Kisel

Ångtryck
	Kisel
C; ↑; Si; ↓; Ge	Aluminium←Kisel→Fosfor
Generella egenskaper
Relativ atommassa	28,085 [28,084–28,086]u
Utseende	Mörkgrå, blåaktig
Fysikaliska egenskaper
Densitetvidr.t.	2,329 g/cm3
– flytande, vid smältpunkten	2,57 g/cm3
Aggregationstillstånd	Fast
Smältpunkt	1 687K(1 414°C)
Kokpunkt	3 538 K (3 265 °C)
Molvolym	12,06 × 10−6m³/mol
Värmevärde	−9 055J/(kg×K)
Smältvärme	50,66kJ/mol
Ångbildningsvärme	383kJ/mol
Specifik värmekapacitet	703J/(kg×K)
Molär värmekapacitet	19,789J/(mol×K)
Atomära egenskaper
Atomradie	111pm
Kovalent radie	111pm
van der Waalsradie	210pm
Elektronaffinitet	133,6kJ/mol
Jonisationspotential	Första: 786,5 kJ/mol; Andra: 1 577,1 kJ/mol; Tredje: 3 231,6 kJ/mol; Fjärde: 4 355,5 kJ/mol; (Lista)
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[Ne] 3s23p2
e−per skal	2, 8, 4
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	4,3, 2, 1−1, −2, −3,−4
Oxider(basicitet)	SiO2(sur), SiO
Elektronegativitet	1,9 (Paulingskalan); 1,916 (Allenskalan)
Diverse
Kristallstruktur	Diamantstruktur;
Ljudhastighet	8433m/s
Termisk expansion	2,6µm/(m×K)(25°C)
Värmeledningsförmåga	149W/(m×K)
Elektrisk konduktivitet	4,35 × 10−4A/(V×m)
Elektrisk resistivitet	2,3 × 10−6nΩ×m(20°C)
Magnetism	Diamagnetisk
Magnetisk susceptibilitet	−4,1 × 10−6
Bandgap	1,12eV
Youngs modul	130–188GPa
Skjuvmodul	51–80GPa
Kompressionsmodul	97,6GPa
Poissons konstant	0,064–0,28
Mohs hårdhet	6,5
Identifikation
CAS-nummer	7440-21-3
EG-nummer	231-130-8
Pubchem	5461123
RTECS-nummer	VW0400000
Historia
Namnursprung	Frånlatinsilex,”flinta” (ursprungligensilicium).
Förutsägelse	Antoine Lavoisier(1787)
Upptäcktoch första isolation	Jacob Berzelius(1823)
Namngivare	Thomas Thomson(1817)
Stabilaste isotoper
Säkerhetsinformation
	Säkerhetsdatablad:Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier
	GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa:
H-fraser	H228,H319
P-fraser	P210,P305+351+338
EU-märkning av farliga ämnen
	EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa:
; Irriterande; (Xi)
R-fraser	R11,R36/37/38,R36/38
S-fraser	S22,S26,S36/37/39
NFPA 704
	0 1 0
	SI-enheterochSTPanvänds om inget annat anges.

Kiselär etthalvmetalliskt grundämnemed atomnumret 14 och detkemiska tecknetSi(latin:silicium). Kisel kan i likhet medkolbilda fyrakovalentabindningar, men är inte lika reaktivt som kol. Rent kisel ärkristallintoch har en grå metallisk färg. Kisel liknar glas och är liksom detta starkt men mycket skört. Kisel är tämligeninert,menreagerarmedhalogenerochbaser,dock inte medsyror.Kisel har mångaisotoper,dessmasstalkan variera mellan 22 och 44. Den vanligaste isotopen är²⁸Si (förekomst 92 %).

Kisel förekommer aldrig i fri form i naturen utan som föreningar med kisel,syreoch enmetalligranit,gnejs,gabbromed flerabergartereller ijordartersåsomsandochlera.Kisel förekommer även somkiseloxidi form av mineraletkvartsi flera bergarter och jordarter. Kisel har många industriella tillämpningar. Kisel är huvudkomponenten iglas,cement,keramikoch de flestahalvledare.Grundämnet är ett av människans ochbiologinsviktigaste ämnen, mendjurbehöver endast små mängder.Växternas metabolismpåverkas i hög grad av kisel.

På grund av likheterna med kol har det ibland föreslagits att liv baserat på kisel skulle vara möjligt (detta kallasalternativ biokemi). Inget kiselbaserat liv har dock uppstått på jorden, ochpolymererav kisel är inte lika stabila som sinaorganiskamotsvarigheter eftersom kiselatomen är mycket större än kolatomen. Kisel kan därför inte bilda lika många föreningar som kol. Kisel har även svårt att bilda dubbelbindningar.

Historia

Humphry Davymisstänkte attkvartsvar enoxidav ett okänt grundämne och började därför undersöka kvartsen. Han började med att lösa kvartsen ilutoch gjordeelektrolysmedVoltas stapelmen det bildades inget ämne med metallisk glans.Gay-LussacochThénardframställdekiseltetrafluorid(SiF₄) genom att leda gasformigvätefluoridöver kvartspulver. Sedan ledde de kiseltetrafluoriden över varmkaliummetalloch de såg en kraftig reaktion. Efter sköljning såg man ett rödbrunt, fast ämne som kanske var orent kisel.

Den svenske kemistenTorbern Bergmanbetecknade på 1770-talet kiseldioxiden som enjordart.d. v. s. en svårreducerad oxid. Den fick namnetkiseljordav ordet kiselsten. Den som räknas som upptäckaren av kisel är dockJöns Jacob Berzelius,som 1823 renframställde kisel och det var också han som införde det svenska namnet kisel.^[18]Han upphettade en blandning av kvarts,järnochkol,och då bildadesjärnsilicid.Han hälldesaltsyrapå restprodukten och såg att det bildades mervätgasän av samma mängd järn som han hade från början. Detta betydde att han måste ha framställt kvartsens "metall". Berzelius framställde nukiseltetrafluoridoch lät den reagera medpottaskaoch fick då en dubbelfluorid (kaliumhexafluorsilikatK₂SiF₆) som han sedan reducerade med metalliskt kalium och sedan behandlade med vatten.^[19]

Användning

Dopad kisel är enhalvledareoch utgör den huvudsakliga beståndsdelen i de flestaaktiva elektroniska komponenter,såsomdioder,transistorerochintegrerade kretsar.

Kisel inom legeringar

Ett av de största användningsområdena för kisel ilegeringarär medaluminiumför att producera lättmetallegeringar som samtidigt har hög hållfasthet. Dessa legeringar används ofta ibilaroch andrafordon.Över hälften av världskonsumtionen av kisel går till detta ändamål.
Hoshalvledareanvänds kisel som hardopatsmed andraämnenoch det används i bland annatsolcellerochtransistorer.
Ett annat legeringsämne som kisel legeras med är järn, denna legering används för sin högahållfasthet.
Legering medkopparoch zink används i blyfria kopplingar inomVVS.

Kisel som föreningar

Det näst största användningsområdet för kisel är isilikon,polymererav kisel och syre med organiska sidogrupper. Silikon kan användas för att täta fogar och kan också tillämpas inom medicin, bland annat somkontaktlinserochbröstimplantat.
Kiseldioxidhar väldigt stor användning eftersom det är en av huvudkomponenterna ibetong,cement,keramerochglas.
Kiselkarbidanvänds vidslipning.

Förekomst

Kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan eftersyreoch om man mäter med vikt tar kisel upp 25,7 % av grundämnena i jordskorpan. Kisel finns oftast i form av kiseldioxid eller isilikatmineral.

Ett av de bästa fyndmineralen för kiseldioxid är vanligsand.

Framställning

Kisel framställs industriellt genomreduktionavkiseldioxidmedkolvid 1900 K (1627 °C) iljusbågsugnar.

SiO₂+ C → Si + CO₂

Flytande kisel samlas då i botten av ugnen och kan tappas av med en renhet av cirka 98 %. Ultrarent kisel kan sedan framställas genom klorering tillkiselklorid(SiCl₄) som sedan reduceras medzink.Sedan gjuts kiselmetallen till stavar som förs genom spolar med högfrekventväxelström;när stavarna förs genom spolarna puttas föroreningar bakåt och rent monokristallint kisel bildas.

Kiselmetall kan också framställas genom reduktion av kiseldioxid medaluminiumellermagnesium.När man använder aluminium måstesvaveltillsättas till reaktionen för att ge värme åt reaktionen men då bildas giftigtsvavelvätevid sköljningen. Men när man använder magnesium bildas brandfarligsilangasvid sköljningen.

SiO₂+ 2Mg → Si + 2MgO

3SiO₂+ 2Al → 3Si + 2Al₂O₃

Se även

Referenser

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material frånengelskspråkiga Wikipedia,Silicon,tidigare version.

Noter

^”CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2019”.IUPAC.https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm.Läst 18 februari 2021.
^W. Zulehner, B. Neuer, G. Rau:Siliconin Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim,doi:10.1002/14356007.a23_721
^Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.In:Journal of Chemical & Engineering Data.56, 2011, S. 328–337,doi:10.1021/je1011086.
^Harry H. Binder:Lexikon der chemischen Elemente.S. Hirzel, Stuttgart 1999,ISBN 3-7776-0736-3.
^Ram, R. S. (1998).”Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD”.J. Mol. Spectr.190: sid. 341–352.PMID 9668026.Arkiverad frånoriginaletden 9 februari 2012.https://web.archive.org/web/20120209151548/http://bernath.uwaterloo.ca/media/184.pdf.Arkiverad9 februari 2012 hämtat från theWayback Machine.
^Hägg G. 1963, Allmän och oorganisk kemi, avsnitt 23-3g sidan 566, Almqvist & Wiksell, Uppsala
^Eranna, Golla (2014).Crystal Growth and Evaluation of Silicon for VLSI and ULSI.CRC Press. sid. 7.ISBN 978-1-4822-3281-3.http://books.google.com/books?id=bo6ZBQAAQBAJ&pg=PA7
^Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Arkiverad12 januari 2012 hämtat från theWayback Machine., inLide, David R., red (2005).CRC Handbook of Chemistry and Physics(86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press.ISBN 0-8493-0486-5
^Robert C. Weast (ed.):CRC Handbook of Chemistry and Physics.CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990,ISBN 0-8493-0470-9,s. E-129 – E-145. De angivna värdena har här räknats om enligtSI.
^ [a b c d e]Hopcroft, Matthew A.; Nix, William D.; Kenny, Thomas W. (2010).”What is the Young's Modulus of Silicon?”.Journal of Microelectromechanical Systems19 (2): sid. 229.doi:10.1109/JMEMS.2009.2039697.http://silicon.mhopeng.ml1.net/Silicon/.
^Royal Society of Chemistry –Visual Element Periodic Table
^– Online Etymological Dictionary
^Weeks, Mary Elvira (1932).” The discovery of the elements: XII. Other elements isolated with the aid of potassium and sodium: beryllium, boron, silicon, and aluminum”.Journal of Chemical Education9 (8): sid. 1386–1412.doi:10.1021/ed009p1386.
^Voronkov, M. G. (2007).” Silicon era”.Russian Journal of Applied Chemistry80 (12): sid. 2190.doi:10.1134/S1070427207120397.
^Kiseli substansdatabasenGESTIS-StoffdatenbankhosIFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung).Läst 13 mars 2011.(JavaScript krävs)
^DatabladSilicium (Granulat)på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010.(JavaScript krävs).
^DatabladSilicium (Pulver)på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010.(JavaScript krävs).
^Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011
^Enghag, Per (2000).Jordens grundämnen och deras upptäckt, del 3. Byggstenar för marken och vattnet – luften och livet.Stockholm: Industrilitteratur. sid. 329–330.ISBN 91-7548-590-7

Källor

Nationalencyklopedin11.Bra Böcker. 1989. sid. 58.ISBN 91-7024-621-1
Sherwood, Martin (1990).Kemin, Grundämnen & föreningar.Bonniers. sid. 38.ISBN 91-34-50893-7

Externa länkar

Wikimedia Commons har media som rörKisel.
Bilder & media

[IUPAC-1] ”CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2019”.IUPAC.https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm.Läst 18 februari 2021.

[2] W. Zulehner, B. Neuer, G. Rau:Siliconin Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim,doi:10.1002/14356007.a23_721

[Zhang-3] Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.In:Journal of Chemical & Engineering Data.56, 2011, S. 328–337,doi:10.1021/je1011086.

[Harry_H._Binder-4] Harry H. Binder:Lexikon der chemischen Elemente.S. Hirzel, Stuttgart 1999,ISBN 3-7776-0736-3.

[5] Ram, R. S. (1998).”Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD”.J. Mol. Spectr.190: sid. 341–352.PMID 9668026.Arkiverad frånoriginaletden 9 februari 2012.https://web.archive.org/web/20120209151548/http://bernath.uwaterloo.ca/media/184.pdf.Arkiverad9 februari 2012 hämtat från theWayback Machine.

[6] Hägg G. 1963, Allmän och oorganisk kemi, avsnitt 23-3g sidan 566, Almqvist & Wiksell, Uppsala

[Eranna2014-7] Eranna, Golla (2014).Crystal Growth and Evaluation of Silicon for VLSI and ULSI.CRC Press. sid. 7.ISBN 978-1-4822-3281-3.http://books.google.com/books?id=bo6ZBQAAQBAJ&pg=PA7

[8] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Arkiverad12 januari 2012 hämtat från theWayback Machine., inLide, David R., red (2005).CRC Handbook of Chemistry and Physics(86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press.ISBN 0-8493-0486-5

[9] Robert C. Weast (ed.):CRC Handbook of Chemistry and Physics.CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990,ISBN 0-8493-0470-9,s. E-129 – E-145. De angivna värdena har här räknats om enligtSI.

[hopcroft-10] [a b c d e]Hopcroft, Matthew A.; Nix, William D.; Kenny, Thomas W. (2010).”What is the Young's Modulus of Silicon?”.Journal of Microelectromechanical Systems19 (2): sid. 229.doi:10.1109/JMEMS.2009.2039697.http://silicon.mhopeng.ml1.net/Silicon/.

[11] Royal Society of Chemistry –Visual Element Periodic Table

[12] – Online Etymological Dictionary

[13] Weeks, Mary Elvira (1932).” The discovery of the elements: XII. Other elements isolated with the aid of potassium and sodium: beryllium, boron, silicon, and aluminum”.Journal of Chemical Education9 (8): sid. 1386–1412.doi:10.1021/ed009p1386.

[14] Voronkov, M. G. (2007).” Silicon era”.Russian Journal of Applied Chemistry80 (12): sid. 2190.doi:10.1134/S1070427207120397.

[GESTIS-15] Kiseli substansdatabasenGESTIS-StoffdatenbankhosIFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung).Läst 13 mars 2011.(JavaScript krävs)

[alfa-SDB-Gran-16] DatabladSilicium (Granulat)på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010.(JavaScript krävs).

[alfa-SDB-Pulv-17] DatabladSilicium (Pulver)på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010.(JavaScript krävs).

[18] Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011

[19] Enghag, Per (2000).Jordens grundämnen och deras upptäckt, del 3. Byggstenar för marken och vattnet – luften och livet.Stockholm: Industrilitteratur. sid. 329–330.ISBN 91-7548-590-7

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]