Silicij oseća.viewer
Linas JuozėnasPodijeli
Silicij
Silicij je hemijski element označen simbolom Si i atomskim brojem 14. U prirodi se gotovo nikada ne nalazi u čistom obliku jer se lako vezuje s kisikom i drugim elementima. Zato silicij najčešće susrećemo u kvarcu, feldspatima, liskunima, glinenim mineralima i brojnim drugim silikatima. Pročišćen do izuzetno visokog nivoa i uzgojen u obliku monokristala, postaje kontrolisani poluprovodnik od kojeg se izrađuju mikročipovi, senzori i solarne ćelije.
Element s četiri veze koji može postati okvir stijene ili precizno kontrolisan put elektrona
Atom silicija ima četiri valentna elektrona. To mu omogućava da s okolnim atomima formira četiri jake kovalentne veze.
U čistom kristalnom siliciju svaki atom vezuje se s četiri druga atoma silicija i stvara trodimenzionalnu rešetku dijamantskog tipa.
U prirodi se silicij češće vezuje s kisikom. Tetraedri silicija i kisika mogu biti pojedinačni ili povezani u lance, prstenove, listove ili neprekinute okvire.
Suština silicija: iste četiri moguće veze omogućavaju mu da izgradi i ogromnu raznolikost silikata u Zemljinoj kori i uređen poluprovodnički kristal u elektronici.
Četiri valentna elektrona
Oni omogućavaju siliciju da izgradi čvrstu mrežu s četiri veze.
Položaj metaloida
Silicij ima svojstva karakteristična i za metale i za nemetale, pa zauzima međupoložaj.
Kontrolisana provodljivost
Čisti silicij ograničeno provodi električnu struju, ali se njegovo električno ponašanje može vrlo precizno mijenjati malim količinama primjesa.
Čvrst, krt i sivkast sjajni kristal čija provodljivost zavisi od temperature, svjetlosti i primjesa
| Hemijski simbol | Si |
|---|---|
| Atomski broj | 14 |
| Klasa elementa | Metaloid |
| Kristalna struktura | Dijamantna kubična rešetka |
| Tvrdoća | Približno oko 6,5–7 prema Mohsovoj skali |
| Gustoća | Približno 2,33 g/cm³ |
| Temperatura topljenja | Oko 1414 °C |
| Temperatura ključanja | Oko 3265 °C |
| Sjaj | Metalni ili polumetalni |
| Boja | Tamnosiva, čeličnosiva ili plavičastosiva |
| Lom | Školjkast; materijal je krt |
| Elektronsko svojstvo | Poluprovodnik čiji je širina zabranjene zone na sobnoj temperaturi oko 1,12 eV |
| Promjena provodljivosti | Povećava se s porastom temperature, djelovanjem svjetlosti ili dodavanjem odgovarajućih primjesa |
Jedan od najvažnijih gradivnih elemenata planete, ali gotovo uvijek skriven u jedinjenjima
Kvarc
Silicijev dioksid SiO₂ čini kvarc, ametist, citrin, gorski kristal i mnoge druge varijetete kvarca.
Feldspati
Konstrukcije od silicija, aluminija, kisika i metala čine jednu od najzastupljenijih grupa minerala Zemljine kore.
Liskuni
Silikatni listovi omogućavaju ovim mineralima da se lako cijepaju na tanke pločice.
Glineni minerali
Trošenjem silikata nastaju izuzetno sitne lisnate čestice važne za tlo i sedimente.
Pirokseni i amfiboli
Njihovi silikatni lanci važni su za magmatske i metamorfne stijene.
Prirodni silicij
Slobodni elementarni silicij u prirodi je veoma rijedak jer lako reaguje i prelazi u okside ili silikate.
Veći dio mineralne arhitekture Zemljine kore može se razumjeti posmatranjem kako se tetraedri silicija i kisika povezuju u sve složenije oblike.
Od silicijevog dioksida u stijeni do izuzetno čistog materijala u kojem se kontroliše gotovo svaka primjesa
Bira se silicijev dioksid
Za proizvodnju se koristi kvarc ili vrlo čist kvarcni pijesak.
Silicijev dioksid se reducira
Na visokoj temperaturi u električnoj peći kisik se uklanja pomoću materijala koji sadrži ugljik.
Dobija se metalurški silicij
Nastaje siva masa elementarnog silicija koja još uvijek sadrži previše primjesa za osjetljivu elektroniku.
Silicij se pretvara u isparljivo jedinjenje
Hemijski međuproizvod može se destilovati i odvojiti od mnogih zagađivača.
Taloži se izuzetno čist silicij
Iz prečišćenog gasovitog spoja dobija se polikristalni materijal vrlo visoke čistoće.
Materijal se priprema za uzgoj kristala
Silicij se topi u kontrolisanom okruženju i koristi za oblikovanje jednokristalnih ili polikristalnih sirovaca.
Kvarc u prirodi može biti gotovo proziran, ali elektronici nije dovoljna samo lijepa sirovina. Potrebna je takva čistoća da čak ni veoma mala količina neželjenog elementa više ne naruši električno ponašanje.
Ogroman kristal uzgaja se tako da milijarde atoma nastave u jednom zajedničkom smjeru rešetke
Od rastopa do pločice
Jednokristalni cilindar reže se na vrlo tanke kružne pločice, koje se nazivaju silicijskim pločicama. Na njima se kasnije izrađuju tranzistori, vodljive staze i druge elektronske strukture.
Kristalna klica
Mali precizno orijentisani kristal silicija dodiruje površinu rastopljenog materijala.
Sporo izvlačenje
Klica se okreće i podiže, a atomi koji joj se pridružuju nastavljaju istu kristalnu rešetku.
Jednokristalni cilindar
Pravilnim upravljanjem temperaturom i brzinom izvlačenja raste dugačak kristal ujednačene orijentacije.
Rezanje pločica
Cilindar se reže na tanke diskove čija se površina izravnava i polira.
Kristalografski smjer
Orijentacija pločice bira se prema proizvodnim i električnim osobinama budućeg uređaja.
Polikristalni silicij
Kada se materijal sastoji od mnogo kristalnih zrna različite orijentacije, naziva se polikristalnim.
Njegova provodljivost može se dovoljno kontrolisati, sirovina je obilna, a na površini se može stvoriti stabilan izolacijski oksidni sloj
Poluprovodničko ponašanje
Silicij nije ni dobar metalni provodnik ni potpuni izolator, pa se kretanje njegovih elektrona može kontrolisati.
Silicij n-tipa
Primjese koje imaju dodatni valentni elektron povećavaju broj slobodnih elektrona.
Silicij p-tipa
Primjese koje imaju jedan valentni elektron manje stvaraju mjesta s manjkom elektrona, nazvana šupljinama.
Tranzistori
Električno polje upravlja time da li struja teče kroz mikroskopski silicijski kanal.
Solarne ćelije
Svjetlost u siliciju stvara pokretne nosioce naboja, koje unutrašnje električno polje usmjerava u električno kolo.
Sloj silicij-dioksida
Na površini silicija može se uzgojiti čvrst izolacijski sloj SiO₂, veoma važan za proizvodnju mikročipova.
Silicij je postao temelj tehnologije ne zato što je savršen u jednom pogledu, već zato što njegove električne, hemijske, termičke i proizvodne osobine izuzetno dobro djeluju zajedno.
Tri sličnozvučne riječi označavaju potpuno različite materijale
Silicij
Hemijski element Si. Čisti kristalni silicij tamnosivi je metaloid i poluprovodnik.
Silicij-dioksid
Jedinjenje SiO₂. Ono čini kvarc i važan je sastojak mnogih pijesaka, stakala i stijena.
Silikati
Ogromna grupa minerala u kojoj se jedinice silicija i kisika povezuju s aluminijem, magnezijem, željezom, kalcijem i drugim elementima.
Silikon
Porodica sintetičkih polimera u čijem se glavnom lancu izmjenjuju atomi silicija i kisika.
Staklo
Najčešće amorfni materijal od silicij-dioksida i drugih oksida, bez dugodosežnog kristalnog reda.
Silicijev karbid
Jedinjenje SiC, sastavljeno od silicija i ugljika, koje se odlikuje velikom tvrdoćom i otpornošću na toplotu.
Silicij nije isto što i silikon. Jedno je element i poluprovodnik, a drugo je polimerni materijal na bazi silicija, kisika i organskih grupa.
Element je izdvojen iz materijala koje su ljudi koristili hiljadama godina, ali dugo nisu znali njihovu pravu hemijsku prirodu
Naziv silicija povezuje se s latinskom riječju silex, koja je označavala kremen ili tvrdi kamen bogat silicijem.
Ljudi su od najdavnijih vremena koristili kremen, kvarcni pijesak, glinu, keramiku i staklo, ali je elementarni silicij u tim materijalima bio hemijski vezan.
Početkom 19. vijeka shvaćeno je da silicij-dioksid sadrži dotad neizdvojeni element. Godine 1824. Jöns Jacob Berzelius pripremio je prilično čist amorfni silicij.
Kasnije su svojstva kristalnog silicija postala sve važnija za elektrotehniku, a u 20. vijeku postao je osnovni materijal za tranzistore i integrisana elektronska kola.
Priča o siliciju ima neobičan tok: isprva se skrivao u kamenu, zatim je izdvojen u laboratoriji, a na kraju je i sam postao materijal u kojem je čovječanstvo počelo čuvati i obrađivati informacije.
Kristal koji je naučio računati
U stijeni planine živio je silicij. U sebi je nosio rešetku kvarca, okvir feldspata i listiće liskuna, ali ga niko nije vidio odvojeno.
Jednog dana ljudi su ga oslobodili veza s kisikom, pročistili i istopili.
„U šta bih trebao postati?“, upitao je silicij.
„Prvo nauči sve svoje atome poredati u jednom smjeru“, odgovorila je klica kristala.
Silicij je polako rastao dok nije postao jedinstven kristal. Zatim je u njegovu rešetku uvedeno svega nekoliko stranih atoma.
Na jednom mjestu pojavio se dodatni elektron, a na drugom prazno mjesto kroz koje se mogao kretati. Između njih počeo je teći kontrolisani signal.
Tako je element koji je milijardama godina gradio stijene naučio računati, pamtiti i prenositi misli koje su stvorili ljudi.
Ovo nije drevna legenda. To je kreativna priča nadahnuta stvarnom silicijskom rešetkom, provodljivošću uzrokovanom primjesama i radom mikročipova.
Struktura, precizna veza i sposobnost da se od mnoštva malih jedinica stvori funkcionalan sistem
U savremenom simboličkom jeziku silicij se može povezati s logikom, učenjem, obradom informacija, stvaranjem sistema i svjesnim oblikovanjem veza. Ovo je kreativna interpretacija, a ne naučno potvrđen uticaj na čovjeka.
Četiri veze
Jedan element može postati stabilan ne odvajanjem, već preciznim povezivanjem s okolinom.
Kristalni poredak
Male, dosljedno ponavljane pravilnosti mogu stvoriti veliku i pouzdanu strukturu.
Važnost primjesa
Mali novi element ponekad ne narušava sistem, već mu daje potpuno novu funkciju.
Poluprovodničko stanje
Ne mora sve biti potpuno otvoreno ili potpuno zatvoreno – vrijednost može ležati u kontrolisanom prelazu.
Signal
Informacija postaje smislena tek kada ima put, smjer i jasno stanje.
Od kamena do misli
Isti materijal može imati potpuno različitu ulogu kada se promijeni kvalitet njegove čistoće, strukture i organizacije.
Ritual jasnog sistema
Ova suha simbolička praksa namijenjena je radu ili projektu s mnogo zasebnih detalja, ali još bez jasne funkcionalne strukture.
Šta će biti potrebno
- jednog uzorka silicija;
- lista papira;
- olovke;
- jednog složenog zadatka ili projekta.
Četiri glavne veze
Zapišite četiri najvažnija dijela projekta bez kojih sistem ne bi mogao funkcionisati.
Pravilo rešetke
Uz svaki dio napišite jedno jasno pravilo prema kojem treba funkcionisati.
Put signala
Nacrtajte kako se informacija, odluka ili materijal kreće iz jednog dijela u drugi.
Korisna primjesa
Navedite jednu malu promjenu koja bi sistemu mogla dati novu funkciju ili ukloniti najveću prepreku.
Čarolija
Stavite silicij u središte lista i tri puta izgovorite:
Vidim veze, stvaram red,
povezujem sistem malim jedinicama.
Završetak
Recite: „Ne moram sve izgraditi odjednom. Dovoljno je precizno povezati sljedeći najvažniji dio.“
Najčešća pitanja o siliciju
Šta je silicij?
Je li silicij metal?
Je li silicij mineral?
Kakva je kristalna struktura silicija?
Kolika je tvrdoća silicija?
Zašto je silicij poluprovodnik?
Šta su silicij n-tipa i p-tipa?
Jesu li silicij i silicij-dioksid isto?
Jesu li silicij i silikon isto?
Šta silicij simbolizira u savremenoj mašti?
Silicij pokazuje kako isto atomsko svojstvo može graditi planine, prozirni kvarc, solarne ćelije i mikroskopska logička vrata
U prirodi silicij gotovo uvijek postoji u vezama s kisikom i drugim elementima, tvoreći ogromnu raznolikost silikatnih minerala.
U industriji se oslobađa iz silicij-dioksida, pročišćava i uzgaja u pravilne monokristale.
Dodavanjem vrlo male količine odgovarajućih primjesa, u rešetci nastaju dodatni elektroni ili šupljine, a električni signal postaje kontroliran.
U hemiji je silicij četrnaesti element. U simboličkom jeziku može podsjetiti da složeni sistemi ne moraju nastati iz jednog velikog rješenja – nastaju kada se mnoštvo malih veza rasporedi tako precizno da počnu djelovati kao jedna misao.