Silizium
Synonym
Übersicht
Chemie
Allgemeine Eigenschaften
| Si |
| 14 |
28Si - 92,23
29Si - 4,67
30Si - 3,10
32Si - künstlich (172 a -> 32P) |
Chemische Eigenschaften
| 1,90 (IV) |
| 1s22s22p63s23p2 |
| +4, +2, -4 |
| +4 |
Physikalische Eigenschaften
| 28,0855 ± 3 |
| 2,33 |
| 1412 |
| 2355 |
| 7 |
| 117,6 |
| 42 (4+) |
| 793 |
Sonstige Eigenschaften
- Silizium bildet kubische dunkelgrau, metallisch glänzende Kristalle,
deren Gitterstruktur der des Diamanten entspricht.
- Es ist ein sehr sprödes Material.
- Silizium gehört zu den Halbleitern, d.h. der elektrische Widerstand sinkt
mit steigender Temperatur. Die elektrische Leitfähigkeit reinen Siliziums
ist gering. Durch dotieren lassen sich die elektrischen Eigenschaften
verbessern.
- Silizium ist ein sehr guter Wärmeleiter.
- In dünnen Schichten erscheinen die Kristalle durchscheinend. Daneben
existiert ein dunkelbraunes, amorphes Pulver, das aber im mikrokristallinen
Bereich einen ähnlichen Aufbau wie die Kristalle aufweist.
- Silizium verringert wie Bismut oder Gallium
beim Schmelzen sein Volumen um etwa 10 % und dehnt sich beim Erstarren
wieder aus.
- Silizium ist relativ reaktionsträge und wird nur von heißen Alkalilaugen
aufgelöst.
- Mit Fluor reagiert es bereits bei
Zimmertemperatur unter Feuererscheinung, mit anderen Halogenen beim
Erhitzen.
Si + 2 F2 
SiF4
- Silizium verbrennt erst oberhalb von 1000 °C zu Silizium(IV)-oxid (Quarz,
SiO2)
- Bei Temperaturen um 1400 °C reagiert es auch mit Stickstoff
zu Siliziumnitrid (Si3N4), mit Kohlenstoff
zu Siliziumcarbid (SiC) und mit Schwefel zu
Siliziumdisulfid (SiS2).
- Silizium lässt sich mit Metallen zu Siliciden legieren, z.B.
Dicalciumsilicid (Ca2Si), Calciumsilicid (CaSi), Calciumdisilicid
(CaSi2).
Geschichtliches
- Erstmalige Darstellung des Elements durch den schwedischen Chemiker Jöns
Jakob Berzelius (1779 - 1848) aus Siliziumtetrafluorid im Jahr 1823.
- Er benennt es mit dem lateinischen Wort Silex
("Kieselstein"), da Silizium beim Verbrennen in Kieselerde (SiO2)
übergeht.
- Thomas Thompson schlägt 1831 die englische Bezeichnung "silicon"
vor. So soll auf die Ähnlichkeit des Elements mit Kohlenstoff
("carbon") und Bor ("boron")
hingewiesen werden.
- 1854 Darstellung reinen Siliziums durch Sainte-Claire Deville.
Vorkommen
- Siliziumatome machen 25,8 % Masseanteil in der Erdhülle aus. Silizium ist
damit das zweithäufigste Element der Erde (nach Sauerstoff)
und das wichtigste Element des Mineralreiches.
- Zahlreiche Mineralien enthalten in ihrem Aufbau Siliziumatome, elementares
Silizium kommt in der Natur nicht vor. Enthalten ist Silizium z.B. im Quarz
oder in den Silicaten (Beryll, Olivin, Feldspat, Glimmer, Turmalin).
- Etwa 90 % der Erdkruste besteht aus Siliziummineralien.
- Im Tier- und Pflanzenreich finden sich hingegen nur Spuren von Silizium.
Verwendung
- Silizium wird vor allem als Desoxidationsmittel bei der Stahlherstellung
verwendet. Das zugegebene Silizium entfernt in der Metallschmelze die als
Metalloxide vorliegenden Verunreinigungen und bindet sie, so dass die
Produkte in der Schlacke abgeschöpft werden können.
- Silizium dient zur Legierung verschiedener Metalle wie Aluminium,
Eisen oder Kupfer.
- Reines Silizium ist ein wichtiger Rohstoff in der Halbleitertechnik und
der Mikroelektronik, wo es das derzeit vorherrschende Material zur
Produktion der Chips ist.
- Wahrscheinlich noch zunehmen wird die Bedeutung von Silizium als
Bestandteil von Solarzellen.
Herstellung
Laborverfahren
Technische Verfahren
- Durch Reduktion von Quarzsand mit Kohlenstoff
- Dabei entsteht als Zwischenprodukt Trichlorsilan, das durch eine
Destillation bei ca. 35 °C von Verunreinigungen befreit wird und sich
an dünnen, glühenden, ca. 2 m langen Stäben aus Reinstsilizium
absetzt. Dabei scheidet sich reines, polykristallines Silizium ab, das
zu Einkristallen umkristallisiert wird.
- Diese Einkristalle haben Durchmesser von zurzeit bis zu 30 cm. Durch
mehrmaliges Umkristallisieren im Zonenschmelzverfahren erhält man
reinstes Silizium (99,9999999 %) für die Halbleitertechnik.
Analytik
Identität
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