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 (αριθμός)|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 τετρασθενέςστιβάδα 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, τόσο στη διαστρική σκόνη, όσο και 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]]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]]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, [[σόδα]]ς ή και [[ασβέστης|ασβέστη]] 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 ίδιο το στοιχειακό πυρίτιο έχει επίσης τεράστια σημασία για τη σύγχρονη παγκόσμια [[οικονομία]]. Το περισσότερο στοιχειακό πυρίτιο χρησιμοποιείται στην κατεργασία του [[χάλυβας|χάλυβα]], στη «βαφή» [[αλουμίνιο|αλουμινίου]] και σημαντικές χημικές βιομηχανίες χρησιμοποιούν χημικά πολύ καθαρό πυρίτιο για την παραγωγή [[ημιαγωγός|ημιαγωγών]] για [[ηλεκτρονική|ηλεκτρονικές]] συσκευές. Το πυρίτιο είναι κύριο συστατικό των περισσότερων [[ημιαγωγός|ημιαγωγικών]] συστημάτων. Οι [[Ημιαγωγός|ημιαγωγικές]] ιδιότητες των ημιαγωγών πυριτίου παραμένουν σε υψηλότερες [[θερμοκρασία|θερμοκρασίες]] σε σύγκριση με των αντίστοιχων του [[γερμάνιο|γερμανίου]]. Ακόμη, το φυσικό του οξείδιο (SiO₂) είναι πιο εύχρηστο και έτσι σχηματίζεται καλύτερο ζεύγος ημιαγωγών - διηλεκτρικών, σε σχέση με κάθε άλλο γνωστό υλικό. Το ποσοστό του εμπορικά αξιοποιούμενου πυριτίου που χρησιμοποιείται σε τέτοιες εφαρμογές είναι σχετικά μικρό (< 10%), αλλά ίσως είναι το πλέον κρίσιμο για τη σύγχρονη οικονομία. Κι αυτό γιατί αποτελεί τη βάση των [[ολοκληρωμένο κύκλωμα|ολοκληρωμένων κυκλωμάτων]] και ιδιαίτερα των [[μικροτσίπ]], που αποτελούν, με τη σειρά τους, τη βάση των [[ηλεκτρονικός υπολογιστής|ηλεκτρονικών υπολογιστών]], σε όλες τους τις μορφές, που απαιτεί σε μεγάλο βαθμό η σύγχρονη [[τεχνολογία]] και ο σύγχρονος τρόπος ζωής, γενικότερα.

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]]'' και τα πυριτιούχα [[κύτταρο|κύτταρα]] και τα πυριτιούχα τριχώματα του ''[[Cannabis sativa]]'''',''''' του '''''[[Equisetum]]''''' και πολλών άλλων [[Αγρωστώδη|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>.'''

process." – from page 218 of: Lavoisier with Robert Kerr, trans., ''Elements of Chemistry'', … , 4th ed. (Edinburgh, Scotland: William Creech, 1799). (The original passage appears in: Lavoisier, ''Traité Élémentaire de Chimie'', (Paris, France: Cuchet, 1789), vol. 1, page 174.)</ref>. Ύστερα από μια απόπειρα να απομονώσει το πυρίτιο (στη στοιχειακή του μορφή) το [[1803]], ο [[Σερ Χάμφρυ Ντέιβυ]] (''Sir Humphry Davy'') πρότεινε την ονομασία «''silicium''» για το πυρίτιο, από το [[λατινική γλώσσα|λατινικό πρόθεμα]] «''silex''», που προέρχεται με τη σειρά του από τη λατινική λέξη «''silicis''», που στα ελληνικά σημαίνει [[πυρόλιθος]], και την κατάληξη «''-ium''», που χρησιμοποιούνταν (τότε τουλάχιστον) για τα χημικά στοιχεία που θεωρούνταν ότι είναι [[Μέταλλο|μέταλλα]]<ref>Davy, Humphry (1808) "Electro

and glucium [beryllium]."</ref>. Οι [[Τζόζεφ-Λουΐς Γκέυ-Λουσσάκ]] (''Joseph Louis Gay-Lussac'') και [[Λουΐς Ζακ Θέναρντ]] '''''('''Louis Jacques Thénard'') θεωρείται ότι παρήγαγαν χημικά μη καθαρό άμορφο πυρίτιο, θερμαίνοντας πρόσφατα απομονωμένο μεταλλικό [[κάλιο]] (K) μαζί με [[τετραφθοριούχο πυρίτιο]] (SiF₄), αλλά δεν το καθάρησανκαθάρισαν, δεν το χαρακτήρησαν, ούτε το ταυτοποίησαν ως ένα νέο (για τότε) χημικό στοιχείο<ref>Gay-Lussac and Thenard, ''Recherches physico-chimiques'' … (Paris, France: Deterville, 1811), vol. 1, pages 313–314 ; vol. 2, page 55–65.</ref>. Η σημερινή αγγλόφωνη ονομασία του πυριτίου, δηλαδή «''silicon''», δώθηκε στο (νέο τότε χημικό στοιχείο) πυρίτιο το [[1817]], από το [[Σκωτία|Σκώτο]] χημικό [[Τόμας Τόμσον]] (''Thomas Thomson''). Αυτή η ονομασία προήλθε από την ονομασία που έδωσε (στο στοιχείο) ο Σερ Χάμφρυ Ντέιβυ , αλλά ο Τόμας Τόμσον αντικατέστησε την κατάληξη «''-ium''» με την κατάληξη «''-on''», για να ταιριάζει με τις καταλήξεις των [[αμέταλλα|αμετάλλων]] χημικών στοιχείων [[βόριο]] (B, ''boron'') και [[άνθρακας|άνθρακα]] (C, ''carbon'')<ref>Thomas Thomson, ''A System of Chemistry in Four Volumes'', 5th ed. (London, England: Baldwin, Cradock, and Joy, 1817), vol. 1. From page 252: "The base of silica has been usually considered as a metal, and called ''silicium''.

class it along with these bodies, and to give it the name of ''silicon''."</ref>. To [[1823]] o [[Γιονς Γιάκομπ Μπερζέλιους]] (''Jöns Jakob Berzelius'') παρήγαγε άμορφο πυρίτιο χρησιμοποιώντας περίπου την ίδια μέθοδο με τους Τζόζεφ-Λουΐς Γκέυ-Λουσσάκ και Λουΐς Ζακ Θέναρντ, δηλαδή επίσης με μεταλλικό κάλιο, αλλά καιχρησιμοποίησε φθοροπυριτικό κάλιο (K₂SiF₆), ως πηγή πυριτίου. Επιπλέον καθάρησε το προϊόν που έλαβε με επανηλημένες εκπλύσεις<ref><br>

</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 πρόσφατταπρόσφατα παραχθείσα αλλομορφή το [[σιλικένιο]].

Το [[σιδηροπυρίτιο]] είναι ένα [[κράμα]] σιδήρου και πυριτίου που περιέχουπεριέχει διάφορες αναλογίες στοιχειακού πυριτίου και σιδήρου, και το οποίο αριθμεί περίπου το 80% της παγκόσμιας παραγωγής στοιχειακόύ πυριτίου,. με τηνΗ [[Κίνα]], που είναι η πρωτοπόρος προμηθευτής στοιχειακού πυριτίου, να παράγειπαράγοντας (ετησίως) περίπου 4,6 εκατομμύρια [[Τόνος (μονάδα μέτρησης)|τόνους]], δηλαδή τα 2/3 της παγκόσμιας παραγωγής πυριτίου, στη μορφή αυτή του σιδηροπυριτίου. Ακολουθούν, σε παραγωγή πυριτίου, η [[Ρωσία]]''' '''με 610.000 τόνους, η [[Νορβηγία]] με 330.000 τόνους, η [[Βραζιλία]] με 240.000 και οι [[ΗΠΑ]] με 170.000 τόνους<ref>"Silicon Commodities Report 2011". USGS. Retrieved 2011-10-20.</ref>. Το σιδηροπυρίτιο χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία [[χάλυβας|χάλυβα]].

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 για το σιδηροπυρίτιο χρειάζεταιαρκεί πυρίτιο, που δεν έχει όχιυποστεί μεγάληςκανέναν καθαρότηταςκαθαρισμό, 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 καθαρότητας, 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:

Το υγροποιημένο πυρίτιο συλλέγεται στον πυθμένα του κλιβάνου, από όπου αφαιρείται και ψύχεται. Το πυρίτιο που παράγεται με τον παραπάνω τρόπο ονομάζεται, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, «μεταλλουργικού βαθμού καθαρότητας πυρίτιο», με καθαρότητα τουλάχιστον 98%. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο συμπαράγεται (ως παραπροϊόν) και [[καρβίδιο του πυριτίου}}]] (SiC), που επίσης σχηματίζεται με τις ακόλουθες αντιδράσεις:

[[File:Monokristalines Silizium für die Waferherstellung.jpg|thumb|Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο ανεπτυγμένο με τη διεργασία Czochralski|481x481εσ]]

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.

Το πυρίτιο απαντά σε δύο [[αλλοτροπικές μορφές]]: Μια άμορφη και μια κρυσταλλική. Το κρυσταλλικό πυρίτιο έχει μεταλλική λάμψη, είναι σκληρό και έχει σκούρο γκρι χρώμα. Είναι στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και δεν είναι ούτε ελατό ούτε όλκιμο. Είναι [[ημιαγωγός]] και την ιδιότητα αυτή διατηρεί ακόμη και σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Δεν είναι καλός αγωγός της θερμότητας.

Το καθαρό Πυρίτιο είναι στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και χρησιμοποιείται ευρέως στους [[ημιαγωγός|ημιαγωγούς]], καθώς παραμένει ημιαγωγός σε υψηλές θερμοκρασίες, σε αντίθεση με το [[Γερμάνιο]]γερμάνιο, και επειδή τα οξείδιά του υφίστανται επεξεργασία εύκολα σε κλίβανο και σχηματίζουν καλύτερες διεπιφάνειες ημιαγωγού/διηλεκτρικού από σχεδόν όλους τους άλλους συνδυασμούς στοιχείων.