Kisel

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Kisel
Nummer
14
Tecken
Si
Grupp
14
Period
3
Block
p
C

Si

Ge
AluminiumKiselFosfor
[Ne] 3s2 3p2
14Si
   

SiliconCroda.jpg

Emissionsspektrum
Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa 28,085 (28,084–28,086)[1][2] u
Utseende Mörkgrå, blåaktig
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid r.t. 2,329 g/cm3
– flytande, vid smältpunkten 2,57 g/cm3
Aggregationstillstånd Fast
Smältpunkt 1687 K ​(1414 °C)
Kokpunkt 3538 K ​(3265 °C)
Molvolym 12,06 × 10−6 m3/mol
Värmevärde −9055 J/(kg × K)
Smältvärme 50,66[3] kJ/mol
Ångbildningsvärme 383[4] kJ/mol
Specifik värmekapacitet 703[5] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet 19,789 J/(mol × K)
Ångtryck
Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
Te. (K) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Atomära egenskaper
Atomradie 111 pm
Kovalent radie 111 pm
van der Waalsradie 210 pm
Elektronaffinitet 133,6 kJ/mol
Jonisationspotential Första: 786,5 kJ/mol
Andra: 1577,1 kJ/mol
Tredje: 3231,6 kJ/mol
Fjärde: 4355,5 kJ/mol
(Lista)
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration [Ne] 3s2 3p2
e per skal 2, 8, 4
Electron shell 014 Silicon - no label.svg
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd 4, 3, 2, 1[6] −1, −2, −3, −4 (amfoterisk)
Oxider (basicitet) SiO2
Elektronegativitet 1,9 (Paulingskalan)
1,916 (Allenskalan)
Diverse
Kristallstruktur Diamantstruktur
Kristallstruktur
Ljudhastighet 8433 m/s
Termisk expansion 2,6 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga 149 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet 4,35 × 10−4 A/(V × m)
Elektrisk resistivitet 2,3 × 10−6[7] × m (20 °C)
Magnetism Diamagnetisk[8]
Magnetisk susceptibilitet −4,1 × 10−6[9]
Bandgap 1,12 eV
Youngs modul 130–188[10] GPa
Skjuvmodul 51–80[10] GPa
Kompressionsmodul 97,6[10] GPa
Poissons konstant 0,064–0,28[10]
Mohs hårdhet 6,5[10]
Identifikation
CAS-nummer 7440-21-3
EG-nummer 231-130-8
Pubchem 5461123
RTECS-nummer VW0400000
Historia
Namnursprung Från latin silex, ”flinta” (ursprungligen silicium).[11][12]
Förutsägelse Antoine Lavoisier (1787)
Upptäckt och första isolation Jöns Jacob Berzelius[13][14] (1823)
Namngivare Thomas Thomson (1817)
Stabilaste isotoper
Huvudartikel: Kiselisotoper


Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP


26Si
{syn.} 2,234 s β+ 5,066 26Al
27Si
{syn.} 4,16 s β+ 4,821 27Al
28Si
92,23 % Stabil
29Si
4,67 % Stabil
30Si
3,1 % Stabil
31Si
{syn.} 157,3 min β 1,492 31P
32Si
Spår 153 a β 0,244 32P
33Si
{syn.} 6,18 s β 5,845 33P
34Si
{syn.} 2,77 s β 4,601 34P


Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier
GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [15]
Pulver
02 – Brandfarlig
Brandfarlig
07 – Skadlig
Skadlig
H-fraser H228, H319
P-fraser P210, P305+351+338
EU-märkning av farliga ämnen
EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [16][17]
Granulat
Irriterande
Irriterande
(Xi)
Pulver
Brandfarlig
Brandfarlig
(F)
Irriterande
Irriterande
(Xi)
R-fraser R11, R36/37/38, R36/38
S-fraser S22, S26, S36/37/39
NFPA 704

NFPA 704.svg

0
1
0
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Kisel är ett halvmetalliskt grundämne med atomnumret 14 och det kemiska tecknet Si (latin: silicium). Kisel kan i likhet med kol bilda fyra kovalenta bindningar, men är inte lika reaktivt som kol. Rent kisel är kristallint och har en grå metallisk färg. Kisel liknar glas och är liksom detta starkt men mycket skört. Kisel är tämligen inert, men reagerar med halogener och baser, dock inte med syror. Kisel har många isotoper, dess masstal kan variera mellan 22 och 44. Den vanligaste isotopen är 28Si (förekomst 92 %).

Kisel förekommer aldrig i fri form i naturen men ofta som kiseloxid i sand, lera, granit och kvarts men även i föreningar med kisel, syre och en metall. Kisel har många industriella tillämpningar. Kisel är huvudkomponenten i glas, cement, keramik och de flesta halvledare. Grundämnet är ett av människans och biologins viktigaste ämnen, men djur behöver endast små mängder. Växternas metabolism påverkas i hög grad av kisel.

På grund av likheterna med kol har det ibland föreslagits att liv baserat på kisel skulle vara möjligt (detta kallas alternativ biokemi). Inget kiselbaserat liv har dock uppstått på jorden, och polymerer av kisel är inte lika stabila som sina organiska motsvarigheter eftersom kiselatomen är mycket större än kolatomen. Kisel kan därför inte bilda lika många föreningar som kol. Kisel har även svårt att bilda dubbelbindningar.

Historia[redigera | redigera wikitext]

Elektronstruktur hos kisel.

Humphry Davy misstänkte att kvarts var en oxid av ett okänt grundämne och började därför undersöka kvartsen. Han började med att lösa kvartsen i lut och gjorde elektrolys med Voltas stapel men det bildades inget ämne med metallisk glans. Gay-Lussac och Thénard framställde kiseltetrafluorid (SiF4) genom att leda gasformig vätefluorid över kvartspulver. Sedan ledde de kiseltetrafluoriden över varm kaliummetall och de såg en kraftig reaktion. Efter sköljning såg man ett rödbrunt, fast ämne som kanske var orent kisel.

Den svenske kemisten Torbern Bergman betecknade på 1770-talet kiseldioxiden som en jordart. d. v. s. en svårreducerad oxid. Den fick namnet kiseljord av ordet kiselsten. Den som räknas som upptäckaren av kisel är dock Jöns Jacob Berzelius, som 1823 renframställde kisel och det var också han som införde det svenska namnet kisel. [18] Han upphettade en blandning av kvarts, järn och kol, och då bildades järnsilicid. Han hällde saltsyra på restprodukten och såg att det bildades mer vätgas än av samma mängd järn som han hade från början. Detta betydde att han måste ha framställt kvartsens "metall". Berzelius framställde nu kiseltetrafluorid och lät den reagera med pottaska och fick då en dubbelfluorid (kaliumhexafluorsilikat K2SiF6) som han sedan reducerade med metalliskt kalium och sedan behandlade med vatten.[19]

Användning[redigera | redigera wikitext]

Dopad kisel är en halvledare och utgör den huvudsakliga beståndsdelen i de flesta aktiva elektroniska komponenter, såsom dioder, transistorer och integrerade kretsar.

Kisel inom legeringar[redigera | redigera wikitext]

  • Ett av de största användningsområdena för kisel i legeringar är med aluminium för att producera lättmetallegeringar som samtidigt har hög hållfasthet. Dessa legeringar används ofta i bilar och andra fordon. Över hälften av världskonsumtionen av kisel går till detta ändamål.
  • Hos halvledare används kisel som har dopats med andra ämnen och det används i bland annat solceller och transistorer.
  • Ett annat legeringsämne som kisel legeras med är järn, denna legering används för sin höga hållfasthet.
  • Legering med koppar och zink används i blyfria kopplingar inom VVS.

Kisel som föreningar[redigera | redigera wikitext]

Förekomst[redigera | redigera wikitext]

Kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan efter syre och om man mäter med vikt tar kisel upp 25,7 % av grundämnena i jordskorpan. Kisel finns oftast i form av kiseldioxid eller i silikatmineral.

Ett av de bästa fyndmineralen för kiseldioxid är vanlig sand.

Framställning[redigera | redigera wikitext]

Kisel framställs industriellt genom reduktion av kiseldioxid med kol vid 1627 K (1900 °C) i ljusbågsugnar.

SiO2 + C → Si + CO2

Flytande kisel samlas då i botten av ugnen och kan tappas av med en renhet av cirka 98 %. Ultrarent kisel kan sedan framställas genom klorering till kiselklorid (SiCl4) som sedan reduceras med zink. Sedan gjuts kiselmetallen till stavar som förs genom spolar med högfrekvent växelström; när stavarna förs genom spolarna puttas föroreningar bakåt och rent monokristallint kisel bildas.

Kiselmetall kan också framställas genom reduktion av kiseldioxid med aluminium eller magnesium. När man använder aluminium måste svavel tillsättas till reaktionen för att ge värme åt reaktionen men då bildas giftigt svavelväte vid sköljningen. Men när man använder magnesium bildas brandfarlig silangas vid sköljningen.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO
3SiO2 + 2Al → 3Si + 2Al2O3

Se även[redigera | redigera wikitext]

Källor[redigera | redigera wikitext]

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Silicon
  1. ^ Angegeben ist der von der IUPAC empfohlene Standardwert, da die Isotopenzusammensetzung dieses Elements örtlich schwanken kann, ergibt sich für das mittlere Atomgewicht der in Klammern angegebene Massenbereich. Siehe: Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). In: Pure and Applied Chemistry. 2010, S. 1, doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14.
  2. ^ IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  3. ^ W. Zulehner, B. Neuer, G. Rau: Silicon in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a23_721
  4. ^ Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  5. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  6. ^ Ram, R. S. (1998). ”Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD”. J. Mol. Spectr. 190: sid. 341–352. PMID 9668026. http://bernath.uwaterloo.ca/media/184.pdf. 
  7. ^ Eranna, Golla (2014). Crystal Growth and Evaluation of Silicon for VLSI and ULSI. CRC Press. sid. 7. ISBN 978-1-4822-3281-3. http://books.google.com/books?id=bo6ZBQAAQBAJ&pg=PA7 
  8. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Mall:RubberBible86th
  9. ^ Robert C. Weast (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, Seiten E-129 bis E-145 (Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert).
  10. ^ [a b c d e] Hopcroft, Matthew A.; Nix, William D.; Kenny, Thomas W. (2010). ”What is the Young's Modulus of Silicon?”. Journal of Microelectromechanical Systems 19 (2): sid. 229. doi:10.1109/JMEMS.2009.2039697. http://silicon.mhopeng.ml1.net/Silicon/. 
  11. ^ Royal Society of Chemistry – Visual Element Periodic Table
  12. ^ – Online Etymological Dictionary
  13. ^ Weeks, Mary Elvira (1932). ”The discovery of the elements: XII. Other elements isolated with the aid of potassium and sodium: beryllium, boron, silicon, and aluminum”. Journal of Chemical Education 9 (8): sid. 1386–1412. doi:10.1021/ed009p1386. Bibcode1932JChEd...9.1386W. 
  14. ^ Voronkov, M. G. (2007). ”Silicon era”. Russian Journal of Applied Chemistry 80 (12): sid. 2190. doi:10.1134/S1070427207120397. 
  15. ^ Förteckning över Kisel i substansdatabasen GESTIS av IFA. Läst 13 mars 2011. (JavaScript krävs)
  16. ^ Datablad Silicium (Granulat) på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010. (JavaScript krävs).
  17. ^ Datablad Silicium (Pulver) på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010. (JavaScript krävs).
  18. ^ Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011
  19. ^ Enghag, Per (2000). Jordens grundämnen och deras upptäckt. Industrilitteratur. sid. 329-330. ISBN 91-7548-590-7 

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]