Silício – Propriedades – Preço – Aplicações – Produção

Sobre o Silício

O silício é um sólido cristalino duro e quebradiço com um brilho metálico azul-acinzentado, é um metalóide tetravalente e semicondutor.

Resumo

Elemento	Silício
Número atômico	14
Categoria do elemento	Metalóides
Fase em STP	Sólido
Densidade	2,33 g/cm3
Resistência à tração	170 MPa
Força de rendimento	165 MPa
Módulo de elasticidade de Young	150 GPa
Escala de Mohs	7
Dureza Brinell	2300 MPa
Dureza Vickers	N/D
Ponto de fusão	1410 °C
Ponto de ebulição	3265 °C
Condutividade térmica	148 W/mK
Coeficiente de Expansão Térmica	2,6 µm/mK
Calor específico	0,71 J/gK
Calor de fusão	50,55 kJ/mol
Calor da vaporização	384,22 kJ/mol
Resistividade elétrica [nanoOhm meter]	2.3E12
Suscetibilidade Magnética	−3,9e-6 cm3/mol

Aplicações do Silício

A maior parte do silício é usado industrialmente sem ser purificado e, de fato, muitas vezes com relativamente pouco processamento de sua forma natural. O silício é um ingrediente vital em ligas de alumínio, aço e ferro. É adicionado como agente fundente para ligas de cobre. Na forma de argila e areia, é utilizada na fabricação de tijolos e concreto; é um material refratário valioso para trabalhos de alta temperatura, por exemplo, areias de moldagem para fundições em aplicações de fundição. A sílica é usada para fazer tijolo refratário, um tipo de cerâmica. Os minerais de silicato também estão na cerâmica branca, uma importante classe de produtos geralmente contendo vários tipos de minerais de argila cozidos (filossilicatos de alumínio naturais). Um exemplo é a porcelana, que é baseada no mineral silicato caulinita. O vidro tradicional (vidro soda-cal à base de sílica) também funciona de muitas das mesmas maneiras, e também é usado para janelas e contêineres. O silício metálico hiperpuro e o silício hiperpuro dopado (dopagem com boro, fósforo, gálio ou arsênico) são usados ​​em células solares, transistores e semicondutores.

 

 

Produção e Preço do Silício

Os preços das matérias-primas mudam diariamente. Eles são impulsionados principalmente pela oferta, demanda e preços de energia. Em 2019, os preços do Silício puro estavam em torno de 500 $/kg.

Perdendo apenas para o oxigênio, o silício é o elemento mais abundante na crosta terrestre. É encontrado em rochas, areia, argilas e solos, combinado com oxigênio como dióxido de silício ou com oxigênio e outros elementos como silicatos. Os compostos do silício também são encontrados na água, na atmosfera, em muitas plantas e até em certos animais. Silício de 96-99% de pureza é feito reduzindo quartzito ou areia com coque altamente puro. A redução é realizada em forno elétrico a arco.

Fonte: www.luciteria.com

Propriedades Mecânicas do Silício

Força do Silício

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original. A resistência de um material é sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica.

Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa.

Veja também: Resistência dos Materiais

Resistência à tração final do Silício

A resistência à tração final do Silício é de 170 MPa.

Força de Cedência do Silício

O limite de escoamento do Silício é de 165 MPa.

Módulo de Elasticidade do Silício

O módulo de elasticidade de Young do Silício é de 150 GPa.

Dureza do Silício

Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.

A dureza Brinell do Silício é de aproximadamente 2300 MPa.

O método de teste de dureza Vickers foi desenvolvido por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza dos materiais. O método de teste de dureza Vickers também pode ser usado como um método de teste de microdureza, que é usado principalmente para peças pequenas, seções finas ou trabalhos de profundidade de caixa.

A dureza Vickers do Silício é aproximadamente N/A.

A dureza ao risco é a medida de quão resistente uma amostra é à deformação plástica permanente devido ao atrito de um objeto pontiagudo. A escala mais comum para este teste qualitativo é a escala de Mohs, que é usada em mineralogia. A escala Mohs de dureza mineral é baseada na capacidade de uma amostra natural de mineral riscar visivelmente outro mineral.

O Silício tem uma dureza de aproximadamente 7.

Veja também: Dureza dos Materiais

Silício – Estrutura Cristalina

Uma possível estrutura cristalina do Silício é a estrutura cúbica de diamante de face centrada.

Nos metais e em muitos outros sólidos, os átomos estão dispostos em arranjos regulares chamados cristais. Uma rede cristalina é um padrão repetitivo de pontos matemáticos que se estende por todo o espaço. As forças de ligação química causam essa repetição. É esse padrão repetido que controla propriedades como força, ductilidade, densidade, condutividade (propriedade de conduzir ou transmitir calor, eletricidade, etc.) e forma. Existem 14 tipos gerais de tais padrões conhecidos como reticulados de Bravais.

Veja também: Estrutura Cristalina de Materiais

Estrutura Cristalina do Silício

Propriedades Térmicas do Silício

Silício – Ponto de fusão e ponto de ebulição

O ponto de fusão do Silício é 1410 °C.

O ponto de ebulição do Silício é 3265 °C.

Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão.

Silício – Condutividade Térmica

A condutividade térmica do Silício é de 148 W/(m·K).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

Coeficiente de Expansão Térmica do Silício

O coeficiente de expansão térmica linear do Silício é de 2,6 µm/(m·K).

A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança na temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura.

Silício – Calor Específico, Calor Latente de Fusão, Calor Latente de Vaporização

O calor específico do Silício é 0,71 J/gK.

A capacidade calorífica  é uma propriedade extensiva da matéria, o que significa que é proporcional ao tamanho do sistema. A capacidade calorífica C tem a unidade de energia por grau ou energia por kelvin. Ao expressar o mesmo fenômeno como uma propriedade intensiva, a capacidade calorífica é dividida pela quantidade de substância, massa ou volume, portanto a quantidade é independente do tamanho ou extensão da amostra.

O calor latente de fusão do Silício é 50,55 kJ/mol.

O calor latente de vaporização do Silício é 384,22 kJ/mol.

Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia quebra as forças atrativas intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o pΔV trabalho). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

Silício – Resistividade Elétrica – Suscetibilidade Magnética

A propriedade elétrica refere-se à resposta de um material a um campo elétrico aplicado. Uma das principais características dos materiais é sua capacidade (ou falta de capacidade) de conduzir corrente elétrica. De fato, os materiais são classificados por essa propriedade, ou seja, são divididos em condutores, semicondutores e não condutores.

Veja também: Propriedades Elétricas

A propriedade magnética refere-se à resposta de um material a um campo magnético aplicado. As propriedades magnéticas macroscópicas de um material são consequência das interações entre um campo magnético externo e os momentos de dipolo magnético dos átomos constituintes. Diferentes materiais reagem à aplicação do campo magnético de forma diferente.

Veja também: Propriedades Magnéticas

Resistividade Elétrica do Silício

A resistividade elétrica do Silício é  2,3E12 nΩ⋅m.

A condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica como o Silício conduz o fluxo de corrente elétrica. A condutividade elétrica ou condutância específica é o recíproco da resistividade elétrica.

Suscetibilidade Magnética do Silício

A suscetibilidade magnética do Silício é -3,9e-6 cm³/mol.

No eletromagnetismo, a suscetibilidade magnética é a medida da magnetização de uma substância. A suscetibilidade magnética é um fator de proporcionalidade adimensional que indica o grau de magnetização do Silício em resposta a um campo magnético aplicado.