Silicium

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Een stukje silicium in de vorm van een cilinder
Naam	Silicium / silex (Latijn)
Latijn
Symbool	Si
Atoomnummer	14
Soort	metaloïde
Kleur	donkergrijs
Smeltpunt	1.414 ^oC
Kookpunt	3.265 ^oC

Silicium, soms kiezel genoemd, is een chemisch element met als symbool de letters Si, het heeft atoomnummer 14 in het Periodiek systeem. Het is een harde, brosse vaste stof met een blauwgrijze metaalglans. In het Engels heet het silicon.

Voorkomen

Silicium is het achtste meest voorkomende element in het universum, maar komt zeer zelden voor als het pure element in de aardkorst. Het wordt het meest verspreid in de ruimte in kosmisch stof, planetoïden en planeten als verschillende vormen van siliciumdioxide (SiO₂ - silica) of silicaten. Meer dan 90% van de aardkorst bestaat uit silicaatmineralen, waardoor silicium in die vorm het op een na meest voorkomende element in de aardkorst is (ongeveer 28 massaprocent), na zuurstof. Silicium is een natuurlijk element en heeft, wanneer het niet eerder aanwezig was, een verblijftijd van ongeveer 400 jaar in de oceanen van de wereld.

Silicium in erts of mineraal

Zoals gezegd komt silicium vooral voor in silicaten. Binnen de mineralen hebben de silicaten een eigen groep. Je hebt natuurlijke silicaten (zoals silica, kwarts, olivijn, toermalijn, kleisoorten, veldspaten, graniet, grind en zand en granaat -> niet het explosief). En je hebt kunstmatige silicaten (zoals Portlandcement, keramiek , glas en waterglas).

Stuk pure silicium (komt van nature zo haast niet voor)
Olivijn, een groep van silicaatmineralen met een magnesium- ijzer- silicaat
Grenaten zijn een groep van silicaat mineralen die worden gebruikt sinds de bronstijd als edelstenen en schuurmiddelen
Toermalijn, een groep van kristallijn borium silicaat mineralen vermengd met elementen zoals aluminium, ijzer, magnesium, natrium, lithium, of kalium. Deze edelsteen is te vinden in een grote verscheidenheid aan kleuren.
Epidoot is een groep van silicaatmineralen met een calcium aluminium ijzer sorosilicate mineraal.
Pyroxeen (hier Diopside) een groep van silicaatmineralen metcalcium (Ca), natrium (Na), ijzer (Fe II) of magnesium (Mg) en zeldzamer zink , mangaan of lithium
Amfibool (hier Tremoliet) is een groep van silicaatmineralen met prisma- of naaldvormige kristallen. Veelal met ijzer en/of magnesium.
Mica uit de groep van Mica's en kleisoorten die gemakkelijk gesplitst in zeer dunne elastische platen kunnen zijn (zoals leisteen)
Kwarts (SiO₂), uit de groep van kwartsen, veldspaat en zeolieten
Kwartszand of silica. Belangrijkste bestanddeel voor glas
Asbest is een natuurlijk voorkomend vezelig silicaat mineraal. Met name de kleine vezeltjes zijn kankerverwekkend.
Amethist uit de kwartsgroep
Onbewerkt bergkristal uit de kwartsgroep
Veldspaat, uit de groep van kwartsen, veldspaat en zeolieten
Zeoliet

Geschiedenis

Vanwege de overvloed aan silicium in de aardkorst worden al duizenden jaren natuurlijke materialen op basis van silicium gebruikt. Silicium bergkristallen waren bekend bij verschillende oude beschavingen, zoals de vroege Egyptenaren die het gebruikten voor kralen en kleine vazen, evenals de oude Chinezen. Glas met silica werd vervaardigd door de Egyptenaren sinds minstens 1500 voor Christus, evenals door de oude Feniciërs. Natuurlijke silicaatverbindingen werden ook gebruikt in verschillende soorten mortel (soort cement) voor de bouw van vroege menselijke woningen.

In 1787 vermoedde Antoine Lavoisier dat silica een oxide van een dan nog onbekend chemisch element zou kunnen zijn, maar de chemische binding van silicium voor zuurstof is en was zo hoog dat hij geen middelen had om het oxide te verminderen en het element te isoleren. Hiermee wordt bedoelt het scheiden van silicium (Si) en zuurstof (O) uit siliciumoxide (SiO₂) toen nog niet lukte. Na een poging om silicium in 1808 te isoleren, stelde Sir Humphry Davy de naam "silicium" voor silicium voor, van het Latijnse silex, silicis voor vuursteen, en voegde hij het "-ium" toe omdat hij geloofde dat het een metaal was. De meeste talen gebruiken omgezette vormen van deze naam, soms aangepast aan de lokale uitspraak (bijvoorbeeld Duits Silizium, Turks silisyum, Catalaans silici).

Van Gay-Lussac en Thénard wordt aangenomen dat zij in 1811 onzuiver silicium hebben gemaakt door het dan nog pas ontdekte kaliummetaal te verhitten met siliciumtetrafluoride, maar ze hebben het product niet gezuiverd en geconcludeerd dat het om een nieuw chemisch element ging. Silicium kreeg zijn huidige (Engelse) naam silcon in 1817 door de Schotse chemicus Thomas Thomson. Hij behield een deel van Davy's naam, maar voegde "-on" toe omdat hij geloofde dat silicium een niet-metaal was dat leek op boor en koolstof. In 1823 heeft Jöns Jacob Berzelius silicium gemaakt door het product te zuiveren tot een bruin poeder, dit door het herhaaldelijk te wassen. Als gevolg hiervan krijgt hij meestal de eer voor de ontdekking van het element. Hetzelfde jaar werd Berzelius de eerste die siliciumtetrachloride langs scheikundige weg (synthetisch) maakte; siliciumtetrafluoride was al lang daarvoor in 1771 bereid door Carl Wilhelm Scheele door silica op te lossen in fluorwaterstofzuur. In de twintigste eeuw ontstonden er in de chemie nog allerlei van silicium afgeleide stoffen, waaronder de zogeheten halfgeleiders die belangrijk zijn voor in de elektronica, van transistor-radio's tot mobieltjes.

Gebruik

Silicium wordt heel veel gebruikt in computerchips die bijvoorbeeld in je mobieltje of computer zitten. Daar waar de grote computer- en softwarebedrijven van Amerika zitten, heet dan ook Silicon Valley.

Ook wordt silicium gebruikt in glas en in lasers.

Verder wordt silicium in zonnepanelen gebruikt omdat het foto-elektrische eigenschappen heeft.

Omdat silicium in grind en zand zit en het in producten als cement en glas zit, wordt het veel gebruikt in de bouw. Ook beton en stucmiddelen worden er van gemaakt.

Keramiek (serviesgoed) is een veel gebruikte toepassing.

Een modern gebruik is glasvezel, een prima transportkanaal voor internet en telefonie. Soms wordt het gebruikt voor contactlenzen.

Als verbinding tussen silicium en koolstof (C) ontstaat het zeer harde siliciumcarbide of carborundum, wat wordt gebruikt als schuurmiddel op bijvoorbeeld slijpschijven en remschijven. Voor wie veel met dit materiaal werkt kan er gevaar voor kanker zijn.

Er zijn silicaten die als (half)edelsteen worden gebruikt in sieraden.

Biologie

Siliciumdioxide wordt ook gebruikt in eten als antiklontenmiddel, dit gaat dus klontjes in eten tegen. Silicium is een belangrijk element in de biologie, hoewel dieren alleen sporen (hele kleine beetjes) nodig hebben. Verschillende zeesponzen en micro-organismen, zoals diatomeeën en radiolaria, scheiden echter skeletstructuren uit die gemaakt zijn van silica. Silica wordt in veel plantenweefsels afgezet.

Er zijn aanwijzingen dat silicium belangrijk is voor de menselijke gezondheid voor hun nagels, haar, botten en huidweefsels.

Vooral silicium in kristalvorm is schadelijk voor de mens. Mensen die veel met dit soort materialen moeten werken moeten beschermende maatregelen nemen. Denk aan glasschilvertjes of glaswol dat ogen en luchtwegen kan beschadigen. Ook kunnen er ziektes als artrose en bronchitis door ontstaan. Fijnstof (langs autowegen bijvoorbeeld) bevat vaak siliciumkristal deeltjes.

Veiligheid

Kleine siliciumkristallen zijn slecht voor het lichaam

Toepassingen

Mortel in silo's op bouwplaats met betonelementen op de voorgrond
ROM (Read Only Memory) chip, voor opslag van gegevens
Transistor. Als elektronisch onderdeel dient een transistor onder meer als versterkend of schakelend element in een elektronische schakeling
Glasvezelkabel of kortweg glaskabel
Zonnepanelen
Glazen buitenkant van Beeld en Geluid in Hilversum
Silicium Oxide (Si O₂) als antiklonteringsmiddel SAS E55. SAS zit in verschillende voedingsmiddelen zoals coffeecreamer, soep-, saus- en kruidenmixen.
Keramiek uit Europa
Carborundum schijfrem van een Porche
(Half)edelstenen, waaronder enkele silicaten