A szilícium a periódusos rendszer 14. csoportjában található, kémiai jele Si, rendszáma 14. Ez az elem a földkéregben a második leggyakoribb elem oxigén után, körülbelül 27,7%-ot tesz ki annak tömegének. A szilícium soha nem fordul elő tiszta formában a természetben, hanem általában szilikátok vagy szilícium-dioxid formájában található, mint például homok, kvarc, ametiszt, opál, jaspis és agát.
A szilikátok sokfélesége és felhasználása
A szilikátok olyan ásványok, amelyek a földkéreg jelentős részét képezik és többféle szerkezettel rendelkezhetnek. Ezek között megtalálhatók az olivinek, piroxének, amfibolok és lepidolitek is. A különböző típusú és struktúrájú szilikátok sokrétű fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, ami lehetővé teszi azok széleskörű felhasználását az építőipartól kezdve a díszítőművészeti alkalmazásokig.
A szilícium-dioxid, a kvarc
A szilícium-dioxid legelterjedtebb formája a kvarc, mely nagy keménységével és kémiai ellenállóságával kiemelkedő jelentőségű anyag. Kvarcból nyerik ki például a szilíciumot is, ami alapvető fontosságú az elektronikai iparban. Az integrált áramkörök és a mikroprocesszorok gyártásának alapanyaga ez a fémfényű elem.
Szilícium a modern technológiákban
Ezen kívül a szilícium nagy hőtűrő képessége miatt hasznos összetevője lehet modern kerámia anyagoknak, melyeket űrhajókon és repülőgépekben alkalmaznak hővédő burkolatként. Továbbá fontos szerepe van az újgenerációs akkumulátortechnológiák fejlesztésében is, különösen a lítium-ion akkumulátorok területén.
A megújuló energiaforrások területén is nélkülözhetetlen; például napelemek gyártásánál használt fotovoltaikus cellák alapanyaga is a szilícium. Ezek a cellák képesek hatékonyan átalakítani a napfényt elektromos energiává.
Az üveggyártás alapanyaga
Végül, de nem utolsósorban, a szilícium-dioxidot használják üveggyártásra is, ami magyarázza ezen anyag óriási gazdasági jelentőségét. Az üveg előállítása során a homokot magas hőmérsékleten olvasztják meg és formálják üveggé, melyet építkezéseken, járműiparban és sok más területen használnak fel.
A szilícium fizikai és kémiai tulajdonságai
A szilícium rendkívül fontos anyag az ipar számára, különösen az elektronikai iparban. Fémtől eltérően, de fémszerű tulajdonságokkal is bír, így gyakran hivatkoznak rá mint fémloidra vagy félfémre. Kristályos formájában tiszta szilíciumot először 1854-ben állítottak elő Henri Étienne Sainte-Claire Deville által.
Fizikai tulajdonságai között kiemelkedik a magas olvadáspont (1414 °C) és forráspont (3265 °C), amely lehetővé teszi használatát magas hőmérsékleten is. Szilárdsága és keménysége miatt nehéz megmunkálni, viszont mechanikai stabilitása és hőellenállása miatt előnyös választás lehet sok technológiai alkalmazásban.
Kémiai tulajdonságait tekintve a szilícium nagyon reaktívképes elem: éghető por formájában levegőn oxigénnel reagálva égést eredményezhet. Viszonylag ellenálló az oxidációnak normál hőmérsékleten, de magasabb hőmérsékleten gyorsan oxidálódik. A szilícium legfontosabb vegyülete a szilícium-dioxid (SiO2), amely homok és kvarc fő alkotórésze.
A szilícium szerepe az elektronikában
Elektronikai felhasználása során a legfontosabb tulajdonsága a szilíciumnak az, hogy félvezető kiválóan alkalmas integrált áramkörök és egyéb elektronikus eszközök gyártásához. A tiszta kristályos szilíciumot dopolva (adott atomokkal „szennyezve”) lehetőség nyílik arra, hogy javítsuk elektromos vezetési képességét.
A mikroelektronika iránti igény növekedésével párhuzamosan a tiszta kristályos szilícium iránti igény is folyamatosan növekszik. A modern technológiai fejlődéshez elengedhetetlen alapanyag ez, hiszen nélkülözhetetlen része minden modern mikrochipnek, napelemnek és egyéb optoelektronikai eszközöknek.
Összegezve, a szilícium kulcsfontosságú elem mind a természeti mind az ipari aspektusból. Szerteágazó felhasználása és jelentősége miatt folyamatos kutatás tárgya, hogy újabb és újabb technológiai innovációk alapanyagaként funkcionálhasson.