Το πυρίτιο Ιδιότητες και χρήσεις

Όταν θα έχετε μελετήσει την ενότητα αυτή θα μπορείτε: Να εντοπίζετε τη θέση του πυριτίου στον περιοδικό πίνακα Να αναφέρετε χρήσεις του πυριτίου στην ηλεκτρονική τεχνολογία και στην οικοδομική Να περιγράφετε συνοπτικά τη διαδικασία παραγωγής γυαλιού και κεραμικών

Ας γνωρίσουμε το πυρίτιο Si Είναι εύκολο να βρω πυρίτιο; Είναι το πιο διαδεδομένο στοιχείο μετά το οξυγόνο. Βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης σε ποσοστό 28%. Το περισσότερο από αυτό στο έδαφος και λιγότερο στη θάλασσα. Το βρίσκουμε και στην ατμόσφαιρα σε ίχνη. Στον περιοδικό πίνακα βρίσκεται στην 14η ομάδα.

Στην επιφάνεια της Γης το βρίσκουμε: Ως διοξείδιο του πυριτίου SiO2, στην άμμο και τον τάλκη. Ως κρυσταλλικό διοξείδιο του πυριτίου SiO2, στο χαλαζία (quartz). Στους ημιπολύτιμους λίθους: αμέθυστος (κρυσταλλική μορφή). όνυχας, οπάλιος, αχάτης (άμορφη).

Πού χρησιμοποιείται; Η άμμος χρησιμοποιείται στην παραγωγή γυαλιού και την οικοδομική. Τα αργιλοπυριτικά ορυκτά του χρησιμοποιούνται στην κεραμευτική. Ως καθαρό πυρίτιο χρησιμοποιείται σε τεχνολογικές εφαρμογές. Ως απόλυτα καθαρό γυαλί χρησιμοποιείται στις οπτικές ίνες. Οι οξυγονούχες ενώσεις του με άνθρακα είναι οι σιλικόνες.

Το γυαλί Το γυαλί είναι εύθραυστο, σκληρό, άμορφο στε­ρεό, μονωτής του ηλεκτρισμού και της θερμότη­τας. Όταν θερμαίνεται, ρευστοποιείται, οπότε μπορεί να χυθεί σε καλούπια ή να «φυσηθεί» με αέρα και να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων αντικειμένων. Πριν ακόμη ο άνθρωπος ανακαλύψει τρόπους παρασκευής γυαλιού, αυτό υπήρχε στη φύση με τη μορφή του φυσικού γυαλιού, του προϊόντος που δημιουργείται από την ταχεία άνοδο και ψύξη του μάγματος στην επιφάνεια της Γης. Ο άνθρωπος παρασκεύασε για πρώτη φορά γυαλί στη Μεσοποταμία, όπου βρέθηκε η αρχαιότερη συνταγή σε επιγραφή. Σύμφωνα με την επιγραφή παρασκευάζε­ται με ανάμειξη άμμου (SiO2), σόδας (Na2CO3), ασβεστόλιθου (CaCO3) και θέρμανση του μείγματος σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, συνταγή που εφαρμόζεται και σή­μερα για την παραγωγή του κοινού γυαλιού. Με αντικατάσταση της σόδας από ποτάσα (K2CO3) παράγεται γυαλί πιο σκληρό και πιο διαφανές από το κοινό, ενώ αν στο μείγμα προστεθούν και οξείδια του μολύβδου παράγονται τα διάφορα κρύσταλλα. Με την προσθήκη οξειδίων διαφόρων στοιχείων παρασκευάζονται ειδικά γυαλιά, όπως τα θερμοανθεκτικά (pyrex) και τα έγχρωμα γυαλιά.

Τα κεραμικά Η άργιλος είναι ένα άμορφο φυσικό υλικό που αποτελείται από Al, Si, H, O. Το αργιλόχωμα είναι άργιλος με προσμείξεις και χρησιμοποιείται στην κεραμική. Το αργιλόχωμα, όταν αναμειχτεί με νερό, μετατρέπεται σε πλαστική μάζα που μπορεί να πάρει οποιαδήποτε μορφή και σχήμα. Στη συνέχεια, το μορφοποιημένο αντικείμενο αφήνεται στον αέρα να ξηρανθεί και ακολούθως ψήνεται σε ειδικούς φούρνους. Για να αποκτήσουν τα κεραμικά γυαλιστερή επιφάνεια με όμορφα χρώματα και σχήματα, επικαλύπτονται με κατάλληλα υλικά και ξαναψήνονται. Στα παραδοσιακά κεραμικά περιλαμβάνονται: τα προϊόντα αγγειοπλαστικής όπως κεραμίδια, γλάστρες, στάμνες, τούβλα, που κατασκευάζονται από άργιλο κατώτερης ποιότητας. τα πιάτα, τα πλακάκια, τα είδη υγιεινής, που κατασκευάζονται από ειδικό πηλό, τη φαγεντιανή γη. οι πορσελάνες, που αποτελούν το καλύτερο είδος κεραμικού και κατασκευάζονται από καολίνη, την καθαρότερη μορφή αργίλου. τα πυρίμαχα κεραμικά, που παρασκευάζονται από ειδικής ποιότητας άργιλο που περιέχει οξείδιο του μαγνησίου (MgO).

Το πυρίτιο στη σύγχρονη τεχνολογία Εκτός από τα παραδοσιακά κεραμικά το πυρίτιο χρησιμοποιείται και για την κατασκευή σύγχρονων τεχνολογικών προϊόντων. Έτσι με πυρίτιο φτιάχνουμε: Οπτικές ίνες Μικροκυκλώματα

Πλεονεκτήματα των οπτικών ινών: Οπτικές ίνες Οι οπτικές ίνες είναι κατασκευασμένες από γυαλί πολύ μεγάλης καθαρότητας, έχουν κυλινδρική μορφή και διάμετρο όσο περίπου μια ανθρώπινη τρίχα. Τα τελευταία χρόνια τα χάλκινα καλώδια με τα οποία γινόταν η μεταφορά πληροφορίας αντικαθίστανται από τις οπτικές ίνες και το ηλεκτρικό ρεύμα δίνει τη θέση του στις φωτεινές ή γενικότερα στις ηλεκτρομαγνητικές ακτίνες. Πλεονεκτήματα των οπτικών ινών: το διοξείδιο του πυριτίου είναι άφθονο στη φύση μια οπτική ίνα αντιστοιχεί, ως προς ικανότητα μεταφοράς πληροφοριών, σε εκατοντάδες χάλκινους αγωγούς, έχουν μικρό βάρος, είναι φθηνότερες από τα άλλα μέσα μετάδοσης τηλεπικοινωνιακών μηνυμάτων, είναι σχεδόν αδύνατη η υποκλοπή και γενικότερα οι παρεμβολές.

Οι ημιαγωγοί Οι ημιαγωγοί είναι χημικά στοιχεία ή χημικές ενώσεις με τεράστια τεχνολογική σημασία, αφού αποτελούν τη βάση της μικροηλεκτρονικής και των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Επιτρέπουν στο ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται μόνο κατά μία συγκεκριμένη φορά, που ονομάζεται αγώγιμη φορά και όχι κατά την αντίθετη κατεύθυνση, που ονομάζεται ανασταλτική φορά. Ο κυριότερος ημιαγωγός από άποψη εφαρμογών είναι το πυρίτιο (Si).