Silisium — den stille arkitekten bak bergarter og mikrobrikker
Silisium står mellom geologi og moderne liv. I naturen er det silikaters — mineraler som utgjør det meste av bergarter — rammeverk. I laboratoriet blir det grunnlaget for mikrobrikker og solceller som driver vår verden. Utseendet er beskjedent — stålgrått, med et svakt blålig skjær under en tynn oksidfilm — men dets tetraedriske bindinger, ordnede gitterpunkter og evne til å bære svake elektriske «hviskinger» har formet den digitale tidsalderen. (Beskjedent? Ja. Men også en superstjerne.)
Identitet og navn 🔎
Silisium vs. silisiumdioksid vs. silikoner
Silisium — elementet Si. Silisiumdioksid — SiO₂ (kvarts, kristobalitt, tridymitt, opal). Silikater — mineraler sammensatt av SiO₄-tetraedre (feltspat, pyroksener, mika m.fl.). Silikoner — syntetiske polymerer med Si–O–Si-kjede — utmerkede for bakevarer, men finnes ikke i mineralverdenen. Samme rotnavn, veldig forskjellige egenskaper.
Halvmetall mellom to verdener
I periodesystemet sitter silisium mellom metaller og ikke-metaller, med egenskaper fra begge: det er blankt og sprøtt, leder varme godt, men i ren form er det en halvleder — ved lave temperaturer isolerer det, men når det varmes opp, belyses eller dopes, begynner det å lede elektrisitet.
Silisium på jorden 🌍
Skjelettet i jordskorpen
Etter oksygen er silisium det nest mest forekommende elementet i jordskorpen — bundet som SiO₂ og silikater. Fra granitter (kvarts + feltspat + mika) til basalt (pyroksener + plagioklas + olivin) — silikat-tetraedrene er hovedbyggesteinene.
Tetraedre overalt
SiO₄-gruppene binder seg sammen i kjeder (pyroksener), doble kjeder (amfiboler), lag (mika, leiremineraler) og rammeverk (feltspat, kvarts). Omorganiseringen av disse bindingene er en favorittaktivitet innen geologi, derfor er silikater så varierte.
Forvitring og sand
Kvarts (SiO₂) er kjemisk motstandsdyktig, derfor overlever den forvitring og blir til sand og sandstein. Smelt det med flammer — du får glass, fargeløst, så lenge spor av metaller ikke farger det som glassmalerier.
Skorpen er i bunn og grunn en enorm Si–O lekeplass, hvor aluminium, magnesium og deres venner også deltar.
Utseende 🎨
Elementært silisium
- Stålgråhet til mørk metallisk med lett blålig skjær (interferens i tynne oksidfilmer).
- Overflate: metallisk glans, bryter glassaktig, konkordisk som flint.
- Form: krystallinske flak / snitt av ingoter, kantete polykrystallinske «metallisk Si»-biter fra smelteovner eller vakre dendritter vokst ut fra smelter.
Silisiumdioksid og silikatbeslektede stoffer
- Kvartsvarianter: fargeløs bergkrystall, fiolett ametyst, røykfarget, sitrin, rosa — mange har du allerede møtt i denne Krystallopedien.
- Silisiumkarbid (moissanitt): naturlig sjelden, syntetisk vanlig; skinner sterkt, hard, «flammende» — svært forskjellig fra elementært Si.
- Silisiumnitrid og silikatkeramikk: harde, matte til satengglans; verdsatt i ingeniørfag.
Fototips: En tynn oksidfilm på polert Si gir iriserende blå nyanser; en diffus lyskilde på ~30° vinkel fremhever dette uten skarp blendende glans.
Fysiske og elektroniske egenskaper 🧪
| Egenskap | Typisk verdi / merknad |
|---|---|
| Klassifisering | Halvmetall; elementsymbol Si; gruppe 14 (karbonfamilien) |
| Struktur | Diamantkubisk (hver Si med fire naboer i et tetraedrisk nettverk) |
| Hardhet | ~6,5 (Mohs-skala) — riper glass, men sprø |
| Tetthet | ~2,33 g/cm³ (20 °C) |
| Termisk ledningsevne | ~149 W/m·K (300 K) — god varmeleder sammenlignet med mange metaller |
| Elektriske egenskaper | Egen halvleder; motstand minker med økende temperatur / doping |
| Forbudt bånd | ~1,12 eV (indirekte) ved 300 K — utmerket for elektronikk, tilstrekkelig for enkeltskikt solceller |
| Optikk | Ugjennomsiktig i synlig område; gjennomsiktig i IR over ~1,1 μm (brukes i IR-optikk) |
| Kjemi | Motstandsdyktig mot mange syrer; oksiderer ved høy T og danner et beskyttende SiO₂-lag |
| Reaktivitet | Danner silisider med metaller; reagerer med halogener; løses i varme baser |
Fra kvarts til mikrobrikke 🧭
Trinn 1 — silisium metall
Høyrent kvarts + karbon smeltes i en elektrisk lysbueovn og gir metallurgisk rent silisium (~98–99 %). Det ser ut som et mørkt, blankt, kantet metall med glassaktig brudd.
Trinn 2 — polysilisium
Metallet raffineres kjemisk (f.eks. via triklorsilan-ruter) til ultrarent polysilisium (9N+). Dette er bleke, kalde stenger eller granulære «perler» — råmateriale for både mikrobrikker og solceller.
Trinn 3 — enkeltkrystaller
Smeltet silis, med et frøkrystall plassert, strekkes for å dyrke en Czochralski-ingot (mono‑Si). Den skjæres i skiver, poleres og et tynt oksidlag dyrkes. Ved hjelp av lys og kjemi «skjæres ut» transistorer, mindre enn en erytrocytt. Magisk — men det er materialvitenskap.
Silisiums hemmelighet — det tynne, selvhelende SiO₂-laget — en perfekt elektrisk isolator, dyrket på det samme krystallet som det isolerer.
Lignende og forveksles lett 🕵️
Silis og silikon
Silis = element (Si). Silikon = polymer (bakeunderlag, tetningsmidler). Hvis det er fleksibelt som gummi — er det ikke elementært silis.
Silis og silisiumdioksid (kvarts)
Elementært Si er metallisk grått og ugjennomsiktig. Kvarts — fargeløs eller flerfarget, glassaktig, klar / gjennomsiktig; sammensetning SiO₂.
Silisium og silisiumkarbid (moissanitt)
SiC — keramikk, svært hard (Mohs ~9,25) og veldig skinnende — populær som diamant-alternativ. Elementært Si — mykere, matt og ugjennomsiktig.
Forvirring med metalliske mineraler
Silisiumbiter kan forveksles med galenitt eller hematitt. Rask identifikasjon: lav tetthet (2,33 g/cm³), konkav bruddflate og blålig oksidglans — ingen kubisk spaltning (som galenitt) eller rød striper (som hematitt).
«Blå plater»
Den vakre blåfargen på polerte plater — tynn oksidfilm-interferens, ikke pigment. Vipp den — og nyansen endres subtilt: fysikk på moteshow.
Rask sjekkliste
- Stålgrå, sprø, glassaktig brudd? → sannsynligvis elementært Si.
- Gjennomsiktig / glassaktig krystall med konkav bruddflate? → silisiumdioksid (kvarts).
- «Hoppende», gummiaktig «Si»? → silikonpolymer, ikke element.
Prøver og funnsteder 📍
Hva samlere ser
I samlinger betyr «silisium» vanligvis raffinert silisium metall: kantete, blanke biter fra smelteovner; vakre dendritter vokst fra smelter (som snøfnugg); eller tynne platefragmenter med interferensfarger. Ekte naturlig silisium er sjeldent og vanligvis mikroskopisk.
Hvor historien begynner
Geologisk silisiumhistorie — overalt: kvartsårer i granitter, sandstein og strender; feltspat og glimmer i jordskorpebergarter; og høyteknologi, menneskeskapt enkeltkrystall der mikrobrikkefabrikker summer.
Vedlikehold og utstilling 🧼🖼️
For prøver av elementært Si
- Behandle som glass: det er hardt, men sprøtt — kantene kan flise av.
- Unngå langvarig bløtlegging; rengjør med en myk, tørr klut. Blås luft og tørk med mikrofiber — glansen våkner til liv.
- Hold adskilt; tyngre mineraler kan skade kantene.
For plater / ingoter
- Fingeravtrykk "spiser opp" oksidnyanser — bruk hansker eller hold deg unna kanten.
- Still ut litt på skrå med en liten projektor — blå interferens ser flott ut.
- Bør magneter holdes unna? Magneter skader ikke silis selv, men nærliggende ferromagneter kan velte skjøre staver — dette rådet handler mer om fysikk enn kjemi.
For silisiumdioksidets "fettere"
- Kvartsvarianter er holdbare (Mose 7). Passer med mild såpe og vann.
- Unngå termisk sjokk for kvarts med inklusjoner (helbredede sprekker kan knitre).
- Hold unna korund / diamant-naboer for å bevare den polerte overflaten.
Spørsmål ❓
Er silis et metall?
Det er et metalloidelement: ser metallisk ut og leder varme godt, men elektrisk er det en halvleder med et forbudt bånd; verken en klassisk metall eller ikke-metall.
Hvorfor er silis så bra for mikrobrikker?
Dens naturlige SiO₂-oksid er en utmerket isolator som vokser direkte på silis, noe som gjør det mulig å kontrollere bittesmå transistorer nøyaktig. I tillegg er silis rikelig og kan renses til et imponerende nivå.
Kan jeg finne naturlig silis i naturen?
Sjelden og som regel mikroskopisk. "Silis" du holder i hånden er vanligvis ren metallisk silis. I naturen binder silis seg helst med oksygen som silisiumdioksid / silikater.
Hvor kommer den blå nyansen på platene fra?
Det er interferens i tynne lag fra et nesten usynlig tynt SiO₂-lag. Endre tykkelsen — fargen endres også; som en oljeflekk på vann, bare renere.
Er silis det samme som silikon?
Nei. Silis er et grunnstoff; silikon er en polymer (tenk på fleksible bakeunderlag). Lignende navn, forskjellige verdener.