Silisium, grunnstoff i gruppe 14 i grunnstoffenes periodesystem. Atomnummer 14, atomsymbol Si og Elektronkonfigurasjon [Ne]3s23p2. Silisium er en halvleder. Silisium foreligger som tre naturlige isotoper: 28Si (92,2 %), 29Si (4,7 %) og 30Si (3,1 %).

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. Det skyldes forhold som partikkelstørrelse, renhet, overflatens mikrostruktur m.m. Rent, krystallinsk silisium er metallisk glinsende og er et hardt, sprøtt materiale. Krystallstrukturen er kubisk og den samme som for diamant. Silisium har i likhet med f.eks. vann, gallium og vismut den uvanlige egenskapen at det utvider seg ved størkning.

27,7 vektprosent av jordskorpen er silisium som er, nest etter oksygen, det grunnstoff som det finnes mest av. Til sammen utgjør oksygen og silisium ca. 3/4 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 m.m. Silikatene er den mest utbredte gruppen av mineraler i jordskorpen (se silikater og silikatmineraler). Silisium forekommer også i planter og dyr. Laverestående planter, f.eks. kiselalger, inneholder silisiumdioksid i celleveggene. I høyerestående planter kan silisiuminnholdet bli ganske stort, f.eks. i gress og halm, hvor den skjærende skarphet 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 mg silisiumdioksid per 100 g 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 %, neglesubstansen 0,17–0,54 % silisium.

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 silisiums smeltepunkt. 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 ca. 1000 °C. Ved reaksjon mellom silisium og karbon over ca. 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:

Si(s) + 2OH(aq) + H2O(l) = SiO32(aq) + H2(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 i samme gruppe. Det danner kjedeformede hydrogenforbindelser, silaner, generell formel SinH2n+2, hvor n er et helt tall (<10) (jfr. alkaner), men tendensen til kjededannelse er mye mindre enn hos karbon. I motsetning til karbon danner ikke silisium dobbel- eller trippelbindinger.

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

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 % silisium; forurensningene, vesentlig av Fe, Al og Ca, avhenger av kvartsens kvalitet. Silisium fremstilles i Norge av Elkem ASA.

Fremstilling av høyrent silisium for bruk i elektronisk industri, skjer ved videreforedling av teknisk fremstilt silisium. Silisium omdannes til et flyktig silaner – polymerkjemi, f.eks. HSiCl3, ved reaksjon med hydrogenklorid, HCl. Dette renses ved destillasjon. Alternativt dannes SiCl4 ved reaksjon med klor. Elementært silisium fås så ved reduksjon. Det høyrene silisium foreligger i polykrystallinsk form. Store, dislokasjonsfrie enkrystaller fremstilles f.eks. ved sonesmelting. Denne metoden gir høyrent silisium med forurensningsinnhold på kun ca. 0,001 ppm.

Silisium er den viktigste halvleder. 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 nøytronbestråling av høyrent silisium, og det dannes 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 halvlederindustri 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 m.fl. Fjærstål inneholder 1,8–2,2 % silisium. Silisiumstål med 0,1–0,5 % silisium blir brukt i transformator- og dynamoblikk. Korrosjonsbestandige jernlegeringer med 12–16 % silisium blir bl.a. brukt for syrefaste ledninger og beholdere. Silumin er en aluminium-støpelegering med ca. 13 % silisium. Den er sveisbar, har stor fasthet og er korrosjonsbestandig.

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

Grunnstoffet silisium er ikke giftig. Det har heller ingen spesifikk eller vesentlig innvirkning på metabolske funksjoner, på det sensoriske eller motoriske nervesystem. Silisium spiller derimot en vesentlig rolle for knokkel- og bindevevsdannelsen hos dyr og planter. Hos høyerestående dyr fører silisiummangel til vekstforstyrrelser. Et voksent menneske utskiller daglig gjennomsnittlig ca. 10 mg silisiumdioksid.

Relativ atommasse 28,0855
Smeltepunkt 1410 °C
Kokepunkt 2355 °C
Densitet 2,33 g/cm3
Oksidasjonstall I, II, III, IV

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

23. april 2011 skrev tommy andre lofthaug

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

21. juni 2011 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.

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.