Silic – Wikipedia tiếng Việt

Silic là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Si và số nguyên tử bằng 14

Nó là nguyên tố phổ cập sau oxy trong vỏ Trái Đất ( 25,8 % ), cứng, có màu xám sẫm – ánh xanh sắt kẽm kim loại, là á kim có hóa trị + 4 .
Trong dạng tinh thể, silic có màu xám sẫm ánh kim. Mặc dù là một nguyên tố tương đối trơ, silic vẫn có phản ứng với những halogen và những chất kiềm loãng, nhưng phần đông acid ( trừ tổng hợp acid nitric và acid flohiđric ) không công dụng với nó. Silic nguyên tố truyền khoảng chừng hơn 95 % những bước sóng hồng ngoại. Tinh thể silic nguyên chất hiếm tìm thấy trong tự nhiên, thường thì nó nằm trong dạng silic dioxide ( SiO2 ). Các tinh thể silic nguyên chất tìm thấy trong tạp chất của vàng hay dung nham núi lửa. Nó có thông số kháng nhiệt âm .

Silic hoạt động hóa học kém hơn cacbon là nguyên tố tương tự nó về mặt hóa học. Nó có trong đất sét, fenspat, granit, thạch anh và cát, chủ yếu trong dạng dioxide silic (hay silica) và các silicat (Các hợp chất chứa silic, oxy và kim loại trong dạng R-SiO3).

Silic (tên Latinh: silex, silicis có nghĩa là đá lửa) lần đầu tiên được nhận ra bởi Antoine Lavoisier năm 1787, và sau đó đã bị Humphry Davy vào năm 1800 cho là hợp chất. Năm 1811 Gay Lussac và Thénard có lẽ đã điều chế ra silic vô định hình không nguyên chất khi nung nóng kali với tetraflorua silic SiF4. Năm 1824 Berzelius điều chế silic vô định hình sử dụng phương pháp giống như của Lussac. Berzelius cũng đã làm tinh khiết sản phẩm bằng cách rửa nó nhiều lần.

Vì silic là nguyên tố quan trọng trong các thiết bị bán dẫn và công nghệ cao, nên khu vực công nghệ cao ở California được đặt tên là Silicon Valley (Thung lũng Silicon), tức đặt tên theo nguyên tố này.

Silic là nguyên tố rất có ích, là cực kỳ thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp. Dioxide silic trong dạng cát và đất sét là thành phần quan trọng trong sản xuất bê tông và gạch cũng như trong sản xuất xi-măng Portland. Silic là nguyên tố rất quan trọng cho thực vật và động vật hoang dã. Silica dạng nhị nguyên tử phân lập từ nước để tạo ra lớp vỏ bảo vệ tế bào. Các ứng dụng khác có :

  • Gốm/men sứ – Là vật liệu chịu lửa sử dụng trong sản xuất các vật liệu chịu lửa và các silicat của nó được sử dụng trong sản xuất men sứ và đồ gốm.
  • Thép – Silic là thành phần quan trọng trong một số loại thép.
  • Đồng thau – Phần lớn đồng thau được sản xuất có chứa hợp kim của đồng với silic.
  • Thủy tinh – Silica từ cát là thành phần cơ bản của thủy tinh. Thủy tinh có thể sản xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác nhau. Silica được sử dụng như vật liệu cơ bản trong sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), và sứ cách điện cũng như nhiều đồ vật có ích khác.
  • Giấy nhám – Carbide silic là một trong những vật liệu mài mòn quan trọng nhất.
  • Vật liệu bán dẫn – Silic siêu tinh khiết có thể trộn thêm asen, bo, gali hay phosphor để làm silic dẫn điện tốt hơn trong các transistor, pin mặt trời hay các thiết bị bán dẫn khác được sử dụng trong công nghiệp điện tử và các ứng dụng kỹ thuật cao (hi-tech) khác.
  • Trong các photonic – Silic được sử dụng trong các laser để sản xuất ánh sáng đơn sắc có bước sóng 456 nm.
  • Vật liệu y tế – Silicon là hợp chất dẻo chứa các liên kết silic-oxy và silic-cacbon; chúng được sử dụng trong các ứng dụng như nâng ngực nhân tạo và lăng kính tiếp giáp (kính úp tròng).
  • LCD và pin mặt trời – Silic vô định hình có hứa hẹn trong các ứng dụng như điện tử chẳng hạn chế tạo màn hình tinh thể lỏng (LCD) với giá thành thấp và màn rộng. Nó cũng được sử dụng để chế tạo pin mặt trời.
  • Xây dựng – Silica là thành phần quan trọng nhất trong gạch vì tính hoạt hóa thấp của nó. Ngoài ra nó còn là một thành phần của xi măng.

Sự phổ cập[sửa|sửa mã nguồn]

Silic là thành phần cơ bản của những loại aerolit là một loại của những thiên thạch và của những tektit là dạng tự nhiên của thủy tinh .

Theo khối lượng, silic chiếm 29,5% vỏ Trái Đất, là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxy. Silic nguyên tố không tìm thấy trong tự nhiên. Nó thường xuất hiện trong các oxide và silicat. Cát, amêtít, mã não (agate), thạch anh, đá tinh thể, đá lửa, jatpe, và opan là những dạng tự nhiên của silic dưới dạng oxide. Granit, amiăng, fenspat, đất sét, hoócblen, mica là những dạng khoáng chất silicat.

Silic được sản xuất công nghiệp bằng cách nung nóng silica siêu sạch trong lò luyện bằng hồ quang với những điện cực cacbon. Ở nhiệt độ trên 1900 °C, Silic lỏng được tịch thu ở đáy lò, sau đó nó được tháo ra và làm nguội. Silic sản xuất theo công nghệ tiên tiến này gọi là silic loại luyện kim và nó tối thiểu đạt 99 % tinh khiết. Năm 2000, silic loại này có giá khoảng chừng USD 0,56 trên một pao ( USD 1,23 / kg ). [ 1 ] .

Làm tinh khiết[sửa|sửa mã nguồn]

Việc sử dụng silic trong các thiết bị bán dẫn đòi hỏi phải có độ tinh khiết cao hơn so với sản xuất bằng phương pháp trên. Có một số phương pháp làm tinh khiết silic được sử dụng để sản xuất silic có độ tinh khiết cao.

Phương pháp vật lý[sửa|sửa mã nguồn]

Các kỹ thuật làm tinh khiết silic tiên phong dựa trên cơ sở thực tiễn là nếu silic nóng chảy và sau đó đông đặc lại thì những phần cuối khi đông đặc khi nào cũng chứa nhiều tạp chất. Các giải pháp sớm nhất để làm tinh khiết silic, lần tiên phong được miêu tả năm 1919 và sử dụng trong một số ít hữu hạn nền tảng để sản xuất những thành phần của rađa trong Đại chiến quốc tế lần thứ hai, gồm có việc đập vỡ silic phẩm chất công nghiệp và hòa tan từng phần bột silic trong acid. Khi bị đập vỡ, silic bị làm vỡ để những khu vực có nhiều tạp chất yếu hơn sẽ nằm ra phía ngoài của những hạt silic được tạo ra, chúng sẽ bị acid hòa tan, để lại mẫu sản phẩm tinh khiết hơn .Trong khu vực nung chảy, giải pháp tiên phong làm tinh khiết silic được sử dụng thoáng rộng trong công nghiệp, những thỏi silic phẩm cấp công nghiệp được nung nóng tại một đầu. Sau đó, nguồn nhiệt hoạt động rất chậm dọc theo chiều dài của thỏi, giữ cho chỉ một đoạn ngắn của thỏi nóng chảy và silic được làm nguội và tái đông đặc ở phía sau nó. Vì hầu hết những tạp chất có khuynh hướng nằm trong phần nóng chảy hơn là trong phần tái đông đặc, nên khi quy trình này kết thúc, hầu hết tạp chất của thỏi sẽ chuyển về đầu nóng chảy sau cuối. Đầu này sau đó bị cắt bỏ, và tiến trình này được lặp lại nếu muốn có silic với phẩm cấp cao hơn .

Phương pháp hóa học[sửa|sửa mã nguồn]

Ngày nay, silic được làm sạch bằng cách chuyển nó thành những hợp chất silic để thuận tiện làm tinh khiết hơn là làm tinh khiết trực tiếp silic, và sau đó chuyển hợp chất của nó trở lại thành silic nguyên chất. Triclorosilan là hợp chất của silic được sử dụng thoáng rộng nhất như chất trung gian, mặc dầu tetrachloride silic và silan cũng được sử dụng. Khi những khí này được thổi qua silic ở nhiệt độ cao, chúng phân hủy để tạo ra silic có độ tinh khiết cao .Trong công nghệ tiên tiến Siemens, những thỏi silic có độ tinh khiết cao được đưa vào triclorosilan ở nhiệt độ 1150 °C. Khí triclorosilan phân hủy và ngọt ngào silic bổ trợ trên thỏi, làm to nó theo phản ứng sau :

2HSiCl3 → Si + 2HCl + SiCl4

Silic sản xuất từ phương pháp này và các công nghệ tương tự gọi là silic đa tinh thể. Silic đa tinh thể thông thường có tạp chất ở mức một phần tỷ hoặc thấp hơn.

Cùng thời hạn đó, DuPont đã sản xuất silic siêu sạch bằng cách cho tetrachloride silic phản ứng với hơi kẽm nguyên chất ở nhiệt độ 950 °C, theo phản ứng :

SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2

Tuy nhiên, kỹ thuật này đã vấp phải những vấn đề thực tế (chẳng hạn như sản phẩm phụ chloride kẽm đông đặc lại và dính vào sản phẩm) và cuối cùng nó đã bị bỏ đi để sử dụng chỉ mỗi công nghệ Siemens.

Tinh thể hóa[sửa|sửa mã nguồn]

Công nghệ Czochralski thường thì được sử dụng để sản xuất những tinh thể silic đơn có độ tinh khiết cao để sử dụng trong những thiết bị bán dẫn bằng silic ở trạng thái rắn .
Silic có chín đồng vị, với số A từ 25 đến 33. Si28 ( đồng vị phổ cập nhất, 92,23 % ), Si29 ( 4,67 % ) và Si30 ( 3,1 % ) là không thay đổi ; Si32 là đồng vị phóng xạ sản xuất bằng phân rã agon. Chu kỳ bán rã của nó, được xác lập là khoảng chừng 276 năm, và nó phân rã bằng bức xạ beta thành P32 ( có cả chu kỳ luân hồi bán rã 14,28 năm ) và sau đó thành Si32 .

Các bệnh nghiêm trọng về phổi được biết đến như bệnh nhiễm silic (silicosis) thường gặp ở những người thợ mỏ, cắt đá và những người phải làm việc trong môi trường nhiều bụi silic.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

5/5 - (1 vote)
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments