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Silicio – Propiedades – Precio – Aplicaciones – Producción

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Sobre el Silicio

El silicio es un sólido cristalino duro y quebradizo con un brillo metálico gris azulado, es un metaloide y semiconductor tetravalente.

Resumen

Elemento Silicio
Número atómico 14
Categoría de elemento Metaloides
Fase en STP Sólido
Densidad 2,33 g / cm3
Resistencia a la tracción 170 MPa
Límite de elastacidad 165 MPa
Módulo de Young 150 GPa
Escala de Mohs 7
Dureza Brinell 2300 MPa
Dureza Vickers N / A
Punto de fusion 1410 ° C
Punto de ebullición 3265 ° C
Conductividad térmica 148 W / mK
Coeficiente de expansión térmica 2,6 µm / mK
Calor especifico 0,71 J / g K
Calor de fusión 50,55 kJ / mol
Calor de vaporización 384,22 kJ / mol
Resistividad eléctrica [medidor de nanoOhmios] 2,3E12
Susceptibilidad magnética −3,9e-6 cm ^ 3 / mol

Aplicaciones del Silicio

La mayor parte del silicio se usa industrialmente sin purificarse y, de hecho, a menudo con un procesamiento comparativamente pequeño de su forma natural. El silicio es un ingrediente vital en las aleaciones de aluminio, acero y hierro. Se agrega como agente fundente para aleaciones de cobre. En forma de arcilla y arena, se utiliza para fabricar ladrillos y hormigón; es un valioso material refractario para trabajos a alta temperatura, por ejemplo, arenas de moldeo para piezas fundidas en aplicaciones de fundición. La sílice se utiliza para fabricar ladrillos refractarios, un tipo de cerámica. Los minerales de silicato también se encuentran en la cerámica blanca, una clase importante de productos que generalmente contienen varios tipos de minerales de arcilla cocidos (filosilicatos de aluminio naturales). Un ejemplo es la porcelana, que se basa en el mineral de silicato caolinita. El vidrio tradicional (vidrio sodocálcico a base de sílice) también funciona en muchas de las mismas formas, y también se utiliza para ventanas y contenedores. El metal de silicio hiperpuro y el silicio hiperpuro dopado (dopado con boro, fósforo, galio o arsénico) se utilizan en células solares, transistores y semiconductores.

Aplicaciones de silicio
 

Producción y precio del Silicio

Los precios de las materias primas cambian a diario. Están impulsados ​​principalmente por la oferta, la demanda y los precios de la energía. En 2019, los precios del silicio puro rondaron los 500 $ / kg.

Solo superado por el oxígeno, el silicio es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Se encuentra en rocas, arena, arcillas y suelos, combinado con oxígeno como dióxido de silicio o con oxígeno y otros elementos como silicatos. Los compuestos de silicio también se encuentran en el agua, en la atmósfera, en muchas plantas e incluso en ciertos animales. El silicio de una pureza del 96 al 99% se obtiene reduciendo la cuarcita o la arena con coque de alta pureza. La reducción se realiza en un horno de arco eléctrico.

Tabla periódica de silicio

Fuente: www.luciteria.com

Propiedades mecánicas del Silicio

Silicio-propiedades-mecánicas-resistencia-dureza-estructura cristalina

Resistencia del Silicio

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica).

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del Silicio

La resistencia máxima a la tracción del silicio es de 170 MPa.

Límite de elastacidad del Silicio

El límite elástico del silicio  es de 165 MPa.

Módulo de Young del Silicio

El módulo de Young del silicio es 150 GPa.

Dureza del Silicio

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro   bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

La dureza Brinell del silicio es de aproximadamente 2300 MPa.

El método de prueba de dureza Vickers fue desarrollado por Robert L. Smith y George E. Sandland en Vickers Ltd como una alternativa al método Brinell para medir la dureza de materiales. El  método de prueba de dureza Vickers también se puede utilizar como método de prueba de microdureza , que se utiliza principalmente para piezas pequeñas, secciones delgadas o trabajos de profundidad de caja.

La dureza Vickers del silicio es aproximadamente N / A.

La dureza al rayado es la medida de la resistencia de una muestra a la deformación plástica permanente debido a la fricción de un objeto afilado. La escala más común para esta prueba cualitativa es la escala de Mohs , que se utiliza en mineralogía. La escala de Mohs de dureza mineral se basa en la capacidad de una muestra natural de mineral para rayar visiblemente otro mineral.

El silicio tiene una dureza de aproximadamente 7.

Ver también: dureza de materiales

Silicio – Estructura cristalina

Una posible estructura cristalina del  silicio  es  una estructura cúbica de diamante centrada en las caras  .

estructuras cristalinas - FCC, BCC, HCP

En los metales, y en muchos otros sólidos, los átomos están dispuestos en matrices regulares llamadas cristales. Una red de cristal es un patrón repetitivo de puntos matemáticos que se extiende por todo el espacio. Las fuerzas de los enlaces químicos provocan esta repetición. Es este patrón repetido el que controla propiedades como resistencia, ductilidad, densidad, conductividad (propiedad de conducir o transmitir calor, electricidad, etc.) y forma. Hay 14 tipos generales de patrones conocidos como celosías de Bravais.

Ver también: Estructura cristalina de materiales

Estructura cristalina del Silicio
La estructura cristalina del silicio es: diamante-cúbico centrado en la cara

Resistencia de los elementos

Elasticidad de los elementos

Dureza de los elementos

Propiedades térmicas del silicio

Propiedades térmicas de conductividad del punto de fusión del silicio

Silicio: punto de fusión y punto de ebullición

Punto de fusión del silicio es  1410 ° C .

Punto de silicio de ebullición es  3265 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar.

Silicio – Conductividad térmica

La conductividad térmica del  silicio  es  148  W / (m · K).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

Coeficiente de expansión térmica del Silicio

El coeficiente de expansión térmica lineal del  silicio  es de  2,6  µm / (m · K)

La expansión térmica  es generalmente la tendencia de la materia a cambiar sus dimensiones en respuesta a un cambio de temperatura. Por lo general, se expresa como un cambio fraccional de longitud o volumen por cambio de temperatura unitario.

Silicio: calor específico, calor latente de fusión, calor latente de vaporización

El calor específico de silicio es 0,71 J / g K .

La capacidad calorífica  es una propiedad extensa de la materia, lo que significa que es proporcional al tamaño del sistema. La capacidad calorífica C  tiene la unidad de energía por grado o energía por kelvin. Cuando se expresa el mismo fenómeno como una propiedad intensiva, la  capacidad calorífica  se divide por la cantidad de sustancia, masa o volumen, por lo que la cantidad es independiente del tamaño o extensión de la muestra.

El calor latente de fusión del silicio es 50,55 kJ / mol .

El calor latente de vaporización del silicio es 384,22 kJ / mol .

El calor latente es la cantidad de calor que se agrega o se elimina de una sustancia para producir un cambio de fase. Esta energía rompe las fuerzas de atracción intermoleculares y también debe proporcionar la energía necesaria para expandir el gas (el  trabajo pΔV ). Cuando se agrega calor latente, no se produce ningún cambio de temperatura. La entalpía de vaporización es función de la presión a la que tiene lugar esa transformación.

Punto de fusión de los elementos

Tabla periódica de elementos - punto de fusión

Conductividad térmica de elementos

Tabla periódica de elementos - conductividad térmica

Expansión térmica de elementos

Tabla periódica de elementos - expansión térmica

Capacidad calorífica de los elementos

Tabla periódica de elementos - capacidad calorífica

Calor de fusión de elementos

Tabla periódica de elementos - fusión de calor latente

Calor de vaporización de elementos

Tabla periódica de elementos - vaporización de calor latente

Silicio – Resistividad eléctrica – Susceptibilidad magnética

Silicio-resistividad-eléctrica-susceptibilidad magnética

La propiedad eléctrica se refiere a la respuesta de un material a un campo eléctrico aplicado. Una de las principales características de los materiales es su capacidad (o falta de capacidad) para conducir corriente eléctrica. De hecho, los materiales se clasifican según esta propiedad, es decir, se dividen en conductores, semiconductores y no conductores.

Ver también:  Propiedades eléctricas

La propiedad magnética se  refiere a la respuesta de un material a un  campo magnético aplicado . Las propiedades magnéticas macroscópicas de un material son una consecuencia de las interacciones entre un  campo magnético externo  y los  momentos dipolares magnéticos  de los átomos constituyentes  . Diferentes  materiales reaccionan  a la aplicación de un campo magnético  de manera diferente .

Ver también:  Propiedades magnéticas

Resistividad eléctrica del Silicio

La resistividad eléctrica del silicio es  2,3E12 nΩ⋅m .

La conductividad eléctrica  y su inversa,  la resistividad eléctrica , es una propiedad fundamental de un material que cuantifica cómo el silicio conduce el flujo de corriente eléctrica. La conductividad eléctrica o conductancia específica es el recíproco de la resistividad eléctrica.

Susceptibilidad magnética del Silicio

La susceptibilidad magnética del silicio es  −3,9e-6 cm ^ 3 / mol .

En electromagnetismo, la  susceptibilidad magnética  es la medida de la magnetización de una sustancia. La susceptibilidad magnética  es un factor de proporcionalidad adimensional que indica el grado de magnetización del silicio en respuesta a un campo magnético aplicado.

Resistividad eléctrica de elementos

Tabla periódica de elementos - resistividad eléctrica

Susceptibilidad magnética de elementos

Aplicación y precios de otros elementos

Silicio - Comparación de propiedades y precios

Tabla periódica en resolución 8K

Otras propiedades del Silicio