Saf Kum Silika Mineralinden Mi Oluşur

Silisyum Elementi Nedir?

Silisyum kelimesi, Latince “çakmaktaşı” anlamındaki “silex” veya “silis” sözcüklerinden türetilen bir kelimedir. Silisyumun İngilizce’deki karşılığı “silicon” kelimesidir. Bu yüzden yaygın olarak silikon olarak da ifade edilmektedir.

Silisyum elementi yer kabuğunun %25’ini meydana getiren ve dünyada oksijenden sonra en bol bulunan bir elemandır.  Hayvan iskeletlerinde, bitki dokularında, denizlerde yaşayan diatomların hücrelerinin duvar yapılılarında da bulunur. Yıldızlar ve meteorlarda yüksek oranda silisyum bulunur. Doğada genellikle oksijenle bileşik yaparak oluşturduğu, silis ya da kuvars olarak bilinen silisyum dioksit (SiO₂) biçiminde görülür.

Yerkabuğundaki silisyumun çoğu kuvars ve kumlardaki silisyum dioksit olarak bulunur. Ayrıca 64 farklı elementin bileşiğinde silisyum vardır. En önemli bileşiği olan silisin tabiatta bulunan kristalli şekline kuvars denir.

Silisyum; Periyodik çizelgenin IV A grubunda yer alan ametal bir elementtir. Simgesi Si, atom sayısı 14, atom ağırlığı 28,06, yoğunluğu 2,34’tür. °’de erir. Silisyum kurşuni renktedir.

Silisyumun başka bir bileşiği olan karborundum elmas sertliğinde bir maddedir. Mozaik silme ve parlatma işlerinde kullanılır. Silisyum ve karbon bileşiğidir.

Silisyumun hidrojenli bileşiklerine silanlar denir. Bunlar mono, di, tri islanlar olmak üzere ayrılırlar ve gaz halinde bulunurlar. Silisyumun organik bileşiklere benzer bileşikleri de vardır. Bunlardan biri silisyum kloroformdur.

Silisyumun zamanımızda önem kazanan bir başka bileşiği silikonlardır. Bunlar yarı katı ve vazelin kıvamındadırlar. Yağ özellikleri ve yanmamaları dolayısıyla yüksek kaliteli makine yağı olarak kullanılırlar.

Silisyumun Tarihçesi

Silisyum insanlık tarihinde ilk olarak çakmaktaşı formunda kullanılmıştır. Eski medeniyetlerde kaya kristali gibi silika formları da kullanılmıştır. Silisyumun doğadaki bolluğu da kimya ilimi ile uğraşan bilim adamlarının her zaman ilgisini çekmiştir.

Silisyumla ilgili ilk bilimsel çalışmalar yılında yapıldı. Joseph Gay Lussac ve Louis Jacques Thenard, silisyum tetraklorürü potasyum metaliyle tepkimeye sokarak çok saf olmayan silisyum elde etmeyi başardı.

yılında potasyum fluorosilikatı ısıtarak saf silisyum tuzu elde eden İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius, silisyumun kaşifi olarak kabul edilmektedir. Daha sonra ’te Fransız kimyacı Henri-Etienne Deville ilk kez kristal silisyum üretti ve bu element ’da çelik endüstrisinde temel alaşım maddesi olarak kullanılmaya başlandı.

Silisyumun Fiziksel Özellikleri Nelerdir?

Ultra saf hali mavi-gri metalik bir renkte parlak ve katıdır. Amorf formu, kahverengi toz şeklindedir. Kristal formu ise metalik parlak, grimsi bir renge sahiptir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri bakımından karbonla benzerlikler gösteren silisyum, doğada serbest olarak bulunmaz.

Yüksek sıcaklıklarda çalışma koşullarına çok dayanıklı bir elementtir. Elektriği iletme özelliği zayıf (az) olup ısınınca az genleşir.

Silikon karbid (SiC) bileşiği, bilinen en sert maddelerden biridir.

Silisyumun Kimyasal Özellikleri Nelerdir?

Periyodik tablodaki simgesi “Si” olan silisyum peryodik tabloda Grup IV A da yer alır. Atom numarası 14 atom ağırlığı 28, olup, kristal heykelden siyahtan geriye değişen renge sahip kırılgan sert bir yapıdadır. Yoğunluğu 2,33 g/cm3 ve Mohs skalasına göre 7 sertliktedir. Silisyum C erir ve C de kaynar. Metal ve ametal arası metaloid bir elementtir.

Silisyumun en önemli özelliği yarı iletken olmasıdır. Yarı iletkenler, iletkenlikleri yalıtkanla iletken arasında olan maddelerdir. Elektrik devrelerinde silisyumun yarı iletkenliğinden çok yararlanılır.

Çok sert bir elementtir, kristal yapısı elması andırır. Oda sıcaklığında kararlı ve inerttir. Isıtılınca giderek reaktiflesir. Çinko, gümüş, kurşun gibi madenlerde çözünür. Halojenlerle (Fluor ve iyot gibi) halojenür bileşiklerini verir. Magnezyum ve diğer metallerle silikatları oluşturur.

Şebeke yapısı elmasınkine benzer. Silisyum suda çözünmez hidroflorik asitten başka hiçbir asit etki etmez. Halojenlerle ve alkalilerle reaksiyona girer. Hidrojene ilgisi zayıftır. Oksijen ile C de, azot ile de C de reaksiyona girer.

Doğal silisyum, kararlı üç izotoptan oluşur. Bu izotoplar; Silisyum (% 92,22), Silisyum (% 4,6), Silisyum (% 3,1) şeklindedir. Çeşitli yapay radyoaktif izotopları ile birlikte toplam 24 izotopu bulunur. Oda sıcaklığında amorf ve kristal olarak iki allotropu vardır.

Kimyasal davranışlarda metallere benzer. Kırılgan, yarı iletken ve elektropozitiftir. Sıcaklığı arttıkça iletkenliği de artar (metallerde tam tersidir; sıcaklık arttıkça iletkenlik düşer).

Toksik değildir, ancak asbest gibi kanserojen bazı silikatlar bulunur. Birçok bileşik ve alaşımda yer alabilir. 60 farklı silikatta silisyum vardır. Gümüş, çinko ve kurşun gibi metallerle çözünür.

Silisyum Nasıl Keşfedilir?

Oksijenden sonra doğada en bol bulunan ikinci elementtir. Evrende en bol bulunan elementler arasında yedinci sıradadır. Yerkabuğu, yüzde 27,7 oranında silisyum içerir. Genellikle saf olarak bulunmaz. Doğada genellikle silis veya silikatlar halinde bulunur. Ağırlıklı olarak silisyum dioksitle bağlantılı olarak oluşumları vardır.

Bazı kumlar, kaya kristalleri, ametist taşı, akik, çakmaktaşı ve opal gibi birçok taş silisyum içerir. Bazı önemli silikat formları; asbest, granit, feldispat ve mika gibi maddelerdir. Granit gibi kompleks kayalar, beyaz kumlar silisyum içerir. Silisyum oksit, kumun en yaygın bileşenidir. Silisyum dioksit (SiO2), silisyumun çakmaktaşı formudur ve doğada en yaygın bulunan bileşiğidir. Silis veya kuvars, kristalize olmamış silisyumdan oluşur. Opal taşı, su molekülleri ile bağlanmış bir silis biçimidir.

Saf olarak silisyum eldesi, silisyum oksidin kok kömürü (grafit) ile elektrikli fırında indirgenmesi sonucunda gerçekleşir. Tepkime için gerekenden fazla karbon kullanılırsa silisyum karbür (SiC) oluşur.

Silisyum Nerelerde Kullanılır?

Silisyum ya da silikon, kullanım alanı en geniş olan elementlerden biridir.  Günümüzde silisyum en çok kullanıldığı alan mikroelektronik endüstrisi ve güneş hücresi endüstrisi diyebiliriz.

• Güneş hücreleri (güneş hücreleri birleştirilerek fotovoltaik panelleri oluştururlar), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir. Bu yarıiletken güneş hücrelerinin %98&#;i silisyumdur.

• Aşırı saf silisyum, bor, galyum, fosfor ya da arsenik ile güçlendirildiğinde; transistörler, güneş gözeleri ve doğrultucular gibi, elektronik endüstrisinde büyük önem taşıyan aygıtların yapımında kullanılan silikon karışımları elde edilir. Elektronik mikroçiplerin yapımında yarıiletken olarak kullanılır.

• Silisyumun kullanıldığı bazı ürünleri şöyle sıralayabiliriz; saç kremleri, seramik, tuğla, emaye, çimento, zımpara, lazerler, transistörler, güneş piller, bilgisayar yongaları, makine yağları, cilalar, tıbbi implantlar, diyotlar, bellekler, kauçuk, contalar, yalıtkan malzemeler, deterjan, ev kimyasalları, kremler…

• Harika mekanik, optik, termal ve elektriksel özellikler taşıyan en ucuz madde olan kum halindeki silika, camın da esas bileşenidir. Cam yapımında kullanılan kumlar, silisyum bileşiği olan kuvarstır.
  
• Kumların camlarda kullanılmasının sebebi silisyum içeriğidir. Silis olarak da bilinen kuvars, normal koşullar altında kimyasal etkinliği düşük ve zehirsiz olmasına karşın, atmosferde yoğun bir duman tabakası olarak bulunması halk sağlığı için tehlikelidir. Kuvarsın çıkartılmasında ya da sonraki işlemlerinde çalışanlar da kuvars gazının solunmasının silikosis adlı bir hastalığa yol açtığı bilinmektedir.

• Bilgisayarlarda ve mikroelektronik parçalarda yarı iletken olarak kullanımı yaygındır. Bilgisayarlar ve entegre devreler silisyum teknolojisi üzerinde inşa edilir. Kaliforniya’daki ünlü teknoloji merkezi Silikon Vadisi, adını, bilgisayar çiplerinde kullanılan silisyumdan almaktadır.

• Elementer silisyum, kumun bir elektrikli fırında indirgenmesiyle ticari olarak üretimi gerçekleştirilir. Elektronik endüstrisi için bazı kristalleştirme yöntemleri uygulanarak yüksek saflıkta silisyum üretilir. Elektronik cihazlarda kullanılan silisyumun kabul edilebilir saflık değeri %99,99 oranında olmalıdır. Silisyumun elektronik cihazlarda elektriksel özelliklerini koruması için bor, galyum, fosfor ve arsenik gibi maddeler kullanılır.

• Silisyum, çelik, pirinç, bronz gibi metallerle alaşımları birçok ürünün hammaddesidir. Çelik alaşımı, aside dayanıklı kapların imalinde kullanılır.

• Alüminyum ve demir alaşımları dinamolar, transformatör plakaları, motor gövdeleri, motor silindir başları, takım tezgâhlarında dayanıklı malzeme olarak kullanılır.

• Sodyum silikat, “su camı” olarak bilinir ve sabunlar ve yapıştırıcılarda koruyucu maddedir.

• Silisyum-oksijen polimerleri, sızdırmazlık malzemesi olan silikon yapmakta kullanılır. Silikonlar, sıvı, reçine ve elastomer olarak üretilir. Silikon; banyolar, boru eklemleri, çatılar, pencereler ve kapılar gibi birçok bölgede önemli bir sızdırmazlık maddesidir.

• Isıya dayanıklı ve kimyasal etkinliği olmayan silikon kabuğundan hastane gereçlerinde yararlanılır. Göğüs implantı gibi tıbbi implantlarda kullanılan silikon, silisyumun önemli bir bileşenidir.

• Silisyumla ilgili son yıllarda yapılan çalışmalarda özellikle nörolojik rahatsızlıklarda kullanılabileceğini ortaya koydu. Silisyum bileşenlerinden oluşan bir çip ile beyin hücreleri arasında bağlantı kurmaya çalışan araştırmacılar, beyin hücrelerinden gelen elektrik sinyallerin çipe iletilebileceğini veya çipteki sinyallerin beyin hücrelerine iletilebileceğini tespit etti. Bu da nörolojik rahatsızlıkların tedavisinde bu silisyum bileşeni çiplerin kullanılabileceği umudunu ortaya çıkardı.

Silisyum Nerelerde Bulunur?

En fazla silisyum üreten ülkeler Çin, Rusya, ABD, Norveç, Fransa ve Brezilya’dır. Silisyumun önemli bir bileşiği olan kuvars kumlarının Türkiye’deki rezervi milyon ton civarındadır.