Silizium

Silizium
Elementsymbol	Si
Ordnungszahl	14
Relative Atommasse	28,085
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	1410 °C
Siedepunkt	3260 °C
Elementkategorie	Halbmetall

Silizium oder Silicium (zu lat. silex „Kiesel“) ist nach dem Sauerstoff das in der Erdhülle am häufigsten vorkommende chemische Element. Es spielt eine wichtige Rolle bei zahlreichen Verbindungen und kommt chemisch oft als Siliziumdioxid (SiO2) vor.

Weitere Eigenschaften

Es handelt sich bei Silizium um ein säurebeständiges, schwarzgraues oder leicht blaugraues, stark glänzendes Halbmetall, das (chemisch gebunden) in den meisten Gesteinen und Mineralien enthalten ist. Bei niedrigen Temperaturen ist es reaktionsträge und weist Halbleitereigenschaften auf. Silizium bildet als Element der 4. Hauptgruppe des Periodensystems überwiegend Verbindungen, in denen es in der Oxidationsstufe +IV vorliegt. Da Silizium sehr unedel ist, bildet es mit Luftsauerstoff sofort eine feste, undurchlässige Oxidschicht aus, weshalb es in Wasser unlöslich ist. Auch die Reaktivität des Stoffs wird durch die Oxidschicht stark eingeschränkt. Erst ab etwa 1 000 °C verbrennt Silizium. Mit verschiedenen Laugen (Lösungen aus Hydroxiden und Wasser) reagiert Silizium nach Erwärmen zu Silicaten.

Silizium ist sehr hart, allerdings erreicht es nicht die Härte von kristallinem Bor. Kompaktes, kristallines Silizium bildet ähnlich wie beim Diamant eine Gitterstruktur, was die hohe Härte und Sprödigkeit erklärt. Dünne Siliziumplättchen sind durchscheinend.

Geschichte

Erstmals isoliert wurde das Element Silizium im Jahre 1823 von dem schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius. Dies gelang ihm durch die Reduktion von Siliziumtetrafluorid. Er nannte das neue Element „Silex“ und gab ihm das Symbol „Si“. Der heute gebräuchliche Name Silizium wurde dem Element erst später gegeben. Reines Silizium stellte erstmals der französische Chemiker Henry Etienne Sainte-Claire Deville im Jahr 1854 in einer Elektrolyse her. Seit Ende des 20. Jahrhunderts wird das Element für die Photovoltaik benötigt.

Vorkommen

In reiner Form kommt Silizium in der Natur nicht vor, hat aber im Bereich der Mineralien sehr große Bedeutung. Silizium-Atome machen 27,7 Prozent Massenanteil in der Erdkruste aus. Jede Tonne Gestein enthält durchschnittlich 277 kg chemisch gebundenes Silizium, wohingegen es in Steinmeteoriten mit einem Anteil von nur ca. 4 kg/t vertreten ist. Im Meerwasser sind Ionen des Elements sehr selten. Silizium-Minerale machen etwa 90 Prozent der Erdkruste aus, wobei Siliziumdioxid die häufigste Form ist. In Quarzsand, Sandstein, Granit, Gneis und anderen Gesteinen ist Siliziumdioxid in kristalliner Form Hauptbestandteil. Reiner Quarz ist wasserklar und wird Bergkristall genannt. Zahlreiche Edelsteine, wie Amethyst, Onyx, Chrysopras, Jaspis, Achat, bestehen aus Siliziumdioxid.

Verwendung

Geringe Siliziumgehalte erhöhen die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl und verschiedenen Legierungen. Als Halbleiter dient es zur Herstellung von Fotoelementen, Dioden und Transistoren. Für Mikrochips wird Silizium mit einem so hohen Reinheitsgrad verwendet, daß auf eine Milliarde Siliziumatome nur ein Fremdatom kommt.

Verweise

• Lexikon der Chemie: Silicium (Spektrum.de)
• Chemie und Physik des chemischen Elements Silicium (Internetchemie.info)