Krzem jest pierwiastkiem o liczbie atomowej 14 trzeciego okresu rodziny węglowej, dlatego ma kilka właściwości podobnych do węgla. Na przykład jest to twarde ciało stałe, którego struktura krystaliczna jest podobna do diamentu, który tworzą jedynie wiązania między węglami. Jego reakcje chemiczne są również podobne do tego pierwiastka.
Bryła ta ma szary kolor i metaliczny połysk, a jej nazwa pochodzi od krzemień lub krzemowy, co znaczy "twardy kamień".
W przyrodzie występuje bardzo obficie, w całym wszechświecie jest 7. najbardziej obfity, stojących za następującymi pierwiastkami: wodór, hel, neon, tlen, azot i węgiel. W skorupie ziemskiej jest drugim pod względem ilości (27,7%)ustępuje tylko tlenowi.
Jednak nigdy nie występuje naturalnie w postaci izolowanej, zawsze łączy się z jakimś innym pierwiastkiem. Z tego powodu został po raz pierwszy przygotowany w laboratorium, w 1824 roku, przez szwedzkiego chemika Jönsa Jacoba Berzeliusa, przez ogrzewanie tetrafluorku krzemu z potasem.
On występuje praktycznie w każdym piasku, skale, glinie i glebie
. Można go również znaleźć we wszystkich wody naturalne, w atmosferze (w postaci pyłu), w wielu roślinach oraz w szkieletach, tkankach i płynach ustrojowych niektórych zwierząt.W połączeniu z tlenem tworzy krzemionka (dwutlenek krzemu - SiO2), a gdy łączy się z tlenem i innymi pierwiastkami, tworzy krzemiany, główne z nich to kwarc, azbest, zeolit i mika.
Imię "azbest" pochodzi z greckiego azbest, co oznacza „niepalny” i jest najbardziej znany ze swojego synonimu "azbest", który pochodzi z łaciny azbest, co oznacza „nieprzekupny”. Azbest to ogólna nazwa naturalnych krzemianów włóknistych występujących w glebie w ponad 30 odmianach, z których tylko 6 ma znaczenie handlowe. Dwie główne grupy skał azbestowych to:
1. Serpentyny (biały azbest - 95%):składający się z minerału chryzotylowego (Mg3tak2O5(O)4);
2. Amfibole (brązowy, niebieski i inne azbesty - 5%):składający się z minerałów tremolitu (Ca2mg5tak8O22(O)2), amozyt ((Fe, Mg, Ca) OSiO2. n H2O) i krokidolit (NaFe2(SiO3)3).
Ponieważ posiada kilka ważnych właściwości fizykochemicznych, takich jak wysoka odporność mechaniczna w wysokich temperaturach, będąc izolującym, elastycznym, odpornym na działanie kwasów, bakterii, alkalia itp., powoduje to, że włókno to jest wykorzystywane do produkcji płytek, zbiorników, w różnych produktach budownictwa cywilnego oraz do izolacji termicznej maszyn i ekwipunek. Stosowanie azbestu budzi jednak wiele kontrowersji i jest zabronione w kilku krajach, ponieważ mikrolin azbestu może wchłonąć się do płuc i wywołać chorobę zwaną krzemicą, a także inne dolegliwości organizmu.
Na skalę przemysłową krzem wytwarzany jest w reakcji tlenku z koksem. Jednak w celu uzyskania ultraczystego krzemu przeprowadza się rozkład silanowy (SiH).4) lub tetrahalogenki krzemu w wysokich temperaturach.
Ten ultraczysty krzem jest ważny dla produkcja półprzewodników do stosowania w sprzęcie elektronicznym,, Jak na przykład:
- Diody:element elektroniczny, który jest doskonałym przewodnikiem, gdy jest poddawany napięciu w kierunku do przodu, ale słabym przewodnikiem, gdy jest poddany działaniu napięcia w przeciwnym kierunku;
- Tranzystory:komponent elektroniczny, który wzmacnia sygnały elektryczne;
- Mikroprocesory:komponent elektroniczny, który interpretuje zestaw instrukcji i wykonuje operacje logiczne i matematyczne.
Z czystego krzemu możliwe jest uzyskanie niezwykle cienkich blach, które są wykorzystywane do produkcji frytki o coraz mniejszych gabarytach, stosowane w komputerach i innych układach scalonych.
Krzem jest używany do tego celu, ponieważ ma 4 elektrony w powłoce walencyjnej, a jego atomy łączą się, tworząc kryształy. W temperaturze pokojowej elektrony te zyskują wystarczającą ilość energii, aby swobodnie poruszać się po krysztale, pozostawiając dziury, które mogą być wypełnione elektronami z sąsiednich atomów. W ten sposób szczelina przesuwa się od jednego atomu do drugiego, tworząc w sposób ciągły nowe pary dziur elektronowych.
Nie oznacza to jednak, że jest dobrym przewodnikiem, ponieważ ma niewiele wolnych elektronów, dlatego nazywa się a półprzewodnik. To właśnie dzięki połączeniu półprzewodników uzyskujemy wspomniane wyżej elementy elektroniczne.
Ponieważ ten pierwiastek jest głównym surowcem do produkcji większości obwodów i frytki elektronika, region położony w Kalifornii w Stanach Zjednoczonych, gdzie koncentruje się centrum przemysłowe z kilkoma firmami informatycznymi i komputerowymi, między innymi, zaczął otrzymywać nazwę w Dolina Krzemowa, na cześć tego elementu.
Ostatnim ważnym zastosowaniem tego pierwiastka są polimery silikon, którego główny łańcuch składa się z atomów krzemu naprzemiennie z atomami tlenu. Spośród odmian silikonów najczęściej stosowanymi obecnie są dichlorodimetylosilan lub dichlorodifenylosilan. Aby zrozumieć, w jaki sposób procesy ich powstawania zachodzą z krzemu, przeczytaj tekst ”Silikon - budowa i zastosowania”.
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii