silicium

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Présentation

silicium, élément semi-métallique de symbole Si, de numéro atomique 14. Il appartient au groupe 14 (IVa) de la classification périodique. C’est en 1823 qu’il fut séparé de ses composés par le chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius.

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État naturel et préparation

Constituant près de 28 p. 100 de l’écorce terrestre, le silicium est l’élément le plus répandu après l’oxygène. Il n’existe jamais à l’état natif ou libre dans la nature : il se présente sous la forme de silice ou de silicates complexes. Environ 40 p. 100 des minéraux courants contiennent du silicium. Le quartz, les variétés de quartz (comme la chrysoprase, l’onyx, le silex et le jaspe), ainsi que la cristobalite et la tridymite sont des cristaux de silice naturels. Le dioxyde de silicium est le constituant principal du sable.

Les silicates (comme les silicates complexes d’aluminium, de calcium et de magnésium) sont les principaux constituants des argiles, des sols et des roches sous forme de feldspaths, d’amphiboles, de pyroxènes, de micas et de zéolithes, et des pierres semi-précieuses comme l’olivine, le grenat, le zircon, la topaze et la tourmaline.

Le silicium est préparé sous forme de poudre brune amorphe ou de cristaux gris-noir. Il est obtenu en chauffant de la silice — dioxyde de silicium (SiO₂) — dans un four électrique, en présence d’un agent réducteur, tel que le carbone ou le magnésium.

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Propriétés

Le silicium n’est pas attaqué par les acides nitrique, chlorhydrique et sulfurique, mais il est dissous par l’acide fluorhydrique et forme alors un gaz, le tétrafluorure de silicium (SiF₄). Il se dissout également dans l’hydroxyde de sodium, formant du silicate de sodium et de l’hydrogène gazeux. Il est imperméable à l’air à température ambiante. Aux températures élevées, il est oxydé par l’oxygène et forme une couche de silice passive, c’est-à-dire non réactive. À haute température, il réagit également avec l’azote et le chlore pour former respectivement du nitrure de silicium et du chlorure de silicium.

Le silicium a une dureté élevée (7), nettement supérieure à celle du verre (5). Il fond vers 1 410 °C, bout à 2 355 °C, et a une densité de 2,33 ; sa masse atomique est égale à 28,086.

Situé sous le carbone dans la classification périodique, le silicium forme des composés tétravalents semblables à ceux du carbone. Citons en particulier les silanes, de formule chimique générale Si_nH_2n+2, n étant un entier. Ces composés sont les homologues des alcanes, hydrocarbures saturés de formule générale C_nH_2n+2. Le silicium peut également former de nombreux composés analogues aux cétones ou aux alcools, comme dans la chimie du carbone.

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Utilisations

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Silicium pur ou dopé

Le silicium est un semi-conducteur dont la résistivité à température ambiante (voir Résistance électrique) est comprise entre celle des métaux et celle des isolants. La conductivité du silicium peut être contrôlée en ajoutant de petites quantités d’impuretés, appelées dopants, comme le bore ou l’arsenic. Le silicium est actuellement le semi-conducteur le plus utilisé dans la fabrication des composants électroniques.