Al
P
14Si28.085
Wikimedia Commons
Кожен смартфон, кожен комп'ютер, кожна сонячна панель працюють завдяки одному елементу. Це силіцій — напівпровідник, що змінив світ. Його атом має 14 електронів і 14 протонів. Здається небагато, але саме ця будова дозволяє точно керувати електричним струмом у мікрочипах.
Силіцій — другий за поширеністю елемент у земній корі після кисню. Він буквально скрізь: у піску на пляжі, у гранітних скелях, у віконному склі. Кожна піщинка — це діоксид силіцію SiO₂. А ще саме завдяки цьому елементу Кремнієва долина у Каліфорнії отримала свою назву.
У чистому вигляді силіцій — твердий крихкий кристал із металевим блиском. Але його справжня сила — у напівпровідникових властивостях. Додаючи мізерну домішку бору чи фосфору, інженери змушують силіцій пропускати струм саме так, як потрібно. На цьому принципі працюють усі транзистори.
Сьогодні силіцій — основа «зеленої» енергетики. Понад 95% сонячних панелей у світі виготовлені з нього. А ще силіцій потрібен для оптоволоконного зв'язку, без якого не було б інтернету.
14
Атомний номер
28.085u
Атомна маса
[Ne] 3s2 3p2
e-конфігурація
1.90
Електронег.
силіційщо таке силіційвластивості силіціюде використовується силіційсиліцій елементSi напівпровідник
Властивості
Фізичні властивості
1687 K
1414°C
Температура плавлення
3538 K
3265°C
Температура кипіння
2.33
g/cm³
Густина
1.90
Pauling
Електронегативність
Атомна структура
Група
14
Період
3
Блок
P
Електронна конфігурація
[Ne] 3s2 3p2
Модель Бора
K=2L=8M=4
Додаткові властивості
Структура
Кристалічна структура
алмазна кубічна
Магнітне впорядкування
діамагнітний
Твердість (Моос)
6.5
Модуль об'ємної пружності
100GPa
Модуль зсуву
51.7GPa
Коефіцієнт Пуассона
0.28
Твердість Брінелля
1370MPa
Твердість Віккерса
1060MPa
Фізичні властивості
Теплопровідність
149W/(m·K)
Питомий опір
2300000000nΩ·m
Швидкість звуку
8433m/s
Модуль Юнга
130GPa
Питома теплоємність
0.705J/(g·K)
Теплота плавлення
50.21kJ/mol
Теплота випаровування
383kJ/mol
Спорідненість до електрона
133.6kJ/mol
Молярний об'єм
12.06cm³/mol
Атомні властивості
Атомний радіус
111pm
Ковалентний радіус
111pm
Радіус Ван-дер-Ваальса
210pm
Перша енергія іонізації
786.5kJ/mol
Поширеність
Поширеність на Землі
27.7%
Поширеність у Всесвіті
0.065%
Поширеність в океані
0.0001%
У тілі людини
0.026%
Загальні
Атомний номер14
Атомна маса28.0850u
Група14
Період3
БлокP
Стандартний станТверде тіло
Фізичні властивості
Густина2.329g/cm³
Температура плавлення1687.00 K (1414°C)
Температура кипіння3538.00 K (3265°C)
Швидкість звуку8433m/s
Модуль Юнга130GPa
Твердість (Моос)6.5
Молярний об'єм12.06cm³/mol
Модуль об'ємної пружності100GPa
Модуль зсуву51.7GPa
Коефіцієнт Пуассона0.28
Твердість Брінелля1370MPa
Твердість Віккерса1060MPa
Термічні властивості
Теплопровідність149W/(m·K)
Питома теплоємність0.705J/(g·K)
Теплота плавлення50.21kJ/mol
Теплота випаровування383kJ/mol
Атомні властивості
Електронна конфігурація[Ne] 3s2 3p2
Електронегативність1.90Pauling
Атомний радіус111pm
Ковалентний радіус111pm
Радіус Ван-дер-Ваальса210pm
Електромагнітні
Перша енергія іонізації786.5kJ/mol
Спорідненість до електрона133.6kJ/mol
Питомий опір2300000000nΩ·m
Кристалічна структураалмазна кубічна
Магнітне впорядкуваннядіамагнітний
Поширеність
Поширеність на Землі27.7%
Поширеність у Всесвіті0.065%
Поширеність в океані0.0001%
У тілі людини0.026%
Цифри та порівняння
27,7%
земної кори
Другий за поширеністю елемент на Землі. Більше лише кисню (46%)
1 687 K
температура плавлення
Плавиться при 1414 °C — майже як залізо (1538 °C), але вдвічі легший
9 дев'яток
чистота для чипів
Силіцій для мікрочипів очищують до 99,9999999%. Одна домішка на мільярд атомів
95%
сонячних панелей
Майже всі фотоелектричні панелі у світі зроблені з кристалічного силіцію
Застосування
📱
Електроніка: кожен процесор у смартфоні чи ноутбуці — це мільярди транзисторів із надчистого силіцію
⚡
Сонячна енергетика: фотоелектричні панелі з силіцію перетворюють світло на струм без жодних викидів
🏗️
Будівництво: пісок (SiO₂) — основа бетону, цементу, цегли та скла, з яких зведено кожен будинок
🩺
Силікони: з силіцію виробляють силіконові герметики, мастила та медичні імпланти
⚙️
Металургія: феросиліцій додають у сталь — він робить її міцнішою й стійкішою до корозії
🔍
Оптоволокно: кварцове скло з SiO₂ передає інтернет-сигнал на тисячі кілометрів майже без втрат
🔩
Абразиви: карбід силіцію (SiC) за твердістю наближається до алмазу і ріже навіть загартовану сталь
Де знайти в побуті
Смартфон
Процесор, пам'ять, камера — все працює на мікрочипах із надчистого силіцію
Віконне скло
Скло варять із кварцового піску — діоксиду силіцію SiO₂. Кожне вікно — це силіцій
Сонячна панель
Кристали силіцію у панелях перетворюють сонячне світло на електрику для вашого дому
Герметик у ванній
Силіконовий герметик — це полімер на основі силіцію. Він не пропускає воду і не пліснявіє
Кухонна форма для випічки
Силіконові форми витримують до 230 °C і не прилипають — все завдяки полімерам силіцію
Безпека та попередження
Чистий силіцій малотоксичний. Шматок кристалічного силіцію можна тримати в руках. Але пил діоксиду силіцію (SiO₂) — серйозна загроза. Тривале вдихання кварцового пилу спричиняє силікоз — невиліковне захворювання легень. Міжнародне агентство з раку (IARC) класифікувало кристалічний SiO₂ як канцероген 1 групи. При різанні каменю чи бетону обов'язкові респіратор і витяжка.
Небезпечно
Цікаві факти
Кремнієва долина (Silicon Valley) у Каліфорнії названа на честь силіцію. Саме тут у 1950-х почали масово виробляти транзистори з цього елемента.
Звичайний пляжний пісок — це діоксид силіцію. Для мікрочипів його очищують до 99,9999999% (дев'ять дев'яток). Це як знайти одну піщинку серед мільярда.
Понад 95% сонячних панелей у світі зроблені з силіцію. Один квадратний метр такої панелі дає до 200 Вт електроенергії.
27,7% земної кори — це силіцій. Лише кисню більше. Кожна гранітна скеля, кожна глиняна цеглина містить силіцій.
Аметист, опал, агат, яшма — все це різновиди діоксиду силіцію SiO₂. Колір залежить від мікроскопічних домішок інших елементів.
Силіцій виділив шведський хімік Єнс-Якоб Берцеліус у 1824 році. Він відновив його з калію фторосилікату — і отримав темно-коричневий порошок.