Silici
Linas JuozėnasNdaj
Silici
Silici është një element kimik, i shënuar me simbolin Si dhe me numër atomik 14. Në natyrë pothuajse kurrë nuk gjendet i pastër, sepse lidhet lehtësisht me oksigjenin dhe elemente të tjera. Prandaj silicin zakonisht e gjejmë në kuarc, feldshpat, mikë, minerale argjilore dhe shumë silikate të tjera. I pastruar në një nivel jashtëzakonisht të lartë dhe i rritur në një kristal të vetëm, ai bëhet një gjysmëpërçues i kontrollueshëm, nga i cili prodhohen mikroçipa, sensorë dhe qeliza diellore.
Element me katër lidhje, i aftë të bëhet skelet shkëmbor ose rrugë elektronesh e kontrolluar me saktësi
Atomi i silicit ka katër elektrone valencë. Kjo i mundëson të formojë katër lidhje të forta kovalente me atomet fqinje.
Në silicin e pastër kristalor, çdo atom lidhet me katër atome të tjera silici dhe krijon një rrjetë tredimensionale të tipit diamant.
Në natyrë, silici lidhet më shpesh me oksigjenin. Tetraedrat e silicit dhe oksigjenit mund të jenë të veçuar, të bashkuar në zinxhirë, unaza, fletë ose skelete të pandërprera.
Thelbi i silicit: po ato katër lidhje të mundshme i mundësojnë atij të krijojë si larminë e jashtëzakonshme të silikateve në koren e Tokës, ashtu edhe një kristal gjysmëpërçues të rregullt në elektronikë.
Katër elektronet valencë
Ato i mundësojnë silicit të formojë një rrjetë të qëndrueshme me katër lidhje.
Pozicioni i metaloidit
Silici ka veti karakteristike si për metalet, ashtu edhe për jometalet, ndaj zë një vend të ndërmjetëm.
Përçueshmëria e kontrolluar
Silici i pastër është përçues vetëm në mënyrë të kufizuar, por sjellja e tij elektrike mund të ndryshohet me shumë saktësi përmes sasive të vogla të papastërtive.
Kristal i fortë, i brishtë dhe me shkëlqim gri, përçueshmëria e të cilit varet nga temperatura, drita dhe papastërtitë
| Simboli kimik | Si |
|---|---|
| Numri atomik | 14 |
| Klasa e elementit | Metaloid |
| Struktura kristalore | Rrjetë kubike e tipit diamant |
| Fortësia | Përafërsisht rreth 6,5–7 sipas shkallës së Mohsit |
| Dendësia | Përafërsisht 2,33 g/cm³ |
| Temperatura e shkrirjes | Rreth 1414 °C |
| Temperatura e vlimit | Rreth 3265 °C |
| Shkëlqimi | Metalik ose gjysmëmetalik |
| Ngjyra | Gri e errët, gri çeliku ose gri kaltërosh |
| Thyeshmëria | Thyeshëm; materiali është i brishtë |
| Veti elektronike | Gjysmëpërçues, gjerësia e brezit të ndaluar të të cilit në temperaturën e dhomës është rreth 1,12 eV |
| Ndryshimi i përçueshmërisë | Rritet me rritjen e temperaturës, nën veprimin e dritës ose pas futjes së papastërtive të përshtatshme |
Një nga elementet më të rëndësishme ndërtuese të planetit, por pothuajse gjithmonë i fshehur në përbërje
Kuarci
Dioksidi i silikonit SiO₂ përbën kuarcin, ametistin, citrinën, kristalin e malit dhe shumë varietete të tjera të kuarcit.
Feldspatët
Kornizat e silikonit, aluminit, oksigjenit dhe metaleve formojnë një nga grupet më të bollshme të mineraleve të kores së Tokës.
Mikat
Fletëzat silikatikë u mundësojnë këtyre mineraleve të ndahen lehtësisht në pllakëza të holla.
Mineralet e argjilës
Gjatë shpërbërjes së silikateve formohen grimca fletëzore jashtëzakonisht të imta, të rëndësishme për tokën dhe sedimentet.
Piroksenet dhe amfibolët
Zinxhirët e tyre silikatikë janë të rëndësishëm për shkëmbinjtë magmatikë dhe metamorfikë.
Silici në natyrë
Silici elementar i lirë është shumë i rrallë në natyrë, sepse reagon lehtë dhe shndërrohet në okside ose silikate.
Pjesa më e madhe e arkitekturës minerale të kores së Tokës mund të kuptohet duke vëzhguar se si tetraedrat e silikonit dhe oksigjenit bashkohen në forma gjithnjë e më të ndërlikuara.
Nga dioksidi i silikonit në shkëmb deri te materiali ultra i pastër, në të cilin kontrollohet pothuajse çdo papastërti
Zgjidhet dioksidi i silikonit
Për prodhim përdoret kuarc ose rërë kuarcore shumë e pastër.
Dioksidi i silikonit reduktohet
Në temperaturë të lartë, në një furrë elektrike, oksigjeni largohet duke përdorur një material që përmban karbon.
Merret silici metalurgjik
Formohet një masë gri silici elementar, e cila ende ka shumë papastërti për elektronikën e ndjeshme.
Silici shndërrohet në një përbërje të avullueshme
Një përbërje kimike ndërmjetëse mund të distilohet dhe të ndahet nga shumë ndotës.
Depozitohet silici ultra i pastër
Nga përbërja e gaztë e pastruar merret material polikristalor me pastërti shumë të lartë.
Materiali përgatitet për rritjen e kristalit
Silici shkrihet në një mjedis të kontrolluar dhe përdoret për të formuar boshte monokristalore ose polikristalore.
Kuarci në natyrë mund të jetë pothuajse i tejdukshëm, por elektronikës i duhet më shumë se lëndë e parë e bukur. Nevojitet një pastërti e tillë që edhe një sasi shumë e vogël e një elementi të padëshiruar të mos prishë më sjelljen elektrike.
Një kristal gjigant rritet në mënyrë që miliarda atome të vazhdojnë në një drejtim të përbashkët të rrjetës
Nga shkrirja te vafera
Cilindri monokristalor pritet në pllakëza rrethore shumë të holla, të quajtura vaferë silici. Mbi to më vonë krijohen tranzistorë, shtigje përçuese dhe struktura të tjera elektronike.
Bërthama e kristalit
Një kristal i vogël silici, i orientuar me saktësi, prek sipërfaqen e materialit të shkrirë.
Tërheqje e ngadaltë
Bërthama rrotullohet dhe ngrihet, ndërsa atomet që bashkohen me të vazhdojnë të njëjtën rrjetë kristalore.
Cilindër monokristalor
Duke kontrolluar siç duhet temperaturën dhe shpejtësinë e tërheqjes, rritet një kristal i gjatë dhe i njëtrajtshëm me orientim të pandryshueshëm.
Prerja e pllakëzave
Cilindri pritet në disqe të holla, sipërfaqja e të cilëve rrafshohet dhe lustrohet.
Drejtimi kristalografik
Orientimi i pllakëzës zgjidhet sipas vetive të ardhshme të prodhimit dhe vetive elektrike të pajisjes.
Silici polikristalor
Kur një material përbëhet nga shumë kokrriza kristalore të orientuara në mënyra të ndryshme, ai quhet polikristalor.
Përçueshmëria e tij mund të kontrollohet mjaftueshëm, lënda e parë është e bollshme dhe në sipërfaqe mund të krijohet një shtresë e qëndrueshme oksidi izolues
Sjellja gjysmëpërçuese
Silici nuk është as përçues i mirë metalik, as izolues i plotë, prandaj lëvizja e elektroneve të tij mund të kontrollohet.
Silici i tipit n
Papastërtitë që kanë një elektron valencë shtesë rrisin numrin e elektroneve të lira.
Silici i tipit p
Papastërtitë që kanë një elektron valencë më pak krijojnë vende me mungesë elektronësh, të quajtura vrima.
Tranzistorët
Fusha elektrike kontrollon nëse rryma kalon nëpër një kanal mikroskopik silici.
Qelizat diellore
Drita krijon në silikon bartës ngarkese në lëvizje, të cilët fusha e brendshme elektrike i drejton në qarkun elektrik.
Shtresa e dioksidit të silicit
Në sipërfaqen e silicit mund të rritet një shtresë e fortë izoluese SiO₂, shumë e rëndësishme për prodhimin e mikroqarqeve.
Silici u bë themeli i teknologjisë jo sepse është i përsosur në një aspekt të vetëm, por sepse vetitë e tij elektrike, kimike, termike dhe të prodhimit funksionojnë jashtëzakonisht mirë së bashku.
Tri fjalë që tingëllojnë ngjashëm nënkuptojnë materiale krejtësisht të ndryshme
Silici
Elementi kimik Si. Silici i pastër kristalor është një metaloid gri i errët dhe gjysmëpërçues.
Dioksidi i silicit
Përbërja SiO₂. Ajo përbën kuarcin dhe është pjesë e rëndësishme e shumë llojeve të rërës, qelqit dhe shkëmbinjve.
Silikatet
Një grup i stërmadh mineralesh, në të cilin njësitë e silicit dhe oksigjenit lidhen me aluminin, magnezin, hekurin, kalciumin dhe elemente të tjera.
Silikoni
Familje polimerësh sintetikë, në zinxhirin kryesor të të cilëve alternohen atomet e silicit dhe oksigjenit.
Qelqi
Zakonisht një material amorf i dioksidit të silicit dhe oksideve të tjera, pa rend kristalor në distancë të largët.
Karbidi i silicit
Përbërje SiC, e përbërë nga silici dhe karboni, me fortësi të madhe dhe rezistencë ndaj nxehtësisë.
Silici nuk është e njëjta gjë me silikonin. Njëri është element dhe gjysmëpërçues, ndërsa tjetri është një material polimerik i krijuar mbi bazën e silicit, oksigjenit dhe grupeve organike.
Elementi u izolua nga materiale që njerëzit i kishin përdorur për mijëra vjet, por për një kohë të gjatë nuk e njihnin natyrën e tyre të vërtetë kimike
Emri i silicit lidhet me fjalën latine silex, që nënkuptonte strallin ose një gur të fortë të pasur me silikon.
Njerëzit kanë përdorur strallin, rërën kuarcore, argjilën, qeramikën dhe qelqin që nga kohët më të lashta, por silici elementar në këto materiale ishte i lidhur kimikisht.
Në fillim të shekullit XIX u kuptua se dioksidi i silicit përmbante një element që deri atëherë nuk ishte izoluar. Në vitin 1824, Jöns Jacob Berzelius përgatiti silic amorf mjaft të pastër.
Më vonë, vetitë e silicit kristalor u bënë gjithnjë e më të rëndësishme për elektroteknikën, ndërsa në shekullin XX ai u bë materiali kryesor i transistorëve dhe qarqeve të integruara.
Historia e silicit ka një hark të pazakontë: në fillim fshihej në gur, më vonë u veçua në laborator dhe në fund vetë u bë materiali në të cilin njerëzimi filloi të ruante dhe përpunonte informacionin.
Kristali që mësoi të llogariste
Në shkëmbin e malit jetonte silici. Ai mbante rrjetën e kuarcit, skeletin e feldspatit dhe fletët e mikës, por askush nuk e shihte veçmas.
Një ditë njerëzit e çliruan nga lidhjet me oksigjenin, e pastruan dhe e shkrinë.
«Në çfarë duhet të shndërrohem?» – pyeti silici.
«Së pari mëso t'i radhitësh të gjithë atomet e tua në një drejtim», – u përgjigj embrioni i kristalit.
Silici u rrit ngadalë, derisa u bë një kristal i njësuar. Pastaj në rrjetën e tij u futën vetëm pak atome të huaja.
Në një vend u shfaq një elektron shtesë, ndërsa në një tjetër – një hapësirë bosh ku ai mund të lëvizte. Midis tyre filloi të rridhte një sinjal i kontrolluar.
Kështu elementi që për miliarda vjet ndërtoi gurë mësoi të llogariste, të kujtonte dhe të përcillte mendimet e krijuara nga njerëzit.
Kjo nuk është një legjendë e lashtë. Është një rrëfim krijues, i frymëzuar nga rrjeta e vërtetë e silicit, përçueshmëria përmes papastërtive dhe funksionimi i mikroçipave.
Struktura, lidhja e saktë dhe aftësia për të krijuar një sistem funksional nga shumë njësi të vogla
Në gjuhën simbolike moderne, silici mund të lidhet me logjikën, të nxënit, përpunimin e informacionit, krijimin e sistemeve dhe formimin e vetëdijshëm të lidhjeve. Ky është një interpretim krijues, jo një efekt i vërtetuar shkencërisht te njeriu.
Katër lidhjet
Një element mund të bëhet i qëndrueshëm jo duke u shkëputur, por duke u lidhur saktësisht me mjedisin.
Rendi kristalor
Rregulla të vogla, të përsëritura në mënyrë të qëndrueshme, mund të krijojnë një strukturë të madhe dhe të besueshme.
Rëndësia e papastërtive
Një element i ri i vogël ndonjëherë nuk e prish sistemin, por i jep një funksion krejtësisht të ri.
Gjendja gjysmëpërçuese
Jo gjithçka duhet të jetë plotësisht e hapur ose plotësisht e mbyllur – vlera mund të fshihet në kalimin e kontrolluar.
Sinjali
Informacioni bëhet kuptimplotë vetëm kur ka një rrugë, drejtim dhe gjendje të qartë.
Nga guri te mendimi
I njëjti material mund të luajë një rol krejtësisht të ndryshëm kur ndryshon cilësia e pastërtisë, strukturës dhe organizimit të tij.
Rituali i sistemit të qartë
Kjo praktikë simbolike e thatë është menduar për një punë ose projekt me shumë detaje të veçanta, por ende pa një strukturë të qartë funksionale.
Çfarë do të nevojitet
- një mostër silici;
- fletë letre;
- stilolaps;
- të një detyre ose projekti kompleks.
Katër lidhjet kryesore
Shkruani katër pjesët më të rëndësishme të projektit, pa të cilat sistemi nuk do të mund të funksiononte.
Rregulli i rrjetës
Pranë çdo pjese shkruani një rregull të qartë, sipas të cilit ajo duhet të funksionojë.
Rruga e sinjalit
Përshkruani se si informacioni, vendimi ose materiali lëviz nga një pjesë në tjetrën.
Papastërti e dobishme
Përcaktoni një ndryshim të vogël që mund t’i japë sistemit një funksion të ri ose të eliminojë pengesën më të madhe.
Formula magjike
Vendoseni silicin në qendër të fletës dhe shqiptojeni tri herë:
I shoh lidhjet, krijoj rendin,
e lidh sistemin me njësi të vogla.
Përmbyllje
Thoni: „Nuk kam nevojë ta ndërtoj gjithçka njëherësh. Mjafton të lidh me saktësi pjesën tjetër më të rëndësishme.“
Pyetjet më të shpeshta rreth silicit
Çfarë është silici?
A është silici metal?
A është silici mineral?
Cila është struktura kristalore e silicit?
Sa është fortësia e silicit?
Pse silici është gjysmëpërçues?
Çfarë janë silici i tipit n dhe i tipit p?
A janë silici dhe dioksidi i silicit e njëjta gjë?
A janë silici dhe silikoni e njëjta gjë?
Çfarë simbolizon silici në imagjinatën moderne?
Silici tregon se si e njëjta veti atomike mund të ndërtojë male, kuarc transparent, qeliza diellore dhe porta logjike mikroskopike
Në natyrë, silici pothuajse gjithmonë gjendet i lidhur me oksigjenin dhe elemente të tjera, duke formuar një larmi të pafund mineralesh silikate.
Në industri, ai çlirohet nga dioksidi i silicit, pastrohet dhe rritet në kristale të rregullta monokristalore.
Kur futet një sasi shumë e vogël papastërtish të përshtatshme, në rrjetë shfaqen elektrone ose vrima shtesë dhe sinjali elektrik bëhet i kontrollueshëm.
Në kimi, silici është elementi i katërmbëdhjetë. Në gjuhën simbolike, ai mund të na kujtojë se sistemet komplekse nuk lindin domosdoshmërisht nga një zgjidhje e vetme madhore – ato shfaqen kur shumë lidhje të vogla vendosen me aq saktësi, sa fillojnë të funksionojnë si një mendim i vetëm.