Siliciu

Vărul mai greu al carbonului

Siliciul stă chiar sub carbon, în grupa 14, cu aceiași patru electroni exteriori, [Ne] 3s² 3p², și cu același obicei de a forma patru legături îndreptate spre colțurile unui tetraedru. Siliciul pur cristalizează în structura diamantului, dar e cenușiu, casant și cu luciu metalic — un semimetal, nici metal, nici nemetal. La temperatura camerei conduce prost electricitatea; încălzit, iluminat sau dopat cu urme de alte elemente, conduce mai bine, pentru că banda lui interzisă, de 1,12 eV, este destul de îngustă ca electronii s-o poată traversa.

Asemănarea cu carbonul merge doar până la un punct. Legăturile siliciu–siliciu sunt slabe, iar cele siliciu–oxigen foarte tari, în jur de 450 kJ pe mol, așa că siliciul nu clădește lanțuri lungi din propriii atomi, cum face carbonul; clădește în schimb rețele cu oxigenul. Dioxidul de carbon e un gaz; dioxidul de siliciu e cuarțul. De aceea viața e făcută din carbon, iar rocile din siliciu. Siliciul e una dintre puținele substanțe care, ca apa, se dilată când se solidifică, ceea ce îl face greu de turnat.

Materia rocilor

Siliciul este 28 % din scoarță, al doilea după oxigen, iar cele două împreună sunt trei sferturi din ea. Aproape tot se află în silicați: tetraedre SiO₄ unite prin colțuri în lanțuri (piroxenii), în foi (mica, argila, talcul) sau în rețele tridimensionale (feldspatul, cuarțul). Nisipul, granitul, bazaltul, ardezia și argila sunt compuși ai siliciului; la fel sticla, cărămida, cimentul și porțelanul, cele mai vechi materiale făcute de om. Silicea însăși, SiO₂, este cuarțul, cremenea, opalul, agatul și ametistul, iar carapacele diatomeelor, spiculii spongierilor și marginile aspre ale ierburilor sunt silice depusă de ființe vii.

Elementul se eliberează încălzind cuarț cu cocs într-un cuptor cu arc electric, la circa 2000 °C. Cea mai mare parte a celor vreo opt milioane de tone produse anual intră în aliaje de aluminiu și în oțel sau devine siliconi, polimerii flexibili ai garniturilor, ai implanturilor și ai formelor de copt. O fracțiune mică este purificată la peste 99,9999999 % — transformată în triclorsilan, distilată și descompusă —, apoi trasă din topitură ca monocristal prin metoda Czochralski: un lingou cât un buștean, tăiat în plachete.

Epoca siliciului

Primul tranzistor, din 1947, era din germaniu; primul tranzistor cu siliciu a urmat în 1954, iar în 1958 și 1959 Jack Kilby și Robert Noyce au construit primele circuite integrate. Siliciul a câștigat pentru că oxidul lui este un izolator excelent, care poate fi crescut pe suprafața lui după voie, așa că miliarde de tranzistoare pot fi desenate acum pe o singură plachetă. Valea de la sud de San Francisco, unde s-a făcut asta, i-a luat numele în 1971. Același cristal, tăiat subțire și dopat, transformă lumina soarelui în curent: cam 95 % din panourile solare ale lumii sunt din siliciu.

În biochimia animalelor, siliciul nu are un rol cunoscut, dar plantele îl absorb ca acid silicic, iar diatomeele, care fac cam o cincime din fotosinteza de pe Pământ, nu pot trăi fără el.

Descoperire și nume

Pentru chimiștii secolului al XVIII-lea, silicea era un pământ. Lavoisier bănuia în 1789 că e oxidul unui element necunoscut, iar Humphry Davy, care nu a reușit s-o reducă în 1808, a numit acel element silicium, din latinescul silex, cremene; în 1817 Thomas Thomson a propus silicon, ca să semene cu boron și carbon, nu cu metalele. Joseph Gay-Lussac și Louis Thénard obținuseră în 1811 o pulbere brună, impură, încălzind tetrafluorură de siliciu cu potasiu, dar nu au recunoscut-o. Jöns Jacob Berzelius a recunoscut-o, în 1824: a redus fluorosilicatul de potasiu cu potasiu, a purificat produsul și a descris elementul. Engleza a păstrat forma lui Thomson, silicon; cea mai mare parte a Europei, și româna cu ea, a păstrat forma lui Berzelius, silicium.