SILIZIUM

Symbol: Si
Kategorie: Nichtmetalle
Ordnungszahl: 14

Relative Atommasse: 28,0855
Schmelzpunkt: 1683 K
Siedepunkt: 2628 K
Dichte: 2,33 g cm-3
Elektronegativität: 1,7
Ionisierungsenergie: 8,151 eV
Konfiguration: [Ne] 3s² 3p²
Oxidationszahlen: 4, 2, -4
Atomradius: 117 pm
Ionenradius: 26 pm (+4); 271 pm (-4)

Der nachfolgende Artikel ist dem Lexikon der Chemie entnommen.

Silicium, Symbol Si, chem. Element aus der IV. Hauptgruppe des Periodensystems, der Kohlenstoff-Silicium-Gruppe, Halbmetall; Z 14, Massenzahlen der natürlichen Isotope 28 (92,21 %), 29 (4,701 %) und 30 (3,09 %) Atommasse 28,0855, Wertigkeit IV, sehr selten II, Härte nach Mohs 7, D. 2,32 bis 2.34 g cm-3, F. 1410 °C, Kp. 2355 °C.

Eigenschaften von Silizium

Das graue, metallisch glänzende, kubisch kristallisierende S. hat Diamantstruktur. Das braune, pulverförmige S. unterscheidet sich von dieser Form lediglich durch den Verteilungsgrad und gegebenenfalls durch Verunreinigungen. S. weist Halbleitereigenschaften auf.

S. tendiert gemäß seiner Elektronenkonfiguration und seiner Stellung im Periodensystem zur Ausbildung von vier Kovalenzen. Die Bindungen des S. zu Elementen wie Sauerstoff, Chlor und insbesondere zu Fluor sind sehr stabil, ihre Bildung ist oftmals die Triebkraft entsprechender Reaktionen des S. und seiner Verbindungen (z.B. Reaktion von Siliciumdioxid SiO2 mit Fluorwasserstoffsäure HF). Die hohe Bindungsenergie führt man auf Doppelbindungsanteile im Sinne von dπpπ-Wechselwirkungen zwischen dem S. und seinen Bindungspartnern zurück. Die Verfügbarkeit energetisch günstiger D-Niveaus ermöglicht auch die Erweiterung des Elektronenoktetts auf 10 oder 12 Elektronen und damit die Bildung trigonal-bipyramidal bzw. oktaedrisch konfigurierter Derivate des fünf- und sechsfach koordinierten S. Auch der ausgesprochen elektrophile Charakter von SiX4-Verbindungen und die hohe Geschwindigkeit nucleophiler Substitutionen am S. sind auf der Basis einer D-Orbitalbeteiligung zu verstehen.

Bei sehr hohen Temperaturen verbrennt S. an der Luft zu Siliciumdioxid SiO2 mit Stickstoff bildet es bei etwa 1400 °C Siliciumnitrid Si3N4. Mit zahlreichen Metallen reagiert S. in der Hitze zu Siliciden. In Säuren (außer in Flußsäure) ist es unlöslich, in Alkalilaugen löst es sich unter Wasserstoffentwicklung, z.B.:
Si + 2 NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2 H2

Zweiwertige Siliciumverbindungen sind ähnlich den vergleichbaren Kohlenstoffderivaten bei Zimmertemperatur unbeständig.

Analytisches zu Silizium

Qualitativ wird S. durch Hydrolyse von Siliciumtetrafluorid SiF4 zu Siliciumdioxid SiO2 (Wassertropfenprobe) nachgewiesen. Auch zur quantitativen Bestimmung wird SiO2 gefällt, abgetrennt und gewogen.

Vorkommen von Silizium

S. ist mit einem Masseanteil von 27,7 % das nach dem Sauerstoff häufigste Element der Erdkruste und damit ebenso verbreitet wie die übrigen Elemente zusammengenommen. Man findet es in der Natur als Siliciumdioxid und in einer außerordentlichen Vielfalt von Silicaten und Alumosilicaten.

Gewinnung von Silizium

Zur technischen Gewinnung des S. wird Siliciumdioxid mit Kohlenstoff oder Calciumcarbid im elektrischen Ofen reduziert. Zur Gewinnung von hochreinem S. für die Halbleiterproduktion überführt man das Trichlorsilan SiHCl3, welches nach Destillation thermisch zersetzt wird:
SiHCl3 → Si + HCl + Cl2

Das so erhaltene S. wird durch anschließendes Zonenschmelzen so weit gereinigt, daß Fremdbestandteile weniger als 10-9 % betragen.

Verwendung von Silizium

S. ist Basismaterial zur Herstellung der Polysiloxane. Es ist darüber hinaus wichtiger Legierungsbestandteil (z.B. in Legierungen des Kupfers und Aluminiums sowie im Stahl) und dient in der Metallurgie als Desoxidationsmittel. In hochreiner, üblicherweise dotierter Form wird es in der Halbleitertechnik angewandt.

© Spektrum Akademischer Verlag