Silicio

Il silicio è un semimetallo appartenente al terzo periodo del Gruppo 14 (o IVA) della Tavola periodica insieme a carbonio, germanio, stagno e piombo. La configurazione elettronica del silicio è: 1s2,2s2,2p6,3s2,3p2 che presenta numeri di ossidazione +4, +3, +2, +1, -1, -2, -3 e -4 sebbene i numeri di ossidazione più comuni siano +4 e -4.

Il silicio, che non viene rinvenuto a livello elementare, costituisce un componente di molti minerali ed è pertanto il secondo elemento, dopo l’ossigeno, più abbondante sulla crosta terrestre dove lo si può rinvenire nell’argilla, nel feldspato, granito, quarzo sotto forma di biossido di silicio, silicati e alluminosilicati. Il biossido di silicio SiO2 detto silice è il costituente della selce materiale di base delle tecnologie preistoriche di lavorazione della pietra.

Viene utilizzato per ottenere cemento, materiali refrattari, vetro e mattoni. Il carburo di silicio è utilizzato come abrasivo. I silicati che presentano lo ione a struttura tetraedrica e formula SiO44- hanno gli utilizzi più svariati per la loro capacità di impermeabilizzazione, resistenza agli attacchi chimici, capacità di consolidare ed indurire materiali resistenti al fuoco.

Il silicato di sodio è noto come water glass poiché pur avendo l’aspetto di un vetro si scioglie in acqua formando soluzioni viscose ed alcaline. Esso viene utilizzato nella produzione di saponi, adesivi, insetticidi, nell’industria tessile per il candeggio o la tintura del cotone, in edilizia come ignifugo e come accelerante per il calcestruzzo proiettato, come agente protettivo per le pitture murali.

Il tetracloruro di silicio è usato per creare schermi di fumo che per reazione con i reattivi di Grignard dà luogo alla formazione dei siliconi che presentano una molteplice varietà di forme e utilizzo. Inerti, resistenti al calore, sono usati come sigillanti, adesivi, lubrificanti, in applicazioni mediche, utensili da cucina e quali materiali isolanti.

Il silicio in forma amorfa fu isolato dal chimico svedese Jöns Jacob Berzelius nel 1824 riducendo l’esafluorosilcato di potassio K2SiF6 in presenza di potassio fuso mentre il silicio in forma cristallina fu ottenuto da Deville nel 1854.

Il silicio in forma amorfa appare come una polvere di colore marrone mentre quello in forma cristallina ha un aspetto metallico e un colore grigio.

Il silicio monocristallino viene ottenuto tramite il processo Czochralski così chiamato in onore del chimico polacco che lo mise a punto nel 1916 nell’ambito dei suoi studi sulla cristallizzazione dei metalli.

Tali cristalli, quando vengono dopati con boro, gallio, germanio, fosforo o arsenico vengono usati quali semiconduttori e utilizzati in una serie di dispositivi quali diodi, transistor, celle solari, microchips.

Un semiconduttore a base di silicio ad alto grado di purezza viene ottenuto fondendo il silicio in un crogiuolo abitualmente di quarzo alla temperatura di 1425°C ed aggiungendo l’elemento dopante in modo da ottenere semiconduttori di tipo n e di tipo p.

Il termine Silicon Valley fu coniato nel 1971 per indicare la Contea di Santa Clare in California in cui vi era una forte concentrazione di industrie di semiconduttori e microchip che funsero da polo attrattore per l’’insediamento di aziende di computer e produttori di software.

Il silicio tende a ricoprirsi di un sottile strato di biossido di silicio che lo rende relativamente inerte a reazioni chimiche con l’acqua. A temperature superiori ai 1400°C reagisce con l’azoto per dare il nitruro di silicio.

Il silicio reagisce con gli alogeni per dare tetralogenuri: la reazione con il fluoro avviene a temperatura ambiente mentre la reazione con gli altri alogeni avviene a temperature superiori ai 300°C.

Il silicio non reagisce con gli acidi in condizioni normali ma reagisce con l’acido fluoridrico per dare il fluorosilicato:

Si(s) + 6 HF)aq) → SiF62-(aq) + 2 H+(aq) + 2 H2(g)

mentre reagisce con le basi come NaOH per dare silicati:

Si(s) + 4 NaOH(aq) → SiO44-(aq) + 4 Na+(aq) + 2 H2(g)

Una classe di composti del silicio sono i silani, analoghi agli alcani, in cui il carbonio viene sostituito dal silicio e hanno formula generale SinH2n+2.

I silani hanno molte applicazioni in campo industriale come, ad esempio, agenti di accoppiamento per far aderire le fibre di vetro alla matrice di un polimero o per proteggere le superfici degli edifici e in campo medico per accoppiare uno strato biologicamente inerte su una protesi di titanio.

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Author: Chimicamo

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