Silício

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Silício

  1. 1. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 1/7SilícioAlumínio ← Silício → FósforoC14Si↑Si↓GeTabela completa • Tabela estendidaAparênciacinza azulado escuroSilício policristalinoLinhas espectrais do silícioInformações geraisNome, símbolo, número Silício, Si, 14Série química semimetaisGrupo, período, bloco 14 (IVA), 3, pDensidade, dureza 2330 kg/m , 6,5Propriedade atómicasMassa atômica 28,0855(3) uRaio atómico (calculado) 111 pmRaio covalente 111 pmRaio de Van der Waals 210 pmConfiguração electrónica [Ne] 3s 3pElétrons (por nível de energia) 2, 8, 4 (ver imagem)Estado(s) de oxidação+3, 1 (óxidoanfótero)Estrutura cristalina cúbico de facescentradasPropriedades físicasSilícioOrigem: Wikipédia, a enciclopédia livre.O silício (latim: silex, sílex ou "pedra dura") é um elementoquímico de símbolo Si de número atômico 14 (14 prótonse 14 elétrons) com massa atómica igual a 28 u. Àtemperatura ambiente, o silício encontra-se no estadosólido. Foi descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823.O silício é o segundo elemento mais abundante na crostaterrestre, perfazendo mais de 28% de sua massa. Aparecena argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmentena forma de dióxido de silício (também conhecido comosílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênio emetais). O silício é o principal componente do vidro,cimento, cerâmica, da maioria dos componentessemicondutores e dos silicones, que são substânciasplásticas muitas vezes confundidas com o silício.Pertence ao grupo 14 ( IVA ) da Classificação Periódicados Elementos. Se apresenta na forma amorfa e cristalina;o primeiro na forma de um pó pardo mais reativo que avariante cristalina, que se apresenta na forma octaédrica decoloração azul grisáceo e brilho metálico.Índice1 História2 Características principais3 Ocorrência na natureza4 Aplicações4.1 Piezeletricidade4.2 Células fotoelétricas5 Materiais de construção e cerâmica6 Aerogel7 Fotônica em Silício8 Abundância e obtenção9 Halogenetos de silício10 Isótopos11 Papel biológico12 Precauções13 ReferênciasHistória32 21
  2. 2. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 2/7Estado da matéria sólidoPonto de fusão 1687 KPonto de ebulição 3538 KEntalpia de fusão 50,55 kJ/molEntalpia de vaporização 384,22 kJ/molVelocidade do som 8433 m/s a 20 °CDiversosEletronegatividade (Pauling) 1,90Calor específico 700 J/(kg·K)Condutividade térmica 148 W/(m·K)1º Potencial de ionização 786,5 kJ/mol2º Potencial de ionização 1577,1 kJ/mol3º Potencial de ionização 3231,6 kJ/molIsótopos mais estáveisiso AN Meia-vida MDEdPDMeVSi 92,23%estável com 14neutrõesSi 4,67% estável, com 15neutrõesSi 3,1% estável, com 16neutrõesSi sintéticoUnidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.Silicio com 99% de pureza.O silício ( do latím silex, sílica ) foi identificado pelaprimeira vez por Antoine Lavoisier em 1787 eposteriormente considerado como elemento por HumphryDavy em 1800.Em 1811 Joseph-Louis Gay-Lussac e Louis JacquesThénard provavelmente prepararam silício amorfo impuroaquecendo potássio com tetracloreto de silício. Em 1824Jöns Jacob Berzelius preparou silício amorfo empregandoum método similar ao de Gay-Lussac, purificando depois oproduto obtido com lavagens sucessivas até isolar oelemento.Existe uma região na Califórnia chamada vale do Silício,onde se concentra varias empresas do ramo de produçãoindustrial de semicondutores de Silício. O nome da região euma homenagem ao elemento responsável por grande parteda produção mundial de circuitos eletrônicos.Características principaisSuas propriedades são intermediárias entre as do carbonoe o germânio. Na forma cristalina é muito duro e poucosolúvel, apresentando um brilho metálico e uma coloraçãogrisácea. É um elemento relativamente inerte e resistente àação da maioria dos ácidos; reage com os halogênios eálcalis. O silício transmite mais de 95% dos comprimentosde onda das radiações infravermelhas.Ocorrência na naturezaApenas os compostos de silício podem ser encontrados na natureza. Osilício é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre; 26 a28% da crosta terrestre é composto de silício. Em abundância na crostaterrestre o silício fica atrás apenas do oxigênio, que compõe quase ametade de toda a crosta. Na água do mar, a sua concentração érelativamente baixa, com apenas 3 mg de silício por litro. Pode-seencontrar no espaço um átomo de silício para cada 30 000 átomos dehidrogênioO silício é um componente essencial da grande maioria das rochas que formam a crosta terrestre. Arenitos,argila e granito são exemplos de rochas que contém compostos de silício. Entre os compostos silicosossignificativamente presentes na argila, formada basicamente por feldspato, são a ortoclase (KAlSi O ) e aplagioclase ((Na, Ca)Al Si ). O quartzo (SiO - silica) pode apresentar diferentes cores de acordo com apresença de pequenas quantidades de elementos estranhos. A sílica quase pura é conhecida como quartzo ousimplesmente cristal. Os quartzos de cor púrpura ou lilás são conhecidos como ametista, os cristais decoloração amarela são conhecidos como citrinos.A opala, silica amorfa hidratada, é encontrada em várias cores. Atualmente, as maiores quantidades de opala seencontram nas minas da Austrália e América Central, incluindo o México. Na Eslováquia, encontra-se opalanas minas próximas a Prešov (Dubník). O silício é particularmente importante como o bloco de construção de282930323 81-2 2 2
  3. 3. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 3/7Ametista, variedade púrpura ou lilás doquartzo, que é formado por óxido de silícioCircuito integrado 555 em silício Alto-falante piezelétricoalgas unicelulares (diatomáceas).AplicaçõesUtilizado para a produção de ligas metálicas, na preparação de silicones, na indústria cerâmica e, por ser ummaterial semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica emicroeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversasvariedades de circuitos eletrônicos. Por esta razão é conhecida como Vale do silício a região da Califórnia(Estados Unidos) onde estão concentrados numerosas empresas do setor de eletrônica e informática.O silício é um elemento vital em numerosas indústrias. O dióxidode silício, areia e argila são importantes constituintes do concretoarmado e azulejos ( ladrilhos ), sendo empregadas na produçãodo cimento Portland.Outros importantes usos do silício são:Como carga em materiais de revestimento e compósitos decimento, como cerâmicas.Como elemento de liga em fundições.Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes, entreoutros usos.O carboneto de silício é um dos abrasivos mais importantes.Usa-se em lasers para a obtenção de luz com um comprimentode onda de 456 nm.O silício é um dos componentes do polímero silicone.Na fabricação dos diodos e diversos componentes eletrônicos.PiezeletricidadeOs cristais de quartzo tambémpossuem uma propriedadeespecial chamada depiezeletricidade. Essacaracterística consiste emtransformar energia mecânicadiretamente em energia elétrica,e vice-versa.Suas aplicações variam desdealto-falantes piezelétricos, agulhapara toca-discos e cristais osciladores para circuitos eletrônicos quetrabalham com freqüências.Células fotoelétricasO uso de silício nos painéis solares tem aumentado muito no século XXI devido a preocupação mundial com oaquecimento global. O uso de células fotoelétricas para a obtenção de eletricidade aproveita um recursoinesgotável, a energia solar. A primeira geração de células fotovoltaicas é constituída pelas células de silíciocristalino. As células consistem de uma lâmina de silício na qual é formada uma junção p-n díodo de junção,
  4. 4. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 4/7Cristal osciladorCelula fotovoltaica de silicioPaineis solares em forma deárvorecapaz de gerar energia elétrica utilizável apartir de fontes de luz com comprimentosde onda da luz solar.A primeira geração de células constitui atecnologia dominante em termos deprodução comercial, representando maisde 80% do mercado mundial. O efeitofotovoltaico foi descoberto pela primeiravez em 1839 por Edmond Becquerel.Entretanto, só após 1883 que as primeirascélulas fotoelétricas foram construídas, por Charles Fritts, que cobriu oselênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro demodo a formar junções.Ao conjunto de células fotoelétricas chama-se placa fotovoltaica, cujo uso hoje é bastante comum em lugaresafastados da rede elétrica convencional. Existem placas de várias potências e tensões diferentes para os maisdiversos usos. Em residências rurais, algumas empresas concessionárias de distribuição usam placas de 75 Wde pico e 12 V para acumular energia em baterias de 100 Ah. Este sistema fotovoltaico gera energia suficientepara iluminar uma residência com 3 lâmpadas de 9 W e uma tomada para rádio ou TV de 6".Os painéis solares baseados em silício não são os mais eficientes. Omelhor material para tal é composto de arsenieto de gálio. Porém, osilício é muito mais viável economicamente, já que o gálio é um elementomuito escasso na Terra.Materiais de construção e cerâmicaA maior parte dos materiais de construção empregam minerais quecontém silício em sua composição. A cerâmica mais valiosa que existeatualmente é a porcelana, que é uma mistura dematérias-primas que contém aproximadamente 50% de caulim, 25% deareia de sílica e 25% de feldspato.Existem outras cerâmicas de menor valor utilizada para fabricação detijolos, telhas e outros materiais de construção. As argilas de caulim,feldspato e quartzo são aquecidos a uma temperatura de 1300°C paraprodução de cerâmicas comuns (tijolos, telhas) ou cerâmicas fina ebrancas (placas, bacias, azulejos, estátuas, etc).A areia, composta principalmente de silica, é usada como ingrediente em materiais de argamassa e colagem, eparticularmente na fabricação de concreto.AerogelFumaça congelada, assim apelidada pelos cientistas, é um material especial extremamente leve: sua densidademédia é de apenas 1,1 mg/cm³ e podem ser derivados do dióxido de silício (SiO ), embora possam serconfeccionados em outros materiais.É um dos melhores isolantes térmicos. Um aerogel do tamanho de uma pessoa pesa menos de meio quilo epode suportar o peso de um carro compacto. Cerca de 99,8% do volume é composto de ar comum.[carece de fontes?]2
  5. 5. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 5/7Flores de porcelana (Madri,Espanha, século XVIII)AerogelO aerogel mais comum é feitode uma mistura de sílica(SiO ). Em sua fabricação éexercida uma forte pressãoque elimina qualquer liquido(secagem supercrítica).Enquanto a luz comcomprimento de onda curtaatravessa aerogel com poucasalterações, o calor e somquase não conseguematravessá-lo. Atualmente, sua produção é muito cara e é usadoespecialmente na pesquisa espacial. Entretanto, é um material comgrande potencial de utilização no futuro.Fotônica em SilícioAtualmente, o silício também é utilizado para fabricação de guias de onda ópticos. Devido ao seu alto índicerefração (n=3.5 no infravermelho), o fenômeno de reflexão interna total pode ocorrer quando o silício estaimerso em óxido de silício (sílica). Esta propriedade é muito conveniente porque esta combinação de materiais,silício e sílica, é a mesma utilizada para produzir transistores na indústria eletrônica. Isto torna a fotônica emsilício compatível com a plataforma CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor). Estacompatibilidade permitiria a integração direta dos elementos fotônicos (lasers, fotodiodos, moduladores) comos eletrônicos (amplificadores, transistores, etc). O sucesso desta integração poderia ter grande impacto naindústria de telecomunicações e computadores.Abundância e obtençãoO 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 abundanteperdendo 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 éencontrado, 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 comeletrodos de carbono numa temperatura superior a 1900 °C:SiO + C → Si + COO silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraído e resfriado. O silício produzido por esteprocesso é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção dedispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultrapuro, que pode ser obtido pormétodos físicos e químicos.Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior solubilidade das impurezascontidas 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 silício22 2
  6. 6. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 6/7Silicio de alta purezaTetracloreto desilíciode forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos grânulos, que dissolvidos com ácido se obtém umpó mais puro. A fusão por zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a extremidadede uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de calor ao longo da barra, de modo que o silíciovai se solidificando com uma pureza maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. Oprocesso pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada cortando-se, então, o extremo finalonde se acumulou as impurezas.Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício que seja mais fácil de purificardecompondo-se após a purificação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano(HSiCl ), o tetracloreto de silício (SiCl ) e o silano (SiH ).No processo Siemens , as barras de silício de alta pureza são expostas a 1150 °C ao triclorosilano, gás que sedecompõem depositando silício adicional na barra segundo a reação:2 HSiCl → Si + 2 HCl + SiClO silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de impurezas de 0,001 ppm oumenos e é denominado silício policristalino .O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950 °C comvapores de zinco muito puros:SiCl + 2 Zn → Si + 2 ZnClEste método, entretanto, está repleto de dificuldades (o cloreto de zinco,subproduto da reação, solidifica e leva à obstrução das linhas de produção) porisso abandonado em favor do método Siemens.Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se o monocristalutilizando-se para tal o método Czochralski.Halogenetos de silícioO silício forma compostos com flúor (SiF ), cloro (SiCl ) e bromo (SiBr ), queem cadeias podem serem usados na produção de haletos. Todos estescompostos são muito instáveis e são utilizados para produção de gel de sílica.Dentre os halogenetos de silício, destacam-se o tetracloreto de silício, que é umcomposto importante na preparação de silício puro para dispositivossemicondutores. O tetrafluoreto de silício, que é um subproduto da produção defertilizantes à base de fosfatos, resultando do ataque do ácido fluorídrico (HF)(derivado da apatita) em silicatos. EM laboratório, o composto é preparadoaquecendo a mistura BaSiF a 300°C, sobre o sólido que libera SiF temporário,saindo de um resíduo de BaF . O composto (BaSiF ) exigido é preparado tratando opentafluoreto de silício aquoso com o cloreto do bário. O (GeF ) é preparado de formaanáloga, exceto que a quebra termal requer 700°C.O carboneto de silício (SiC) tem uma estrutura cristalina semelhante à do diamante, e é,portanto, uma das substâncias mais duras conhecidas. O nível de dureza de Mohs atingeentre 9 a 10. Pode ser usado como um abrasivo conhecido como carbeto.Isótopos3 4 43 44 24 4 46 42 64
  7. 7. 24/06/13 Silício – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Silício 7/7O silício tem nove isótopos, com número de massa entre 25 a 33. O isótopo mais comum é o Si-28, com umaabundância de 92,23%, Si-29 tem uma abundância de 4,67% e Si-30 tem uma abundância de 3,1%. A maiorparte são isótopos estáveis, e apenas traços do único isótopo radioativo são encontradoS. O Si-32 é umisótopo radioativo que vem da decomposição de argônio. Sua meia-vida é de aproximadamente 132 anos.Sofre decaimento beta e torna-se o fósforo-32 (que tem uma meia-vida de 14,28 dias).Papel biológicoO silício esta diretamente relacionado ao crescimento dos animais tanto na formação dos órgãos quanto dosossos. Em um homen adulto, pode se encontrar cerca de um grama de silicio. Apesar de não ser totalmentecomprovado, o silício exerce um papel tanto a nível da matriz dos ossos como ao nível de sua calcificação,sobretudo no início de sua formação e independente da ação da vitamina D. Também esta relacionado naformação da cartilagem e do tecido conjuntivo (em particular na fabricação do colágeno e das proteoglicanasda matriz).PrecauçõesSilício e seus compostos inorgânicos comuns não são tóxicos; são tão inertes que passam pelo sistema digestivocompletamente intacto, mas a inalação do pó seco de silício pode causar pneumoconiose e silicose.Nos casos mais graves, essa doença pode causar a perda da capacidade pulmonar, além de tosse, infecções,dispnéia e distúrbios cardíacos. Afeta principalmente os mineiros, trabalhadores em pedreiras e em túneis.Na fabricação e processamento de silanos e seus derivados clorados, devem ser observadas medidas desegurança estritas. Suas reações com o oxigênio ou umidade podem causar explosões e liberação de cloreto dehidrogênio tóxico e corrosivo, além de outros compostos perigosos.Referências1. ↑ Stephen D. Butz. Science of Earth Systems. [S.l.]: Cengage Learning, 2002. ISBN 9780766833913Enciclopedia Libre (http://enciclopedia.us.es/index.php/Silicio)Los Alamos National Laboratory - Silicio (http://periodic.lanl.gov/elements/14.html)WebElements.com - Silicio (http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/index.html)EnvironmentalChemistry.com - Silicio (http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Si.html)Obtida de "http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Silício&oldid=36030024"Categorias: Elementos químicos Elementos nativosEsta página foi modificada pela última vez à(s) 19h27min de 7 de junho de 2013.Este texto é disponibilizado nos termos da licença Atribuição-Partilha nos Mesmos Termos 3.0 nãoAdaptada (CC BY-SA 3.0); pode estar sujeito a condições adicionais. Consulte as condições de usopara mais detalhes.

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