التعريف
السيليكون (Si) هو عنصر كيميائي ينتمي إلى المجموعة IVA (المجموعة 14) من الجدول الدوري، ويبلغ رقمه الذري 14 ووزنه الذري 28.0855. ويوجد في شكلين: غير متبلور وبلوري، وهو أحد أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية.
يتميز السيليكون البلوري بمظهره الرمادي-الأسود، وهو مادة صلبة ولامعة، وتتميز بخصائص أشباه الموصلات. ونظرًا لخصائصه الكهربائية الفريدة، غالبًا ما يُصنف السيليكون على أنه شبه معدني، حيث يمتلك خصائص تقع بين خصائص المعادن واللافلزات.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
يتمتع السيليكون بعدة خصائص تجعله عنصراً مهماً في كل من الصناعات التقليدية والتقنيات المتطورة.
تشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:
- الرقم الذري: 14
- الوزن الذري: 28.0855
- يوجد في شكل بلوري وشكل غير بلوري
- الكثافة: حوالي 2.33 غ/سم³
- نقطة الانصهار: 1410 درجة مئوية
- درجة الغليان: 2355 درجة مئوية
- حالة التكافؤ الرئيسية: +4
من الناحية الكيميائية، يصبح السيليكون أكثر تفاعلية عند درجات الحرارة المرتفعة، ويمكن أن يتحد مع عناصر مختلفة لتكوين مجموعة واسعة من المركبات.
السيليكون غير قابل للذوبان في الماء وحمض النيتريك وحمض الهيدروكلوريك، لكنه يمكن أن يذوب في حمض الهيدروفلوريك والمحاليل القلوية.
الانتشار والمصادر الطبيعية
يُعد السيليكون أحد أكثر العناصر وفرةً في الطبيعة، ويشكل جزءًا كبيرًا من القشرة الأرضية.
ونادرًا ما يُعثر عليه في صورته العنصرية، ويوجد بشكل أساسي على النحو التالي:
- ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)
- السيليكات
- مركبات معدنية تحتوي على السيليكون والأكسجين
ونظرًا لترابطه القوي مع الأكسجين، فإن السيليكون موجود عادةً في الصخور والرمل والعديد من المعادن الطبيعية.
كما يمكن العثور على كميات ضئيلة من مركبات السيليكون في بعض النباتات، وشعر الحيوانات، والريش، ومواد بيولوجية أخرى.
الأهمية الصناعية
تتجاوز الأهمية الصناعية للسيليكون بكثير دوره كعنصر كيميائي.
تاريخياً، استُخدم السيليكون في إنتاج السبائك، بما في ذلك الحديد الزهر عالي المحتوى من السيليكون والفولاذ السيليكوني، حيث يساهم في تعزيز القوة والأداء المغناطيسي ومقاومة التآكل.
يُعرف السيليكون اليوم بأنه أحد أهم مواد أشباه الموصلات. ويُستخدم السيليكون متعدد البلورات والسيليكون أحادي البلورة على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية، والمقومات، وأشباه الموصلات الكهربائية، والدوائر المتكاملة، والخلايا الشمسية.
بالمقارنة مع المواد متعددة البلورات، يتميز السيليكون أحادي البلورة بأداء كهربائي فائق، ولذلك يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الإلكترونية عالية الأداء.
إنتاج السيليكون الصناعي وذو النقاء العالي
يُنتج السيليكون الصناعي عادةً عن طريق اختزال المواد التي تحتوي على ثاني أكسيد السيليكون.
يمكن الحصول على السيليكون غير المتبلور من خلال عمليات اختزال تستخدم السيليكا، في حين يتطلب السيليكون ذو النقاء العالي خطوات تنقية إضافية.
يُنتج السيليكون فائق النقاء — الذي غالبًا ما تصل درجة نقاوته إلى عدة “تسعات” — من خلال تقنيات تكرير متخصصة. وتُعد هذه المواد أساسية لتصنيع أشباه الموصلات والتطبيقات الكهروضوئية التي يُعد فيها التحكم في الشوائب أمرًا بالغ الأهمية.
عادةً ما يتضمن إنتاج السيليكون المخصص للاستخدامات الإلكترونية عدة مراحل من التنقية والتحويل من أجل تلبية المواصفات المطلوبة للمادة.
مركبات السيليكون العضوية
تعد تكنولوجيا السيليكون العضوي أحد أهم فروع كيمياء السيليكون من الناحية التجارية.
تُستخدم مركبات السيليكون العضوي على نطاق واسع في تصنيع:
- منتجات السيليكون
- مواد العزل الكهربائي
- عوامل الفصل
- الطلاءات المقاومة للماء
- عوامل التلميع
- مواد التشحيم
- منتجات العناية الشخصية ومستحضرات التجميل
وقد جعلت تعدد استخداماتها كيمياء السيليكون جزءًا مهمًا من الصناعات الكيميائية الحديثة.
المصطلحات ذات الصلة
- السيلان (SiH₄)
- ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)
- البولي سيليكون
- مركبات السيليكون العضوية
- مواد أشباه الموصلات
- مواد الخلايا الشمسية
