2007年7月19日 星期四

Silicio (elemento) www.tool-tool.com

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.

Na Galipedia, a wikipedia en galego.

Aluminio - Silicio - Fósforo
C

Si

Ge

Xeneral
Nome, símbolo, número Silicio, Si, 14
Serie química Metaloide
Grupo, período, bloque 14, 3, p
Densidade, dureza Mohs 2330 kg/m³, 6,5
Aparencia Gris escuro cun ton azul

Propiedades atómicas
Peso atómico 28,0855 uma
Radio medio† 110 pm
Radio atómico calculado 111 pm
Radio covalente 111 pm
Radio de Van der Waals 210 pm
Configuración electrónica [[[neon|Ne]]]3s² 3p²
Estado de oxidación (óxido) 4 (anfótero)
Estrutura cristalina cúbica centrada nas caras
Propiedades físicas
Estado da materia sólido (non magnético)
Punto de fusión 1687 K
Punto de ebulición 3173 K
Entalpía de vaporización 384,22 kJ/mol
Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol
Presión de vapor 4,77 Pa a 1683 K
Velocidade do son __ m/s a __ K
Información diversa
Electronegatividade 1,90 (Pauling)
Calor específica 700 J/(kg*K)
Condutividade eléctrica 2,52 x 10-4 m-1·Ω-1
Condutividade térmica 148 W/(m*K)
potencial de ionización 786,5 kJ/mol
2° potencial de ionización 1577,1 kJ/mol
3° potencial de ionización 3231,6 kJ/mol
4° potencial de ionización 4355,5 kJ/mol
5° potencial de ionización 16091 kJ/mol
6° potencial de ionización 19805 kJ/mol
7° potencial de ionización 23780 kJ/mol
8° potencial de ionización 29287 kJ/mol
9° potencial de ionización 33878 kJ/mol
10° potencial de ionización 38726 kJ/mol
Isótopos máis estables
iso. AN vida media MD ED MeV PD
28Si 92,23% Si é estable con 14 neutróns
29Si 4,67% Si é estable con 15 neutrones
30Si 3,1% Si é estable con 16 neutrones
32Si {sen} 276 a ?- 0,224 32P
Valores no SI e condicións normais
(0 ºC e 1 atm), agás indicación en contra.
Calculado a partir de distintas lonxitudes
de enlace covalente, metálico ou iónico.

O silicio é un elemento químico non metálico situado no grupo 14 da táboa periódica dos elementos formando parte da familia dos carbonoideos. É o segundo elemento máis abundante na codia terrestre (27,7% en peso) despois do osíxeno. Preséntase en forma amorfa e cristalizada; o primeiro é un po pardo, máis activo cá variante cristalina, que se presenta en octaedros de cor azul grisalla e brillo metálico.

[editar] Características principais

As súas propiedades son intermedias entre as do carbono e do xermanio. En forma cristalina é moi duro e pouco soluble e presenta un brillo metálico e cor grisalla. Aínda que é un elemento relativamente inerte e resiste a acción da maioría dos ácidos, reacciona cos halóxenos e álcalis diluídos. O silicio transmite máis do 95% das lonxitudes de onda da radiación infravermella.

[editar] Aplicacións

Utilízase en aliaxes, na preparación das siliconas, na industria da cerámica técnica e, debido a que é un material semicondutor moi abundante, ten un interese especial na industria electrónica e microelectrónica como material básico para a creación de obleas ou chips que se poden implantar en transistores, pilas solares e unha gran variedade de circuítos electrónicos.

O silicio é un elemento vital en numerosas industrias. O dióxido de silicio (area e arxila) é un importante constituínte do formigón e os ladrillos, e emprégase na produción de cemento portland. Polas súas propiedades semicondutoras úsase na fabricación de transistores, células solares e todo tipo de dispositivos semicondutores; por esta razón coñécese como Silicon Valley (Val do Silicio) á rexión de California en que se concentran numerosas empresas do sector da electrónica e a informática.

Outros importantes usos do silicio son:

[editar] Historia

O silicio (do latín silex, sílice) foi identificado por primeira vez por Antoine Lavoisier en 1787, e posteriormente tomado como composto por Humphry Davy en 1800. En 1811 Gay-Lussac, e Louis Thenard probablemente, preparou silicio amorfo impuro quentando potasio con tetrafluoruro de silicio. En 1824 Berzelius preparou silicio amorfo empregando un método similar ao de Gay-Lussac, purificando despois o produto mediante lavados sucesivos ata illar o elemento.

[editar] Abundancia e obtención

O silicio é un dos compoñentes principais dos aerólitos, unha clase de meteoroides.

Medido en peso o silicio representa máis da cuarta parte da codia terrestre e é o segundo elemento máis abundante por detrás do osíxeno. O silicio non se atopa en estado nativo; area, seixo, ametista, ágata, pedernal, ópalo e xaspe son algunhas dos minerales en que aparece o óxido, mentres que formando silicatos atópase, entre outros, no granito, feldespato, arxila, hornblenda e mica.

O silicio comercial obtense a partir de sílice de alta pureza en forno de arco eléctrico reducindo o óxido con electrodos de carbono a temperatura superior a 1900 ºC:

SiO2 + C → Si + CO2

O silicio líquido acumúlase no fondo do forno de onde se extrae e se arrefría. O silicio producido por este proceso denomínase metalúrxico e ten unha pureza superior ao 99%. Para a construción de dispositivos semiconductores é necesario un silicio de maior pureza, silicio ultrapuro, que pode obterse por métodos físicos ou químicos.

Os métodos físicos de purificación do silicio metalúrxico baséanse na maior solubilidade das impurezas no silicio líquido, de forma que este se concentra nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método, usado de forma limitada para construír compoñentes de radar durante a Segunda Guerra Mundial, consiste en moer o silicio de forma que as impurezas se acumulen nas superficies dos grans; disolvendo estes parcialmente con ácido obtíñase un po máis puro. A fusión por zonas, o primeiro método usado a escala industrial, consiste en fundir un extremo da barra de silicio e trasladar lentamente o foco de calor ao longo da barra de modo que o silicio vai solidificando cunha pureza maior ao arrastrar a zona fundida gran parte das impurezas. O proceso pode repetirse as veces que sexa necesario ata lograr a pureza desexada bastando entón cortar o extremo final en que se acumularon as impurezas.

Os métodos químicos, usados actualmente, actúan sobre un composto de silicio que sexa máis doado de purificar descompoñéndoo trala purificación para obter o silicio. Os compostos comunmente usados son o triclorosilano (HSiCl3), o tetracloruro de silicio (SiCl4) e o silano (SiH4).

No proceso Siemens, as barras de silicio de alta pureza expóñense a 1150ºC ao triclorosilano, gas que se descompón depositando silicio adicional na barra segundo a seguinte reacción:

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

O silicio producido por este e outros métodos similares denomínase silicio policristalino e tipicamente ten unha fracción de impurezas de 0,001 ppm ou menor.

O método Dupont consiste en facer reaccionar tetracloruro de silicio a 950ºC con vapores de cinc moi puros:

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Este método, así a todo, está inzado de dificultades (o cloruro de cinc, subproducto da reacción, solidifica e obstrúe as liñas) polo que eventualmente se abandonou en favor do proceso Siemens.

Unha vez obtido o silicio ultrapuro é necesario obter un monocristal, para o que se utiliza o proceso Czochralski.

[editar] Isótopos

O silicio ten nove isótopos, con número másico entre 25 a 33. O isótopo mais abundante é o Si 28 cunha abundancia do 92.23%, o Si 29 ten unha abundancia do 4.67% e o Si 30 que ten unha abundancia do 3.1 todos eles son estables. O Si 32 é radioactivo, provén do decaemento do argon. O seu tempo de semivida é aproximadamente duns 276 anos. Padece un decaemento beta que o transforma en P-32 (que ten un período de semivida de 14.28 anos).

[editar] Precaucións

A inhalación do po de sílice cristalina pode provocar silicose

[editar] Referencias exteriores


BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 TEL:+886 4 24710048 / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolCarbide end millAerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drillHigh speed steelMilling cutterCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end millsMiniature end mills、Специальные режущие инструменты Пустотелое сверло ‘Pilot reamerFraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterNAS toolDIN toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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C

Si

Ge

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Serie química Metaloide
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Densidade, dureza Mohs 2330 kg/m³, 6,5
Aparencia Gris escuro cun ton azul

Propiedades atómicas
Peso atómico 28,0855 uma
Radio medio† 110 pm
Radio atómico calculado 111 pm
Radio covalente 111 pm
Radio de Van der Waals 210 pm
Configuración electrónica [[[neon|Ne]]]3s² 3p²
Estado de oxidación (óxido) 4 (anfótero)
Estrutura cristalina cúbica centrada nas caras
Propiedades físicas
Estado da materia sólido (non magnético)
Punto de fusión 1687 K
Punto de ebulición 3173 K
Entalpía de vaporización 384,22 kJ/mol
Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol
Presión de vapor 4,77 Pa a 1683 K
Velocidade do son __ m/s a __ K
Información diversa
Electronegatividade 1,90 (Pauling)
Calor específica 700 J/(kg*K)
Condutividade eléctrica 2,52 x 10-4 m-1·Ω-1
Condutividade térmica 148 W/(m*K)
potencial de ionización 786,5 kJ/mol
2° potencial de ionización 1577,1 kJ/mol
3° potencial de ionización 3231,6 kJ/mol
4° potencial de ionización 4355,5 kJ/mol
5° potencial de ionización 16091 kJ/mol
6° potencial de ionización 19805 kJ/mol
7° potencial de ionización 23780 kJ/mol
8° potencial de ionización 29287 kJ/mol
9° potencial de ionización 33878 kJ/mol
10° potencial de ionización 38726 kJ/mol
Isótopos máis estables
iso. AN vida media MD ED MeV PD
28Si 92,23% Si é estable con 14 neutróns
29Si 4,67% Si é estable con 15 neutrones
30Si 3,1% Si é estable con 16 neutrones
32Si {sen} 276 a ?- 0,224 32P
Valores no SI e condicións normais
(0 ºC e 1 atm), agás indicación en contra.
Calculado a partir de distintas lonxitudes
de enlace covalente, metálico ou iónico.

O silicio é un elemento químico non metálico situado no grupo 14 da táboa periódica dos elementos formando parte da familia dos carbonoideos. É o segundo elemento máis abundante na codia terrestre (27,7% en peso) despois do osíxeno. Preséntase en forma amorfa e cristalizada; o primeiro é un po pardo, máis activo cá variante cristalina, que se presenta en octaedros de cor azul grisalla e brillo metálico.

[editar] Características principais

As súas propiedades son intermedias entre as do carbono e do xermanio. En forma cristalina é moi duro e pouco soluble e presenta un brillo metálico e cor grisalla. Aínda que é un elemento relativamente inerte e resiste a acción da maioría dos ácidos, reacciona cos halóxenos e álcalis diluídos. O silicio transmite máis do 95% das lonxitudes de onda da radiación infravermella.

[editar] Aplicacións

Utilízase en aliaxes, na preparación das siliconas, na industria da cerámica técnica e, debido a que é un material semicondutor moi abundante, ten un interese especial na industria electrónica e microelectrónica como material básico para a creación de obleas ou chips que se poden implantar en transistores, pilas solares e unha gran variedade de circuítos electrónicos.

O silicio é un elemento vital en numerosas industrias. O dióxido de silicio (area e arxila) é un importante constituínte do formigón e os ladrillos, e emprégase na produción de cemento portland. Polas súas propiedades semicondutoras úsase na fabricación de transistores, células solares e todo tipo de dispositivos semicondutores; por esta razón coñécese como Silicon Valley (Val do Silicio) á rexión de California en que se concentran numerosas empresas do sector da electrónica e a informática.

Outros importantes usos do silicio son:

[editar] Historia

O silicio (do latín silex, sílice) foi identificado por primeira vez por Antoine Lavoisier en 1787, e posteriormente tomado como composto por Humphry Davy en 1800. En 1811 Gay-Lussac, e Louis Thenard probablemente, preparou silicio amorfo impuro quentando potasio con tetrafluoruro de silicio. En 1824 Berzelius preparou silicio amorfo empregando un método similar ao de Gay-Lussac, purificando despois o produto mediante lavados sucesivos ata illar o elemento.

[editar] Abundancia e obtención

O silicio é un dos compoñentes principais dos aerólitos, unha clase de meteoroides.

Medido en peso o silicio representa máis da cuarta parte da codia terrestre e é o segundo elemento máis abundante por detrás do osíxeno. O silicio non se atopa en estado nativo; area, seixo, ametista, ágata, pedernal, ópalo e xaspe son algunhas dos minerales en que aparece o óxido, mentres que formando silicatos atópase, entre outros, no granito, feldespato, arxila, hornblenda e mica.

O silicio comercial obtense a partir de sílice de alta pureza en forno de arco eléctrico reducindo o óxido con electrodos de carbono a temperatura superior a 1900 ºC:

SiO2 + C → Si + CO2

O silicio líquido acumúlase no fondo do forno de onde se extrae e se arrefría. O silicio producido por este proceso denomínase metalúrxico e ten unha pureza superior ao 99%. Para a construción de dispositivos semiconductores é necesario un silicio de maior pureza, silicio ultrapuro, que pode obterse por métodos físicos ou químicos.

Os métodos físicos de purificación do silicio metalúrxico baséanse na maior solubilidade das impurezas no silicio líquido, de forma que este se concentra nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método, usado de forma limitada para construír compoñentes de radar durante a Segunda Guerra Mundial, consiste en moer o silicio de forma que as impurezas se acumulen nas superficies dos grans; disolvendo estes parcialmente con ácido obtíñase un po máis puro. A fusión por zonas, o primeiro método usado a escala industrial, consiste en fundir un extremo da barra de silicio e trasladar lentamente o foco de calor ao longo da barra de modo que o silicio vai solidificando cunha pureza maior ao arrastrar a zona fundida gran parte das impurezas. O proceso pode repetirse as veces que sexa necesario ata lograr a pureza desexada bastando entón cortar o extremo final en que se acumularon as impurezas.

Os métodos químicos, usados actualmente, actúan sobre un composto de silicio que sexa máis doado de purificar descompoñéndoo trala purificación para obter o silicio. Os compostos comunmente usados son o triclorosilano (HSiCl3), o tetracloruro de silicio (SiCl4) e o silano (SiH4).

No proceso Siemens, as barras de silicio de alta pureza expóñense a 1150ºC ao triclorosilano, gas que se descompón depositando silicio adicional na barra segundo a seguinte reacción:

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

O silicio producido por este e outros métodos similares denomínase silicio policristalino e tipicamente ten unha fracción de impurezas de 0,001 ppm ou menor.

O método Dupont consiste en facer reaccionar tetracloruro de silicio a 950ºC con vapores de cinc moi puros:

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Este método, así a todo, está inzado de dificultades (o cloruro de cinc, subproducto da reacción, solidifica e obstrúe as liñas) polo que eventualmente se abandonou en favor do proceso Siemens.

Unha vez obtido o silicio ultrapuro é necesario obter un monocristal, para o que se utiliza o proceso Czochralski.

[editar] Isótopos

O silicio ten nove isótopos, con número másico entre 25 a 33. O isótopo mais abundante é o Si 28 cunha abundancia do 92.23%, o Si 29 ten unha abundancia do 4.67% e o Si 30 que ten unha abundancia do 3.1 todos eles son estables. O Si 32 é radioactivo, provén do decaemento do argon. O seu tempo de semivida é aproximadamente duns 276 anos. Padece un decaemento beta que o transforma en P-32 (que ten un período de semivida de 14.28 anos).

[editar] Precaucións

A inhalación do po de sílice cristalina pode provocar silicose

[editar] Referencias exteriores


BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 TEL:+886 4 24710048 / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolCarbide end millAerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drillHigh speed steelMilling cutterCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end millsMiniature end mills、Специальные режущие инструменты Пустотелое сверло ‘Pilot reamerFraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterNAS toolDIN toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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Silicium www.tool-tool.com

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Données v · d · m
Aluminium - Silicium - Phosphore
C
Si
Ge

Général
Nom, Symbole, Numéro Silicium, Si, 14
Série chimique métalloïde
Groupe, Période, Bloc 14, 3, p
Masse volumique 2330 kg/m3
Couleur Gris foncé
Propriétés atomiques
Masse atomique 28,0855 u
Rayon atomique (calc) 110 (111) pm
Rayon de covalence 111 pm
Rayon de van der Waals 210 pm
Configuration électronique [Ne] 3s2 3p2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 4
État(s) d'oxydation 4
Oxyde amphotère
Structure cristalline cubique face centrée
Propriétés physiques
État ordinaire solide diamagnétique
Température de fusion 1687 K
Température de vaporisation 3173 K
Énergie de fusion 50,55 kJ/mol
Énergie de vaporisation 384,22 kJ/mol
Volume molaire 12,06 ×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur 4,77 Pa
Vélocité du son ND m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,90
Chaleur massique 700 J/(kg·K)
Conductivité électrique 2,52 10-4 S/m
Conductivité thermique 148 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation 786,5 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation 1577,1 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation 3231,6 kJ/mol
4e potentiel d'ionisation 4355,5 kJ/mol
5e potentiel d'ionisation 16091 kJ/mol
6e potentiel d'ionisation 19805 kJ/mol
7e potentiel d'ionisation 23780 kJ/mol
8e potentiel d'ionisation 29287 kJ/mol
9e potentiel d'ionisation 33878 kJ/mol
10e potentiel d'ionisation 38726 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
28Si 92,23 % stable avec 14 neutrons
29Si 4,67 % stable avec 15 neutrons
30Si 3,1% stable avec 16 neutrons
32Si {syn} 172 ans β- 0,224 32P
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.

C'est l'élément le plus abondant sur la Terre après l'oxygène (27,6%). Il n'existe pas à l'état libre mais sous forme de composés : sous forme de dioxyde, la silice (dans le sable, le quartz, la cristobalite, etc . . .) ou de silicates (dans les feldspath, la kaolinite, etc).

Le nom dérive du latin silex, ce qui signifie cailloux ou silex.

Caractéristiques [modifier]

Les cristaux de silicium sont gris à noirs, en forme d'aiguille ou d'hexaèdres (forme cubique). La phase amorphe est une poudre marron foncée.
Le silicium est un conducteur d'électricité ; mais sa conductivité électrique est très inférieure à celle des métaux. Il est quasi insoluble dans l'eau. Il est attaqué par l'acide fluorhydrique (HF) ou un mélange acide fluorhydrique/acide nitrique (HNO3) en fonction de la phase. Le silicium présente des reflets métalliques bleutés, mais n'est pas du tout aussi ductile que les métaux.

Il existe trois isotopes naturels du silicium: 28Si (92,18%), 29Si(4,71%) et 30Si(3,12%). Il existe également des isotopes artificiels: 25Si, 26Si, 27Si, 31Si, 32Si.

Découverte [modifier]

Un des composés du silicium, la silice (dioxyde de silicium), était déjà connu dans l'Antiquité. La silice a été considérée comme élément par les alchimistes puis les chimistes. C'est un composé très abondant dans les minéraux.

Du silicium a été isolé pour la première fois en 1823 par Jöns Jacob Berzelius. Ce n'est qu'en 1854 que Henry Sainte-Claire Deville obtient du silicium cristallin.

Utilisations [modifier]

Alliages Aluminium-Silicium [modifier]

La principale utilisation du silicium en tant que corps simple est comme élément d'alliage avec l'aluminium. Les alliages Aluminium-Silicium (AS ou série 40000 suivant NF EN 1780-1) sont utilisés pour l'élaboration de pièces moulées, en particulier pour l'automobile (par exemple jantes en alliage) et l'aéronautique (par exemple éléments de moteurs électriques embarqués). Les alliages Aluminium-Silicium représentent à peu près 55 % de la consommation mondiale de silicium.

Pour plus de détails, voir l'article : alliages d'aluminium pour fonderie.

Silicones [modifier]

Une autre utilisation importante du silicium est la synthèse des silicones. Cette application représente à peu près 40 % de la consommation de silicium.

Semi-conducteur [modifier]

Le silicium est un élément de très grande importance de nos jours. Ses propriétés de semi-conducteur ont permis la création de la deuxième génération de transistors, puis les circuits intégrés (les « puces »). C'est aujourd'hui encore l'un des éléments essentiels pour l'électronique, notamment grâce à la capacité technologique actuelle permettant d'obtenir du silicium pur à plus de 99,99999% (tirage Czochralski, zone fondue flottante).

La magie de la lithographie sur silicium : les productions commerciales courantes (2007) de circuit intégré réalisent la prouesse d'une finesse de gravure de 45 nm sur des plaques de 30 cm (12 pouces, la taille d'un disque 33 tours). Ce qui permettrait de graver 600 millions de sillons (soit un disque de 20 millions de minutes, environ 40 ans de musique, ou bien de l'ordre de 20 milliards de chansons au format numérique Ogg Vorbis).

Photovoltaïque [modifier]

En tant que semi-conducteur, le silicium est aussi l'élément principal utilisé pour la fabrication de cellules solaires photovoltaïques. Celles-ci sont alors montées en panneaux solaires pour la génération d'électricité.

Composants mécaniques [modifier]

Le silicium présente à l'état pur des caractéristiques mécaniques élevées qui le font utiliser pour la réalisation de petites pièces destinées à certains micromécanismes et même à la fabrication de ressorts spiraux destinés à des montres mécaniques haut de gamme.

Composés [modifier]

  • La silice se trouve dans la nature sous forme compacte (galets, quartz filonien par exemple), ou sous forme de sable plus ou moins fin. On l'obtient aussi industriellement, sous forme pulvérulente. La silice a de nombreux usages.
    • le verre est fabriqué depuis des millénaires en faisant fondre du sable principalement composé de SiO2 avec du carbonate de calcium CaCO3 et du carbonate de sodium Na2CO3. Le verre peut être amélioré par différents additifs.
    • le sable de silice est un des composants des céramiques.
    • le quartz forme de superbes cristaux, est utilisé comme matériau transparent, plus résistant à la chaleur que le verre (ampoule de lampes halogène). Il est également beaucoup plus difficile à fondre et à travailler.
    • la silice intervient aux côtés du carbone dans la fabrication des pneumatique économes en énergie.
    • la silice très fine est utilisée comme constituant d'adjuvants pour les bétons à haute performance.
  • Le ferro-silicium, le silico-calcium, sont utilisés comme éléments d'addition dans l'élaboration de l'acier ou de la fonte.
  • Le carbure de silicium possède une structure cristalline analogue à celle du diamant ; sa dureté en est très proche. Il est utilisé comme abrasif ou sous forme céramique dans les outils d'usinage.
  • Le silicate de calcium CaSiO3 est un des composants des ciments.
  • Les silicones : ces polymères [(CH3)2SiO]n sont utilisés dans des mastics pour joint, des graisses résistantes à l'eau ou conductrices de la chaleur, les poudres lessivielles ou les shampoings conditionneurs, etc.
Il faut signaler, pour éviter une fréquente erreur de traduction depuis l'anglais, que l'anglais silicon signifie silicium, tandis que silicone correspond bien au silicone. De son côté, "silica" désigne la silice.

Dans la nature [modifier]

Minéraux [modifier]

Essentiellement présent sous forme minérale, le silicium est constitutif du sable de silice, résultat de la dégradation de roches comme le granit (composé de feldspath, de mica et de silice (quartz)).

Molécules organiques [modifier]

Le silicium se trouve dans certaines molécules organiques, comme les silanes — méthylsilanetriols, diméthylsilanediol —, les silatranes.

Biologie du silicium[1] [modifier]

Les diatomées, présentent dans le plancton, participent au cycle géochimique du silicium dans les mers, car elles extraient la silice pour former leurs membranes externes.

L'organisme humain contient entre 200 mg et 7 g de silicium, suivant les sources. Le silicium se retrouve dans tous les glycosaminoglycanes et polyuronides : chondroïtine sulfate, dermatan-sulfate, kératan-sulfate, héparan-sulfate et héparine. L’acide hyaluronique est la macromolécule la plus riche en silicium. Le silicium est aussi impliqué dans la synthèse du collagène (3 à 6 atomes de Si par chaîne alpha) et de l'élastine. Le silicium est un constituant important de la paroi artérielle. L'aorte se trouve être le tissu qui en contient le plus avec la peau et le thymus. Le taux de silicium dans ces tissus diminue avec l'âge dans des proportions très importantes (perte supérieure à 60-70 %).

Le silicium potentialiserait l'action du Zinc (Zn) et du Cuivre (Cu) et permettrait la fixation du Calcium (Ca). Les céréales et l'eau de boisson (dont la bière fabriquée à partir d'eau et de céréales) apportent naturellement la quantité suffisante (25 mg par jour) pour satisfaire les besoins (environ 5 mg/jour). L'Afssa (Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments) n'a pas défini d'apports nutritionnels conseillés pour le silicium car ils sont largement couverts par l'alimentation. Par abus, certains parlent de « silice organique ». Il semble que cette dénomination soit plutôt un procédé commercial dans le domaine des médecines parallèles.

L'hypothétique biochimie à base de silicium [modifier]

À la limite de la science et de la science-fiction, de multiples travaux[réf. nécessaire] visent à mettre en évidence la possibilité d'une toute autre forme de vie, basée non pas sur le carbone, mais sur le silicium. Ceci se base sur le fait que le silicium est non seulement [tétravalence|tétravalent]] comme le carbone, mais qu'il est suceptible de former des complexes penta- et hexa-coordinés chargés et stables. Ils pourraient avoir des propriétés catalytiques intéressantes qui ont peu été explorées dans les hypothèses exobiologiques. Il faut cependant noter que le silicium n'a qu'une faible capacité à former des liaisons multiples, puisque l'énergie de dissociation des liaisons π est beaucoup plus faible que celle des liaisons π impliquant le carbone [2].

La position médiane actuelle semble être négative, le silicium ne participant que peu à des réactions biologiques mais servant plutôt de support (enveloppes, squelettes, gels, ...).

Production industrielle du silicium par électrométallurgie [modifier]

Le silicium n'existe pas naturellement à l'état libre sur la terre ; mais il est très abondant sous une forme oxydée : silice, silicates.

Pour obtenir du silicium libre (parfois appelé improprement "silicium métal" pour le distinguer du ferrosilicium), il faut donc le réduire ; industriellement, cette réduction s'effectue par électrométallurgie, dans des fours électriques ouverts dont la puissance peut aller jusqu'à environ 30 MW. La réaction globale de principe (oxydo-réduction) est très simple :

SiO2 + C → Si + CO2

La réalité est plus complexe, avec des réactions intermédiaires conduisant par exemple à la formation de SiC, de SiO (instable).

En pratique, le silicium est introduit sous forme de morceaux de silice (galets, ou morceaux de quartz filonien), en mélange avec des réducteurs tels que le bois, le charbon de bois, la houille, le coke de pétrole. Compte tenu des exigences de pureté des applications finales, la silice doit être relativement pure (faible teneur en oxyde de fer en particulier), et les réducteurs soigneusement choisis (houille lavée par exemple).

Le mélange est déversé dans un creuset de plusieurs mètres de diamètre, où plongent des électrodes cylindriques en carbone (trois le plus souvent) qui apportent la puissance électrique et permettent d'atteindre les très hautes températures dont les réactions recherchées ont besoin (autour de 3000°C dans la région de l'arc électrique, à la pointe des électrodes).

Le silicium obtenu est recueilli dans des "poches", à l'état liquide, grâce à des orifices pratiqués dans le creuset.

Il est ensuite affiné dans ces poches, par injection d'air pour oxyder l'aluminium et le calcium.

Puis il est séparé du "laitier" (oxydes produits au cours des différentes étapes du procédé et entraînés avec le silicium) avant d'être solidifié :

  • soit par coulée en lingotières ou sur une surface plane,
  • soit par granulation à l'eau (le silicium liquide est alors versé dans de l'eau et les gouttes de silicium se solidifient en petits granules : opération relativement délicate).

Les réactions intermédiaires conduisant à la réduction du silicium produisent aussi une très fine poussière de silice amorphe, qui est entraînée par les gaz chauds (essentiellement air et dioxyde de carbone) émis par le four ; dans les pays développés, ces gaz sont filtrés pour recueillir la poussière de silice amorphe, qui est utilisée comme élément d'addition dans les bétons à haute performance.

Selon les applications, le silicium est utilisé sous forme de morceaux (production des alliages aluminium-silicium) ou sous forme de poudre obtenue par broyage (production des silicones).

Le silicium pour électronique est obtenu à partir du silicium électrométallurgique, mais nécessite une étape chimique (purification réalisée sur des silanes) puis un ensemble de purifications physiques, avant le tirage des monocristaux.


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