Silisium
Av .
Lisens: CC BY SA 3.0
Polykrystallinsk silisum brukt til solceller
Polykrystallinsk silisium brukt i solceller
images-of-elements.com.
Lisens: CC BY 3.0

Silisium er grunnstoff som har atomnummer 14 og atomsymbol Si. Det et hardt og sprøtt stoff. Det har metallisk glans og leder elektrisk strøm, men ikke så godt som metall.

Faktaboks

Uttale
silˈisium
Etymologi
fra latin silex ‘flint, hard stein’
Engelsk navn
silicon

Silisium er et grunnstoff i gruppe 14 i periodesystemet – karbongruppen. Det er et av de seks halvmetallene (metalloidene). Stoffet har samme struktur som diamant. Silisium er den viktigste halvlederen, og har stor betydning i elektronikken.

Silisium kan fremstilles som pulver, polykrystallinske biter, store enkrystaller eller tynne filmer. Pulverformet silisium er ofte farget brunt til gråbrunt. Større krystaller er mørkegrå–svarte.

Silisium er ett av de få stoffene som utvider seg ved størkning, på samme måte som vann, gallium og vismut.

Det er tre stabile isotoper av silisium: 28Si (92,2 prosent), 29Si (4,7 prosent) og 30Si (3,1 prosent).

Forekomst

27,7 vektprosent av jordskorpen er silisium. Nest etter oksygen er det det grunnstoffet det finnes mest av. Til sammen utgjør oksygen og silisium cirka tre fjerdedeler av den uorganiske delen av jordskorpen.

Silisium finnes ikke i fri tilstand i naturen, men bundet til oksygen i silikatmineraler. Silisiumdioksid, SiO2, forekommer som sand, kvarts, bergkrystall, ametyst med mer. Silikatene er den mest utbredte gruppen av mineraler i jordskorpen.

Silisium forekommer også i planter og dyr. Laverestående planter, for eksempel kiselalger, inneholder silisiumdioksid i celleveggene. I høyerestående planter kan silisiuminnholdet bli ganske stort, for eksempel i gress og halm, hvor den skjærende skarpheten skyldes harde krystaller av silisiumdioksid.

I dyreriket finnes silisium først og fremst i fjær og i mindre mengder i bindevev. Menneskelig vev kan inneholde 6–90 milligram silisiumdioksid per 100 gram tørt vev. I lungevev kan innholdet variere fra 10 mg i barndommen til 2 g per 100 g i alderdommen. Menneskehår inneholder 0,01–0,36 prosent og neglesubstansen 0,17–0,54 prosent silisium.

Kjemiske egenskaper

I kompakt form er silisium generelt et edelt materiale. I luft dannes et passivt lag av amorft silisiumdioksid, SiO2, som virker meget beskyttende mot reaksjoner helt opp mot smeltepunktet til silisium. I pulverform er silisium mer reaktivt. Generelt vil det bare reagere med andre grunnstoffer ved oppvarming eller høye temperaturer.

Silisium reagerer langsomt med nitrogen og danner silisiumnitrid, Si3N4, over cirka 1000 grader celsius (°C). Ved reaksjon mellom silisium og karbon over cirka 1200–1300 °C dannes silisiumkarbid, SiC. Med svovel dannes silisium disulfid, SiS2, ved 600 °C.

Silisium er praktisk talt uløselig i syrer, med unntak av flussyre eller blanding av flussyre og salpetersyre. Silisium løser seg i varm lut under dannelse av hydrogen og silikationer, som vist i følgende reaksjonsligning:

Si(s) + 2OH(aq) + H2O(l) → SiO32(aq) + 2H2(g)

I sine kjemiske forbindelser har silisium hovedsakelig oksidasjonstall +IV, men det kan også ha oksidasjonstall +I, II og III.

Silisium har flere felles trekk med grunnstoffet karbon, som er i samme gruppe i periodeystemet. Det danner kjedeformede hydrogenforbindelser, silaner, med generell formel SinH2n+2, hvor n er et helt tall (<10) (se også alkaner), men tendensen til kjededannelse er mye mindre enn hos karbon. I motsetning til karbon danner ikke silisium dobbelt- eller trippelbindinger.

En viktig side ved silisiums kjemi er den store stabiliteten til silisium–oksygen-bindinger, noe som gir opphav til dannelse av silisiumdioksidet og silikater. Av silanene fås ved substitusjon en lang rekke uorganiske og organiske forbindelser, for eksempel silikoner og siloksaner.

Fremstilling

Polykrystallisk silisium
Industrielt framstilt kubbe med silisium.
Av .
Lisens: CC BY SA 3.0

Teknisk fremstilles silisium i kompakt form ved å redusere kvarts med kull (karbon) ved 1700 °C: SiO2 + 2C = Si + 2CO. Blir det brukt overskudd av karbon, dannes silisiumkarbid, SiC. I laboratoriet kan man alternativt bruke magnesium eller aluminium som reduksjonsmiddel.

Teknisk fremstilt silisium inneholder 98,5–99,7 prosent silisium; forurensningene, vesentlig av jern, aluminium og kalsium, avhenger av kvartsens kvalitet. Silisium fremstilles i Norge av Elkem.

Fremstilling av høyrent silisium for bruk i elektronisk industri skjer ved videreforedling av teknisk fremstilt silisium. Silisium omdannes til et flyktig silan, for eksempel HSiCl3, ved reaksjon med hydrogenklorid, HCl. Dette renses ved destillasjon. Alternativt dannes SiCl4 ved reaksjon med klor. Elementært silisium fås så ved reduksjon. Høyrent silisium foreligger i polykrystallinsk form. Store, dislokasjonsfrie enkrystaller fremstilles for eksempel ved sonesmelting. Denne metoden gir høyrent silisium med forurensningsinnhold på kun cirka 0,001 del per million, ppm.

Bruk

Silisium er den viktigste halvlederen. I høyren form har det lav elektrisk konduktans, men den kan økes ved tilsetning av små mengder bor, fosfor, arsen eller andre grunnstoffer. Kontrollert tilførsel av fosfor skjer ved bestråling av høyrent silisium med nøytroner. Da dannes det p- og n-ledende silisium. Ved riktig sammensetning av p- og n-ledende sjikt fremstilles dioder, transistorer og andre mer kompliserte elektroniske komponenter og kretser. Den avanserte halvlederindustrien er basert på silisium.

Teknisk silisium anvendes industrielt som deoksidasjonsmiddel for stål, kobber og bronse. I stålindustrien anvendes det for det meste i form av ferrosilisium. Silisium blir også brukt som legeringstilsetning for jern, aluminium, kobber, mangan med flere. Fjærstål inneholder 1,8–2,2 prosent silisium. Silisiumstål med 0,1–0,5 prosent silisium blir brukt i transformator- og dynamoblikk. Korrosjonsbestandige jernlegeringer med 12–16 prosent silisium blir blant annet brukt for syrefaste ledninger og beholdere. Silumin er en aluminium-støpelegering med cirka 13 prosent silisium. Den er sveisbar, har stor fasthet og er korrosjonsbestandig.

Historie

Silisium ble trolig først fremstilt i 1811, da Joseph Louis Gay-Lussac og Louis Jacques Thénard lot silisiumtetrafluorid reagere med kalium og fikk et rødlig brunt, brennbart pulver. Men de oppfattet ikke pulveret som et grunnstoff.

Jöns Jacob Berzelius, som i 1823 gjentok Gay-Lussacs og Thenards forsøk, blir vanligvis kreditert oppdagelsen av silisium. Ved å varme opp kaliumheksafluorosilikat med kalium, fikk han et renere mørkfarget pulver som ved forbrenning ble omdannet til kiseljord, det vil si silisiumdioksid.

Grunnstoffet ble gitt navnet kisel av det tyske ordet Kieselerde. Det første krystallinske silisiumet ble fremstilt i 1854 av Henri Sainte-Claire-Deville. Organmetalliske silisiumforbindelser [Si(C2H5)4] ble først fremstilt i 1863 av Charles Friedel og James Craft.

Fysiologisk virkning

Silisium er ikke giftig. Det har heller ingen spesifikk eller vesentlig innvirkning på metabolske funksjoner eller på det sensoriske eller motoriske nervesystemet.

Silisium spiller en vesentlig rolle for knokkel- og bindevevsdannelsen hos dyr og planter. Hos høyerestående dyr fører silisiummangel til vekstforstyrrelser. Et voksent menneske utskiller daglig gjennomsnittlig cirka 10 milligram silisiumdioksid.

Silisium

Atomsymbol Si
Atomnummer 14
Relativ atommasse 28,0855
Smeltepunkt 1410 °C
Kokepunkt 2355 °C
Massetetthet 2,33 g/cm3
Oksidasjonstall I, II, III, IV
Elektronkonfigurasjon [Ne]3s23p2

Les mer i Store norske leksikon

Faktaboks

silisium
Smeltepunkt
1410 °C
Kokepunkt
2355 °C
Massetetthet
2,33 g/cm³
Oksidasjontall
I, II, III, IV
Elektronkonfigurasjon
[Ne]3s²3p²

Kommentarer (6)

skrev tommy andre lofthaug

hvordan virkninger kan silisium ha på kroppen vis du jobber med dette dagli?

svarte Bjørn Pedersen

Beklager sent svar, men jeg har vært opptatt med andre gjøremål.Grunnstoffet silisium er lite reaktivt og har ingen innvirkning på kroppen.

skrev Hanne Christine Engelsen

Si(s) + 2OH−(aq) + H2O(l) → SiO32−(aq) + H2(g)

Hei, skal ikke denne likningen balanseres slik at man får 2H2 (g)?

svarte Anne Eilertsen

Takk for innspillet! Nå har vi balansert reaksjonsligningen.

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg