| Symbool | Si |
|---|---|
| Atoomnummer | 14 |
| Atoommassa | 28,085 u |
| Categorie | Metalloïde |
| Groep | 14 |
| Periode | 3 |
| Blok | p-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 1414 °C |
| Kookpunt | 3265 °C |
| Dichtheid | 2,33 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Ne] 3s2 3p2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 4 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,90 |
| Oxidatiegetallen | +4, −4 |
| Ontdekt | 1824 door Jöns Jacob Berzelius |
| Engelse naam | Silicon |
Eigenschappen van silicium
Zuiver silicium vormt harde, brosse kristallen met een blauwgrijze metaalglans en dezelfde roosterstructuur als diamant. Het geleidt stroom bij kamertemperatuur matig, maar die geleiding neemt toe bij verwarming of belichting. Door het met heel kleine hoeveelheden boor of fosfor te ‘doteren’ ontstaan p-type en n-type silicium, de bouwstenen van diodes, transistoren en zonnecellen. Net als koolstof heeft silicium vier valentie-elektronen en vormt het vier bindingen, maar het verkiest bindingen met zuurstof. Siliciumdioxide (SiO2) komt voor als kwarts en zand en vormt bij smelten en snel afkoelen glas. Silicaten, waarin SiO4-tetraëders in ketens, lagen of netwerken verbonden zijn, vormen het grootste deel van alle gesteenten. Silicium is in de vorm van een blok weinig reactief dankzij een beschermend oxidelaagje, maar reageert met fluor en lost op in fluorwaterstofzuur en hete loog. Siliconen zijn kunststoffen met een ruggengraat van afwisselend silicium- en zuurstofatomen.
Naam. De naam komt van het Latijnse ‘silex’ (vuursteen), dat grotendeels uit siliciumdioxide bestaat.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Silicium staat in periode 3 en groep 14 (koolstofgroep) van het periodiek systeem, in het p-blok.
Een neutraal atoom heeft 14 protonen in de kern en 14 elektronen, verdeeld over 3 schillen: 2, 8, 4. Het periodenummer (3) is gelijk aan het aantal schillen.
Omdat het in groep 14 staat, heeft Silicium 4 valentie-elektronen in de buitenste schil; die bepalen hoe het reageert en bindingen vormt (zie chemische bindingen).
Buren in het systeem: links/ervoor: Aluminium (Al, 13); rechts/erna: Fosfor (P, 15); erboven in dezelfde groep: Koolstof (C); eronder in dezelfde groep: Germanium (Ge).
Andere elementen in groep 14: Koolstof, Germanium, Tin, Lood, Flerovium.
Voorkomen
Ongeveer 28 procent van de aardkorst is silicium, altijd gebonden aan zuurstof in kwarts en silicaatmineralen zoals veldspaat, mica en olivijn. Puur silicium komt in de natuur niet voor. Sommige organismen bouwen er een skelet mee: kiezelwieren (diatomeeën) en sponzen maken schaaltjes van siliciumdioxide, en paardenstaarten en grassen bevatten het in hun stengels. Industrieel silicium wordt gemaakt door kwarts in een elektrische oven met koolstof te reduceren. Voor chips is dat lang niet zuiver genoeg: via chemische zuivering en het Czochralski-proces ontstaan monokristallen van 99,9999999 procent zuiverheid, die in dunne wafers worden gezaagd.
Toepassingen
- Computerchips, geheugen en processoren worden op schijfjes (wafers) van ultrazuiver monokristallijn silicium gebouwd.
- De meeste zonnepanelen bestaan uit siliciumcellen die licht direct omzetten in elektriciteit.
- Zand en kwarts zijn grondstof voor glas, beton, cement en keramiek.
- Siliconen worden gebruikt als kit, bakvormen, afdichtingen, smeermiddelen en in medische implantaten.
- Toegevoegd aan aluminium en staal maakt silicium legeringen beter gietbaar en verbetert het de magnetische eigenschappen van transformatorplaten.
- Siliciumcarbide is een slijpmiddel en wordt steeds vaker gebruikt in vermogenselektronica van elektrische auto’s.
Veelgestelde vragen
Waarom worden chips van silicium gemaakt?
Silicium is een halfgeleider waarvan je de geleiding nauwkeurig kunt regelen door er minieme hoeveelheden andere elementen aan toe te voegen. Het vormt bovendien vanzelf een uitstekend isolerend oxidelaagje. Daarnaast is het goedkoop en overvloedig beschikbaar, en kan het in zeer zuivere, grote kristallen worden gemaakt.
Is silicium een metaal?
Silicium is een metalloïde. Het glanst als een metaal en geleidt een beetje stroom, maar het is bros en gedraagt zich chemisch meer als een niet-metaal. Het vormt bijvoorbeeld een zuur oxide en covalente bindingen. Die tussenpositie maakt het juist geschikt als halfgeleider.
Is zand hetzelfde als silicium?
Nee. Gewoon zand bestaat vooral uit kwarts, dat is siliciumdioxide: silicium gebonden aan zuurstof. Om zuiver silicium te krijgen, moet de zuurstof eruit worden gehaald. Dat gebeurt door kwarts in een oven bij ongeveer 2000 °C met koolstof te laten reageren.