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silicium
   

14
il
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
aluminium Silicon ← → phosphore
apparence
apparition de
gris foncé avec un bleu
spectrale ligne
Ligne spectrale
généralité
Nom, symbole, numéro atomique silicium, Si, 14
série métalloïdes
groupe, période, serrure 14 (IVA), 3, p
densité 2 330 kg / m³
dureté 7
configuration électronique
configuration électronique
propriétés atomiques
masse atomique 28,0855 
rayon atomique (Calc.) 110 pm
rayon covalent 110 h
Rayon de van der Waals 210 h
configuration électronique [Ne] 3s23p2
et- pour niveau d'énergie 2, 8, 4
états d'oxydation ± 2, 4 (amphotère) -4
la structure cristalline Cubique type diamant
propriétés physiques
État de la matière solide (Non magnétique)
Point de fusion 1687 K (1 413,85 ° C)
point d'ébullition 3 173 K (2 899,85 ° C)
Volume molaire 12,06 × 10-6  m³ / mol
Enthalpie de vaporisation 384,22 kJ / mol
La chaleur de fusion 50,55 kJ / mol
pression de vapeur 4,77 Pennsylvanie à 1 683 K
D'autres propriétés
CAS 7440-21-3
électronégativité 1,90 (échelle de Pauling)
chaleur spécifique 700 J / (kg · K)
conductivité électrique 2,52 × 10-4  / M · Ω
La conductivité thermique 148 W / (m · K)
Energie de première ionisation 786,5 kJ / mol
Energie de deuxième ionisation 1 577,1 kJ / mol
Energie de troisième ionisation 3 231,6 kJ / mol
e potentiel d'ionisation 4 355,5 kJ / mol
e potentiel d'ionisation 16 091 kJ / mol
e potentiel d'ionisation 19 805 kJ / mol
septième énergie d'ionisation 23 780 kJ / mol
huitième Ionisation énergie 29 287 kJ / mol
Neuvième énergie Ionisation 33 878 kJ / mol
dixième potentiel d'ionisation 38 726 kJ / mol
La plupart des isotopes stables
iso NA TD DM DE DP
28il 92,23% Il est stable avec 14 neutrons
29il 4.67% Il est stable avec 15 neutrons
30il 3,1% Il est stable avec 16 neutrons
32il synthétique 276 ans β- 0224 32P
iso: isotope
NA: abondance dans la nature
TD: demi-vie
DM: mode de désintégration
DE: énergie de désintégration en MeV
DP: le produit de désintégration

la silicium est le 'élément chimique de tableau périodique des éléments qui a le symbole il avec 2,4,6 valeur et comment numéro atomique 14. Il est métalloïde et un tétravalent à semi-conducteur, le silicium est moins réactif que son analogue chimique, la carbone. Il est le deuxième élément le plus abondant dans la la croûte terrestre après 'oxygène, componendone 27,7% en poids[1]. Il est situé dans argile, feldspath, granit et quartz, principalement sous la forme de du dioxyde de silicium, silicates et aluminosilicate (Composés contenant du silicium, oxygène et des métaux). Le silicium est le composant principal de verre, ciment, poterie et silicone.

histoire

Le silicium (à partir de latin Silex, Silicis sens silex) Il a été identifié pour la première fois depuis Antoine Lavoisier en 1787, et il a ensuite été remplacé par un composé de Humphry Davy en 1800. en 1811 Gay Lussac et Thénard probablement préparé silicium amorphe impur par le chauffage de potassium avec du tétrafluorure de silicium. en 1824 Berzelius Il a préparé le silicium amorphe en utilisant approximativement le même procédé de Lussac. Berzelius a également purifié le produit par des lavages successifs.

traits

Dans sa forme cristalline, le silicium a une couleur grise et un brillant métallique, mais sa couleur peut varier en fonction des années et des actions qui a subi. Bien qu'il soit un élément relativement inerte, réagit avec le halogènes et alcalis dilué, mais la plupart des acides (A l'exception du 'l'acide fluorhydrique) Ne peut pas nuire.

Le silicium transmet plus de 95% de l'ensemble longueurs d'onde de lumière infrarouge.

Le silicium est la base de tous les silicates, minéraux formé à partir de silicium et de l'oxygène ainsi que d'autres éléments sous forme ionique. Silicates sont contenus dans magmas et, pour la structure tétraédrique de silice, magma Il devient plus visqueux et capable de retenir de plus grandes quantités de gaz. En fonction de la teneur en silice est déterminée par l'acidité d'un magma et des roches dont elle dérive. Si ce n'est que le magma se dit de base.

disponibilité

Le silicium est le composant principal de aérolithes, qui sont une classe de météoroïdes ainsi que la tectite, qui est une forme naturelle de verre.

Le calcul sur la base du poids, le silicium comprend 27,7% de la croûte terrestre et après l'oxygène est le deuxième élément le plus abondant[1]. Le silicium élémentaire ne se trouve pas dans la nature, en général, il apparaît sous forme d'oxyde (améthyste, agate, quartz, roches cristallines, silex, jaspe, opale), et les silicates (granit, amiante, feldspath, argile, hornblende, mica et d'autres).

isotopes

Le silicium a neuf isotopes, avec le nombre de masse qui varie entre 25 et 33. La 28Il (avec 92,23% l'isotope le plus abondant,) la 29Oui (4,67%), et 30Oui (3,1%) sont stables; la 32Il est un isotope radioactif produit par la désintégration des 'argon. son demi-vie, Après un long débat, il a été déterminé à être de 276 ans et désintègre par émission bêta en 32P (Qui a une demi-vie de 14,28 ans), puis en 32S.

composés

silicium
Composition chimique de la silice (dioxyde de silicium)

Des exemples de composés de silicium sont monoxyde de silicium (SiO), le du dioxyde de silicium (SiO2), L 'l'acide silicique (H4SiO4), Le silicates, la céramique de silice telles que carbure de silicium (SiC) et le nitrure de silicium (Si3N4) des halogénures silicium en tant que le tétrachlorure de silicium (SiCl4) Et du tétrafluorure de silicium (SiF4), Le silicones.

Le silicium est également capable de former des composés dans lesquels se distingue par sa nature non métallique, siliciures, comme siliciure de magnésium, qui peut avoir la nature ionique ou covalente polaire en raison de l'élément elettropositività.

Le rôle biologique

Le silicium dans ses composés inorganiques tels que la silice est largement distribué dans la salle; Il peut être présent dans les tissus sous différentes formes. Le principal rôle bien connu est joué par la formation de structures de protection et de support à base de composés inorganiques tels que l'acide silicique et silice (dioxyde de silicium), de micro-organismes, des éponges, des plantes.

La silice est très important pour la vie animal et légume. la diatomée extraire la silice de l'eau pour construire les murs protecteurs de leurs cellules; la prêles la mise au point dans la tige de la plante en l'utilisant pour lui donner la force et une résistance considérable à la mastication, pour dissuader les herbivores.

diatomées et radiolari, par exemple, en utilisant principalement de la silice, comme un téléphone portable dell'impalcature de base structurelle, éponges utilisant de la silice pour spicules et d'autres structures de support, la prêle a plusieurs granulés de silice de l'épiderme externe qui le rendent légèrement abrasive (et indigeste pour certains herbivores), l 'ortie Il présente la pointe des poils urticants silicifiée.
en métazoaires les composés du silicium ont été trouvés dans des concentrations plus élevées en tissu conjonctif et de soutien (os, peau extérieure du collagène artères, cartilage) et dans les régions du cerveau extracellulaire. Le corps humain contient une quantité totale d'environ plus de 250 milligrammes. La présence de silicium n'a pas été identifiée à une fonction biochimique connue[2] et il pourrait être de nature accidentelle (accumulation dans les tissus ayant une affinité plus grande pour le composé); l'insuffisance des effets cliniques chez l'homme ne sont pas connus, tandis qu'un excès de silicium peut provoquer une hémolyse des globules rouges et causer des altérations cellulaires comme conséquence directe[3]. La pharmacopée examine les utilisations possibles de composés organiques de silicium pour le développement de médicaments[4]

Les symptômes de carence chez les mammifères ne sont pas connus, sinon ceux induits expérimentalement, étant le silicium presque omniprésent (selon cet élément le plus abondant sur la croûte terrestre après l'oxygène). Il y a présentation d'informations détaillées qui encouragent l'embauche de suppléments dits de silicium organique (Souvent préparations végétales où le silicium est plutôt présent sous forme de silice inorganique à partir de prêle ou d'ortie, des acides siliciques ou alchilsilanoli, ces derniers composés organiques) correctement assumer des rôles dans la synthèse de hydroxyproline, impliqués dans la chaîne polymère, collagène. L'activité enzymatique dans ce sous-synthèse, dioxygénase procollagène-proline, Il est réglementé au lieu par la présence de l'acide 2-cétoglutarique, ascorbate (un cofacteur dans la réduction), et le fer (Fe3+ réduit en Fe2+)[5], et non pas à partir des composés de silicium. Le silicium est cependant absorbée par l'organisme par l'intermédiaire du orthosilicique d'ions inorganiques omniprésente.[6]

Le silicium a été reconnu comme un facteur de développement chez les jeunes animaux et les enfants. Sur la peau, le plus souvent dans les couches plus profondes conjonctifs, elle a des propriétés hydratantes et des accélérateurs guérison blessure[citation nécessaire]. Un niveau osseux, il est prouvé que les suppléments alimentaires de silicium organique (en particulier en provenance de prêle, l'avoine et ortie) Peut accélérer les fractures de soudure, alors que les taux sanguins sont pas d'études qui prouvent que les silicates organiques peuvent induire la différenciation des granulocytes neutrophiles et de stimuler phagocytose. Des études préliminaires indiquent que les silicates ont une certaine influence sur système endocrinien humain général.[citation nécessaire] Les mécanismes de la façon dont cela peut éventuellement se produire, cependant, ne sont pas connus.

Le médicament à base de plantes, cependant, ne recommande pas un médicament à base de plantes à base de plantes trop reminéralisation (et en particulier riche en silicium), quand ils sont des lésions osseuses présentes de type dégénératif (par exemple arthrose). Fournitures silicates organiques par l'alimentation, mais n'est pas difficile. Le silicium est abondant dans l'eau potable, les oignons, le chou-fleur, les haricots, les pois, les pommes et les fraises. Parmi les plantes communes, riches en silicates organiques sont pulmonaire, prêle, la plantain, l 'arnica, orties mauvaise herbe.

production

Le silicium est préparé industriellement par un degré élevé de chauffage de silice de pureté, dans un four électrique en utilisant des électrodes de carbone. Au-dessus de 1900 ° C, l'atome de carbone réduit la silice au silicium selon l'équation chimique

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Le silicium liquide est recueilli dans le fond de la four, et il est ensuite recueilli et on le refroidit. Le silicium produit par ce procédé est appelé silicium de qualité métallurgique (MSG) et est pur à 98%. Un excès de carbone peut conduire à la formation de carbure de silicium

SiO2 + C → SiO + CO
SiO + 2C + CO → SiC

Cependant, si la concentration en SiO2 est maintenu élevé, le carbure de silicium peut être éliminé

2SiO2 + SiC → 3Si + 2CO

Pour atteindre des degrés plus élevés de pureté nécessaire, par exemple pour construire des dispositifs électroniques semi-conducteurs, il est nécessaire de forer une purification supplémentaire, par exemple, la méthode Siemens. En 2016, le silicium de qualité métallurgique coûte environ 1,74 €/kg[7].

purification

L'utilisation du silicium dans les semi-conducteurs nécessite une pureté supérieure à celle prévue par le silicium de qualité métallurgique. Historiquement, un certain nombre de procédés différents pour la production de silicium de haute pureté ont été utilisés.

méthodes physiques

silicium
bar monocristallin silicium

Les premières techniques de purification de silicium ont été basées sur le fait que, lorsque le silicium est fondu et re-solidifié, la dernière partie du silicium qui se solidifie contient la plupart des impuretés. Le premier système de purification décrit dans 1919 et utilisé à une échelle limitée pour la fabrication de composants de radar au cours de la Guerre mondiale, Il a fallu la pulvérisation du silicium de qualité métallurgique et sa dissolution partielle dans l'acide. Quand il a été pulvérisé, le silicium a éclaté de telle sorte que les zones les plus faibles et riche en impuretés restent à l'extérieur des grains résultant de silicium. En conséquence, le silicium riche en impuretés a été le premier à se dissoudre lorsqu'il est traité avec de l'acide, ce qui laisse un produit plus pur.

Dans la zone de fusion, le premier procédé de purification de silicium pour être utilisée à l'échelle industrielle, les barres de silicium de qualité métallurgique ont été chauffés en partant de l'une de ses extrémités, jusqu'à ce qu'il commence à fondre. Le chauffe-eau a été ensuite déplacé lentement le long de la barre tout en maintenant une petite portion tandis que le silicium fondu est refroidi et risolidificava derrière elle. Comme la plupart des impuretés ont tendance à rester dans la risolidificarsi partie fondue plutôt qu'à la fin de ce processus, ils avaient déménagé dans la dernière partie de la barre à fondre. Cette fin a ensuite été coupé et jeté, en répétant le processus si une pureté supérieure était nécessaire.

méthodes chimiques

De nos jours, le silicium est purifié en le transformant en un composé qui peut être purifié plus facilement que le silicium lui-même, et ensuite reconverti en silicium pur. Le trichlorosilane est le composé de silicium le plus couramment utilisé dans ce procédé, bien que parfois utiliser aussi le le tétrachlorure de silicium et silane. Ces composés, liquides ou gazeux, sont purifiés à distillation fractionnée jusqu'à l'obtention d'un mélange de composés de silicium seulement. après ces gaz Ils sont soufflés dans au-dessus du silicium à haute température et se décomposent, en déposant silicium polycristallin pureté élevée.

en processus Siemens, tiges de silicium ultrapurs sont exposés à trichlorosilane à 1150 ° C; le gaz de trichlorosilane se décompose et les dépôts de silicium sur l'autre barre, en l'étendant conformément à la réaction chimique

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

Le produit de silicium de ce processus et similaires est appelé silicium polycristallin. Le silicium polycristallin a une teneur en impuretés égale à 1 partie par milliard ou moins.

Pendant un certain temps, la DuPont produite silicium ultrapur par réaction de vapeur de tétrachlorure de silicium avec zinc pureté élevée à 950 ° C, production de silicium selon la formule

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Cette technique a été en proie à des problèmes pratiques (tels que chlorure de zinc, un sous-produit, qui se solidifie lignes de blocage) et a été abandonnée au profit de la processus Siemens.

cristallisation

la procédé Czochralski Il est utilisé pour créer Des monocristaux de silicium pureté élevée.

applications

Le silicium est un semi-conducteur intrinsèque (ou pure) et peut être dopés avec arsenic, phosphore, gallium ou bore pour le rendre plus conducteur et l'utiliser dans transistor, panneaux solaires ou des cellules solaires, et d'autres équipements semi-conducteurs, qui sont utilisés dans l'électronique et d'autres applications de haute technologie. Il existe deux types de dopage de silicium qui permettent de donner des électrons à l'excès de la bande de conduction (silicium de type n) ou des lacunes d'électrons de la bande de valence (en silicium de type p).

Le silicium est également un élément important de certains types de acier; sa limite de concentration est de 5%, car en plus il y a un abaissement considérable de résistance en raison de son potentiel de croissance du grain de cristal. Il permet de séparer le graphite dans les aciers de départ aussi déjà des concentrations de carbone supérieure à 0,50%. Il signale sa présence (1-2%) dans les aciers doux, où elle augmente la limite élastique, la rapprochant de celle de la rupture, et favorise trempabilité.

de composés du silicium Applications

  • la du dioxyde de silicium (Ou la silice) sous la forme de sable et l'argile est un ingrédient important ciment et des briques.
  • Le sable de silice est un composant principal de verre.
  • La silice et les silicates sont à la base de matériau réfractaire utilisés dans l'isolation pour la production à haute température, et les silicates sont employés dans la fabrication d'émaux et de la poterie.
  • la carbure de silicium, également connu sous le nom de carborundum, il est l'un des plus importants abrasif.
  • la silicones sont des composés contenant des liens flexibles en siliciumoxygène ou silicium-carbone; Ils sont largement utilisés sous forme de gel pour les caoutchoucs, colles, implants mammaires, lentilles de contact et plus encore.
  • Le silicium amorphe hydrogéné a montré prometteur pour la production de les cellules solaires et des dispositifs électroniques à faible coût.

précautions

Une grave maladie pulmonaire appelée silicose Il est très fréquent chez les mineurs, les tailleurs de pierre et d'autres travailleurs qui occupent des emplois où la poussière de silicate est inhalée en grandes quantités.

la Silicon Valley

Puisque le silicium est un élément semi-conducteur majeur, le directeur de l'ensemble du secteur électronique, la région de Silicon Valley en Californie, connu pour de nombreuses entreprises informatiques et de l'électronique, il tire son nom de cet élément (silicium en anglais).

Silicium et de silicium dans les traductions de l'anglais

Souvent, les traducteurs traduisent le mot anglais silicium (Ce qui signifie précisément silicium) avec silicone, en raison de la similitude des deux mots. Bien que la traduction est le silicium silicium (/ Sɪlɪkən /), Que le silicone est silicone (/ Sɪlɪkəʊn /).

Il arrive si souvent de trouver des écrits comme silicone à puce résultant de cette traduction erronée. dans l'épisode Le Diable dans le noir le spectacle Star Trek Il parle diffusément d'une espèce vivante à base de silicone en place de la forme originale de la vie à base de silicium[8]. Dans le film Wargames - Jeux De Guerre de 1983 Matthew Broderick, réalisé par John Badham dans une conversation général US dit, selon l'erreur de traduction, « masse de silicium » pour définir un ordinateur. Dans le film 007 - Dangereusement Vôtre une puce de silicium est identifié comme une puce de silicium révélant un manque d'attention de la traduction de l'anglais. Même dans un épisode de Simpson, le médecin Hibbert demande Homer si étrangers qu'il a vu sont « à base de carbone ou de silicone »; dans ce cas, la faute est double: même « carbone » est traduit de façon incorrecte (il aurait dû être le carbone, puisque le carbone en anglais est « charbon »).

Le silicium dans la fiction

Un thème récurrent dans l'art du genre science-fiction est l'hypothèse de l'existence de formes de vie à base de silicium plutôt que le carbone. Probablement le thème doit être attribué à la proximité des deux éléments dans le tableau périodique et dans les discussions philosophiques qui s'interrogent sur le fait que les ordinateurs et les robots (dont les microprocesseurs sont construits dans le silicium) peut être considéré comme les « formes de vie » particulières.

L'expédient de la créature à base de silicium est souvent utilisé pour proposer le thème de l'étranger comme « quelque chose qui ne peut pas être compris », quelque chose de différent et incompatible, si différent de même être basé sur différents éléments chimiques. La série manga Blame! par exemple, se développe fortement le thème de faire des êtres à base de silicium certains des principaux antagonistes avec des capacités physiques très développés de ceux d'un être humain ordinaire, peut-être à assumer la supériorité de l'élément, par rapport au carbone, à générer des formes résistantes de la vie .

notes

  1. ^ à b (FR) Les éléments, l'abondance terrestre, daviddarling.info.
  2. ^ Chimie organosilicié S. Pawlenko Walter de Gruyter New York, 1986
  3. ^ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg. Manuel de la chimie inorganique. Edition 101 .. de Gruyter, Berlin 1995 ISBN 3-11-012641-9, S. 880
  4. ^ Bains, W;. Tacke, R. "chimie du silicium comme source nouvelle de la diversité chimique pour la conception de médicaments" Curr Opin Drug Discov Devel. 2003 juillet; 6 (4): 526-43.
  5. ^ (FR) L. De Jong, Stoechiométrie et la cinétique de la réaction partielle prolyl 4-hydroxylase, en Biochimica et Biophysica Acta, vol. 787, nº 1, 1984, pp. 105-111, DOI:10.1016 / 0167-4838 (84) 90113-4, PMID 6326839.
  6. ^ JJ, l'acide Hampson GN.Orthosilicic stimule le collagène de type 1 et de la différenciation ostéoblastique synthèse dans les cellules de type ostéoblaste humain in vitro. Bone. Fév 2003; 32 (2): 127-35
  7. ^ (FR) Les prix moyens de silicium aux États-Unis de 2012 à 2016, par type (en cents US par livre), statista.com.
  8. ^ (FR) Le Diable dans le noir, hypertrek.org.

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