ما هو عنصر السيليكون؟
السيليكون (بالإنجليزية: Silicon) هو عنصر كيميائي رمزه (Si) يوجد في المجموعة 14 أو 4A، والدورة 3 من الجدول الدوري ، أي من ضمن عائلة الكربون، ويشكل السيليكون نسبة 27.7% من تكوين القشرة الأرضية، ويعد ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية بعد الأكسجين، والعنصر السابع الأكثر وفرة في الكون، ويُصنف السيلسكون من ضمن أشباه الفلزات ، ولا يوجد السيليكون حرًا في الطبيعة، إنما يتم العثور عليه عادةً مرتبطًا بزوج من جزيئات الأكسجين مثل ثاني أكسيد السيليكون، المعروف أيضًا باسم السيليكا.
خصائص السيليكون
للسيليكون كغيره من العناصر الكيميائية بعض الخصائص التي تميزه عن غيره، أهمها:
- العدد الذري: 14
- العدد الكتلي: 28.085 جرام/ مول.
- الحالة الفيزيائية واللون: صلب عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، ذو لمعان معدني من أزرق- رمادي اللون.
- الموصلية للكهرباء: يعد السيليكون من أشباه الموصلات، وتزداد موصليته للكهرباء مع ارتفاع درجة الحرارة.
- الكثافة: 2.3296 جرام/سم3.
- درجة الغليان: 3265 درجة مئوية.
- درجة الانصهار: 1414 درجة مئوية.
- النظائر: السيليكون 28 وهو أكثر النظائر شهرة، والسيليكون 30.
- التوزيع الإلكتروني: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2.
استخدامات السيليكون
لعنصر السيليكون العديد من الاستخدامات، أهمها:
- صناعة السبائك: مثل سبائك الألومنيوم والسيليكون، وسبائك السيليكون الحديدي المصنوعة من الحديد والسيليكون، وتستخدم هذه السبائك في صناعة لوحات الدينامو والمحولات، وكتل المحركات، ورؤوس الأسطوانات، وأجزاء الآلات، كما تستخدم لإزالة الأكسدة من الفولاذ.
- صناعة بوليمارات وزيوت السيليكون: بحيث تتكون البوليمارات من السيليكون والأكسجين المرتبطين مع مجموعات الميثيل، أما زيت السيليكون فهي مادة تشحيم تضاف إلى بعض مستحضرات التجميل ومكيفات الشعر، كما يستخدم مطاط السيليكون كمادة مانعة للتسريب في الحمامات وحول النوافذ والأنابيب والأسقف.
- صناعة الإلكترونيات: يستخدم عنصر السيليكون عالي النقاء في صناعات الكمبيوترات والإلكترونيات الدقيقة والسخانات الشمسية، وهذا لأنه يعد من أشباه الموصلات، ويُشرب السيليكون بكميات ضئيلة من البورون أو الغاليوم أو الفوسفور أو الزرنيخ للتحكم في خواصه الكهربائية عند صناعة هذه الأجهزة.
- الاستخدامات الهندسية والبناء: يعد الجرانيت ومعظم الصخور الأخرى عبارة عن سيليكات معقدة، تستخدم في مشاريع الهندسة المدنية، كما يستخدم كل من الرمل المكون من ثاني أكسيد السيليكون أو السيليكا، والطين وهو عبارة عن سيليكات الألومنيوم، في صناعة الخرسانة والأسمنت، كما يعد الرمل أيضًا المكون الرئيسي للزجاج ، وتوجد بعض مركبات السيليكون مثل السيليكات في الفخار والمينا والسيراميك عالي الحرارة.
الدور البيولوجي للسيليكون
يعد وجود السيليكون ضروري للحياة النباتية ولكن توافره في الخلايا الحيوانية غير مؤكد بعد، تتشكل سيليكا النباتات (بالإنجليزية: Phytoliths) وهي جزيئات صغيرة من السيليكا داخل بعض النباتات، وتتميز هذه الجزيئات بأنها لا تتعفن، فتكمن أهميتها بأنها تبقى داخل الأحافير فيوفر وجودها أدلة تطورية مفيدة، ويصنف السيليكون بأنه مادة غير سامة ولكن بعض السيليكات، مثل الأسبستوس تعد مادة مسرطنة، ويمكن أن يصاب عمال المناجم وعمال قطع الحجارة، الذين يتعرضون للغبار السليكي بمرض رئوي خطير يسمى السحار السيليسي.
مركبات وبوليمرات السيليكون
يمكن أن يستخدم السيليكون في تصنيع العديد من البوليمرات والمركبات التي تستخدم بدورها في العديد من الصناعات، ومن أهم هذه البوليمرت والمركبات ما يأتي:
السيلانيس
تتكون السيلانات من سلسلة متجانسة من هيدرات السليكون، وهي عوامل مختزلة قوية جدًا، غير مستقرة في درجة حرارة الغرفة، إذ تشتعل فيها النيران بسهولة شديدة، كما أنها شديدة التفاعل عند تعرضها للهواء الجوي.
مبيدات السيليكون
تحتوي مبيدات السيليكون على هياكل مشابهة للكربيدات (بالإنجليزية: carbides) والبوريدات (بالإنجليزية: borides)، وبالتالي فإن درجات حرارة تكوينها تشبه عادةً درجات حراة تكون نفس العناصر الموجودة في الكربيدات والبوريدات.
السيليكا
تُعرف السيليكا أيضًا باسم ثاني أكسيد السيليكون (بالإنجليزية: silicon dioxide)، وتتكون السيليكا بشكل رئيسي من الجرانيت والحجر الرملي.
الهاليدات
تتكون هاليدات السيليكون من تفاعل كربيدات السيليكون والسيليكون مع الهالوجينات المستقرة مكونة رباعي هاليدات السيليكون، وتتحلل رباعيات السيليكون هذه بسهولة في الماء، على عكس رباعي الهاليدات الكربونية.
معادن السيليكات
بما أن حوالي 95% من صخور الأرض تتكون من معادن السيليكات، فإن حوالي 28% من صخور ومعادن القشرة الأرضية تتكون من السيليكون.
أحماض السيليك
توجد معظم أحماض السيليكا في المحاليل المائية، وتؤدي زيادة تركيز الماء لهذه الأحماض إلى تكوين ما يعرف باسم هلام السيليكا المائي.
