Tất tần tật những điều cần biết về Silic

1.Silic là gì?

Silic có kí hiệu là Si, là một nguyên tố hóa học nằm trong bảng tuần hoàn. Đây là một nguyên tố phổ biến, chỉ đứng sau oxy trong vỏ trái đất (oxy chiếm 25,8% trong vỏ trái đất). Dấu hiệu nhận biết của Silic là một nguyên tố rất cứng, có màu xám sẫm, ánh xanh kim loại và là á kim có hóa trị +4.

Trong bảng tuần hoàn hóa học, Silic (Si) có số nguyên tử bằng 14, khối lượng nguyên tử là 23, số hiệu nguyên tử Z=14, thuộc ô số 14, nhóm IVA, chu kỳ 3.

Không chỉ vậy, Silic còn tồn tại trong cơ thể của động vật và thực vật, đóng vai trò hoạt động của hệ vi sinh. Đồng thời, Si cũng tồn tại dưới dạng các hợp chất, chủ yếu là cát (SiO₂), các khoáng vật silicat và aluminosilicat như: Cao lanh (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O), Secpentin (3MgO.2SiO₂.2H₂O),...

2.Tính chất lý hóa

Trước tiên, hãy cùng Đông Á tìm hiểu về tính chất lý hóa nổi bật của nguyên tố Silic nhé.

2.1.Tính chất vật lý

Theo tính chất vật lý, Silic tồn tại dưới 2 dạng chính, đó là silic vô định hình và silic tinh thể.

- Silic vô định hình: tồn tại dưới dạng chất bột màu nâu, tan trong kim loại nóng chảy và không tan trong nước.

Vật liệu quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Silic vô định hình có tính chất vật lý rất đa dạng, từ tính bán dẫn, tính kháng ăn mòn, tính chịu xung quanh đến chống ăn mòn. Chính vì vậy, Si trở thành một vật liệu quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và có tiềm năng lớn trong tương lai.

- Silic tinh thể: thường có màu xám, ánh kim, có tính bán dẫn do có cấu trúc giống kim cương.

Silic tinh thể nóng chảy ở nhiệt độ 1420 độ C. Khi ở nhiệt độ thường, Silic sẽ có tính dẫn điện thấp. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, độ dẫn điện cũng tăng lên.

Silic tinh thể thường có màu xám, ánh kim, có tính bán dẫn 

Ngoài tính bán dẫn, Silic tinh thể còn có tính kháng ăn mòn, tính chống ăn mòn, tính chịu xung quanh, tính chống trầy xước và tính chống ăn mòn. Vì vậy, Silic tinh thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sản xuất các thiết bị điện, sản xuất thiết bị y tế, công nghệ điện tử. 

2.2.Tính chất hóa học

Silic là nguyên tố vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử. Với các số oxi hóa là -4,0,+2,+4. Trong đó, độ hoạt động hóa học của silic vô định hình lớn hơn so với silic tinh thể.

Tính khử

Tính khử của Si được thể hiện thông qua một số phản ứng đặc trưng sau:

• Tác dụng với phi kim:     

Silic có khả năng tác dụng với oxy và flu để tạo ra các hợp chất oxit và fluorua, ví dụ như phản ứng sau đây:                 

Si + 2F₂ → SiF₄ (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường)

Si + 2O₂ → SiO₂ (400 - 6000C)

• Tác dụng với hợp chất:

     + Silic dễ tan trong dung dịch kiềm 

Khi Silic tác dụng với dung dịch kiềm sẽ tạo ra silicat kiềm, ta có phản ứng sau đây:           

2NaOH + Si + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂­

     + Si tác dụng với axit   

Ngoài ra, Silic cũng có thể tác dụng với axit để tạo ra các hợp chất silicat axit, ta có phản ứng sau đây:                                              

4HNO₃ + 18HF + 3Si → 3H₂SiF₆ + 4NO + 8H₂O

• Tác dụng với H2 

        Silic tác dụng với H2 trong hồ quang điện tạo thành một hỗn hợp các silan:

Si + H₂ → SiH₄ + Si₂H₆ + Si₃H₆ + ...

Điều này chứng tỏ tính khử của silic có rất nhiều ứng dụng trong các phản ứng hóa học. Và đây cũng một trong những tính chất hóa học quan trọng của nguyên tố này.

Tính oxi hóa

Ở nhiệt độ cao, Silic có thể tác dụng với nhiều kim loại để tạo ra sản phẩm là Silixua kim loại:

2Mg + Si → Mg₂Si

Mặc dù, Silic có thể khử một số chất có tính oxi hóa mạnh như HNO₃ hay H₂SO₄ (đặc nóng) như C, nhưng không oxi hóa được H₂ giống như C.

4.Điều chế Silic như thế nào?

Trong điều chế Silic, người ta chia ra làm 2 loại là điều chế trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.

Trong phòng thí nghiệm

Silic được điều chế bằng cách dùng chất khử mạnh mẽ như nhôm, magie, silic dioxit và cacbon ở nhiệt độ cao:

SiO₂ + 2Mg → 2MgO + Si (có thể thay Mg bằng Al)

SiO₂ + C (Than cốc) → 2CO + Si (18000C)

Trong công nghiệp

– Bằng hồ quang cùng các điện cực cacbon, ta có thể nung nóng silica siêu sạch trong lò luyện. Khi ở nhiệt độ trên 1900 °C, Silic lỏng được thu hồi ở đáy lò, sau đó nó được tháo ra và làm nguội.

4.Thuộc tính của Silic là gì?

Trong dạng tinh thể, mặc dù Silic là một nguyên tố tương đối trơ, Silic vẫn có phản ứng với  các chất kiềm loãng và các halogen.

Silic nguyên tố truyền khoảng hơn 95% các bước sóng hồng ngoại. Thông thường, tinh thể Silic nguyên chất sẽ nằm trong dạng SiO₂, khó có thể tìm thấy tinh thể này trong tự nhiên. 

Ngoài ra, các tinh thể Silic nguyên chất cũng có thể tìm thấy trong dung nham núi lửa nó có hệ số kháng nhiệt âm hoặc trong tạp chất của vàng. Mặc dù Silic và cacbon là 2 nguyên tố tương tự nhau về mặt hóa học, nhưng Si thể hiện tính chất hóa học kém hơn cacbon.

Nó có trong  fenspat,  granit thạch anh, đất sét, và cát. Chủ yếu tồn tại trong dạng các Silicat và điôxit Silic (hay Silica).

6.Ứng dụng đa dạng của Silic trong đời sống

Với đa dạng những ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, Silic đóng vai trò là một nguyên tố thiết yếu và cực kỳ quan trọng. 

6.1.Trong ngành xây dựng

• Silic được ứng dụng trong sản xuất gạch, bê tông, xi măng, mang lại những sản phẩm đảm bảo bền vững và chất lượng.

Ứng dụng trong sản xuất gạch, bê tông, xi măng

• Si là một thành phần không thể thiếu trong nhiều loại thép. Bởi chúng có khả năng tăng độ bền và độ cứng của các sản phẩm thép.

6.2.Trong công nghiệp

• Gốm sứ: Silic là một thành phần chịu lửa quan trọng cho sản xuất men sứ và đồ gốm. Các silicat của nó cũng được sử dụng để sản xuất các vật liệu chịu lửa khác.

• Đồng thau: Hợp kim của đồng và silic được sử dụng để sản xuất phần lớn đồng thau trên thị trường hiện nay.

• Thủy tinh: Đây là thành phần chính để sản xuất ra thủy tinh. Từ đó có thể chế tác ra nhiều sản phẩm, đồ vật có thuộc tính khác nhau. Ví dụ, silic được dùng để sản xuất chai lọ, kính cửa sổ, sứ cách điện và nhiều sản phẩm khác.

• Năng lượng: Si được dùng trong sản xuất các sản phẩm liên quan đến năng lượng mặt trời và các tấm pin mặt trời.

Dùng để sản xuất các sản phẩm liên quan đến năng lượng mặt trời 

• Hóa chất: Silic cũng được sử dụng trong sản xuất hóa chất như tẩy rửa và thuốc diệt côn trùng.

• Ngành công nghệ điện tử: Silic cũng được sử dụng để sản xuất các sản phẩm điện tử như vi mạch, chip và các loại cảm biến.

6.3.Ngành Y

• Silic có thể được sử dụng để tạo các sản phẩm y tế như chất lọc nước hoặc băng dính y tế. 

• Silic còn được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thuốc chữa bệnh như thuốc kháng sinh và thuốc chống ung thư.

6.4.Mỹ phẩm

 Silic còn được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm như kem chống nắng, phấn trang điểm và các loại sản phẩm khác. Silic giúp tạo ra các sản phẩm mỹ phẩm nhẹ nhàng và không gây kích ứng da.

Silic được sử dụng phổ biến trong sản xuất mỹ phẩm

Qua bài viết này, Đông Á đã cung cấp  tới bạn đọc những thông tin xoay quanh nguyên tố Silic, như Silic là gì, tính chất lý hóa, cách điều chế và ứng dụng của nguyên tố này trong cuộc sống hàng ngày. Có thể nói rằng, Silic là một nguyên tố cực kỳ quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng nguyên tố này vẫn cần thực hiện đúng cách để tránh tác động tiêu cực đến sức khỏe và môi trường.