Πυρίτιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Πυρίτιο
ΑργίλιοΠυρίτιοΦώσφορος
Άνθρακας

Si

Γερμάνιο
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif

Electron shell 014 Silicon (el).svg
Κατανομή ηλεκτρονίων ανά στιβάδα στο Πυρίτιο

SiliconCroda.jpg
Κομμάτι πυριτίου

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Πυρίτιο (Si)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 14
Κατηγορία Αμέταλλα
ομάδα, περίοδος,
τομέας
14 ,2, p
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
28,0855
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
[ Ne ] 3s2 3p2
Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα 132 pm
Ομοιοπολική ακτίνα 111 pm (sp3),96,6 pm (sp2),

86,5 pm (sp)

Ηλεκτραρνητικότητα 1,90 (κλίμακα Pauling)
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
0, ±4
Ενέργειες ιονισμού 786,5 kJ/mole (Si → Si+ + e-)
1.577,1 kJ/mole (Si+ → Si2+ + e-)
3.231,6 kJ/mole (Si2+ → Si3+ + e-)
Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης 1.414 °C
Σημείο βρασμού 3.265 °C
Πυκνότητα 2.329 kg/m3
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά
Κρύσταλλος πυριτίου για την παραγωγή ημιαγωγών.

Το πυρίτιο (Silicium) είναι το χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο Si, ατομικό αριθμό 14 και ατομική μάζα 28,0855 amu. Είναι ένα μεταλλοειδές που ανήκει στην ομάδα IVA (14) του περιοδικού πίνακα μαζί με τον Άνθρακα, το Γερμάνιο, τον Κασσίτερο και το Μόλυβδο. Αυτό σημαίνει ότι έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στοιβάδα και είναι τετρασθενές και ηλεκτροθετικότερο από τον άνθρακα. Είναι το όγδοο (8ο) κατά σειρά αφθονίας μάζας στοιχείο στο σύμπαν και δεύτερο στο φλοιό της Γης, αποτελώντας συγκεκριμένα το 25,7% της μάζας του, όπου όμως σπάνια βρίσκεται σε ελεύθερη στοιχειακή κατάσταση. Η πιο συνηθισμένη μορφή του στη διαστρική σκόνη, σε αστεροειδείς, δορυφόρους και πλανήτες είναι το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) και διάφορες πυριτικές ενώσεις[1].

Το πυρίτιο και οι ενώσεις του έχουν πολλές βιομηχανικές χρήσεις. Το ίδιο το πυρίτιο είναι κύριο συστατικό των περισσότερων ημιαγωγικών συστημάτων και των μικροτσίπ. Οι ημιαγωγικές ιδιότητες των ημιαγωγών πυριτίου παραμένουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες σε σύγκριση με των αντίστοιχων του γερμανίου. Ακόμη, το φυσικό του οξείδιο είναι πιο εύχρηστο και έτσι σχηματίζεται καλύτερο ζεύγος ημιαγωγών - διηλεκτρικών, σε σχέση με κάθε άλλο γνωστό υλικό. Ακόμη, στη μορφή του χαλαζία και διαφόρων πυριτικών ενώσεων σχηματίζει χρήσιμα υαλικά, τσιμέντα και κεραμεικά προϊόντα. Είναι ακόμη ένα κύριο συστατικό των σιλικονών, μια τάξη πολυμερών που περιέχουν πυρίτιο, άνθρακα, οξυγόνο και υδρογόνο (με γενικό τύπο [R2SiO]n, όπου R μονοσθενής οργανική ρίζα και όχι αποκλειστικά αλκύλιο).

Το πυρίτιο είναι απαραίτητο στοιχείο στη βιολογία, αν και ειδικά για τα ζώα αποτελεί απλά ιχνοστοιχείο[2]. Είναι όμως πιο σημαντικό για το μεταβολισμό των φυτών, ειδικότερα για πολλά ποώδη από αυτά. Το πυριτικό οξύ αποτελεί ακόμη τη βάση για το σχηματισμό των κελυφών των μικροσκοπικών διατόμων.

Προέλευση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ως στοιχείο, το πυρίτιο σπάνια απαντά ελεύθερο στη φύση. Τα διάφορα ορυκτά και πετρώματα του πυριτίου αποτελούν το 87% του φλοιού της Γης, ενώ είναι το δεύτερο σε αφθονία χημικό στοιχείο στη γήινη φύση μετά το οξυγόνο, με ποσοστό 28% και το 7ο πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν[3]. Κυριότερα ορυκτά του είναι ο χαλαζίας (παραλλαγές του είναι ο καπνίας, ο αμέθυστος, ο αχάτης, ο χαλκηδόνιος, ο οπάλιος και ο ίασπις), οι άστριοι, οι μαρμαρυγίες, ενώ είναι βασικό συστατικό της άμμου και του αμιάντου και πολλών άλλων πυριτικών ορυκτών.

Παρασκευές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πυρίτιο παρασκευάστηκε για πρώτη φορά από τον Davy το 1800, ο οποίος, όμως, δεν το ταυτοποίησε ως χημικό στοιχείο. Ακολουθώντας τις εργασίες των Τενάρ (Thenard) και Γκέι-Λισάκ (Gay-Lussac) (1811), ο Σουηδός χημικός Γιονς Γιάκομπ Μπερτσέλιους (Berzelius) παρασκεύασε άμορφο πυρίτιο συνθερμαίνοντας Κάλιο με τετραφθοριούχο πυρίτιο[4].

Σήμερα παρασκευάζεται βιομηχανικά σε ηλεκτρικό κλίβανο με συνθέρμανση χαλαζία και μεταλλουργικού άνθρακα σε θερμοκρασία περίπου 2500οC:

SiO2 + C → Si + CO2
SiO2 + 2C → Si + 2CO

Κατά τη διαδικασία παρασκευής στο κατώτερο σημείο του κλιβάνου συλλέγεται σε υγρή μορφή και καθαρότητα περίπου 98%, λόγω της αντίδρασής του με τον άνθρακα, με τον οποίο σχηματίζει το καρβίδιο του πυριτίου (carborundum), ένα από τα σκληρότερα υλικά στη φύση (σκληρότητα 9,5 στην κλίμακα Mohs). Για την παρασκευή του σε απόλυτα καθαρή μορφή, το συλλεγέν μίγμα ξαναθερμαίνεται στον κλίβανο με χαλαζία:

2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2CO

Φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πυρίτιο απαντά σε δύο αλλοτροπικές μορφές: Μια άμορφη και μια κρυσταλλική. Το κρυσταλλικό πυρίτιο έχει μεταλλική λάμψη, είναι σκληρό και έχει σκούρο γκρι χρώμα. Είναι στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και δεν είναι ούτε ελατό ούτε όλκιμο. Είναι ημιαγωγός και την ιδιότητα αυτή διατηρεί ακόμη και σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Δεν είναι καλός αγωγός της θερμότητας.

Χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το καθαρό Πυρίτιο είναι στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και χρησιμοποιείται ευρέως στους ημιαγωγούς, καθώς παραμένει ημιαγωγός σε υψηλές θερμοκρασίες, σε αντίθεση με το Γερμάνιο, και επειδή τα οξείδιά του υφίστανται επεξεργασία εύκολα σε κλίβανο και σχηματίζουν καλύτερες διεπιφάνειες ημιαγωγού/διηλεκτρικού από σχεδόν όλους τους άλλους συνδυασμούς στοιχείων.

Ενώσεις του πυριτίου (σιλικόνες)[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σιλικόνη είναι η συνοπτική ονομασία πολυμερών ενώσεων από άτομα οξυγόνου και πυριτίου. Ο γενικός τους τύπος είναι –R1R2SiO-. Οι σιλικόνες παρουσιάζουν αξιοσημείωτη σταθερότητα κατά τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Χαρακτηρίζονται επίσης από αξιόλογη αντοχή στις μεταβολές των καιρικών συνθηκών. Οι σιλικόνες έχουν αποκτήσει μια τεράστια πρακτική και βιομηχανική σημασία σε πολλούς τομείς, όπως στον ηλεκτρονικό, υφαντικό, μηχανικό, οικοδομικό, στην παραγωγή βερνικιών, λιπαντικών και πλαστικών υλών. Παρόλο που μερικές οργανικές πυριτικές ενώσεις ήταν γνωστές από την αρχή του αιώνα μας, η πραγματική έρευνα που εφαρμόστηκε με την ανακάλυψη των σ. ως πρακτικά χρήσιμων ουσιών οφείλεται σε δύο μεγάλες αμερικανικές βιομηχανίες, την Dow Corning και την General Electric, που πραγματοποίησαν πρώτες τη βιομηχανική σύνθεση μιας εκτεταμένης σειράς σιλικονικών προϊόντων που εξαπλώθηκε ταχύτατα. Οι πρώτες συνθετικές σ. ήταν τα ελαιώδη ή σιλικονικά υγρά, ακολούθησαν τα λιπώδη, τα τυποποιημένα ελαιώδη και ύστερα τα ελαστικά, οι ρητίνες και τα συμπολυμερή.

Σιλικονικά υγρά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα σιλικονικά υγρά είναι άχρωμα και άοσμα και χαρακτηρίζονται από εξαιρετική στεγανότητα και χημική αδράνεια. Τα σιλικονικά υγρά έχουν μεγάλη αντοχή στην οξείδωση και μια εξαιρετική θερμική σταθερότητα. Χάρη στα χαρακτηριστικά τους χρησιμοποιούνται ως: •Λιπαντικά •Στεγανοποιητικά •Διηλεκτρικά υγρά •Μονωτικά έλαια •Και εναλλακτικές θερμότητας Οι φθοριωμένες σιλικόνες χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά όργανα των τεχνητών δορυφόρων και ως γενικά λιπαντικά των διαστημικών οχημάτων. Επιπλέον ορισμένα υγρά χρησιμοποιούνται ως υλικά αναπλήρωσης και συγκράτησης κατά τις πλαστικές εγχειρίσεις στο γυναικείο στήθος. Οι επιφάνειες που υφίστανται επεξεργασία εκτός της αδιαβροχοποίησης αποκτούν έντονη λαμπρότητα γι’ αυτό και διατηρούνται καθαρές, δεν κηλιδώνονται και βελτιώνουν την αντοχή της στίλβωσης. Λόγω αυτού χρησιμοποιούνται ως προσθετικά υλικά στα στιλβωτικά και ως στερεωτικά στην υφαντική επεξεργασία.

Σιλικονικά λίπη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αποτελούνται από υγρά με υψηλό ιξώδες. Οι εφαρμογές τους είναι οι τυπικές των λιπαντικών λιπών και χρησιμοποιούνται όταν οι συνθήκες χρήσης είναι ιδιαίτερα έντονες. Για υψηλότερες αποδόσεις εμπλουτίζονται με κολλοειδή, γραφίτη και μολυβδαίνιο.

Σιλικονικά Ελαστικά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα σιλικονικά ελαστικά σε σύγκριση με τα φυσικά ή τεχνητά εμφανίζουν σημαντικά πλεονεκτήματα το κυριότερο από τα οποία συνιστάται στο γεγονός ότι αυτά διατηρούν σχεδόν αναλλοίωτη την ελαστικότητα τους από τους 100®C έως τους 200®C. Αυτό επιτρέπει να λυθούν διάφορα προβλήματα που μπορούν να εμφανιστούν στην βιομηχανία, στις πολικές περιοχές και στο Διάστημα. Άλλα ενδιαφέροντα χαρ/κα αυτών των ελαστικών είναι αξιοσημείωτη αντοχή τους στην παλαίωση, στην οξείδωση και στα ορυκτά έλαια που διαστέλλουν και αλλοιώνουν τα άλλα ελαστικά.

Σιλικονικές ρητίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η κύρια εφαρμογή τους είναι ως υλικά επένδυσης υπό μορφή είτε βερνικιών είτε προστατευτικών μεμβρανών. Τροποποιημένες δίνουν χαρακτηριστικές επενδύσεις με εξαιρετική αντοχή στο ψύχος, στη θερμότητα, στους διαλύτες και στα άλλα χημικά αντιδραστήρια. Λόγω της υψηλής διηλεκτρικής σταθερότητας τους, εφαρμόζονται στην κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Άλλα σιλικονικά προϊόντα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σε αυτή την κατηγορία συμπεριλαμβάνονται οι κόλλες καθώς και τα στεγανοποιητικά του ύδατος για την οικοδομική.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. «Silicon: the essentials». WebElements Ltd.. http://www.webelements.com/silicon/. Ανακτήθηκε στις 2009-09-30. 
  2. Nielsen, FH (1984). "Ultratrace Elements in Nutrition". Annual Review of Nutrition 4: 21–41. doi:10.1146/annurev.nu.04.070184.000321. PMID 6087860. 
  3. Jefferson Lab
  4. Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos ΗΠΑ

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Wiktionary logo
Το Βικιλεξικό έχει λήμμα που έχει σχέση με το λήμμα:
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Silicon της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).