السيليكون خصائص العنصر واستخداماته
الوصف
السيليكون عنصر كيميائي يرمز له بالرمز Si والرقم الذري 14. وهو عنصر موجود على نطاق واسع في الطبيعة ويلعب دورًا مهمًا في مختلف الصناعات.
مقدمة عن العنصر
السيليكون عنصر فلزّي، ما يعني أن له خواص كل من الفلزات واللافلزات. وهو ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية بعد الأكسجين. يوجد السيليكون في الغالب في الطبيعة على شكل سيليكات وثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)، وهو ضروري في تصنيع أشباه الموصلات والألواح الشمسية والزجاج وغيرها من المنتجات.
وصف الخواص الكيميائية
السيليكون عنصر مستقر نسبيًا، حيث يشكل مركبات مستقرة مع معظم العناصر، وخاصة الأكسجين، لتكوين السيليكات. لديه حالة أكسدة +4 في معظم مركباته، بما في ذلك ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) والسيليكات المختلفة. ويتفاعل مع الهالوجينات، مثل الكلور والبروم واليود، لتكوين هاليدات السيليكون مثل SiCl₄. وفي درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يتفاعل السيليكون أيضًا مع معادن مثل المغنيسيوم لتكوين السيليسيدات.
الخواص الفيزيائية
السيليكون مادة صلبة بلورية هشة صلبة ذات بريق معدني أزرق مائل إلى الرمادي. وله درجة انصهار عالية تبلغ 1414 درجة مئوية (2577 درجة فهرنهايت) وهو موصل ضعيف للكهرباء في شكله النقي، على الرغم من أن توصيله يزداد عند تطعيمه بعناصر معينة. كما أن صلابة السيليكون ومقاومته للحرارة تجعله مادة قيّمة في التطبيقات الصناعية عالية الأداء.
|
الخصائص |
القيمة |
|
العدد الذري |
14 |
|
الكتلة الذرية |
28.0855 جم/مول |
|
الكثافة |
2.33 جم/سم مكعب |
|
درجة الانصهار |
1414°C |
|
3265°C |
|
|
الموصلية الكهربائية |
ضعيفة (في شكل نقي) |
|
التركيب البلوري |
مكعب ماسي |
|
اللون |
أزرق-رمادي |
الاستخدامات الشائعة
يُستخدم السيليكون على نطاق واسع في إنتاج أشباه الموصلات الضرورية للأجهزة الإلكترونية مثل الحواسيب والهواتف الذكية والألواح الشمسية. كما أنه جزء لا يتجزأ من صناعة الزجاج، حيث يشكل المكون الرئيسي لمعظم أنواع الزجاج. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم السيليكون في إنتاج السبائك، مثل الفولاذ والألومنيوم، حيث يعمل على تحسين قوتها ومقاومتها للأكسدة.
وتستخدم المركبات القائمة على السيليكون، مثل كربيد السيليكون (SiC)، في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية والجهد العالي. وتعتمد صناعة أشباه الموصلات على السيليكون في المعالجات الدقيقة وأجهزة الاستشعار والدوائر المتكاملة.
طرق التحضير
يتم الحصول على السيليكون في المقام الأول من خلال اختزال ثاني أكسيد السيليكون في فرن القوس الكهربائي. تتضمن هذه الطريقة، والمعروفة باسم عملية سيمنز، تسخين السيليكا (SiO₂) مع الكربون (عادةً في شكل فحم الكوك) عند درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية لإنتاج السيليكون.
في البيئات الصناعية، يمكن أيضاً تحضير السيليكون من خاماته باستخدام تقنيات مختلفة، اعتماداً على النقاء المطلوب وشكل السيليكون. يتم إنتاج السيليكون عالي النقاء لتطبيقات أشباه الموصلات، في حين يستخدم السيليكون الأقل نقاءً لأغراض أخرى، مثل تصنيع الخرسانة والزجاج.
المنتجات الصناعية ذات الصلة
يدخل السيليكون في إنتاج العديد من المنتجات الصناعية الهامة:
- أشباه الموصلات: يستخدم في تصنيع رقائق الكمبيوتر وأجهزة الاستشعار والخلايا الشمسية.
- الزجاج: ثاني أكسيد السيليكون هو مكون رئيسي في جميع المنتجات الزجاجية.
- الخرسانة: تساهم المركبات القائمة على السيليكون في متانة وقوة الخرسانة.
- سبائك السيليكون: مثل الفيروسيليكون، وتستخدم لتحسين خصائص الفولاذ والألومنيوم.
- كربيد السيليكون: يستخدم في المواد الكاشطة عالية الأداء وفي تصنيع المكونات الكهربائية.
الأسئلة المتداولة
ما هو الاستخدام الرئيسي للسيليكون في التكنولوجيا الحديثة؟
يُستخدم السيليكون في الغالب في تصنيع أشباه الموصلات، التي هي العمود الفقري للإلكترونيات الحديثة، بما في ذلك الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر والألواح الشمسية.
كيف يتم استخراج السيليكون من الأرض؟
يُستخرج السيليكون في المقام الأول عن طريق اختزال ثاني أكسيد السيليكون مع الكربون في فرن كهربائي، وهي عملية تُعرف بالاختزال الكربوهيدراتي.
هل السيليكون فلز أم لا فلز؟
السيليكون من أشباه الفلزات، وهذا يعني أن له خواص فلزية ولا فلزية.
لماذا يستخدم السيليكون في الألواح الشمسية؟
يستخدم السيليكون في الألواح الشمسية بسبب قدرته على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بكفاءة. خصائص السيليكون شبه الموصلة تجعله مثاليًا للاستخدام في الخلايا الكهروضوئية.
هل يمكن استخدام السيليكون في إنتاج السبائك؟
نعم، يُستخدم السيليكون على نطاق واسع في إنتاج سبائك السيليكون، والتي تعتبر مهمة في تحسين قوة ومتانة مواد مثل الفولاذ والألمنيوم.
