silisium

Silisium er den viktigste halvlederen. I høyren form har det lav elektrisk ledningsevne (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.

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.

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 hos eldre. Menneskehår inneholder 0,01–0,36 prosent og neglesubstansen 0,17–0,54 prosent silisium.

Silisium er ikke giftig. Det har heller ingen spesifikk eller vesentlig innvirkning på stoffskiftet eller 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 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 Kis, 'grus'. 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.

Teknisk fremstilles silisium i kompakt form ved å redusere kvarts med kull (karbon) ved 1700 °C. Det skjer etter følgende formel:

\[\ce{SiO2 + 2C -> Si + 2CO}\]

Blir det brukt overskudd av karbon, dannes silisiumkarbid. 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.

I kompakt form er silisium generelt et edelt materiale. I luft dannes et passivt lag av amorft silisiumdioksid som beskytter 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 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:

\[\ce{Si + 2OH^{-} + H2O -> SiO32^{-} + 2H2}\]

Silisium har flere felles trekk med grunnstoffet karbon, som er i samme gruppe i periodeystemet. Det danner kjedeformede hydrogenforbindelser, silaner, med generell formel Si_nH_2n+2, hvor n er et helt tall (under 10)(se også alkaner), men tendensen til kjededannelse er mye mindre enn hos karbon. I motsetning til karbon danner ikke silisium dobbelt- eller trippelbindinger.

• periodesystemet
• grunnstoff
• halvmetaller
• halvledere