع من: microchemicals.com
4. لينتيك بي في (2019). الجدول الدوري: السيليكون. تم الاسترجاع من: lenntech.com
5. ماركيز ميغيل. (سادس). حدوث السيليكون. تم الاسترجاع من: nautilus.fis.uc.pt
6. المزيد Hemant. (05 نوفمبر 2017). السيليكون. تم الاسترجاع من: hemantmore.org.in
7. بيلجارد مايكل. (22 أغسطس 2018). السيليكون: التواجد والعزلة والتوليف. تم الاسترجاع من: pilgaardelements.com
8. دكتور دوج ستيوارت. (2019). حقائق عن عنصر السيليكون. كيميكول. تم الاسترجاع من: chemicool.com
9. كريستيانا هونسبيرج وستيوارت بودين. (2019). مجموعة من الموارد لمعلم الطاقة الكهروضوئية. التعليم PV. تم الاسترجاع من: pveducation.org
10. American Chemistry Council، Inc. (2019). السيليكون في الحياة اليومية. تم الاسترجاع من: sehsc.americanchemistry.com