14 Si 28.085

Кремний

Полуметалл Silicium твёрдое

[Ne] 3s² 3p² · 2 · 8 · 4

← Al Алюминий P Фосфор →

Второй по распространённости элемент коры и материал, на котором стоит вся цифровая цивилизация. Кремний — полупроводник, чью проводимость можно менять на десять порядков ничтожной примесью, и именно это свойство сделало возможным транзистор.

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 14
Атомная масса: 28.085 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ne] 3s² 3p²
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 4
Блок: p-блок
Группа: Подгруппа углерода
Период: 3
Электроотрицательность (Полинг): 1.9
Электроотрицательность (Аллен): 1.92
Атомный радиус: 111 pm
Ковалентный радиус: 111 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 210 pm
1-я энергия ионизации: 786.5 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 577.1 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 3 231.6 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 4 355.5 kJ/mol
5-я энергия ионизации: 16 091 kJ/mol
Сродство к электрону: 134.1 kJ/mol
Характерные степени окисления: +4
Степени окисления: -4, -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 2.329 g/cm³
Температура плавления: 1 687 K · 1 413.9 °C
Температура кипения: 3 538 K · 3 264.9 °C
Скорость звука: 8 433 m/s

Тепловые свойства

Теплота плавления: 50.21 kJ/mol
Теплота испарения: 383 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.705 J/(g·K)
Теплопроводность: 149 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: 130 GPa
Модуль сдвига: 51 GPa
Модуль объёмного сжатия: 100 GPa
Коэффициент Пуассона: 0.28
Твёрдость по Моосу: 6.5
Твёрдость по Бринеллю: нет данных

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 6.4·10⁸ nΩ·m
Магнитный тип: диамагнетик
Точка Кюри: нет данных
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: нет данных

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: кубическая алмазная
Параметры решётки: a = 543.09 pm

Распространённость

В земной коре: 282 000 mg/kg
В океане: 2.2 mg/L
Во Вселенной: 700 000 mg/kg
В теле человека: 260 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
²⁸Si	92.223 %	стабилен	—
²⁹Si	4.685 %	стабилен	—
³⁰Si	3.092 %	стабилен	—

Кремний-28 настолько важен для метрологии, что сферу из почти чистого ²⁸Si использовали при переопределении килограмма через число Авогадро.

Открытие

Год открытия: 1823
Кто открыл: Йёнс Якоб Берцелиус
Где: Швеция
Происхождение названия: от латинского «silex» — кремень

История

Берцелиус получил аморфный кремний в 1823 году, восстанавливая фторид калием. Кристаллический кремний научились выращивать только в 1950-е, когда метод Чохральского дал монокристаллы нужной чистоты.

Где встречается

28 % массы коры. Практически весь земной кремний связан с кислородом: кварц, полевые шпаты, глины, песок — всё это силикаты.

Как получают

Углетермическим восстановлением кварца в дуговой печи даёт технический кремний; далее через трихлорсилан и процесс Сименса получают поликремний чистотой 99,9999999 %.

Роль в живой природе

Диатомовые водоросли строят из кремнезёма свои панцири, а хвощи и злаки укрепляют им ткани. Для человека роль кремния обсуждается: он присутствует в соединительной ткани, но необходимость не доказана.

Безопасность

Сам кремний нетоксичен. Опасна кристаллическая кремнезёмная пыль: длительное вдыхание вызывает силикоз — одно из старейших профессиональных заболеваний.

Применение

Микросхемы и солнечные элементы — подложка практически всей электроники
Кремнистая сталь для трансформаторов и электродвигателей
Силиконы: герметики, смазки, медицинские импланты
Кварцевое стекло и оптическое волокно
Ферросилиций как раскислитель в металлургии

Любопытные факты

Кремниевая долина названа не в честь долины, а в честь материала подложек.
Монокристалл кремния для микросхем — один из самых чистых материалов, созданных человеком: не более одного постороннего атома на миллиард.
Песок, стекло, бетон и компьютерный процессор состоят из одного и того же элемента.
Кремний, как и углерод, четырёхвалентен, но связи Si–Si слишком слабы для длинных цепей — поэтому кремниевой жизни, вероятно, не существует.