Artikel

10 feiten over silicium

top-leaderboard-limiet'>

Hoe goed ken jij het periodiek systeem? Onze serie The Elements verkent de fundamentele bouwstenen van het waarneembare universum - en hun relevantie voor uw leven - één voor één.

Silicium is een metalloïde: een element met eigenschappen die niet helemaal op een metaal lijken, en ook niet precies op een niet-metaal. Als je een mobiele telefoon in je zak hebt of vuil op je schoenen, dan heb je siliconen bij je. Leer meer over dit altijd aanwezige element.

1. HET GAAT ER ALLEMAAL OVER.

Het is het zevende meest voorkomende element in het universum en komt zelfs vaker voor in de aardkorst, de tweede alleen voor zuurstof als het meest voorkomende element in gewicht. De laag onder de korst - de mantel - is ook rijk aan silicium. Met een atoomnummer van 14 zit het precies onder koolstof op het periodiek systeem.

2. SILICONE IS NIET HETZELFDE ALS SILICONE.

iStock

Het woordsiliconenzou je aan borstimplantaten kunnen doen denken, maar het is eigenlijk een algemene term voor een groep synthetische stoffen gemaakt van afwisselende silicium- en zuurstofatomen, met koolstof- en waterstofmoleculen aan de zijkanten gebonden. Door deze zijgroepen van moleculen door elkaar te halen en schakels tussen ketens te maken, kunnen scheikundigen siliconen maken met allerlei verschillende eigenschappen. Ja, je vindt siliconen in borstimplantaten, maar ook in autopoetsmiddel, de isolatie rond elektrische kabels en zelfs in je haarconditioner, waar ze helpen om kroezen te kalmeren. We kunnen ook siliconen bedanken voor Silly Putty, dat werd uitgevonden tijdens de Tweede Wereldoorlog, toen wetenschappers probeerden een alternatief voor rubber te creëren - en in plaats daarvan een nieuw nationaal favoriet speelgoed bedachten.

3. WIJ HEBBEN SILICIUM DUIZENDEN JAREN GEBRUIKT ZONDER HET ELEMENTALE AARD TE WETEN.

Silica is het hoofdingrediënt van glas, dat mensen al maken sinds de Egyptenaren in 2500 v.Chr. kralen van het materiaal maakten. In China gebruikten de Qin- en Han-dynastieën paarse en blauwe pigmenten gemaakt van bariumkopersilicaten voor verschillende decoraties, waaronder delen van het beroemde terracotta leger.



Het duurde vele eeuwen voordat mensen zich realiseerden dat de stof verder kon worden gescheiden in twee verschillende elementen: zuurstof en silicium. Aan het einde van de 18e eeuw merkte de Franse chemicus Antoine Lavoisier op dat bepaalde materialen die als 'aarde' -substanties werden geclassificeerd (die droog en koud waren), zich soms gedroegen als metalen (hard, dicht en bestand tegen uitrekken, naast andere eigenschappen). Silica was een van hen. Misschien, mijmerde Lavoisier, waren sommige aardes in werkelijkheid zuurstofmoleculen en een nog onontdekt metaalachtig element.

Destijds wisten chemici niet hoe ze de zuurstofatomen moesten verwijderen, die sterke bindingen met de siliciumatomen vormen. Dat veranderde in de jaren 1820, toen een Zweedse chemicus genaamd Jons Berzelius er eindelijk in slaagde silicium in zijn laboratorium te verkrijgen door het te zuiveren van een siliciumbevattende verbinding. (Welke, en hoe hij het deed, is niet duidelijk.) Berzelius' doorbraak kwam te laat voor Lavoisier, die in 1794 was overleden, om te zien dat zijn speculaties waar waren.

4. SILICA IS DE MEEST VOORKOMENDE VORM VAN SILICIUM.

Dit molecuul, ook bekend als siliciumdioxide, bestaat uit één siliciumatoom en twee zuurstofatomen (SiO2). Het meeste van wat we silicium noemen, is eigenlijk silica, dat zowel in mineralen als in planten voorkomt. Veel planten creëren unieke microscopisch kleine structuren, fytolieten genaamd, met behulp van silica dat ze uit de grond opnemen. Wetenschappers weten niet precies waarom: ze kunnen bescherming bieden tegen microscopische schade of structurele ondersteuning bieden, of misschien zijn ze gewoon een manier voor een plant om extra silica op te gebruiken.

Fytolieten blijven hangen lang nadat een plant is vergaan, wat de diepe geschiedenis van een gebied kan verlichten - of het nu bijvoorbeeld een bos of grasland was, of hoe mensen het landschap gebruikten. Dan Cabanes, een fytolietexpert en antropoloog aan de Rutgers University, heeft fytolieten gebruikt om te begrijpen hoe Neanderthalers een huis in een grot in Noord-Spanje hebben gemaakt en een slaapgedeelte hebben gecreëerd met grasbedden die ze herhaaldelijk hebben gebruikt. En omdat fytolieten de verbranding overleven, 'kunnen we bestuderen hoe ze vuur maakten of wat voor soort voedsel ze aten', vertelt Cabanes aan Trini Radio.

Het beeld is echter niet altijd perfect, omdat soms twee verschillende planten fytolieten van dezelfde vorm maken - en sommige planten maken ze helemaal niet.

5. HET IS EEN BELANGRIJK ONDERDEEL VAN ENKELE MOOIE STENEN...

iStock

Prachtige edelstenen zoals amethist, onyx en agaat zijn allemaal gemaakt van silica. In elk gesteente zijn de silicamoleculen gerangschikt in herhalende 3D-geometrieën die kristalstructuren worden genoemd. Verschillende arrangementen, evenals kleine onzuiverheden in de rots, geven elke edelsteen zijn unieke uiterlijk.

6. … EN DE SCHITTERENDE SCHOONHEID VAN DIATOMEN.

Anatoly Mikhaltsov, Wikimedia Commons // CC BY-SA 4.0

Silica vormt ook de celwanden van diatomeeën, een soort algen dat over de hele wereld voorkomt. Diatomeeën, die in een betoverende verscheidenheid aan vormen voorkomen, kunnen in zowel zoet als zout water leven. Als ze doodgaan, kunnen hun celwanden zich ophopen in kalkachtige afzettingen van 'diatomeeënaarde', die we in allerlei dingen gebruiken, van kattenbakvulling tot tandpasta.

7. SILICIUM IS ZEER NUTTIG IN TECHNIEK …

Silicium kan fungeren als een halfgeleider - een materiaal dat elektriciteit niet perfect geleidt of ertegen isoleert, maar er ergens tussenin ligt. Deze eigenschap is belangrijk in veel onderdelen van de elektronica, waar u enige controle wilt hebben over de stroom van elektriciteit. 'Het mooie van halfgeleiders is dat je hun geleidbaarheid kunt afstemmen door onzuiverheden toe te voegen', zegt Eric Pop, hoogleraar elektrotechniek aan de Stanford University, tegen Trini Radio. Zuiver silicium is een isolator, maar als je het 'verdooft' met kleine hoeveelheden van bepaalde andere elementen, zoals fosfor of arseen, wordt het beter in het geleiden van elektriciteit.

hoe kom je uit drijfzand?

Andere materialen, waaronder germanium of galliumarsenide, zijn betere halfgeleiders dan silicium, maar silicium is de meest populaire keuze onder elektronicafabrikanten (wiens concentratie ten zuiden van San Francisco in de jaren zeventig de naam 'Silicon Valley' inspireerde). Het is goedkoop, het is overal, en omdat het zo graag oxideert, kan het gemakkelijk zijn eigen isolerende laag creëren wanneer het wordt blootgesteld aan lucht.

8. … MAAR ONDERZOEKERS WILLEN BETERE OPTIES VINDEN.

Ingenieurs zoals Pop zijn op zoek naar materialen om silicium in onze elektronica te vervangen om te voldoen aan de vraag naar snellere computers. 'Silicium is een beetje zoals de Honda Civic onder de halfgeleiders', zegt Pop. 'Het klaart de klus, maar het is niet erg snel.' Pop denkt echter dat silicium, zelfs wanneer het wordt afgezet tegen superieure materialen, niet volledig zal verdwijnen, dankzij de lage kosten.

9. SILICON HOUDT VEEL VAN ONZE GEBOUWEN OP.

iStock

Veel gangbare bouwmaterialen zijn gebaseerd op siliciumhoudende stoffen. Kleimineralen, die silicium bevatten, worden gebruikt om bakstenen te maken, evenals Portlandcement, dat vervolgens wordt gebruikt als bindmiddel in beton.

10. AMERIKANEN VERLATEN EEN BEETJE SILICIUM OP DE MAAN.

Toen Buzz Aldrin en Neil Armstrong in 1969 als eerste mensen op de maan liepen, lieten ze naast hun voetafdrukken een paar dingen op het oppervlak achter. Een daarvan was een kleine siliciumschijf, gegraveerd met berichten van de leiders van 73 landen, van Afghanistan tot Zambia. De schijf is ondergebracht in een beschermende aluminium behuizing en wordt samen met een paar andere items in een kleine tas opgeborgen. Silicium werd verkozen tot officiële boodschapper omdat het het enorme temperatuurbereik op de maan kon doorstaan. De schijf haalde het echter bijna niet: Aldrin was de tas helemaal vergeten, die in een zak van de mouw van zijn ruimtepak zat, en hij was al op de ladder naar het ruimtevaartuig toen Armstrong hem eraan herinnerde. Aldrin gooide de buidel op de maan.