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Silício (Si)

O silício é um dos elementos mais abundantes da crosta terrestre, muito usado na indústria de eletrônicos.

Pessoa segurando um cubo laranja, com o símbolo do silício, com uma tabela periódica branca como plano de fundo.
O elemento químico silício é muito utilizado na indústria dos eletrônicos.
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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.

Leia também: Telúrio — outro elemento químico que se caracteriza como um semimetal

Tópicos deste artigo

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.

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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

Silício em sua forma pura.
Silício em sua forma pura.

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- → SiO44- + 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?

Cristais de quartzo, uma fonte de silício.
Cristais de quartzo, uma fonte de silício.

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?

 Técnico segurando um wafer de silício de altíssima pureza.
Técnico segurando um wafer de silício de altíssima pureza. É a partir daí que são fabricados os microchips e processadores que utilizamos.

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.

Pessoa segurando uma prótese de silicone que tem como principal constituinte o silício.
A prótese de silicone tem como principal constituinte o silício.

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.

Aplicação de selante à base de silicone, uma das principais formas de aplicação do silício.
Aplicação de selante à base de silicone.

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

Escritor do artigo
Escrito por: Stéfano Araújo Novais Stéfano Araújo Novais, além de pai da Celina, é também professor de Química da rede privada de ensino do Rio de Janeiro. É bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e mestre em Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Silício (Si)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/silicio.htm. Acesso em 19 de junho de 2024.

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