يقع السيليكون بالقرب من الكربون في الجدول الدوري. وهو يشكل أكثر بقليل من ربع قشرة الأرض، وله العدد الذري 14 والرمز Si. وهو ينتمي إلى عناصر المجموعة 14، وهي عناصر تحتوي على أربعة إلكترونات في غلافها الخارجي. إنه مادة صلبة بلورية صلبة وهشة ذات بريق معدني رمادي أزرق. ويستخدم في العديد من المنتجات الشائعة، بدءًا من السيراميك والطوب ووصولًا إلى أشباه الموصلات، والخلايا الشمسية، والرقائق الإلكترونية، ونظم العزل المائي، وحتى إنشاء الفريسيليكون، وهو سبيكة فولاذية شائعة. ولكن على الرغم من اللمعان المعدني اللامع، فإن السيليكون ليس معدنًا ولا لا فلزًا.

فهم طبيعة العناصر

إن فهم طبيعة العناصر مهم لتقدير خصائصها الفريدة، وتصنيفها، واستخداماتها، واعتبارات الصحة والبيئة.

الجدول الدوري هو جدول يصنف العناصر حسب تكوينها الإلكتروني، وخصائصها الكيميائية، وأعدادها الذرية. توضع العناصر في صفوف تسمى دورات وأعمدة تسمى مجموعات. العناصر التي لها تكوينات إلكترونية متشابهة مثل عدد الجسيمات في الطبقات الخارجية لذراتها تشكل أساسًا نفس أنواع الروابط. بعض العناصر أكثر قيمة من غيرها، ولا يمكن تقسيم تركيبها الإلكتروني إلى تكوينات بسيطة.

التصنيف التاريخي للسيليكون

السيليكون تم تصنيفه على أنه معدن عند اكتشافه لأول مرة بسبب لمعانه المعدني وموصلية حرارته الجيدة. ومع ذلك، فقد وجد أنه يفتقر إلى بعض الخصائص التي تجعل بعض العناصر معادن، بما في ذلك اللدونة والطواعية. كما أنه وجد أنه لا يوصل الكهرباء إلا في ظل ظروف معينة. لذلك، اضطر العلماء إلى إعادة النظر في فئته في الجدول الدوري. ومع ذلك، ظلت المجموعة والفترة كما هي لأنها تعتمد على العدد الذري وترتيب الإلكترون.

أين يوجد السيليكون في الجدول الدوري؟

السيليكون عضو في المجموعة 14 في الجدول الدوري. هذا يُعرف باسم عائلة الكربون. وهو موجود في الصف أسفل الكربون، وكلاهما لهما نفس التركيب الإلكتروني تقريبًا. في الواقع، غالبًا ما يتم الخلط بين الاثنين لأنهما يشتركان في العديد من الخصائص. ومع ذلك، فإن السيليكون هو شبه فلز، بينما الكربون هو لا فلز. أيضًا، الكربون أكثر تفاعلًا من السيليكون ويشكل العديد من المركبات.

ما هو شبه الفلز؟

بعض عناصر الجدول الدوري مثل السيليكون، والأنتمون، والبورون، إلخ هي معادن ولا فلزات. تُعرف هذه العناصر باسم أشباه الفلزات. فهي تبدو معدنية بشكل أساسي، لكنها تُظهر السلوك الكيميائي لللافلزات. إنها تعمل كمعادن في ظروف معينة ولا فلزات في ظروف أخرى. على سبيل المثال، السيليكون هو موصل غير جيد للكهرباء في بعض الحالات وموصل في حالات أخرى. هناك ستة أشباه فلزات مقبولة بشكل عام؛ السيليكون، والزرنيخ، والبورون، والبولونيوم، والتيلوريوم، والأنتمون.

ستجدهم في خط متعرج يفصل اللافلزات عن المعادن في الجدول الدوري.

لماذا السيليكون شبه فلز؟

السيليكون شبه فلز لأنه يتمتع بطبيعة متوسطة. إنه صلب، وهش، ولامع في درجة حرارة الغرفة، مثل معظم المعادن، لكنه ليس موصلًا جيدًا للكهرباء في نفس الحالة. أيضًا، إنه ليس قابل للسحب والطرق مثل المعادن. إنه ينكسر بسهولة.

خصائص شبه الفلزات في السيليكون

كما ذكرنا، فإن السيليكون يتمتع بطبيعة متوسطة، مما يمنحه خصائص شبه فلزية. بعض خصائصه شبه الفلزية تشمل:

بريق معدني لامع

ينصهر السيليكون عند 1410 درجة مئوية (2570 فهرنهايت) ويغلي عند 3265 درجة مئوية (5859 فهرنهايت). هذا يسمح له بالبقاء صلبًا ولامعًا في درجة حرارة الغرفة. إنه عادة رمادي مزرق. الهشاشة ينكسر السيليكون بسهولة مثل اللافلزات. إنه ليس قابل للسحب والطرق ولكنه مادة صلبة هشة بسبب ترتيب الذرات المنتظم والمتكرر للبلورة.

وبينما يعزز النمط قوته في اتجاه واحد، يصبح أضعف في اتجاهات أخرى. ينكسر بسهولة عند تعرضه للإجهاد في الشد. ومع ذلك، فإن الهشاشة مفيدة عندما يتم استخدام العنصر لصنع الدوائر المتكاملة. فهو يحمي الترانزستورات من التلف أثناء التصنيع.

خصائص أشباه الموصلات

يوصل السيليكون الكهرباء في ظل ظروف معينة فقط. يعتمد ذلك على درجة الحرارة أو الشوائب المُدخلة. يُعرف الأخير باسم المنشطات، والذي يتضمن إدخال شوائب مانحة أو مستقبلة مثل الفوسفور والبورون. ومع ذلك، يمكن أن تزداد الموصلية أيضًا مع التسخين. يؤدي رفع درجة الحرارة إلى إجبار إلكترونات التكافؤ على الهجرة إلى نطاق التوصيل، مما يسمح للعنصر بتوصيل الكهرباء.

التفاعل الكيميائي

السيليكون له سلوك كيميائي إيجابي كهربائيًا. ومع ذلك، فهو خامل نسبيًا في درجة حرارة الغرفة ولا يبدأ في التفاعل إلا عند تسخينه، حيث يرتبط بسهولة مع الأكسجين، والهالوجينات، والفوسفور. يمكن أن يكون له حالات أكسدة +2 و +4، مع كون الأخير هو الأكثر شيوعًا، وهو الحالة التي يوجد فيها العنصر في معظم المركبات.

تشمل بوليمرات السيليكون

السيلانات

بشكل أساسي، السيلانات هي هيدريدات السيليكون. إنها شديدة التفاعل في الهواء وتشتعل بسهولة أيضًا. إنها عوامل اختزال قوية.

السيليسيدات

تشبه السيليسيدات البوريدات والكاربايدات في التركيب. تتشكل عادةً عندما يرتبط السيليكون بعناصر أكثر إيجابية كهربائيًا. تتراوح الروابط الكيميائية الناتجة من التكوينات المعدنية الشبيهة بالموصِّلات إلى الأيونية أو التساهمية. تشمل السيليسيدات الشائعة CoSi2، و NiSi2، و FeSi2، و MoSi2.

السليكا

السليكا هي ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، وهو المركب الأكثر وفرة في قشرة الأرض، حيث يبلغ مجموعه حوالي 27٪ من القشرة من حيث الكتلة. وهو موجود في أشكال مثل الكوارتز، والزجاج، والرمل، إلخ. هذه عادة ما تكون بلورية أو غير متبلورة. كما ذكرنا، الأول لامع ورمادي، بينما الأخير هو مسحوق بني. تُستخدم السليكا على نطاق واسع في صناعة الزجاج، والرقائق السيليكونية، والأسمنت، والسيراميك. كما أنها تُستخدم كعامل حشو للمطاط والبلاستيك.

الهاليدات

تتشكل الهاليدات عندما يتفاعل السيليكون وكربيدات السيليكون مع الهالوجينات مما ينتج عنه رباعي هاليدات السيليكون. ثم تُحلل رباعي هاليدات السيليكون في الماء، مكونة سوائل متطايرة عديمة اللون. ومن أمثلة هاليدات السيليكون رباعي فلوريد السيليكون (SiF4)، ورباعي كلوريد السيليكون (SiCl4)، ورباعي بروميد السيليكون (SiBr4). تُستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك تصنيع البلاستيك، والسيليكون، وأشباه الموصلات.

أحماض السيليك

أحماض السيليك هي هلامات السيليكا المائية التي تتشكل عندما يتفاعل السيليكون مع الأكسجين والهيدروجين. إنها عادةً أحماض ضعيفة عديمة اللون قابلة للذوبان أحيانًا في الماء. تلعب أحماض السيليك دورًا مهمًا في التمعدن الحيوي.

استخدامات السيليكون

تجعل الطبيعة المتوسطة للسيليكون مفيدة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الإلكترونيات ووصولًا إلى البناء والتشييد.

السيليكون في الإلكترونيات

يمكن جعل السيليكون يوصل الكهرباء عن طريق رفع درجة حرارته أو إدخال عوامل منشطة. هذا يجعله مفيدًا في التطبيقات الإلكترونية مثل:

• رقائق الكمبيوتر: يستخدم السيليكون في صناعة الترانزستورات. هذه مكونات أساسية لبوابة المنطق. وهي تسمح لأجهزة الكمبيوتر بتنفيذ التعليمات، وتخزين البيانات، وإجراء العمليات الحسابية، وما إلى ذلك. يستفيد المصنعون من خصائص أشباه الموصلات ووفرة السيليكون لإنتاج ترانزستورات مدمجة، وفعالة من حيث التكلفة، وكفاءة. مثال على ذلك هو الدوائر المتكاملة؛ فهي في الأساس أشباه موصلات مع عدد من الترانزستورات. ويمكن دمجها في أجهزة التلفزيون، وأجهزة الكمبيوتر، والهواتف الذكية.
• الخلايا الشمسية: هذه الأجهزة مفيدة لتحويل الطاقة الطبيعية إلى كهرباء. يسمح السيليكون بإنتاج خلايا شمسية فعالة وبأسعار معقولة.
• يستخدم السيليكون في صناعة الثنائيات: تسمح الثنائيات بتدفق التيار في اتجاه محدد. بعض تطبيقات هذه الأجهزة هي مصادر الطاقة، ومكبرات الصوت، ومكونات معالجة الإشارات.
• مصابيح LED: من المحتمل أن تجد العديد من أجهزة LED في معظم المنازل الحديثة. تتضمن آليتها إضاءة ذات كثافات مختلفة عندما يكون هناك تدفق للتيار. بعض الإلكترونيات LED هي إشارات المرور، وأضواء الكشاف، والأضواء المستخدمة في المباني.

السيليكون في تكوين السبائك

من الاستخدامات الشائعة الأخرى للسيليكون إنتاج السبائك. يتمتع بخصائص تسمح بانخفاض نقطة الانصهار، وتحسين هشاشة، وتحسين مقاومة التآكل، وسهولة عملية الصهر والقطع. بعض سبائك السيليكون هي:

• سبائك الألومنيوم والسيليكون. تتمتع هذه السبائك بخصائص مفيدة مثل اللدونة الجيدة، والانخفاض في الكثافة، والمتانة. سبائك الألومنيوم والسيليكون مناسبة لعمليات التشكيل مثل البثق، والصب، والطرق.
• سبائك النحاس والسيليكون. هذه السبائك شائعة في تطبيقات مثل مبادلات الحرارة، والموصلات الكهربائية، ومواد التسقيف، وذلك بفضل سبائكها القوية، وموصلية جيدة، ومقاومة للأكسدة.
• سبائك الحديد والسيليكون. مثل سبائك السيليكون الأخرى، فهي أيضًا قابلة للطرق، ومتينة، ومتينة، مما يسمح بتطبيقات المعالجة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ، والحديد الزهر.

السيليكون في الطوب والسيراميك

يُعد السيليكا، وهو بوليمر السيليكون، شائعًا لدى مصنعي السيراميك والطوب. يمكنه تحمل درجات الحرارة العالية دون أن ينصهر، مما يجعل الطوب والسيراميك أكثر متانة، وقوة، وسلاسة، ومقاومة للكيماويات والحرارة. وتشمل الأمثلة الطوب السيليكا، والطوب المقاوم للحريق، والطوب المزجج، والخزف.

السيليكون في صناعة الزجاج

السيليكون مفيد أيضًا في صناعة الزجاج. عادةً ما يقوم العلماء بصهر الرمل للحصول على السيليكون الذي يستخدم في صنع الزجاج. يتميز السيليكون بانخفاض التمدد الحراري؛ لذلك، لا يتغير شكل الزجاج الناتج، أو حجمه، أو كثافته، أو مساحته مع تغييرات درجة الحرارة.

هل السيليكون ضار؟

السيليكون آمن بشكل عام في شكله العنصري. ومع ذلك، فإن استنشاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد السيليكون يمكن أن يضر بالرئتين. السيليكون السائل خطير أيضًا إذا تم حقنه في الجسم. انتبه أيضًا لأي ردود فعل تحسسية. في حالة وجود تاريخ من الحساسية، تحدث إلى طبيبك قبل العمل مع مادة السيليكون.

خاتمة

هناك طلب متزايد على السيليكون وسبائكه في صناعات الإلكترونيات والبناء. إنه يُظهر خصائص معدنية وغير معدنية، مما يجعله مفيدًا في هذه التطبيقات وغيرها. تعد Oushi Metal واحدة من أكبر الشركات المصنعة والموردة للسيليكون ومنتجات السيليكون في العالم.

نحن ننتج السيليكون باستخدام عملية منخفضة التأثير وسنضمن حصولك عليه في أنقى صورة ممكنة. لا تتردد في الاتصال بفريقنا لمزيد من التفاصيل والمساعدة في اختيار أفضل منتج من السيليكون لمشروعك.