Πυρίτιο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Το '''πυρίτιο''' ([[λατινική γλώσσα|λατινικά]] ''silicium ''και [[Αγγλική γλώσσα|αγγλικά]] ''silicon'') είναι το [[Χημικά στοιχεία|χημικό στοιχείο]] με χημικό σύμβολο '''Si''', [[ατομικός αριθμός|ατομικό αριθμό]] 14 και [[ατομική μάζα]] 28,0855 [[amu]]. Είναι ένα [[Χημικό σθένος|τετρασθενές]] [[μεταλλοειδή|μεταλλοειδές]], που ανήκει στην [[Ομάδα περιοδικού πίνακα|ομάδα]] [[14 (αριθμός)|14]] (πρώην IV_A) του [[περιοδικός πίνακας|περιοδικού πίνακα]] μαζί με τον [[άνθρακας|άνθρακα]], το [[γερμάνιο]], τον [[Κασσίτερος|κασσίτερο]] και το [[Μόλυβδος|μόλυβδο]]. Αυτό σημαίνει ότι έχει [[4 (αριθμός)|τέσσερα (4)]] [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] στην εξωτερική του στοιβάδα και είναι τετρασθενές και [[Ηλεκτραρνητικότητα|ηλεκτροθετικότερο]] από τον άνθρακα. Είναι λιγότερο δραστικό από τον [[άνθρακας|άνθρακα]] (C), το [[αμέταλλα|αμέταλλο]] που βρίσκεται ακριβώς πάνω από το πυρίτιο στον [[Περιοδικό σύστημα|περιοδικό πίνακα]], αλλά πιο δραστικό από το [[γερμάνιο]] (Ge), το μεταλλοειδές που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το πυρίτιο στον [[Περιοδικό σύστημα|περιοδικό πίνακα]]. Η αμφισβήτιση γύρω από τη φύση του πυριτίου χρονολογείται από την ανακάλυψή του. Παράχθηκε και χαρακτηρίστηκε για πρώτη φορά σε καθαρή μορφή το [[1823]]. Το [[1808]] του δόθηκε το λατινικό του όνομα ''silicium'', που προέρχεται από τη λατινική λέξη ''silex'', που στα ελληνικά μεταφράζεται ως '' ''«πυρόλιθος», και την κατάληξη -''ium'', που υπονοεί [[μέταλλο]]. Η ονομασία αυτή παραμένει σε χρήση σε αρκετές γλώσσες. Η αγγλόφωνη ονομασία (''silicon'') προτάθηκε και υιοθετήθηκε το [[1817]], για να εναρμονισθεί η ονομασία του στοιχείου με τις αντίστοιχες ονομασίες του άνθρακα (''carbon'' στα αγγλικά) και του ''βορίου ''(B, ''boron'' στα αγγλικά).

Το πυρίτιο είναι το [[8 (αριθμός)|όγδοο (8^o)]] κατά [[μάζα]] σε αφθονία χημικό στοιχείο στο [[σύμπαν]], αλλά σπανίως βρίσκεται σε χημικά καθαρή στοιχειακή μορφή στη φύση. Η πιο συνηθισμένη μορφή του στη διαστρική σκόνη, σε [[αστεροειδής|αστεροειδείς]], [[Φυσικός δορυφόρος|δορυφόρους]] και [[πλανήτης|πλανήτες]] είναι το [[διοξείδιο του πυριτίου]] (SiO₂) και διάφορες άλλες πυριτικές ενώσεις<ref>{{cite web|url=http://www.webelements.com/silicon/ |title=Silicon: the essentials |accessdate=2009-09-30 |publisher=WebElements Ltd.}}</ref>. Πάνω από το 90% του φλοιού της [[Γη|Γης]]ς αποτελείται από πυριτιούχα [[ορυκτό|ορυκτά]], γεγονός που το καθιστά το [[2 (αριθμός)|δεύτερο (2^ο)]] κατά [[μάζα]] σε αφθονία χημικό στοιχείο στον πλανήτη μας (περίπου 28%, πάντα κατά μάζα), μετά από το [[οξυγόνο]] (Ο)<ref>Nave, R. Abundances of the Elements in the Earth's Crust, Georgia State University</ref>.

Το πυρίτιο και οι ενώσεις του έχουν πολλές [[βιομηχανία|βιομηχανικές]] χρήσεις. Το περισσότερο πυρίτιο χρησιμοποιείται εμπορικά χωρίς να διαχωριστεί και συχνά με λίγη επεξεργασία των ενώσεών του που λαμβάνονται από τη φύση. Αυτό περιλαμβάνει την απευθείας χρήση πυριτιούχων ενώσεων με τη μορφή [[Πηλός|πηλού]], [[άμμος|άμμου]] και [[πέτρωμα|πετρωμάτων]]. Τα πυριτικά άλατα χρησιμοποιούνται (συνήθως) για την παραγωγή [[τσιμέντο|τσιμέντου]]υ και [[στόκος|στόκου]], και όταν συνδυάζεται με άμμο και χαλίκια, παράγεται [[μπετόν]]. Πυριτικά άλατα παράγουν επίσης λευκά κεραμεικά, όπως η [[πορσελάνη]], και συνδυασμός άμμου, [[σ|σόδας]]όδας ή και [[α|ασβέστη]]σβέστη παράγει διάφορα παραδοσιακά είδη [[γυαλί|γυαλιού]]. Πιο σύγχρονες πυριτιούχες ενώσες, όπως το [[καρβίδιο του πυριτίου]] (SiC) παράγουν λειαντικά και υψηλής αντοχής [[Κεραμικό υλικό|κεραμικά]]. Ακόμη, το πυρίτιο είναι η βάση διαφόρων συνθετικών [[πολυμερές|πολυμερών]], όπως οι [[σιλικόνη|σιλικόνες]], που είναι μια τάξη πολυμερών που περιέχουν πυρίτιο, άνθρακα, οξυγόνο και υδρογόνο (με γενικό τύπο [R₂SiO]_n, όπου τα R δεν είναι αναγκαστικά τα ίδια και είναι μονοσθενής [[οργανική ένωση|οργανική]] [[χημική ρίζα|ρίζα]] και όχι αποκλειστικά [[αλκάνια|αλκύλιο]]).

Το πυρίτιο είναι απαραίτητο στοιχείο στη [[βιολογία]], αν και φαίνεται ότι, ειδικά για τα περισσότερα [[ζώα]] αποτελεί, απλά [[ιχνοστοιχείο]]<ref>{{cite journal|doi = 10.1146/annurev.nu.04.070184.000321|pages =21–41|journal = Annual Review of Nutrition|volume = 4|year = 1984|title = Ultratrace Elements in Nutrition|first = Forrest H.|last = Nielsen|pmid = 6087860|last1 = Nielsen|first1 = FH}}</ref>. Ωστόσο, αρκετά είδη θαλάσσιων [[σπόγγος|σπόγγων]], καθώς και [[μικροοργανισμός|μικροοργανισμών]], όπως τα [[διάτομα]] και τα [[ακτινόζωα]] χρησιμοποιούν σκελετικές δομές που περιέχουν πυρίτιο. Ακόμη, το πυρίτιο συχνά αποτελεί συστατικό των [[φυτά|φυτικών]] [[ιστός (βιολογία)|ιστών]], όπως στο φλοιό και στο [[ξύλο]] (δηλαδή στον ξυλώδη ιστό) του ''[[Chrysobalanaceae|]]''Chrysobalanaceae'']] και τα πυριτιούχα [[κύτταρο|κύτταρα]] και τα πυριτιούχα τριχώματα του ''[[Cannabis sativa|]]''Cannabis sativa'']]'', του [[Equisetum]]'' και πολλών άλλων ποωδών φυτών<ref>Cutter, Elizabeth G. (1978). ''Plant Anatomy. Part 1 Cells and Tissues'' (2 ed.). London: Edward Arnold. ISBN 0 7131 2639 6.</ref>.

</ref>. [[ηλεκτρόλυση|Ηλεκτρόλυσε]] μη καθαρό μικτό [[χλώριο|χλωρίδιο]] [[νάτριο|νατρίου]] και [[αργίλιο|αργιλίου]], που περιείχε περίπου 10% πυρίτιο. Έτσι ήταν ικανός να λάβει ελαφρώς μη καθαρή (την κρυσταλλική) [[αλλότροπα|αλλομορφή]] του πυριτίου το 1854<ref>Silicon: History. Nautilus.fis.uc.pt. Retrieved on 2011-08-07.</ref>. Αργότερα αναπτύχθηκαν πιο αποτελεσματικές οικονομικά μέθοδοι για την απομόνωση πυριτίου σε αρκετές αλλομορφές του, με πιο πρόσφαττα παραχθείσα αλλομορφή το [[σιλικένιο]].

Η [[Σίλικον Βάλλεϋ]] (''Silicon Valley'', [[κοιλάδα|Κοιλάδα]] Πυριτίου) φέρει το όνομα του πυριτίου από τότε το στοχείο αυτό έγινε η βάση των [[τεχνολογία|τεχνολογιών]] [[ηλεκτρονικός υπολογιστής|ηλεκτρονικών υπολογιστών]] και των συγγενών [[βιομηχανία|βιομηχανιών]]. Άλλες [[γεωγραφία|γεωγραφικές]] τοποθεσίες που έχουν διασυνδέσεις με τις βιομηχανίες αυτές έχουν επίσης ως «συστατικό» της ονομασίας τους τη λέξη ''silicon''. Σχετικά παραδείγματα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα τοπωνύμια: [[Σίλικον Φόρεστ]] (''Silicon Forest'', [[Δάσος]] Πυριτίου) στο [[Όρεγκον]], [[Σίλικον Χιλς]] (''Silicon Hills'', [[λόφος|Λόφοι]] Πυριτίου) στο [[Ώστιν (Τέξας)|Ώστιν]] του [[Τέξας]], [[Σίλικον Σάξονυ]] (''Silicon Saxony'', [[Σαξωνία]] Πυριτίου) στη [[Γερμανία]], [[Σίλικον Βάλλεϋ (Ινδίας)|Σίλικον Βάλλεϋ]] στην [[Ινδία]], [[Σίλικον Μπόρντερ]] (''Silicon Border'', [[σύνορα|Σύνορο]] Πυριτίου) στο [[Μεξικό]], [[Σίλικον Φεν]] (''Silicon Fen'', [[Βάλτος]] Πυριτίου) στο [[Κέιμπριτζ]] της [[Αγγλία|Αγγλίας]]ς, [[Σίλικον Ραουνταμπάουτ]] (''Silicon Roundabout'', Κυκλικός κόμβος Πυριτίου) στο [[Λονδίνο]], [[Σίλικον Γκλεν]] (''Silicon Glen'', [[Λαγκάδι]] Πυριτίου) της Σκωτίας και [[Σίλικον Γκορτζ]] (''Silicon Gorge'', [[Φαράγγι]] Πυριτίου) στο [[Μπρίστολ]] της Αγγλίας.

Το πυρίτιο αποτελεί το 7^ο πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο [[Σύμπαν]]<ref>[http://education.jlab.org/itselemental/ele014.html Jefferson Lab]</ref>, καθώς και το 27,7%, κατά [[μάζα]], του φλοιού της [[Γη|Γης]]ς και είναι το δεύτερο (2^ο) χημικό στοιχείο σε αφθονία στο φλοιό αυτό. Μόνο το οξυγόνο έχει μεγαλύτερη αφθονία<ref>Geological Survey (U.S.) (1975). ''Geological Survey professional paper''.</ref>. Το πυρίτιο συνήθως βρίσκεται σε μορφή σύνθετων πυριτιούχων [[ορυκτό|ορυκτών]], και λιγότερο συχνά με τη μορφή του [[διοξείδιο του πυριτίου|διοξειδίου του πυριτίου]] (SiO₂), που είναι και το κύριο συστατικό της κοινής [[άμμος|άμμου]]. Οι κρύσταλλοι χημικά καθαρού (στοιχειακού) πυριτίου βρίσκονται πολύ σπάνια στη φύση.

Τα διάφορα πυριτιούχα ορυκτά περιέχουν πυρίτιο, οξυγόνο και δραστικά μέταλλα και συνιστούν περίπου το 90% της μάζας του φλοιού της Γης. Αυτό συμβαίνει χάρη στο δεδομένο ότι οι χαρακτηριστικές για το «εσωτερικό» [[ηλιακό σύστημα]] υψηλές θερμοκρασίες, συνδυάζουν γρήγορα χημικά το πυριτίο και το οξυγόνο, σχηματίζοντας δίκτυα στερεών ενώσεων πυριτίου και οξυγόνου με πολύ μικρή [[πτητικότητα]]. Εφόσον το οξυγόνο και το πυρίτιο είναι τα πιο συνηθισμένα μη αέρια και μη μεταλλικά χημικά στοιχεία στα συντρίμια σκόνης [[υπερκαινοφανής αστέρας|υπερκαινοφανούς αστέρα]], από τα οποία σχηματίστηκε ο [[πρωτοπλανητικός δίσκος]], κατά το σχηματισμό και την εξέλιξη του ηλιακού συστήματος, σχηματίστηκαν πολλά σύμπλοκα πυριτίου και οξυγόνου που συνενώθηκαν σε μεγαλύτερους πετρώδεις πλανητοειδείς, από τους οποίους σχηματίστηκαν τελικά οι «γήινοι» (εσωτερικοί) πλανήτες. Επίσης, η μήτρα των πυριτιούχων ορυκτών παγίδευσαν και δραστικά μέταλλα, όπως [[αργίλιο]] (Al), [[ασβέστιο]] (Ca), [[νάτριο]] (Na), [[κάλιο]] (K) και μαγνήσιο (Mg) ,αρκετά ώστε να οξειδωθούν. Ύστερα από την απώλεια αρκετών από τα πτητικά αέρια, καθώς επίσης και του [[άνθρακας|άνθρακα]] (C) και του [[θείο|θείου]]υ (S), μέσω αντιδράσεων με το [[υδρογόνο]] (H), το παραπάνω αναφερόμενο πυριτιούχο μίγμα σχημάτησε το περισσότερο μέρος από το φλοιό της Γης.

Τα κράματα αλουμινίου-πυριτίου, που ονομάζονται [[σιλουμίνα|σιλουμίνες]], χρησιμοποιούνται πολύ από τη βιομηχανία χυτών κραμάτων αλουμινίου, όπου το πυρίτιο είναι το σπουδαιότερο πρόσθετο για τη βελτίωση των ιδιοτήτων χύτευσης του αλουμινίου. Επειδή η χύτευση αλουμινίου χρησιμοποιείται ευρύτατα στην [[αυτοκίνητο|αυτοκινητοβιομηχανία]], η χρήση του πυριτίου στον τομέα αυτό είναι απλά η μεγαλύτερη βιομηχανική χρήση του, οπότε περίπου το 55% του «μεταλλουργικού βαθμού καθαρότητας» πυριτίου προστίθεται σε αλουμίνιο, ενώ το σιδηροπυρίτιο χρειάζεται πυρίτιο όχι μεγάλης καθαρότητας να προστεθεί σε χάλυβα<ref>Apelian, D. (2009) Aluminum Cast Alloys: Enabling Tools for Improved Performance. North American Die Casting Association, Wheeling, Illinois.</ref>.

Το στοιχειακό πυρίτιο, που δεν είναι κράμα με σημαντικές ποσότητες άλλων χημικών στοιχείων, συνήθως καθαρότητας πάνω από 95%, αναφέρεται συχνά ως «μεταλλικό πυρίτιο». Αποτελεί περίπου το 20% της παγκόσμιας παραγωγής πυριτίου, ενώ μόλις το 1-2% του συνολικού στοιχειακού πυριτίου καθαρίζεται σε υψηλότερους βαθμούς για χρήση του από τη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Το μεταλλουργικού βαθμού καθαρότητας πυρίτιο εμπορικά παράγεται με αντίδραση υψηλής καθαρότητας διοξειδίου του πυριτίου (SiO₂) με [[ξύλο]], [[ξυλάνθρακας|ξυλάνθρακα]] και [[γαιάνθρακας|γαιάνθρακα]] σε [[κλίβανος|κλίβανο]] με [[ηλεκτρικό τόξο]] που δημιουργείται μεταξύ [[ηλεκτρόδιο|ηλεκτροδίων]] άνθρακα. Σε θερμοκρασίες πάνω από 1.900&nbsp;°C, ο άνθρακας των παραπάνω αναφερόμενων υλικών και το πυρίτιο του διοξειδίου του πυριτίου, μετέχουν σε μια χημική αντίδραση της μορφής:

Στα τέλη της δεκαετίας του [[1950]] η αμερικανική χημική εταιρεία ''DuPont ''κατοχύρωσε ως [[ευρεσιτεχνία]] της μια μέθοδο παραγωγής πυριτίου καθαρότητας 99,99%, χρησιμοποιώντας μεταλλικό [[ψευδάργυρος|ψευδάργυρο]] (Zn) για την αναγωγή ατμών τετραχλωροπυρίτιου θερμοκρασίας 900&nbsp;°C σε υψηλής καθαρότητας στοιχειακό πυρίτιο. Αυτή η τεχνική, ωστόσο, είχε ορισμένα πρακτικά προβλήματα, όπως το ότι παρήγαγε ως παραπροϊόν [[χλωριούχος ψευδάργυρος|χλωριούχο ψευδάργυρο]] (ZnCl₂), που στερεοποιούνταν και έκλυνε τις γραμμές (παραγωγής). Έτσι, αυτή η ευρεσιτεχνία ''DuPont ''τελικά εγκαταλείφθηκε προς όφελος πιο έξυπνων διεργασιών<ref>Google.com - Patents Production of silicon - Publication number US2909411 A</ref>.

Η καλύτερα γνωστή τεχνική καθαρισμού πυριτίου είναι η αποκαλούμενη «διεργασία Siemens». Η τεχνική αυτή δεν χρειάζεται αναγωγικά μέσα, όπως ο ψευδάργυρος, καθώς αναπτύσσει κρυσταλλίτες υψηλής καθαρότητας πυριτίου απευθείας πάνω σε μια επιφάνεια καθαρού πυριτίου που προϋπάρχει σε μορφή ράβδων πυριτίου και λειτουργεί με θερμική αποσύνθεση ατμών τριχλωροσιλανίου που ρέει πάνω από τις επιφάνειες των ράβδων με θερμοκρασία 1.150&nbsp;°C. Μια συνηθισμένη ονομασία για αυτού του τύπου τεχνικής είναι η χημική απόθεση ατμών ('''''C'''hemical '''V'''apor '''D'''eposition, '''CVD''''') και παράγει υψηλής καθαρότητας πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, γνωστό και ως «πολυπυρίτιο». Ενώ η συμβατική διεργασία Siemens παράγει πολυπυρίτιο «ηλεκτρονικού βαθμού» καθαρότητας, τυπικά 9N–11N προσμείξεις, δηλαδή προσμείξεις σε επίπεδα μικρότερα του 1 [[Ppm (μονάδα μέτρησης)|ppb]], οι τροποποιημένες διεργασίες Siemens είναι μια αξιόπιστη διεργασία - οδός παραγωγής για πυρίτιο «ηλιακού βαθμού» καθαρότητας ('''''So'''lar '''G'''rade '''Sil'''icon, '''SoG-Si'''''), με 6N προσμείξεις, δηλαδή καθαρότητας 99,9999%, που απαιτεί τη δαπάνη λιγότερης ενέργειας<ref>Yasuda,

Η χρήση του πυριτίου σε [[ημιαγωγός|ημιαγωγικές]] συσκευές απαιτεί πολύ μεγαλύτερη καθαρότητα από το μεταλλουργικού βαθμού καθαρότητας πυρίτιο. Πολύ καθαρό πυρίτιο (>99,9%) μπορεί να παραχθεί από στερεό [[διοξείδιο του πυριτίου]] (SiO₂), ή άλλες πυριτιούχες ενώσεις, με [[ηλεκτρόλυση]] [[τήξη|τηγμένου]] [[άλας|άλατος]]<ref>Rao, Gopalakrishna M. (1980). "Electrowinning of Silicon from K₂SiF₆-Molten Fluoride Systems". ''Journal of the Electrochemical Society'' '''127''' (9): 1940. doi:10.1149/1.2130041.</ref><ref>De Mattei, Robert C. (1981). "Electrodeposition of Silicon at Temperatures above Its Melting Point". ''Journal of the Electrochemical Society'' '''128''' (8): 1712. doi:10.1149/1.2127716.</ref>. Αυτή η μέθοδος, που είναι γνωστή από το [[1854]]<ref>Deville, H. St. C. (1854). "Recherches sur les métaux, et en particulier sur l'aluminium et sur une nouvelle forme du silicium". ''Ann. Chim. Phys.'' '''43''': 31.</ref>,έχει τη δυναμική να παράξει απευθείας ηλιακού βαθμού καθαρότητας πυρίτιο, χωρίς καθόλου εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα και με πολύ μικρότερη κατανάλωση ενέργειας.

Σιλικόνη είναι η συνοπτική ονομασία πολυμερών ενώσεων από άτομα οξυγόνου και πυριτίου. Ο γενικός τους τύπος είναι –R1R2SiO-. Οι σιλικόνες παρουσιάζουν αξιοσημείωτη σταθερότητα κατά τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Χαρακτηρίζονται επίσης από αξιόλογη αντοχή στις μεταβολές των καιρικών συνθηκών. Οι σιλικόνες έχουν αποκτήσει μια τεράστια πρακτική και βιομηχανική σημασία σε πολλούς τομείς, όπως στον ηλεκτρονικό, υφαντικό, μηχανικό, οικοδομικό, στην παραγωγή βερνικιών, λιπαντικών και πλαστικών υλών. Παρόλο που μερικές οργανικές πυριτικές ενώσεις ήταν γνωστές από την αρχή του αιώνα μας, η πραγματική έρευνα που εφαρμόστηκε με την ανακάλυψη των σιλικονών ως πρακτικά χρήσιμων ουσιών οφείλεται σε δύο μεγάλες αμερικανικές βιομηχανίες, την [[Dow Corning]] και την [[General Electric]], που πραγματοποίησαν πρώτες τη βιομηχανική σύνθεση μιας εκτεταμένης σειράς σιλικονικών προϊόντων που εξαπλώθηκε ταχύτατα. Οι πρώτες συνθετικές σιλικόνες ήταν τα ελαιώδη ή σιλικονικά υγρά, ακολούθησαν τα λιπώδη, τα τυποποιημένα ελαιώδη και ύστερα τα ελαστικά, οι ρητίνες και τα συμπολυμερή.