Silicon é o elemento a agradecer pelo computador que você está usando para ler estas palavras. Um componente crucial em microeletrônica e chips de computador, este elemento extremamente comum também é responsável por praias quentes e brancas – a sílica, um óxido de silício, é o componente mais comum da areia.
Silício é o sétimo elemento mais abundante no universo e o segundo elemento mais abundante no planeta, depois do oxigênio, de acordo com a Royal Society of Chemistry. Cerca de 25 por cento da crosta terrestre é silício. Além dos chips de computador, o silício tem muitos usos; pontos mais estranhos onde este elemento aparece incluem copos menstruais, implantes mamários e luvas de forno – na forma de silicone.
O que torna o silício tão especial que tem um vale inteiro na Califórnia com o seu nome? Leia em.
Apenas os factos
- Número atómico (número de prótons no núcleo): 14
- Símbolo atómico (na Tabela Periódica de Elementos): Si
- Peso atómico (massa média do átomo): 28,09
- Densidade: 2,3296 gramas por centímetro cúbico
- Fase à temperatura ambiente: Sólido
- Ponto de fusão: 2.577 graus Fahrenheit (1.414 graus Celsius)
- Ponto de fusão: 5.909 graus F (3.265 graus C)
- Número de isótopos (átomos do mesmo elemento com um número diferente de nêutrons): 24
- Isótopo mais comum: Si-28 (92 por cento de abundância natural)
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Silício o semicondutor
Na natureza, o silício não é mais solitário. É normalmente encontrado ligado a um par de moléculas de oxigênio como dióxido de silício, também conhecido como sílica. O quartzo, um ingrediente abundante em areia, é composto de sílica não cristalizada.
O silício não é metal nem não é metálico; é um metalóide, um elemento que cai em algum lugar entre os dois. A categoria de metalóide é algo como uma área cinza, sem uma definição firme do que se encaixa no bico, mas os metalóides geralmente têm propriedades tanto de metais quanto de não-metálicos. Eles parecem metálicos, mas conduzem a eletricidade apenas intermediariamente bem. O silício é um semicondutor, o que significa que ele conduz electricidade. Ao contrário de um metal típico, porém, o silício melhora na condução de eletricidade à medida que a temperatura aumenta (os metais pioram na condutividade a temperaturas mais altas).
Silício foi isolado pela primeira vez em 1824 pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius, que também descobriu cério, selênio e tório, de acordo com a Chemical Heritage Foundation. Berzelius aqueceu sílica com potássio para purificar o silício, segundo a Thomas Jefferson National Accelerator Facility, mas hoje o processo de refinamento aquece o carbono com sílica na forma de areia para isolar o elemento.
Silício é um ingrediente principal em criações de muito baixa tecnologia, incluindo tijolos e cerâmicas. Mas o material de alta tecnologia é onde o elemento realmente deixa a sua marca. Como um semicondutor, o silício é usado para fazer transistores, que amplificam ou comutam correntes elétricas e são a espinha dorsal da eletrônica de rádios para iPhones.
Silício é usado de várias maneiras em células solares e chips de computador, sendo um exemplo um transistor de efeito de campo metal-oxido-semicondutor, ou MOSFET, o comutador básico em muitos eletrônicos. Para transformar o silício em um transistor, a forma cristalina do elemento é adulterada com traços de outros elementos, como boro ou fósforo, de acordo com Lawrence Livermore National Laboratory. Os oligoelementos ligam-se aos átomos de silício, libertando os electrões para se moverem pelo material, segundo a Universidade da Virgínia.
Ao criar espaços de silício não adulterado, os engenheiros podem criar uma lacuna onde estes electrões não podem fluir – como um interruptor na posição “off”.
Para ligar o interruptor, uma placa metálica, ligada a uma fonte de energia, é colocada perto do cristal. Quando a electricidade flui, a placa torna-se positivamente carregada. Os elétrons, que são carregados negativamente, são atraídos para a carga positiva, permitindo-lhes dar o salto através do segmento de silício puro. (Outros semicondutores além do silício também podem ser usados em transistores.)
Quem diria?
- Quando os astronautas da Apollo 11 aterrissaram na lua em 1969, eles deixaram para trás uma bolsa branca contendo um disco de silício ligeiramente maior que um dólar de prata. Inscritos em fonte microscópica no disco estão 73 mensagens, cada uma de um país diferente, expressando desejos de boa vontade e paz.
- O silicone não é a mesma coisa que o silicone, aquele famoso polímero encontrado em implantes mamários, copos menstruais e outras tecnologias médicas. O silicone é feito de silicone, juntamente com oxigénio, carbono e hidrogénio. Por resistir tão bem ao calor, o silicone tem sido cada vez mais usado para fazer utensílios de cozinha, tais como luvas de forno e placas de cozedura.
- O silicone pode ser perigoso. Quando inalado durante longos períodos de tempo, pode causar uma doença pulmonar conhecida como silicose.
- Ama a iridescência de uma opala? Graças ao silício. A pedra preciosa é uma forma de sílica ligada com moléculas de água.
- O carboneto de silício (SiC) é quase tão duro como um diamante, de acordo com o Institute of Materials, Minerals, and Mining. Ele ocupa uma posição 9-9,5 na escala de dureza Mohs, ligeiramente inferior ao diamante, que tem uma dureza de 10,
- As plantas usam silício para fortalecer suas paredes celulares. O elemento parece ser um nutriente importante que ajuda a conferir resistência a doenças, de acordo com um artigo de 1994 na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
- Silicon Valley recebe o seu nome do silício usado em chips de computador. O apelido apareceu pela primeira vez em 1971 no jornal “Electronic News”
- Vida baseada no silício, como a Horta de “Star Trek”, pode não ser inteiramente ficção científica, de acordo com pesquisadores da Caltech. Pesquisas iniciais mostraram que o silício pode ser incorporado em moléculas baseadas em carbono, como proteínas.
Pesquisa atual
A pesquisa de hoje em dia sobre o silício soa apenas com falta de ficção científica: Em 2006, os pesquisadores anunciaram que tinham criado um chip de computador que fundia componentes de silício com células cerebrais. Os sinais elétricos das células cerebrais podiam ser transmitidos aos componentes eletrônicos de silício do chip, e vice versa. A esperança é eventualmente criar dispositivos eletrônicos para tratar distúrbios neurológicos.
A 2018 estudo aparecendo na Natureza testa um novo tipo de dispositivo quântico feito de silício. Os computadores quânticos podem um dia se tornar a norma, superando a tecnologia atual dos computadores com a capacidade de realizar cálculos em paralelo. Criar estes dispositivos usando as mesmas técnicas para construir chips de silício tradicionais poderia acelerar o desenvolvimento destes dispositivos, potencialmente levando a novos usos para dispositivos quânticos.
Silicon também tem promessa na criação de incrivelmente pequenos lasers chamados nanoneedles, que podem ser usados para transmitir dados mais rápida e eficientemente do que os tradicionais cabos ópticos. Os lasers supercondutores libertam calor muito mais facilmente do que os lasers de vidro, disse John Badding, um químico de materiais da Penn State University. Isso significa que eles podem se gabar de mais potência do que os lasers tradicionais.
Badding e sua equipe também estão trabalhando para criar fibras ópticas de próxima geração que integram supercondutores em vez de simplesmente vidro, disse ele à Live Science.
“Semicondutores têm toda uma variedade de propriedades que você simplesmente não pode obter com os vidros”, disse Badding. Ter materiais semicondutores incorporados em fibras ópticas permitiria a inclusão de mini-eletrônicos nesses cabos, que são cruciais para o envio de informações a longas distâncias”. Os cabos semicondutores também permitiriam a manipulação da luz na fibra, acrescentou Badding.
Os chips de silício tradicionais são feitos depositando camadas do elemento em uma superfície plana, geralmente começando com um gás precursor como o silano (SiH4) e permitindo que o gás se solidifique, disse Badding. Os cabos, por outro lado, são desenhados. Para fazer um cabo de fibra óptica de vidro, você começaria com uma vareta de vidro, aquecê-la e depois desenhá-la como tafetá, alongando-a em um fio longo e magro.
Badding e seus colegas descobriram uma maneira de colocar semicondutores nesta forma de espaguete. Eles usam fibras de vidro trefiladas com pequenos furos e depois comprimem gases como o silano sob altas pressões para forçá-los a entrar nesses espaços.
“Seria como encher uma mangueira de jardim que vai do estado de Penn para Nova York completamente sólida com silício”, disse Badding. “Você pensaria que as coisas ficariam entupidas e bagunçadas, mas não ficam.”
Os fios semicondutores resultantes são três a quatro vezes mais finos do que um cabelo humano. Badding e sua equipe também estão fazendo experiências com outros semicondutores, como o selenide de zinco (zinco e selênio) para criar fibras com capacidades nunca antes vistas.
Mais Sobre Silicon:
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Relato adicional de Rachel Ross, colaboradora da Live Science.
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