Silicium
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Généralités | |||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nom, Symbole, Numéro | Silicium, Si, 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Série chimique | métalloïde | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Groupe, Période, Bloc | 14, 3, p | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Masse volumique | 2330 kg/m³ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureté Mohs | 6,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Couleur | Gris foncé Image manquante Si,14-thumb.jpg Image:Si,14-thumb.jpg | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriétés atomiques | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Masse atomique | 28,0855 u | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon atomique (calc.) | 110 (111) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon de covalence | 111 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon de van der Waals | 210 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuration électronique | [Ne] 3s2 3p2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre d'électrons par niveau d'énergie | 2, 8, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| États d'oxydation (oxyde) | 4 amphotère | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Structure cristalline | cubique face centrée | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriétés physiques | |||||||||||||||||||||||||||||||
| État de la matière | solide diamagnétique | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Température de fusion | 1687 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Température de vaporisation | 3173 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume molaire | 12,06 ×10-6 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Énergie de vaporisation | 384,22 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Énergie de fusion | 50,55 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Pression de vapeur à 1683 K | 4,77 Pa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Vélocité du son | ND | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Divers | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Électronégativité (Pauling) | 1,90 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Chaleur massique | 700 J/(kg.K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductivité électrique | 2,52 10-4S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductivité thermique | 148 W/(m.K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 1er potentiel d'ionisation | 786,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2e potentiel d'ionisation | 1577,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 3e Potentiel d'ionisation | 3231,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 4e potentiel d'ionisation | 4355,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 5e potentiel d'ionisation | 16091 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 6e potentiel d'ionisation | 19805 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 7e potentiel d'ionisation | 23780 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 8e potentiel d'ionisation | 29287 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 9e potentiel d'ionisation | 33878 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 10e potentiel d'ionisation | 38726 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotopes les plus stables | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |||||||||||||||||||||||||||||||
Le silicium est un élément chimique, de symbole Si et de numéro atomique 14.
C'est l'élément le plus abondant sur la Terre après l'oxygène (27,6%). Il n'existe pas à l'état libre mais sous forme de composés : sous forme de dioxyde silice dans le sable, le quartz, la cristoballite, etc) ou de silicates dans les feldspath, la kaolinite, etc).
Le nom dérive du latin silex, ce qui signifie pierre dure.
| Sommaire |
Caractéristiques
Les cristaux de silicium sont gris à noirs, en forme d'aiguille ou d'octaèdres (forme cubique). La phase amorphe est une poudre marron foncée.
Le silicium est un faible conducteur d'électricité. Il est quasiment insoluble dans l'eau. Il est attaqué par l'acide fluorhydrique ou un mélange acide fluorhydrique/acide nitrique en fonction de la phase.
Il existe trois isotopes naturels du silicium: 28Si (92,18%), 29Si(4,71%) et 30Si(3,12%). Il existe également de isotopes artificiels: 25Si, 26Si, 27Si, 31Si, 32Si.
Découverte
Le silicium était déjà connu dans l'Antiquité sous forme de silice (dioxyde de silicium). Elle a été considérée comme élément par les alchimistes puis les chimistes.
Du silicium a été isolé pour la première fois en 1823 par Jöns Jacob Berzelius. Ce n'est qu'en 1854 que Henry Sainte-Claire Deville obtient du silicium cristallin.
Utilisations
Semi-conducteur
Le silicium est un élément de très grande importance de nos jours. Ses propriétés de semi-conducteur ont permis la création de la deuxième génération de transistors, puis les circuits intégrés (les « puces »). C'est aujourd'hui encore l'un des éléments essentiels pour l'électronique, notamment grâce à la capacité technologique actuelle permettant d'obtenir du silicium pur à plus de 99,99999% (tirage Czochralski, zone fondue flottante).
La magie de la lithographie sur silicium : les productions commerciales courantes (2004) de circuit intégré réalisent la prouesse d'une finesse de gravure de 90 nm sur des plaques de 30 cm (un 33 tours pour ceux qui ont connu!). Ce qui permettrait de graver 300 millions de sillons (soit 10 millions de minutes, environ 20 ans).
Composés
- le carbure de silicium possède une structure cristalline analogue à celle du diamant ; sa dureté en est très proche. Il est utilisé comme abrasif ou sous forme céramique dans les outils d'usinage.
- le verre est fabriqué depuis des millénaires en faisant fondre du sable principalement composé de SiO2 avec du carbonate de calcium CaCO3 et du carbonate de sodium Na2CO3. Le verre peut être amélioré par différents additifs.
- le quartz forme de superbes cristaux, est utilisé comme matériau transparent, plus résistant à la chaleur que le verre (ampoule de lampes halogène). Il est également beaucoup plus difficile à fondre et à travailler.
- la silice est la forme pulvérulente du quartz, la silice a de nombreux usages. Récemment elle complète le carbone dans la fabrication des pneus économes en énergie.
- le silicate de calcium CaSiO3 est un des composants des ciments.
- silicones : ce polymère [(CH3)2SiO]n est utilisé dans des mastics pour joint, des graisses résistantes à l'eau ou conductrices de la chaleur.
- Une erreur fréquente de traduction de l'anglais où silicon signifie silicium, tandis que silicone correspond bien au silicone.
Dans la nature
Les diatomées qui extraient la silice pour former leurs membranes externe peuvent prendre des formes très complexes. En revanche, elles sont toujours caractéristiques de l'étendue d'eau dans laquelle elles ont été prélevées : deux échantillons de deux lacs différents seront forcément dissemblables l'un de l'autre.
Oligo-élément
L'organisme humain en contient entre 200 mg et 7g suivant les sources. Il potentialiserait l'action du Zinc (Zn) et du Cuivre (Cu) et permettrait la fixation du Calcium (Ca).
Les céréales et l'eau de boisson (donc la bière) apporte naturellement la quantité suffisante (25 mg par jour) pour satisfaire les besoins (environ 5mg/jour).
L'Afssa (Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments) n'a pas défini d'apports nutritionnels conseillés pour le silicium car ils sont largement couverts par l'alimentation.
L'hypothètique chimie du silicium
A la limite (actuellement) de la science-fiction et de la science tout court de multiples travaux visent à mettre en évidence une tout autre forme de vie, basée non pas sur le carbone comme sur notre vieille Terre, mais sur le silicium.
La position médiane actuelle semble être négative, le silicium ne participant que peu à des réactions biologiques mais servant plutôt de support (enveloppes, squelettes, gel, ...).