سیلیسیم[۶][۷][۸] (بهفرانسوی:Silicium) یاسیلیکون[۹] (بهانگلیسی:Silicon) (long) بانشان شیمیاییSi یکعنصر شیمیایی از خانوادهٔشبه فلزات است که در گروه چهاردهم و دورهٔ سومجدول تناوبی عنصرها جای دارد. این عنصر یک جامد بلورین ترد و سخت است که رنگی آبی-خاکستری درخشان دارد.عدد اتمی این عنصر ۱۴ است و چهارالکترون در لایهٔ ظرفیت دارد.جرم اتمی سیلیسیم ۲۸٫۰۸۶ است و دارای سهایزوتوپ پایدار می‌باشد. واکنش پذیری این عنصر کمتر ازکربننافلز هم گروه و بالاسری خود است ولی واکنش پذیری آن ازژرمانیم شبه فلز پایین دستی اش بیشتر است.[۱۰]
اکثر سیلیسیمی که به صورت تجاری کاربرد دارد بدون هیچ گونه جداسازی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد و خیلی کم بر روی ترکیب طبیعی آن فراوری صورت می‌گیرد. در بخش صنعت ساختمان و تولیدسرامیک هم هنگام کاربرد رس، ماسه و سنگ‌های سیلیسی همین رویکرد وجود دارد. سیلیکات‌ها درسیمان پورتلند برای ساختملات واندود گچ و سیمان به کار می‌روند و با مخلوط کردن باشن و ماسه‌های سیلیسی، برای ساختبتُن از آن استفاده می‌شود. همچنین از ترکیب سدیم سیلیکات در تولید پودرهای شوینده استفاده می‌شود. کاربرد دیگر سیلیکون در ساخت بعضیسرامیکهای سفیدرنگ از قبیلپرسلان،شیشه‌های سنتی آهک سوددار با پایهٔکوارتز و… است.سیلیسیم کاربید از ترکیب‌های امروزی‌تر سیلیکون یا همان سیلیسیم است که به عنوان ساینده و در ساخت سرامیک‌های مقاومت-بالا کاربرد دارد. عنصر سیلیکون یا سیلیسیم (با فرم نوشتاری Silicon) پایه ساخت پلیمرهای مصنوعی پرکاربردی به نامسیلیکون (با فرم نوشتاری Silicone)یا پلی‌سیلوکسان‌ها می‌باشد.[۱۲][۱۳]
بیشتر سیلیسیم آزاد در صنعت‌های پالایش فولاد،ریخته‌گری آلومینیم و بسیاری صنعت‌های حساس شیمی (مانندسیلیس دودی) کاربرد دارد. کمتر از ۱۰ درصد سیلیسیم در ساخت نیمه رساناها به کار می‌رود. این سیلیسیم که بسیار پالوده شده (درجهٔ خلوص بالا دارد) شاید مهم‌ترین نقش را در اقتصاد دنیا داشته باشد چون صنعتالکترونیک، ساختتراشههای مدار و در نتیجه ساخت بیشتر رایانه‌ها وابسته به آن است.
سیلیسیم درزیست‌شناسی هم عنصری بسیار مهم است هرچند که به نظر می‌رسد مقدار بسیار کمی از آن در بدن جانوران مورد نیاز باشد.[۱۴] بسیاری از گونه‌هایاسفنج‌های دریایی برای ساختار بدنشان نیازمند سیلیسیم اند. همچنین سیلیسیم وسیلیسیک اسید در سوخت و ساز بدن گیاهان به ویژه بسیاری از علف‌ها نقشی حیاتی دارند.
نام سیلیسیم از واژهٔلاتین سیلیکا (silica) گرفته شده که به معنایسنگ آتشزنه است.[۱۵] درزبان انگلیسی از سال ۱۸۱۷ میلادی از واژهٔ «سیلیکون» (silicon) برای نام این عنصر استفاده شده است.[۱۶] درزبان فارسی نیز در برخی منابع (از جمله مقاله‌ها ووبگاههای مرتبط با علومفیزیک،الکترونیک ورایانه) گاهی از لفظ سیلیکون یا سیلیکن یا سیلیکان برای اشاره به این عنصر استفاده شده است.[نیازمند منبع] با این حال در ترجمهٔ فارسی کتاب‌های مرجع علمی نظیر کتاب شیمی عمومی اثر چارلز ای مورتیمر یا کتابمکانیک کوانتومی اثر کلود کوهن-تانوجی نام این عنصر فقط به صورت سیلیسیم آمده است.[نیازمند منبع]
در ۱۷۸۷آنتوان لاووازیه به این نکته مشکوک شد که احتمالاًسیلیکا اکسیدی از یک عنصر پایه ای باشد. اماآفنیته شیمیایی سیلیکون به اکسیژن به قدری زیاد است که او راهی برای کاهش اکسیژن از این ماده و جدا کردن آن به صورت خالص پیدا نکرد. پس از تلاش‌هایسِر همفری دیوی برای ایزوله کردن این ماده در ۱۸۰۸، او نام «سیلیسیم» را برای این ماده پیشنهاد کرد که برگرفته ازsilex یا silicis به معنای «سنگ چخماق» بود و به آن پسوند «ایم» داد چرا که فکر می‌کرد این عنصر یک «فلز» است.[۱۷] در بسیاری از زبان‌های غیرانگلیسی از نام پیشنهادی همفری دیوی استفاده می‌شود.
تصور می‌شود کهگیلوساک وتنارد در ۱۸۱۱ از روش گرم کردن فلزپتانسیم تازه ایزوله شده باسیلیکون تترافلوراید موفق به ساختسیلیکون آمورف شدند، اما قادر به خالص سازی و تشخیص این ماده و تعیین آن به عنوان یک عنصر جدید نگریدند.[۱۸] نام امروزین این عنصر یعنی "سیلیکون (بهانگلیسی:Silicon)" در سال ۱۸۱۷ توسط شیمی‌دان اسکاتلندیتوماس تامسون برگزیده شد. او قسمتی از نام دیوی را حفظ کرد اما در انتهای آن از پسوند "on-" به جای "ium-" استفاده کرد چرا که او باور داشت این ماده یک "نافلز" مانندبورون (بهانگلیسی:Boron) وکربُن (بهانگلیسی:Carbon) است.[۱۹]
سیلیسیم دردمای اتاق جامد است ونقطهٔ ذوب و جوش بسیار بالایی دارد. این نقطه‌ها به ترتیب عبارتند از ۱٬۴۰۰ و ۲٬۸۰۰ درجهٔسانتیگراد.[۲۰] نکتهٔ جالب دربارهٔ سیلیسیم این است که این ماده در حالت مایعچگالی بیشتری نسبت به حالت جامد دارد در نتیجه رفتار این ماده هنگام یخ زدن (جامد شدن) مانند رفتار معمول در دیگر ماده‌ها، با کاهش حجم همراه نیست بلکه حجم آن افزایش می‌یابد مانند آب که پس از یخ زدگی جرم در یکای حجمش کاهش می‌یابد و چگالی اش از آب مایع کمتر می‌شود. سیلیسیمرسانایی گرمایی بالایی دارد و اندازهٔ آن149 W·m−۱·K−۱ است. برای همین در پوشش جسم‌های داغ کاربردی ندارد.
سیلیسیم پالوده در حالتبلوری به رنگ خاکستری است و جلای فلزی دارد. مانندژرمانیم سخت و بسیار تُرد است و برای تراشه (ورقه ورقه) شدن مناسب است. سیلیسیم مانند کربن و ژرمانیم هنگامبلوری شدنساختاربلوری الماس را می‌پذیرد و فاصله‌ها در شبکهٔ بندی آن تقریباً۰٫۵۴۳۰۷۱۰nm یا۵٫۴۳۰۷۱۰Å است.[۲۱]
ابر الکترونی بیرونی سیلیسیم مانند کربن چهار الکترون در لایهٔ آخر دارد. لایه‌های1s،2s،2p و 3s سراسر پر شده‌اند درحالی که لایهٔ 3p تنها دو جا از ۶ جای آن پر شده است.
سیلیسیم یکنیمه‌رسانا است. ضریب دماییمقاومت الکتریکی این ماده منفی است چون شمار جابجایی‌کننده‌های (حامل‌های) بارهای آزاد آن با افزایش دما افزایش می‌یابد. مقاومت الکتریکی یکتک‌بلور سیلیسیم در اثر دریافت تنش‌های مکانیکی، تغییر بسیار زیادی می‌کند.[۲۲]
سیلیسیم یکشبه‌فلز است و به آسانی چهار الکترون بیرونی خود را به دیگری می‌دهد یا به اشتراک می‌گذارد و به این وسیله می‌تواند در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی راه یابد. سیلیسیم باهالوژنها وقلیاها واکنش می‌دهد اما بیشتر اسیدها (به جز برخی ترکیب‌های بسیار واکنش دهندهٔاسید نیتریک وهیدروفلوئوریک اسید) اثری بر روی آن ندارند. با این حال داشتن چهار الکترون در لایهٔ ظرفیت، مانند کربن به سیلیسیم هم این امکان را می‌دهد تا در شرایط مناسب با بسیاری از عنصرها وارد واکنش شود.
در طبیعت سهایزوتوپ پایدار برای سیلیسیم پیدا می‌شود: سیلیسیم-۲۷، سیلیسیم-۲۹ و سیلیسیم-۳۰ که سیلیسیم-۲۸ بیشترین فراوانی را دارد (۹۲ درصد).[۲۳] جدای از این‌ها، تنها سیلیسیم-۲۹ در فرایندهایتشدید مغناطیسی هسته‌ای وتشدید پارامغناطیسی الکترون کاربرد دارد.[۲۴] تاکنون بیستایزوتوپ پرتوزا شناخته شده است که پایدارترین آن‌ها، سیلیسیم-۳۲ با نیمه عمر ۱۷۰ سال است، پس از آن سیلیسیم-۳۱ با نیمه عمر ۱۵۷٫۳ دقیقه پایدارترین است.[۲۳] دیگر ایزوتوپ‌هایپرتوزا نیمه عمری کمتر از ۷ ثانیه و البته بیشتر آن‌ها حتی نیمه عمری کوتاه‌تر از یک-دهم ثانیه دارند.[۲۳] سیلیسیم، هیچایزومر هسته‌ای شناخته شده‌ای ندارد.[۲۳]عدد جرمی ایزوتوپ‌های سیلیسیم از ۲۲ تا ۴۴ است.[۲۳] بیشترینواپاشی هسته‌ای دیده شده در میان شش ایزوتوپی که عدد جرمی کمتر از سیلیسیم-۲۸ دارند،β+ بوده است که نخست باعث پدیدار گشتن ایزوتوپ‌هایآلومینیم (۱۳ پروتون)، به عنوان محصول واپاشی، شده است.[۲۳]β− بیشترین واپاشی هسته‌ای دیده شده در ۱۶ ایزوتوپ با عدد جرمی بیشتر از سیلیسیم-۲۸ است که باعث پدیدار شدن ایزوتوپ‌هایفسفر (۱۵ پروتون) شده است.[۲۳]
از نظر جرم، سیلیسیم سازندهٔ ۲۷٫۷ درصد ازپوستهٔ زمین است و پس ازاکسیژن دومین عنصر فراوان در پوسته است.[۲۵] سیلیسیم بیشتر در قالب پیچیدهٔکانی‌های سیلیکات دیده می‌شود و کمتر به صورتسیلیسیم دی‌اکسید (سیلیس، بخش اصلی سازندهٔماسه) یافت می‌شود. بلورهای پالودهٔ سیلیسیم در طبیعت بسیار کمیابند. این پدیده از آنجا می‌آید که در دماهای بسیار بالا برای پیدایش جرم‌های درون منظومهٔ خورشیدی، دو عنصر سیلیسیم و اکسیژن بیشترین سازگاری را با یکدیگر دارند و کمتر دچار ناپایداری می‌شوند.
کانی‌های سیلیکات - دربردارندهٔ سیلیسیم، اکسیژن و فلزهای واکنش پذیر - نزدیک به ۹۰ درصد جرم پوستهٔ زمین را از آن خود کرده‌اند.
سیلیسیم اکثراً به صورت صنعتی و بدون اینکه خالص سازی شود، استفاده می‌شود و در واقع، اغلب با پردازش نسبتاً کمی از شکل طبیعی آن استفاده می‌شود.
از سیلیسیم اغلب برای کارهای ضدآب‌سازی، ساخت قطعات قالب‌سازی، آب‌بندهای مکانیکی، گریس‌های دما بالا و ترکیبات درزبندی استفاده می‌شود. از سیلیسیم گاهی برای ساخت لنزهای چشمی ومواد منفجره وآتشکاری استفاده می‌شود.[۲۶]
عمده سیلیسیم تولید شده به شکلآلیاژی فِروسیلیکنی باقی می‌ماند، و فقط نزدیک به ۲۰٪ تا درجهٔمتالورژیکی خالص سازی می‌شود (مجموعاً ۱٫۳ تا ۱٫۵ میلیون تن در سال). تخمین زده می‌شود که ۱۵٪ از تولید سیلیسیم متالورژیکی، تا رسیدن به درجهٔ نیمه رساناها مجدداً خالص سازی می‌شود.[۲۷] به این درجه خلوص در اصطلاح «خلوص نُه-۹» یا ۹۹٫۹۹۹۹۹۹۹٪ می‌گویند.[۲۸] ماده ایتک-بلورین و تقریباً بدون هیچ نقصی.[۲۹]
درمدارهای مجتمع متداول،ویفری از جنس سیلیکن مونو-کریستالی به عنوان پایه مکانیکی مدارها استفاده می‌شود، که این پایه‌ها به کمک آلایش ساخته شده و با لایه‌های نازکی ازاکسید سیلیسیم از هم جدا می‌شوند.
سیلیس به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و تحمل دماهای بسیار بالا، ماده اصلی در تولید ماسه ریخته‌گری و قالب‌های دقیق برای فلزات است. این ماده به تولید قطعات با دقت بالا کمک کرده و به دلیل فراوانی و هزینه پایین، گزینه اقتصادی در صنعت ریخته‌گری محسوب می‌شود. ماسه سیلیسی قابل بازیافت است و در محیط‌های خورنده نیز کاربرد دارد، که این امر به کاهش هزینه‌ها و حفاظت از محیط زیست کمک می‌کند.
سیلیسیم با خلوص ۹۶–۹۹٪ با کاهشکوارتزیت یا ماسه، باکک بسیار خالص ساخته می‌شود. این فرایند کاهش درکوره قوس الکتریکی، و در حضور SiO2 اضافی برای جلوگیری از تجمعکاربید سیلیسیم (SiC) انجام می‌شود:[۳۰]
SiO2 + 2 C → Si + 2 CO
2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO
آلیاژ فروسیلیسیم
این واکنش، که معروف به کاهش کربوترمال سیلیسیم دی‌اکسید است، معمولاً در حضور آهن قراضه با مقادیر اندکیفسفر وگوگرد انجام می‌شود وفِروسیلیسیم تولید می‌کند.[۳۰] فروسیلیسیم، که آلیاژی از آهن و سیلیسیم است، حاوی نسبت‌های مختلفی از سیلیسیم عنصری و آهن است، حدود ۸۰٪ از تولید جهانی سیلیسیم عنصری را به خود اختصاص می‌دهد و،چین، تأمین کننده اصلی سیلیسیم عنصری، با ۴٫۶ میلیون تن تولید است (حدود دو سوم از تولید جهانی)، که بیشتر آن به صورت فروسیلیسیم است. پس از آنروسیه (۶۱۰٬۰۰۰ تن)،نروژ (۳۳۰٬۰۰۰ تن)،برزیل (۲۴۰٬۰۰۰ تن) وایالات متحده آمریکا (۱۷۰٬۰۰۰ تن) قرار دارند.[۳۱]
اندازه بازار جهانی فلز سیلیسیم در سال ۲۰۱۹ معادل ۶٫۰۵ میلیارد دلار تخمین زده شده و انتظار می‌رود بانرخ رشد مرکب سالانه ۴٫۶٪ از سال ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۷ گسترش یابد و به ۸٫۶۷ میلیارد دلار برسد.[۳۲]
↑Thomas Thomson,A System of Chemistry in Four Volumes, 5th ed. (London: Baldwin, Cradock, and Joy, 1817), vol. 1. Fromp. 252: "The base of silica has been usually considered as a metal, and calledsilicium. But as there is not the smallest evidence for its metallic nature, and as it bears a close resemblance to boron and carbon, it is better to class it along with these bodies, and to give it the name ofsilicon."
↑Gray, Theodore (2009).The ELements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. Black Dog and Leventhal Publishers. p. ۴۳.ISBN978-1-57912-814-2.
↑Koch, E.C.; Clement, D. (2007). "Special Materials in Pyrotechnics: VI. Silicon – An Old Fuel with New Perspectives".Propellants, Explosives, Pyrotechnics.32 (3): 205.doi:10.1002/prep.200700021.
↑Corathers, Lisa A. [minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/silicon/myb1-2009-simet.pdf «2009 Minerals Yearbook»] مقدار|نشانی= را بررسی کنید (کمک)(PDF).
↑"Semi" SemiSource 2006: A supplement to Semiconductor International. December 2005. Reference Section:How to Make a Chip. Adapted from Design News. Reed Electronics Group.
↑SemiSource 2006: A supplement to Semiconductor International. December 2005. Reference Section:How to Make a Chip. Adapted from Design News. Reed Electronics Group.
_NIST_ASD_emission_spectrum.png)
