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O silício (latim: silex, sílex ou "pedra
dura") 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 componentes 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.
Características principais
Suas propriedades são intermediárias entre as do carbono
e o germânio. Na forma cristalina é muito duro e pouco
solúvel, apresentando um brilho metálico e uma coloração
grisácea. É um elemento relativamente inerte e
resistente à ação da maioria dos ácidos; reage com os
halogênios e álcalis. O silício transmite mais de 95%
dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas.
Aplicações
Circuito integrado 555 em silícioÉ 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 transistores para
chips, células solares e em diversas variedades de
circuitos 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.
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.
Outros importantes usos do silício são:
Como carga em materiais de revestimento e compósitos de
cimento, como cerâmicas.
Como elemento de liga em fundições.
Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes,
entre outros usos.
O carboneto de silício é um dos abrasivos mais
importantes.
Se usa em lasers para a obtenção de luz com um
comprimento de onda de 456 nm.
O sílicio é um dos componentes do polímero silicone.
Na fabricação dos diodos e diversos componentes
eletrônicos.
Fotônica em Silício
Atualmente, o sílicio também é utilizado para fabricação
de guias de onda ópticos. Devido ao seu alto índice
refração (n=3.5 no infravermelho), o fenômeno de
reflexão interna total pode ocorrer quando o silício
esta imerso em óxido de silício (silica). Esta
propriedade é muito conveniente porque esta combinação
de materiais, silício e silica, é a mesma utilizada para
produzir transistores na indústria eletrônica. Isto
torna a fotônica em silício compatível com a plataforma
CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor). Esta
compatibilidade permitiria a integração direta dos
elementos fotônicos (lasers, fotodiodos, moduladores)
com os eletrônicos (amplificadores, transistores, etc).
O sucesso desta integração poderia ter grande impacto na
indústria de telecomunicações e computadores.
História
O silício ( do latím silex, sílica ) foi identificado
pela primeira vez 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; quartzo, ametista, ágata,
sílex, opala e jaspe são alguns materiais naturais 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
°C:
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 silício 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 depois 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
desejada cortando-se, então, o extremo final onde se
acumulou as impurezas.
Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um
composto de silício que seja mais fácil de purificar
decompondo-se após a purificação para obter o silício.
Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl3),
o tetracloreto de silício (SiCl4) e o silano (SiH4).
No processo Siemens , as barras de silício de alta
pureza são expostas a 1150 °C ao triclorosilano, gás que
se decompõem depositando silício 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 silício policristalino .
O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de
silício a 950 °C com vapores de zinco muito puros:
SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2
Este método, entretanto, está repleto de dificuldades (o
cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e e
leva à obstrução das linhas de produção) por isso
abandonado em favor do método Siemens.
Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se
o monocristal utilizando-se para tal o método
Czochralski.
Isós
O silício tem nove isós 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 seco de silício cristalino pode
provocar a silicose.
Informações gerais
Nome, símbolo, número Silício, Si, 14
Série química semimetais
Grupo, período, bloco 14 (IVA), 3, p
Densidade, dureza 2330 kg/m3, 6,5
Aparência cinza azulado escuro
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica 28,0855(3) u
Raio atómico (calculado) 111 pm
Raio covalente 111 pm
Raio de Van der Waals 210 pm
Configuração electrónica [Ne] 3s2 3p2
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 4
Estado(s) de oxidação
Óxido
Estrutura cristalina Cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1687 K
Ponto de ebulição 3538 K
Entalpia de fusão 50,55 kJ/mol
Entalpia de vaporização 384,22 kJ/mol
Temperatura crítica K
Pressão crítica Pa
Volume molar m3/mol
Pressão de vapor
Velocidade do som 8433 m/s a 20 °C
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,90
Calor específico 700 J/(kg·K)
Condutividade elétrica S/m
Condutividade térmica 148 W/(m·K)
1º Potencial de ionização 786,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1577,1 kJ/mol
3º Potencial de ionização 3231,6 kJ/mol
4º Potencial de ionização - kJ/mol
5º Potencial de ionização - kJ/mol
6º Potencial de ionização - kJ/mol
7º Potencial de ionização kJ/mol
8º Potencial de ionização kJ/mol
9º Potencial de ionização kJ/mol
10º Potencial de ionização kJ/mol
Isós mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
28Si 92,23% estável com 14 neutrões
29Si 4,67% estável, com 15 neutrões
30Si 3,1% estável, com 16 neutrões
32Si sintético
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
Referências
Enciclopedia Libre
Los Alamos National Laboratory - Silicio
WebElements.com - Silicio
EnvironmentalChemistry.com - Silicio
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