Silizium

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl	14
Symbol	Si
CAS-Nr.	7440-21-3
Atomgewicht (1)	28.084 ... 28.086 amu
Elektronenkonfiguration	[Ne] 3s2 3p2
Schmelzpunkt	1414 °C
Siedepunkt	2477 °C
Dichte	2.329 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011

Geschichte

J.J. Berzelius erkannte 1824 als erster, dass es sich bei dem von ihm dargestellten (amorphen) Silizium um ein chemisches Element handelt und gab dem Silizium auch seinen Namen. Allerdings wurde bereits 1811 Silizium von den beiden Franzosen J.L. Gay-Lussac und L.-J. Thénard durch Reduktion von SiF₄ mit Kalium dargestellt, ohne aber zu erkennen, dass es sich dabei um ein chemisches Element handelt. 1854 wurde erstmals kristallines Silizium von E.H. Deville hergestellt.

Vorkommen

Kristallines Silizium. Ref. Wikimedia Commons, user Dnn87.

Silizium ist das zweithäufigste Element nach Sauerstoff (28.2% in der Erdkruste). Silizium kommt in der Natur nicht gediegen vor, sondern in Form von Silikaten (z.B. Asbest, Hornblende, Feldspat, Glimmer, Ton, etc.) und als Oxid (Quarz, Amethyst, Opal, Jaspis, etc.)

Eigenschaften

Kristallines Silizium ist grau und hat einen metallischen Glanz. Das undurchsichtige und spröde Silizium schmilzt unter Volumenverminderung bei 1412°C (Dichteanomalie ähnlich wie bei Wasser) und ist ein Halbleiter (flüssiges Silizium ist ein guter Leiter). Silizium ist im Infrarot-Bereich durchsichtig.

Silizium ist an der Luft beständig, da es sehr schnell (ähnlich wie Aluminium) eine passivierende Oxidschicht aufbaut. Bei hohen Temperaturen (> 1000°C) verbrennt Silizium unter sehr starker Wärmeentwicklung zu SiO₂. Amorphes Silizium, das durch Reduktion von SiCl₄ mit Natrium in aromatischen Kohlenwasserstoffen gewonnen werden kann, ist hingegen hochreaktiv und entzündet sich an der Luft von selbst.

Mit Halogenen bildet Silizium die entsprechenden Halogenide (bei Fluor verläuft die Reaktion stürmisch schon bei Raumtemperatur, bei den anderen Halogeniden erst bei höherer Temperatur). Silizium bildet mit Schwefel, Stickstoff und Kohlenstoff jeweils Siliziumsulfid, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid.

Silizium ist trotz des negativen Normalpotentials in allen Säuren außer HF unlöslich (Passivierung durch die Oxidschicht). In heißen Laugen wird die Oxidschicht angegriffen und Silizium reagiert unter Freisetzung von Wasserstoff zu Silikaten.

Darstellung

Im Labor kann man Silizium durch Reduktion von SiO₂ mit Magnesium oder Aluminium darstellen:

SiO₂ + 2Mg Si + 2MgO
3 SiO₂ + 4 Al 3 Si + 2 Al₂O₃

CaSi₂ + 2 HCl 2 Si + H₂ + CaCl₂

Großtechnisch wird Silizium im elektrischen Lichtbogen aus Quarz gewonnen (Reduktion durch Kohlenstoff):

SiO₂ + 2 C Si + 2 CO₂

Verwendung

(1)	Die Isotopenzusammensetzung von Silizium kann örtlich variieren. Die IUPAC gibt deshalb für das Atomgewicht natürlich vorkommenden Siliziums ein Intervall an.
(2)	Silicochloroform lässt sich durch Destillation reinigen.