هل تعلم أن السيليكون، بعد الأكسجين، هو العنصر الكيميائي الأكثر وفرة في القشرة الأرضية؟ ومع ذلك، فهو غير موجود في حالته النقية. بل يتم توزيعها على شكل رمل وغبار وكواكب وكواكب، بالإضافة إلى هياكل أو سيليكات مختلفة. انظر إلى أصله ومن اكتشفه وما هي خصائصه وكيف نحصل عليه.
ما هو السيليكون؟
وهو عنصر كيميائي شبه معدني أو شبه معدني، يقع في المجموعة 14 من الجدول الدوري. ويظهر بشكل متبلور وغير متبلور، الأول رمادي اللون والثاني على شكل مسحوق بني. أنه يحتوي على القليل من الجمود، وهذا يعني أنه غير نشط نسبيا. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم الأحماض لا تغيره. ومن ناحية أخرى، فهو موجود في بنية الكائنات الحية في شكل معدني.
رمز السيليكون
Si رمز العنصر الكيميائي للسيليكون هو Si، وهو رمز يأتي من كلمة silicis أو الصوان في اللاتينية. المصطلح يعني الصوان، وهو اسم يطلق على أدوات وأسلحة ما قبل التاريخ المصنوعة من مركبات مختلفة من العنصر.
خصائص السيليكون
يقدم هيكلها خصائص وسيطة، أي بين المعادن وغير المعادن. عموما مركباته رباعية التكافؤ، على الرغم من وجود حالات ثنائية التكافؤ. سلوكها الكيميائي إيجابي كهربائيا. اكتشف الميزات الأخرى:
- اللون : يقدم لونًا لامعًا رماديًا معدنيًا.
- حالة التجميع: صلبة.
- المظهر: صلب، بلوري، هش، ويشبه المجسم الثماني.
- الشكل: له شكلان متآصلان، البلوري المعدني والمسحوق.
- السلك الموصل: وهو سلك رديء التوصيل للكهرباء.
- الصلادة : تبلغ صلابتها 7 حسب مقياس موس.
- المركبات : تستخدم مركباتها البين فلزية كأعضاء سبائك في معادن مختلفة.
- القابلية للطرق : ليست عنصراً قابلاً للطرق.
- الذوبان : قابل للذوبان قليلا.
- قدرة النقل: أكثر من 95% من الأطوال الموجية أو الفترات المكانية للأشعة تحت الحمراء.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للسيليكون
- العدد الذري: 14
- المجموعة: 14
- الفترة: 3
- كتلة: ص
- الوزن الذري: 28,085
- الكثافة: 2330 كجم/م3
- الحالة الصلبة
- الصدأ: مذبذب
- حالات الأكسدة: +4
- نقطة الانصهار (درجة مئوية): 1414
- نقطة الغليان (درجة مئوية): 3265
- الحرارة النوعية: 700 جول/(ك-كجم)
- السالبية الكهربية: 1.9
- متوسط الراديو: 120 ساعة
- نصف القطر التساهمي: 231 ساعة
- نصف القطر الذري: 11:00 مساءً
- الإلكترونات لكل قذيفة: 2، 8، 4
- التكوين الإلكتروني: [Ne]3 s2 3p2
أصل السيليكون
وقد اكتشفه أنطوان لافوازييه لأول مرة عام 1787، لكن السويدي يونس جاكوب بيرزيليوس هو من اكتشف السيليكون عام 1823، في شكل نقي ومعزول. قام هذا الكيميائي بصنع السيليكون غير المتبلور بعد تسخين البوتاسيوم المعدني مع رباعي فلوريد السيليكون. ومع ذلك، في عام 1811، تم بالفعل اكتشاف هذا العنصر الكيميائي في شكل غير متبلور وغير نقي. ووفقا للتاريخ، تم تنفيذ هذا العمل من قبل الفرنسيين جاي لوساك ولويس جاك ثينارد.
ما هو استخدام السيليكون؟
ويستخدم الإنسان هذا العنصر الكيميائي باستمرار وبكثرة لأنه مفيد واقتصادي. على سبيل المثال، إحدى وظائف السيليكون هي دوره في صناعة الطوب والخرسانة والمينا والسيراميك، من بين منتجات البناء الأخرى. كما يتم استخدامه أثناء إنتاج الفولاذ وأنواع مختلفة من الزجاج.
وتشمل التطبيقات الأخرى تشكيل نوع من العناصر التي تشكل الخلايا الشمسية، والترانزستورات، والمقومات، وغيرها من الأجهزة المستخدمة في تكنولوجيا الفضاء وصناعة الإلكترونيات، مثل الرقائق. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام السيليكون في صناعة مواد التشحيم والألعاب والأفلام المقاومة للماء وغرسات الجراحة التجميلية.
كيف يتم الحصول على السيليكون؟
يمكن الحصول عليه عن طريق الألومنيوم الحراري من أكسيد السيليكون بينما يتم معالجته بحمض الهيدروكلوريك. هناك طريقة أخرى وهي اختزال السيليكا باستخدام كربيد الكالسيوم، أو الكربون، في فرن القوس الكهربائي المملوء بأقطاب الكربون.
وكذلك نستخدم اختزال رابع كلوريد السيليكون مع عنصر الهيدروجين للحصول عليه بطريقة نقية. وأخيرًا، يتم الحصول على السيليكون عالي النقاء من خلال الاختزال الحراري لثلاثي كلوروسيلان، والذي يسمى بعملية سيمنز. يتم الحصول على النقاء الفائق بفضل الغلاف الجوي الهيدروجيني الموجود في غرف مفرغة هائلة.
السيليكون والبيولوجيا
وعلى الرغم من سهولة العثور عليه على شكل سيليكات، وهي معادن مكونة من السيليكون والأكسجين، إلا أن القليل من الكائنات الحية تستخدمه بشكل مباشر. في الواقع، يستخدم علماء الأشعة والدياتومات والإسفنج الزجاجي السيليكا الحيوية في بناء هيكلهم العظمي. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج بعض النباتات إلى هذا العنصر لتغذيتها ونموها، مثل الأرز.
الآثار الصحية للسيليكون
يمكن أن يكون لهذا العنصر آثار جانبية على الرئتين والتنفس، والتي يمكن أن تسبب داء السحار السيليسي. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يسبب تهيج الجلد والعينين، مما يؤدي إلى الدمع والاحمرار والتقشر والحكة. تربط دراسات مختلفة سرطان الرئة وأمراض الكلى والالتهابات الفطرية بالتعرض المستمر للسيليكون.
في الختام، يتم استخدام هذا العنصر الكيميائي من النوع المعدني عند إنشاء منتجات البناء، على سبيل المثال الطوب والسيراميك والمينا وغيرها. كما أنه يستخدم في الصناعات الإلكترونية والفضاء ومستحضرات التجميل، لتصنيع مواد التشحيم والعدسات اللاصقة أو زراعة الثدي.