Silikon dan karakteristiknya

Silikon adalah elemen kimia dengan simbol kimia Si dan nomor atom. Ini adalah padatan kristal yang keras dan rapuh dengan kilau logam abu-abu biru dan merupakan metalloid tetravalen dan semikonduktor. Ini adalah anggota kelompok 14 pada tabel periodik: karbon berada di atas dia; germanium, timah, timah, dan praseodymium di bawahnya. Ini relatif tidak aktif.Karena afinitas kimianya yang tinggi terhadap oksigen, baru pada tahun 1823 Jöns Jakob Berzelius pertama kali dapat mempersiapkannya dan mencirikannya dalam bentuk murni. Oksida membentuk keluarga anion yang disebut silikat. Titik leleh dan titik didihnya masing -masing adalah 1414 ° C dan 3265 ° C, peringkat kedua di antara semua metaloid dan non -logam, kedua setelah boron.Silikon adalah elemen kedelapan yang paling umum di alam semesta oleh massa, tetapi jarang terjadi sebagai elemen murni di kerak bumi. Ini tersebar luas di ruang dalam debu kosmik, asteroid dan planet dalam berbagai bentuk silika (silikon dioksida) atau silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan silikon elemen paling melimpah kedua di kerak bumi (sekitar 28% dengan massa), setelah oksigen.

Sebagian besar silikon digunakan secara komersial tanpa isolasi, seringkali dengan pemrosesan minimal mineral alami. Penggunaan seperti konstruksi industri menggunakan tanah liat, pasir silika dan batu. beton untuk trotoar, fondasi, dan jalan. -Tstrength Ceramics.silicon adalah dasar dari silikon polimer sintetis yang banyak digunakan.

Akhir abad ke -20 hingga awal abad ke -21 dikenal sebagai zaman silikon (juga dikenal sebagai era digital atau era informasi) karena dampak besar dari silikon elemen pada ekonomi dunia modern. Fraksi kecil yang sangat sangat Silikon unsur dengan kemurnian tinggi (<10% [kutipan yang diperlukan]) yang digunakan dalam elektronik semikonduktor sangat penting untuk transistor dan chip sirkuit terintegrasi yang digunakan di sebagian besar teknologi modern seperti smartphone dan komputer lainnya. Pada tahun 2019, 32,4% dari pasar semikonduktor telah digunakan Dalam jaringan jaringan dan komunikasi, dan industri semikonduktor diperkirakan akan mencapai $ 726,73 miliar pada tahun 2027.Silikon adalah elemen penting dalam biologi. Sebagian besar hewan hanya membutuhkan jejak, tetapi beberapa spons laut dan mikroba, seperti diatom dan radiolaria, mengeluarkan struktur kerangka yang terbuat dari silika. Silika disimpan di banyak jaringan tanaman.

Karakteristik

Fisik dan Atom:

Atom silikon memiliki empat belas elektron. Dalam keadaan dasar, mereka diatur dalam konfigurasi elektronik [NE] 3S23P2. Dari ini, empat adalah elektron valensi, menempati orbital 3S dan dua orbital 3p. dan timbal, ia memiliki jumlah elektron valensi yang sama dengan orbital valensi: dengan demikian, ia dapat menyelesaikan oktet dan mencapai inertness yang stabil oleh konfigurasi argon gas membentuk orbital hibrida SP3, membentuk tetrahedral enam.4 turunan di mana atom silikon pusat berbagi pasangan elektron dengan masing -masing dari empat atom yang terikat. Empat energi ionisasi silikon pertama adalah 786.3, 1576.5, 3228.3 dan 4354.4 kJ/mol; Angka-angka ini cukup tinggi untuk mengesampingkan kemungkinan kimia kationik sederhana dari elemen. Mengikuti tren periodik, jari-jari kovalen ikatan tunggal adalah 117,6 pm, yang antara karbon (77,2 pm) dan germanium (122,3 pm).

Listrik

Pada suhu dan tekanan standar, silikon adalah semikonduktor mengkilap dengan kilau logam abu-abu biru; Sebagai semikonduktor khas, resistivitasnya menurun dengan meningkatnya suhu. Ini terjadi karena silikon memiliki celah energi kecil (celah pita) antara tingkat energi tertinggi yang ditempati (pita valensi) dan tingkat energi terendah yang tidak dihuni (pita konduksi). Tingkat Fermi kira -kira setengah jalan tengah setengah jalan tengah tengah setengah tengah tengah setengah jalan (pita konduksi). Antara pita valensi dan konduksi dan merupakan energi di mana keadaan cenderung ditempati oleh elektron. Oleh karena itu, silikon murni secara efektif merupakan isolator pada suhu kamar. elektron ekstra per dopan, yang kemudian dapat tereksitasi secara termal atau fotolitik ke dalam pita konduksi, membentuk semikonduktor tipe-N. Demikian juga, doping silikon dengan elemen grup 13 seperti boron, aluminium, atau gallium mengarah pada pengenalan kadar akseptor yang menjebak elektron yang mungkin bersemangat dari pita valensi yang diisi, membentuk semikonduktor tipe-p. Silikon yang terhubung dengan tipe-N ke P ke P ke P ke P untuk P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P untuk P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P ke P PL -Type silicon menciptakan persimpangan p-n dengan tingkat fermi yang umum; Elektron mengalir dari N ke P, sementara lubang mengalir dari P ke N, menciptakan penurunan tegangan. Jadi persimpangan p-n ini bertindak seperti dioda dan memperbaiki arus bergantian, sehingga lebih mudah bagi arus untuk mengalir satu arah daripada yang lain. Transistor adalah persimpangan N-p-n dengan lapisan tipis silikon tipe-p lemah antara dua tipe-n-n Daerah. Menghadapi emitor dengan tegangan ke depan kecil dan kolektor dengan tegangan terbalik yang besar memungkinkan transistor untuk bertindak sebagai penguat triode.

Struktur kristal

Dalam kondisi standar, silikon mengkristal dalam struktur kovalen raksasa, terutama di kisi kubik berlian (Grup Luar Angkasa 227). Oleh karena itu, ia memiliki titik leleh yang tinggi 1414 ° C karena banyak energi diperlukan untuk memecahkan ikatan kovalen yang kuat dan melelehkan padatan. Setelah silikon leleh, jaringan ikatan tetrahedral jarak jauh rusak dan rongga dalam jaringan tersebut diisi, mirip dengan es air ketika ikatan hidrogen rusak selama peleburan. Ini tidak memiliki alotrop yang stabil secara termodinamik pada tekanan standar, tetapi beberapa struktur kristal lainnya diketahui pada tekanan yang lebih tinggi. Tren umum adalah bahwa jumlah koordinasi meningkat dengan tekanan, eventually forming a hexagonal close-packed allotrope of about 40 GPa, called Si-VII (the standard variant is Si-I).The allotrope known as BC8 (or bc8) has a body-centered cubic lattice with eight atoms per original unit cell (Grup Spasi 206), dapat diproduksi pada tekanan tinggi dan tetap bermetastable pada tekanan rendah. Sifatnya telah dipelajari secara rinci.

Silikon mendidih pada 3265 ° C: Meskipun tinggi, masih lebih rendah dari suhu di mana congener karbon congener yang lebih ringan (3642 ° C), dan panas penguapan silikon juga lebih rendah dari karbon, yang terkait dengan The Rasio ikatan Si- Si dengan C. Ikatan C lemah.Lapisan silikat seperti graphene juga dapat dibangun.

Isotop

Silikon yang terjadi secara alami terdiri dari tiga isotop stabil, 28si (92,23%), 29SI (4,67%) dan 30SI (3,10%). Dari jumlah tersebut, hanya 29SI yang dapat digunakan untuk spektroskopi NMR dan EPR, karena ini adalah satu -satunya substansi dengan nuklear nuklear, karena ini adalah zat nuklear nuklear, karena nuklir nuklir, karena nuklir nuklir, karena nuklir nuklir, karena nuklir nuklir, karena nuklir nuklir, spin (i = 1/2) .semua tiga diproduksi oleh proses pembakaran oksigen dalam tipe IA supernovae [49] [50], di mana 28si diproduksi sebagai bagian dari proses alpha dan karenanya merupakan sekering alfa yang paling banyak.28Si dengan alfa dengan alpha Partikel -partikel dalam bintang melalui penataan ulang photodecay, suatu proses yang dikenal sebagai pembakaran silikon; Ini adalah tahap akhir dari nukleosintesis sebelum bintang itu runtuh dengan cepat dan meledak dengan keras dalam supernova tipe II.

Dua puluh radioisotop telah dikarakterisasi, dua yang paling stabil adalah 32SI dengan waktu paruh sekitar 150 tahun dan 31SI dengan waktu paruh 2,62 jam. Semua radioisotop yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari tujuh detik, dan sebagian besar memiliki setengah- Kehidupan kurang dari sepersepuluh detik. Silicon memiliki satu isomer nuklir yang diketahui, 34msi, dengan waktu paruh kurang dari 210 ns.32Si mengalami peluruhan beta energi rendah hingga 32p dan kemudian menstabilkan hingga 32-an. 31SI dapat diproduksi dengan aktivasi neutron silikon alami dan dengan demikian dapat digunakan untuk analisis kuantitatif; Ini dapat dengan mudah dideteksi oleh pembusukan beta karakteristik 31p yang stabil, di mana elektron yang dipancarkan membawa energi hingga 1,48 MeV.

Isotop silikon yang diketahui memiliki massa mulai dari 22 hingga 44. Mode peluruhan yang paling umum untuk isotop dengan massa lebih rendah dari tiga isotop stabil adalah pembusukan beta terbalik, dengan pembentukan dominan isotop aluminium (13 proton) sebagai produk peluruhan. Mode pembusukan yang paling umum untuk isotop yang lebih tidak stabil yang lebih berat adalah peluruhan beta, dengan pembentukan dominan dari isotop fosfor (15 proton) sebagai produk peluruhan.Silikon dapat memasuki laut melalui air tanah dan transportasi sungai. Input air tanah curah memiliki komposisi isotop yang berbeda dari input silikon fluvial. Perubahan isotop dalam air tanah dan transportasi sungai menyebabkan perubahan dalam nilai 30SI di lautan. Pada saat ini, ada perbedaan besar Dalam nilai isotop air dalam di berbagai cekungan laut di dunia. Antara Samudra Atlantik dan Samudra Pasifik, ada gradien 30SI air dalam yang lebih besar dari 0,3 ‰ .30Si paling sering dikaitkan dengan produktivitas.