درجة انصهار السيليكون

السِّيليكون

السِّيليكون (بالانجليزية: silicon) عنصر كيميائيّ من عناصر المجموعة الرَّابعة عشرة في الجدول الدَّوري، المعروفة عالمياً بالمجموعة الرابعة، وهي العناصر التي تُعرَف بأشباه الفلِّزات، أو أشباه الموصلات، وعدده الذَّري هو 14، ورمزه هو (Si)، والسِّيليكون عنصر رماديّ اللَّون وله بريق المعادن.^[١]

يحتلّ السيليكون الترتيب السابع بين العناصر الأكثر وفرة في الكون، والترتيب الثاني بعد عنصر الأكسجين في كوكب الأرض، ولا يوجد السِّيليكون بحالته النقيَّة في الطَّبيعة وإنَّما مُتَّحداً مع عناصر أخرى في القشرة الأرضيَّة على شكل مركَّباتٍ مثل السِّيليكا، وهي ثاني أكسيد السِّيليكون، ويعدُّ مركَّب السِّيليكا المكوَّن الأساسي للرَّمل في الطَّبيعة، ولهذا فإنّه الأكثر شيوعاً ووفرةً من بين مكوّنات القشرة الأرضية؛ فهو موجود في بلورات الصخور، والصوان، والكوارتز، وغيرها من مكوّنات القشرة الأرضية.^[١][٢]

اكتشاف السيليكون وسبب تسميته

سُمِّي السيليكون بهذا الاسم نسبة إلى الكلمة اللاتينية (silex) وهي حجر الصوان (بالإنجليزية: flint)، وقد اكتشف الكيميائي السويدي جيكوب بيرزيليوس السيليكون في عام 1824م، فوضع رقائق البوتاسيوم في حاوية مملوءة بالسيليكا ثم سخّنها ونتجت عنها مواد ثانوية ثمّ غسلها بعناية للحصول على السيليكون النقيّ. يتم إنتاج السيليكون بتسخين الرمل (SiO₂) مع الكربون إلى درجات حرارة تقترب من 2200 درجة مئوية.^[١]

درجة انصهار السيليكون

تُعرَّف درجة انصهار المادة (بالانجليزية: Melting point) بأنها الدَّرجة التي تتحول عندها المادة من الحالة الصَّلبة إلى الحالة السَّائلة^[٣]، ولكل عنصر درجة انصهار خاصَّة به تختلف عن العناصر الأخرى، ودرجة انصهار السِّيليكون النقي هي 1414 درجة مئوية، ودرجة غليانه هي 3265 درجة مئوية، وكثافة السِّيليكون عند درجة حرارة الغرفة هي 2.3296غ/سم³.^[٤]

استخدامات السيليكون

إن الموصلية (بالانجليزية : conductivity) لعنصر السيليكون الخام قليلة جداً، فهي غير مناسبة كمادةٍ لصناعة الدارات الإلكترونية، لكن يقوم المختصون بمعالجتها وإضافة عناصر أخرى إليها بكميات قليلة؛ بحيث يضمن هذا التنشيط زيادة كبيرة في الموصلية للسيليكون، ويعدّل استجابته الكهربائية وذلك عن طريق التحكم في الشحنة وعدد الموجات الحاملة النشطة، ويُعد مثل هذا النوع من الإضافات مهمّاً لصناعة أجهزة كشف أشباه الموصلات، والترانزستورات (بالإنجليزية : Transistors)، والخلايا الشمسية، وأجهزة أشباه الموصلات المستخدمة في تصنيع الحواسيب، والإلكترونيات المختلفة، فعلى سبيل المثال يتم استخدام السيليكون كوسط موصل لنقل الليزر المتواصل من رامان لإنشاء ضوء ثابت في ضوئيات السيليكون، لكنه غير فعال لاستخدامه كمصدر للضوء المستمر.^[٥]

يعد السِّيليكون عنصراً مهمّاً في الصِّناعات الإلكترونيَّة الحديثة؛ حيث تُستخدَم شرائح السِّيليكون مثلاً في صناعة رقائق الحواسيب، كما تدخل في صناعة الأجهزة الإلكترونيَّة المختلفة. بشكل عام، يعكس سطح السيليكون كمية كبيرة من الضوء ولكن مع اختراع السيليكون الأسود أصبح بمقدوره أن يمتص الضوء المرئي بطريقة هائلة، مما يجعله مناسباً للخلايا الشمسية، فهو يمتص الإشعاعات تحت الحمراء التي يصل طول موجتها إلى 2500 نانومتر، من المتوقع اكتشاف تطبيقات ضوئية وإلكترونية جديدة للسيليكون الأسود في المستقبل.^[٦]

ويمرُّ السِّيليكون بعمليّتين قبل استعماله في صناعة الشَّرائح الإلكترونيَّة بعد استخراجه من الطَّبيعة، وأولى هذه العمليات هي عمليَّة تنقيته؛ وهي تشمل تحويله من سيليكون غير نقي إلى سيليكون نقيّ لكنَّه غير مُبَلور، وثانيها هي عملية بلورته، لتحويله من عنصر غير مبلور إلى عنصر مبلور.^[٤]

وللسِّيليكون استخدامات أخرى في الحياة، مثل:^[١][٢][٤]

• إن الرمال وهي ثاني أكسيد السيليكون أو السيليكا، بالإضافة إلى الطين وهو سيليكات الألمنيوم، يدخلان في صناعة الخرسانة والإسمنت.
• صناعة الزُّجاج، حيث يعدُّ عنصر السِّيليكون العنصر الأساسي في صناعة الزُّجاج.
• يُستخدم مطاط السيليكون كمانع تسرب للماء في الحمامات وحول النوافذ والأنابيب والسقوف.
• زيت السيليكون هو زيوت التشحيم ويضاف إلى بعض مستحضرات التجميل ومكيفات الشعر.
• صناعة السيارات ومكوناتها مثل: الدينامو والمحول، وكتل المحركات، ورؤوس الأسطوانات وأدوات الآلات.
• إزالة الأكسدة من الفولاذ.
• يُستخدم السيليكون على نحو متزايد لصنع أدوات المطبخ، مثل قفازات الفرن، وألواح الخبز؛ لأنه يقاوم الحرارة بشكل جيد.
• كربيد السيليكون (SiC) يكاد يكون صلباً مثل الماس، وهو يصنف من درجة 9-9.5 على مقياس صلابة موس، حيث إن للماس صلابة تقدر بـ 10على المقياس نفسه.
• تُعدّ سيليكات الصوديوم (Na₂SiO₃) المعروفة باسم الزجاج المائيّ أحد المكوّنات التي تدخل في صناعة كلٍّ من الموادّ اللاصقة، والصابون، كما يتم استخدامها كمادّة حافظة للبيض.
• هلام السيليكا الذي يكون على شكل رغوة تتكون من ثاني أكسيد السيليكون، يمتص الرطوبة بسهولة ويستخدم كمجفف.
• يُستخدم رابع كلوريد السيليكون (SiCl₄) لصناعة شاشات الدخان.

دور السيليكون البيولوجي

تستخدم النباتات السيليكون لتقوية جدران الخلايا، ويبدو أن هذا العنصر الغذائي يجعل النبات أكثر مقاومة للمرض،^[٢] كما تحتوي بعض الخلايا النباتية على مركبات البيتوليث (وبالانجليزية : Phytoliths) وهي جزيئات صغيرة من السيليكا، وبما أن هذه الجسيمات لا تتحلل فإنها تبقى في حفريات النباتات، وتزودنا بدليل تاريخي يستخدم في تأريخ الأحداث الجيولوجية، ويعدُّ السيليكون من المواد غير السامة ولكن بعض السيليكات مثل الإسبستوس مواد مسرطنة، لذا فإنّ العمال مثل عمال المناجم وعمال الحجارة الذين يستخرجون السيليكون من المناجم، يمكن لهؤلاء أن يتعرضوا إلى الغبار السيليسي (غبار السيليكون)، وأن يصابوا بمرض رئوي خطير يسمى السليكية (بالانجليزية : silicosis).^[٤]

السيليكون والفضاء

عندما هبط رواد الفضاء على سطح القمر في عام 1969م، تركوا وراءهم حقيبة بيضاء تحتوي على قرص سيليكون حجمه أكبر بقليل من الدولار الفضي. وقد كُتِب على القرص 73 رسالة بخط مِجهريّ، كل رسالة من بلد مختلف يعبر فيها عن تمنياته بالنوايا الحسنة والسّلام.^[٢]

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث} steve gagnon, "The Element Silicon"، www.education.jlab.org, Retrieved 7-11-2018. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت ث} Stephanie Pappas (26-4-2018), "Facts About Silicon"، www.livescience.com, Retrieved 7-11-2018. Edited.
3. ↑ Lisa Nichols (30-3-2018), "Overview of Melting Point"، chem.libretexts.org, Retrieved 7-11-2018. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت ث} Royal Society of Chemistry (1-1-2011), "Silicon"، www.rsc.org, Retrieved 7-11-2018. Edited.
5. ↑ AZoM (27-3-2013), "Silicon (Si) Semiconductors"، www.azom.com, Retrieved 7-11-2018. Edited.
6. ↑ Mietek Jaroniec (1-5-2009), "Silicon beyond the valley"، www.nature.com, Retrieved 7-11-2018. Edited.