Silizium (Z=14): Das Schlüsselelement der Erde und moderner Technologien
Wesentliche Rolle von Silizium
DERSilizium(Symbol Si, Ordnungszahl 14) ist ein chemisches Element, das in der Erdkruste häufig vorkommt und ein Hauptbestandteil von Mineralien wie Silikaten ist. Es spielt in vielen modernen Technologien, insbesondere in der Halbleiterindustrie, eine grundlegende Rolle.
Beitrag von Silizium in Technologien
Silizium ist das Herzstück der modernen Elektronikindustrie, insbesondere dank seiner Halbleitereigenschaften, die die Herstellung von Komponenten wie Computerchips und Transistoren ermöglichen.
Geschichte der Entdeckung
1824: Erste Isolierung durch Jöns Jacob Berzelius Silizium wurde erstmals 1824 vom schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius isoliert. Er war der Erste, der die Bedeutung von Silizium in Silikaten und seine einzigartige Molekülstruktur erkannte.
1854: Verbindung mit Halbleitern Im 20. Jahrhundert wurden die Halbleitereigenschaften von Silizium nachgewiesen, was zu seiner Verwendung in modernen elektronischen Schaltkreisen führte.
Atombau
Verfassung:Das Siliziumatom hat 14 Protonen, 14 Neutronen und 14 Elektronen mit einer elektronischen Konfiguration von 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p². Isotope:
Silizium-28 (²⁸Si): stabiles Isotop, das 92,23 % des natürlichen Siliziums ausmacht.
Silizium-29 (²⁹Si): stabiles Isotop, das in der Kristallographieforschung verwendet wird.
Silizium-30 (³⁰Si): stabiles Isotop, das zur Untersuchung geochemischer Prozesse verwendet wird.
Physikalische Eigenschaften
Kristalliner Feststoff bei Raumtemperatur.
Molmasse: 28.085 g/mol
Schmelzpunkt: 1687 K (1414 °C)
Siedepunkt: 3538 K (3265 °C)
Dichte: ~2,3296 g/cm³ (bei 20°C)
Löslich in starken Säuren, aber beständig gegen Wasser und viele andere Lösungsmittel.
Chemische Reaktivität
Reagiert mit Sauerstoff unter Bildung von Siliziumoxiden wie Siliziumdioxid (SiO₂), einem Hauptbestandteil von Sand und Gestein.
Bildet Verbindungen mit Halogenen und Metallen zu Silikaten und Legierungen.
Reagiert bei Raumtemperatur nicht leicht mit Säuren oder Basen, was ihm eine bemerkenswerte Stabilität verleiht.
Industrielle und technologische Anwendungen
Herstellung von Halbleitern für die Elektronikindustrie, einschließlich Transistoren und Computerchips.
Aufgrund seiner Halbleitereigenschaften wird es bei der Herstellung von Solarmodulen eingesetzt.
Wird bei der Herstellung von Glas, Keramik und feuerfesten Materialien verwendet.
Verwendung in Metalllegierungen zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit.
Biologische und ökologische Rolle
Silizium ist ein essentielles Spurenelement für das Pflanzenwachstum, insbesondere für die Bildung pflanzlicher Zellwände.
Bei einigen Tieren spielt es eine wichtige Rolle bei der Knochenbildung, seine genaue Rolle wird jedoch noch untersucht.
Kieselalgen, eine Gruppe mikroskopisch kleiner Algen, nutzen Silizium zur Bildung von Siliziumdioxidschalen, einem grundlegenden Aspekt des Meeresökosystems.
Umwelt- und Industriethemen
Obwohl Silizium relativ reichlich vorhanden ist, wird es in der Technologiebranche in großem Umfang verwendet, was zu einer wachsenden Nachfrage nach seiner Gewinnung und Verarbeitung führt.
Siliziumabfälle, die bei der Herstellung von Solarmodulen und elektronischen Geräten anfallen, stellen hinsichtlich ihres Recyclings und Managements eine Herausforderung für die Umwelt dar.
