სილიციუმის
Linas Juozėnasგაზიარება
სილიციუმი
სილიციუმი ქიმიური ელემენტია, რომელიც აღინიშნება სიმბოლოთი Si და აქვს ატომური რიცხვი 14. ბუნებაში ის თითქმის არასოდეს გვხვდება სუფთა სახით, რადგან ადვილად ერთიანდება ჟანგბადსა და სხვა ელემენტებთან. ამიტომ სილიციუმს ყველაზე ხშირად ვხვდებით კვარცში, მინდვრის შპატებში, მიკებში, თიხის მინერალებსა და მრავალ სხვა სილიკატში. უკიდურესად მაღალი სისუფთავის დონემდე გაწმენდისა და ერთიან კრისტალად გაზრდის შემდეგ ის მართვად ნახევარგამტარად იქცევა, რომლისგანაც მიკროჩიპებს, სენსორებსა და მზის ელემენტებს ამზადებენ.
ოთხბმულიანი ელემენტი, რომელსაც შეუძლია ქანების კარკასად ან ელექტრონების ზუსტად კონტროლირებად გზად იქცეს
სილიციუმის ატომს ოთხი ვალენტური ელექტრონი აქვს. ეს მას საშუალებას აძლევს, მეზობელ ატომებთან ოთხი ძლიერი კოვალენტური ბმა შექმნას.
სუფთა კრისტალურ სილიციუმში თითოეული ატომი ოთხ სხვა სილიციუმის ატომს უკავშირდება და ალმასის ტიპის სამგანზომილებიან ბადეს ქმნის.
ბუნებაში სილიციუმი უფრო ხშირად ჟანგბადთან ერთიანდება. სილიციუმისა და ჟანგბადის ტეტრაედრები შეიძლება იყოს ცალკეული, გაერთიანებული ჯაჭვებად, რგოლებად, ფურცლებად ან ერთიან კარკასებად.
სილიციუმის არსი: სწორედ ეს ოთხი შესაძლო ბმა აძლევს მას საშუალებას შექმნას როგორც სილიკატების უზარმაზარი მრავალფეროვნება დედამიწის ქერქში, ისე მოწესრიგებული ნახევარგამტარული კრისტალი ელექტრონიკაში.
ოთხი ვალენტური ელექტრონი
ისინი სილიციუმს მტკიცე ოთხბმულიანი ბადის შექმნის საშუალებას აძლევენ.
მეტალოიდის მდგომარეობა
სილიციუმს აქვს როგორც ლითონებისთვის, ისე არალითონებისთვის დამახასიათებელი თვისებები, ამიტომ შუალედური ადგილი უკავია.
კონტროლირებადი გამტარობა
სუფთა სილიციუმი შეზღუდულად ატარებს დენს, თუმცა მისი ელექტრული ქცევის ძალიან ზუსტად შეცვლა მცირე რაოდენობის მინარევებით არის შესაძლებელი.
მყარი, მყიფე და ნაცრისფრად მბზინავი კრისტალი, რომლის გამტარობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, სინათლესა და მინარევებზე
| ქიმიური სიმბოლო | Si |
|---|---|
| ატომური რიცხვი | 14 |
| ელემენტის კლასი | მეტალოიდი |
| კრისტალური აგებულება | ალმასის კუბური კრისტალური მესერი |
| სიმტკიცე | დაახლოებით 6,5–7 მოჰსის სკალის მიხედვით |
| სიმკვრივე | დაახლოებით 2,33 გ/სმ³ |
| დნობის ტემპერატურა | დაახლოებით 1414 °C |
| დუღილის ტემპერატურა | დაახლოებით 3265 °C |
| ბზინვარება | მეტალური ან ნახევრადმეტალური |
| ფერი | მუქი ნაცრისფერი, ფოლადისფერი ნაცრისფერი ან მოლურჯო-ნაცრისფერი |
| მსხვრევადობა | ნიჟარისებრი; მასალა მყიფეა |
| ელექტრონული თვისება | ნახევარგამტარი, რომლის აკრძალული ზოლის სიგანე ოთახის ტემპერატურაზე დაახლოებით 1,12 eV-ს შეადგენს |
| Laidumo pokytis | იზრდება ტემპერატურის მატებისას, სინათლის ზემოქმედებით ან შესაფერისი მინარევების დამატებისას |
პლანეტის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი სამშენებლო ელემენტი, თუმცა თითქმის ყოველთვის ნაერთებშია დამალული
კვარცი
სილიციუმის დიოქსიდი SiO₂ ქმნის კვარცს, ამეთვისტოს, ციტრინს, მთის ბროლსა და კვარცის მრავალ სხვა სახეობას.
მინდვრის შპატები
სილიციუმის, ალუმინის, ჟანგბადისა და მეტალების კარკასები დედამიწის ქერქის მინერალთა ერთ-ერთ ყველაზე მრავალრიცხოვან ჯგუფს ქმნის.
ქარსები
სილიკატური ფენები ამ მინერალებს თხელ ფირფიტებად ადვილად დაშლის საშუალებას აძლევს.
თიხის მინერალები
სილიკატების გამოფიტვისას წარმოიქმნება უმცირესი ფურცლისებრი ნაწილაკები, რომლებიც მნიშვნელოვანია ნიადაგისა და ნალექებისთვის.
პიროქსენები და ამფიბოლები
მათი სილიკატური ჯაჭვები მნიშვნელოვანია მაგმური და მეტამორფული ქანებისთვის.
ბუნებრივი სილიციუმი
ბუნებაში თავისუფალი ელემენტური სილიციუმი ძალიან იშვიათია, რადგან ის ადვილად რეაგირებს და ოქსიდებად ან სილიკატებად გარდაიქმნება.
დედამიწის ქერქის მინერალური არქიტექტურის დიდი ნაწილის გაგება შესაძლებელია იმაზე დაკვირვებით, თუ როგორ ერთიანდება სილიციუმისა და ჟანგბადის ტეტრაედრები სულ უფრო რთულ ფორმებად.
ქანში არსებული სილიციუმის დიოქსიდიდან უკიდურესად სუფთა მასალამდე, რომელშიც თითქმის ყველა მინარევი კონტროლდება
ირჩევა სილიციუმის დიოქსიდი
წარმოებისთვის გამოიყენება კვარცი ან ძალიან სუფთა კვარცის ქვიშა.
სილიციუმის დიოქსიდი აღდგება
მაღალ ტემპერატურაზე, ელექტრულ ღუმელში, ჟანგბადი ნახშირბადის შემცველი მასალის გამოყენებით გამოიდევნება.
მიიღება მეტალურგიული სილიციუმი
წარმოიქმნება ელემენტური სილიციუმის ნაცრისფერი მასა, რომელიც ჯერ კიდევ შეიცავს ზედმეტ მინარევებს მგრძნობიარე ელექტრონიკისთვის.
სილიციუმი აქროლად ნაერთად გარდაიქმნება
ქიმიური შუალედური ნაერთის გამოხდა შესაძლებელია და მისი მრავალი დამაბინძურებლისგან განცალკევება.
ულტრამაღალი სისუფთავის სილიციუმი ილექება
გაწმენდილი აირადი ნაერთიდან მიიღება ძალიან მაღალი სისუფთავის პოლიკრისტალური მასალა.
მასალა კრისტალის გასაზრდელად მზადდება
სილიციუმი კონტროლირებად გარემოში დნება და მონოკრისტალური ან პოლიკრისტალური ნამზადების დასამზადებლად გამოიყენება.
ბუნებაში კვარცი შეიძლება თითქმის გამჭვირვალე იყოს, თუმცა ელექტრონიკისთვის მხოლოდ ლამაზი ნედლეული საკმარისი არ არის. საჭიროა ისეთი სისუფთავე, რომ არასასურველი ელემენტის უმცირესმა რაოდენობამაც კი ელექტრული თვისებები აღარ დააზიანოს.
უზარმაზარი კრისტალი ისე იზრდება, რომ მილიარდობით ატომი ერთ საერთო მესრის მიმართულებას აგრძელებს
ნადნობიდან ვაფლამდე
მონოკრისტალური ცილინდრი იჭრება ძალიან თხელ, მრგვალ ფირფიტებად, რომლებსაც სილიციუმის ვაფლებს უწოდებენ. მათზე მოგვიანებით იქმნება ტრანზისტორები, გამტარის ბილიკები და სხვა ელექტრონული სტრუქტურები.
კრისტალის ჩანასახი
ზუსტად ორიენტირებული სილიციუმის პატარა კრისტალი გამდნარი მასალის ზედაპირს ეხება.
ნელი ამოწევა
ჩანასახი ბრუნავს და მაღლა იწევა, მასთან მიერთებული ატომები კი იმავე კრისტალურ მესერს აგრძელებენ.
მონოკრისტალური ცილინდრი
ტემპერატურისა და ამოწევის სიჩქარის სათანადოდ მართვისას იზრდება გრძელი, ერთიანი ორიენტაციის მქონე კრისტალი.
ფირფიტების ჭრა
ცილინდრი იჭრება თხელ დისკებად, რომელთა ზედაპირიც სწორდება და პოლირდება.
კრისტალოგრაფიული მიმართულება
ფირფიტის ორიენტაცია შეირჩევა მომავალი მოწყობილობის წარმოებისა და ელექტრული თვისებების მიხედვით.
პოლიკრისტალური სილიციუმი
როდესაც მასალა მრავალი, სხვადასხვა მიმართულებით ორიენტირებული კრისტალური მარცვლისგან შედგება, მას პოლიკრისტალურს უწოდებენ.
მისი გამტარობა საკმარისად კონტროლირებადია, ნედლეული უხვად მოიპოვება, ხოლო ზედაპირზე სტაბილური საიზოლაციო ოქსიდის ფენის შექმნაა შესაძლებელი
ნახევარგამტარული ქცევა
სილიციუმი არც კარგი მეტალური გამტარია და არც სრული იზოლატორი, ამიტომ მისი ელექტრონების მოძრაობის კონტროლი შესაძლებელია.
n-ტიპის სილიციუმი
დამატებითი ვალენტური ელექტრონის მქონე იმპურობები თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობას ზრდის.
p-ტიპის სილიციუმი
იმპურობები, რომლებსაც ერთი ვალენტური ელექტრონით ნაკლები აქვთ, ქმნის ელექტრონების დეფიციტის ადგილებს, რომლებსაც ხვრელები ეწოდება.
ტრანზისტორები
ელექტრული ველი აკონტროლებს, მიედინება თუ არა დენი მიკროსკოპულ სილიციუმის არხში.
მზის ელემენტები
სილიციუმში სინათლე ქმნის მოძრავ მუხტმატარებლებს, რომლებსაც შიდა ელექტრული ველი ელექტრულ წრედში მიმართავს.
სილიციუმის დიოქსიდის ფენა
სილიციუმის ზედაპირზე შესაძლებელია მტკიცე საიზოლაციო SiO₂ ფენის გაზრდა, რომელსაც მიკროსქემების წარმოებაში უდიდესი მნიშვნელობა აქვს.
სილიციუმი ტექნოლოგიების საფუძველი გახდა არა იმიტომ, რომ რომელიმე თვალსაზრისით სრულყოფილია, არამედ იმიტომ, რომ მისი ელექტრული, ქიმიური, თერმული და საწარმოო თვისებები საოცრად კარგად ერწყმის ერთმანეთს.
სამი მსგავსი ჟღერადობის სიტყვა სრულიად განსხვავებულ მასალებს აღნიშნავს
სილიციუმი
ქიმიური ელემენტი Si. სუფთა კრისტალური სილიციუმი მუქი ნაცრისფერი მეტალოიდი და ნახევარგამტარია.
სილიციუმის დიოქსიდი
ნაერთი SiO₂. ის ქმნის კვარცს და მრავალი ქვიშის, მინისა და ქანის მნიშვნელოვანი ნაწილია.
სილიკატები
მინერალების უზარმაზარი ჯგუფი, რომელშიც სილიციუმისა და ჟანგბადის ერთეულები ალუმინს, მაგნიუმს, რკინას, კალციუმსა და სხვა ელემენტებს უკავშირდება.
სილიკონი
სინთეზური პოლიმერების ოჯახი, რომლის ძირითად ჯაჭვში სილიციუმისა და ჟანგბადის ატომები მონაცვლეობენ.
მინა
ძირითადად ამორფული სილიციუმის დიოქსიდისა და სხვა ოქსიდებისგან შემდგარი მასალა, რომელსაც შორეული კრისტალური წესრიგი არ აქვს.
სილიციუმის კარბიდი
ნაერთი SiC, რომელიც შედგება სილიციუმისა და ნახშირბადისგან და გამოირჩევა მაღალი სიმტკიცითა და სითბოსადმი მდგრადობით.
სილიციუმი სილიკონის იგივე არ არის. ერთი ელემენტი და ნახევარგამტარია, მეორე კი სილიციუმის, ჟანგბადისა და ორგანული ჯგუფების საფუძველზე შექმნილი პოლიმერული მასალაა.
ელემენტი გამოიყო იმ მასალებისგან, რომლებსაც ადამიანები ათასობით წლის განმავლობაში იყენებდნენ, თუმცა დიდი ხნის მანძილზე არ იცოდნენ მათი ნამდვილი ქიმიური ბუნება
სახელწოდება „სილიციუმი“ დაკავშირებულია ლათინურ სიტყვასთან silex, რომელიც კაჟს ან სილიციუმით მდიდარ მყარ ქვას ნიშნავდა.
უძველესი დროიდან ადამიანები იყენებდნენ კაჟს, კვარცის ქვიშას, თიხას, კერამიკასა და მინას, თუმცა ამ მასალებში ელემენტური სილიციუმი ქიმიურად იყო დაკავშირებული.
XIX საუკუნის დასაწყისში გაიაზრეს, რომ სილიციუმის დიოქსიდი შეიცავდა მანამდე გამოუყოფელ ელემენტს. 1824 წელს იონს იაკობ ბერცელიუსმა საკმაოდ სუფთა ამორფული სილიციუმი მიიღო.
მოგვიანებით კრისტალური სილიციუმის თვისებები ელექტროტექნიკისთვის სულ უფრო მნიშვნელოვანი გახდა, ხოლო XX საუკუნეში ის ტრანზისტორებისა და ინტეგრირებული სქემების ძირითად მასალად იქცა.
სილიციუმის ისტორიას უჩვეულო განვითარება აქვს: თავდაპირველად ის ქვაში იმალებოდა, მოგვიანებით ლაბორატორიაში გამოაცალკევეს, ბოლოს კი თავად იქცა მასალად, რომელშიც კაცობრიობამ ინფორმაციის შენახვა და დამუშავება დაიწყო.
კრისტალი, რომელმაც დათვლა ისწავლა
მთის ქანში სილიციუმი ცხოვრობდა. ის კვარცის მესერს, ველის შპატის კარკასსა და მიკას ფურცლებს ქმნიდა, თუმცა ცალკე მას ვერავინ ხედავდა.
ერთ დღეს ადამიანებმა ის ჟანგბადთან კავშირებისგან გაათავისუფლეს, გაასუფთავეს და გაადნეს.
„რაში უნდა ვიქცე?“ — იკითხა სილიციუმმა.
„უპირველესად, ისწავლე ყველა შენი ატომის ერთი მიმართულებით ჩამწკრივება“, — უპასუხა კრისტალის ჩანასახმა.
სილიციუმი ნელა იზრდებოდა, სანამ ერთიან კრისტალად არ იქცა. შემდეგ მის მესერში სულ რამდენიმე უცხო ატომი შეიყვანეს.
ერთ ადგილას დამატებითი ელექტრონი გაჩნდა, მეორეგან კი — მის გადასაადგილებლად თავისუფალი ადგილი. მათ შორის მართვადმა სიგნალმა დაიწყო დენა.
ასე ის ელემენტი, რომელიც მილიარდობით წლის განმავლობაში ქვებს ქმნიდა, ადამიანების მიერ შექმნილი აზრების დათვლას, დამახსოვრებასა და გადაცემას დაეუფლა.
ეს ძველი ლეგენდა არ არის. ეს შემოქმედებითი ამბავია, რომელიც შთაგონებულია სილიციუმის ნამდვილი კრისტალური მესრით, მინარევული გამტარობითა და მიკროსქემების მუშაობით.
სტრუქტურა, ზუსტი კავშირი და მრავალი პატარა ერთეულისგან მოქმედი სისტემის შექმნის უნარი
თანამედროვე სიმბოლურ ენაში სილიციუმი შეიძლება დაუკავშირდეს ლოგიკას, სწავლას, ინფორმაციის დამუშავებას, სისტემების შექმნასა და კავშირების გააზრებულ ფორმირებას. ეს შემოქმედებითი ინტერპრეტაციაა და არა ადამიანზე მისი ზემოქმედების მეცნიერულად დადასტურებული მტკიცება.
ოთხი კავშირი
ერთი ელემენტი შეიძლება სტაბილური გახდეს არა განცალკევებით, არამედ გარემოსთან ზუსტი შეერთებით.
კრისტალური წესრიგი
პატარა წესებმა, რომლებიც თანმიმდევრულად მეორდება, შეიძლება დიდი და საიმედო სტრუქტურა შექმნას.
მინარევების მნიშვნელობა
პატარა ახალმა ელემენტმა ზოგჯერ შეიძლება სისტემა კი არ დაანგრიოს, არამედ მას სრულიად ახალი ფუნქცია შესძინოს.
ნახევარგამტარული მდგომარეობა
ყველაფერი არ უნდა იყოს მთლიანად ღია ან მთლიანად დახურული — ღირებულება შეიძლება მართვად გადასვლაში იმალებოდეს.
სიგნალი
ინფორმაცია მნიშვნელობას მხოლოდ მაშინ იძენს, როცა მას გზა, მიმართულება და მკაფიო მდგომარეობა აქვს.
ქვიდან აზრამდე
ერთი და იგივე მასალას სრულიად განსხვავებული როლის შესრულება შეუძლია, როცა იცვლება მისი სისუფთავის, სტრუქტურისა და ორგანიზების ხარისხი.
მკაფიო სისტემის რიტუალი
ეს მშრალი სიმბოლური პრაქტიკა განკუთვნილია სამუშაოსთვის ან პროექტისთვის, რომელსაც ბევრი ცალკეული დეტალი აქვს, თუმცა ჯერ არ გააჩნია მკაფიოდ მოქმედი სტრუქტურა.
საჭირო მასალა
- სილიციუმის ერთი ნიმუშის;
- ფურცლის;
- კალმის;
- ერთი რთული ამოცანის ან პროექტის.
Keturi pagrindiniai ryšiai
Užrašykite keturias svarbiausias projekto dalis, be kurių sistema negalėtų veikti.
Gardelės taisyklė
Prie kiekvienos dalies įrašykite vieną aiškią taisyklę, pagal kurią ji turi veikti.
Signalo kelias
Nubrėžkite, kaip informacija, sprendimas ar medžiaga juda iš vienos dalies į kitą.
სასარგებლო მინარევი
დაასახელეთ ერთი მცირე ცვლილება, რომელსაც შეუძლია სისტემას ახალი ფუნქცია შესძინოს ან უდიდესი დაბრკოლება აღმოფხვრას.
შელოცვა
მოათავსეთ სილიციუმი ფურცლის ცენტრში და სამჯერ წარმოთქვით:
კავშირებს ვხედავ, წესრიგს ვქმნი,
პატარა ერთეულებით სისტემას ვაერთიანებ.
დასასრული
თქვით: „არ მჭირდება ყველაფრის ერთდროულად შექმნა. საკმარისია, ზუსტად შევუერთო შემდეგი ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი.“
ხშირად დასმული კითხვები სილიციუმის შესახებ
რა არის სილიციუმი?
სილიციუმი ლითონია?
სილიციუმი მინერალია?
როგორია სილიციუმის კრისტალური სტრუქტურა?
რა სიმტკიცე აქვს სილიციუმს?
რატომ არის სილიციუმი ნახევარგამტარი?
რა არის n-ტიპისა და p-ტიპის სილიციუმი?
სილიციუმი და სილიციუმის დიოქსიდი ერთი და იგივეა?
სილიციუმი და სილიკონი ერთი და იგივეა?
რას განასახიერებს სილიციუმი თანამედროვე წარმოსახვაში?
სილიციუმი გვიჩვენებს, როგორ შეუძლია ერთსა და იმავე ატომურ თვისებას ააშენოს მთები, გამჭვირვალე კვარცი, მზის ელემენტები და მიკროსკოპული ლოგიკური კარიბჭეები
ბუნებაში სილიციუმი თითქმის ყოველთვის ჟანგბადთან და სხვა ელემენტებთან კავშირებში გვხვდება და სილიკატური მინერალების უზარმაზარ მრავალფეროვნებას ქმნის.
მრეწველობაში მას სილიციუმის დიოქსიდისგან ათავისუფლებენ, ასუფთავებენ და მოწესრიგებულ მონოკრისტალებად ზრდიან.
ძალიან მცირე რაოდენობის შესაფერისი მინარევის დამატებისას მესერში ჩნდება დამატებითი ელექტრონები ან ხვრელები, ხოლო ელექტრული სიგნალი მართვადი ხდება.
ქიმიაში სილიციუმი მეთოთხმეტე ელემენტია. სიმბოლურ ენაში მას შეუძლია შეგვახსენოს, რომ რთული სისტემები ყოველთვის ერთი დიდი გადაწყვეტილებისგან არ იბადება — ისინი მაშინ წარმოიქმნება, როდესაც უამრავი მცირე კავშირი იმდენად ზუსტად არის განლაგებული, რომ ერთიანი აზრივით იწყებს მოქმედებას.