Lernen wir das Element Silizium mit der Ordnungszahl 14 kennen

Lernen wir das Element Silizium mit Ordnungszahl kennen
Lernen wir das Element Silizium mit Ordnungszahl kennen

Das chemische Element Silizium hat die Ordnungszahl 14 und das Symbol Si. Es ist ein vierwertiges Halbmetall und ein Halbleiter, der einen blaugrauen metallischen Glanz hat und ein harter, spröder kristalliner Feststoff ist. Es gehört zur 14. Gruppe des Periodensystems und befindet sich oberhalb von Kohlenstoff und unterhalb von Germanium, Zinn, Blei und Flerovium. Es reagiert nicht zu stark.

Aufgrund seiner starken chemischen Affinität zu Sauerstoff konnte Jöns Jakob Berzelius es erst 1823 in reiner Form aufbereiten und analysieren. Seine Oxide gehören zur Familie der Silikatanionen. Unter allen Halbmetallen und Nichtmetallen hat nur Bor höhere Schmelz- und Siedetemperaturen als 1414 °C und 3265 °C.

Silizium ist nach Masse das achthäufigste Element im Universum, aber es wird sehr selten als reines Element in der Erdkruste gesehen. Es ist im Weltraum als verschiedene Arten von Siliziumdioxid (Silica) oder als kosmischer Staub, Planetarien und Silikate auf Planeten weit verbreitet. Da die Erdkruste zu über 90 % aus Silikatmineralien besteht, ist Silizium nach Sauerstoff (ca. 28 Masse-%) das zweithäufigste Element der Erdkruste.

Der größte Teil des in der Industrie verwendeten Siliziums wird nicht getrennt, und natürliche Mineralien werden im Allgemeinen wenig verarbeitet. Die Verwendung von Ton, Quarzsand und Stein im Industriebau ist ein Beispiel für diese Verwendung. Zur Herstellung von Beton für Gehwege, Fundamente und Straßen werden Silikate mit Quarzsand und Kies zu Portlandzement verarbeitet, der auch zur Herstellung von Mörtel und Putz verwendet wird. Sie werden auch in weißer Keramik wie Porzellan, klassischem Kalk-Natron-Glas auf Silikatbasis und verschiedenen Spezialgläsern verwendet. Hochfeste Keramiken werden mit Siliziumverbindungen wie Siliziumkarbid als Schleifmittel hergestellt. Silizium wird aus den üblicherweise verwendeten synthetischen Polymeren Silizium gewonnen.

Das späte 20. und frühe 21. Jahrhundert wurde aufgrund der erheblichen Auswirkungen elementaren Siliziums auf die gegenwärtige Weltwirtschaft als „Siliziumzeitalter“ (manchmal auch als „digitales Zeitalter“ oder „Informationszeitalter“ bezeichnet) bezeichnet. Transistoren und integrierte Schaltungschips, die in den meisten modernen Technologien, einschließlich Smartphones und anderen Computern, verwendet werden, sind auf geringe Mengen an sehr reinem elementarem Silizium angewiesen, das in der Halbleiterelektronik verwendet wird. Netzwerke und Kommunikationsgeräte machten 2019 32,4 % des Halbleitermarktsegments aus; Bis 2027 wird diese Kategorie voraussichtlich 726,73 Milliarden US-Dollar des globalen Halbleitermarktes ausmachen.

Ein sehr wichtiger Bestandteil der Biologie ist Kieselsäure. Obwohl einige Meeresschwämme und Mikroben wie Kieselalgen und Radiolarien Skelettsysteme auf Kieselsäurebasis aufbauen, benötigen die meisten Tiere nur Spuren von Kieselsäure. Einige Pflanzengewebe enthalten Kieselsäureablagerungen.

Geschichte des Siliziums

Da Silizium in der Erdkruste reichlich vorhanden ist, werden seit langem natürliche Verbindungen auf Siliziumbasis verwendet. Viele alte Zivilisationen waren mit Silizium-Bergkristallen vertraut; Unter ihnen waren die prädynastischen Ägypter und alten Chinesen, die Silizium zur Herstellung von Perlen und Miniaturvasen verwendeten. Zumindest BC. Seit 1500 haben sowohl die alten Phönizier als auch die Ägypter kieselsäurehaltiges Glas hergestellt. Beim Bau früher menschlicher Siedlungen wurden für viele Mörtelarten auch natürliche Silikatverbindungen verwendet.

Entdeckung von Silizium

Das Element Silizium wurde 1823 von Jons Jacob Berzelius entdeckt. Antoine Lavoisier stellte 1787 die Hypothese auf, dass Siliziumdioxid das Oxid eines essentiellen chemischen Elements sein könnte, aber aufgrund der hohen chemischen Affinität von Silizium zu Sauerstoff fehlten ihm die Mittel, um das Oxid zu reduzieren und das Element zu isolieren. Sir Humphry Davy prägte den Begriff „Silicium“ für Silizium, nachdem er 1808 versucht hatte, Silizium zu isolieren. Er leitete den Begriff vom lateinischen silex, silicis flint ab und fügte das Suffix „-ium“ hinzu, weil er es für ein Metall hielt. Davys Name wurde von Zeit zu Zeit mit einigen phonologischen Anpassungen in die meisten anderen Sprachen übersetzt (z. B. deutsch Silizium, türkisch silicium, katalanisch silici, armenisch oder Silitzioum).

Es wird angenommen, dass Gay-Lussac und Thénard 1811 unreines amorphes Silizium gebildet haben, indem sie kürzlich isoliertes Kaliummetall mit Siliziumtetrafluorid erhitzten. sie definierten oder charakterisierten das Produkt jedoch nicht und akzeptierten es auch nicht als neues Element. Der schottische Wissenschaftler Thomas Thomson gab dem Silizium 1817 seinen heutigen Namen. Er behielt einen Teil von Davys Namen bei, fügte aber das „-on“ hinzu, weil er dachte, Silizium sei ein Nichtmetall, ähnlich wie Bor und Kohlenstoff. Jöns Jacob Berzelius stellte 1824 amorphes Silizium her, indem er Kaliumfluorsilikat mit geschmolzenem Kaliummetall reduzierte. Das erhaltene Produkt wusch er jedoch ständig und verwandelte es in ein braunes Pulver. Aus diesem Grund wird ihm oft die Entdeckung des Elements zugeschrieben.

Im selben Jahr bildete Carl Wilhelm Scheele Siliziumtetrafluorid durch Auflösen von Kieselsäure in Flusssäure; Allerdings war es Berzelius, der als erster Siliziumtetrachlorid herstellte. Jacob Berzelius machte 1823 die erste Entdeckung von Siliciumtetrachlorid. (SiCl4). Tetraethylorthosilikat (Si(OC2H5)4) wurde 1846 von Von Ebelman hergestellt.

Aber 31 Jahre später wurde Silizium von Deville in der weiter verbreiteten kristallinen Form hergestellt. Deville konnte 1854 durch Elektrolyse einer Lösung aus Natriumchlorid und Aluminiumchlorid, die etwa 10% Silizium enthielt, ein leicht unreines Allotrop von Silizium bilden. Später wurden erschwinglichere Techniken entwickelt, um verschiedene Formen von Allotropen zu isolieren; Die letzte davon wurde 2010 gelöscht.

Obwohl frühe Spekulationen zu diesem Thema auf die Anfänge der synthetischen organischen Chemie in den 1830er Jahren zurückgehen, entdeckte Friedrich Wöhler die ersten flüchtigen Hydride des Siliciums, indem er 1857 Trichlorsilan und 1858 Silan selbst synthetisierte. Umfangreiche Forschungen zu Silanen hat Alfred Stock jedoch erst Anfang des 20. Jahrhunderts durchgeführt. In ähnlicher Weise synthetisierten Charles Friedel und James Crafts 1863 die erste Organosiliciumchemikalie, Tetraethylsilan, aber Frederic Kipping charakterisierte die Organosiliciumchemie erst Anfang des 20. Jahrhunderts.

Mit Linus Pauling, der die Kristallchemie entwickelte, und Victor Goldschmidt, der die Geochemie entwickelte, werfen William Lawrence Braggs Röntgenkristallographie-Arbeiten, die in den 1920er Jahren begannen, Licht auf die Zusammensetzungen von Silikaten, die zuvor bekannt waren, aber noch nicht aus der analytischen Chemie verstanden wurden. Die industrielle Anwendung und der Fortschritt der Chemie der Siloxane fanden Mitte des 20. Jahrhunderts statt und es gab eine zunehmende Verwendung von Silikonpolymeren, Elastomeren und Harzen. Die komplexe Kristallchemie von Siliziden wurde im späten 20. Jahrhundert zusammen mit der Festkörperphysik von dotierten Halbleitern kartiert.

Quelle: Wikipedia

 

 

 

 

Günceleme: 22/01/2023 16:32

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