Silício - Estudando Quimica

Aula: 07
Temática: Silício
Na aula de hoje, você vai compreender a importância do silício.
Vamos lá!
SILÍCIO
Foi descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823, por meio de um
experimento no qual utilizou tetrafluoreto de silício na presença de potássio
aquecido. Obteve um produto (silício) mais puro, por intermédio de filtragens
prolongadas; não satisfeito, preparou silício a partir da reação de fluorsilicatos
de potássio com o próprio potássio. É o segundo elemento mais abundante da
face da terra, perfaz 25,7% do seu peso e é encontrado no estado sólido
quando está em temperatura ambiente.
Ocorrência e Obtenção
Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente na forma de
dióxido de silício, SiO2 (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos
contendo silício, oxigênio e metais). O silício é o principal componente do vidro,
cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos
silicones, que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o
silício. O silício é um dos principais componentes dos aerólitos, uma classe de
meteoróides.
O silício não é encontrado no estado nativo; areia, quartzo, ametista, ágata,
pedernal, opala e jaspe são alguns dos minerais importantes que apresentam
na sua composição o óxido Já em granitos, feldspatos, argilas e mica são
encontrados na forma de silicatos
QUÍMICA INORGÂNICA
O silício comercial é obtido a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco
elétrico, que reduz o óxido com eletrodos de carbono numa temperatura
superior a 1900 ºC:
SiO2 + C → Si + CO2
(dióxido de silício)
O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraído e resfriado.
Quando é produzido por este processo é denominado metalúrgico, que
apresenta um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de
dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício
ultra-puro que pode ser obtido por métodos físicos e químicos.
Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior
solubilidade das impurezas contidas no silício líquido, de forma que este se
concentre nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método, usado de forma
limitada para construir radares durante a Segunda Guerra Mundial consistiu em
moer o silício de forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos
grânulos, que, dissolvidos com ácido, é obtido um pó mais puro. A fusão por
zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a
extremidade de uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de
calor ao longo da barra, de modo que o silício vai se solidificar com uma pureza
maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. O
processo pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada. Cortase, então, o extremo final onde se acumularam as impurezas.
Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício
que seja mais fácil de purificar, decompondo-se após a purificação para obter o
silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl3), o tetracloreto
de silício (SiCl4) e o silano (SiH4).
O silício possui uma cor azul acizentada e um brilho quase metálico, mas é um
semi-condutor e não um metal. De elevada pureza (para a indústria de semicondutores) é obtido por meio da conversão de Si em SiCl4, purificando-se por
destilação que reduz o cloreto com Mg ou Zn.
QUÍMICA INORGÂNICA
SiCl4 + 2Mg → Si + 2MgCl2
No processo Siemens , as barras de silício de alta pureza são expostas a
1150ºC ao triclorosilano, gás que se decompõe e deposita silício adicional na
barra segundo a reação:
2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4
O silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de
impurezas de 0,001 ppm, ou menos, e é denominado silício policristalino.
O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950ºC com
vapores de zinco muito puros:
SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2
Estrutura e Propriedades
Suas propriedades são intermediárias entre as do carbono e o germânio. Na
forma cristalina é muito duro e pouco solúvel, apresenta um brilho metálico e
uma coloração grisácea. É um elemento relativamente inerte e resistente à
ação da maioria dos ácidos; reage com os halogênios e alcalis. O silício
transmite mais de 95%
dos comprimentos
de onda das radiações
infravermelhas.
Possui nove isótopos com massas atômicas entre 25 e 33, dos quais o Si-28 (é
o mais abundante, 92,23%), Si-29 (4,67%) e Si-30 (3,1%) são estáveis. A
inalação de pó de silício cristalino pode provocar a silicose.
Pertencente ao grupo 14 (4A) da Classificação Periódica dos Elementos,
apresenta-se de maneira amorfa e cristalina; sendo que o primeiro se encontra
na forma de um pó pardo mais reativo que a variante cristalina, que se
apresenta de modo octaédrico de coloração azul grisáceo e brilho metálico.
QUÍMICA INORGÂNICA
O Si pode utilizar orbitais d para formar ligações múltiplas, particularmente
entre Si e N e entre Si e O. Possui somente elétrons s e p. Nos silicatos a
estrutura formada é iônica devido à diferença de eletronegatividade entre o Si e
os metais que completam a estrutura.
Aplicações
Usualmente é utilizado na produção de ligas metálicas, preparação de
silicones, na indústria cerâmica e, por ser um material semicondutor muito
abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e
microeletrônica como material básico para a produção de transistores para
chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. Por
esta razão, a região da Califórnia (EUA) é conhecida como Vale do silício onde
estão concentradas numerosas empresas do setor de eletrônica e informática.
É um elemento vital em numerosas indústrias. O dióxido de silício, areia e
argila são importantes constituintes do concreto armado e azulejos (ladrilhos),
que são empregadas na produção do cimento Portland. Também pode ser
utilizado como:
•
Carga em materiais de revestimento e compósitos de cimento, como
cerâmicas.
•
Elemento de liga em fundições.
•
Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes, entre outros
usos.
•
Carboneto de silício que é um dos abrasivos mais importantes.
•
Nos lasers para a obtenção de luz com um comprimento de onda de
456 nm.
•
Silicone que é usado em medicina para implantes em próteses e
produção de lentes de contato.
•
Silicone que é usado para fabricação de Chupetas.
QUÍMICA INORGÂNICA
Na aula de hoje, você conheceu um pouco o elemento silício. Na
próxima aula iremos conhecer o grupo dos halogênios. Não deixe as dúvidas
se acumularem, pois estamos chegando ao fim de uma unidade. Caso você
tenha alguma, envie-a para os tutores. Bom estudo!
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