Силиций

14 Алуминий ← Силиций → Фосфор C ↑ Si ↓ Ge Периодична система
Външен вид
тъмно сив неметал
Общи данни
Име, символ, №	Силиций, Si, 14
Химическа серия	Металоид
Група, период, блок	14, 3, p
Свойства на атома
Атомна маса	28,0855 g/mol u
Атомен радиус (calc)	110 (111) pm
Ковалентен радиус	111 pm
Радиус на ван дер Ваалс	210 pm
Електронна конфигурация	[Ne] 3s23p2
e- на енергийно ниво	2, 8, 4
Оксидационни с-ния (оксид)	4 (киселина)
Кристална структура	кубична
Физични свойства
Агрегатно състояние	Твърдо вещество
Плътност	2330 kg/m³
Температура на топене	1687 K (1414 °C)
Температура на кипене	3173 K (3265 °C)
Моларен обем	12,06×10-6 m³/mol
Специф. топлина на топене	50,55 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	384,22 kJ/mol
Скорост на звука	... m/s при ... K
Други
Електроотрицателност	1,90 (скала на Полинг)
Специф. топлинен капацитет	700 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост	2,52×10-4 S/m
Топлопроводимост	148 W/(m·K)
Йонизационен потенциал	786,5 kJ/mol

Силиций (на латински:Silicium), Si е химичен елемент от 4А група, 3 период. Има пореден номер Z=14 и атомна маса 28,0855 (средно).

Силицият е вторият по разпространение химичен елемент в Земната кората след кислорода. Той не съществува в свободно състояние, а под формата на силициев диоксид (в пясъка, кварц) или като силикат (каолин).

Името му произлиза от латинските думи silex, silicis и означава кремък.

История

Силицият бил познат още в древността под формата на кремък и бил изолиран за първи път в чиста форма от Берцелиус през 1823 г.

Изотопи

Съществуват три естествени изотопа на силиция ²⁸Si (92,18%), ²⁹Si (4,71%) и ³⁰Si (3,12%) и няколко получени по изкуствен път ²⁵Si, ²⁶Si, ²⁷Si, ³¹Si, ³²Si

Свойства

Физични свойства

Нанокристален силиций

Силицият в чист вид, при нормална температура, е твърдо вещество с кристална структура, със сиво-черен цвят и метален блясък. В тази форма в природата се среща рядко — като кристали в златната руда и във вулканичните изпарения. Елементът е разпространен на Земята най-често като силициев диоксид (SiO₂) под формата на кварц или кремък (основна съставна част на пясъка). Има температура на топене 1414°C, температура на кипене 3265°C и плътност 2330 kg/m³. Не се разтваря във вода. Силицият е полупроводник, има отрицателен температурен коефециент на съпротивлението. Единичен кристал силиций притежава пиезорезистивен ефект, а кварцовите кристали - пиезоелектричен ефект.

Химични свойства

Силицият е сравнително инертен към киселини — не взаимодейства, освен със смес от азотна (HNO₃) и флуороводородна киселина (HF). Взаимодейства с основи и халогени

Взаимодействие с въздуха

Повърхността на кристалите на силиция са покрити от тънък слой силициев диоксид (SiO₂), което не позволява на останалата част от атомите, които се намират под този слой, да реагират с въздуха при температури до 900°C. При по-високи температури се получава реакция с кислорода и се образува силициев диоксид, а при температури над 1400°C силицият реагира с азота във въздуха и образува силициевите нитриди SiN и Si₃N₄.

Si + O₂ → SiO₂

2Si + N₂ → 2SiN

3Si + 2N₂ → Si₃N₄

Взаимодействие с халогенни елементи

Силицият взаимодейства енергично с халогенните елементи и образува силициеви тетрахалогениди. Реакцията с флуора протича при нормална температура, докато с други халогенни елементи е необходимо температура над 300°C

Si + 2F₂ → SiF₄ (силициев тетрафлуорид)

Si + 2Cl₂ → SiCl₄ (силициев тетрахлорид)

Si + 2Br₂ → SiBr₄ (силициев тетрабромид)

Si + 2I₂ → SiI₄ (силициев тетрайодид)

Взаимодействие с киселини

Силицият не реагира с повечето киселини при нормални условия. Изключение прави флуороводорода и азотната киселина

Si + 6HF → [SiF₆]^2- + 2H⁺ + 2H₂

Взаимодействие с основи

Si(s) + 4NaOH → [SiO4]^4- + 4Na⁺ + 2H₂

Разпространение и употреба

Основен материал в съвременната електроника (производство на транзистори и интегрални схеми). Използва се също за производство на слънчеви батерии. Кварцът служи за направа на кварцови резонатори.