Silício

O silício (latim: silex, sílex ou "pedra dura") é um elemento químico de símbolo Si de número atômico 14 (14 prótons e 14 elétrons) com massa atômica igual a 28 u. À temperatura ambiente, o silício encontra-se no estado sólido. Foi descoberto pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius, em 1823. O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, perfazendo mais de 28% de sua massa (atrás somente do Oxigênio e seus 47% de composição da crosta). Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente na forma de dióxido de silício (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênio e metais). O silício é o principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos silicones, que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o silício.Crosta terrestre

Pertence ao grupo 14 (IVA) da Classificação Periódica dos Elementos. Se apresenta na forma amorfa e cristalina; o primeiro na forma de um pó pardo mais reativo que a variante cristalina, que se apresenta na forma octaédrica de coloração azul grisáceo e brilho metálico.

História direita|thumb|200px|Silício com 99% de pureza.

O silício (do latím silex, sílica) foi identificado pela primeira vez por Antoine Lavoisier em 1787 e posteriormente considerado como elemento por Humphry Davy em 1800.Em sua mesa dos elementos, Lavoisier listou cinco "terras salificáveis" (ie, minérios que poderiam ser feitas para reagir com ácidos para produzir sais (salis = sal, em latim)): Chaux (óxido de cálcio), magnésie (magnésia, óxido de magnésio), barita (sulfato de bário), alumina (alumina, óxido de alumínio), e sílica (sílica, dióxido de silício). Sobre esses "elementos", Lavoisier especula: "Estamos, provavelmente, só conhece ainda com uma parte das substâncias metálicas existentes na natureza, como a todos aqueles que têm uma forte afinidade ao oxigênio do que o carbono possui, são incapazes, até então, de ser reduzido a um estado metálico, e, consequentemente, sendo só apresentou a nossa observação sob a forma de óxidos, são confundidos com terras é extremamente provável que barita, que acabámos agora arranjado com terras, é nesta situação;. para em muitos experimentos que apresenta propriedades quase se aproximando aos de metal corpos. É até possível que todas as substâncias que chamamos de terras pode ser apenas óxidos metálicos, irredutíveis por qualquer processo conhecido até agora ". - da página 218 de: Lavoisier com Robert Kerr, transcrevendo do Francês, Elementos da Química, … , 4th ed. (Edinburgh, Scotland: William Creech, 1799). (A passagem original aparece em: Lavoisier, Traité Élémentaire de Chimie, (Paris, França: Cuchet, 1789), Vol.1 página 174 - Traité élémentaire de chimie : présenté dans un ordre nouveau et d'après les découvertes modernes ; avec figures - Livro :: Antoine Laurent Lavoisier, Elements of chemistry: in a new systematic order, containing all the modern discoveries, New York, Dover Publications 1965, ISBN 0-486-64624-6

Em 1811 Joseph-Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard provavelmente prepararam silício amorfo impuro aquecendo potássio com tetracloreto de silício. Em 1824 Jöns Jacob Berzelius preparou silício amorfo empregando um método similar ao de Gay-Lussac, purificando depois o produto obtido com lavagens sucessivas até isolar o elemento.Silicon, History and Production

Existe uma região na Califórnia chamada vale do Silício, uma homenagem ao elemento responsável por grande parte da produção mundial de circuitos eletrônicos.History

Características principais Suas propriedades são intermediárias entre as do carbono e o germânio. Na forma cristalina é muito duro e pouco solúvel, apresentando um brilho metálico e uma coloração grisácea. É um elemento relativamente inerte e resistente à ação da maioria dos ácidos; reage com os halogênios e álcalis. O silício transmite mais de 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas.

Ocorrência na natureza Apenas os compostos de silício podem ser encontrados na natureza. O silício é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre; 26 a 28% da crosta terrestre é composta de silício. Em abundância na crosta terrestre o silício fica atrás apenas do oxigênio, que compõe quase a metade de toda a crosta. Na água do mar, a sua concentração é relativamente baixa, com apenas 3 mg de silício por litro. Pode-se encontrar no espaço um átomo de silício para cada 30 000 átomos de hidrogênio.

esquerda|257x257px|thumb|Ametista, variedade púrpura ou lilás do quartzo, que é formado por óxido de silício O silício é um componente essencial da grande maioria das rochas que formam a crosta terrestre. Arenitos, argila e granito são exemplos de rochas que contém compostos de silício. Entre os compostos silicosos significativamente presentes na argila, formada basicamente por feldspato, são a ortoclase (KAlSi3O8) e a plagioclase ((Na, Ca)Al1-2Si2). O quartzo (SiO2 - silica) pode apresentar diferentes cores de acordo com a presença de pequenas quantidades de elementos estranhos. A sílica quase pura é conhecida como quartzo ou simplesmente cristal. Os quartzos de cor púrpura ou lilás são conhecidos como ametista, os cristais de coloração amarela são conhecidos como citrinos.

A opala, silica amorfa hidratada, é encontrada em várias cores. Atualmente, as maiores quantidades de opala se encontram nas minas da Austrália e América Central, incluindo o México. Na Eslováquia, encontra-se opala nas minas próximas a Prešov (Dubník). O silício é particularmente importante como o bloco de construção de algas unicelulares (diatomáceas).

Aplicações esquerda|thumb|210 px|Circuito integrado 555 em silício

Utilizado para a produção de ligas metálicas, na preparação de silicones, na indústria cerâmica e, por ser um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. Por esta razão é conhecida como Vale do Silício a região da Califórnia (Estados Unidos) onde estão concentrados numerosas empresas do setor de eletrônica e informática.Silício Metálico

O silício é um elemento vital em numerosas indústrias. O dióxido de silício, areia e argila são importantes constituintes do concreto armado e azulejos (ladrilhos), sendo empregadas na produção do cimento Portland.

Outros importantes usos do silício são: Como carga em materiais de revestimento e compósitos de cimento, como cerâmicas. Como elemento de liga em fundições. Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes, entre outros usos. O carboneto de silício é um dos abrasivos mais importantes. Usa-se em lasers para a obtenção de luz com um comprimento de onda de 456 nm. O silício é um dos componentes do polímero silicone. Na fabricação dos diodos e diversos componentes eletrônicos. Na fabricação de produtos para restaurações odontológicas (silicatos). Utilizado como elemento de ligação entre restaurações em porcelana e cerômero e os adesivos (silano).

Piezeletricidade direita|thumb|200px|Alto-falante piezelétrico esquerda|thumb|212x212px|Cristal oscilador

Os cristais de quartzo também possuem uma propriedade especial chamada de piezeletricidade. Essa característica consiste em transformar energia mecânica diretamente em energia elétrica, e vice-versa.

Suas aplicações variam desde alto-falantes piezelétricos, agulha para toca-discos e cristais osciladores para circuitos eletrônicos que trabalham com frequências.

Módulos fotovoltaicos direita|thumb|200px|Célula fotovoltaica policristalina de silício

O uso de silício nos módulos fotovoltaicos (painéis solares) tem aumentado muito no século XXI devido a preocupação mundial com o aquecimento global. O uso de células fotovoltaicas para a obtenção de eletricidade aproveita um recurso inesgotável, que é a energia solar. Os módulos são constituídos por células fotovoltaicas, que consistem de uma lâmina de silício na qual é formada uma junção P-N (díodo de junção), capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz como a luz solar.

A primeira geração de células constitui a tecnologia dominante em termos de produção comercial, representando mais de 80% do mercado mundial. O efeito fotovoltaico foi descoberto pela primeira vez em 1839 por Edmond Becquerel. Entretanto, só após 1883 que as primeiras células fotovoltaicas foram construídas, por Charles Fritts, que cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções.

Existem módulos fotovoltaicos de várias potências e tensões, para os mais diversos usos. Em residências rurais, algumas empresas concessionárias de distribuição usam os módulos fotovoltaicos energia em baterias. Este sistema fotovoltaico gera energia suficiente para iluminar uma residência e outros pequenos aparelhos de rádio ou televisão.

direita|thumb|200px|Paineis solares em forma de árvore

Materiais de construção e cerâmica direita|200px|thumb|Flores de porcelana (Madri, Espanha, século XVIII)

A maior parte dos materiais de construção empregam minerais que contém silício em sua composição. A cerâmica mais valiosa que existe atualmente é a porcelana, que é uma mistura de matérias-primas que contém aproximadamente 50% de caulim, 25% de areia de sílica e 25% de feldspato.

Existem outras cerâmicas de menor valor utilizada para fabricação de tijolos, telhas e outros materiais de construção. As argilas de caulim, feldspato e quartzo são aquecidos a uma temperatura de 1 300 °C para produção de cerâmicas comuns (tijolos, telhas) ou cerâmicas fina e brancas (placas, bacias, azulejos, estátuas, etc).

A areia, composta principalmente de silica, é usada como ingrediente em materiais de argamassa e colagem, e particularmente na fabricação de concreto.

Aerogel

esquerda|213x213px|thumb|Aerogel

Fumaça congelada, assim apelidada pelos cientistas, é um material especial extremamente leve: sua densidade média é de apenas 1,1 mg/cm³ e podem ser derivados do dióxido de silício (SiO2), embora possam ser confeccionados em outros materiais.

É um dos melhores isolantes térmicos. Um aerogel do tamanho de uma pessoa pesa menos de meio quilo e pode suportar o peso de um carro compacto. Cerca de 99,8% do volume é composto de ar comum.

O aerogel mais comum é feito de uma mistura de sílica (SiO2). Em sua fabricação é exercida uma forte pressão que elimina qualquer liquido (secagem supercrítica).

Enquanto a luz com comprimento de onda curta atravessa aerogel com poucas alterações, o calor e som quase não conseguem atravessá-lo. Atualmente, sua produção é muito cara e é usado especialmente na pesquisa espacial. Entretanto, é um material com grande potencial de utilização no futuro.

Fotônica em Silício Atualmente, o silício também é utilizado para fabricação de guias de onda ópticos. Devido ao seu alto índice refração (n=3,5 no infravermelho), o fenômeno de reflexão interna total pode ocorrer quando o silício esta imerso em óxido de silício (sílica). Esta propriedade é muito conveniente porque esta combinação de materiais, silício e sílica, é a mesma utilizada para produzir transistores na indústria eletrônica. Isto torna a fotônica em silício compatível com a plataforma CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor). Esta compatibilidade permitiria a integração direta dos elementos fotônicos (lasers, fotodiodos, moduladores) com os eletrônicos (amplificadores, transistores, etc). O sucesso desta integração poderia ter grande impacto na indústria de telecomunicações e computadores.

Abundância e obtenção thumb|direita|148x148px|Imagem ampliada em 1 000 000 de vezes mostrando átomos de silício através de um Microscópio de Varredura por Tunelamento. O silício é um dos componentes principais dos aerolitos, uma classe de meteoróides. richt|150px|thumb|Silício monocristalino de alta pureza