Le silicium est un élément chimique de symbole Si et de numéro atomique 14. C'est l'un des éléments les plus abondants dans la croûte terrestre, après l'oxygène.
C'est un matériau largement utilisé dans les panneaux photovoltaïques pour ses propriétés semi-conductrices. Ses propriétés physiques et chimiques sont très favorables pour favoriser l'effet dit photovoltaïque.
D'un point de vue biologique, dans certains cas, il a un rôle important et constitue le matériau de base pour la construction de la paroi cellulaire de diverses algues.
La respiration continue de poussière siliceuse provoque une grave maladie pulmonaire, la silicose, chez l'homme.
Silicium : propriétés physiques
Le silicium pur est un minéral élémentaire cristallin grisâtre avec un éclat métallique, très dur, cassant et des points de fusion et d'ébullition très élevés. De plus, c'est un semi-conducteur intrinsèque. La forme amorphe de l'élément se présente sous forme de poudres brunes électriquement conductrices qui peuvent être facilement fondues et vaporisées.
Densité atomique |
5 x 1028 m-3 |
Poids atomique |
28.09 |
Densité (ρ) |
2,328 g cm-3 2328 kg m-3 |
Écart de bande d'énergie (EG) |
1,1242 eV |
Point de fusion |
1415°C |
Conductivité thermique |
150 Wm- 1K- 1 |
Coefficient de dilatation thermique |
2,6 x 10-6 K-1 |
Densité effective d'états dans la bande de conduction (NC) |
3 x 1025 m-3 |
Densité effective d'états dans la bande de Valence (NV) |
1 x 1025 m-3 |
Permittivité relative (εr) |
11.7 |
Affinité électronique |
4,05 eV |
Silicium dans le tableau périodique
C'est un élément chimique de numéro atomique 14 et de symbole Si. Cet élément chimique appartient au groupe IV A du tableau périodique .
Concernant les propriétés chimiques, nous soulignons les points suivants :
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Il présente des différences très notables avec le carbone, premier élément du groupe IV A du tableau périodique.
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Contrairement au carbone, il a une électronégativité beaucoup plus faible.
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Il a une grande tendance à se combiner avec l'oxygène pour former des structures polymères ou discrètes très stables.
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Il est essentiellement non métallique
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Sa réactivité dépend principalement du degré de division.
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Il agit pratiquement exclusivement avec la valence 4 compte tenu de sa structure électronique.
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Ses composés sont essentiellement covalents.
D'où provient le silicium ?
Le silicium est, après l'oxygène, l'élément le plus abondant dans la croûte terrestre, dont il constitue 26% en poids.
Il est constitué d'un mélange de trois isotopes naturels stables, de masses 28 (92,21 %), 29 (4,70 %) et 30 (3,09 %), qui déterminent un poids atomique de 28,086. Cinq radio-isotopes artificiels de l'élément sont également connus, avec des masses allant de 25 à 32.
Cet élément chimique est largement diffusé dans la nature, et sa présence a été détectée dans le Soleil, dans les étoiles et dans les météorites.
Comment le silicium est-il obtenu ?
L'obtention du silicium se fait par différentes méthodes selon la destination de l'élément. La méthode commerciale la plus importante est la réduction de la silice avec du carbone dans un four électrique.
La préparation de silicium de haute pureté (99,7 %) est obtenue en transformant du silicium impur en tétrachlorure volatil (SiCl4), en le purifiant par distillation et en le réduisant ensuite avec du zinc.
En électronique, il est obtenu par purification zonale, pour éliminer le bore, l'aluminium, le phosphore, le gallium, l'arsenic, l'indium et l'antimoine. Par la suite, un monocristal est obtenu par la méthode de Czochralski. Cette méthode consiste à immerger un petit monocristal dans un bain de silicium liquide chauffé à température de fusion et à le retirer lentement pour faire croître le monocristal. Normalement, le dopage du monocristal est réalisé simultanément.
Utilisations et applications du silicium
La plupart du silicium est utilisé commercialement sans être séparé et souvent avec peu de traitement du silicium minéral.
Quelques autres exemples d'utilisations sont
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Il joue un rôle vital dans la fabrication de dispositifs électroniques à semi-conducteurs.
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Ces semi-conducteurs sont le matériau le plus utilisé pour la fabrication de cellules solaires. Les cellules au silicium sont à la base de l'énergie solaire. C'est l'élément principal des panneaux solaires et la conversion de l'énergie solaire en électricité.
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Les panneaux photovoltaïques peuvent être construits avec du silicium amorphe ou cristallin. L'efficacité des cellules solaires dépend de la configuration du silicium. En général, plus le rendement est élevé, plus le panneau solaire est cher.
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En métallurgie, il est utilisé pour préparer des aciers spéciaux et autres alliages et pour préparer divers composés.
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Le dioxyde de silicium a diverses applications industrielles, notamment son utilisation comme additif dans l'industrie alimentaire. Il apparaît sur la liste des additifs alimentaires comme E-551.
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Pour des usages médicaux, ce matériau possède de nombreuses propriétés qui le rendent idéal pour une utilisation dans le corps humain. Ce minéral est lié aussi à la santé osseuse.
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Le carbure de silicium combine des atomes de carbone et ceux du silicium, généralement utilisé comme matériau abrasif ou réfractaire. Il a une dureté Mohs de 9 et un point de fusion de 2 730 degrés Celsius. Il est également connu sous le nom de carborundum.
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Sous forme de composés (silicates, silice, silicones), il est utilisé de manière très générale.
Propriétés santé du silicium
Le silicium est l'un des oligo-éléments essentiels présents dans le corps humain dans le cadre du fonctionnement de l'organisme dans les muscles, la peau, les os, le cartilage, les tendons et autres tissus conjonctifs.
Ce minéral est lié aux douleurs articulaires, la déminéralisation osseuse, le système immunitaire, l'insuffisance rénale, le système nerveux, les vaisseaux sanguins.
Des professionnels de santé, l'incluant dans les aliments naturels riches en silicium. Des compléments alimentaires de silicium sont également fabriqués en solution buvable.
Une carence en de la quantité de silicium peut affecter la santé osseuse et la production de collagène car elle active l'enzyme qui synthétise le collagène, qui est une protéine vitale pour l'élasticité et aide à maintenir une bonne résistance des os et d'autres tissus.