02 November, 2011

Silicon

Silicon ( Latin : silicium) adalah unsur metalloid, unsur kimia yang memiliki lambang Si dan nomor atom14. Sebuah tetravalen metalloid , itu kurang reaktif dari analog kimia karbon .
Silikon adalah kedelapan yang paling unsur umum di alam semesta dengan massa, namun sangat jarang terjadi sebagai unsur murni di alam bebas. Hal ini lebih luas di debu, pasir -planet dan planet-planet sebagai berbagai bentuk silikon dioksida (silika) atau silikat . Dalam Teman-kerak bumi, silikon adalah yang paling kedua elemen berlimpah setelah oksigen , membuat 27,7% dari kerak dengan massa.

Silikon telah menggunakan banyak industri. Ini adalah komponen utama yang palingsemikonduktor perangkat, yang paling penting sirkuit terpadu atau microchip. Silikon banyak digunakan dalam semikonduktor karena itu tetap merupakan semikonduktor pada suhu yang lebih tinggi daripada semikonduktor germanium dan karena yang asli oksida mudah tumbuh di tungku dan membentuk semikonduktor yang lebih baik / antarmuka dielektrik daripada material lainnya.
Dalam bentuk silika dan silikat, bentuk silikon berguna gelas , semen , dan keramik . Ini juga merupakan konstituen dari silikon , kelas-nama untuk berbagai bahan plastik sintetis yang terbuat dari silikon, oksigen, karbon dan hidrogen, sering bingung dengan silikon itu sendiri.
Silikon adalah elemen penting dalam biologi, walaupun hanya jejak kecil itu tampaknya dibutuhkan oleh hewan. [6] Ini jauh lebih penting bagi metabolisme tanaman, banyak rumput khususnya, dan asam silikat (sejenis silika) membentuk dasar dari array mencolok dari cangkang pelindung dari mikroskopis diatom .
Karakteristik Penting
Para luar orbital elektron (setengah subkulit diisi memegang hingga delapan elektron) memiliki struktur yang sama seperti pada karbon dan dua elemen kadang-kadang sama kimia.Meskipun merupakan unsur inert yang relatif, silikon masih bereaksi dengan halogen dan encer alkali , tetapi kebanyakan asam (kecuali untuk beberapa kombinasi hiper-reaktif dariasam nitrat dan asam fluorida ) tidak mempengaruhinya. Setelah empat elektron ikatan namun memberikan penyakit, seperti karbon, banyak kesempatan untuk menggabungkan dengan unsur-unsur lain atau senyawa dalam situasi yang tepat.
Baik silikon dan (dalam aspek-aspek tertentu) karbon semikonduktor, mudah baik menyumbangkan atau berbagi keempat elektron terluar yang memungkinkan berbagai bentuk ikatan kimia. silikon murni memiliki negatif suhu koefisien resistensi , karena jumlah operator bebas biaya meningkat dengan suhu. Hambatan listrik dari kristal tunggal silikon perubahan signifikan dalam penerapan stres mekanik karena efek piezoresitif .
Dalam perusahaan kristal bentuk, silikon murni memiliki warna abu-abu dan kilap logam. Hal ini mirip dengan kaca dalam hal itu agak kuat, sangat rapuh, dan rentan terhadap chipping.
Silikon adalah salah satu dari beberapa zat, seperti air , bismut , dan galium , yang kepadatanlebih tinggi dalam bentuk cair daripada padat, jadi mengembang ketika membeku.
Sejarah
 Silikon pertama kali diidentifikasi oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1787 (sebagai komponen dari Latin silex, silicis untuk batu api , batu api), dan kemudian keliru oleh Humphry Davy pada tahun 1800 untuk senyawa. Di tahun 1811 Gay-Lussac dan Thenard mungkin disusun murnisilikon amorf melalui pemanasan kalium dengan silikon tetrafluorida . Pada tahun 1824,Berzelius , umumnya diberikan kredit [ mana? ] untuk menemukan elemen silikon, silikon amorf disusun dengan kira-kira metode yang sama seperti Lussac. Berzelius juga dimurnikan produk dengan berulang kali mencuci itu. [7] [8]
Diukur oleh massa , silikon membentuk 27,7% dari kerak bumi itu dan merupakan elemen kedua yang paling melimpah di kerak, setelah oksigen . kristal silikon murni sangat jarang ditemukan di alam, mereka dapat ditemukan sebagai inklusi dengan emas dan di gunung berapi embusan napas. Silikon biasanya ditemukan dalam bentuk silikon dioksida (juga dikenal sebagai kuarsa ), dan lainnya lebih kompleks mineral silikat .
Silika terjadi pada mineral yang terdiri dari (praktis) silikon dioksida murni dalam bentuk kristal yang berbeda. Amethyst , batu akik, kuarsa , batu kristal, kalsedon , flint , jasper , dan opaladalah beberapa bentuk yang muncul silikon dioksida. silika biogenik terjadi di bentuk diatom ,radiolaria dan spons silikous .
Silicon juga terjadi sebagai mineral silikat (silikon mengandung berbagai mineral, oksigen dan satu atau logam yang lain), misalnya feldspar kelompok. Mineral ini terjadi di tanah liat , pasirdan berbagai jenis batuan seperti granit dan batu pasir . Felspar, piroksen , amphibole , danmika adalah beberapa dari banyak kelompok mineral silikat umum.
Silikon adalah komponen utama dari banyak meteorit , dan juga merupakan komponen dariobsidian dan tektites , yang merupakan bentuk alami dari kaca.
Isotop
 Silikon telah dikenal banyak isotop , dengan nomor massa berkisar 22-44; 28. Si (paling banyak isotop, di 92,23%), 29 Si (4,67%), dan 30 Si (3,1%) adalah stabil 32 Si adalah radioaktif isotop yang dihasilkan oleh spallation sinar kosmik dari argon . Its paruh telah ditentukan untuk menjadi kira-kira 170 tahun (0,21 MeV), dan meluruh oleh beta - emisi untuk 32 P (yang memiliki setengah hari 14,28-hidup)  dan kemudian ke 32 S .
Produksi
Silikon secara komersial disusun oleh reaksi kemurnian tinggi silika dengan kayu, arang, dan batubara, dalam sebuah tungku busur listrikmenggunakan karbon elektroda . Pada suhu lebih dari 1.900 ° C (3450 ° F ), mengurangi karbon silika untuk silikon menurut persamaan kimia :
SiO 2 + C → Si + CO 2SiO 2 + 2 C → Si + 2 CO
silikon cair mengumpul di bagian bawah tungku, dan kemudian ditiriskan dan didinginkan. Silikon yang dihasilkan melalui proses ini disebutkelas silikon metalurgi dan sekurang-kurangnya 98% murni. Dengan menggunakan metode ini, silikon karbida (SiC) bisa terbentuk. Namun, memberikan konsentrasi SiO 2 disimpan tinggi, silikon karbida bisa dihilangkan:2 SiC + SiO 2 → 3 Si + 2 CO
Pada bulan September 2008, metalurgi biaya silikon kelas sekitar Rp 1,45 per pon ($ 3.20/kg), naik dari $ 0,77 per pon ($ 1.70/kg) pada tahun 2005.
Murni silikon (> 99,9%) dapat diperoleh langsung dari silika padat atau senyawa silikon lain dengan elektrolisis garam cair.Metode ini dikenal dari 1854 memiliki potensi untuk langsung menghasilkan silikon grade matahari tanpa emisi CO 2 dan konsumsi energi lebih rendah banyak.
Kristalisasi
Silikon mengkristal dalam struktur kristal intan kubik
Silikon, seperti karbon dan germanium, mengkristal dalam berlian kubik struktur kristal . Kisi-kisi jarak untuk silikon adalah 0.5430710 nm (5.430710 Å ).  Sebagian besar silikon kristal ditanam untuk produksi perangkat yang dihasilkan oleh proses Czochralski , (CZ-Si) karena merupakan metode termurah yang tersedia dan mampu menghasilkan besar ukuran kristal. Namun, silikon kristal tunggal tumbuh dengan metode Czochralski mengandung kotoran sejak wadah yang berisi meleleh larut. Untuk perangkat elektronik tertentu, terutama yang dibutuhkan untuk aplikasi daya tinggi, silikon tumbuh dengan metode Czochralski tidak cukup murni. Untuk aplikasi ini, zona apung silikon (FZ-Si) dapat digunakan sebagai gantinya. Dengan metode CZ-Si benih dicelupkan ke dalam silikon mencair, dan tumbuh kristal ditarik ke atas, sedangkan dengan metode FZ-Si kristal tipis menopang benih kristal tumbuh serta batang polysilicon dari bawah. Akibatnya, sulit tumbuh kristal ukuran besar dengan menggunakan metode float-zona. Hari ini, semua kristal silikon dislokasi-bebas digunakan dalam industri semikonduktor dengan diameter 300 mm atau lebih besar ditanam dengan metode Czochralski dengan tingkat kemurnian secara signifikan ditingkatkan.
Penggunaan silikon dalam semikonduktor perangkat menuntut kemurnian lebih banyak daripada yang diberikan oleh silikon metalurgi kelas. Secara historis, sejumlah metode telah digunakan untuk memproduksi silikon tinggi kemurnian.
Metode Fisik Pemurnian Silicon
teknik pemurnian silikon Awal didasarkan pada kenyataan bahwa jika silikon dilebur dan kembali dipadatkan, bagian terakhir dari massa memantapkan berisi sebagian besar kotoran. Metode awal pemurnian silikon, pertama kali dijelaskan pada tahun 1919 dan digunakan secara terbatas untuk membuat radar komponen selama Perang Dunia II , terlibat menghancurkan kelas silikon metalurgi dan kemudian sebagian melarutkan serbuk silikon dalam asam . Ketika hancur, silicon retak sehingga daerah yang kaya pengotor lemah berada di luar butir yang dihasilkan silikon.Sebagai hasilnya, silikon pengotor-kaya adalah yang pertama harus dibubarkan apabila diobati dengan asam, meninggalkan produk yang lebih murni.
Dalam mencair zona , juga disebut zona penyulingan, metode pemurnian silikon pertama yang digunakan secara luas industri, batang silikon kelas metalurgi yang dipanaskan sampai mencair pada salah satu ujungnya. Kemudian, pemanas secara perlahan bergerak di sepanjang batang, menjaga panjang kecil dari batang silikon cair sebagai mendingin dan kembali membeku di belakangnya. Karena kotoran paling cenderung tetap di wilayah cair daripada kembali mengeras, ketika proses selesai, sebagian besar kotoran di batang akan telah dipindahkan ke dalam ujung yang terakhir akan meleleh. akhir ini kemudian dipotong dan dibuang, dan proses diulang jika kemurnian yang masih lebih tinggi yang diinginkan.
Metode Kimia pemurnian Silicon
Hari ini, silikon dimurnikan dengan mengubahnya menjadi silikon senyawa yang dapat lebih mudah dimurnikan dengan distilasi dari di negara asalnya, dan kemudian mengubah bahwa senyawa silikon kembali ke silikon murni. Trichlorosilane adalah senyawa silikon yang paling sering digunakan sebagai menengah, meskipun silikon tetraklorida dan silan juga digunakan.Ketika gas-gas ini tumbang silikon pada suhu tinggi, mereka terurai untuk silikon tinggi kemurnian.
Pada suatu waktu, DuPont memproduksi silikon ultra-murni dengan mereaksikan tetraklorida silikon dengan kemurnian tinggi seng uap pada 950 ° C, menghasilkan silikon:SiCl 4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl 2
Namun, teknik ini terganggu dengan masalah praktis (seperti seng klorida sampingan memperkuat dan menyumbat baris) dan akhirnya ditinggalkan dalam mendukung proses Siemens.
Sebuah polikristalin silikon batang yang dibuat oleh proses Siemens
Dalam proses Siemens, tinggi batang kemurnian silikon yang terkena trichlorosilane pada 1150 ° C. The terurai gas trichlorosilane dan silikon deposito tambahan ke batang, memperbesar mereka:2 HSiCl 3 → Si + 2 HCl + SiCl 4
Silikon yang dihasilkan dari proses semacam ini dan disebut silikon polikristal . Polycrystalline silikon biasanya memiliki tingkat ketidakmurnian kurang dari 10 -9.

Pada tahun 2006 REC mengumumkan pembangunan pabrik didasarkan pada teknologi fluidized bed menggunakan silan:
3 SiCl 4 + Si + 2 H 2 → 4 HSiCl 34 HSiCl 3 → 3 SiCl 4 + SiH 4SiH 4 → Si + 2 H 2
Orang dapat melihat perubahan warna dalam nanopowder silikon. Hal ini disebabkan oleh efek kuantum yang terjadi dalam dimensi nanometric partikel. Lihat juga Potensi baik , Quantum dot , dan Nano Partikel .
Senyawa
Silicon membentuk senyawa biner disebut silisida dengan banyak unsur logam sifat yang berkisar dari senyawa reaktif, misalnya silisida magnesium , Mg 2 Si melalui lebur tinggi senyawa refraktori seperti disilicide molybdenum , Mosi 2.[19] Silicon karbida , SiC (carborundum) adalah keras , lebur tinggi yang solid dan kasar dikenal dengan baik. silan , SiH 4, adalah piroforik gas dengan struktur tetrahedral mirip dengan metana , CH 4. Selain itu ada berbagai silikon hidrida catenated yang membentuk rangkaian homolog senyawa, Si n H 2 n +2 dimana n = 2-8 (analog dengan alkana ).[20] Ini semua adalah mudah terhidrolisis dan termal tidak stabil, khususnya anggota yang lebih berat. [20] Disilenes -silikon mengandung silikon ikatan ganda (analog dengan alkena ) dan umumnya sangat reaktif membutuhkan kelompok substituen besar untuk menstabilkan mereka. [21] Sebuah disilyne dengan silikon-silikon triple bond pertama kali diisolasi pada tahun 2004, walaupun sebagai senyawa yang non-linear, ikatan ini berbeda dengan yang di alkynes . [22] , Enam 4, terbentuk dengan semua halogen. Tetrahalides [19] tetraklorida Silicon , misalnya, mudah bereaksi dengan air ; seperti analog karbon, karbon tetraklorida. [20] Silicon dihalides dibentuk oleh reaksi suhu tinggi tetrahalides dan silikon, dengan struktur analog dengan karbena adalah reaktif. senyawa mereka[20] mengembun difluorida Silikon untuk membentuk suatu senyawa polimer, (SIF 2) n. [20] dioksida Silikon adalah lebur tinggi padat dengan beberapa bentuk kristal yang berbeda, yang paling akrab yang merupakan mineral kuarsa . Dalam kuarsa setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen yang jembatan untuk atom silikon lain untuk membentuk kisi dimensi tiga.Silika larut dalam air pada suhu tinggi membentuk asam monosilicic, (Si (OH) 4) dan properti ini digunakan dalam pembuatan kristal kuarsa digunakan dalam elektronika .
Di bawah kondisi yang tepat asam monosilicic berpolimerisasi mudah untuk membentuk asam silikat yang lebih kompleks, mulai dari kondensat sederhana, asam disilicic (H 6 Si 2 O 7) pada, pita, layer dan kisi struktur linier yang merupakan dasar dari berbagai mineral silikat banyak . [20] Silikat juga unsur penting dari beton. [19] Dengan oksida dari unsur-unsur lain reaksi suhu tinggi dari silikon dioksida dapat memberikan berbagai macam gelas dengan berbagai properti. [20] Contohnya termasuk kaca soda kapur , kaca borosilikat dan kristal timbalkaca. Silicon sulfida , SiS 2 adalah polimer padat (tidak seperti analog karbon cairan CS 2 ). [19] Silicon membentuk nitrida, Si 3 N 4 yang merupakan keramik. [19] Silatranes , sekelompok trisiklik senyawa yang terdiri dari lima-koordinat silikon, mungkin memiliki sifat fisiologis.[23] kompleks logam transisi Banyak mengandung silikon-ikatan logam yang sekarang dikenal, yang meliputi kompleks yang mengandungn SiH X 3 - ligan n, Enam 3 ligan, dan Si (OR) 3 ligan. [23] Silikon merupakan kelompok besar senyawa polimer dengan Si-O-Si) backbone (.Contohnya adalah PDMS minyak silikon (polydimethylsiloxane). [19] polimer ini dapat silang untuk menghasilkan resin dan elastomer . [19]Banyak organosilicon senyawa yang dikenal yang berisi silikon-karbon ikatan tunggal. Banyak dari mereka adalah berdasarkan silikon atom tetrahedral pusat, dan beberapa optik aktif saat pusat kiralitas ada. Panjang rantai polimer yang mengandung silikon backbone dikenal, seperti polydimethysilylene (Sime 2) n. [24] Polycarbosilane, [(Sime 2) 2 CH 2] n dengan tulang punggung yang mengandung a-Si-Si-C unit berulang, adalah prekursor dalam produksi serat silikon karbida. [24]
Aplikasi

Sebagai elemen kedua yang paling melimpah di bumi s ' kerak , silikon sangat penting untuk industri konstruksi sebagai unsur utama dari batu alam, kaca , beton dan semen . Silicon dampak terbesar pada dunia modern ekonomi dan gaya hidup telah dihasilkan dari wafer silikondigunakan sebagai substrat dalam pembuatan diskrit elektronik perangkat seperti transistor , dan dalam pengembangan sirkuit terpaduseperti chip komputer .
Paduan

Penerapan kelas terbesar silikon metalurgi, mewakili sekitar 55% dari konsumsi dunia, adalah dalam pembuatan aluminium -silikon paduanuntuk memproduksi cast bagian, terutama untuk industri otomotif . Silikon adalah konstituen penting dari baja listrik , memodifikasi nyaresistivitas dan ferromagnetik properti. Silikon ditambahkan ke cair besi cor sebagai ferosilikon silicocalcium paduan atau untuk meningkatkan kinerjanya dalam casting bagian tipis, dan untuk mencegah pembentukan sementit di permukaan.
Elektronik

Silikon murni digunakan untuk menghasilkan silikon ultra-murni wafer yang digunakan dalam industri semikonduktor , di elektronik dan difotovoltaik aplikasi. Ultra-murni silikon dapat diolah dengan unsur-unsur lain untuk menyesuaikan respon listrik dengan mengontrol jumlah dan muatan ( positif atau negatif ) dari operator saat ini. kendali yang diperlukan untuk transistor , sel surya , detektor semikonduktor danperalatan semikonduktor yang digunakan dalam elektronika dan aplikasi teknologi tinggi lainnya. Dalam Photonics silikon , dapat digunakan sebagai gelombang terus menerus laser Raman sarana untuk menghasilkan cahaya koheren, meskipun tidak efektif sebagai sumber cahaya.dihidrogenasi silikon amorf digunakan dalam produksi rendah biaya, area elektronik besar dalam aplikasi seperti LCD , dan besar area, murah thin-film solar sel .
Silikon

Aplikasi kedua terbesar dari silikon (sekitar 40% dari konsumsi dunia) adalah sebagai bahan baku dalam produksi silikon , senyawa yang mengandung silikon- oksigen dan karbon ikatan silikon yang memiliki kemampuan untuk bertindak sebagai perantara ikatan antara kaca dan senyawa organik, dan untuk membentuk polimer dengan sifat yang berguna seperti impermeabilitas ke air, fleksibilitas dan ketahanan terhadap serangan kimia. Silikon digunakan dalam Waterproofing perawatan, cetakan senyawa dan cetakan- agen rilis , sil mekanik, suhu tinggi gemuk dan malam, mendempul senyawa dan bahkan dalam aplikasi yang beragam seperti implan payudara , lensa kontak, bahan peledak dan kembang api . [25]
Konstruksi : Silikon dioksida atau silika dalam bentuk pasir dan tanah liat adalah unsur penting dari beton dan batu bata dan juga digunakan untuk memproduksi semen Portland .
Tembikar / Enamel merupakan bahan tahan api yang digunakan dalam suhu bahan produksi tinggi dan silikat yang digunakan dalam pembuatan enamel dan tembikar.
Kaca : Silika dari pasir adalah komponen utama dari kaca. Kaca dapat dibuat menjadi berbagai macam bentuk dan dengan berbagai sifat fisik yang berbeda. Silika digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat kaca jendela, peti kemas, insulator , dan banyak benda lain yang bermanfaat.
Abrasives : Silikon karbida adalah salah satu yang paling penting abrasive.
Silly Putty awalnya dibuat dengan menambahkan asam borat untuk minyak silikon . [26]
Penyimpanan energi

Telah diusulkan [27] bahwa, mengingat energi matahari yang cukup, mungkin silikon disempurnakan untuk digunakan sebagai pengganti batubara
Peran biologi

Silika kerangka radiolaria dalam warna palsu.

Meskipun silikon sudah tersedia dalam bentuk silikat , biologi hanya menggunakan dalam kesempatan yang sangat terbatas dalam bentuk asam silikat dan silikat larut. Diatom , radiolariadan spons mengandung silika menggunakan silika biogenik sebagai bahan struktural untuk membangun kerangka. Pada tanaman yang lebih tinggi silika phytoliths (phytoliths opal) adalah badan mikroskopis kaku yang terjadi dalam sel. [28] [29] [30] Walaupun silikon diusulkan menjadi sangat jejak yang fungsi yang tepat nutrisi dalam biologi hewan masih dalam pembahasan .Tampaknya lebih jelas bahwa beberapa tanaman, misalnya padi , perlu silikon untuk pertumbuhan mereka [6] [29] [30]
Dalam budaya populer

Karena silikon merupakan elemen penting dalam semikonduktor dan perangkat teknologi tinggi,Silicon Valley di California ini dinamai elemen ini karena merupakan dasar untuk sejumlah industri yang terkait dengan teknologi. lokasi geografis yang lainnya dengan koneksi ke industri sejak dicirikan diri sebagai Siliconia juga, misalnya Silicon Hutan di Oregon , Silicon Hillsdi Austin , Silicon Sachsen di Jerman , Silicon Valley di India , dan Silicon Perbatasan di Mexicali .

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar

Untuk kebaikan blog ini komentar anda aku tunggu