Hoppa till innehållet

Kisel

Redigera länkar
Från Wikipedia
(Omdirigerad från Silicon)
Kisel
Nummer
14 		Tecken
Si 		Grupp
14 		Period
3 		Block
p
C
↑
Si
↓
Ge 		Aluminium ← Kisel → Fosfor
[Ne] 3s2 3p2
14Si


Emissionsspektrum
Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa28,085 [28,084–28,086][1] u
UtseendeMörkgrå, blåaktig
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid r.t.2,329 g/cm3
– flytande, vid smältpunkten2,57 g/cm3
AggregationstillståndFast
Smältpunkt1 687 K (1 414 °C)
Kokpunkt3 538 K (3 265 °C)
Molvolym12,06 × 10−6 m³/mol
Värmevärde−9 055 J/(kg × K)
Smältvärme50,66[2] kJ/mol
Ångbildningsvärme383[3] kJ/mol
Specifik värmekapacitet703[4] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet19,789 J/(mol × K)
Ångtryck
Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
Te. (K) 1 908 2 102 2 339 2 636 3 021 3 537
Atomära egenskaper
Atomradie111 pm
Kovalent radie111 pm
van der Waalsradie210 pm
Elektronaffinitet133,6 kJ/mol
JonisationspotentialFörsta: 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] 3s2 3p2
e− per skal2, 8, 4
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd4, 3, 2, 1[5] −1, −2, −3, −4
Oxider (basicitet)SiO2 (sur), SiO[6]
Elektronegativitet1,9 (Paulingskalan)
1,916 (Allenskalan)
Diverse
KristallstrukturDiamantstruktur
Kristallstruktur
Ljudhastighet8433 m/s
Termisk expansion2,6 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga149 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet4,35 × 10−4 A/(V × m)
Elektrisk resistivitet2,3 × 10−6[7] nΩ × m (20 °C)
MagnetismDiamagnetisk[8]
Magnetisk susceptibilitet−4,1 × 10−6[9]
Bandgap1,12 eV
Youngs modul130–188[10] GPa
Skjuvmodul51–80[10] GPa
Kompressionsmodul97,6[10] GPa
Poissons konstant0,064–0,28[10]
Mohs hårdhet6,5[10]
Identifikation
CAS-nummer7440-21-3
EG-nummer231-130-8
Pubchem5461123
RTECS-nummerVW0400000
Historia
NamnursprungFrån latin silex, ”flinta” (ursprungligen silicium).[11][12]
FörutsägelseAntoine Lavoisier (1787)
Upptäckt och första isolationJacob Berzelius[13][14] (1823)
NamngivareThomas Thomson (1817)
Stabilaste isotoper
Huvudartikel: Kiselisotoper


Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP


26Si
 {syn.} 2,234 s β+ 5,066 26Al
27Si
 {syn.} 4,16 s β+ 4,821 27Al
28Si
 92,23 % Stabil
29Si
 4,67 % Stabil
30Si
 3,1 % Stabil
31Si
 {syn.} 157,3 min β− 1,492 31P
32Si
 Spår 153 a β− 0,244 32P
33Si
 {syn.} 6,18 s β− 5,845 33P
34Si
 {syn.} 2,77 s β− 4,601 34P


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: [15]
Pulver
02 – Brandfarlig
Brandfarlig
07 – Skadlig
Skadlig
H-fraserH228, H319
P-fraserP210, 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: [16][17]
Granulat
Irriterande
Irriterande
(Xi)
Pulver
Brandfarlig
Brandfarlig
(F)
Irriterande
Irriterande
(Xi)
R-fraserR11, R36/37/38, R36/38
S-fraserS22, S26, S36/37/39
NFPA 704

0
1
0
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Kisel är ett halvmetalliskt grundämne med atomnumret 14 och det kemiska tecknet Si (latin: silicium). Kisel kan i likhet med kol bilda fyra kovalenta bindningar, men är inte lika reaktivt som kol. Rent kisel är kristallint och har en grå metallisk färg. Kisel liknar glas och är liksom detta starkt men mycket skört. Kisel är tämligen inert, men reagerar med halogener och baser, dock inte med syror. Kisel har många isotoper, dess masstal kan variera mellan 22 och 44. Den vanligaste isotopen är 28Si (förekomst 92 %).

Kisel förekommer aldrig i fri form i naturen utan som föreningar med kisel, syre och en metall i granit, gnejs, gabbro med flera bergarter eller i jordarter såsom sand och lera. Kisel förekommer även som kiseloxid i form av mineralet kvarts i flera bergarter och jordarter. Kisel har många industriella tillämpningar. Kisel är huvudkomponenten i glas, cement, keramik och de flesta halvledare. Grundämnet är ett av människans och biologins viktigaste ämnen, men djur behöver endast små mängder. Växternas metabolism påverkas i hög grad av kisel.

På grund av likheterna med kol har det ibland föreslagits att liv baserat på kisel skulle vara möjligt (detta kallas alternativ biokemi). Inget kiselbaserat liv har dock uppstått på jorden, och polymerer av kisel är inte lika stabila som sina organiska motsvarigheter 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

[redigera | redigera wikitext]
Elektronstruktur hos kisel.

Humphry Davy misstänkte att kvarts var en oxid av ett okänt grundämne och började därför undersöka kvartsen. Han började med att lösa kvartsen i lut och gjorde elektrolys med Voltas stapel men det bildades inget ämne med metallisk glans. Gay-Lussac och Thénard framställde kiseltetrafluorid (SiF4) genom att leda gasformig vätefluorid över kvartspulver. Sedan ledde de kiseltetrafluoriden över varm kaliummetall och de såg en kraftig reaktion. Efter sköljning såg man ett rödbrunt, fast ämne som kanske var orent kisel.

Den svenske kemisten Torbern Bergman betecknade på 1770-talet kiseldioxiden som en jordart. d. v. s. en svårreducerad oxid. Den fick namnet kiseljord av ordet kiselsten. Den som räknas som upptäckaren av kisel är dock Jöns Jacob Berzelius, som 1823 renframställde kisel och det var också han som införde det svenska namnet kisel.[18] Han upphettade en blandning av kvarts, järn och kol, och då bildades järnsilicid. Han hällde saltsyra på restprodukten och såg att det bildades mer vätgas än av samma mängd järn som han hade från början. Detta betydde att han måste ha framställt kvartsens "metall". Berzelius framställde nu kiseltetrafluorid och lät den reagera med pottaska och fick då en dubbelfluorid (kaliumhexafluorsilikat K2SiF6) som han sedan reducerade med metalliskt kalium och sedan behandlade med vatten.[19]

Användning

[redigera | redigera wikitext]

Dopad kisel är en halvledare och utgör den huvudsakliga beståndsdelen i de flesta aktiva elektroniska komponenter, såsom dioder, transistorer och integrerade kretsar.

Kisel inom legeringar

[redigera | redigera wikitext]
  • Ett av de största användningsområdena för kisel i legeringar är med aluminium för att producera lättmetallegeringar som samtidigt har hög hållfasthet. Dessa legeringar används ofta i bilar och andra fordon. Över hälften av världskonsumtionen av kisel går till detta ändamål.
  • Hos halvledare används kisel som har dopats med andra ämnen och det används i bland annat solceller och transistorer.
  • Ett annat legeringsämne som kisel legeras med är järn, denna legering används för sin höga hållfasthet.
  • Legering med koppar och zink används i blyfria kopplingar inom VVS.

Kisel som föreningar

[redigera | redigera wikitext]

Förekomst

[redigera | redigera wikitext]

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

Ett av de bästa fyndmineralen för kiseldioxid är vanlig sand.

Framställning

[redigera | redigera wikitext]

Kisel framställs industriellt genom reduktion av kiseldioxid med kol vid 1900 K (1627 °C) i ljusbågsugnar.

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 till kiselklorid (SiCl4) som sedan reduceras med zink. Sedan gjuts kiselmetallen till stavar som förs genom spolar med högfrekvent växelström; när stavarna förs genom spolarna puttas föroreningar bakåt och rent monokristallint kisel bildas.

Kiselmetall kan också framställas genom reduktion av kiseldioxid med aluminium eller magnesium. När man använder aluminium måste svavel tillsättas till reaktionen för att ge värme åt reaktionen men då bildas giftigt svavelväte vid sköljningen. Men när man använder magnesium bildas brandfarlig silangas vid sköljningen.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO
3SiO2 + 2Al → 3Si + 2Al2O3

Se även

[redigera | redigera wikitext]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]
Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Silicon, tidigare version.

Noter

[redigera | redigera wikitext]
  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: Silicon in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a23_721
  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.
  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 från originalet den 9 februari 2012. https://web.archive.org/web/20120209151548/http://bernath.uwaterloo.ca/media/184.pdf.  Arkiverad 9 februari 2012 hämtat från the Wayback Machine.
  6. ^ Hägg G. 1963, Allmän och oorganisk kemi, avsnitt 23-3g sidan 566, Almqvist & Wiksell, Uppsala
  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 Arkiverad 12 januari 2012 hämtat från the Wayback Machine., in Lide, 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 enligt SI.
  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 Systems 19 (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 Education 9 (8): sid. 1386–1412. doi:10.1021/ed009p1386. 
  14. ^ Voronkov, M. G. (2007). ”Silicon era”. Russian Journal of Applied Chemistry 80 (12): sid. 2190. doi:10.1134/S1070427207120397. 
  15. ^ Kisel i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung). Läst 13 mars 2011. (JavaScript krävs)
  16. ^ Datablad Silicium (Granulat) på AlfaAesar. Läst 29 januari 2010. (JavaScript krävs).
  17. ^ Datablad Silicium (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 

Källor

[redigera | redigera wikitext]

Externa länkar

[redigera | redigera wikitext]
v • r
Periodiska systemet
Auktoritetsdata
Hämtad från ”https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Kisel&oldid=55047721”