krzem

rys. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

krzem, Si, silicum,

pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 14;

Symbol: Si

Nazwa łacińska: Silicium

Liczba atomowa: 14

Pierwiastek promieniotwórczy: nie

Grupa układu okresowego pierwiastków: 14 — węglowce

Odkrycie: 1823

Odkrywca: Berzelius Jöns Jacob

względna masa atomowa 28,0855; krzem należy do grupy węglowców; niemetal; wykazuje właściwości półprzewodnika; szare, twarde, kruche kryształy; temperatura topnienia 1410°C, temperatura wrzenia 2355°C, gęstość 2,33 g/cm³; stopień utlenienia IV, wyjątkowo II (w fazie gazowej tworzy SiO, a w stałej — polimer (SiO)_n); najważniejsze związki: krzemu(IV) tlenek (krzemionka), kwasy krzemowe i ich sole krzemiany, krzemki, krzemu(IV) węglik, krzemu(IV) azotek, krzemowodory (silany), krzemoorganiczne związki i halogenki krzemu (np. SiCl₄, SiF₄). Krzem jest odporny na działanie kwasów, reaguje tylko z mieszaniną kwasów azotowego i fluorowodorowego, natomiast łatwo roztwarza się w roztworach wodorotlenków litowców, tworząc krzemiany. Krzem odgrywa ważną rolę w procesach życiowych roślin i zwierząt na niskim szczeblu rozwoju ewolucyjnego; jest także obecny w tkankach zwierząt wyższych i człowieka, gdzie pełni ważne funkcje w systemie nerwowym, zapobiega zwapnieniu tętnic, wzmacnia tkanki wyścielające. Pierwiastek ten jest jednym z podstawowych składników skorupy ziemskiej (ok. 27,7% masowych); najpospolitszy po tlenie; występuje w postaci związków we wszystkich niemal skałach, głównie w postaci glinokrzemianów, krzemianów i ditlenku krzemu. W przemyśle duże ilości krzemu otrzymuje się w postaci stopu z żelazem (żelazokrzem) w wyniku prażenia rudy żelaza, węgla i piasku kwarcowego. Wolny krzem otrzymuje się przez redukcję krzemionki metalicznym magnezem lub glinem. Krzem o dużej czystości uzyskuje się, przeprowadzając surowy krzem w trichlorosilan, który po usunięciu zanieczyszczeń (przez destylację frakcjonowaną) rozkłada się, a wydzielony krzem oczyszcza metodą topienia strefowego, a następnie metodą Czochralskiego otrzymuje się monokryształy krzemu. Płytki monokrystalicznego krzemu, czyste chemicznie lub domieszkowane np. fosforem lub borem, stosuje się w przemyśle mikro- i optoelektronicznym (krzem stosuje się też w postaci warstw epitaksjalnych lub amorficznych); krzem jest także używany jako dodatek do stali stopowych (na rdzenie transformatorów elektrycznych) oraz jako składnik stopów (głównie z żelazem, miedzią, glinem) o dużej wytrzymałości i odporności na korozję. Krzem wchodzi w skład szkieł (krzemianowych), materiałów ceramicznych, szkieł metalicznych oraz polimerów o znacznej odporności termicznej i bierności chemicznej (np. silikony). Krzem (amorficzny) otrzymał po raz pierwszy 1823 J.J. Berzelius.