Silício - Origem, utilização e texto didatíco

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INSTITUTO FEDERALGoiásCâmpus Luziânia
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS
CÂMPUS LUZIÂNIA
CURSO DE LINCENCIATURA EMQUÍMICA
TRABALHO DA DISCIPLINA QUÍMICA DOS ELEMENTOS
SILÍCIO
ROBSON BARBOSA SOUZA
LUZIÂNIA
2015
Sumário
1 ELEMENTO QUÍMICO 3
1.1 HISTÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 ABUNDÂNCIA, FORMAS DE OCORRÊNCIA E OBTENÇÃO . . . . . . 3
1.3 PRINCIPAIS COMPOSTOS NATURAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 USOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 ISÓTOPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.6 O ELEMENTO E OS DEMAIS ELEMENTOS DA MESMA FAMÍLIA . . 4
2 TEXTO DIDÁTICO 5
2.1 INFORMAÇÕES SOBRE A UTILIZAÇÃO DO TEXTO . . . . . . . . . . 5
2.2 TEXTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1 ELEMENTO QUÍMICO
1.1 HISTÓRICO
Em 1824, Jöns Jacob Berzelius, conseguiu isolar o Silício a partir de um processo de
aquecimento e separação. Esse processo iniciou a partir do aquecimento de Fluorsilicato
de potássio com potássio, o potássio serve como sementes que agregam o potássio
presente no Fluorsilicato facilitando a purificação do Silício, após foi utilizado água para
separar as substâncias dando origem a amostras, relativamente puras, de Silício(1, 2).
O Silício apresenta-se na natureza, principalmente, em forma de sílica, que nada
mais é que dióxido de Silício (SiO2). Historiadores acreditam que a sílica está presente
no cotidiano da humanidade a muito tempo, na forma de cristais. Isso porque há diver-
sos cristais, pontiagudos, de sílica encontrados em campos de escavação e acredita-se
que são resultado da incidência de descargas elétricas atmosféricas(raios) no solo.
O Silício é muito abundante na crosta terrestre. Além disso a sílica é muito uti-
lizada na produção de vidros, cimento, cerâmicas e componentes eletrônicos(3). O
aquecimento da sílica forma uma especie de massa que após passar pelo processo de
modelagem dá origem ao vidro. Vários compostos podem ser adicionadas a sílica
dando cor ao produto final, dentre eles óxidos de ferro, manganês ou cobalto.
Na eletrônica a sílica e purificada a fim de obter a versão hiper-pura do silício
que, no caso de processadores, são convertidos em discos que passam por processos
de foto-fixação, produzindo circuitos impressos que após um processo de remoção
da superfície, com o uso de ácidos, e recorte em peças menores, recebem os demais
componentes originando um processador funcional.
Graças a grande quantidade de empresas que se instalaram numa área do Estados
Unidos, esse região ficou conhecida como Vale do Silício e é, ou foi, o lar de diver-
sas empresas do ramo da tecnologia, detre elas, INTEL, AMD, DELL, APPLE, IBM,
KINGSTON, SONY, LG, SAMSUNG, etc(4).
1.2 ABUNDÂNCIA, FORMAS DE OCORRÊNCIA E OBTENÇÃO
O Silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, o primeiro é o
oxigênio, devido ao número de substâncias em que ele está presente(5). O Silício não é
encontrado em sua forma pura na natureza, apenas nas formas de compostos. Vários
materiais contém silício, dentre eles, areia, argila, quartzo, e outros tipos de cristais e
rochas.
Atualmente a obtenção de silício é realizada por meio da redução de silíca com
carbono em forno de arco voltaico(1). O forno de arco voltaico, também conhecido como
forno elétrico a arco, é um forno que utiliza a passagem alternada de corrente elétrica
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por meio de eletrodos, normalmente de grafite. Ele é capaz de aquecer substâncias a
aproximadamente 3000 C◦, sendo usado principalmente na industria siderúrgica(6).
Para uso na eletrônica o processo envolve a decomposição térmica do triclorosilano,
seguido de recristalização, dando origem a sua forma hiper-pura(1, 7).
1.3 PRINCIPAIS COMPOSTOS NATURAIS
Normalmente o Silício é encontrado na forma de minerais e óxidos, não se apresenta
em sua forma pura na natureza, também pode ser encontrado em minerais na forma
de cristais, como quartzo, ametista e sílica(8).
1.4 USOS
O silício pode ser utilizado em diversos ramos como, por exemplo, construção
cívil: cimento, cerâmicas, vidraças. Na indústria: produção de ligas métalicas, junto
com alumínio ou ferro. Na produção de selantes, utilizado em aquários, janelas, box.
Na produção de dissecante, utilizado na preservação de produtos que se degradam
na presença de umidade. Na eletrônica: produção de circuitos integrados, que são
utilizados na produção de computadores, televisores, máquinas de lavar, dvd, ou seja,
praticamente qualquer produto eletrônico contém Silício(1, 2, 7–9).
1.5 ISÓTOPOS
Os isótopos do Silício vão do 28Si ao 30Si sendo que suas proporções de ocorrência,
respectivamente, são: 92.23%, 4.67% e 3.10%. Seus isótopos não possuem um uso
expecifíco sendo utilizado da mesma forma que o 28Si(9).
1.6 O ELEMENTO E OS DEMAIS ELEMENTOS DA MESMA FA-
MÍLIA
O Si, e demais membros do grupo 14, possuem configuração de valência igual a ns2
np2, onde n é a camada. Quanto as características dos elementos, eles se classificam
em não metais: Carbono e Silício. Metalóide: Germânio. E metais: Estanho e Chumbo.
Entre o Si e os demais elementos do grupo a classificação de abundância segue a
seguinte ordem: Si, C, Sn, Pb, Ge(3).
O Carbono pode ser encontrado em minérios, por exemplo, carvão, petróleo, etc. E
em formas quase puras como: diamante e grafite. O Silício apresenta-se na composição
de rochas, quartzo, areia, sílica, entre outros. O Germânio e Estanho podem ser en-
contrados na forma de óxidos, GeO2 e SnO2, respectivamente. Finalmente o Chumbo
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apresenta-se na natureza como minérios sulfetos que são convertidos em óxidos para
então ser extraído.
Dentre os elementos do grupo 14 o carbono é o mais importante pois é um dos
elementos básico dos seres vivos. O Germânio, Assim como o Silício, é bastante
utilizado na produção de eletrônicos, apesar de sua obtenção ser mais difícil que a do
Si. Chumbo é um elemento utilizado na fabricação de ligas isolante de radiação e o
Estanho tem participação na eletrônica por ter um baixo ponto de fusão, na forma de
liga metálica, e ser um condutor de energia eficiente, sendo utilizado nas soldas dos
componentes.
2 TEXTO DIDÁTICO
2.1 INFORMAÇÕES SOBRE A UTILIZAÇÃO DO TEXTO
O texto a seguir tem como base a presença do Silício no cotidiano e, principalmente,
a influência dele no ramo da tecnologia. Passando pela inserção dos compostos no
ramo, até sua influência atualmente.
2.2 TEXTO
Atualmente é muito difícil ter a nossa volta algum item que não tenha a presença de
Silício em sua composição, por exemplo, vidro, celulares, computadores, até mesmo,
joias. Todos esses objetos tem em sua composição um elemento em comum, o Silício. O
Silício está presente em diversos materiais encontrados na natureza dentre eles: areia,
cristais e rochas. Assim fica implícito a abundância de compostos de Silício na crosta
terrestre.
Outro material composto por Silício é o vidro, que é feito a partir da sílica que nada
mais é que dióxido de Silício(SiO2), presente na forma de janelas, vasilhas, copos e
outros utensílios domésticos. Assim podemos dizer que casas de alvenaria, possuem
uma boa concentração de Silício, já que ele está presente na areia, cimento, cerâmicas e
vidros.
Porém o Silício também é muito utilizado no ramo da eletrônica, inclusive, um
dos polos de desenvolvimento tecnológico tem o nome de “Vale do Silício”, devido
a quantidade de sílica disponível na região e a destinação para o ramo da eletrônica.
Inclusive, o Silício está presente desde a primeira geração de computadores, como
envolucro das válvulas, que foram um salto tecnológico durante o período da segunda
guerra mundial, na geração seguinte, marcada pelo surgimento dos transistores, que
também eram a base de Silício, agora maispuro.
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Isso ocorreu graças as experiências realizadas por John Bardeen, Walter Brattain
e William Shockley, que rendeu inclusive um premio Nobel de física, que mostrou
as propriedades de semicondutor do Si, e por poder ser extraído em larga escala
possibilitou a produção de transistores em grande quantidade. Atualmente o Silício
ainda é fundamental na eletrônica, sendo utilizado como meio de marcar passagens
de tempo nos dispositivos(clock – quartzo) e nos circuitos integrados(Si hiper-puro) e
processadores atuais(4).
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Referências
1 ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY. Silicon - Element information, properties and uses |
Periodic Table. Cambridge, 2014. Disponível em: <http://www.rsc.org/periodic-table/
element/14/silicon>. Acesso em: 12 set. 2015.
2 JEFFERSON LAB. It’s Elemental - The Element Silicon. Disponível em: <http:
//education.jlab.org/itselemental/ele014.html>. Acesso em: 30 set. 2015.
3 LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução: Henrique E. Toma, Koiti
Araki, Reginaldo c. Rocha. 5. ed. São Paulo: Blucher, 1999. ISBN 978-85-2120176-2.
4 TANENBAUM, A. S. Organização estruturada de computadores. Tradução: Arlete
Simille Marques. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007. ISBN 978-85-7605-067-4.
5 SHRIVER, D. F. et al. Química inorgânica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008. ISBN
978-86-7780-199-1.
6 CANDIDO, M. Aplicação da transformada wavelet em fornos elétricos a arco. 151 p.
Tese (Doutorado em Sistemas de Potência) — Escola Politécnica, Universidade de
São Paulo, 2008. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/
tde-09022009-181024/>. Acesso em: 17 out. 2015.
7 SWART, J. W. Semicondutores: fundamentos, técnicas e aplicações. Campinas,SP:
Editora da UNICAMP, 2008. ISBN 978-85-268-0818-8.
8 ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o
meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. ISBN 978-85-407-0038-3.
9 ALVES, N. P. Silício - Si. 2014. Disponível em: <http://www.quimlab.com.br/
guiadoselementos/silicio.htm>. Acesso em: 27 set. 2015.