ซิลิคอน

ซิลิคอน (อังกฤษ: Silicon) เป็นธาตุเคมีในตารางธาตุ ที่มีสัญลักษณ์ Si และเลขอะตอม 14 เป็นธาตุกึ่งโลหะแบบเตตระวาเลนต์ (คือมีวาเลนซ์เป็น 4) ซิลิคอนทำปฏิกิริยาน้อยกว่าธาตุที่คล้ายกันคือคาร์บอน เป็นธาตุที่มีมากที่สุดในเปลือกโลกเป็นอันดับ 2 มีปริมาตร 25.7% โดยน้ำหนัก ปรากฏในดินเหนียว เฟลด์สปาร์ (feldspar) หินแกรนิต ควอตซ์ และทราย ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของซิลิคอน ไดออกไซด์ (หรือซิลิกา) และซิลิเกต (สารประกอบที่ประกอบจากซิลิคอน ออกซิเจน และ โลหะ) ซิลิคอน เป็นส่วนประกอบหลักของแก้ว ซีเมนต์ เซรามิก, อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ส่วนใหญ่ และซิลิโคน (สารพลาสติกที่มักจะสับสนกับซิลิคอน) ซิลิคอนใช้เป็นสารกึ่งตัวนำอย่างแพร่หลาย เนื่องจาก สารกึ่งตัวนำเจอร์เมเนียมมีปัญหาเกี่ยวกับการไหลของกระแสไหลย้อนกลับ (reverse leakage current)

ซิลิคอน อะลูมิเนียม ← → ฟอสฟอรัส C ↑ Si ↓ Ge
ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์, เลขอะตอม	ซิลิคอน, Si, 14
อนุกรมเคมี	ธาตุกึ่งโลหะ
หมู่, คาบ, บล็อก	14, 3, p
ลักษณะ	ฟ้า-เทาเข้ม
มวลอะตอม	28.0855 (3) กรัม/โมล
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[Ne] 3s2 3p2
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน	2, 8, 4
คุณสมบัติทางกายภาพ
สถานะ	ของแข็ง
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)	2.33 ก./ซม.³
ความหนาแน่นของของเหลวที่m.p.	2.57 ก./ซม.³
จุดหลอมเหลว	1687 K (1414 °C)
จุดเดือด	3538 K(3265 °C)
ความร้อนของการหลอมเหลว	50.21 กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	359 กิโลจูล/โมล
ความร้อนจำเพาะ	(25 °C) 19.789 J/(mol·K)
ความดันไอ P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k ที่ T K 1908 2102 2339 2636 3021 3537
คุณสมบัติของอะตอม
โครงสร้างผลึก	Face-centered cubic
สถานะออกซิเดชัน	4 (amphoteric oxide)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี	1.90 (พอลิงสเกล)
พลังงานไอออไนเซชัน (เพิ่มเติม)	ระดับที่ 1: 786.5 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 2: 1577.1 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 3: 3231.6 กิโลจูล/โมล
รัศมีอะตอม	110 pm
รัศมีอะตอม (คำนวณ)	111 pm
รัศมีโควาเลนต์	111 pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์	210 pm
อื่น ๆ
การจัดเรียงทางแม่เหล็ก	nonmagnetic
การนำความร้อน	(300 K) 149 W/(m·K)
การขยายตัวจากความร้อน	(25 °C) 2.6 µm/(m·K)
อัตราเร็วของเสียง (แท่งบาง)	(20 °C) 2200 m/s
มอดุลัสของยัง	47 GPa
โมดูลัสของแรงบีบอัด	100 GPa
ความแข็งโมส	6.5
เลขทะเบียน CAS	7440-21-3
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของsilicon iso NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP 28Si 92.23% Si เสถียร โดยมี 14 นิวตรอน 29Si 4.67% Si เสถียร โดยมี 15 นิวตรอน 30Si 3.1% Si เสถียร โดยมี 16 นิวตรอน 32Si syn 132 y β- 0.221 32P
แหล่งอ้างอิง

ประวัติ

เยินส์ ยาคอบ แบร์ซีเลียส นักเคมีชาวสวีเดนเตรียมซิลิคอนในรูปธาตุอิสระได้ในปี ค.ศ. 1823 โดยผ่านซิลิคอนเตตระฟลูออไรด์ (SiF₄) ไปยังโลหะโพแทสเซียมที่ร้อนแดง และเขาสามารถเตรียมธาตุนี้ได้จากปฏิกิริยาระหว่างโพแทสเซียมฟลูออซิลิเกตและโพแทสเซียมด้วย

เป็นไปได้ว่า โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาร์ อาจเตรียมซิลิคอนอสัญฐานที่ไม่บริสุทธิ์โดยวิธีเดียวกันกับแบร์ซีเลียส ในปี ค.ศ. 1809

ซิลิคอนในรูปผลึกเตรียมขึ้นเป็นครั้งแรกโดยอ็องรี เอเตียน แซ็งต์-แคลร์ เดวีลล์ ในปี ค.ศ. 1854 โดยนำโซเดียมอะลูมินัมคลอไรด์เหลวที่ไม่บริสุทธิ์ (มี Si ประมาณ 10 %) มาแยกสลายด้วยไฟฟ้า

สารประกอบ

• ซิลิคอนไดออกไซด์ - SiO₂ ใช้ในการทำกระจก
• ซิลิคอนไนไตรต์ - Si₃N4
• ซิลิคอนฟอสไฟต์ - Si₃P4
• ซิลิคอนเททระโบไรด์ - SiB₄
• ซิลิคอนเฮกซะโบไรด์ - SiB₆
• ซิลิคอนอะลูมิไนด์ - SiAl₄
• อะลูมิเนียมซิลิเกต - 3Al₂O₃2SiO₂
• โซเดียมฟลูออโรซิลิเกต - Na₂SiF₆
• ตะกั่ว(II)เฮกซะฟลูออโรซิลิเกต - PbSiF₆
• ซิลิคอน - Si

ประโยชน์

ซิลิคอนและโลหะผสม

• การประยุกต์นำซิลิคอนบริสุทธิ์ที่มีมากที่สุด คือ การผสมกับอะลูมิเนียม เพื่อหล่อทำชิ้นส่วนรถยนต์ (เป็น 55% ของการใช้ทั่วโลก)
• การประยุกต์นำซิลิคอนบริสุทธิ์ที่มีมากเป็นอันดับ 2 คือเป็นวัตถุดิบเพื่อผลิตซิลิโคน (40% ของการใช้ทั่วโลก)
• ซิลิคอนบริสุทธิ์ใช้ผลิตซิลิคอนบริสุทธิ์พิเศษสำหรับการประยุกต์ทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วย
  • สารกึ่งตัวนำ - ซิลิคอนบริสุทธิ์พิเศษสามารถผสม (doping) กับธาตุอื่น ๆ เพื่อเปลี่ยนผลสนองทางไฟฟ้า โดยควบคุมจำนวน และประจุ (บวกหรือลบ) ของตัวนำไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นสำหรับทรานซิสเตอร์ เซลล์สุริยะ เครื่องตรวจจับ (semiconductor detectors) และอุปกรณ์กึ่งตัวนำอื่น ๆ ที่ใช้ในอิเล็กทรอนิกส์
  • โฟโตนิกส์ - ซิลิคอนสามารถใช้เป็นรามันเลเซอร์ (Raman laser) เพื่อผลิตแสงความถี่เดียว (coherent light) (อย่างไรก็ดี เป็นแหล่งแสงที่ไม่มีประสิทธิภาพ)
  • แอลซีดีและเซลล์สุริยะ - ซิลิคอนอสัณฐานที่ผสมไฮโดรเจนใช้อย่างกว้างขวางในการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ราคาต่ำและพื้นที่ใหญ่ เช่น ใน แอลซีดี และยังอาจนำไปใช้ในเซลล์สุริยะแบบฟิล์มบางที่มีราคาต่ำและพื้นที่ใหญ่
• เหล็กกล้าและเหล็กหล่อ - ซิลิคอนเป็นสารประกอบสำคัญของเหล็กกล้าบางชนิด และใช้ในการผลิตเหล็กหล่อโดยใส่เป็นโลหะผสมเหล็กและซิลิคอน หรือ ซิลิคอนกับแคลเซียม

สารประกอบซิลิคอน

• การก่อสร้าง: ซิลิคอนไดออกไซด์หรือซิลิกา ในรูปของทรายและดินเหนียวเป็นส่วนผสมที่สำคัญของคอนกรีตและอิฐ และใช้ในการผลิตซีเมนต์
• เครื่องปั้นดินเผา/เครื่องเคลือบ - ซิลิคอนเป็นสารที่ทนต่อความร้อนได้ดีที่ใช้ในการผลิตอุณหภูมิสูง และสารประกอบซิลิเกตใช้ในการผลิตเครื่องเคลือบ และเครื่องปั้นดินเผา
• กระจก - ซิลิกาจากทรายเป็นส่วนประกอบหลักของกระจก กระจกสามารถทำเป็นรูปต่าง ๆ ได้มากมายและมีคุณสมบัติกายภาพที่แตกต่างกัน ซิลิกาเป็นวัตถุหลักในการผลิตกระจกหน้าต่าง บรรจุภัณฑ์ ฉนวน และสิ่งของอื่น ๆ ที่เป็นประโยชน์
• สารขัด - ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นหนึ่งในสารขัดที่มีความสำคัญที่สุด
• วัสดุทางการแพทย์ - ซิลิโคนเป็นสารประกอบที่ยืดหยุ่น มีพันธะซิลิคอน-ออกซิเจน และ ซิลิคอน-คาร์บอน และใช้ในวงกว้างขวางเช่น ซิลิโคนเสริมหน้าอก และ คอนแทกต์เลนส์ รวมถึงการประยุกต์อื่น ๆ ด้วย