Silício

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Circuito integrado 555 em silício

O silício (latim: silex, pedra dura, inglês: silicon) é um elemento químico de símbolo Si de número atômico 14 (14 prótons e 14 elétrons) com massa atómica igual a 28 u. À temperatura ambiente, o silício encontra-se no estado sólido. Foi descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823. O silício é o segundo elemento mais abundante da face da terra, perfazendo 25.7% do seu peso. Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente na forma de dióxido de silício (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênio e metais). O silício é o principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos silicones, que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o silício.

Pertence ao grupo 14 ( 4A ) da Classificação Periódica dos Elementos. Se apresenta na forma amorfa e cristalina; o primeiro na forma de um pó pardo mais reativo que a variante cristalina, que se apresenta na forma octaédrica de coloração azul grisáceo e brilho metálico.

Alumínio - Silício - Fósforo
C Si Ge
	Tabela Periódica

Geral

Nome, símbolo, número

Silício, Si, 14

Classe , série química

Semi-metal , representativo ( família do carbono )

Grupo, período, bloco

14 ( 4A ), 3, p

Densidade, dureza

2330 kg/m³, 6,5

Cor e aparência

Cinza escuro com tom azulado

Propriedades atômicas

massa atômica

28,0855(3) u

Raio médio^†

110 picômetros

Raio atômico calculado

111 pm

Raio covalente

111 pm

Raio de van der Waals

210 pm

Configuração eletrônica

[Ne]3s² 3p²

Estado de oxidação (óxido)

4 ( anfótero )

Estrutura cristalina

cúbica de face centrada

Propriedades físicas

Estado da matéria

sólido (não magnético)

Ponto de fusão

1687 K

Ponto de ebulição

3173 K

Entalpia de vaporização

384,22 kJ/mol

Entalpia de fusão

50,55 kJ/mol

Pressão de vapor

4,77 Pa a 1683 K

Velocidade do som

__ m/s a __ K

Informações diversas

Eletronegatividade

1,90 (Pauling)

Calor específico

700 J/(kg K)

Condutividade elétrica

2,52 x 10^-4 m^-1·Ω^-1

Condutividade térmica

148 W/(m*K)

1° Potencial de ionização

786,5 kJ/mol

2° potencial de ionização

1577,1 kJ/mol

3° potencial de ionização

3231,6 kJ/mol

4° potencial de ionização

4355,5 kJ/mol

5° potencial de ionização

16091 kJ/mol

6° potencial de ionização

19805 kJ/mol

7° potencial de ionização

23780 kJ/mol

8° potencial de ionização

29287 kJ/mol

9° potencial de ionização

33878 kJ/mol

10° potencial de ionização

38726 kJ/mol

Isótopos mais estáveis

iso.	AN	Meia-vida	MD	ED M eV	PD
²⁸Si	92,23%	Si é Isótopo estável com 14 neutrons
²⁹Si	4,67%	Si é estável com 15 nêutrons
³⁰Si	3,1%	Si é estável com 16 nêutrons
³²Si	Radioisótopo sintético	276 anos	β^-	0,224	³²P

Unidades SI e CNPT exceto onde indicado o contrário

[editar] Características principais

Suas propriedades são intermediárias entre as do carbono e o germânio. Na forma cristalina é muito duro e pouco solúvel, apresentando um brilho metálico e uma coloração grisácea. É um elemento relativamente inerte e resistente à acção da maioria dos ácidos; reage com os halogênios e alcalis. O silício transmite mais de 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas.

[editar] Aplicações

É utilizado para a produção de ligas metálicas, na preparação de silicones, na indústria cerâmica e, por ser um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. Por esta razão é conhecida como Vale do silício a região da California ( EUA ) onde estão concentrados numerosas empresas do setor de eletrônica e informática.

O silício é um elemento vital em numerosas indústrias. O dióxido de silício, areia e argila são importantes constituintes do concreto armado e azulejos ( ladrilhos ), sendo empregadas na produção do cimento Portland.

Outros importantes usos do silício são:

Como carga em materiais de revestimento e compósitos de cimento, como cerâmicas.
Como elemento de liga em fundições.
Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes, entre outros usos.
O carboneto de silício é um dos abrasivos mais importantes.
Se usa em lasers para a obtenção de luz com um comprimento de onda de 456 nm.
O silicone se usa em medicina para implantes em próteses e produção de lentes de contato.
O silicone é usado para fabricação de Chupetas.

[editar] História

O silício ( do latím silex, sílica ) foi identificado pela primeira vez por Antoine Lavoisier em 1787, e posteriormente tomado como composto por Humphry Davy em 1800. Em 1811 Gay-Lussac, e Louis Thenard provavelmente, prepararam silício amorfo impuro aquecendo potássio com tetracloreto de silício. Em 1824 Berzelius preparou silício amorfo empregando um método similar ao de Gay-Lussac, purificando depois o produto obtido com lavagens sucessivas até isolar o elemento.

[editar] Abundância e obtenção

O silício é um dos componentes principais dos aerolitos, uma classe de meteoróides.

Em peso o silício representa mais da quarta parte da crosta terrestre e é o segundo elemento mais abundante perdendo apenas para o oxigênio. O silício não é encontrado no estado nativo; areia, quartzo, ametista, ágata, pedernal, opala e jaspe são alguns dos minerais importantes que apresentam na sua composição o óxido. Formando silicatos é encontrado, entre outros, no granito, feldspato, argila, hornblenda e mica.

O silício comercial é obtido a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco elétrico reduzindo o óxido com eletrodos de carbono numa temperatura superior a 1900 ºC:

SiO₂ + C → Si + CO₂

O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraido e resfriado. O silício produzido por este processo é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultrapuro, que pode ser obtido por métodos físicos e químicos.

Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior solubilidade das impurezas contidas no silício líquido, de forma que este se concentre nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método , usado de forma limitada para construir radares durante a Segunda Guerra Mundial, consistiu em moer o silício de forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos grânulos, que dissolvidos com ácido se obtém um pó mais puro. A fusão por zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a extremidade de uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de calor ao longo da barra, de modo que o silício vai se solidificando com uma pureza maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. O processo pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada cortando-se, então, o extremo final onde se acumulou as impurezas.

Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício que seja mais fácil de purificar decompondo-se após a purificação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl₃), o tetracloreto de silício (SiCl₄) e o silano (SiH₄).

No processo Siemens , as barras de silicio de alta pureza são expostas a 1150ºC ao triclorosilano, gás que se decompõem depositando silício adicional na barra segundo a reação:

2 HSiCl₃ → Si + 2 HCl + SiCl₄

O silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de impurezas de 0,001 ppm ou menos e é denominado silício policristalino .

O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950ºC com vapores de zinco muito puros:

SiCl₄ + 2 Zn → Si + 2 ZnCl₂

Este método, entretanto, está repleto de dificuldades ( o cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e obstrui as linhas de produção ) por isso abandonado em favor do método Siemens.

Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se o monocristal utilizando-se para tal o método Czochralski.

[editar] Isótopos

O silício tem nove isótopos com massas atômicas entre 25 e 33, dos quais o Si-28 ( é o mais abundante, 92,23%), Si-29 (4,67%) e Si-30 (3,1%) são estáveis.