Silīcijs pret silīcija dioksīdu pret silikonus

Silīcijs — elements Si. Silīcija dioksīds — SiO₂ (kvarcs, kristobalīts, tridimīts, opāls). Silikāti — minerāli, kas sastāv no SiO₄ tetraēdriem (lauka špats, piroksēni, mika u.c.). Silikoni — sintētiskie polimēri ar Si–O–Si ķēdi — lieliski cepšanai, bet minerālu pasaulē tos neatradīsi. Tas pats sakņu nosaukums, ļoti atšķirīgas īpašības.

Pusmetāls starp divām pasaulēm

Periodiskajā tabulā silīcijs atrodas starp metāliem un nemetāliem, apvienojot abu īpašības: tas ir spīdīgs un trausls, labi vada siltumu, bet tīrā formā ir pusvadītājs — pie zemām temperatūrām izolē, bet uzkarsēts, apgaismots vai dopēts sāk vadīt elektrību.

Garozas karkass

Pēc skābekļa silīcijs ir otrais visbiežāk sastopamais elements Zemes garozā — saistīts kā SiO₂ un silikāti. No granītiem (kvarcs + lauka špats + mika) līdz bazaltiem (piroksēni + plagioklāzs + olivīns) — silikātu tetraedri ir galvenie būvbloki.

Tetraedri visur

SiO₄ grupas savienojas ķēdēs (piroksēni), dubultās ķēdēs (amfiboli), slāņos (miki, māli) un karkasos (lauka špati, kvarcs). Šo savienojumu pārkārtošana ir iecienīta ģeoloģijas nodarbe, tāpēc silikāti ir tik dažādi.

Erozija un smiltis

Kvarcs (SiO₂) ir ķīmiski izturīgs, tāpēc iztur eroziju un pārvēršas smiltīs un smilšakmenī. Izkausējiet to ar plūsmām — iegūsiet stiklu, bezkrāsainu, kamēr pēdu metāli to nekrāso kā vitrāžas.

Elementārais silīcijs

• Tērauda pelēcība līdz tumši metāliskai ar vieglu zilganu nokrāsu (plānas oksīda plēves interferenca).
• Virsmu raksturo metālisks spīdums, lūst stikla līdzīgi, konhoidāli kā dzintars.
• Forma: kristāliskas plāksnītes / ingotu šķēlumi, leņķaini polikristāliski „metāla Si“ gabali no kausulām vai skaisti dendriti, audzēti no kausējumiem.

Silīcija dioksīds un silikātu radinieki

• Kvarca varianti: bezkrāsains kalnu kristāls, violetais ametists, dūmakainais, citrīns, rozā — daudzus no tiem jau esat satikuši šajā Kristalopedijā.
• Silīcija karbīds (moisanīts): dabīgi reti sastopams, sintētiski izplatīts; spoži mirdzošs, ciets, „ugunīgs“ — ļoti atšķiras no elementārā Si.
• Silicio nitrīds un silikātu keramika: izturīgas, matētas līdz zīdainam spīdumam; novērtētas inženierijā.

Foto padoms: Plāna oksīda plēve uz pulēta Si rada irizējošas zilganas nokrāsas; viens izkliedēts avots ap ~30° leņķī to izceļ bez asas spīduma atspīduma.

1. solis — silīcija metāls

Augstas tīrības kvarcs + ogle tiek izkausēti elektroloka krāsnī un iegūts metallurģiskās tīrības silīcijs (~98–99 %). Tas izskatās kā tumšs, spīdīgs, leņķains metāls ar stiklainu lūzumu.

2. solis — polisilīcijs

Metāls ķīmiski attīrīts (piemēram, caur trihlorsilāna ceļiem) līdz ultrapure polisilīcijam (9N+). Tie ir gaiši, auksti stieņi vai granulu „pērles“ — izejviela gan mikroshēmām, gan saules elementiem.

3. solis — vienkristāļi

Izkausētu silīciju, pievienojot sēklas kristālu, stiepj, audzējot Czochralski ingotu (mono‑Si). To griež plāksnēs, pulē un audzē plānu oksīda plēvi. Ar gaismas un ķīmijas palīdzību šablonējot tiek „izgrebti“ tranzistori, kas ir mazāki par eritrocītu. Maģiski — bet tā ir materiālzinātne.

Silīcijs un silikons

Silīcijs = elements (Si). Silikons = polimērs (cepšanas paklājiņi, blīvējumi). Ja elastīgs kā gumija — tas nav elementārais silīcijs.

Silīcijs un silīcija dioksīds (kvarcs)

Elementārais Si ir metāliskas pelēkās krāsas un necaurspīdīgs. Kvarcs — bezkrāsains vai daudzkrāsains, stiklains, caurspīdīgs / caurspīdīgs; sastāvs SiO₂.

Silīcijs un silīcija karbīds (mozanīts)

SiC — keramika, ļoti cieta (Mosas ~9,25) un ļoti spīdīga — populāra kā dimanta alternatīva. Elementārais Si — mīkstāks, blāvāks un necaurspīdīgs.

Metālisko minerālu sajaukšana

Silīcija gabalus var sajaukt ar galēnītu vai hematītu. Ātri pazīmes: zems blīvums (2,33 g/cm³), konhoīds lūzums un zilgans oksīda spīdums — nav kubiskās šķelšanās (kā galēnītam) vai sarkanā braukuma (kā hematītam).

„Zilās plāksnītes“

Tas skaistais zilganais tonis uz pulētām plāksnītēm — plānas oksīda plēves interferenču efekts, ne pigments. Pagrieziet — un tonis smalki mainās: fizika gatavojas modes šovam.

Ātrs pārbaudes saraksts

• Tērauda pelēcība, trausls, stiklains lūzums? → visticamāk elementārais Si.
• Caurspīdīgs / stiklains kristāls ar konhoīdu lūzumu? → silīcija dioksīds (kvarcs).
• „Lēkājošs“, gumijots „Si“? → silikona polimērs, ne elements.

Ko redz kolekcionāri

Kolekcijās „silīcijs“ parasti nozīmē attīrītu silīcija metālu: leņķainus, spīdīgus gabalus no kausējumiem; skaistus dendritus, audzētus no kausējumiem (it kā sniegpārsliņas); vai plānus plāksnīšu fragmentus ar interferenču krāsām. Īsts dzimtais silīcijs ir retums un parasti mikroskopisks.

Kur sākas vēsture

Ģeoloģiski silīcija vēsture — visur: kvarca dzīslas granītos, smilšakmeņi un pludmales; laukspati un miki plātnēs iežos; un augsto tehnoloģiju, cilvēka audzēti vienkristāli tur, kur rūc mikroshēmu rūpnīcas.

Elementārā Si paraugiem

• Rīkojieties kā ar stiklu: tas ir ciets, bet trausls — malas var atplīst.
• Izvairieties no ilgstošas mērcēšanas; tīriet ar mīkstu, sausu drānu. Pūšiet gaisu un noslaukiet ar mikrošķiedru — spīdums atdzīvojas.
• Turiet atsevišķi; smagāki minerāli var saplēst malas.

Plāksnītēm / ingotiem

• Pirkstu nospiedumi „ēd” oksīda toņus — valkājiet cimdus vai turiet aiz mala.
• Izstādiet nedaudz noliekot un ar nelielu prožektoru — zila interferencija izskatās lieliski.
• Turiet magnētus tālāk? Magnēti pašam silīcijam nekaitēs, bet tuvumā esošie feromagnēti var apgāzt trauslus statīvus — šis padoms vairāk par fiziku nekā ķīmiju.

Silīcija dioksīda „pusbrāļiem”

• Kvarca šķirnes ir izturīgas (Mosa 7). Piemērots maigs ziepes un ūdens.
• Izvairieties no termiskā šoka kvarcam ar iekļaujām (dziju plaisas var sprāgt).
• Turiet tālāk no korunda / dimanta kaimiņiem, lai saglabātu pulētu virsmu.