A importância e aplicações do Silício (Si) no cotidiano

Aparência

cinza azulado escuro

                   Silício

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Pertence ao grupo 14 ( 4A ) 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.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 atómica igual a 28 u. À temperatura ambiente, o silício encontra-se no estado sólido. Foi descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823. O silício é o segundo elemento mais abundante da face da terra, perfazendo 25.7% do seu peso. 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.

14 Si

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 eálcalis. O silício transmite mais de 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas

Aplicações

Circuito integrado 555 em silício

É 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 daCalifornia ( EUA ) onde estão concentrados numerosas empresas do setor de eletrônica e informática.

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.
• Se usa em lasers para a obtenção de luz com um comprimento de onda de 456 nm.
• O sílicio é um dos componentes do polímero silicone.
• Na fabricação dos diodos e diversos componentes eletrônicos.

Fotônica em Silício

Atualmente, o sílicio 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 (silica). Esta propriedade é muito conveniente porque esta combinação de materiais, silício e silica, 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.

História

O silício ( do latím silex, sílica ) foi identificado pela primeira vez por Antoine Lavoisier em 1787, e posteriormente tomado como composto porHumphry Davy em 1800. Em 1811 Gay-Lussac, e Louis Thenard provavelmente, prepararam silício amorfo impuro aquecendo potássio comtetracloreto de silício. Em 1824 Berzelius preparou silício amorfo empregando um método similar ao de Gay-Lussac, purificando depois o produto obtido com lavagens sucessivas até isolar o elemento.

Abundância e obtenção

O silício é um dos componentes principais dos aerolitos, uma classe de meteoróides.

Em peso o silício representa mais da quarta parte da crosta terrestre e é o segundo elemento mais abundante perdendo apenas para o oxigênio. O silício não é encontrado no estado nativo; quartzo,ametista, ágata, sílex, opala e jaspe são alguns materiais naturais que apresentam na sua composição o óxido. Formando silicatos é encontrado, entre outros, no granito, feldspato, argila, hornblenda emica.

O silício comercial é obtido a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco elétrico reduzindo o óxido com eletrodos de carbono numa temperatura superior a 1900 °C:

SiO₂ + C → Si + CO₂

O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraido e resfriado. O silício produzido por este processo é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultrapuro, que pode ser obtido por métodos físicos e químicos.

Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior solubilidade das impurezas contidas no silício líquido, de forma que este se concentre nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método , usado de forma limitada para construir radares durante a Segunda Guerra Mundial, consistiu em moer o silício de forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos grânulos, que dissolvidos com ácido se obtém um pó mais puro. A fusão por zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a extremidade de uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de calor ao longo da barra, de modo que o silício vai se solidificando com uma pureza maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. O processo pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada cortando-se, então, o extremo final onde se acumulou as impurezas.

Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício que seja mais fácil de purificar decompondo-se após a purificação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl₃), o tetracloreto de silício (SiCl₄) e o silano (SiH₄).

No processo Siemens , as barras de silício de alta pureza são expostas a 1150 °C ao triclorosilano, gás que se decompõem depositando silício adicional na barra segundo a reação:

2 HSiCl₃ → Si + 2 HCl + SiCl₄

O silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de impurezas de 0,001 ppm ou menos e é denominado silício policristalino .

O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950 °C com vapores de zinco muito puros:

SiCl₄ + 2 Zn → Si + 2 ZnCl₂

Este método, entretanto, está repleto de dificuldades (o cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e e leva à obstrução das linhas de produção) por isso abandonado em favor do método Siemens.

Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se o monocristal utilizando-se para tal o método Czochralski.

Isótopos

O silício tem nove isótopos com massas atômicas entre 25 e 33, dos quais o Si-28 ( é o mais abundante, 92,23%), Si-29 (4,67%) e Si-30 (3,1%) são estáveis.

Precauções

A inalação de pó seco de silício cristalino pode provocar a silicose.

Bibliografia

• SILÍCIO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Sil%C3%ADcio&oldid=19179980>. Acesso em: 18 mar. 2010