الخواص الفيزيائية والكيميائية لعنصر السيليكون

إن عنصر السيليكون ينتمي إلى العناصر الكيميائية التي تسمى بأشباه الفلزات، فهو يكون ذو هيئة صلبة في درجة حرارة الغرفة، يوجد في المجموعة 14 من الجدول الدوري، وينتمي لعائلة الكربونيات، ويرمز له بـ Si، ويكون العدد الذري له هو 14، ويعتبر أحد أكثر العناصر فائدة للإنسان، كما أنه يكون حوالي 27.7% من القشرة الأرضية، وهو من ثاني العناصر وفرة على كوكب الأرض بعد الأكسجين، وهو من العناصر التي تم استخدامها في العصور القديمة. (¹)

يمكنكم الاطلاع أيضًا على: حفّازات كيميائية بكلفة منخفضة تعزز استخلاص الهيدروجين من الماء

اكتشاف وتسمية عنصر السيليكون:

إن اسم سيليكون مشتق من الكلمة اللاتينية “ Silicis”، والتي تعني “الحجر القاسي”. ولقد كان العالم الكيميائي السويدي Jons Jacob Berzelius أول من قام بعزل عنصر silicon وتصنيفه كأحد العناصر الكيميائية، وذلك في سنة 1824. غير أن الهيئة الكريستالية لعنصر  silica لم يتم تحضيرها حتى عام 1854م.  تم عزله بواسطة التحليل الكهربائيThe electrolysis.
ولقد عُرف السيليكون في شكله الصخري عند القدماء المصريين، حيث قاموا باستخدامه في صناعة الخرز والأواني الصغيرة. كما تم استخدامه من قبل الصينيين القدماء، وغالبًا العديد من الحضارات القديمة الأخرى، ذلك وقد قام المصريين القدماء بصناعة الزجاج الذي يحتوي على السليكا قبل الفينيقيين بحوالي ما يقرب من 1500 سنة قبل الميلاد. كما تم استخدام المركبات التي تسمى بالسليكات في تصنيع مواد البناء في الحضارات القديمة. (²)

إن السيليكون Si يعد عنصرًا نشطًا كيميائيًا، لذلك فهو من النادر وجوده في الطبيعة بشكل منفرد، لكن يمكن أن نجده في بعض الأنواع من الصخور، وكذلك الرمال والطمي والتربة، متحدًا فيها مع الأكسجين فيكون على هيئة سليكا SiO₂، أو متحدًا مع الأكسجين وبعض العناصر الكيميائية الأخرى، مثل الصوديوم والمغنيزيوم والكالسيوم والألومنيوم، على هيئة سيليكات. (³)

الخواص  الكيميائية والفيزيائية لعنصر Silicon

أولًا الخواص الفيزيائية:

• يتم الحصول على السيليكون Silicon معمليًا من خلال عملية اختزال للسليكا SiO₂ مع الفحم، في فرن كهربائي ويتم إعادة معالجة السيليكون الناتج.
• ويتميز السيليكون الخام بأنه صلب للغاية، ويكون ذو لون رمادي داكن، مع طبقة لامعة، بتركيب كريستالي مشابه لشكل الألماس من الكربون، والذي يمتلك خصائص فيزيائية وكيميائية مشابهة معه.
• غير أن طاقة الاختزال في كريستالات السيليكون تجعله أقل مرونة وفي درجة الذوبان وأنشط في التفاعلات الكيميائية عن الألماس الكربونية. (⁴)

يمكنكم الاطلاع أيضًا على: بثلاث طرق يمكن لدراسة الكيمياء العضوية تغيير دماغك!

الخواص الكيميائية لعنصر السيليكون Si

• كما يمكن الحصول عليه من خلال اختزال الأوكسيد بواسطة عنصر الألومنيوم.
• كما أن العدد المحدود في عدد ذرات السيليكون تجعل الأشكال والمركبات الخاصة به أقل من تلك الخاصة بالكربون.
• ويتشابه السيليكون Si مع عنصر الكربون C في أنه غير نشط في درجات الحرارة العادية، ولكن عند تعرضه للتسخين والحرارة، فإنه يصبح نشطًا ويتفاعل بسرعة شديدة مع الهالوجينات، مثل الفلورين والكلورين والبرومين والأيودين، مكونًا الهاليدات halides، وعند تفاعله مع أنواع معينة من المعادن، فإنه يكون السيليكات silicides.
• إلى جانب أن الروابط داخل السيليكون قوية، وهو ما يجعله يحتاج إلى طاقة هائلة حتى ينشط أو يكون تفاعلات مع الأحماض والأوساط الحمضية، لذلك فهو لا يتأثر بالأحماض فيما عدا حمض الهيدروفلوريك. (⁵)
• عند تعرض السيليكون لبخار الماء أو الأكسجين في الجزء الأحمر من اللهب، يتكون عليه طبقة خارجية من أوكسيد السيليكون silicon dioxid.
•  بينما عند تعرضه لغاز الهيدروجين، يكوّن السيليكون سلسلة من الهيدرات hydrides.
• أما في حالة وضع كل من عنصري الكربون والسيليكون في فرن كهربائي، في درجة حرارة مرتفعة ما بين 2000 إلى 2600 ° مئوية، فإنهما يتحدا معًا مكونين كربيد السيليكون silicon carbide والذي يرمز له بـ SiC.  

المراجع

1. Beznosikov, B.V & Aleksandrov, K. S. predicted a few phosphorous antagonists. J. Structure. Chem. 43 (5), 798 (2002).
2. Sun, WH et al. Detailed scheme of nitrides of inorganic triple metals. Abstr Pap Am Chem S, 257 (2019).
3. Sun, WH et al. Scheme of inorganic triple metal nitrides. Nat. Mater. 18 (7), 732 (2019). 17. Riedel, R. & Yu, Z. J. Safety space mapping. Nat. Mater. 18 (7), 664 (2019).
4. .Bhadram, V. S. et al. The semiconducting titanium nitride within the T3P4 structure. Phy Rev Mater, 2 (1) (2018). 
5. Bechelany, M. C. et al. Controlled in situ development of titanium nitride in foggy silicon nitride: a common pathway towards extremely long hardness bulk nitride nanocomposites. Case. Mater. 26 (38), 6548 (2014).