Silicium

Inhaltsverzeichnis Name und Chemische Abkürzung+ Aussehen Wo in der Periodentafel zu finden Vorkommen auf der Erde Gewinnung: Wie? Wo? Aufwand? Anwendungszwecke Besonderes Wichtig!!!

Name und Chemische Abkürzung+ Aussehen Silicium Chemische Abkürzung: Si Aussehen: Reines Silicium ist ein dunkelgrau oder leicht blaugrau glänzendes Halbmetall Halbleiter: Material, das elektrischen Strom leiten kann, dies aber «ungern» tun, weil es nur wenige freie Elektronen hat Reines Silicium hat gar keine freien Elektronen, sie werden für Kristall-Bindungen benötigt Silicium leitet Strom, wenn man Energie in Form von Wärme oder Licht zuführt. Verunreinigtes Silicium verbessert die elektrische Leitfähigkeit.

Wo in der Periodentafel zu finden Ordnungszahl: 14 Steht in der 4. Hauptgruppe (Kohlenstoffgruppe) Silicium

Vorkommen auf der Erde Die gesamte Erde besteht zu etwa 15 Massenprozent aus Silicium Etwa 90 Prozent der Erdkruste besteht aus Silicium-Mineralien Steine, Felsen, Bergen und Kontinente bestehen aus Silicium, das immer in Verbindung mit anderen Elementen vorkommt Mit Sauerstoff heisst es Siliciumdioxid oder einfacher Quarz In reinster Form in der Natur kennen wir Siliciumdioxid als Bergkristall In lockerer, verunreinigter Form nennen wir es Sand Verbindungen mit anderen Elementen wie Aluminium, Calcium oder Magnesium heissen Silicate (wie Beryll, Olivin, Feldspat, Glimmer oder Turmalin) Quarz Bergkristall Beryll Olivin Feldspat Glimmer Turmalin

Gewinnung: Wie? Wo? Aufwand? In der Natur kommt Silicium in Quarz vor als Siliciumdioxid (Silicium und Sauerstoff  SiO2) Zur Gewinnung des reinen Elementes setzt man daher eine chemische Reaktion in Gang, die den Sauerstoff der Verbindung abspaltet. Bei der Temperatur von 1460ºC, knapp über dem Schmelzpunkt von Quarz (1413ºC) nutzt man folgende Reaktion: SiO2 + 2C  Si + 2C Mit Hilfe von Kohlenstoff kann das Silicium getrennt werden. Das gewonnene reine Silicium nennt man Rohsilicium. Es hat aber 2 bis 4 % Fremdatome, wie Kohlenstoff, Eisen, Aluminium, Bor und Phosphor Nun kann für die Herstellung von z.B. Solarzellen verwendet werden. Für Computerchips muss es aber noch reiner sein.

Gewinnung: Wie? Wo? Aufwand? Gewinnung im Labor Gewinnung in der Industrie Rohsilicium: Anwendung für metallurgische Zwecke Wegen den hohen Temperaturen ca. 2000ºC, die zur Abspaltung des Siliciums benötigt werden, wird ein Lichtbogenofen verwendet (96-98 % rein) Solarsilicium: Anwendung in Solarzellen: Das Rohsilicium muss im Wirbelschichtreaktor oder Tigelziehverfahren noch reiner werden (98 % rein) Halbleitersilicium: Für Anwendung in der Mikroelektronik (Computerchips) Das Solarsilicium muss beim Zonenschmelzen von fast allen Verunreinigungen getrennt werden (99,9999999 % rein) Lichtbogenofen Tigelziehverfahren reines Silicium Zonenschmelzen

Gewinnung: Wie? Wo? Aufwand? Wenn Silicium die Verbindung mit Sauerstoff eingegangen ist, lässt es sich nur sehr schwer wieder lösen Siliciumdioxid ist deshalb ein sehr harter Feststoff mit hoher Schmelz- und Siedetemparatur Um aus Sand Rohsilicium zu gewinnen, wird sehr viel Energie benötigt, denn es muss Sauerstoff entzogen werden. Dies ist mit grossem Aufwand verbunden

Anwendungszwecke Silicium dient zur Legierung verschiedener Metalle wie Aluminium, Eisen oder Kupfer. Technisches unreines Silicium wird vor allem bei der Stahlherstellung verwendet Herstellung von Glas (Geschmolzenes Siliziumoxid) Dichtungsmasse und Brustimplantat: Für Handwerker und Schönheitschirurgie Basis für Solarstrom: Eine andere wichtige Anwendung für Silizium sind Solarzellen, mit denen sich aus Sonnenlicht Strom gewinnen lässt. Solarzellen bestehen aus zwei Siliziumschichten, die beide etwas verunreinigt sind: die obere Schicht zum Beispiel mit Phosphor-Atomen, die untere mit Bor- Atomen. Silicium stellt das wichtigste Rohmaterial zur Herstellung von Mikrochips und Halbleitern dar Etwa 99,999999999-prozentige Reinheit ist für die Herstellung von Computerchips nötig, das heißt, unter 100 Milliarden Atomen darf nur ein einziges "falsches" sein. Kein anderes Element auf der Welt wird in solcher Reinheit produziert. Blau leuchtende Leuchtdioden benötigen Silicium als Halbleitermaterial Blau leuchtende Leuchtdioden (Solarzellen) Leuchtdioden

Besonderes Jakob Berzelius erkannte 1823 Silizium als Element Zweithäufigste chemisches Element nach dem Sauerstoff Schmelzpunkt: 1414°C Siedepunkt: 3265 °C Silicium ist ungeheuer vielseitig: Es bildet den Hauptbestandteil von Glas und Porzellan, von Silikon-Implantaten und Computerchips

Wichtig!!! Silicium ist als Pulver wie viele Elemente brennbar Als Pulver und Granulat ist es reizend Kompaktes, reines Silicium ist ungefährlich (Bergkristall)

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