Panells d'energia
solar fotovoltaica

Silici

Silici

Què és el silici?

El silici és un element químic de nombre atòmic 14 i símbol Si. Aquest element químic pertany al grup IV A de la taula periòdica. JJBerzelius 1824 el va aïllar per reducció amb potassi del tetrafluorur de silici (SiF4).

El silici elemental cristal·lí és de color grisenc amb llustre metàl·lic, molt dur, amb punts de fusió i ebullició molt elevats, i és un semiconductor intrínsec. La forma amorfa de l'element es presenta en pols marrons, conductores de l'electricitat, que poden ser foses i vaporitzades amb facilitat.

El silici és un component molt utilitzat en les plaques fotovoltaiques per les seves propietats de semiconductor. Això vol dir que les seves propietats físiques i químiques són molt favorables per propiciar l'efecte fotovoltaic. L'efecte fotovoltaic és l'efecte que permet transformar l'energia dels fotons presents en la llum solar en moviment d'electrons, i per tant, energia elèctrica.

Silici monocristal·lí

El silici monocristal·lí és el material base de la indústria de l'electrònica. Es compon d'un únic cristall de silici, que té una xarxa cristal·lina contínua, sense interrupció durant tot el sòlid.

El silici monocristal·lí és potser el material tecnològic més important de l'últim mig segle, perquè la seva disponibilitat a costos industrialment acceptables ha estat i és essencial per al desenvolupament de microcircuits electrònics en què Basat en l'actual revolució electrònica i informàtica.

El silici monocristal·lí també s'utilitza en la producció de cèl·lules fotovoltaiques d'alt rendiment. Les cèl·lules solars, a diferència dels microcircuits, poden, però, tolerar, dins de certs límits, petites imperfeccions estructurals.

Silici policristal·lí

El silici policristal·lí o de polisilici és un material fet de vidre de silici desalineat (policristal·lí). Ocupa una posició intermèdia entre el silici amorf, i el silici monocristal·lí.

El silici policristal·lí sovint reemplaça a l'alumini per a la producció de peces metàl·liques dins de dispositius electrònics semiconductors causa de la resistència mecànica millorada al procés de producció del circuit integrat. També s'utilitza per a la realització de condensadors en un entorn integrat. No obstant això, les capacitats que tenen aquests condensadors són molt baixes.

Per a aplicacions electròniques, el silici policristal·lí es pot obtenir amb tècniques menys sofisticades i menys cares que les requerides per a la deposició de silici. El silici policristal·lí també es pot obtenir durant els processos de fabricació de silici. El silici policristal·lí té un nivell d'impuresa d'1 part per bilió o menys.

Origen del silici

El silici és, després de l'oxigen, l'element més abundant de l'escorça terrestre, de la qual constitueix un 26% en pes. És constituït per una mescla de tres isòtops naturals, estables, amb masses 28 (92,21%), 29 (4,70%) i 30 (3,09%), que determinen un pes atòmic de 28,086. Són també coneguts 05:00 radioisòtops artificials de l'element, amb masses que van de 25 a 32.

El silici és àmpliament difós en la naturalesa, i s'ha detectat la seva presència al Sol, en estrelles i en meteorits.

Obtenció del silici

L'obtenció del silici es fa per diversos mètodes d'acord amb la finalitat de l'element. El mètode comercial més important consisteix en la reducció de la sílice amb carboni en un forn elèctric. La preparació de silici de puresa elevada (99,7%) s'obté per transformació de silici impur en el tetraclorur (SiCl4), volàtil, purificació d'aquest per destil·lació i posterior reducció amb zinc.

El silici per a ús en electrònica s'obté per purificació zonal, per eliminar bor, alumini, fòsfor, gal·li, arsènic, indi i antimoni. Posteriorment s'obté un monocristall pel mètode de Czochralski. Aquest mètode consisteix a submergir un monocristall de petites dimensions en un bany de silici líquid escalfat a la temperatura de fusió i retirar-lo lentament per provocar el creixement del monocristall. Normalment, es realitza simultàniament el dopatge del monocristall.

Propietats químiques del silici

El silici és un element semiconductorPel que fa a les propietats químiques, el silici presenta diferències molt notables amb el carboni, primer element del grup IV A. A diferència del carboni, el silici té una electronegativitat molt més petita, que comporta variacions notables en la polaritat de determinats enllaços, un tendència a l'encadenament molt atenuada (no hi ha cadenes de més de sis àtoms de silici), una coordinació màxima de sis, gràcies a l'existència d'orbitals d buits amb energia apropiada. Així mateix, el silici no té formació d'enllaços múltiples amb si mateix o amb cap altre element.

La característica química més important del silici és la seva tendència a combinar-se amb l'oxigen per formar estructures polimèriques o discretes en què cada àtom de silici és envoltat per quatre àtoms d'oxigen. Donada la gran energia de l'enllaç Si-O (89,3 kcal / mol), aquestes estructures gaudeixen d'una gran estabilitat.

El silici és essencialment no metàl·lic i la seva reactivitat depèn sobretot del grau de divisió. En forma compacta, es recobreix en l'aire d'una capa superficial d'òxid, mentre que finament dividit s'encén en l'aire amb facilitat. El silici pot ser atacat pel clorur d'hidrogen en calent, amb formació del tetraclorur i alliberament d'hidrogen, i pel fluorur d'hidrogen en fred, amb formació d'àcid hexafluorosilícico. D'altra banda, aquest material no pot ser atacat pels altres àcids. Es dissol en les bases fortes, amb formació de silicats i alliberament d'hidrogen (Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2), i es combina directament amb els halògens i, en calent, amb altres no metalls (silicur).

Donada l'estructura electrònica del silici, actua, anàlogament al carboni, de forma pràcticament exclusiva amb valència 4. Els seus compostos són essencialment covalents i molts gaudeixen d'una importància econòmica notable.

El silici pot ser introduït en l'estructura de tota una gamma de compostos orgànics, als quals confereix propietats molt interessants. Des del punt de vista biològic, el silici té en alguns casos un paper important, i és el material bàsic per a la construcció de la paret cel·lular de diverses algues.

El 1990 es van descobrir macromolècules de silici similars als fulerens de carboni. Va ser un descobriment inesperat ja que es creia que no es podrien fabricar fulerens de silici estables. El problema de la inestabilitat de les xarxes tancades de silici es va solucionar col·locant un àtom metàl·lic central, concretament tungstè.

Una de les formes més estables aconseguides té un conjunt de dotze àtoms de silici que formen una gàbia al voltant d'un àtom de tungstè. Aquesta configuració té l'avantatge que aïlla els efectes químics de l'àtom central, de manera que pot ser molt útil en la captura d'àtoms o en catàlisi.

La respiració continuada de pols de naturalesa silícia ocasiona als humans una malaltia pulmonar greu, la silicosi.

Aplicacions del silici

El silici es pot aplicar en electrònica, parell la fabricació de dispositius semiconductors i cèl·lules fotoelèctriques. En metal·lúrgia s'utilitza per a la preparació d'acers especials (ferrosilici) i altres aliatges i en la preparació de diversos compostos.

En forma composta (silicats, sílice, silicones), el silici s'utilitza d'una manera molt general.

valoración: 3.3 - votos 7

Última revisió: 10 de juny de 2019