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Silicium ( Si )

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Allgemeine Beschreibung  

1824 in Stockholm von J.J. Berzelius entdeckt.

Nach Kohlenstoff ist Silicium das häufigste Element auf der Erde (277.000 ppm). Es tritt im allgemeinen als Silikat auf. Silikate sind in vielen Fels-, Lehm- und Erdarten enthalten. Silicium wird durch Reduktion von Kieselerde (Sand SiO2) mit Kohlenstoff gewonnen. Anwendungen, die Silicium von großer Reinheit erfordern (z.B. Halbleitergeräte), wird das Element im Zonenschmelzverfahren noch weiter gereinigt. Die dabei erreichte Reinheit ist höher als 1:109.

Silicium kommt in zwei allotropen Formen vor: Braunes Silicium ist ein Pulver, während kristallines (metallisches) Silicium grau ist. Letzteres wird häufiger benutzt. In großer Menge auftretendes Silicium reagiert nicht mit Sauerstoff, Wasser oder Säuren (außer Flußsäure), ist jedoch in heißen, alkalischen Substanzen löslich.

Silicium wird in vielen industriellen Bereichen verwendet. Aufgrund seiner Halbleitereigenschaften wird extrem hochreines Silicium, z.B. in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Darüber hinaus wird es als Legierungszusatz bei der Herstellung bestimmter Legierungen verwendet, wie z.B. Ferrosilicium, einer Legierung von Eisen und Silicium, über die Silicium Stahl und Gußeisen zugesetzt wird. Silicium wird außerdem bei der Glasherstellung verwendet.

   

Atomische Eigenschaften

Atomgewicht ( amu ) 28,0855
Atomradius - Goldschmidt ( nm ) 0,117
Elektronenstruktur Ne 3s2 3p2
Ionisationspotential Nr. eV
1 8.15
2 16.3
3 33.5
4 45.1
5 167
6 205
Kristallstruktur Diamant
Natürliche Isotopenverteilung Massenzahl %
28 92.23
29 4.67
30 3.10
Ordnungszahl 14
Photoelektrische Austrittsarbeit ( eV ) 4,2
Thermischer Neutronenabsorptionsquerschnitt ( Barns ) 0,16
angegebene Valenzen 4

Elektrische Eigenschaften

Elektrischer Widerstand bei 20C ( µOhmcm ) 23 x 101O
Therm. EMK gegenüber Pt (kalt 0C warm 100C) ( mV ) -41,56

Mechanische Eigenschaften

Materialzustand polykristallin
E-modul im Zugversuch ( GPa ) 113
Härte - Mohs 7,0
Kompressionsmodul ( GPa ) 100
Poissonsche Konstante 0,42

Physikalische Eigenschaften

Dichte bei 20C ( g cm-3 ) 2,34
Schmelzpunkt ( C ) 1410
Siedepunkt ( C ) 2355

Thermische Eigenschaften

Latente Schmelzwärme ( J g-1 ) 1650
Latente Verdampfungswärme ( J g-1 ) 13700
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient bei 0-100C ( x10-6 K-1 ) 4,7-7,6
Spezifische Wärme bei 25C ( J K-1 kg-1 ) 703
Wärmeleitfähigkeit bei 0-100C ( W m-1 K-1 ) 80-150

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