|
|
|
|
|
Símbol: Si |
Nombre atòmic: 14 |
|
|
Silici |
Silicio |
Silicon |
Silicium |
Grup: 14 |
Període: 3 |
|
|
Família: Del carboni |
Configuració electrònica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 |
|||||
|
Generalitats |
|||||
|
Descobridor/s: Jöns J.
Berzelius |
Nacionalitat: Suècia |
Any: 1823 |
|||
|
Origen del nom: Deriva del
llatí silex, que significa pedra foguera.
|
Una mica
d’història: El químic suec
Jöns Jakob Berzelius va obtenir al 1823 silici amorf fent reaccionar
tetrafluorur de silici amb potasi fos. Va ser Sainte-Claire Deville al 1854
qui va preparar el silici cristal·lí. El silici tot i ser el segon element més
abundant en l'escorça terrestre no es troba lliure en la naturalesa
trobant-se en la seva major part com silicats i sílice (SiO2 ). El seu
estès ús en la fabricació de microprocessadors i
components electrònics ha donat el nom de Sillicon Valley (Vall del
Silici) a una regió Californiana en la qual abunden les plantes
industrials dedicades a la fabricació d'aquests elements. |
||||
|
Estat natural: No es presenta en estat
lliure a la natura, però es troba en forma de diòxid de silici
i en forma de silicats complexos. La sorra, quars, cristall de roca,
ametista, àgata, sílex, jaspií i òpal són
tots els òxids de silici. Granit, hornblenda, amiant, feldspat,
argila, mica i pedres semiprecioses com olivina, granat, circonita, topazi i
turmalina són alguns dels molts minerals de silicat. El silici constitueix un 25,7 % en pes de
l’escorça terrestre i és el 2n element més
abundant en l’escorça. El silici es present al Sol i a les estrelles i
és un component principal d’una classe de meteorits coneguts com
aeròlits. |
Estructura cristal·lina: Cúbica
centrada en les cares
|
|
|||
|
Abundància
a l’ésser humà: 260000 ppb (parts per bilió)en pes |
Abundància
a la Terra: És el segon element més abundant en la
naturalesa, després de l’oxígen, constituint un 28 % aproximadament de
l’escorça terrestre. |
Abundància al Sistema Solar: 700000ppb
(parts per bilió) en pes |
|||
|
Propietats |
|||||||
|
Físiques |
Massa
atòmica (u) |
Densitat
(kg/m3) |
Duresa
(escala de Mohs) |
Volum
atòmic (cm3/mol) |
|||
|
28,0855 |
2330 |
6,5 |
12.1 |
||||
|
Tèrmiques |
Estat
d’agregació a 298 K |
Punt de
fusió (K) |
Punt
d’ebullició (K) |
|
|||
|
sòlid |
1683 |
3173 |
|
||||
|
Radis |
Radi
atòmic (Å) |
Radi
iònic (Å) |
Radi
covalent (Å) |
|
|||
|
1,32 |
2,71( Si-4 ) 0,41 (Si+4) |
1,11 |
|
||||
|
Ionització |
Afinitat
electrònica (KJ/mol) |
1a
energia ionització (KJ/mol) |
2a
energia ionització (KJ/mol) |
3a
energia ionització (KJ/mol) |
Estats
d’oxidació |
||
|
133,6 |
786,4 |
1577 |
3231,5 |
-4, -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 |
|||
|
Elèctriques |
Conductivitat
elèctrica (mOhm.cm)-1 |
Electròniques |
Electronegativitat
(Pauling) |
Polaritzabilitat
(Å3) |
|
||
|
0.0 |
1,9 |
5,4 |
|
||||
|
Termodinàmiques |
Calor
d’atomització (KJ/mol d’àtoms) |
Calor de
fusió (KJ/mol) |
Calor de
vaporització (KJ/mol) |
Calor
específica (J/kg K) |
Conductivitat
tèrmica (J/m s ºC) |
||
|
452,0 |
39,6 |
383 |
677,16 |
149 |
|||
|
Altres |
Potencial
normal de reducció (v) |
Caràcter
metàl·lic |
Precaucions: El silici cristal·lí
irrita la pell i els ulls per contacte. La seva inhalació causa
irritació dels pulmons i de la membrana mucosa. La irritació dels
ulls provoca llagrimeig i envermelliment. Envermelliment, formació de
crostes i picors són característiques de la inflamació
cutània. El silici pot tenir efectes crònics en la
respiració. La dosi letal és de 50. (Dosi individual
d’una substància que provoca la mort del 50% de la
població animal degut a una exposició de la substància
per qualsevol via diferent a la inhalació, Normalment expressada en
mil·ligram o en grams de material per kg d’animal.) |
||||
|
-0,14 SiH4 /Si (solució àcida) |
semimetall |
||||||
|
Característiques: |
|
||||||
|
El silici amorf és una pols
de color terrós, químicament més actiu que el silici
cristal·lí. La varietat cristal·lina, de color gris
fosc, té una estructura similar a la del diamant i és extremadament
dur (ratlla el vidre). Totes dues varietats tenen un punt
de fusió prop al 1500ºC. No es dissol en els dissolvents usuals
però pot fer-ho en metalls com el plom i la plata. Bona part del seus usos es deriven
del seu caràcter semiconductor. El silici és essencial en
les plantes superiors i probablement en mamífers. Diatomees, alguns
protozous, algunes esponges i algunes plantes utilitzen diòxid de
silici (SiO2) com a material estructural. S’ha estudiat la necessitat
de silici pel desenvolupament i creixement esquelètic en pollets i
rates. |
|||||||
|
Isòtops |
||||||
|
Isòtop |
Protons |
Neutrons |
Símbol |
Vida mitjana |
Abundància % |
Altres |
|
Silici-26 |
14 |
12 |
26Si |
2,23
segons |
0,00 |
Radioactiu |
|
Silici-27 |
14 |
13 |
27Si |
4,14
segons |
0,00 |
Radioactiu |
|
Silici-28 |
14 |
14 |
28Si |
Estable |
92,21 |
|
|
Silici-29 |
14 |
15 |
29Si |
Estable |
4,7 |
|
|
Silici-30 |
14 |
16 |
30Si |
Estable |
3,09 |
|
|
Silici-31 |
14 |
17 |
31Si |
2,62
hores |
0,00 |
Radioactiu |
|
Silici-32 |
14 |
18 |
32Si |
160
anys |
0,00 |
Radioactiu |
|
Silici-33 |
14 |
19 |
33Si |
6,1
segons |
0,00 |
Radioactiu |
|
Silici-34 |
14 |
20 |
34Si |
2,8
segons |
0,00 |
Radioactiu |
|
Reactivitat |
|
|
Descripció |
El silici reacciona amb
l’oxigen de l’aire per a donar l’òxid, SiO2
i a temperatures superiors a 1400ºC també reacciona amb el
nitrogen, N2, de l’aire per formar SiN i Si3N4: 2 Si (s)
+ N2 (g) à 2 SiN (s) 3 Si (s)
+ 2 N2 (g) à Si3N4 (s) Reacciona vigorosament amb els
halògens per a donar halurs de silici (IV), la reacció amb
fluor té lloc a temperatura ambient però amb els altres
halògens es necessiten temperatures superiors a 300ºC: Si (s) +
2 F2 (l) à SiF4 (g) Si (s) +
2 Cl2 (l) à SiCl4 (g) Si (s) +
2 Br2 (l) à SiBr4 (g) Si (s) +
2 I2 (l) à SiI4 (g) A temperatures altes també es combina amb carboni,
,oxígen, hidrogen i bor. Amb alguns metalls forma siliciurs.
Pot reduir molts òxids
metàl·lics i no metàl·lics. El silici no és atacat pels
àcids nítric, clorhídric o sulfúric, però
es dissol en àcid fluorhídric, formant el gas tetraflorur de
silici, SiF4. Es dissol en l'hidròxid de
sodi, formant silicat de sodi (amb el ió complex (SiO4)4-
i gas hidrogen: Si
(s) + 4 NaOH (aq) à (SiO4)4- (aq) + 4 Na+
(aq) + 2 H2 (g) |
|
Amb aire |
Suau è SiO2 ; Si (s) + O2 (g) à SiO2 (s) |
|
Amb H2O |
No reacciona |
|
Amb HCL 6M |
No reacciona |
|
Amb HNO3 15M |
Suau è No reacciona |
|
Amb NaOH 6M |
Suauè varis silicats |
|
Obtenció |
Es produeix per reducció de
la sílice amb carbó en un forn elèctric: SiO2 + 2Cà Si + 2CO En aquestes condicions es
pot formar carbur de silici, però si la quantitat de SiO2 és
suficient, es pot eliminar el carbur: 2 SiC + SiO2 à 3 Si + 2 CO El caràcter semiconductor
del silici s'aconsegueix en la fase de refinat del silici així
obtingut. La sílice també pot
reduir-se amb un reductor enèrgic com el magnesi mitjançant una
reacció similar a l'anterior. El silici molt pur es pot obtenir
per la reacció del SiCl4 amb hidrogen seguit del refinat del silici
resultant: SiCl4 + 2 H2 à Si + 4 HCl |
|
La resistivitat elèctrica
del silici a la temperatura ordinària és intermèdia
entre la dels metalls i els aïllants i la seva conductivitad pot
controlar-se agregant petites quantitats d'impureses. La possibilitat per a controlar les
propietats elèctriques del silicio, i la seva abundància en la natura, ha fet
possible el desenvolupament i l’aplicació difosa de transistors y dispositius
microelectrònics, circuits integrats, xips informàtics i pannells fotovoltaics. La sílice i els silicats
s'usen en la fabricació de vidres de borosilicat, ciment i porcellana.
També s'usa en l'elaboració de lubrificants, repelentes
d'aigua, vernissos, abrasius, pintures, adhesius i silicones (que es preparen
per hidròlisis d’un clorur orgànic de silici,
Me2SiCl2) . El silici s'usa en la
indústria de l'acer com un constituent dels aliatges d'acer al silici.
L'acer ordinari conté menys del 0,03% de silici. L'acer al silici, que
conté del 2,5 al 4% de silici, s'usa per a fer els nuclis dels
transformadors elèctrics perquè aquest aliatge disminueix la
histèresi magnètica. Un aliatge d'acer, anomenat
durirón, que conté un 15% de silici, és dur,
trencadís, i tan resistent a la corrosió que s'usa en equips
industrials que entren en contacte amb agents químics corrosius. El silici s'usa també com aliatge amb el coure i el bronze. Es utilitzat en medicina per
implants de silicona. |
|
|
Toxicitat |
El silici no
és especialment tòxic però els silicats o sílice finament
dividits poden provocar danys als pulmons. |