Silic – Wikipedia Tiếng Việt

Silic là là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Si và số nguyên tử 14. Đây là một chất rắn kết tinh cứng, giòn có ánh kim màu xanh xám và là một chất á kim (đôi khi được coi là phi kim) và bán dẫn có hóa trị là 4. Silic là nguyên tố thuộc nhóm 14 trong bảng tuần hoàn, trong đó carbon nằm ở phía trên còn germani, thiếc, chì, và flerovi nằm ở phía dưới. Silic tương đối trơ và là một nguyên tố cần thiết cho một số quá trình sinh lý và trao đổi chất ở thực vật. Silic được coi rộng rãi là vật liệu bán dẫn chiếm ưu thế do ứng dụng đa dạng trong nhiều thiết bị điện như bóng bán dẫn, pin mặt trời, mạch tích hợp và nhiều thiết bị khác. Tính chất này có thể xuất phát từ năng lượng vùng cấm lớn, phạm vi truyền quang học mở rộng, phổ hấp thụ rộng, bề mặt nhám và lớp phủ chống phản xạ hiệu quả.[8]

Silic, 14Si
Quang phổ vạch của silic
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Silic, Si
Hình dạng	Ánh kim xám sẫm ánh xanh
Silic trong bảng tuần hoàn
C↑Si↓Ge Nhôm ← Silic → Phosphor
Số nguyên tử (Z)	14
Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar)	[28,084; 28,086][1](3)
Phân loại	á kim
Nhóm, phân lớp	14, p
Chu kỳ	Chu kỳ 3
Cấu hình electron	[Ne] 3s2 3p2
mỗi lớp	2, 8, 4
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim xám sẫm ánh xanh
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1687 K ​(1414 °C, ​2577 °F)
Nhiệt độ sôi	3538 K ​(3265 °C, ​5909 °F)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 2,57 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	50.21 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	359 kJ·mol−1
Nhiệt dung	19,789 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	phổ biến: 4, -4 3, 2, 1,[2] -1, -2, -3[3]
Độ âm điện	1,90 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 786,5 kJ·mol−1Thứ hai: 1577,1 kJ·mol−1Thứ ba: 3231,6 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 111 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	111 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lập phương kim cương
Hằng số mạng	a = 543.0986 pm (ở  20 °C)[4]
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 8433 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	2,6 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	149 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 20 °C: 2.3×103 Ω·m[5]
Tính chất từ	Nghịch từ[6]
Độ cảm từ (χmol)	−3,9×10−6 cm3/mol (ở 298 K)
Mô đun Young	130–188 GPa[7]
Mô đun cắt	51–80 GPa[7]
Mô đun khối	97.6 GPa[7]
Hệ số Poisson	0.064–0.28[7]
Độ cứng theo thang Mohs	6,5
Số đăng ký CAS	7440-21-3
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Silic
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 28Si 92.23% 28Si ổn định với 14 neutron 29Si 4.67% 29Si ổn định với 15 neutron 30Si 3.1% 30Si ổn định với 16 neutron 31Si Vết 2,62 giờ β- 1.492 31P 32Si Tổng hợp 153 năm β- 0.224 32P

Vì tính ái lực cao với oxy nên phải đến năm 1823, Jöns Jacob Berzelius mới là người đầu tiên chế biến và mô tả nó ở dạng tinh khiết. Các oxide của silic tạo thành một họ anion được gọi là silicat. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của silic lần lượt là 1414 °C và 3265 °C, cao thứ hai trong số tất cả các á kim và phi kim, và chỉ đứng sau bor.[a]

Tính theo khối lượng, silic là nguyên tố phổ biến thứ 8 trên vũ trụ; nhưng trên vỏ Trái Đất, silic rất hiếm khi xuất hiện dưới dạng tinh khiết. Silic được phân bố khắp vũ trụ trong bụi dưới dạng bụi vũ trụ, hành tinh vi hình và hành tinh dưới nhiều dạng silic dioxide (silica) hoặc silicat khác nhau. Hơn 90% lớp vỏ Trái Đất được cấu tạo từ khoáng vật silicat nên silic là nguyên tố phổ biến thứ hai trong lớp vỏ Trái Đất (khoảng 28% theo khối lượng) chỉ sau oxy.

Phần lớn silicon có thể được dùng trong thương mại mà không cần tách riêng, và thường chỉ qua rất ít quy trình xử lý các khoáng chất tự nhiên. Các ứng dụng như vậy bao gồm xây dựng công nghiệp bằng đất sét, cát silic và đá. Silicat được sử dụng trong xi măng Portland để làm vữa và vữa trát, và trộn với cát silica và sỏi để làm bê tông cho vỉa hè, nền móng và đường. Chúng cũng được sử dụng trong đồ gốm trắng như sứ, và trong thủy tinh vôi soda truyền thống làm từ silicat và nhiều loại thủy tinh đặc biệt khác. Các hợp chất silic như silic carbide được sử dụng làm chất mài mòn và là thành phần của gốm sứ có độ bền cao. Silic là cơ sở của các loại polyme tổng hợp được sử dụng rộng rãi tên silicon.

Giai đoạn cuối thế kỷ 20 đến đầu thế kỷ 21 được mô tả là Thời đại Silicon (hay còn gọi là Thời đại số hoặc Thời đại Thông tin) vì tác động lớn của nguyên tố silic đối với nền kinh tế của thế giới hiện đại. Một phần nhỏ silic nguyên tố có độ tinh khiết cao được dùng trong linh kiện bán dẫn (<15%) rất quan trọng cho bóng bán dẫn và chip mạch tích hợp được sử dụng trong hầu hết các công nghệ hiện đại như điện thoại thông minh và máy tính. Vào năm 2019, 32,4% phân khúc thị trường bán dẫn dành cho mạng lưới và thiết bị truyền thông, và ngành công nghiệp bán dẫn dự kiến sẽ đạt 726,73 tỷ USD vào năm 2027.[9]

Silic là một nguyên tố thiết yếu trong sinh học. Hầu hết các loài động vật chỉ cần một lượng nhỏ, nhưng một số loài bọt biển và vi sinh vật như tảo cát và radiolaria thì tiết ra các cấu trúc xương làm bằng silica. Silica được lắng đọng trong nhiều mô thực vật.[10]

Mục lục

• 1 Lịch sử
  • 1.1 Khám phá
  • 1.2 Bán dẫn silic
  • 1.3 Thời đại Silicon
• 2 Đặc tính
  • 2.1 Vật lý và nguyên tử
    • 2.1.1 Điện tử
    • 2.1.2 Cấu trúc tinh thể
  • 2.2 Đồng vị
• 3 Tính chất hóa học
• 4 Sự phổ biến
• 5 Sản xuất
• 6 Ứng dụng
  • 6.1 Hợp chất
• 7 Làm tinh khiết
  • 7.1 Phương pháp vật lý
  • 7.2 Phương pháp hóa học
• 8 An toàn
• 9 Ghi chú
• 10 Tham khảo
• 11 Thư mục
• 12 Liên kết ngoài