Aluminum - Silicon - Phosphorus C Si Ge جدول کامل عمومی نام , علامت اختصاری , شماره Silicon, Si, 14 گروه شیمیایی شبه فلز گروه , تناوب , بلوک 14 IVA, 3, بلوک p جرم حجمی , سختی 2330 kg/m3, 6.5 رنگ خاکستری تیره با ته مایه آبی خواص اتمی وزن اتمی 28.0855 amu شعاع اتمی (calc.) 110 (111pm) شعاع کووالانسی 111 pm شعاع وندروالس 210 pm ساختار الکترونی Ne]3بلوک s2 3p2] -e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 4 درجه اکسیداسیون (اکسید) 4 (آمفوتریک) ساختار کریستالی مکعبی face centered خواص فیزیکی حالت ماده جامد غیر مغناطیسی نقطه ذوب 1687 K (2577 °F) نقطه ذوب 3173 K (5252 °F) حجم مولی 12.06 scientific notation|ש»10-6 m3/mol گرمای تبخیر 384.22 kJ/mol گرمای هم‌جوشی 50.55 kJ/mol فشار بخار 4.77 Pa at 1683 K سرعت صوت m/s at K متفرقه الکترونگاتیویته 1.90 (درجه پاولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 700 J/kg*K رسانائی الکتریکی 2.52 10-4/m اهم رسانائی گرمایی 148 W/m*K 1st پتانسیل یونیزاسیون 786.5 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیون 1577.1 kJ/mol 3rd پتانسیل یونیزاسیون 3231.6 kJ/mol 4th پتانسیل یونیزاسیون 4355.5 kJ/mol 5th پتانسیل یونیزاسیون 16091 kJ/mol 6th پتانسیل یونیزاسیون 19805 kJ/mol 7th پتانسیل یونیزاسیون 23780 kJ/mol 8th پتانسیل یونیزاسیون 29287 kJ/mol 9th پتانسیل یونیزاسیون 33878 kJ/mol 10th پتانسیل یونیزاسیون 38726 kJ/mol پایدارترین ایزوتوپها iso NA نیم عمر DM DE MeV DP 28Si 92.23% Si با 14 نوترون پایدار است 29Si 4.67% Si با 15 نوترون پایدار است 30Si 3.1% Si با 16 نوترون پایدار است 32Si {syn} 276 y Beta- 0.224 32P واحدهای SI & STP استفاده شده ، مگر آنکه ذکر شده باشد.

اطلاعات اولیه

سیلیکن یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Si و عدد اتمی آن 14 می‌باشد. این شبه فلز 4 ظرفیتی به واکنش‌پذیری کربن نیست. این عنصر دومین عنصر از نظر فراوانی در سطح پوسته زمین است که 25.7% از وزن آن را به خود اختصاص می‌دهد. این عنصر در خاک رس ، فلدسپار ، گرانیت ، کوارتز و ماسه معمولا به شکل دی‌اکسید سیلیکن وجود دارد که با عنوان سیلیکا شناخته می‌شود. ترکیبات سیلیکاتی حاوی سیلیکن ، اکسیژن و فلزات هستند. سیلیکن ماده اصلی شیشه ، ماده‌های نیمه رسانا ، سیمان ، سرامیک و Silicones می‌باشد که ماده پلاستیکی است که نام آن معمولا با سیلیکن اشتباه می‌شود.

تاریخچه

سلیکن که از واژه لاتین Silex به معنی سنگ چخماق گرفته شده است، برای اولین بار توسط "Antonie Lavoisier" در سال 1787 شناسایی شد و بعدا توسط "همفری دیوی" برای یک ترکیب بصورت نادرست دوباره گرفته شد. در سال 1811 "Gay Lussac" و "Thenard" سیلیکن بی‌نظم و ناخالصی را بوسیله گرما دادن پتاسیم و سیلیکن بدست آوردند. در سال 1824 "Berzelius" سیلیکن بی‌نظم را تقریبا با همان شیوه Lussac بدست آورد. Berzelius همچنین این عنصر را با شستن مکرر آن پالایش کرد.

پیدایش

سیلیکن ماده اصلی شهاب سنگهای Aerolite بوده که یک گروه از شهاب سنگها می‌باشد. همچنین سیلیکن ماده اصلی Tektites ها را که ماده اصلی شیشه نیز هست، تشکیل می‌دهد. سیلیکن بعد از اکسیژن دومین عنصر در پوسته زمین است که 25.7% آن را به خود اختصاص می‌دهد. عنصر سیلیکن به‌صورت آزاد در طبیعت وجود ندارد و معمولا به‌صورت اکسید سیلیکات وجود دارد. ماسه ، یاقوت ، عقیق ، کوارتز ، سنگ کریستال ، سنگ چخماق ، یشم و اوپال همگی موادی هستند که در آنها اکسید سیلیکن وجود دارد. گرانیت ، پنبه نسوز ، فلدسپار ، خاک رس ، هورن بلند و میکاتعدادی از کانی‌های سیلیکات می‌باشند.

خصوصیات قابل توجه

سیلیکن به‌صورت کریستال و متبلور ، درخشش فروزانی و رنگ مایل به خاکستری دارد. اگر چه سیلیکن یک عنصر بی‌اثر است، ولی با هالوژنها واکنش نشان داده و مواد قلیایی را رقیق می‌کند. اما بیشتر اسیدها بجز اسید هیدروفلوریک بر آن اثر نمی‌گذارند. عنصر سیلیکن بیش از 95% طول موج نور مادون قرمز را انتقال می‌دهد.

کاربردها

• سیلیکن ماده بسیار مهمی است که برای بسیاری از صنایع بشری نقش حیاتی دارد. دی‌اکسید سیلیکن به شکل ماسه و خاک رس ماده اصلی ساخت بتون و آجر بوده و در ساخت سیمان نیز استفاده می‌شود. سیلیکن یک عنصر بسیار مهم برای زندگی گونه‌های حیوانات و گیاهان است. دیاتم‌ها سیلیکا را از آب می‌گیرند تا دیواره‌های سلولی محافظ خود درا بسازند.
  
  
• سیلیکن از مواد بسیار مقاوم و نسوزی است که تولید مواد با درجه حرارت بالا استفاده میشود. همچنین سیلیکاتهای آن در مینا کاری و سفالگری کاربرد دارد.
  
  
• سیلیکن جزء اصلی برخی از فلزات می‌باشد.
  
  
• سیلیکای ماسه از ترکیبات مهم شیشه است. شیشه می‌تواند به شکلهای گوناگون ساخته شده ، در پنجره‌ها ، ظرفهای نگه دارنده و عایق‌ها استفاده شود.
  
  
• کربید سیلیکن از مواد ساینده بسیار مهم به شمار می‌رود.
  
  
• سیلیکن Ultrapure می‌تواند با آرسنیک ، بور ، گالیوم یا فسفر تخدیر شده و رسانایی سلیکن را برای استفاده در ترانزیستورها ، سلولهای خورشیدی و وسایل نیمه هادی که در الکترونیک کاربرد دارند، افزایش دهد.
  
  
• سیلیکن می‌تواند در لیزرها برای تولید نور منسجم با طول موج 2560Angstrom بکار رود.
  
  
• Silicones ها ترکیبات قابل انعطافی هستند که شامل Silicon-Oxygen ، Silicon Carbon می‌شوند که به میزان گسترده ای در کاشت سینه مصنوعی و لنزهای تماسی استفاده می‌شوند.
  
  
• به نظر می‌رسد که سیلیکن بی‌نظم هیدروژنه در مقیاس وسیع در الکترونیک و سلولهای خورشیدی بکار گرفته شود.
  
  
• سیلیکا به دلیل واکنش پذیری پایینش عنصر اصلی سازنده آجر می‌باشد.

تولید

سیلیکن به‌صورت اقتصادی با حرارت دادن سیلیکای خالص در کوره با استفاده از الکترودهای کربنی بدست می‌آید. در دمای بالا 1900 درجه سانتی‌گراد ، کربن سیلیکا را بر طبق معادله زیر به سیلیکن تبدیل می‌کند:



سلیکن مایع در زیر کوره جمع شده و سپس سرد و خشک می‌شود. سلیکنی که از این راه بدست آید Metallurgical Grade Silicon نامیده می‌شود و 99% خالص می‌باشد. در سال 1997 این شیوه حدودا 50 سنت در هر گرم هزینه در برداشت.

پالایش

استفاده از سیلیکن در وسایل نیمه هادی ، تخلیص بیشتری از شیوه Metallurgical Grade Silicon را می‌طلبید. در طول تاریخ شیوه‌های گوناگونی برای تولید سیلیکن خالص وجود داشته است.

روشهای فیزیکی

روشهای اولیه پالایش سیلیکن بر این اساس بوده است که اگر سیلیکن ذوب شود و دوباره منجمد شود، آخرین قسمت جسم که جامد می‌شود، بیشترین خلوص را دارد. اولین شیوه پالایش سلیکن در سال 1919 شرح داده شد و در ساخت اجزاء رادارها در طی جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت که این عمل در واقع فشردن سلیکن بدست آمده از طریق شیوه Metallurgical Grade Silicon و حل کردن پودر سلیکن در اسید بود. به هنگام فشردن سیلیکن ، قسمت ناخالص در بیرون تفاله سلیکن قرار می‌گرفت و به این طریق ، دانه‌های خالص سلیکن بدست می‌آمد و در نتیجه سلیکن نا خالص اولین چیزی بود که در اسید حل می‌شد و سلیکن خالصتر را باقی می‌گذاشت.

در مرحله آب شدن در اولین شیوه پالایش سلیکن که در صنعت بسیار استفاده می‌شود، میله‌های Metallurgical Grade گرما داده می‌شوند تا آب شوند. سپس طول میله ها به تدریج کاهش می‌یابد و زمانی که سلیکن سرد و جامد می‌شود، قسمت کوچکی از میله بصورت ذوب شده باقی می‌ماند. از آنجا که بیشتر ناخالصی‌ها در قسمت ذوب شده باقی می‌مانند تا در قسمت جامد، وقتی که این فرایند کامل می‌شود، تمام ناخالصی‌ها به آخر میله روانه می‌شوند که آخرین قسمتی است که ذوب می‌شود. قسمت آخر پس از سرد شدن جدا می‌شود و دور انداخته می‌شود. اگر خلوص بیشتری مد نظر باشد، این فرایند مجددا تکرار می‌شود.

روشهای شیمیایی

امروزه سیلیکن با تبدیل آن به ترکیبات سیلیکن و سپس پالایش آنها خالص می‌شود، چرا که این عمل به مراتب ساده‌تر از پالایش خود سیلیکن به تنهایی می‌باشد. بعد از عمل پالایش ترکیب سیلیکن ،‌ آن ترکیب مجددا به سیلکن خالص تبدیل می‌شود. تری‌کلرو سیلان یکی از ترکیبات سلیکن است که به‌عنوان میانجی برای عمل پالایش استفاده می‌شود.

البته تترا کلرید سلیکن و سیلان نیز استفاده می‌شوند. هنگامی که این گازها در دمای بالا به سیلکن دمیده می‌شوند، سیلیکن خالص را بوجود می‌آورد. در فرآیند Siemens ، میله‌های خالص سیلیکن در دمای 1150 درجه سانتی‌گراد در معرض تری کلروسیلان قرار می‌گیرد. گاز تری کلروسیلان تجزیه شده و سیلیکن بیشتری را در روی میله‌ها بوجود می‌آورد و باعث بزرگتر شدن آنها بر طبق فرمول شیمیایی زیر می‌شود:



سیلیکن بدست آمده از این شیوه و همچنین فرآیندهای مشابه سیلیکن Polycrystalline نامیده می‌شود. سیلیکن Polycrystalline معمولا دارای ناخالصی یک قسمت در هر یک میلیارد قسمت است. DuPont یک بار توانست سیلیکن بسیار خالصی را با واکنش دادن تترا کلرید سیلیکن با بخار روی خالص در دمای 950 درجه را بر طبق معادله شیمیایی زیر تولید کند:



با این حال این روش از مشکلات عملی رنج می‌برد (مانند بوجود آمدن محصول دوم کلرید روی و منجمد شدن آن) و سرانجام با بودن فرایند Siemens به فراموشی سپرده شد.

تبلور

فرایند Czochralski معمولا برای ساخت کریستالهای خالص سیلیکن برای استفاده در Solid State و وسایل نیمه رسانا استفاده می‌شود.

ایزوتوپها

سیلیکن نه ایزوتوپ با عدد جرمی 25 تا 33 دارد. Si-28 (فراوانترین ایزوتوپ آن 92.23%) ، (Si-29(%4.67 و (Si-30(%3.1 پایدار بوده ، Si-32 ایزوتوپ رادیواکتیوی آن می‌باشد که از تجزیه آرگون بدست می‌آید. نیم عمر آن بعد از مدتها بحث و جدل 276 روز تعیین شد.

هشدارها

یک بیماری ریوی جدی که معمولا با نام silicosis شناخته می‌شود در معدنچی‌ها ، سنگ تراش‌ها و دیگر افرادی که در معرض استنشاق گرد و غبار Siliceous قرار دارند، اتفاق می‌افتد.

اطلاعات دیگر

از آنجا که سیلیکن یک عنصر مهم در ابزار نیمه رسانا و پیشرفته می‌باشد، منطقه High Tech در خیابان Silicon کالیفرنیا به این نام نامگذاری شده است.

مباحث مرتبط با عنوان

• آرایش الکترونی عناصر
• ایزوتوپ
• جدول تناوبی
• رادیواکتیویته
• عنصر شیمیایی
• واکنش شیمیایی

منابع

• Los

اتصالات خارجی

• http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/index.html WebElements.com - Silicon
• http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Si.html EnvironmentalChemistry.com - Silicon