Le silicium est un solide cristallin dur et cassant avec un éclat métallique bleu-gris, c’est un métalloïde tétravalent et un semi-conducteur. La plupart du silicium est utilisé industriellement sans être purifié, et en effet, souvent avec relativement peu de traitement à partir de sa forme naturelle. Le silicium métal hyperpur et le silicium hyperpur dopé (dopage au bore, au phosphore, au gallium ou à l’arsenic) sont utilisés dans les cellules solaires, les transistors et les semi-conducteurs.
Le silicium d’une pureté de 96 à 99% est fabriqué en réduisant le quartzite ou le sable avec du coke très pur. La réduction est effectuée dans un four à arc électrique.
Protons et neutrons dans le Silicium
Le silicium est un élément chimique de numéro atomique 14, ce qui signifie qu’il y a 14 protons dans son noyau. Le nombre total de protons dans le noyau est appelé le numéro atomique de l’atome et reçoit le symbole Z. La charge électrique totale du noyau est donc +Ze, où e (charge élémentaire) vaut 1 602 x 10-19 coulombs.
Le nombre total de neutrons dans le noyau d’un atome est appelé le nombre de neutrons de l’atome et reçoit le symbole N. Le nombre de neutrons plus le numéro atomique est égal au nombre de masse atomique: N+Z=A . La différence entre le nombre de neutrons et le numéro atomique est appelée excès de neutrons: D = N – Z = A – 2Z.
Pour les éléments stables, il existe généralement une variété d’isotopes stables. Les isotopes sont des nucléides qui ont le même numéro atomique et sont donc le même élément, mais diffèrent par le nombre de neutrons. Les nombres de masse des isotopes typiques du silicium sont de 28; 29; 30.
Principaux isotopes du Silicium
Le silicium naturel est composé de trois isotopes stables, 28Si (92,23%), 29Si (4,67%) et 30Si (3,10%). Parmi ceux-ci, seul le 29Si est utile en spectroscopie RMN et RPE, car c’est le seul à spin nucléaire (I = 1/2).
Le silicium-28 est composé de 14 protons, 14 neutrons et 14 électrons.
Le silicium-29 est composé de 14 protons, 15 neutrons et 14 électrons.
Le silicium-30 est composé de 14 protons, 16 neutrons et 14 électrons.
Isotopes instables typiques
| Isotope | Demi-vie | Mode de décomposition | Produit |
| 27Si | 4,15(4) s | désintégration des positrons | 27Al |
| 31Si | 2,62 h | désintégration bêta | 31P |
| 32Si | 153 a | désintégration bêta | 32P |
Électrons et configuration électronique
Le nombre d’électrons dans un atome électriquement neutre est le même que le nombre de protons dans le noyau. Par conséquent, le nombre d’électrons dans l’atome neutre du silicium est de 14. Chaque électron est influencé par les champs électriques produits par la charge nucléaire positive et les autres (Z – 1) électrons négatifs de l’atome.
Le nombre d’électrons et leur disposition étant responsables du comportement chimique des atomes, le numéro atomique identifie les différents éléments chimiques. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.
La configuration électronique du silicium est [Ne] 3s2 3p2.
Les états d’oxydation possibles sont -4; ..; +4.
C’est un membre du groupe 14 dans le tableau périodique : le carbone est au-dessus de lui ; et le germanium, l’étain et le plomb sont en dessous. Il est relativement peu réactif. Le silicium massif cristallin est plutôt inerte, mais devient plus réactif à haute température. Comme son voisin l’aluminium, le silicium forme une fine couche continue de dioxyde de silicium (SiO2) qui protège le métal de l’oxydation.
Composé de Silicium le plus courant
Le silicium est le plus largement distribué dans l’espace dans les poussières cosmiques, les planétoïdes et les planètes sous diverses formes de dioxyde de silicium (silice) ou de silicates. Plus de 90 % de la croûte terrestre est composée de minéraux silicatés, faisant du silicium le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre (environ 28 % en masse), après l’oxygène. Le composé le plus courant du silicium est le quartz. Le quartz est un composé chimique composé d’une partie de silicium et de deux parties d’oxygène. C’est du dioxyde de silicium (SiO2). Les atomes sont liés dans un cadre continu de tétraèdres silicium-oxygène SiO4, chaque oxygène étant partagé entre deux tétraèdres, donnant une formule chimique globale de SiO2.
Un proton est l’une des particules subatomiques qui composent la matière. Dans l’univers, les protons sont abondants, constituant environ la moitié de toute la matière visible. Il a une charge électrique positive (+1e) et une masse au repos égale à 1,67262 × 10−27 kg (938,272 MeV/c2) — légèrement plus léger que celui du neutron mais près de 1836 fois supérieur à celui de l’électron. Le proton a un rayon carré moyen d’environ 0,87 × 10−15 m, ou 0,87 fm, et c’est un spin – ½ fermion.
Les protons existent dans les noyaux des atomes typiques, avec leurs homologues neutres, les neutrons. Les neutrons et les protons, communément appelés nucléons, sont liés ensemble dans le noyau atomique, où ils représentent 99,9 % de la masse de l’atome. Les recherches en physique des particules de haute énergie au XXe siècle ont révélé que ni le neutron ni le proton ne sont le plus petit élément constitutif de la matière.
Le tableau périodique est un affichage tabulaire des éléments chimiques organisés en fonction de leurs numéros atomiques, de leurs configurations électroniques et de leurs propriétés chimiques. La configuration électronique est la distribution des électrons d’un atome ou d’une molécule (ou d’une autre structure physique) dans des orbitales atomiques ou moléculaires. La connaissance de la configuration électronique des différents atomes est utile pour comprendre la structure du tableau périodique des éléments.
Chaque solide, liquide, gaz et plasma est composé d’atomes neutres ou ionisés. Les propriétés chimiques de l’atome sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et la disposition des électrons. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.
C’est le principe d’exclusion de Pauli qui exige que les électrons d’un atome occupent différents niveaux d’énergie au lieu qu’ils se condensent tous dans l’état fondamental. L’ordre des électrons dans l’état fondamental des atomes multiélectrons commence par l’état d’énergie le plus bas (état fondamental) et se déplace progressivement de là vers le haut de l’échelle d’énergie jusqu’à ce que chacun des électrons de l’atome se soit vu attribuer un ensemble unique de nombres quantiques. Ce fait a des implications essentielles pour la construction du tableau périodique des éléments.
Les deux premières colonnes sur le côté gauche du tableau périodique sont celles où les sous-couches s sont occupées. Pour cette raison, les deux premières lignes du tableau périodique sont étiquetées le bloc s. De même, le bloc p sont les six colonnes les plus à droite du tableau périodique, le bloc d est les 10 colonnes du milieu du tableau périodique, tandis que le bloc f est la section de 14 colonnes qui est normalement représentée comme détachée du corps principal. du tableau périodique. Il pourrait faire partie du corps principal, mais alors le tableau périodique serait plutôt long et encombrant.
Pour les atomes avec de nombreux électrons, cette notation peut devenir longue et donc une notation abrégée est utilisée. La configuration électronique peut être visualisée comme les électrons de cœur, équivalents au gaz noble de la période précédente, et les électrons de valence (par exemple [Xe] 6s2 pour le baryum).
États d’oxydation
Les états d’oxydation sont généralement représentés par des nombres entiers qui peuvent être positifs, nuls ou négatifs. La plupart des éléments ont plus d’un état d’oxydation possible. Par exemple, le carbone a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4.
La définition actuelle de l’état d’oxydation du livre d’or IUPAC est:
« L’état d’oxydation d’un atome est la charge de cet atome après approximation ionique de ses liaisons hétéronucléaires… »
et le terme nombre d’oxydation est presque synonyme. Un élément qui n’est combiné à aucun autre élément différent a un état d’oxydation de 0. L’état d’oxydation 0 se produit pour tous les éléments – c’est simplement l’élément sous sa forme élémentaire. Un atome d’un élément dans un composé aura un état d’oxydation positif s’il a eu des électrons retirés. De même, l’ajout d’électrons entraîne un état d’oxydation négatif. Nous avons également distingué les états d’oxydation possibles et communs de chaque élément. Par exemple, le silicium a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4, mais seuls -4, 0 et +4 sont des états d’oxydation communs.
Résumé
| Élément | Silicium |
| Nombre de protons | 14 |
| Nombre de neutrons (isotopes typiques) | 28; 29; 30 |
| Nombre d’électrons | 14 |
| Configuration électronique | [Ne] 3s2 3p2 |
| États d’oxydation | -4; ..; +4 |
Source : www.luciteria.com
Autres propriétés du Silicium
