Apakah itu unsur Silikon? Artikel ini akan membincangkan sifat, sejarah penghasilan Silikon dan kegunaannnya dalam kehidupan seharian kita
Pengenalan
Silikon merupakan sejenis unsur kimia yang terletak dalam kumpulan 14 jadual berkala unsur dan mempunyai simbol ‘Si’. Dalam keadaan normal, silikon wujud bentuk pepejal yang keras tetapi rapuh. Ia berwarna kelabu kebiruan dan berkilat. Silikon merupakan suatu unsur kimia bukan logam dan tidak reaktif.
27% daripada kerak Bumi terdiri daripada silikon dan merupakan unsur kedua yang paling banyak. Silikon juga merupakan unsur kimia kelapan paling banyak di alam semesta dan sangat banyak ditemui pada debu-debu kosmik, planetoid dan juga planet-planet lain serta wujud dalam keadaan sebatian iaitu silikon dioksida ataupun silikat. Pada masa kini, silikon merupakan unsur yang sangat penting dalam kehidupan manusia.
Abad ke-21 ini juga dikenali sebagai ‘Zaman Silikon’ kerana impaknya yang sangat signifikan dalam kemajuan teknologi Dunia sehinggakan terdapat tempat yang dikenali sebagai ‘Silicon Valley’. Silicon Valley merupakan pusat teknologi termaju global terletak di California, Amerika Syarikat yang menempatkan beberapa pusat firma teknologi gergasi seperti Google, Intel, Tesla, Netflix, IBM, Facebook dan banyak lagi.
Sifat Fizikal dan Sifat Kimia Silikon
Silikon mempunyai beberapa sifat dan ciri-ciri yang tersendiri. Sifat-sifat ini akan dikategorikan kepada sifat fizikal dan sifat kimia yang dapat membezakannya dengan unsur kimia yang lain.
Dari segi sifat fizikal, Silikon wujud dalam keadaan pepejal berwarna kelabu kebiruam pada keadaan normal. Selain itu, ia juga merupakan unsur bukan logam dan tidak reaktif. Silikon mempunyai takat didih dan takat lebur kedua paling tinggi untuk unsur bukan logam dan metaloid selepas Boron.
Takat didih Silikon ialah 3265 °C manakala takat leburnya ialah 1414 °C. Takat didih dan takat leburnya sangat tinggi dan memerlukan tenaga haba yang banyak bagi mengatasinya. Ini kerana, atom-atom Silikon diikat dengan ikatan Kovalen yang sangat kuat yang menyebabkan ia sangat sukar untuk dileburkan dan ditukarkan kepada fasa cecair. Silikon mempunyai ketumpatan 2.3290 g/L.
Dari segi sifat kimia, silikon dalam bentuk kristal dianggap sebagai unsur yang lengai tetapi bertambah kereaktifan apabila dikenakan suhu yang tinggi. Silikon akan membentuk sebatian silika apabila bertindak balas dengan oksigen. Selain itu, silikon juga bertindak balas dengan unsur halide membentuk sebatian silikon tetrahalida.
- Simbol: Si
- Nombor atom: 14
- Berat atom: 28.084 gram/mol
- Kumpulan: 14
- Takat lebur: 1414 °C
- Takat didih: 3265 °C
- Ketumpatan: 2.3290 gram/cm
- Konfigurasi elektron: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
Sejarah
Ahli kimia di serata dunia akan berusaha untuk mengkaji tentang unsur-unsur baru yang terdapat di Bumi. Oleh itu, banyak penemuan dan kemajuan baru dapat dicapai dalam bidang Kimia khususnya.
Oleh kerana sumber silikon ini sangat banyak ditemui pada kerak bumi, terdapat banyak bahan sebatian yang mengandungi silikon ditemui sejak zaman dahulu kala. Menurut catatan sejarah, bahan semulajadi yang berunsurkan silikon ini telah digunakan sejak ribuan tahun dahulu. Batuan silikon dalam bentuk kristal yelah digunakan sejak zaman Mesir Purba dan Dinasti Cina lagi. Barangan kaca yang mengandungi silikon juga telah dihasilkan seawall 1500 sebelum Masihi di Mesir.
Pada tahun 1787, Antoine Lavosier mengusulkan satu teori iaitu silika merupakan sejenis oksida dari unsur asas dalam jadual berkala. Namun, oleh kerana keafinan elektron yang sangat kuat antara silikon dan oksigen, maka, percubaan untuk mengasingkannya kepada unsur tunggal, masih belum berjaya. Sehinggalah pada tahun 1808, Sir Humphry Davy berjaya mengasingkan silikon ini. Lalu, beliau mencadangkan nama ‘silicium’ yang diambil dari perkataan Latin iaitu ‘silex’ dan menambah imbuhan akhiran ‘-ium’ sebagai tanda ia adalah unsur logam.
Gay-Lussac dan Thenard telah berjaya menghasilkan silikon dalam bentuk amorfus pada tahun 1811 dengan cara memanaskan logam kalium dengan silikon tetrafluorida. Pada tahun 1817, ahli kimia Scotland iaitu Thomas Thomson telah rasmi menggunakan nama silikon pada unsur ini. Dia menggunakan perkataan asal yang diilhamkan oleh Humphry Davy dan menambah imbuhan ‘-on’ kerana beliau percaya silikon ini bukan unsur logam.
Kaedah Penghasilan
Silikon dengan keaslian 96-99% dihasilkan melalui kaedah penurunan quartzite ataupun pasir dengan kok petroleum asli. Proses ini dilakukan dalam suhu yang tinggi di dalam kebuk pembakar elektrik. Tindak balas kimia ini juga dinamakan sebagai penurunan karbotermal silikon dioksida dan menghasilkan ferosilikon.
Ferosilikon merupakan campuran antara besi dan juga silikon. Buat masa ini, Cina merupakan pengeluar terbesar silikon di dunia dengan kapasiti penghasilan 4.6 juta tan diikuti oleh Rusia, Norway dan juga Brazil. Kaedah ini merupakan kaedah yang paling sering digunakan dalam industri.
SiO2 + 2 C → Si + 2 CO
2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO
Selain itu, terdapat industri yang menggunakan kaedah penurunan aluminotermal silikon dioksida. Proses pelunturan serbuk silikon 96-97% akan menghasilkan silikon dengan kadar keaslian 98.5%. Silikon dengan kadar keaslian yang tinggi banyak digunakan dalam industri kimia.
3 SiO2 + 4 Al → 3 Si + 2 Al2O3
Kegunaan dan Aplikasi dalam Kehidupan
1. Bidang elektronik dan semikondutor
Silikon merupakan antara bahan terpenting dalam bidang elektronik. Silikon yang digunakan biasanya dalam bentuk ferosilikon. Ferosilikon ini akan diproses dengan lebih lanjut bagi menghasilkan silikon yang mempunyai keaslian 99.99% atau dikenali dengan monokristal silikon.
Monokristal silikon yang terhasil akan melalui proses Czochralski bagi menghasilkan wafer silikon. Wafer silikon inilah yang menjadi bahan asas dalam industri semikonduktor. Wafer silikon sangat sesuai digunakan dalam industri semikonduktor kerana kebolehan mengalirkan arus elektrik dengan sangat cekap dan efisyen. Litar elektrik dan panel solar merupakan antara barangan yang menggunakan silikon dengan jumlah yang besar.
2. Automotif
Dalam bidang automotif, sejenis bahan derivatif silikon iaitu silikona digunakan sebagai bahan pelincir ataupun gris. Bahan pelincir ini akan digunakan dalam kompenen brek kenderaan kerana sifatnya yang sangat stabil pada suhu tinggi, tidak larut di dalam air dan tidak menyebabkan kerosakan atau hakisan pada komponen brek. Selain itu, kepingan silikona digunakan dalam penghasilan gasket. Gasket merupakan suatu bahan yang penting dalam bidang automotif dan bertindak sebagai penghalang kepada kebocoran pada sambungan komponen kenderaan.
3. Bidang aeroangkasa
Silikon juga digunakan dalam bidang aeroangkasa. Oleh kerana sifatnya yang mempunyai ketahanan dan kestabilan yang tinggi terhadap haba dan hakisan, ia sangat sesuai digunakan pada kapal-kapal angkasa. Silikon yang digunakan dalam aeroangkasa semestinya mempunyai ketahanan yang tinggi dan dapat bertahan dalam suhu yang ekstrem iaitu antara -70˚C hingga 220˚C. Ia akan digunakan dalam gasket pada pintu dan tingkap kapal atau jet angkasa.
4. Alatan masakan
Silikon mempunyai ciri-ciri tidak toksik yang sangat sesuai digunakan bagi menghasilkan alatan masakan seperti sudu, penutup periuk dan bekas ais. Pada masa kini, silikon menjadi bahan yang penting dalam pembuatan alatan masakan. Silikon juga mempunyai ciri-ciri tahan haba dan menjadi insulator yang hebat. Silikon yang digunakan dalam oven masakan boleh menahan haba sehingga 260 ˚C.
Unsur yang lain
Rujukan