PESQUISA SILÍCIO

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INTRODUÇÃO GERAL
 Silicium/sílex: do latim “pedra dura”. A crosta terrestre é composta de 27,7% de silício. Nela, é o 2° elemento mais abundante em peso na crosta terrestre, ficando atrás apenas do Oxigênio. No universo, o silício é um dos elementos mais abundantes. Perde somente para o hidrogênio, o hélio, o neônio, o oxigênio, o nitrogênio e o carbono. O Silício não aparece na natureza sozinho, ele aparece em forma de Sílica (SiO2), o que é visto em forma de minerais combinado com oxigênio e outros compostos. Sua estrutura cristalina é semelhante à do diamante e suas reações químicas são semelhantes às do carbono. A sua abundância na crosta terrestre é equivalente a 27,6% e sua abundância na água do mar é equivalente a 0,00022%. A descoberta do SiO2 foi muito importante para o desenvolvimento da tecnologia, sendo muito utilizado na produção do cimento, cerâmica, argilas, tijolos, vidros e silicone (polímeros). O Si purificado é importante para microeletrônica, onde são produzidos transmissores e chips de computadores). O silício é um sólido duro, de cor cinza escuro, apresentando um certo brilho metálico.
HISTÓRICO
Foi descoberto primeiro a Sílica (SiO2), porém os químicos não tinham interesse até Antoine Lavoisier, em 1787, propor que fosse um elemento. Em 1800 Sir Humphry Davy, famoso por achar elementos, concluiu que a Sílica era na verdade um composto, feito pelo Silício (Si) e o Oxigênio (O). 
Em 1811 Joseph-Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard prepararam silício amorfo impuro aquecendo potássio (K) com tetracloreto de silício (SiCl4). Contudo quem ganhou o Crédito pelo descobrimento do Silício foi Jöns Jacob Berzelius, onde ele usou o Silício amorfo e efetuou diversas lavagens até obter-se o elemento.
OCORRÊNCIA
Apenas os compostos de silício podem ser encontrados na natureza, sendo a sílica a principal. Arenitos, argila e granito são exemplos de rochas que contém compostos de silício. Também em todas as águas naturais, na atmosfera (como poeira), em muitas plantas e nos esqueletos, tecidos e fluidos orgânicos de alguns animais. A sílica quase pura é conhecida como quartzo ou simplesmente cristal.
PROPRIEDADES
Propriedades gerais
	Nome e Símbolo
	Silício, Si
	Número Atômico
	14
	Série química
	Metalóide
	Grupo e Período
	14, 3
	Densidade
	2.33 g/cm³
	Aparência
	Cinza escuro
Propriedades atômicas
	Massa atômica
	28.085 g/mol
	Raio Médio
	110 pm
	Configuração eletrônica
	[Ne] 3s2 3p2
	Estrutura
	
Propriedades Físicas
	Estado Físico 
	Sólido (não magnético)
	Ponto de fusão
	1693K (1420°C)
	Ponto de ebulição
	2873K (2600°C)
Informações 
	Eletronegatividade
	1,90
	Calor específico
	 0.7 J g-1°C-1
	Condutividade elétrica 
	4 · 102 [S m-1]
	Condutividade térmica
	1.3 W cm-1°C-1
	1° potencial de ionização
	786.3 kJ.mol -1
	2° potencial de ionização
	1576.5 kJ.mol -1
Apresenta hibridização sp3
Duro e quebradiço
Conduz corrente elétrica, sua condutividade aumenta com o aumento da temperatura.
Semicondutor
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Ligações π não são favoráveis ente átomos de Silício.
À medida que os átomos aumentam de tamanho, a sobreposição lateral dos orbitais p, que leva à formação de ligações π, torna-se menos eficaz.
	C C π =270 kJ/mol
	Si Si π = 100 kJ/mol
ISÓTOPOS
O silício de ocorrência natural é composto por três isótopos estáveis, 28Si (92,23%), 29Si (4,67%) e 30Si (3,10%). O Si-28 foi sugerido para melhorar a condutividade térmica dos semicondutores. O Si-29 é amplamente utilizado em espectroscopia de RMN. O Si-30 foi utilizado para produzir o radioisótopo Si-31. O Si-30 também foi utilizado para estudar a auto-difusividade do silício e para o efeito isotópico da supercondutividade.
Vinte radioisótopos foram caracterizados, sendo os dois mais estáveis ​​32Si com meia-vida de cerca de 150 anos e 31Si com meia-vida de 2,62 horas. [53] Todos os isótopos radioativos restantes têm meias-vidas inferiores a sete segundos, e a maioria destes possui meias-vidas inferiores a um décimo de segundo. 32Si sofre decaimento beta de baixa energia para 32P e 32S estável. 31 Si pode ser produzido pela ativação de nêutrons do silício natural e, portanto, é útil para análises quantitativas; ele pode ser facilmente detectado por seu característico decaimento beta para 31P estável, no qual o elétron emitido carrega até 1,48 MeV de energia. 
Os isótopos conhecidos do silício variam em número de massa de 22 a 44. O modo de decaimento mais comum para os isótopos instáveis ​​mais pesados ​​é o decaimento beta, formando principalmente isótopos de fósforo (15 prótons) como produtos de decaimento. 
OBTENÇÃO
MÉTODO 1: Redução Carbo-Térmica da Sílica
Processo: Redução de quartzito ou areia com coque altamente puro. A redução é realizada em um forno elétrico, com um excesso de SiO2 usado para impedir o acúmulo de carboneto de silício (SiC):
Pureza: Alta 96% – 99%
Temperatura: A partir de 1900 ºC
2 
O silício produzido é metalúrgico (98 % de pureza).
MÉTODO 2: Aquecimento do SiO2 com Mg ou Al:
 
2 Mg (s) + SiO2 (g) → Si(s) + 2 MgO(s)
PURIFICAÇÃO
Para ser usado em semicondutores, é necessário ser ultrapuro. Silício ultrapuro é 1000 vezes mais caro.
Aquecimento do Si grau metalúrgico (obtidos anteriormente) a 300°C em uma corrente de HCl gasoso:
Si(s) + 3 HCl (g) → SiHCl3(g)+ H2(g
Destilação repetida do SiHCl3 até que as impurezas estarem abaixo de 1 ppb.
Reação reversa é espontânea à 1000°C, depositando Si ultrapuro :
SiHCl3(g)+ H2(g) → Si(s) + 3 HCl (g)
Zona de refinamento:
Amostra cilíndrica
Fusão de uma zona quente: impurezas são mais solúveis na fase líquida. Zona quente fundida arrasta as impurezas.
Converter Si em SiCl4, purificar por destilação e reduzir o cloreto com Mg ou Zn:
Converter Si em SiCl4
SICl4 + 2Zn → Si + 2 ZnCl2
SiCl4 + 2 Mg → Si + 2 MgCl
COMPOSTOS E APLICAÇÕES
IMPORTÂNCIA
Além da importância dos compostos do silício, suas aplicações e abundância, o silício ultrapuro é a base da microeletrônica atualmente.
Silício nos chips de computador
SEMICONDUTOR: 
Materiais que apresentam uma resistividade Intermediária, isto é, uma resistividade maior que a dos condutores e menor que a dos isolantes.
Aumento das propriedades metálicas ao descermos no grupo e é explicado em termos de raio iônico e à diminuição da energia de ionização. 
Ao selecionar um elemento que será usado como base de um transistor de computador, a palavra-chave é resistência. Condutores têm baixa resistência e passam adiante a corrente elétrica com mais facilidade, enquanto isoladores têm (previsivelmente) alta resistência e podem bloquear o fluxo de elétrons. Para um transistor, que deve ser capaz de ligar e desligar a todo momento, é preciso ter um semicondutor, uma substância com resistência que fique entre a de um condutor e a de um isolador. Por que ele?
A principal razão para o silício ser a estrela de chips na indústria é a sua caracterização como semicondutor. Apesar de serem observados desde o século XIX, os semicondutores são a base da eletrônica moderna, sendo essenciais para a possibilidade de criação de máquinas internamente mais simples e eficientes. Para entender o que isso significa, é preciso fazer a diferenciação: condutores têm baixa resistência elétrica e deixam passar correntes facilmente, enquanto isolantes possuem alta resistência e desaceleram ou bloqueiam a passagem dos elétrons.
Para a fabricação de um transistor, que é uma peça que age como controlador e interrompe ou libera a passagem de corrente elétrica, era importante achar um elemento com ambas as propriedades atuando ao mesmo tempo — um semicondutor.
Apesar dessa nomenclatura, o material normalmente não age sozinho: o nível de condutividade pode ser manipulado usando pequenas concentrações de átomos "impuros", como fósforo e boro. Por ter aplicações tanto de isolante elétrico quanto de condutor a partir de um "controle de fluxo", o silício é ideal para um componente de um eletrônico. Além disso, os semicondutores reduzem a resistência na medida em que a temperatura aumenta.
O elemento ainda temfacilidade em criar ligações com outros átomos, formando compostos estáveis e complexos. Imagine o silício como uma peça de LEGO bastante comum, cheia de pinos e que pode receber vários outros blocos em sua estrutura.
O silício não é a única substância semicondutora da Terra – na verdade ele sequer é o melhor semicondutor existente – mas ele é, de longe, o semicondutor mais abundante do planeta. O silício pode ser prontamente encontrado em todo o mundo; não é preciso importá-lo de minas africanas especiais, por exemplo. É fácil trabalhar com esse elemento e, mais importante, os cientistas descobriram uma forma confiável de cultivá-lo em cristais perfeitamente ordenados.
O cultivo desses cristais de silício quase perfeitos é uma das habilidades primárias na fabricação de chips de computadores. Esses cristais são cortados em pequenas fatias chamadas wafers e, em seguida, recebem diversos tipos de polimentos e tratamentos químicos antes de serem cortados de forma individual e embalados na forma de processador.
Atualmente, os cristais de silício (chamados de "lingotes") são feitos em cilindros de 300 milímetros de diâmetro, mas pesquisadores estão tentando criar lingotes de 450 milímetros. Isso deve ajudar a manter os baixos custos de produção por pelo menos alguns anos. Depois disso, pode ser que haja a necessidade de escolher um elemento menos abundante e fácil de trabalhar para criar os processadores – uma boa notícia para quem espera mais velocidade de processamento, mas provavelmente uma má notícia para o seu bolso.
Atualmente, os cristais de silício (chamados de "lingotes") são feitos em cilindros de 300 milímetros de diâmetro, mas pesquisadores estão tentando criar lingotes de 450 milímetros. Isso deve ajudar a manter os baixos custos de produção por pelo menos alguns anos. Depois disso, pode ser que haja a necessidade de escolher um elemento menos abundante e fácil de trabalhar para criar os processadores – uma boa notícia para quem espera mais velocidade de processamento, mas provavelmente uma má notícia para o seu bolso.
O termo original inglês Silicon Valley traduzido como Vale do Silício, está situado na Califórnia, Estados Unidos, região esta denominada pólo industrial e que concentra diversas empresas de tecnologia da informação, computação entre outras. O local começou a se desenvolver no ano de 1950, com o objetivo de gerar e fomentar inovações no campo científico e tecnológico. A maioria das empresas instaladas na região, são do ramo da eletrônica, informática e componentes eletrônicos. O nome Silício é utilizado como homenagem ao próprio elemento químico (Si), que é a matéria-prima básica e de fundamental importância na produção da maior parte dos circuitos e chips eletrônicos.
Silício e o futuro da computação
Há alguns anos, a IBM deu o primeiro passo para a substituição do silício e a comercialização dos novos chips ao trabalhar com nanotubos de carbono e agora outras empresas estão seguindo essa linha para vencer as limitações do silício. As simulações feitas sugerem que o nanotubo de carbono pode ser cinco vezes mais rápido que um de silício usando a mesma quantidade de energia.
Já a Intel apontou recentemente o semicondutor lll-V, tal como o arsenieto de gálio, como substituto mais provável para o silício na indústria tecnológica. Este semicondutor possui elétrons maiores do que os de silício, o que significa que eles podem ser formados de maneira mais rápida, com velocidade maior de comutação de transistores.
Saiba mais: Intel quer diminuir fabricação de chips em até 7nm até 2018
Com a evolução tecnológica e novas descobertas, é bem possível que o silício fique para trás – mas não em menos de 20 anos. De qualquer forma, ele continuará sendo uma das substâncias mais importantes para o progresso do domínio humano no mundo físico.
SILÍCIO EM PLACAS FOTOVOLTAICAS (Si)
Quase 80% dos painéis fotovoltaicos no mundo, são baseados em alguma variação de silício. Em 2018, cerca de 85% de todos os sistemas de energia solar fotovoltaica instalados em casas e empresas no mundo, utilizaram alguma tecnologia baseada em silício (Si).
O silício usado em painéis solares assume muitas formas, e a principal diferença é a pureza dele. Mas o que realmente significa “pureza do silício”?
Quanto mais perfeitamente alinhadas estiverem as moléculas de silício, melhor a célula solar será na conversão de luz solar em energia elétrica.
A eficiência dos painéis solares “anda de mãos dadas” com a pureza do Silício (Si), mas os processos utilizados para melhorar a pureza do silício e o tratamento dele são caros e impactam diretamente no preço do painel solar (55-60% do custo de um painel solar convencional de tecnologia de silício cristalino, é  referente ao silício bruto purificado e tratado).