Silicium (chemisches Symbol Si) ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 14 und gehört zur 4. Hauptgruppe (Kohlenstoffgruppe) im Periodensystem der Elemente. Es ist ein Halbmetall (Metalloid), das sowohl Eigenschaften von Metallen als auch von Nichtmetallen besitzt. In der Natur kommt Silicium fast ausschließlich in Verbindungen vor – vor allem in Silicaten und Siliciumdioxid (SiO₂), dem Hauptbestandteil von Sand und Quarz. Reines Silicium ist ein grauschwarzes, kristallines und sprödes Material mit metallischem Glanz.
Silicium wurde erstmals 1824 vom schwedischen Chemiker Jöns
Jakob Berzelius in reiner Form dargestellt. Es ist eines der
häufigsten Elemente der Erdkruste – nach
Sauerstoff das zweithäufigste. Etwa 28 %
der Erdkruste bestehen aus Siliciumverbindungen. Besonders
reich an Silicium sind Quarze, Feldspäte,
Glimmer, Tonminerale und
Sandstein.
Silicium findet man in fast allen
Gesteinen, Böden und Mineralien. Reines Silicium wird technisch
meist durch die Reduktion von Quarzsand (SiO₂) mit
Kohlenstoff im Elektroofen
gewonnen:
SiO2 + 2 C → Si + 2 CO
Symbol: Si
Ordnungszahl: 14
Atommasse: 28,09 u
Dichte: 2,33 g/cm³
Schmelzpunkt: 1414 °C
Siedepunkt: 3265 °C
Aussehen: grau, metallisch glänzend
Leitfähigkeit: Halbleiter – leitet Strom nur unter bestimmten Bedingungen
Silicium besitzt eine kristalline Struktur, ähnlich wie Diamant, bei der jedes Atom mit vier anderen Atomen kovalent verbunden ist. Dadurch ist das Element sehr hart und chemisch stabil, aber auch spröde und leicht zerbrechlich. Als Halbleiter kann Silicium je nach Temperatur, Licht oder chemischer Dotierung seine elektrische Leitfähigkeit verändern – eine Eigenschaft, die es in der Elektronik unersetzlich macht.
Silicium ist chemisch recht widerstandsfähig.
Bei Raumtemperatur reagiert es kaum mit anderen Stoffen, da sich auf
seiner Oberfläche eine dünne Schicht aus Siliciumdioxid
(SiO₂) bildet, die es schützt. Erst bei hohen
Temperaturen reagiert es mit Sauerstoff zu Siliciumdioxid
und mit Halogenen zu Siliciumhalogeniden.
In
Verbindung mit Metallen entstehen Silicide, die oft
sehr hart und hitzebeständig sind.
Ein Beispiel für eine
wichtige Verbindung ist Siliciumdioxid (SiO₂), das
als Quarz, Sand oder Glas
vorkommt.
Silicium ist eines der wichtigsten Elemente der modernen Technik. Seine Anwendungen reichen von der Bauindustrie bis zur Elektronik:
🪨 Bauindustrie: In Form von Sand, Glas, Beton und Keramik wird Silicium in riesigen Mengen genutzt. Glas besteht überwiegend aus Siliciumdioxid.
💻 Elektronik: Als Halbleiter ist Silicium der Grundbaustein aller modernen Computerchips, Transistoren, Dioden und Solarzellen. Fast alle Mikroprozessoren bestehen aus hochreinem, monokristallinem Silicium.
🔋 Solartechnik: In Photovoltaikanlagen wird Silicium genutzt, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln – ein wichtiger Beitrag zur erneuerbaren Energiegewinnung.
🔬 Chemische Industrie: Silicium wird zu Silikonen weiterverarbeitet – vielseitige Kunststoffe, die in Kosmetika, Dichtmassen, Medizinprodukten und Schmierstoffen vorkommen.
🚀 Metallurgie: Silicium wird als Legierungselement in Aluminium, Stahl und Gusseisen eingesetzt, um diese Materialien widerstandsfähiger und leichter zu machen.
Silicium spielt auch in der Biologie eine Rolle. Es ist kein lebensnotwendiges Element, aber für Pflanzen, Tiere und Menschen in geringen Mengen nützlich. Bei Pflanzen unterstützt es die Stabilität der Zellwände und hilft, Krankheiten und Schädlingen besser zu widerstehen. Beim Menschen kann es zum Knochen- und Bindegewebsstoffwechsel beitragen und wird manchmal in Nahrungsergänzungsmitteln verwendet.
Elementares Silicium ist ungiftig und umweltfreundlich. Es reagiert nicht mit Wasser oder Luft und stellt keine Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Allerdings können feine Silicium- oder Quarzstäube beim Einatmen gesundheitsschädlich sein, da sie die Lunge reizen und bei langfristiger Belastung Staublunge (Silikose) verursachen können. Deshalb ist in der Industrie beim Umgang mit Silicium- und Sandstäuben ein geeigneter Atemschutz vorgeschrieben.
Silicium ist eines der wichtigsten Elemente der Erde und ein Grundpfeiler moderner Technologie. Es verbindet die Eigenschaften eines Metalls mit denen eines Nichtmetalls und bildet so das perfekte Material für die Elektronik und Solartechnik. Ob in Glas, Beton, Chips oder Solarzellen – Silicium ist überall um uns herum und wird auch in Zukunft eine zentrale Rolle in der Entwicklung neuer Materialien und nachhaltiger Energien spielen.