Elementler - Silisyum

silisyum (Si)

periyodik tablonun IVa grubunda (karbon grubu) yer alan ametal kimyasal element.

Yerkabuğunun yüzde 27,7’sini oluşturan silisyum oksijenden sonra Yer’de en bol bulunan elementtir.
İlk olarak 1824’te İsveçli kimyacı Jöns Jacob Berzelius’un bulduğu silisyum doğada serbest halde bulunmaz, ama hemen hemen bütün kayaçlarda, kum, kil ve topraklarda ya oksijenli bileşiği olan silis (SİO2, silisyum dioksit) halinde ya da oksijen ve alüminyum, magnezyum, kalsiyum, sodyum, potasyum, demir gibi başka elementlerle oluşturduğu silikatlar halinde bulunur. Ayrıca doğal sularda, atmosferde (silisli toz halinde), pek çok bitkide ve bazı hayvanların iskeletlerinde, dokularında, vücut sıvılarında da silisyum bileşikleri vardır.

Katışıksız silisyum sert, koyu gri renkli, metal parlaklığında bir katıdır ve kristal yapısı elmas biçimindeki karbonun aynısıdır. Silisyumun birçok fiziksel ve kimyasal özelliği karbonunkine benzer. Kahverengi ve toz halinde silisyum da tanımlanmıştır, ama bu da mikrokristal yapıdadır. Element haldeki silisyum sanayide, oksidinin elektrik fınnlarında kok kömürüyle indirgenmesi yoluyla hazırlanır. Küçük ölçekte ise oksidinin alüminyumla indirgenmesiyle elde edilebilir.

Silisyum da karbon gibi oda sıcaklığında tepkin değildir, ama ısıtıldığında şiddetle tepkimeye girerek halojenlerle halojenürleri, bazı metallerle de silisürleri oluşturur. Hidroflüorik asit dışındaki asitlerden etkilenmez. Akkor sıcaklığında su buharının ya da oksijenin etkisiyle yüzeyinde silisyum dioksit katmanı oluşur. Silisyum ve karbonun elektrik fırınında 2.000°C-2.600°C arasındaki sıcaklıklarda birleşmesiyle önemli bir aşındırıcı olan silisyum karbür (karborundum, SiC) elde edilir. Silisyumun hidrojenle tepkimeye girmesi sonucunda, oda sıcaklığında gaz halinde bulunan ve silanlar olarak bilinen bir dizi hidrür; hidrokarbon gruplarıyla birleşmesiyle de birçok organik silisyum bileşiği oluşur.

Element haldeki silisyumun birkaç uygulama alanı vardır. Metalürjide indirgeyici ve çelik, pirinç ve tunç üretiminde alaşım maddesi olarak kullanılır. Katışıksız silisyumdan fotoelektrik aygıtlarda, transistorlarda ve başka elektronik elemanlarda yararlanılır. Silisyumun en önemli bileşikleri silis ve silikatlardır. Kum ve kil biçimindeki silis beton ve tuğlanın yanı sıra yüksek sıcaklıklara dayanıklı tuğlamsı (refrakter) yapımında kullanılır. Kuvars minerali halindeki silisten ise ısıyla yumuşatılarak cam eşyalar üretilir. Suda çözünmeyen silikatların çoğundan da cam eşya ve emaye, çanak çömlek, porselen ve başka seramik malzemelerin üretiminde yararlanılır. Su camı olarak bilinen sodyum silikatlar sabun yapımında, ahşap malzemenin çürümesini önlemede, yumurtaların saklanmasında, çimento olarak ve boyalarda kullanılır. Silikonlar ise silisyum, oksijen, karbon ve hidrojenden yapay yolla üretilen organosilisyum oksitlerdir. Bunlar eylemsiz ve yüksek sıcaklıklara olağanüstü dayanıklı olmaları nedeniyle yağlayıcılarda, hidrolik sıvılarında, su geçirmeyen malzemelerde, vernik ve emayelerde kullanılırlar.


Silisyumun silisyum-28 (yüzde 92,21), silisyum-29 (yüzde 4,70) ve silisyum-30 (yüzde 3,09) gibi üç kararlı izotopu ve dört radyoaktif izotopu bilinmektedir.

SİLİSYUM
a. (fr. silicium'dan). Kim.
Elementlerin dönemli tablosunda IV B kolonunda yer alan, karbonla benzerlikler gösteren, çok sayıda doğal bileşiğin (silis, silikatlar) yapısına giren ve bundan dolayı oksijenden sonra doğada en bol bulunan ametal. (Simgesi Si olan kimyasal element.)

—Metalürj. Silisyum tuncu, bileşiminde % 2-4 arasında silisyum bulunan bakır-silisyum alaşımı. (Silisyum oranı çok düşük olan bu alaşımlar, sürtünme ve mekanik özellikleri bakımından normal bronzlara benzer. Az oranda nikel katıldığında sertlikleri [yapısal sertleşme] artar.)

—ANSİKL. Kim. Silisyum 1823'te Berzelius tarafından elde edildi. Amorf ve kristal olarak iki biçimi vardır. Amorf silisyum 2,33 yoğunluğunda, kestane renginde bir tozdur. Erimiş sodyum klorür katmanı altında (havanın etkisinden korumak için) akkor derecede ergir. Kristal silisyum, metal parlaklığında gri-siyah sekizyüzlüler biçiminde bulunur; bu, çok sert bir maddedir. Kullanıla gelen çözücülerin hiçbirinde çözünmeyen silisyum, çinko, kurşun ve gümüş gibi ancak birkaç metal için de çözünür.

Kimyasal özellikleri. Silisyum karbonla pek çok benzerlik gösterir. Dörtdeğerli olan silisyum karbondan daha elektropozitiftir Halojenlerden etkilenir; oksijen içinde büyük bir ısı açığa çıkararak yanar ve bu sırada silisi (SİÖ2) verir. Sıcakta hidrojen, kükürt ve azotla bileşir; elektrik fırınında karbonla silisyum karbürü (SiC) meydana getirir Pek çok metalle birleşerek silisürleri oluşturur. Kuvvetli bir indirgendir; su buharını, metal ve ametal oksitlerinin çoğunu indirger. Erimiş alkali karbonatlarda karbonla yer değiştirir.

Silisyum bileşikleri. Silisyum bileşiklerinin en önemlileri, kuşkusuz silis ile silikatlardır; ayrıca hidrokarbonlara benzeyen hidrürlerini, halojenürlerini, özellikle silisyum tetrafluorürü (SİF4) ve bunun bir katılma bileşiği olan fluorosilikat asidini (fluorosilisik asit), silisyum karbürü (SİC) belirtmek gerekir.

Organik bileşikleri. Karbon gibi silisyum da hidrürler (Sİ„H2f)+2) verebilir, ancak bunlar hidrokarbonlardan (C„H2n+2) çok daha tepkindin Bu bileşiklerin en önemlileri, bir ya da daha çok hidrojen atomu yerine alkil (C„H2„4l), fenil (CgHj), hidroksil (OH), alkoksil (ÖR) ya da bir klor atomlarının geçmesi sonunda oluşan silisyum tetrahidrür (SİH4) [SİLAN] türevleridir (silandiol, silanol, siloksan). R2SİÖ türevleri (R= alkil ya da fenil), sentetik poli- merlerin önemli sınıfını oluşturan silikonlardır.
Silisyum tetraklorürün alkoller (ROH) üzerine etkimesiyle oluşan ortosilisik asit esterleri [Si (OR)4], nemli havada bile kolayca hidrolizlenerek dört molekül alkol ile arı silise ayrışırlar.

Elde edilişi ve uygulama alanları. Silisyum doğada silis ya da çeşitli silikatlar durumunda bulunur. Yerkabuğunun yaklaşık % 28'ini oluşturur. Sanayide arı silisyum elde etmek için silis, karbon elektrotiu elektrik fırınlarında kömürle indirgenir (elektrometalürji).
Dünyanın önde gelen ilk iki silisyum üreticisi Pechiney ve Union Carbide firmalarıdır.
Yüzde 99 aralıktaki silisyum çeliklere, dökme demirlere ve kimi hafif metal alaşımlarına katılmak üzere ferrosilisyuma dönüştürülür. Silisyum bütün bu metallerin niteliklerini, özellikle yükseltgenmeye karşı dirençlerini ve mekanik özelliklerini geliştirir.

Elektronikte kullanılan ve son derece arı olması gereken silisyum üretimi, hidrojen ya da klorun sanayi silisyumuyla kimyasal tepkimeye sokulması ve silanların dönüştürülmesine dayanır. Damıtma yoluyla arılaştırılan bu silanlar, ayrıştırılarak son deredfe arı silisyum durumuna (% 99,999) getirilebilir. Bor ya da arsenik gibi kimi katkı maddeleri katılarak yarı iletkenlik özellikleri geliştirilen bu silisyum, kristal durumuna dönüştürülür. Kristaller, yüksekliği 1 metreye ve çapı 15 cm’ye ulaşan silindirler biçiminde üretilir. Kristal önce rondela, daha sonra da çok küçük kareler (kırmıklar) halinde kesilir; bu kareler tümleşik elektronik devrelerde (tranzistor etkisi) ya da güneş pillerinde (fotovoltaik etki) kullanılır. Günümüzde silisyum, modern elektronik sanayisinin temel malzemelerinden birini oluşturur.

Silan gazı (SİH4), radyofrekansla oluşturulmuş bir plazma İçinde ayrıştırılarak üstün yarıiletkenlik özellikleri gösteren hidrojenlenmiş, ince amorf silisyum katmanları elde edilebilir. Silana, fosfor ya da bor (diboran) içeren az miktarda bir gaz katılarak malzeme içinde N ya da P tipi bölgeler oluşturulur. Bu yöntem, güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren fotodiyotların (fotopiller) yapımında işe yarayan geniş yüzeyli elemanların elde edilmesini sağlar.