Silício (Si)

O silício é um elemento químico pertencente ao grupo 14 da Tabela Periódica. É um elemento considerado como semimetal, pois reúne propriedades tanto dos metais quanto dos ametais, embora algumas tabelas periódicas o classifiquem como um ametal. Destaca-se pela sua semicondutibilidade e pelo seu estado de oxidação igual a +4 quando forma compostos.

Trata-se do segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, ficando atrás apenas do oxigênio. Pode ser obtido principalmente pela redução do quartzo (SiO₂) com carbono em altas temperaturas, mas para a fabricação de dispostivos eletrônicos, é necessário que seja mais puro. O silício pode ser aplicado em diversas áreas da indústria, principalmente no campo dos eletrônicos, além de ser o principal constituinte do vidro, da cerâmica, do cimento e também do silicone.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o silício
• 2 - Propriedades do silício
• 3 - Características do silício
• 4 - Onde o silício pode ser encontrado?
• 5 - Obtenção do silício
• 6 - Silício no Brasil
• 7 - Para que serve o silício?
• 8 - História do silício

Resumo sobre o silício

• O silício, símbolo Si, é um elemento químico pertencente ao grupo 14 da Tabela Periódica, com número atômico 14.

• É considerado um semimetal, mas também pode ser considerado um ametal por algumas classificações.

• Apresenta característica de semicondutibilidade, além de ser mais reativo que o carbono.

• É o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, ficando atrás apenas do oxigênio.

• É obtido em larga escala pela redução da sílica (ou quartzo), SiO₂, por ação do carbono, em altas temperaturas.

• Para a produção de componentes eletrônicos, entretanto, o silício obtido deve passar por etapas de purificação.

• O silício possui diversas utilizações, não só no campo dos componentes eletrônicos, como células fotovoltáicas e transistores, mas também por ser o principal componente do vidro, da cerâmica e do cimento.

• Do silício também se produz o silicone, muito importante na indústria de construção e automotiva, seja na produção de adesivos e resinas, por exemplo, ou na medicina, para a produção de próteses.

• Foi descoberto no século XIX, por Jacob Berzelius.

Propriedades do silício

• Símbolo: Si.

• Número atômico: 14.

• Massa atômica: 28,085 u.m.a.

• Eletronegatividade: 1,9.

• Ponto de fusão: 1414 °C.

• Ponto de ebulição: 3265 °C.

• Densidade: 2,33 g.cm^-3 (20 °C).

• Configuração eletrônica: [Ne] 3s² 3p².

• Série química: semimetais, grupo 14, elementos representativos, metaloides, ametais.

Características do silício

O silício é elemento do grupo do carbono que, por algumas classificações periódicas, pode ser considerado como um ametal, contudo é comumente tratado como um semimetal, dadas as suas propriedades de semicondutibilidade. Em sua forma cristalina, apresenta um brilho metálico e também uma coloração acinzentada.

É bem mais reativo que o carbono e, em altas temperaturas, combina-se com O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂, S₈, N₂, P₄, C e B para formar compostos binários. O silício ainda libera H₂ em soluções aquosas alcalinas, como mostrado a seguir, mas é insolúvel em ácidos, exceto em uma mistura de HNO₃ e HF.

Si + 4 OH^- → SiO₄^4- + 2 H₂

O principal estado de oxidação para o silício é o +4. O silício apresenta três isótopos estáveis, os de massa 28 (mais abundantes, com 92,2% de frequência), 29 e 30.

Onde o silício pode ser encontrado?

O silício representa 25,7% da massa da crosta terrestre, por isso é o segundo elemento químico mais abundante da crosta terrestre (ficando atrás apenas do oxigênio). Juntos, Si e O, aliás, representam praticamente quatro de cada cinco átomos da superfície terrestre.

Não se encontra silício naturalmente em sua forma pura, mas como um óxido ou como um silicato. Entre os óxidos de silício, destacam-se: areia, quartzo, cristal de rocha, ametista, ágata, jaspe e opala. Já entre os minerais silicatos, destacam-se: granita, hornblenda, asbestos, feldspatos, argila mica, entre outros.

Veja também: Alumínio — o terceiro elemento químico mais abundante da crosta terrestre

Obtenção do silício

A obtenção de silício em larga escala pode ser realizada via redução do quartzo (SiO₂) com carbono em uma temperatura na faixa de 1700 °C, a qual é bem superior ao ponto de fusão do Si.

SiO₂ + 2 C → Si + 2 CO T = 1700 °C

O produto obtido por essa rota é tanto o silício metalúrgico (ou metálico) quanto o ferrosilício, o qual contém teores de ferro oriundos de impureza da sílica utilizada ou ferro adicionado durante o processo de redução.

O silício metalúrgico é fonte para a obtenção do silício cristalino, com o qual se produzem os dispositivos eletrônicos. O silício cristalino, de maior pureza, pode ser obtido de diversas formas, baseadas na formação, purificação por destilação e redução de compostos voláteis de silício, tais como SiF₄, SiHCl₃ e SiH₄.

Si (metalúrgico) + 3 HCl → SiHCl₃ + H₂

O SiHCl₃ é então purificado por destilação, já que seu ponto de ebulição é de 31,8 °C, obtendo-se silício mais puro. Também é possível obter silício mais puro por meio da decomposição térmica do SiH₄ a partir do próprio SiHCl₃.

2 SiHCl₃ → SiH₂Cl₂ + SiCl₄

2 SiH₂Cl₂ → SiH₃Cl + SiHCl₃

2 SiH₃Cl → SiH₄ + SiH₂Cl₂

SiH₄ → Si + 2 H₂

Há a possibilidade, ainda, da decomposição térmica de Na₂SiF₆, que gera SiF₄, o qual é reduzido pelo sódio metálico (Na), produzindo uma mistura de NaF e Si.

Silício no Brasil

O Brasil é um dos maiores produtores de silício no mundo, destacando-se na produção do silício metálico/metalúrgico (fica atrás apenas da China) e do silício na forma da liga ferrosilício. Boa parte do silício brasileiro é voltada para a produção do silício cristalino em grau solar (SiGS), com o qual se produzem células fotovoltaicas destinadas para a produção de energia solar.

Para que serve o silício?

O silício tem diversos usos tecnológicos e comerciais, a começar pela sua grande importância na indústria de eletrônicos, tendo em vista suas propriedades semicondutoras, que o colocam na confecção de dispositivos como computadores, transistores, células fotovoltaicas, entre outros.

Na indústria de construção civil, automotiva e também na medicina, o silício é aproveitado na forma do silicone, o polidimetilsiloxano, um material que pode se apresentar tanto na forma de óleo quanto na forma de borracha. Ele é transparente, termicamente estável, resistente à oxidação, quimicamente estável, resistente ao cisalhamento, não inflamável, hidrofóbico, de alta compressibilidade, de baixa tensão superficial, de baixa mudança de viscosidade com mudança da temperatura e biologicamente inativo. Por isso, pode ser usado como adesivo, cosmético, em sistemas elétricos, óleos de amortecimento, próteses, acabamento têxtil e tantos outros usos.

A sílica (SiO₂) é ainda o principal componente do vidro, do cimento e da cerâmica e, por isso, é amplamente explorada comercialmente. A areia, grande fonte de sílica, acaba sendo muito consumida no mundo todo pela indústria de construção. A sílica gel, outro composto de silício, é um importante agente secante, além do uso em laboratórios como catalisador.

História do silício

Apesar da grande presença de silício na crosta terrestre, tal elemento só foi descoberto no século XIX. Em 1811, Joseph Gay-Lussac e Jacques Thénard provavelmente obtiveram silício impuro ao aquecerem potássio com tetrafluoreto de silício.

Contudo, a descoberta desse elemento é comumente atribuída a Jöns Jacob Berzelius, que, em 1824, utilizou potássio para reduzir hexafluorsilicato de potássio, de forma muito semelhante aos cientistas franceses:

K₂SiF₆ + 4 K → Si + 6 KF

A diferença é que Berzelius fez a purificação do silício ao fazer lavagens adicionais para fazer a remoção dos fluorsilicatos.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química