ماهو السيليكون
هو عنصر كيميائي غير فلزي ينتمي إلى عائلة الكربون.
يَشْكُلُ السيليكونُ نِحْوَ 27.7% من قِشْرَةِ الأرض، ويُعَدُّ ثانِيَ أكثرِ العناصرِ انتشارًا على سطحِ الأرضِ، ولا يمكن للأكسجينِ تفوُّقَهُ.
يأتي اسم السيليكون من اللغة اللاتينية ويعني الحجر الصلب.
تم عزل عنصر السيليكون المتبلور لأول مرة في عام 1824 ووصف عن طريق العالم الكيميائي السويدي يونس جاكوب برزيليوس، وقد تم الحصول على السيليكون النقي في عام 1811.
لم يتم اكتشاف عنصر السيليكون البلوري حتى عام 1854، عندما تم الحصول عليه كنتيجة لعملية تحليل كهربائي.
كان السيليكون يأخذ شكل الكريستال الصخري وكان مشهورًا بين المصريين في فترة ما قبل الأسرات، واستخدموه في صناعة الخرز والمزهريات الصغيرة.
تم تصنيع الزجاج الذي يحتوي على السيليكا من قبل المصريين والفينيقيين في حوالي عام 1500 قبل الميلاد.
تم استخدام العديد من المركبات الطبيعية التي تحدث بشكل طبيعي وتسمى بالسيليكات في بناء المساكن، ويجب العلم بأنه يوجد مصادر غذائية تسمى مصادر السيليكون.
خصائص السيليكون
- يتم إنتاج السيليكون تجاريًا باستخدام السيليكا وفحم الكوك داخل الفرن الكهربائي، ويتم بعد ذلك تنقية المنتج للتخلص من الشوائب.
- يمكن الحصول على السيليكون عن طريق الأكسدة في عملية اختزال بالألمونيوم، ويتم الحصول على السيليكون النقي عن طريق تقليل رباعي كلوريد السيليكون أو ثلاثي كلورو سيلان.
- يستخدم السيليكون في صناعة الأجهزة الكهربائية، وتعد هذه الصناعة واحدة من أهم استخدامات السيليكون، حيث تتم زراعة البلورات المفردة عن طريق سحب بلورات البذور ببطء شديد من السيليكون المصهور.
- السيليكون النقي هو مادة صلبة رمادية داكنة تتميز ببريق معدني، وتتكون من هيكل بلوري ثماني السطوح متشابه بشكل كبير مع البلور الماسي.
- تعمل رابطة السيليكون البلوري المنخفضة على جعل العنصر أقل انصهارًا وأكثر نعومة وتفاعلًا كيميائيًا من الماس.
- يُصف السيليكون بأن له شكل بني غير متبلور على شكل مسحوق، ويتميز أيضًا بأن له بنية تُعرف باسم بنية جريزفولفن.
- يشبه السيليكون الكربون إلى حد كبير، حيث يكون غير فعال بشكل نسبي عند درجات الحرارة العادية، ولكن عند التسخين يتفاعل بشكل كبير مع الهالوجينات مثل الكلور والفلور والبروم واليود، حتى يتم تشكيل هاليدات معبعض المعادن لصنع مبيدات السيليكون.
- عندما يتم خلط السيليكون والكربون معًا وتعريضهما لدرجات حرارة عالية في الفرن الكهربائي، يتكون ما يُعرف باسم كربيد السيليكون، وهي مادة نشطة مهمة.
- يتشكل السيليكون عند ارتباطه بالهيدروجين ليشكل سلسلة من الهيدريدات والسيلانات.
- عند ارتباط السيليكون بمجموعة هيدروكربون، يتم تكوين مركبات السيليكون العضوية التي تتميز بخواصها الفريدة.
- يتميز السيليكون ومعظم المركبات التي تحتوي عليه بأنها مركبات غير سامة.
- من المرجح أن الأنسجة البشرية تحتوي على ما يعادل من 6 إلى 90 ملليجرام من السيليكا، وهناك العديد من النباتات التي تمتص السيليكا وتستخدمها في هياكلها، وعند استنشاق الغبار الذي يحتوي على alpha sio2، يتسبب في مرض رئوي خطير يعرف باسم مرض السحار السيليسي، وهو شائع بين عمال المناجم والسيراميك وقطع الحجارة إذا لم يتم استخدام الأجهزة الواقية.
استخدامات السيليكون
- يندرج السيليكون ضمن فئة أشباه الموصلات المستخدمة في صناعة الإلكترونيات والتكنولوجيا.
- يُطلق على السيليكون النقي الذي يتميز بنقاوته العالية اسم “مخدر مشب.
- تستخدم رقائق السيليكون في صنع المادة الأساسية المستخدمة في صناعة رقائق الحاسوب والدوائر المتكاملة وما يعرف باسم الترانزيستور وثنائيات السيليكون، وشاشات الكريستال السائل والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
- يتم استخدام السيليكون في تصنيع المواد الفولاذية والسبائك.
- يستخدم السيليكا التي تأخذ شكل الرمال والطين في تصنيع مواد البناء مثل الخرسانة والطوب ومواد أخرى التي تتحمل درجات حرارة عالية في جميع التطبيقات.
- تستخدم السيليكا في صناعة الزجاج والأجسام الخزفية المختلفة، وفي صناعة الفخار والصيني. كما يتم استخدام سيليكات الصوديوم أو سيليكات الصودا في صناعة الصابون ومعالجة الخشب من التسوس، وتستخدم في صناعة الأسمنت والصبغة.
- يتم استخدام السيليكون أيضًا في مواد التشحيم ومختلف الوسائل التي تسمى الوسائل الهيدروليكية والمركبات التي تعمل على منع تسرب المياه، وفي صناعة الورنيش.
- يتم استخدام السيليكون في صناعة الدينامو والمحولات وكتل المحرك ورؤوس الأسطوانات وأدوات الماكينات، كما يعمل على إزالة الأكسدة من المواد الفولاذية.
- يتم إضافة زيت السيليكون إلى بعض المستحضرات التجميلية ومكيفات الشعر.
- يتم استخدام مادة السيليكون لصناعة المطاط المعروف باسم “مطاط السيليكون” كمانع للتسرب في الحمامات وحول النوافذ والأنابيب والأسقف.
- تتكون الجرانيت والعديد من الصخور الأخرى من سيليكات معقدة، وتستخدم عادةً في مشاريع هندسية متعددة.
- يستخدم كربيدات السيليكون في صناعة الليزر.
إنتاج السيليكون
- يتم إنتاج السيليكون بشكل سنوي بنسبة تقريباً 80٪ يتم استخدامه في صناعة الحديد والصلب، ويمكن أن يحتوي السيليكون الذي يُعرف باسم السيليكون الحديدي على نسبة تترواح بين 15٪ و90٪ من السيليكون، ويعتمد ذلك على متطلبات الصهر.
- يتم إنتاج سبائك الحديد والسيليكون باستخدام الفرن الكهربائي المعروف باسم القوس الكهربائي المغمور، بالإضافة إلى سحق الخام المحتوي على السيليكا ومزجه مع فحم الكوك المعدني، ثم تحميله في الفرن مع نفايات الحديد. يتم نفس الطريقة في إنتاج السيليكون المعدني النقي الذي يصل نسبة نقاوته إلى أكثر من 99 بالمئة، ويتم استخدام السيليكون المعدني في عملية صهر الفولاذ وصناعة سبائك الألومنيوم المصبوبة، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة المواد الكيميائية المعروفة باسم كيماويات السيلا.
- تُصنف السيليكون المعدني حسب مستويات الشوائب من الحديد والألمنيوم والكالسيوم التي توجد داخل السبيكة.
- يتم إنتاج حوالي 8 ملايين طن من الفيروسيليكون على مستوى العالم كل عام، وتمثل الصين حوالي 70٪ من إجمالي الإنتاج.
- يتم استخدام مفاعل طبقة الموائع وتقنية السيليكون المطورة لتحسين المعدن البولي سيليكون المناسب للصناعات الكهروضوئية، وتم إنتاج حوالي 230 ألف طن من البولي سيليكون خلال عام 2013.
تطبيقات السيليكون
- يتم تصنيع حوالي عشرة ملايين طن من معدن الحديد والسيليكون سنوياً، ويتم استخدام السيليكون الذي يتم تداوله تجارياً بشكل رئيسي على شكل معادن السيليكون، والتي تستخدم في صناعة كل شيء من الأسمنت والملاط والسيراميك وحتى الزجاج والبوليمرات.
- يتم استخدام السيليكون في تصنيع قطع غيار السيارات الحديثة.
- – يُستخدَمُ ما يقرُبُ من نصفِ السِّيليكونِ المعدنيِّ من قِبَلِ الصِّناعاتِ الكيميائية، وذلك لصُنع السِّيليكا التي يُطلق عليها اسم السِّيليكا المدخَّنة.
- يستخدم البولي سيليكون كعامل أساسي في تصنيع الخلايا الشمسية.