سيليكون

السيليكونهوعنصر كيميائيرمزهSiوعدده الذرّي14؛ يقع ضمنعناصر الدورة الثالثةوفي المرتبة الثانية فيالمجموعة الرابعة عشرة(المجموعة الرابعة وفق ترقيمالمجموعات الرئيسية) فيالجدول الدوري. يُصنَّف السيليكون منأشباه الفلزّات، ويوجد في الشروط القياسية على شكل صلب بلّوري هشّ ذي بريق معدني رمادي مزرق. السيليكونرباعيّ التكافؤ، وهو ضعيف النشاط الكيميائي نسبياً، لكنّه يمتازبألفته الكيميائيةالكبيرة تجاهالأكسجين.
كانيونس ياكوب بيرسيليوسأوّل من وصف هذا العنصر بشكله النقيّ على نحوٍ مفصّل، وذلك سنة 1823. يأتي السيليكون في المرتبة الثامنة وفقاً لترتيبوفرة العناصر الكيميائيةفي الكون على أساس الكتلة؛ ولكنّه نادراً ما يوجد في الأرض بشكله النقيّ الحرّ. إذ يوجد السيليكون في الطبيعة بشكلٍ سائدٍ على شكلثنائي أكسيد السيليكون، وهو المكوّن الرئيسيللرمل؛ كما تنتشرالسيليكاتبشكلٍ كبيرٍ أيضاً في العديد من المعادن فيالقشرة الأرضية. تتألّف قرابة 90% منالقشرة الأرضيةمنمعادن السيليكات، ممّا يجعل السيليكون ثاني أكثرالعناصر الكيميائية وفرةً في القشرة الأرضية(قرابة 28% بالنسبة إلى الكتلة) بعدالأكسجين.
يُستخدَم معظم السيليكون تجارياً على شكلسيليكاتدون الحاجة إلى عزل السيليكون بشكله الحرّ، وتتضمّن الأمثلة على هذه الاستخدامات دخوله على شكلرملأوصلصالأوصخرفي مجال الإنشاءات البنائية. كما تُستخدَم السيليكات فيالأسمنت البورتلانديمن أجلالملاطوالزخارف الجصّية؛ كما تُمزَج مع الرملوالحصىلتحضيرالخرسانة؛ وتدخل أيضاً في تركيبالخزفوالبورسلان؛ وكذلك في تركيب أنواع مختلفة منالزجاج، مثلزجاج الصودا والجير. هناك المزيد من مركّبات السيليكون الأخرى، مثلكربيد السيليكون، والتي تُستخدَم في تصنيعالمواد الساحجةوالمواد السيراميكية عالية المتانة. بالإضافة إلى ذلك فإنّ السيليكون هو أساسالبوليميراتواسعة الانتشار التي تدعىبالسيليكونات.
لعنصر السيليكون تأثير كبير على اقتصاد العالم الحديث منذ أواخر القرن العشرين إلى أوائل القرن الحادي والعشرين، ممّا أدّى إلى وصف تلك الفترة باسم «العصر السيليكوني» (وهو مرادف لمُسمّيَات أخرى أكثر انتشاراً مثلعصر المعلومات). إذ أنّ السيليكون الحرّ مرتفع النقاوة أساسي في صناعةأشباه الموصلاتوالترانزستوراتوشرائح الدارات المتكاملة؛ والتي هي المكوّنات الأساسية في صناعةالأجهزة الإلكترونيةمثلالحواسيبوالهواتف المحمولة. للسيليكون العنصري الحرّ أيضاً تطبيقات في مجال تنقيةالفولاذوفي صبّالألومنيوم، كما يُستخدَم لتحضيرالكيماويات النقيّة الدقيقة(غالباً لصناعةالسيليكا المُدَخّنة).
لا يُعَدّ السيليكون العنصري الحرّ سامّاً بالنسبة للإنسان؛ وهو هامّ على شكل سيليكات بالنسبة لهيكل جسم الإنسان. تحتاج الحيوانات إلى كمّيّات قليلة من السيليكون؛مع ذلك، فإنّ العديد منالإسفجنيّاتوالكائنات الحيّة الدقيقة مثلالدياتوماتوالشعوعياتتحتاج للسيليكون كي تصنع هياكلها. كما يتوضّع السيليكون في العديد من أنسجة النباتات.
نظراً لوفرة مركّبات السيليكون الطبيعية فيالقشرة الأرضيةفقد استُخدَم السيليكون منذ التاريخ القديم على شكل رمل وسيليكات في العديد من تطبيقات الحياة اليومية. فقد كانالمرو(الكوارتز) معروفاً للعديد منالحضارات القديمةمثل حضارتيمصروالصينالقديمَتين، وكذلك حضارةالفينيقيين، عندما استخدم في صناعةالأوانيوالحلي، وكذلكالزجاج. كما استخدمتالسيليكاتالمختلفة منذ القدم في تحضيرالملاطأثناء إنشاءالمساكنالبشرية الأولى.
خمّنأنطوان لافوازييهسنة 1787 أنّالسيليكاقد تكونأكسيداًلعنصر كيميائي أساسي؛إلّا أنّالألفة الكيميائيةالمرتفعة للسيليكون تجاهالأكسجينمرتفعة بشكل كبير، فلم يتمكّن بواسطة الوسائل المتاحة لديه آنذاك مناختزالالأكسيد وعزل هذا العنصر على شكله الحرّ.ثمّ توالت المحاولات بهدف الحصول عليه، ومنها محاولةهمفري ديفيسنة 1808، والتي قام حينها باقتراح تسمية «سيليسيوم silicium» لهذا العنصر، وذلك من الكلمةاللاتينية«silicis» بمعنىحجر الصوان، مع إضافة اللاحقة «إيوم ium-» للاسم، إذ اعتقد أنّه من الفلزّات.لا تزال هذه التسمية معتمدة كاسم للعنصر في بعض اللغات، مثلالألمانية«Silizium»والتركية«silisyum»والكتالونية«silici». أمّا في بعض اللغات الأخرى فتُستخدَمترجمة اقتراضيةللجذر اللاتيني للإشارة إلى حجر الصوان، كما فيالروسيةوالفنلنديةوالتشيكية.أمّا تسمية «سيليكون» فقد اقترحها الكيميائي الإسكتلنديتوماس تومسونسنة 1817؛ فحافظ على الأصل اللغوي الذي استخدمه ديفي في تسميته، ولكنه أضاف اللاحقة «أون on-»، لاعتقاده أنّ السيليكون هو مناللافلزات، على غرارالبورونوالكربون.
يُعتَقد أنّالسيليكون اللابلّوريكان قد حُضّر من قبللوي جوزيف غي ـ لوساكولوي جاك تينارسنة 1811، وذلك من خلال تسخين فلزالبوتاسيوممعرباعي فلوريد السيليكون؛ لكنّهما لم يقوما بتنقية الناتج أو وصفه بدقّة أو بتمييزه على أنّه عنصر كيميائي جديد.تمكّنيونس ياكوب بيرسيليوسمن تحضير السيليكون اللابلّوري سنة 1823، وذلك باستخدام طريقة شبيهة تقريباً بالطريقة التي اتّبعها غي-لوساك، وذلك باختزالسداسي فلوروسيليكات البوتاسيومبمصهور البوتاسيوم، ولكنّه قام بالتنقية بإعادة غسل الناتج لعدّة مرّات؛ولذلك فإنّ الفضل في اكتشاف هذا العنصر يُنسَب إليه.وفي السنة ذاتها تمكّن بيرسيليوس من تحضيررباعي كلوريد السيليكون؛ في حين أنّ مركّبرباعي فلوريد السيليكونكان معروفاً ومُحَضّراً من ذي قبل، إذ تمكّنكارل فلهلم شيلهمن إنجاز ذلك سنة 1771 حين قام بحلّ السيليكا فيحمض الهيدروفلوريك.
لم يُحضَّر الشكل البلّوري من السيليكون إلّا بعد مضي 31 سنة، حين تمكّنهنري إتيان سانت كلير ديفيلمن فعل ذلك أثناء تجاربه لتحضيرالألومنيوم؛وذلكبالتحليل الكهربائيلمزيج منكلوريد الصوديوموكلوريد الألومنيومالمُشوّب بقرابة 10% من السيليكون، فحصل على شكل بلّوري غير نقي من السيليكون قرابة سنة 1854.طُوّرت لاحقاً طرق أكثر اقتصادية من أجل عزلمتآصلاتهذا العنصر؛ كما استمرّت الأبحاث في كيمياء السيليكون، فاكتشففريدرش فولرمركّباتهيدريدالسيليكون المتطايرة، واصطنعثلاثي كلورو السيلانسنة 1857، ثمّ مركّبالسيلانسنة 1858.كما قامشارل فريدلوجيمس كرافتسسنة 1863 بتحضير أوّلمركّب سيليكون عضوي، وهو رباعي إيثيل السيلان. في أوائل القرن العشرين تمكّن العلماء من إجراء دراسات أوسع على مركّبات السيليكون لمعرفة خواصها، فكرّسألفرد شتوكأبحاثه لدراسة مركّباتالسيلانات؛في حين تخصّصفريدريك كيبنغبدراسة مركّبات السيليكون العضوية.
ساهم التطوّر في مختلف مناحي العلوم في زيادة فهم كيمياء السيليكون، فنجحوليام لورنس براغبفضل أعماله علىدراسة البلّورات بالأشعّة السينيةفي شرح بنيةالسيليكات؛ كما ساعدلينوس باولنغفي تقدّمكيمياء البلّورات،وفيكتور غولدشميتفي تطوير مفاهيمالجيوكيمياء. شهد أواسط القرن العشرين تطوّر المعارف الصناعية فيما يخصّالسيلوكساناتوالبوليميراتالسيليكونيةالمرنة. في أواخر القرن العشرين جرى التمكّن من فهم البنية البلّوريةللسيليسيدات، بالإضافة إلى فهمالمبدأ الفيزيائيعندإشابةأشباه الموصلات.
لم يتضمّن أوّلجهاز شبه موصلعنصر السيليكون؛ لأنّه كان مصنوعاً منالغالينا(زرنيخيد الرصاص)، بما في ذلكالمكشاف البلّوريالذي اخترعهكارل فرديناند براونسنة 1874، والآخر الذي اخترعهجاجاديش تشاندرا بوسسنة 1901.أمّا أوّل جهاز شبه موصل مصنوع من السيليكون فكان من اختراعغرينليف ويتتير بيكاردسنة 1906.في سنة 1940 اكتشفراسل أُولوصلة الموجب والسالبوالتأثير الضوئي الجهديفي السيليكون؛ وفي سنة 1941 جرى تطوير التقنيات لإنتاجبلّورات أحادية مفردةمن السيليكونوالجرمانيوملأغراض عسكرية أثناءالحرب العالمية الثانية.في سنة 1947 قادت أبحاثوليام شوكليوجون باردينووالتر براتينإلى تصنيع أوّلترانزستور، والذي كان يعمل على مبدأالتلامس النقطي؛ ممّا أدّى إلى حصولهم علىجائزة نوبل في الفيزياء؛ لكنّه كان مصنوعاً من الجرمانيوم.لاحقاً وفي سنة 1954 تمكّنموريس تاننباوممن تصنيع أوّلترانزستور ثنائي القطبمن السيليكون فيمختبرات بل.في سنة 1955 وفي مختبرات بل أيضاً اكتشف كلّ منكارل فروشولينوكلن ديريك، أنّه يمكن لثنائي أكسيد السيليكون أن ينمو على السيليكون؛ثمّ اقترحا لاحقاً أنّه يمكن بذلك حجب أسطح السيليكون أثناء عمليّاتالانتشار الجزيئي.؛
في السنوات الأولى فيصناعة أشباه الموصلاتوحتى نهايات خمسينيات القرن العشرين كان الجرمانيوم هو العنصر السائد في تركيب الترانزستورات وأجهزة أشباه الموصلات الأخرى؛ وذلك نظراً للاعتقاد أنّ أداء الجرمانيوم أفضل من غيره بسبب قدرته على إظهار خواص أفضل فيما يتعلّقبحركية الإلكترون.لم يكن أداء الترانزستورات المصنوعة من السيليكون مرضياً في البدايات بسبب محدودية الموصلية الكهربائية، وذلك نظراً لعدم استقرار الحالات السطحية الإلكترونيةكمومياً،إذ أنالإلكتروناتكانت تحتجز بسببالروابط المتدليةالناشئة عند السطح.
حدثت قفزة نوعية في صناعة أشباه الموصلات السيليكونية عندما تمكّن المهندسمحمد عطا اللهمن تطوير عمليةالتخميل السطحيبواسطةالأكسدة الحراريةفي مختبرات بل في أواخر خمسينيات القرن العشرين،عندما اكتشف أنّ تشكيل طبقة من أكسيد السيليكون على سطح السيليكون حرارياً قلّل بشكل كبير من تركيزالسويات الإلكترونيةعليه،ممّا أدّى إلى زيادة الاستقرار الإلكتروني لأسطح السيليكون.نشر عطا الله نتائج أبحاثه بين سنتي 1957 و1958؛وكان لذلك تأثير كبير على صناعة أشباه الموصلات السيليكونية،فقد تفوّق السيليكون بذلك على الجرمانيوم؛ ، ومهّد الطريق لحدوث ثورة السيليكون؛ولقد تمثّل ذلك لاحقاً في اختراعه لترانزستورموسفتمع زميلهداون كانغسنة 1959؛بالإضافة إلى فتح الباب إلى حدوث تطور في صناعة أشباه الموصلات السيليكونية مثلالتقنية السطحيةالتي طوّرهاجان هورنيفي شركةفيرتشايلد لأشباه الموصلاتسنة 1958؛ وكذلك لاختراعالدارة المتكاملةمن قبلروبرت نويسسنة 1959.تطوّر الأمر لاحقاً لاعتماد شكل موحّد في إدماج رقائق السيليكون فيتصنيع عناصر أشباه الموصلاتفي الدارات المتكاملة.
يشير مصطلح «العصر السيليكوني» (أو عصر السيليكون) إلى الفترة الزمنية أواخرالقرن العشرينوأوائلالقرن الحادي والعشرين؛وذلك نظراً لكون السيليكون العنصر المهيمن والسائد فيعصر المعلومات، وذلك بشكل مشابه لتسميات عصور اقترنت بالمواد السائدة حينها، مثلالعصر الحجريوالعصر البرونزيوالعصر الحديديفينظام العصور الثلاثالموافق.أدّى اختراع الموسفت إلى إطلاق شرارةالثورة الرقميةوثورة المعلومات؛كما مكّن صغر حجمه منزيادة الإنتاجبشكل أسي،ودخول الترانزستور في مختلف مناحي الحياة اليومية.كما ازداد عدد الشركات المختصّة في تقنيات أشباه الموصلات بشكل كبير، فأُطلِقَت تسميات حاوية على لفظ السيليكون للإشارة إلى تجمّعها، وأشهر مثال على ذلك هووادي السيليكونفي ولايةكاليفورنياالأمريكية.
يأتي السيليكون في المرتبة الثامنة تبعاً لترتيبوفرة العناصر الكيميائيةفيالكون؛أمّا في كوكبالأرضفيشكّل السيليكون 27.7% من وزنالقشرة الأرضية، وهو يأتي بذلك في المرتبة الثانية بعدالأكسجين(45.5% وزناً).وينتشر السيليكون بشكل كبير على هيئةثنائي أكسيد السيليكون، إن كان على هيئةالرمل، أو على شكل معادن، والتي يًصنّف بعضها ضمنالأحجار الكريمةمثلالمرو(الكوارتز)، أوالجمشت(الأماثيست)، أوالعقيق، أواليشب، أوالأوبال. ينتشر السيليكون أيضاً في القشرة الأرضية على شكلمعادن السيليكاتالمختلفة، والتي تدخل في تركيبالصخور، مثلالميكاوالأسبستوالصلصالوالفلسباروالحجر الرملي. يمكن أن يُعثَر على السيليكون أحياناً على شكلعنصر طبيعيحرّ في عدّة أماكن من العالم.
يدخل السيليكون أيضاً في تركيب الطبقات الأعمق، حيث جرىالتباينأثناءنشوء كوكب الأرض؛ فتحوينواة الأرضعلى التركيب التقريبي Fe25Ni2Co0.1S3؛ أمّاالوشاحفيتألّف بشكل أعظمي من أكاسيد كثيفة ومنمعادن السيليكاتمثلالأوليفين؛ أمّا المعادن السيليكونية الأخفّ مثلالألومينوسيليكاتفهي تدخل في تركيب القشرة.إنّ تبلورالصخور الناريةمنالصهارة(الماغما) يعتمد على عددٍ من العوامل، منها التركيب الكيميائي للصهارة، ومعدّل التبرّد، والخواص الذاتية المميّزة للمعادن الداخلة في تركيب تلك الصخور ويشمل ذلكطاقة الشبكة البلوريةونقطة الانصهارودرجة تعقّدالبنية البلورية. عندما تتبرّد الصهارة فإنّ الأوليفين هو أوّل ما يتشكّل، يتبعهالبيروكسينوالأمفيبولوميكاالبيوتيتوالأورثوكلاسوميكاالمسكوفيتوالمرو(الكوارتز)والزيوليت، ثم أخيراً المعادن الهيدروحرارية. يُبدي هذا التتابع نزعةً باتجاه تعقّد بنية وحداتالسيليكاتإبّان التبرّد، كما يبدي أيضاً دخول أنيوناتالفلوريدبالإضافة إلىالأكاسيدفي البنية؛ علاوةً على ذلك فإنّالتحوّلالحاصل عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة يؤدّي إلى حدوث تنوّع أكبر من معادن السيليكات.
تحويالمحيطاتكمّيّة معتبرة من السيليكون، وذلك غالباً على شكلحمض السيليسيك؛ والذي ينشأ عبر ما يُعرَف باسم «دورة السيليكا»، وفيها تتفاعل معادن السيليكات، مثلسيليكات الكالسيوم، بشكل مستمرّ معحمض الكربونيكالمنحلّ في مياه المحيطات، ليتشكّل في البداية ميتّا حمض السيليسيك غير المنحلّ:
والذي يتفاعل مع حمض الكربونيك لاحقاً ليشكّل أورثو حمض السيليسيك المنحلّ:
يتفكّك حمض السيليسيك ليعطي ثنائي أكسيد السيليكون والماء، ثم يتفاعلأكسيد الكالسيوممع ثنائي أكسيد السيليكون لتنغلق الدورة بتشكّل سيليكات الكالسيوم؛ مع العلم أن انغلاق هذه الدورة يتطلّب مرور عدّة ملايين من السنين:
هناك أربعة مصادر لتدفّق السيليكون إلى المحيطات، وتتضمّنالتجويةالكيميائية للصخور على اليابسة وكذلك النقل عبر الأنهار، وانحلالالرواسب البرية، بالإضافة إلى التفاعل بينالبازلتالمغمور وبينالتيارات الحرمائية. تتداخل مصادر السيليكون تلك مع الدورة الحيوية الجيوكيميائية ضمن المحيطات.إنّ قرابة ربع كمّيّةغبارالرمال المهبوب إلى المحيطات هو على شكلجسيمات دقيقةمن السيليكون، وتقدّر تلك الكمّيّة بين 80-240 ميغاطن. ولكن تلك النسبة تبقى أقلّ من كمّيّة تدفّق السيليكون إلى المحيطات عبر النقل النهري.تأتي كمّيّات الغبار الرملي إلى القسم الشمالي منالمحيط الأطلسيوالمحيط الهاديمنالصحراء الكبرىوصحراء جوبي، على الترتيب.
السيليكا هي الاسم الشائع لمركّبثنائي أكسيد السيليكونSiO2، وهي توجد في الطبيعة في عدّةترتيبات بلّوريةمختلفة، وأكثرها شيوعاً نمطالكوارتز(المرو)، وهو مكوّن رئيسي في العديد من الصخور مثلالغرانيتوالحجر الرملي. يوجد الكوارتز في الشكل النقي على هيئةالكوارتز الشفاف(البلّور الصخري)، أمّا الأشكال غير النقية فهي تعرَف تحت أسماءالكوارتز الورديوالكوارتز الدخاني(أو الموريون)والجمشت(الأميثيست)والسترين. توجد أنواع أخرى معروفة ضعيفة التبلور للكوارتز مثلالعقيقبأصنافه منالعقيق الأبيضوالعقيق الأحمر(الينع)والعقيق اليماني، وكذلكاليشبوالكريسوبراسوحجر الدم(الهليوتروب)وحجر الصوان. توجد هناك تحويرات أخرى لثنائي أكسيد السيليكون في عددٍ من المعادن، والتي تتضمّنالتريديميتوالكريستوباليت، بالإضافة إلى معادن أخرى أقلّ شهرة مثلالكوزيتوالستيشوفيت. توجد السيليكا أيضاً على شكل تراب ناعم، فهي المكوّن الرئيسي فيتراب المشطورات(الدياتوميت)، كما توجد على شكلمزجّجفي معدنالتكتيتوحجر السبج(الأوبسديان)، وعلى شكل نادر في معدنالليتشاتيليريت. هناك أنماط مصطنعة أيضاً من السيليكا، مثلالكيتيت. كما يتألّفالأوبالمن تكتّلات بلّورية معقّدة من ثنائي أكسيد السيليكون المُميَّه جزئياً.
إنّ قرابة 95% من صخورالقشرة الأرضيةمكونة من السيليكا أومعادن السيليكاتأوالألومينوسيليكات، وهذا ينعكس على كون عناصر الأكسجين والسيليكون والألومنيوم الأكثر وفرةً في القشرة الأرضية، على الترتيب.يمكن لمعادن السيليكات والألومينوسيليكات أن تتباين تبعاً للبنية وعندقياس اتحادية العناصر، وبذلك يمكن تصنيفها اعتماداً على مبادئ بنيوية عامة. يكون لتكرار وحدات {SiO4} رباعية السطوح الأمر المشترك بين جميع تلك المركّبات، وذلك إمّا على شكل بنىً منفصلة بحدّ ذاتها، أو مشتركة مع بعضها ضمن وحدات أكبر بالاشتراك بذرّات الأكسجين الموجودة على الرؤوس.بالتالي يمكن تقسيم السيليكات إلىنيزوسيليكات، وهي ذات وحدات {SiO4} متمايزة، ولا تشترك بذرّات أكسجين؛ وإلىسوروسيليكات، وهي ذات وحدات {Si2O7} متمايزة، وتشترك بذرّة أكسجين واحدة؛ وإلىسيليكات حلقية(سيكلوسيليكات)، وهي ذات بنى حلقية مغلقة؛ وإلىإينوسيليكات، وهي ذات بنية حلقية مستمرة أو على شكل شريطي، وتشترك بذرّتي أكسجين؛ وإلىفيلوسيليكاتوهي ذات بنى صفائحية مستمرة، وتشترك بثلاث ذرّات أكسجين؛ وإلىتكتوسيليكات، وهي ذات هياكل ثلاثية الأبعاد مستمرّة، وتشترك بأربع ذرّات أكسجين.
تنتمي مركّبات الأورثوسيليكات، والتي تحمل الصيغة العامة M2SiO4من فصيلة النيزوسيليكات، وهي تختلف بعدد المواقع التناسقية حسب الفلزّ المرافق M، ففي أوروثوسيليكات البيريليوم (الفيناكيت) هناك أربع مواقع تناسقية؛ أمّا باقي الفلزّات، مثلالمغنيسيوموالمنغنيزوالحديدوالزنك، فهناك ستّة مواقع تناسقية، كما فيالزبرجد الزيتوني(الأوليفين)؛ في حين أنّالزركونيوميتطلّب ثمانية مواقع تناسقية كما هو الحال فيالزركونZrSiO4، وذلك بسبب كبرنصف القطر الأيوني(84 بيكومتر) لأيون الزركونيوم الرباعي.أمّا مركّبات الميتاسيليكات السلسلية∞{3SiO} فهي تتشكّل من تشارك زوايا سلسلة لامتناهية من رباعيات السطوح {SiO4}؛ ولكن تظهر هناك تباينات نظراً لاختلاف المسافات المتكرّرة للتشكيل الهندسي على طول خطّ رباعيات السطوح. ولكن أكثر مسافة تكرار شيوعاً هي 2، كما هو الحال في معادنالبيروكسين، على الرغم من أنّ مسافات تكرار من 1 أو 3 أو 4 أو 5 أو 6 أو 7 أو 9 هي معروفة أيضاً. يمكن لتلك السلاسل أن تتشابك مع بعضها لتشكّل سلاسل مزدوجة أو شرائط، كما هو الحال في معادنالأسبست، والتي تتضمّن أيضاً سلاسل متكرّرة من حلقات رباعية السطوح.
إنّ السيليكات الطبقية، مثل معادن الصلصالوالميكا، هي شائعة جداً، وهي غالباً ما تتشكّل من التشابك الأفقي لسلاسل الميتاسيليكات، أو من التكاثف المستوي للوحدات الأصغر. مثال على ذلك هو معدنالكاولينيت[Al2(OH)4Si2O5]، والذي يمكن أن تحدث فيه استبدالات مختلفة، بأن يَحلّ أنيون الفلوريد مكان الهيدروكسيل، أو كاتيون المغنيسيوم الثنائي مكان الألومنيوم الثلاثي، وغير ذلك. من جهة أخرى، فإنّه عادةً ما يكون الهيكل ثلاثي الأبعاد منالألومينوسليكاتمعقّداً جدّاً، ويمكن أن يُبَسّط فهمها انطلاقاً من بنية SiO2ثلاثية الأبعاد، ثم استبدال نصف ذرات السيليكون الرباعيSi بذرّات ألومنيوم ثلاثيAl، ممّا يتطلّب وجودكاتيونات إضافية مقابلةلتعديل الشحنة الكهربائية. تتضمّن الأمثلة عليها كلّ من معادنالفلسبار(وهي أكثر صنف من المعادن انتشاراً على الأرض)والزيوليت، وكذلكصبغة اللازورد.
يمكن أن يُنتَج السيليكون بدرجات نقاوة مختلفة، وذلك حسب مجال التطبيق اللاحق له؛ فيُميّز بيندرجة النقاوة التعدينية(98–99 %)؛ ودرجة النقاوة الشمسية(للاستخدام فيالخلايا الشمسيةيجب أن تكون نسبة الشوائب أقلّ من 0.01%)؛ ودرجة النقاوة الإلكترونية(نسبة الشوائب أقلّ من جزء واحد في10 جزء). تستخدم درجة النقاوة الإلكترونية فيصناعة أشباه الموصلات؛ وفي بعض الحالات الخاصّة ينبغي أن تكون نسبة الشوائب أقلّ من جزء واحد في10 جزء..
يُنتَج السيليكون بنقاوة تتراوح بين 96–99% من اختزالالكوارتزيتأو الرمل باستخدامفحم الكوكالنقيّ،وذلك داخلفرن القوس الكهربائيعند درجات حرارة تصل إلى قرابة 2000 °س، مع وجود زيادة منثنائي أكسيد السيليكونSiO2من أجل إيقافكربيد السيليكونSiC من التجمّع والتكتّل:
يُعرَف هذا التفاعل باسم «الاختزال الكربوحراري» لثنائي أكسيد السيليكون، وهو عادةً ما يجرى بوجود خردة الحديد مع وجود كمّيّات ضئيلة منالفوسفوروالكبريت، ممّا يؤدّي إلى الحصول على سبيكةالفرّوسيليكون.وهي سبيكة مكوّنة منالحديدوالسيليكون بنسب متفاوتة، وتعدّ الشكل الرئيس الذي يُنتَج ويُسوَّق فيه السيليكون، لأنها تشكّل قرابة 80% من الإنتاج العالمي له.
تعدّالصينالرائدة في إنتاج السيليكون على هذا الشكل، وذلك بطاقة إنتاج تصل إلى 4.6 مليون طنّ سنوياً (ما يعادل ثلثي الإنتاج العالمي)؛ تليهاروسيا(610 آلاف طنّ)، ثمّالنرويج(330 ألف طنّ)، ثمّالبرازيل(240 ألف طنّ)، ثمّالولايات المتحدةالأمريكية (170 ألف طنّ)؛ وذلك وفق بيانات سنة 2011.يُستحصَل على السيليكون وفق هذه الأساليب بدرجة نقاوة تعدينية؛ ويُستخدَم بشكل أساسي في صناعة الحديد والفولاذ؛وكذلك في إنتاجالسيلاناتوفقعملية مولر-روتشو، والتي تُستخدَم في تحضيرالسيليكونات.
تتضمّن الأساليب الأخرى لإنتاج السيليكون بدرجة نقاوة تعدينية كلّ من عملية «الاختزال الألومينوحراري»، والتي يستخدم فيهاالألومنيوملاختزال ثنائي أكسيد السيليكون:
وكذلك إجراء عمليةتفكك حراريلمركّبالسيلانأورباعي يوديد السيليكون؛ أو اختزالسداسي فلوروسيليكات الصوديومباستخدام فلزّالصوديوم.
تتطلّب صناعةالخلايا الشمسيةأن يكون السيليكون بدرجة نقاوة أعلى من 99.99%؛ يمكن الوصول إلى تلك النسبة عن طريق اختزالرباعي كلوريد السيليكونأوثلاثي كلورو السيلان. يمكن الحصول على تلك المركّبات الكلورية من السيليكون بمعالجة السيليكون الخام ذي درجة النقاوة التعدينية بغازكلوريد الهيدروجينعند درجات حرارة تتراوح بين 300–350 °س، داخلمفاعل فرشة مُمَيّعة:
تعدّ المركّبات الكلورية للسيليكون من المركّباتالمتطايرة، بالتالي يمكن تنقيتها بتكرار عمليةالتقطير بالتجزئة؛ ثمّ بإجراء عملية تفكيك حراري لتلك المركّبات النقية عند درجات حرارة تتراوح بين 1000–1200 °س؛أو بإجراء عملية اختزال حراري باستخدام بخارالزنكعالي النقاوة عند درجات حرارة قرابة 950 °س.
يمكن إجراء عملية استحصال السيليكون دون الحاجة إلى استخدام المشتقّات الكلورية وذلك وفق عمليةتفكك حراريلمركّبالسيلان:
ينبغي أن يكون السيليكون المستخدم فيهندسة الإلكترونيات الدقيقةذا نقاوة مرتفعة للغاية (درجة النقاوة الإلكترونية)؛ فعلى سبيل المثال تُسوِّق شركةشين-إتسو للكيماوياتاليابانيةلبلّورات مخلقة أحاديةمن السيليكون بنقاوة 99.999999999%.للوصول إلى درجة النقاوة المرتفعة جدّاً هذه يُعالَج السيليكون الخامّ المتوفّر على شكل كتل إسفنجية من عمليات التحضير السابقة وفق أساليب خاصّة من أجل تشكيلبلّورات أحادية مفردةأسطوانية الشكل وفقعملية تشوخرالسكي؛ أو أن تخضع لعملية تنقية لاحقة وفق أسلوبالصهر النطاقي.
وفقعملية تشوخرالسكييؤخَذ سيليكون الخلايا الشمسية ويُصهَر في بواتق من الكوارتز النقي؛ ثم توضَعنواة تبلورمن بلّورة سيليكون مرتفع النقاوة في المصهور ثم تُدوّر وتُسحَب إلى الأعلى ببطء، وبذلك يتبلور السيليكون على هيئة بلّورة أحادية منفردة، وتبقى الشوائب في المصهور الموجود في البوتقة. يعتمد المبدأ الفيزيائي لعملية التنقية هذه علىانخفاض نقطة التجمّد، وعلى ميل المواد للتبلور على شكل نقي. أمّا في أسلوبالصهر النطاقيفيُستخدَمالتسخين بالحثّ الكهرومغناطيسيلتسخين السيليكون وصهره، ثمّ بتمريربلورة مخلقةأحادية من السيليكون على تماس مباشر على سطح المصهور، ممّا يؤدّي إلى هجرة الشوائب إلى الطور السائل، ويبقى السيليكون بدرجة نقاوة مرتفعة. يُسوّق الشكل النهائي من السيليكون مرتفع النقاوة على شكلرقائق.
يُستخدَم السيليكون بدرجة النقاوة الإلكترونية في صناعةالمعالجاتووسائطتخزين البياناتوالترانزستوراتوغيرها. من أجل استخدامه في تلك التطبيقات الإلكترونية ينبغي أن يتمتّع السيليكون بخواصشبه موصلة، ولذلك فإنّهيُشاببذرّات عناصر أخرى ملائمة مثلالإنديومأوالإثمدأوالزرنيخأوالبورونأوالفوسفور؛ ممّا يؤدّي إلى نشوء ظاهرةوصلة الموجب والسالب، ممّا يؤدي بالتالي إلى إمكانية التحكّم الإلكتروني، وهذا ما يجعله ملائماًلتصنيع عناصر أشباه الموصلات. يمكن أن يُحوّلالسيليكون اللابلوريبواسطةليزر إكسيمرإلى سيليكون متعدّد التبلور، وذلك له أهمية في صناعةترانزستور الغشاء الرقيقعلى سبيل المثال.
يمكن الحصول على السيليكون مخبرياً مناختزالثنائي أكسيد السيليكونأورباعي فلوريد السيليكونباستخدام فلزّاتالمغنيسيومأوالألومنيوم:
كما يمكن الحصول على السيليكوناللابلوريمنالسيليسيدات:
يتكوّن السيليكون المتوفّر طبيعياً من 3نظائر مستقرةألا وهي سيليكون-28Si (وفرة طبيعية92.23%)، وسيليكون-29Si (وفرة طبيعية 4.67%)، وسيليكون-30Si (وفرة طبيعية 3.10%).ومن بين هذه النظائر، فإنّ السيليكون-29Si هو ما يستخدم فيالرنين النووي المغناطيسيوالرنين المغناطيسي الإلكتروني؛لأنّه الوحيد الذي لديه مغزل نووي (I=1/2).تُنتَج هذه النظائر الثلاثة جميعها فيالمستعرات الأعظمية من النوع Ia؛وذلك من خلالعملية احتراق الأكسجين؛ كما يُنتَج النظيرSi فيعملية ألفا، ولذلك فهو الأكثر وفرة. تُعرَف عملية اندماج نوى السيليكون-28Si معجسيمات ألفاأثناء عمليات إعادة الترتيب المرافقةللانحلال الضوئيفي النجوم باسم «عملية احتراق السيليكون»، وهي المرحلة الأخيرة فيتفاعلات الانصهار النجميقبل الانهيار السريع والانفجار السريع لتلك النجوم لتصبحمستعرات أعظمية من النوع 2.
هناك عشروننظيراً مشعّاًللسيليكون، وأكثرها استقراراً هو السيليكون-32Si، ويبلغعمر النصفله 153 سنة؛ والسيليكون-31Si، والذي يبلغ عمر النصف له 157.3 دقيقة.إنّ جميع النظائرالمشعّةالمتبقيّة لا يتجاوز لها عمر النصف السبع ثوان، ومعظم أعمار النصف تلك أقلّ من عُشر الثانية.يوجد هناكمصاوغ نوويوحيد للسيليكون (Si)، ويبلغ عمر النصف له أقل من 210 نانوثانية.يخضع النظيرSiلاضمحلال بيتاضعيف الشدّة إلىفوسفور-32P، ومنه إلى النظير المستقرّكبريت-32S. يمكن أن ينتج النظير سيليكون-31Si منالتنشيط النيوترونيللسيليكون الطبيعي، وهذا ما يجعله مفيداً في مجالالتحليل الكمي، إذ يمكن الكشف عنه بسهولة من اضمحلال بيتّا النمطي إلى النظير فوسفور-31P، ويحمل الإلكترون المنبعث طاقة مقدارها 1.48 ميغاإلكترون فولت.يتراوح متوسطعدد الكتلةلنظائر السيليكون بين 22 إلى 44؛ونمط الاضمحلالالمشترك للنظائر التي أعداد كتلتها أقلّ من السيليكون-28 هو نمطβ، مشكّلاً في المقام الأولنظائر الألومنيوم(13 بروتون)كنواتج اضمحلال.أمّا نمط التحلّل الأكثر شيوعًا للنظائر التي أعداد كتلتها أكبر من السيليكون-30 فهوβ، وفيه تتشكّل في المقام الأولنظائر الفوسفور(15 بروتون) كنواتج اضمحلال.
يمكن للسيليكون أن يصل إلى المحيطات عبر المياه الجوفية والنقل النهري. تتوفر الواردات الضخمة من المياه الجوفية على تركيب نظائري مميّز عن واردات النقل النهري؛ ويساهم ذلك التباين النظائري بين المياه الجوفية ومياه النقل البحري في حدوث اختلاف في قيم النظير سيليكون-30Si، وذلك يستخدم كمقياس للنشاط الجيولوجي في المحيطات.
يوجد السيليكون في الشروط القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على شكل صلب رمادي ذي بريق أزرق، وهو يُصنّف ضمنأشباه الفلزات. يظهر السيليكون خاصّيةالتمدّد الحراري السلبيمثل الماء، أي أنكثافتهفي الطور السائل أعلى بقرابة 10-11% من قيمتها في الطور الصلب.
لذرّة السيليكون أربعة عشرإلكتروناً؛ وهي تكون فيالحالة القاعيةذاتتوزيع إلكترونيعلى الشكلNe] 3s3p]. إذاً توجد أربعةإلكترونات تكافؤفي الغلاف الإلكتروني الخارجي، بالتالي بإمكان ذرّة السيليكون أن تحقّققاعدة الثمانياتوأن تتبنّى الترتيب الإلكتروني المستقرّللآرغونبتشكيل أربعروابط تساهميةلتعطي مركّبات كيميائية على النمط SiX4، والتي يكون لهابنية جزيئية رباعية السطوحذاتتهجين مداريمن النمط sp، تحتلّ فيها ذرّة السيليكون المركز، والذرّات الأربع الأخرى على قمم رباعي السطوح.تبلغ قيم أوّل أربعطاقات تأينللسيليكون 786.3 و 1576.5 و 3228.3 و 4354.4 كيلوجول/مول، على الترتيب. تعدّ تلك القيم مرتفعة بالشكل الكافي لاستثناء احتمالية أن تكون كيمياء هذا العنصر ذات سمة أيونية؛ إذ تهيمن عليها السمة التساهمية بالفعل. بالنظر إلىالاتجاهات الدوريةفإنّ نصف قطر ذرّة السيليكون في روابطها التساهمية الأحادية (117.6بيكومتر) يقع وسطاً بين تلك القيم الموافقة لذرّةالكربون(77.2 بيكومتر) ولذرّةالجرمانيوم(122.3 بيكومتر)؛ في حين أنّ القيمة الافتراضية لنصف القطر الأيوني لذرّة السيليكون قد تكون قرابة 40 بيكومتر.
يتبلور السيليكون في الشروط القياسية على شكل بنية تساهمية ضخمة على هيئةشبكة بلّوريةثلاثية الأبعاد لهابنية الألماس المكعّبة، ممّا يفسّر الارتفاع النسبي لنقطة الانصهار (1414 °س)، إذ يتطلّب تكسير هذه الروابط التساهمية وتحطيمها الكثير من الطاقة. لا توجدمتآصلاتمن السيليكون عند الضغوط العادية؛ إلّا أنّه يتبنّى أشكالاً بلّورية مختلفة عند ضغوط مرتفعة؛ إذ تؤدّي زيادة الضغط إلى زيادةالعدد التناسقي، ممّا يولّد متآصلاً ذاتعبئة متراصّةعند قرابة 40غيغاباسكال. يغلي السيليكون عند 3265 °س، ورغم الارتفاع النسبي لتلك القيمة فإنها تبقى أقلّ من قيمة نقطة تساميمجانسهالكربون (3642 °س)؛ كما أنّ للسيليكونحرارة تبخّرأقلّ من الكربون، وذلك يتوافق مع حقيقة أنّ الرابطة Si–Si أضعف من الرابطة C–C.بيّنت الأبحاث أنّه بالإمكان إنشاء بنية من رقائقالسيليسينبشكل مشابهللغرافين.
ينتمي السيليكون إلىأشباه الموصلات، وتنخفضالمقاوميةمع ارتفاع درجة الحرارة، ويعود ذلك بسبب وجودفجوة نطاقطاقية صغيرة (1.107إلكترون فولت) بين أعلى المستويات الطاقية المشغولة بالإلكترونات (نطاق التكافؤ) وبين أخفض المستويات الطاقية غير المشغولة بالإلكترونات (نطاق التوصيل). يقعمستوى فيرميللسيليكون في منتصف المسافة تقريباً بين نطاقي التكافؤ والتوصيل، بالتالي فإنّ السيليكون النقي هو من المواد العازلة عند درجة حرارة الغرفة. بالمقابل، تؤدّيإشابةالسيليكون بعنصر منمجموعة النتروجين(نكتوجين) مثلالفوسفورأوالزرنيخأوالإثمدإلى توفير إلكترون فائض لكلّ ذرّة شائبة، ممّا يسهّل إثارة الإلكترونات إلى نطاق التوصيل إمّا بأسلوب حراري أو ضوئي، وذلك يولّد شبه موصل من النوع N. بشكل مشابه، فإنّ إشابة السيليكون بعنصر منمجموعة البورونمثلالبورونأوالألومنيومأوالغاليومتؤدّي إلى توفير مستويات مستقبلة قادرة على التقاط واحتجاز الإلكترونات التي يمكن أن تثار من نطاق التوصيل الممتلئ، ممّا يولّد شبه موصل من النوع p.يؤدّي وصل سيليكون من النوع N مع سيليكون من النوع p إلى تشكيلوصلة الموجب والسالب، والتي تقوم بعملثنائي المساري، والذي ينظّم تدفّق الإلكترونات باتجاه واحد.
إنّ كتل السيليكون البلّوري عادةَ ما تكون خاملة، ولكنّها تصبح ذات نشاط كيميائي أكبر مع ارتفاع درجة الحرارة. وكما هو الحال مع جارهالألومنيومفإنّ السيليكون يشكّل طبقة رقيقة سطحية منثنائي أكسيد السيليكونSiO2والتي تقيه منالأكسدةوتقوم بدورمخمّل. لذلك فإنّ السيليكون لا يتفاعل بشكل ملموس مع أكسجين الهواء عند درجات حرارة دون 900 °س، ولكن عند درجات حرارة أعلى من ذلك يزداد تشكّل طبقةبرّاقةمن ثنائي الأكسيد بشكل سريع بين درجتي 950 °س و 1160 °س؛ وعند الوصول إلى درجة الحرارة 1400 °س يمكنللنتروجينأن يتفاعل مع السيليكون ليشكّل مجموعة منالنتريداتمثل SiN و Si3N4. يمكن للسيليكون أن يتفاعل مع بخارالكبريتعند الدرجة 600 °س، وبخار الفوسفور عند الدرجة 1000 °س. بالرغم من ذلك لا تستطيع طبقة الأكسيد تلك أن تمنع التفاعل معالهالوجينات،فالفلوريهاجم السيليكون بعنف عند درجة حرارة الغرفة، أمّاالكلورفيقوم بذلك عند الدرجة 300 °س، في حين أنّالبرومواليوديهاجمان السيليكون عند الدرجة 500 °س. لا يتفاعل السيليكون مع أغلبالأحماضالممدّدة، ولكنه يتأكسد ويتعقّد مع مزائجحمض الهيدروفلوريكالحاوية على الكلور أوحمض النتريكليشكّلالفلوروسيليكاتالموافقة. من جهةٍ أخرى فإنّ السيليكون ينحلّ في محاليلالقلوياتالساخنة ليشكّلالسيليكاتالموافقة.عند درجات حرارة مرتفعة يتفاعل السيليكون معهاليدات الألكيلباستخدامالنحاسحفّازاً من أجل الحصول على كلوريداتالسيليكون العضوية، والتي تعدّ مواداً أوّلية لتحضير البوليميراتالسيليكونية. عند انصهاره يصبح السيليكون ذا نشاط كيميائي وتفاعلية كبيرة للغاية، وهو يشكّلسبائكمع أغلب الفلزّات ليشكّلالسيليسيداتالموافقة؛ كما أنّه قادر بتلك الحالة المنصهرة على أن يختزل أغلب أكاسيد الفلزّات، لأنّالحرارة القياسية لتكوينثنائي أكسيد السيليكون كبيرة. ولذلك الأمر فإنّ الحاويات المخصّصة لمصهور السيليكون ينبغي أن تكون مصنوعة منمواد حراريةخاملة مثلثنائي اكسيد الزركونيوم، أوالبوريداتاللافلزّية.
يعدّ التناسق رباعي السطوحالطابع البنائيالرئيسي في كيمياء السيليكون، كما هو الحال في كيمياء الكربون. ولكنّ المدارات 3p هي أكثر انتشاراً من مدارات 2p، بالتالي فهي لاتتهجّنبشكل مثالي مع مدارات 3s؛ بالتالي فإن كيمياء السيليكونومجانساتهالأثقل في المجموعة الرابعة عشرة تظهر اختلافاً واضحاً عن كيمياء الكربون.فعلى سبيل المثال، تبلغ قيمةكهرسلبيةالسيليكون مقدار 1.90، وهي أقلّ بكثير من الكربون (2.55)، لأنّ إلكترونات التكافؤ في السيليكون هي أبعد عن النواة من تلك التي للكربون، وبالتالي تكون قوى التجاذب الكهربائية الساكنة مع النواة أضعف. يؤدّي التطابق الضعيف لمدارات 3p إلى ميل أقلّ للسيليكون كي يشكّلسلاسلطويلة من روابط Si–Si بالمقارنة مع الكربون، وذلك يعكس حقيقة كون الرابطة Si–Si أضعف من نظيرتها C–C.إذ أنّ متوسّططاقة رابطةSi–Si يبلغ تقريباً 226 كيلوجول/مول، بالمقارنة مع 356 كيلوجول/مول بالنسبة للرابطة C–C.وذلك يؤدّي أيضاً إلى ضعف ميل السيليكون إلى تشكيل روابط مضاعفة بين ذرّاته. بالتالي فهناك تباين واضح بين كيمياء السيليكون والكربون، وخاصّةً في مجالالكيمياء العضويةللكربون؛ كما أنّ معادنالسيليكاتذات بنية معقّدة لا تُرى فيأكاسيد الكربون.
من جهةٍ أخرى، يؤدّي وجود عقد قطرية في مدارات 3p عند السيليكون إلى زيادة احتماليةفرط التكافؤ، وذلك يشاهد في مشتقّات السيليكون خماسية وسداسية التناسق، وذلك في الأنيونينSiX5وSiF6، على الترتيب.يؤدّي ازدياد الفجوة الطاقية بين المدارات s والمدارات p نزولاً فيمجموعة الكربون، فإنّ ثباتية واستقرار الحالة ثنائية التكافؤ تزداد أيضاً، وذلك من الكربون إلى الرصاص، كما تزداد الصفة الفلزّية للعناصر.بناءً على ذلك، فإنّه لا يوجد للسيليكون إلّا البعض القليل من المركّبات ثنائية التكافؤ، وهي غير مستقرّة؛ كما أنّ السيليكون يبدي بعض السمات الفلزّية الأوّلية، وخاصّةً في سلوك مركّباته الأكسجينية، وكذلك في تفاعله مع الأحماض والقواعد (رغم صعوبتها)؛ بالتالي فإنه يصنّف ضمنأشباه الفلزّاتأكثر من كونهلا فلزّاً.يشبه السيليكونالجرمانيومفي سلوكه أكثر من الكربون، ويتعزّز هذا التشابه بانكماش المدارات d في الجرمانيوم، ممّا يؤدّي إلى تقارب في حجم الذرة فيه بالنسبة للسيليكون، وذلك بشكل أكبر ممّا يوحيهالاتجاه الدوري.، ولكن بالرغم من ذلك توجد اختلافات جوهرية بين هذين العنصرين، بسبب استقرار التكافؤ الثنائي في الجرمانيوم، وذلك لسمته الفلزّية الأوضح؛ بالإضافة إلى ذلك فإنّ ضعف الرابطة Ge–O بالمقارنة مع Si–O يؤدّي إلى غياب السلاسل البوليميرية عند الجرمانيوم كما هو الحال في البوليميراتالسيليكونية.
يشكل السيليكون عدداً معتبراً منالمركّبات الكيميائية، والتي يكون فيها السيليكونرباعي التكافؤبشكل شبه سائد. يغلب على كيمياء السيليكون الارتباط الوثيق مع ذرّةالأكسجين، فمركّباته الأكسجينية هي الأكثر انتشاراً.
هناك عددٌ كبير منسيليسيداتالفلزّات المعروفة، والتي يطغى عليها سمة عدم وجود تركيب كيميائي بسيط استناداً على التكافؤ وعلىقياس اتحادية العناصروكذلك على نوع الرابطة الكيميائية. فهناك عددٌ من الصيغ المختلفة التي توجد عليها السيليسيدات مثل M6Si و M5Si و M4Si و M15Si4و M3Si و M5Si2و M2Si و M5Si3و M3Si2و MSi, M2Si3و MSi2و MSi3و MSi6. تكون السيليسيدات في بنيتها أقربللبوريداتمنالكربيدات، وذلك مثال علىالعلاقة القطريةبين الكربون والبورون. تكونالحرارة القياسية للتكوينفي السيليسيدات مقاربة للبوريدات والكربيدات الموافقة، ولكنها تنصهر عادةً عند درجات حرارة أخفض.
عادةً ما تُحضَّر السيليسيدات من التفاعل المباشر بين العناصر المكوّنة، فعلى سبيل المثال تتفاعل عناصرالفلزّات القلويةوالفلزّات القلوية الترابيةمع السيليكون أو ثنائي أكسيد السيليكون لتعطي السيليسيدات الموافقة عند درجات حرارة مرتفعة؛ ويغلب عليها الصفة التساهمية، إذ أنّه من الصعب عزل أنيونات للسيليكون مع تلك العناصر مرتفعة الكهرجابية، ويكون الارتباط على شكل أنيوناتSi4والمتساوية إلكترونياًمعالفوسفور الأبيضP4.
السيلاناتهيسلسلة متجانسةمن المركّبات الكيميائية المكوّنة من السيليكونوالهيدروجين، ولها الصيغة العامة SinH2n+ 2، ويعرف منها سلاسل متفرّعة وغير متفرّعة حتى قيمة تصل منn=8؛ كما أنالمركّبات الحلقيةعلى الشكل Si5H10و Si6H12معروفة أيضاً. أشهر تلك المركّبات هيأحادي السيلانSiH4وثنائي السيلانSi2H6، واللذان يوجدان في الطور الغازي، أمّاثلاثي السيلانSi3H8والسيلانات العليا فهي توجد في الطور السائل في الشروط القياسية.
كانألفرد شتوكمن الرائدين في دراسة هذه المركّبات؛وهي يمكن أن تُحضَّر انطلاقاً منسيليسيد المغنيسيوم، كما يمكن أن تُحضَّر من اختزال السيلاناتالمستبدلةباستخداممختزلقويّ مثلهيدريد ألومنيوم الليثيومفي وسط من الإيثر عند درجات حرارة منخفضة. يمكن الحصول على السيلانات المستبدلة من تفاعل الأحماض الهالوجينية مع السيليكون بوجود حفّاز من النحاس.عند وجود مستبدلات عضوية مناسبة يمكن للسيلانات أن تعطي بولي سيلانات مستقرّة.
توجد تحويرات متنوّعة منثنائي أكسيد السيليكون، الذي يعرف بالاسم الشائع «السيليكا»، في الطبيعة، وهو يدخل في تركيب العديد من المعادن والصخور. تكون أغلب الأشكال البلورية للسيليكا مرتّبة على هيئةرباعيات سطوحمتّصلة مع بعضها على شكل سلاسل طويلة جدّاً من {SiO4} تتّصل مع بعضها برؤوسها. وفق هذا الترتيب تحتلّ ذرّة السيليكون المركز، وعلى الرؤوس تتوضّع ذرّات الأكسجين، حيث تتّصل كلّ ذرّة أكسجين بذرّتي سيليكون. يعدّ النمط البلّوري من الشكل ألفا-كوارتز، من الأنماط المستقرّة ديناميكياً حرارياً عند درجة حرارة الغرفة، وتكون رباعيات السطوح فيها متّصلة ببعضها على شكل سلاسل حلزونية متداخلة، مع وجود طولان مختلفان للرابطة Si–O هما 159.7 و 161.7بيكومتر؛ أمّا زاوية الرابطة Si–O–Si فتبلغ 144°. يمكن أن تكون جهة الدوران في تلك الترتيبات الحلزونية إمّا يمينية أو يسارية، ولذلك فإنّ بلّورات ألفا-كوارتز ذاتفعالية ضوئية. عند الدرجة 537 °س يتغيّر الترتيب بسرعة وبشكل عكوس إلى النمط بيتا-كوارتزالمشابه، والذي تختلف فيه مقدار الزاوية Si–O–Si لتصبح 155°، مع الاحتفاظ بالقساوة. يؤدّي التسخين إلى 867 °س إلى تحوّل طوري آخر إلى بيتا-تريديميت، والذي تتكسر فيه بعض روابط Si–O ممّا يسمح لرباعيات السطوح {SiO4} أن تشكّل بنية مفتوحة وأقل تراصّاً. يعدّ هذا التحوّل بطيئاً، وعندما يُترَك ليبرد إلى قرابة 120 °س، فإنّه يتحوّل بسرعة وبشكل عكوس إلى بنية ألفا-تريديميت، الشبيهة ببنية الكوارتز. يتحوّل البيتا-تريديميت إلى الشكل المكعّب من بيتا-كريستوباليتعند قرابة 1470 °س، والتي توجد بشكل شبه مستقرّ تحت درجة حرارة التحوّل الطوري، وتتحوّل عند التبريد ما بين 200–280 °س إلى النمط ألفا-كريستوباليتعند حدوث انزياحات صغيرة للذرّات. ينصهر البيتا-كريستوباليت عند الدرجة 1713 °س، ويؤدّي التبريد حينها إلى حدوثتزجيجللسيليكا. تبقى رباعيات السطوح {SiO4} في السيليكا المزجّجة متّصلة مع بعضها برؤوسها، ولكن مع ضياع تناظر ودورية الترتيب البلّوري. بسبب التحوّل البطيء بين هذه الأنماط المذكورة، فإنّه من الممكن للتسخين السريع أن يصهر ألفا-الكوارتز (1550 °س) أو البيتا-تريديميت (1703 °س)؛ من جهةٍ أخرى تغلي السيليكا عند قرابة الدرجة 2800 °س.
إنّ ثنائي أكسيد السيليكون شبه خاملة كيميائياً، وهو لا يهاجَم من أيّ حمض ما عداحمض الهيدروفلوريك؛ ولكنّه بالمقابل ينحلّ ببطء فيالمحاليل القلويةالمركّزة، ولكن عملية الانحلال في مصهور الهيدروكسيدات أو الكربونات القلوية تكون أسرع، ممّا يشكّلسيليكاتالفلزّات الموافقة. يعدّالفلورالوحيد من بين العناصر القادر على مهاجمة السيليكا عند درجة حرارة الغرفة ليشكّلرباعي فلوريد السيليكون، يستطيعالهيدروجينوالكربونالتفاعل مع السيليكا، ولكن عند درجات حرارة تتجاوز 1000 °س.
تؤدّي إضافة الماء إلى السيليكا إلى انخفاض نقطة انصهارها بقرابة 800 °س، وذلك بسبب حدوث خلخلة جزئية في البنية، فتحلّ روابط Si–OH مكان Si–O–Si في البنية. يؤدّي زيادة تركيز الماء إلى تشكيلهلام السيليكا(السيليكا جل)، بالإضافة إلى مستعلقاتغروانيةمميّهة أخرى للسيليكا. إذ توجد العديد منالهيدراتالتي تتشكّل في المحاليل الممدّدة، والتي سرعان ما تترسّب وتتكثّف وتتشابك لتعطي العديد منالأحماض السيليسيةالمبلمرة، فتكون الصيغة العامّة لوحدة التكرار على الشكل [SiOx(OH)4−2x]، وهذا السلوك مشابه لما لعناصرالبورونوالألومنيومعلى سبيل المثال. بالتالي، فعلى الرغم من التمكّن من تحديد بنية بعض الأحماض السيليسية في المحاليل الممدّدة، مثلحمض أورثو السيليسيكSi(OH)4وحمض ميتا السيليسيكSiO(OH)2، فإنّه لم يتمكّن من عزلها في الحالة الصلبة.
يتشكّلثنائي كبريتيد السيليكونمن حرق السيليكون في الكبريت الغازي عند الدرجة 100 °س؛ ويؤدي تسامي المركّب الناتج SiS2في وسط من النتروجين إلى الحصول على ألياف طويلة بيضاء ومرنة شبيهة بشكلهابالأسبست، وببنيتها بالسيليكا-W، ولكن يفتقد SiS2التنوّع في البنى الذي يمتلكه SiO2، وهويتحلمهإلى السيليكاوكبريتيد الهيدروجين. كما يتفاعل بسهولة معالأمونياالسائلة ليشكّل مركّبإيميديNH4SH.
وهو يتفاعل مع كبريتيدات الصوديوم والمغنيسيوم والألومنيوم والحديد ليشكّل مركّباتالثيوسيليكاتالموافقة؛ في حين يعطي التفاعل معالإيثانولإلى الحصول علىرباعي إيثيل أورثو السيليكاتوكبريتيد الهيدروجين. يؤدّي تفاعل كبريتيد الهيدروجين مع رباعي هاليدات السيليكون إلى الحصول علىثيوهاليداتالسيليكون المختلفة.يمكن الحصول علىنتريد السيليكونSi3N4من التفاعل المباشر بين السيليكونوالنتروجينفوق الدرجة 1300 °س، ولكن يمكن الحصول على هذا المركّب بأسلوب أفضل من تسخين السيليكا مع الفحم في جوّ من غازي النتروجين والهيدروجين عند الدرجة 1500 °س. يعدّ مركّب نتريد السيليكون من الموادالسيراميكيةوهي مادّة خاملة كيميائياً وحرارياً، كما أنّها كثيفة وذاتصلادةمرتفعة (9 علىمقياس موس). منالمواد الحراريةالمشابهة مركّب Si2N2O، والذي يتشكّل من تسخين السيليكون والسيليكا عند الدرجة 1450 °س في جوّ منالآرغونحاوٍ على 5% من النتروجين. تتكوّن البنية من تناوب ذرّات السيليكون رباعي التناسق مع النتروجين ثلاثي التناسق في شبكة سداسية متراصّة ومتشابكة مع بعضها البعض بروابط Si–O–Si غير خطّية.
يعطي تفاعل هاليدات السيليل مع الأمونيا أو مشتقّات ألكيل الأمونيا في الطور الغازي أو في وسط من محلول إيثانولي نواتج مختلفة من مركّباتسيليلاميدالمتطايرة، وهي مجانسات سيليكونيةللأمينات.
جرى تحضير العديد من تلك المركّبات، ولكن الأنواع الكيميائية الحاوية على الرابطة SiH–NH غير مستقرّة عند درجة حرارة الغرفة. كما جرى تحضير مناظرات سيليكونيةللإيميناتحاوية على الرابطة المزدوجة Si=N، ولكنّها غير مستقرّة أيضاً.
حُضّر مركّبكربيد السيليكونSiC لأوّل مرة سنة 1891 من الكيميائيإدوارد غودريتش أتشيسون، الذي أطلق عليه اسمكربوروندوم، وأسّس شركة لإنتاجه.يوجد من كربيد السيليكون أكثر من 250 شكل بلّوري.ما يميّزتعدّد الأشكالفي كربيد السيليكون هو وجود عائلة كبيرة من البنى البلّورية المتشابهة، والتي تكون فيها التحويرات بسيطة، فيكون التشابه على بُعدَين اثنين ويختلف في البعد الثالث. بالتالي يمكن النظر إليها على أنها طبقات مكدّسة في تتابع معيّن.يعدّ كربيد السيليكون أكثر مركّب ثنائي للسيليكون ثابت حرارياً، وهو يبدي مظاهر التفكّك بفقدان السيليكون عند درجات حرارة قرابة 2700 °س. إلّا أنّ ثباتيته الكيميائية أقلّ من الحرارية وخاصّةً عند درجات الحرارية المرتفعة، إذ يؤدّي إزالة طبقة ثنائي أكسيد السيليكون الواقية عليه بالتفاعل مع مصهور الهيدروكسيدات أو الكربونات إلى أكسدته تلقائياً؛ كما أنه يُهاجَم من غازالكلورعند الدرجة 1000 °س ليشكّل الكلوريدات الموافقة.
بسبب التقارب فيقوة الرابطةالكيميائية بين Si–C و C–C، فإنمركّبات السيليكون العضويةغالباً ما تكون مستقرّة كيميائياً وحرارياً. فعلى سبيل المثال يمكن أن يُقطّر مركّب SiPh4(رباعي فينيل السيلان}) في الهواء حتى بالقرب من نقطة غليانه (428 °س)، وكذلك الأمر مع مشتقّاته Ph3SiCl و Ph2SiCl2، التي تغلي عند 378 °س و305 °س، على الترتيب. وبشكل أبعد من ذلك، هناك تشابه إلى حدّ ما بين كيمياء الكربون العضوية وكيمياء السيليكون تبعاً للقدرة على تشكيلسلاسل طويلةوروابط مضاعفة.ولكن من جهة أخرى هناك اختلافات بسبب كهرجابية السيليكون بالمقارنة مع الكربون، فالرابطة Si–F أقوى من نظيرتها C–F، في حين أن الرابطة C–H أقوى بكثير من Si–H؛ كما أن ارتفاع كهرجابية السيليكون يجعل من قطبية الرابطة Si–H معكوسة بالنسبة للرابطة C–H، فالفرق في الكهرسلبية في الأخيرة هي +0.45 (هيدروجين-كربون)، في حين يبلغ الفرق في Si–H مقدار −0.2 (هيدروجين-سيليكون).بالإضافة إلى ذلك فإنّ السيليكون قادر على التوسّع في ثمانيته الإلكترونية أثناء تشكيل الروابط بشكل لا يوجد في الكربون، وبالتالي هناك بعض التفاعلات السيليكونية العضوية التي لا يوجد مناظر في كيمياء الكربون العضوية.
يمكن الحصول على مركّبات السيليكون العضوية مخبرياً بإجراء تفاعلإضافة سيليل(سيللة) للمركّبات العضوية من تفاعلكلوريد ثلاثي ميثيل السيليلأورباعي كلوريد السيليكونمعمركب ليثيوم عضويأوكاشف غرينيار(مركّب مغنيسيوم عضوي) أومركّب ألومنيوم عضوي. كما تُحضّر تلك المركّبات مخبرياً من تفاعلإضافة سيليل هيدروجينية، والذي يتضمّن إضافة الرابطة Si–H إلى رابطة C=C المضاعفة. أمّا صناعياً فيُستحصَل على مركّبات السيليكون العضوية من التفاعل المباشر بين هاليدات الألكيل أو الأريل مع السيليكون بوجود فلزالنحاسحفّازاً للعملية.من الأمثلة على المجموعات العضوية السيليكونية واسعة الاستخدام مجموعةثلاثي ميثيل السيليل، والتي تستخدممجموعة حمايةفي التفاعلات العضوية. هناك العديد من المشتقّات الكلوريدية الحاوية على ميثيل السيلان، مثلميثيل ثلاثي كلورو السيلانأوثنائي ميثيل ثنائي كلورو السيلانأوكلورو ثنائي ميثيل السيلان. من مجموعات السيليكون العضوية أيضاً كلّ منسيليل الإيثروالسيلوكسانوالتريفلات. أمّا من المركّبات المعروفةرباعي ميثيل السيلان، والذي يستخدم مادّة مقياسية من أجل تعييرالانزياح الكيميائيفيمطيافية الرنين المغناطيسي النووي. كما يعدّ مركّبتريفلات ثلاثي ميثيل السيليلمنأحماض لويسالقويّة جدّاً، ويستخدم من أجل تحويل مركّباتالكربونيلإلىأسيتالوإيثر سيليلي إينولي، واللذان يتفاعلان مع بعضهما بشكلٍ مناظرللتفاعل الألدولي.
على الرغم من توفّرالسيليكاتبشكلٍ كبير في القشرة الأرضية، إلّا أنّ هناك عددٌ قليلٌ نسبياً من الكائنات الحيّة القادرة على استخدامه والاستفادة منه حيوياً. من بين هذه الاستثناءات تندرج كلّ من كائناتالدياتوموالشعوعياتوكذلك نوع خاصّ منالإسفنجياتالسيليسيةوالتي تستخدم «السيليكا ذات الأصل الحيوي»كدعامات بنيوية لهياكلها. وُجدَ أيضاً أنّ إضافة الأورثوسيليكات إلى علف العجول يزيد من نسبةالكولاجينفي جلدهاوغضاريفها.
في خلايا النباتات الأكثر تقدّماً فتوجد جسيماتسيليكا النبات، وهي جسيمات مجهرية صلبة، والتي تكون ضرورية للنمو في بعض النباتات مثلالأرز.كما وجد أنّ السيليكون يحسّن من متانة الجدار الخلوي ومن الخواص الدعامية الهيكلية في بعض النباتات الأخرى.تدرس الجمعية الأمريكية لموظفي مراقبة غذاء النباتإدراج السيليكون ضمن المواد المفيدة للنباتات.
تستخدم كائنات الدياتوم السيليكونَ ذا الأصل الحيوي؛والذي يُمتصّ بواسطة «بروتين نقل السيليكون»من أجل استخدامه بشكل أساسي في دعم هياكلالجدار الخلويعلى هيئةمحارات دياتومية. يدخل السيليكون إلى المحيطات بشكل منحلّ على هيئةحمض السيليسيكأوسيليكات.تعدّ الدياتومات من المستهلكين الرئيسيّين لهذا النوع من السيليكون، وتساهم بشكل كبير في التأثير على تركيز السيليكون في المحيطات، ويعدّ السيليكون بذلك شكلاً من أشكال المغذّيات، فيزيد بذلك أعداد الكائنات الدياتومية في المستويات العليا الضحلة،وذلك يؤثّر بالنهاية على تركيز السيليكون في المستويات الأعمق في المحيطات.تدعى ظاهرة حركة السيليكون بين المستويات متفاوتة العمق في المحيطات باسم «الثلج البحري»؛ وهي تتضمّن الانتقال السفليللدقائق المعلقةمنالمواد العضويةمع مزيج المواد العضوية المنحلّة.بالتالي فإنّ هذه الظاهرة تؤثّر في النهاية على تركيز المغذّيات في المستويات العميقة في المحيطات.
تعدّ الكائنات الدياتومية منالعوالق النباتيةفي المناطق الساحلية، وهي تساهم في إنتاج السيليكون ذي الأصل الحيوي؛ أمّا في المحيطات المفتوحة، فإنّ للدياتومات دورٌ أقلّ في إنتاج السيليكا. من جهةٍ أخرى، تساهم الدياتومات فيالدوّامات المحيطيةفي شمالي المحيطين الأطلسي والهادي بنسبة 5-7% من الإنتاج السنوي العالمي للسيليكا؛ أمّا الأقسام الجنوبية من المحيطات فهي تعطي قرابة ثلث الإنتاج السنوي العالمي من السيليكا ذات الأصل الحيوي؛وذلك التباين يظهر الانقسام في الحركة الجيوكيميائية الحيوية بين القسمين الشمالي والجنوبي لتلك المحيطات.
هناك بعض الدلائل التي تشير إلى أنّ السيليكون قد يكون ضرورياً لصحّة الأظافر والشعر والعظام وأنسجة الجلد عند الإنسان؛فعلى سبيل المثال، فقد أظهرت بعض الدراسات أنّ النساء في مرحلة ما قبل انقطاع الطمث اللواتي لديهنّ حمية غذائية مرتفعة المحتوى من السيليكون يكون لديهنّكثافة عظامأكبر، وأن المكمّلات الغذائية الحاوية على السيليكون يمكن أن تزيد من حجم العظام وكثافتها في المرضى الذين يعانون منهشاشة العظام.يُحتاج إلى السيليكون من أجل اصطناعالإيلاستينوالكولاجين، واللذان يدخلان في تركيبالشريان الأبهرفي جسم الإنسان؛ولذلك يصنّف السيليكون من البعض على أنّه منالعناصر المغذّية.بالرغم من ذلك، فإنّه من الصعب البرهان على اضطرار جسم الإنسان له، بسبب أنّ السيليكون متوفّر جدّاً، ومن الصعب لذلك فحص الأعراض الناجمة عن نقص وعوز هذا العنصر.
إنّ الاستخدام الأكبر والأهمّ للسيليكون النقيّ هو دخوله فيصناعة أشباه الموصلاتوعناصرها ومكوّناتهاالمختلفة. أمّا أغلب السيليكون المستخدَم صناعياً فهو إمّا على شكل غير نقي أو على شكل مركّباته الكيميائية واسعة الانتشار مثلالسيليكاتأوالسيليكا، والتي تجد تطبيقات مباشرة لها، خاصّةً في مجال مواد البناء والإنشاءات المختلفة، مثلالأسمنت البورتلانديوالملاطوالخزفوالزخارف الجصيةوزجاج الصودا والجير، وكذلكالخرسانةوالطوب الحراري؛ بالإضافة إلىالألياف الزجاجيةوالصوف الزجاجي.
تتطلّب الصناعات الإلكترونية أن يكون السيليكون ذا نقاوة مرتقعة جدّاً، وأن يكون السيليكون على هيئةبلّورة أحاديةمفردة، والنقطة الأخيرة يمكن تحقيقها بواسطةعملية تشوخرالسكي، والتي يمكن من خلالها الحصول علىرقائقسيليكون، والتي تستهلك فيصناعة أشباه الموصلاتوفيالصناعات الإلكترونية، وكذلك في تطبيقاتالألواح الضوئيةالمختلفة.يتّسم السيليكون النقي بأنّهشبه موصل ذاتي، ممّا يعني أنه وعلى العكس من الفلزّات قادر على نقل التيّار بواسطةالثغرات الإلكترونيةوالإلكتروناتالمتحرّرة من الذرّات بواسطة الحرارة، لذلك تزدادموصليته الكهربائيةبازدياد درجة الحرارة. كما أنّ للسيليكون النقي من جهةٍ أخرى مقاومية كهربائية مرتفعة كي يستخدم مكوّناً في الدارات الكهربائية، لذلك فإنّه عادةً مايشاببتراكيز صغيرة من عناصر كيميائية معيّنة، ممّا يزيد من الموصلية الكهربائية، وتسهّل من التحكّم بعدد ونوع حاملاتالشحنة الكهربائية. يعدّ هذا التحكّم ضرورياً في صناعةالترانزستوراتوالخلايا الشمسيةومكاشيفوعناصرأشباه الموصلات المستخدمة في الصناعات الإلكترونية.يستفاد أيضاً منالخواص البصريةللسيليكون النقيّ في مجال أبحاثالليزر.
تُستخدَم رقاقات من بلّورات السيليكون الأحادية فيالدارات المتكاملةالشائعة، والتي تكون معزولة عن بعضها البعض بسبب وجود طبقة رقيقة عازلة منثنائي أكسيد السيليكون، والتي تضاف إمّا بأسلوبالأكسدة الحرارية، أوبالأكسدة الموضعية للسيليكون. ما يجعل السيليكون ملائماً للصناعات الإلكترونية هو مقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة، والفعالية الكهربائية الكبيرة من دون حدوثانهيار انهماري، وهوانهيار إلكترونييحدث بسبب ارتفاع الحرارة، التي تسبب ازدياد عدد الإلكترونات والثغرات الإلكترونية، ممّا يؤدّي إلى ازدياد كمّيّة التيّار، ممّا يزيد من الحرارة، وهكذا دواليك. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ طبقة الأكسيد العازلة تلك هي غير منحلّة في الماء، ممّا يمنح السيليكون أفضلية علىالجرمانيومفي صناعة الإلكترونيات.
إنّ عملية تصنيع بلّورات السيليكون الأحادية مرتفعة الثمن، وهي غالباً ما تستخدم من أجل إنتاج الدارات المتكاملة؛ أمّا من أجل التطبيقات الإلكترونية الأخرى التي لا تتطلّب أن يكون السيليكون ذا نقاوة مرتفعة جدّاً فيمكن استخدام أنواع أخرى من السيليكون النقي، والتي تتضمّن نوعًا من أنواعالسيليكون اللابلوري المهدرج، وكذلك السيليكون ذو النقاوة التعدينية المحسنة، وذلك في مجالتصنيع بكرة-إلى-بكرةالمستخدم للتطبيقات منخفضة التكلفة مثل صناعةشاشات العرض البلّوري السائلوالخلايا الشمسية. يزداد نموّ سوق السيليكون منخفض النقاوة بشكل أكبر من بلّورات السيليكون الأحادية مرتفعة النقاوة، فوفق إحصاءات سنة 2013، كان من المتوقّع أن يصل إنتاج السيليكون متعدّد التبلور المستخدم في صناعة الخلايا الشمسية إلى قرابة 200 ألف طنّ سنوياً، في حين أنّ بلّورات السيليكون الأحادية كان من المتوقع لها أن تصل إلى أقلّ من 50 ألف طنّ سنوياً.
يستحصل علىالنقاط الكموميةمن السيليكون من خلال عملية المعالجة الحرارية لمركّب هيدروجينسيلسيسكيوكسانممّا يحولّه إلىبلّورات نانويةيتراوح أبعادها من عدة نانومترات إلى عدّة ميكرونات، وهي تبدي خواصاًضيائيةمعتمدة على حجم الجسيمات.تظهر البلورات النانويةانزياحات ستوكسكبيرة، محوّلةً الفوتونات في مجالفوق البنفسجيإلى فوتونات في المجال المرئي أوتحت الأحمرممّا يمكّن من استخدامها فيأجهزة عرض النقط الكموميةوالمركّزات الشمسية الضيائية. ما يجعل السيليكون مفضّلاً علىالكادميومأوالإنديومفي مجال النقط الكمومية هو عدم سمّيّته ولطبيعته اللافلزية.تُستخدَم النقط الكمومية من السيليكون أيضاً في مجال التحسّس للمواد الكيميائية الخطرة؛ إذ تتحسّس النقط الكمومية عبر حدوثاستخماد لتألّقهاعند وجود تلك المواد.يحدث الكشف بعدّة أساليب مثلانتقالات الإلكترون البينيةوانتقال الطاقة برنين فورستروالتيّارات الضوئية.
يُضاف السيليكون على هيئةفروسيليكونإلى مصهورالحديد الصبّ؛ ويستهلك هذا التطبيق قرابة 80% من الإنتاج العالمي للسيليكون. يساعد السيليكون على تحسين الأداء في صبّ المقاطع الرقيقة، ويعمل على منع تشكّلالسمنتيت؛ كما يعمل على التقاط الأكسجين مما يُسهل التحكّمبالمحتوى الكربوني؛ كما يعدّ مكوّناً أساسياً فيالفولاذ الكهربائيمحسّناً من خواصه المقاوميةوالمغناطيسية الحديدية. يضاف السيليكون ذو النقاوة التعدينية من أجل تحضيرسبائكمع عناصر أخرى مثلالألومنيومفي سبيكةسيلومين، المستخدمة بشكل واسع فيصناعة المركبات، وذلك نظراً لخواصّها الميكانيكية المميّزة.
يمكن أن تعدّالسيليكوناتمناظرةً للسيليكات، لأنَّ مجموعات الميثيل في السيليكوناتمتساوية إلكترونياًمع مجموعاتO في السيليكات.تتميّز البوليميرات السيليكونية بثباتيتها الحرارية، وبمقاومتها للأكسدة، كما أنّها عازلة تجاه الماء، ولها العديد من الخواص المفيدة الأخرى، مثل العزل الكهربائي وعدم الالتصاق وعدم تشكيل رغوة؛ كما أنّها مقاومة للأشعّة فوق البنفسجية وللتآكل، بالإضافة إلى خمولها الكيميائي.
تستخدم البوليميرات السيليكونية في تصنيع الموادالمقاومة للماء، وفي عملياتالصبّوالقولبة، وفي صناعةمانعات التسربوشحوم وشموعالتزليق، وفيسد الشقوق(الجلفطة). تستخدم السيليكونات في بعض الأحيان في مجالزرع الثديوالعدسات اللاصقةوفي صناعةالمتفجّراتوالتقانة النارية.يمكن أن يُحضّرالمعجون السيليكونيبإضافةحمض البوريكإلىزيت السيليكون.
يمكن التعرّض للسيليكون العنصري في أماكن العمل، حيث يمثّل خطراً في حال استنشاق غباره؛كما يعدّ مهيّجاً في حال ابتلاعه أو تماسّه مع الجلد أو العين. وضعتإدارة السلامة والصحّة المهنيةالأمريكيةحدّ التعرّض المسموحمن السيليكون في أماكن العمل في يوم عمل مكوّن من ثمان ساعات بمقدار 15 مغ/مفي حال التعرّض الإجمالي، وبمقدار 5 مغ/مفي حال التعرّض التنفّسي. أمّاالمعهد الوطني للسلامة والصحّة المهنيةالأمريكيفوضعحدّ التعرّض الموصى بهمن السيليكون في أماكن العمل في يوم عمل مكوّن من ثمان ساعات بمقدار 10 مغ/مفي حال التعرّض الإجمالي، وبمقدار 5 مغ/مفي حال التعرّض التنفسّي.قد يؤدّي استنشاق غبار بلّورات السيليكا إلىالسحار السيليسي، وهو مرض منأمراض الرئة المهنية.