Krzem

**Krzem** (symbol (**Si**), z łac. *silicium* — „**krzemionka**”) – niemetaliczny pierwiastek chemiczny, występujący w strukturach bezpostaciowych oraz krystalicznych.

## Historia

Od czasów prehistorycznych piaski krzemionkowe były materiałem do wyrobu polewy naczyń ceramicznych i szkła.

Krzem jako samodzielny pierwiastek chemiczny został wyodrębniony w 1823 r. przez szwedzkiego chemika **Jönsa Jacoba Berzeliusa**, jednak znany był on chemikom już wcześniej. Łacińską nazwę *silicium*, która dotychczas oznaczała krzemionkę, nadał pierwiastkowi w 1817 r. szkocki profesor chemii **Thomas Thomson**.

Obecnie krzem w swojej krystalicznej postaci służy jako dodatek odtleniający i utwardzający stal. Ponadto stał się on podstawą przemysłu elektronicznego, gdyż jest doskonałym półprzewodnikiem i wykonuje się z niego m.in. kostki krzemowe do mikroprocesorów.

## Występowanie w naturze

Krzem jest drugim (po tlenie) najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Stanowi on około 28,2% składu litosfery.

W przyrodzie występuje wyłącznie w związkach z innymi pierwiastkami, najczęściej z tlenem w krzemionce (**ditlenek krzemu**, **SiO2**), tworząc w ten sposób minerał – **kwarc** – z którego zbudowane są piaski i żwiry. Istnieje on także pod postacią innych **krzemianów** i **glinokrzemianów**.

## Otrzymywanie krzemu

W warunkach laboratoryjnych otrzymuje się krzem z krzemionki, redukując ją magnezem. Na skalę przemysłową krzem jest produkowany przez prażenie krzemionki, węgla i żelaza w piecu elektrycznym. Do zapoczątkowania tych procesów potrzebna jest temperatura o wysokości ponad 2273° stopni celsjusza. Wydzielony krzem uwalnia się od domieszek tlenku magnezu oraz resztek substratów przez kolejne traktowanie spieku kwasem solnym, a następnie fluorowodorem. W przemyśle elektronicznym wykorzystuje się bowiem krzem o możliwie nawyższej czystości.

## Właściwości

### **Właściwości fizyczne**

Krzem to substancja stała o barwie ciemnoszarej i metalicznym połysku. Tworzy kryształy podobne do kryształów diamentu. Jest półprzewodnikiem. Jest pierwiastkiem twardym (6,5 w skali Mohsa) i kruchy. Ma wysoką temperaturę topnienia (1863 K), podczas którego zmniejsza swoją objętość, podobnie jak woda.

### **Właściwości chemiczne**

Krzem jest mało aktywny chemicznie. Nie reaguje z wodą ani z kwasami, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego. W temperaturze pokojowej krzem reaguje tylko z fluorem, tworząc czterofluorek krzemu – **SiF4** Po ogrzaniu wchodzi w reakcje z innymi fluorowcami – tlenem i azotem, dzięki czemu w temperaturach ok. 1000 K powstają tlenek **SiO2** i azotek **Si3N4**, a w temperaturach powyżej 2300 K reaguje m.in. z węglem, tworząc węglik. W wysokich temperaturach reaguje także z metalami, tworząc **krzemki** np. **Mg2Si**. W roztworach zasadowych krzem roztwarza się z wydzieleniem wodoru.

Do infoboksu jakiegoś:

* pierwiastek niemetaliczny;
* kruchy;
* krystaliczny;
* nierozpuszczalny w wodzie;
* nie przewodzący prądu elektrycznego;
* liczba atomowa – 14;
* masa atomowa – 28,086;

## Zastosowanie

### **W przemyśle elektronicznym**

Krzem znajduje zastosowanie w elektronice od początku lat 50. XX wieku. W 1947 r. skonstruowany został pierwszy germanowy tranzystor ostrzowy, który uznaje się za jedno z największych osiągnięć XX wieku. Obecne tranzystory są coraz mniejsze, szybsze i mniej energochłonne.

Krzem służy także do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych, wafli do wytwarzania chipów krzemowych, kolektorów słonecznych, żaroodpornych płytek, którymi pokrywa się powierzchnie statków. Ponadto krzem stosuje się jako dodatek stopowy, gdyż poprawia właściwości kwasoodporne stali. Jego stopy z glinem są używane w odlewnictwie.

## Powiązane pojęcia

* ditlenek krzemu (krzemionka);
* glinokrzemiany;
* krzemiany;
* krzemki;
* kwarc;

#### Osoby:

* Jöns Jacob Berzelius (1779—1848);
* Thomas Thomson (1773—1852).

## Źródła

#### Bibliografia:

* *Słownik naukowo-techniczny Hutchinsona*. Wydawnictwo EM, wydanie I, Warszawa 1997 [ISBN 83-86396-40-7]

#### Netografia:

* O krzemie i jego właściwościach w serwisie *eszkola.pl**.*