Krzem

Wyizolowany w 1823 r. przez szwedzkiego chemika Jönsa Jakoba Berzeliusa.

Nazwa łacińska pochodzi od łacińskiego słowa silex - krzemień. Nazwa polska wywodzi się od łacińskich słów lapis cremans - kamień dający ogień, krzemień.

Ten półmetaliczny pierwiastek tworzy szaroczarne, silnie błyszczące kryształy, podobne w strukturze do diamentu lub brązową postać amorficzną. Jest ważnym półprzewodnikiem.

Ze względu na dużą reaktywność, w odróżnieniu od będącego w tej samej grupie węgla nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym. W pokojowych temperaturach jest bardzo obojętny, wiąże się tylko z fluorem. W wyższych temperaturach reaguje z wieloma metalami, azotem, chlorem i tlenem atmosferycznym tworząc z nim warstewkę dwutlenku krzemu (krzemionki). Jest praktycznie nierozpuszczalny we wszystkich kwasach. Wyjątek stanowi tu tylko mieszanina kwasu azotowego i fluorowodorowego. Łatwo rozpuszcza się w gorących ługach tworząc krzemiany.  Wdychanie w dużych ilościach pyłu krzemiennego prowadzi do poważnej choroby płuc.
Tworzy związki na: -4 i +4 stopniu utlenienia.

Występowanie: Krzem jest, po tlenie, najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 27,7%. Najważniejsze jego związki to krzemiany (szczególnie litowców i berylowców), oraz dwutlenek krzemu czyli popularna krzemionka (Si02), występująca w wielu postaciach i będąca podstawowym składnikiem niemal wszystkich skał i piasków. Meteory zawierają duże ilości tego pierwiastka.

Otrzymywanie: Wolny krzem otrzymuje się przez redukcję krzemionki magnezem, glinem, węglem lub węglikiem wapnia. Czyste kryształy tego pierwiastka, używane w technice półprzewodnikowej, uzyskuje się poprzez powolne ich narastanie w specjalnych piecach (metoda Czochralskiego).

Wykorzystanie: Krzem dodawany do stali zmienia jej właściwości powodując zmniejszenie pętli histerezy (budowa rdzeni transformatorów) czy zwiększenie odporności na substancje żrące (pojemniki). Dodawany jest także do stopów miedzi, brązu i mosiądzu. Półprzewodzący krzem, ze względu na dostępność, jest podstawowym budulcem półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych. Krzemionka oraz jej równie trwałe i odporne chemicznie pochodne są podstawą takich przemysłów jak: szklarski (emalie, szkło) czy budowlany (cementy, cegły). Tworzy ona wiele odmian i struktur krystalicznych, spośród których najbardziej popularny jest kwarc używany do produkcji m.in. szkła laboratoryjnego i lamp ultrafioletowych (ze względu na przepuszczani promieniowania ultrafioletowego). Najważniejszą solą kwasu krzemowego jest bezbarwny i amorficzny krzemian sodowy Na2SiO3. Rozpuszczony w wodzie tworzy tzw. szkło wodne używane do konserwowania jaj, jako klej, niepalny dodatek do ogniotrwałych substancji, wypełniacz oraz składnik substancji czyszczących i mydła. Twardy karborund, związek krzemu i węgla, stosuje się go jako materiał ścierny.

Konfiguracja elektronowa Ne 3s23p2
Masa atomowa 28,09
Gęstość [kg/m3] 2329 (293K)
Główny stopień utlenienia +2; +4
Izotopy: masa - zawartość - okres półrozpadu
28Si
29Si
30Si
32Si
27,977 - 92,23% - stabilny
28,976 - 4,67% - stabilny
29,974 - 3,10% - stabilny
31,974 - 0% - 650 lat
Temperatura topnienia 1683K
Temperatura wrzenia 2628K
Promień atomowy [pm] 117
Powinowactwo elektronowe [kJ×mol-1] 133,6
Energia jonizacji [kJ×mol-1] 786,5 Si -> Si+ + e
1577,4 Si+ -> Si2+ + e
3231,4 Si2+ -> Si3+ + e
4355,5 Si3+ -> Si4+ + e
Elektroujemność 1,90 (Pauling); 4,77 eV (absolutna)
Energia wiązań kowalencyjnych [kJ×mol-1] Si-H
Si-C
Si-O
Si-F
Si-Cl
Si-Si
326
301
486
582
391
226

Poprzednia Pierwiastki Następna