Silício
Keywords: Silício, 1787, 1800, 1811, 1823, 1824, Abundância natural, Alumínio, Ametista, Antoine Lavoisier
right|thumb|210 px|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 componente 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.
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| Geral | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| 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 Imagem:Si14-thumb.jpg | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||||||||||
| massa atómica | 28,0855 u | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio médio† | 110 picómetro | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio atómico calculado | 111 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio covalente | 111 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio de van der Waals | 210 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuração electrónica | [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 | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Unidades SI e CNPT exceto onde indicado o contrário | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Conteúdo |
Características principais
Suas propriedades são intemediárias entre as do carbono e o germânio. Na forma cristalina é muito duro e pouco solúvel, apresentando um brilho metálico e uma coloração grisácea. È um elemento relativamente inerte resistente a ação da maioria dos ácidos; reage com os halogênios e alcalis diluidos. O silício transmite mais de 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas.
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 chips para transistores, pilhas solares e, em diversas variedades de circuitos eletrônicos.
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. Por suas propriedades semicondutoras o silício é empregado para a produção de todos os circuitos e dispositivos eletro-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.
Outros importantes usos do silicio são:
- Como material refratário, sendo usado em cerâmicas e esmaltados.
- Como elemento de liga em fundições.
- Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes, entre outros usos.
- O carboneto de silicio 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 seios e produção de lentes de contato.
História
O silicio ( do latím silex, sílica ) foi identificado pela primeira ves 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.
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 sílicio 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 depos 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 desjada cortando-se, então, o extremo final onde se acumulou as impurezas.
Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silicio que seja mais fácil de purificar decompondo-se após a puruficação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl3), o tetracloreto de silicio (SiCl4) e o silano (SiH4).
No proceso Siemens , as barras de silicio de alta pureza são expostas a 1150ºC ao triclorosilano, gás que se decompõem depositando silicio 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 silicio policristalino .
O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silicio a 950ºC com vapores de zinco muito puros:
- SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2
Este método, entretanto, está repleto de dificultades ( o cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e obstrui as línhas de produção ) por isso abandonado em favor do método Siemens.
Uma vez obtido o silicio ultrapuro é necesário obter-se o monocristal utilizando-se para tal o método Czochralski.
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.
Precauções
A inalação de pó de silício cristalino pode provocar a silicose.
Referências
- Enciclopedia Libre
- Los Alamos National Laboratory - Silicio
- WebElements.com - Silicio
- EnvironmentalChemistry.com - Silicio
- http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
Categoria:elementos químicos