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Silicium

Chemie und Physik des chemischen Elements Silicium.



Silicium Chemie

Das Halbmetall Silicium, chemisches Symbol Si - abgeleitet aus dem Lateinischen: silex = Kiesel - ist ein chemisches Element der Gruppe der Tetrele (4. Hauptgruppe), Ordnungszahl 14.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Silicium

Bezeichnung:Silicium Andere Namen:Silizium Symbol:Si Ordnungszahl:14 Atommasse:28,085 u Atommassen-Intervall:28,084 - 28,086 u Periodensystem-Stellung:14. Gruppe, 4. Hauptgruppe, 3. Periode, p-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Halbmetalle, Tetrele, Sauerstoff-Gruppe. Entdeckung:1823 - Jöns Jacob Berzelius. Vorhergesagt von Antoine Lavoisier 1787. Bedeutung des Namens:Lateinisch silex = Kiesel. Englischer Name:Silicon CAS-Nummer:7440-21-3 InChI-Key:XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N

 

Das Silicium-Atom

Das Si-Atom - und damit das chemische Element Silicium - ist eindeutig durch die 14 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Silicium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Silicium-Isotope bzw. Silicium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Silicium-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch drei verschiedener Nuklide; die relative Atommasse wird mit 28,085 u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d
Si14[Ne] 3s2 3p2 22622

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Siliciums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Si-Atom zu trennen.

1. IE: 8,15168 eV2. IE: 16,34584 eV3. IE: 33,49327 eV4. IE: 45,14215 eV5. IE: 166,769 eV6. IE: 205,27 eV
7. IE: 246,5 eV8. IE: 303,54 eV9. IE: 351,12 eV10. IE: 401,37 eV11. IE: 476,36 eV12. IE: 523,42 eV
13. IE: 2437,63 eV14. IE: 2673,182 eV15. IE: eV16. IE: eV17. IE: eV18. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Silicium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
1839149,799,8299,42

 

Weitere Daten

Atomradius:111 pm (berechnet)
110 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:111(2) pm (nach Cordero et al.)
116 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
107 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
102 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:210 pm Molvolumen:12,0588 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,050; ωL1: 0,00003; ωL2: 0,00037; ωL3: 0,00038 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,32; F13: 0,64; F23: Termsymbol:3P0

 

Spektrallinien des Siliciums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Siliciums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Silicium-Spektrallinien

 

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,9 nach Pauling
1,74 nach Allred-Rochow
1,916 nach Allen
2,0 nach Mulliken
1,74 nach Sanderson
5,5236 eV nach Gosh-Gupta
4,77 eV nach Pearson
Elektronaffinität:1,389 521 2(8) eV bzw. 134,068 4(1) kJ mol-1Oxidationsstufen:+4 (-4, +2)

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Siliciums:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,140SiliciumSi(s) + 4 H++ 4 e-SiH4 (g)Monosilan- IV

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Siliciums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen elementaren Siliciums auf.

Schmelzpunkt:1414 °C Schmelzenthalpie (molar):50,21 kJ mol-1 Siedepunkt:3265 °C Verdampfungsenthalpie:383,3 kJ mol-1 Wärmekapazität:19,789 J mol-1 K-1 (molar)
0,705 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:645 K Thermische Leitfähigkeit:149 W m-1 K-1 Temperaturleitzahl:87 mm2 s-1 bei 20°C (Temperaturleitfähigkeit) Wärmeausdehnung:2,6 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:5 × 104 A V-1 m-1 bei 27 °C Elektrischer Widerstand:2,3 × 103 Ω m bei 20 °C Bandlücke:1,12 eV bei 27 °C Dichte:2,336 g cm-3 bei 20 °C
2,57 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
Elastizitätsmodul:113 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):98,8 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,01012 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,064-0,28 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-flächenzentriert (Diamantstruktur) Härte:nach Mohs: 6,5 Magnetismus:diamagnetisch Schallgeschwindigkeit:8433 m s-1 bei 25 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol-1 (Feststoff, Kristall)
450,0 kJ mol-1 (gasförmig)
Gibbs Freie Enthalpie:405,5 kJ mol-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:18,8 J mol-1 K-1 (Feststoff, Kristall)
168,0 J mol-1 K-1 (gasförmig)

 

 

Externe Informationsangebote



Didaktik und Lehrmaterialien



Gruppenelemente - Informationen

Elementstrukturen der IV. Hauptgruppe
Vortragsskript, Uni Bayreuth

Strukturchemie: Elemente der IV. Hauptgruppe (Tetrele)
Vorlesungsmaterialien, Uni Freiburg

Tetrele (4. Hauptgruppe, Kohlenstoff-Gruppe: Si, Ge, Sn, Pb)
Vorlesungsmaterialien, Uni Freiburg



Verbindungsklassen

Kielselsäuren und Silicate 1
Vorlesungsmaterialien: Anorganische Chemie. ETH Zürich, Schweiz - Format: PDF

Kielselsäuren und Silicate 2
Vorlesungsmaterialien: Anorganische Chemie. ETH Zürich, Schweiz - Format: PDF

Quarz, Quarzgitter
Grundlagen, Uni Bielefeld

Silicatchemie
Umfangreiches Vorlesungsskript

Silicatstrukturen in der Natur
Vortragsskript

Siliciumdioxid und Silicate
Eine Kurzeinführung in die Strukturprinzipien

Siliciumorganische Verbindungen
Von der gezielten Synthese stereochemisch reiner Silane zur selektiven Spaltung der Si-O-Si-Einheit in Disiloxanen. Dissertation Chemie, (2009). TU Dortmund - Format: PDF



Einzelne Verbindungen

Silicium und Siliciumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Spektroskopische Daten, Spektren

Silicium-NMR-Spektren - 29Si
Grundlagen, Interpretation. VS-C (D) [d]



Geochemie und Biogeochemie

Herstellung von Silicium
Übersichtartikel, Euroquarz

Silicium Mineralien
Informationen und weitere Quellen. Mineralienatlas



Dissertationen

Beiträge zur Chemie des höherkoordinierten Siliciums
Synthese, Struktur und Eigenschaften neuer Silicate mit SiO 3 C 2 -, SiO 4 C -, SiO 5 - und SiO 6 -Gerüst, Beiträge zur Chemie des tetrakoordinierten Siliciiums: Synthese, Struktur und Eigenschaften von Silanen, Silanolen und Siloxanen. Dissertation, 2002. Universität Würzburg

Beiträge zur Chemie des höherkoordinierten Siliciums und Germaniums
Synthese, Struktur und Eigenschaften dianionischer lambda-6-Si-Silicate und lambda-6-Ge-Germanate sowie neutraler penta- und hexakoordinierter Silicium-Verbindungen. Dissertation, 2005. Universität Würzburg

Neuartige silicium-haltige allosterische Modulatoren
... als hochpotente, atypische Förderer der Gleichgewichtsbindung eines orthosterischen Liganden an muskarinischen M2-Acetylcholin-Rezeproren. Dissertation 2002. Universität Bonn

Orts- und zeitaufgelöste optische Spektroskopie an Silizium-Nanokristallen
Dissertation, TU Chemnitz

Pentakooridiniertes und hexakoordiniertes Silicium
Beiträge zur Chemie des penta- und hexakoordinierten Siliciums. Dissertation, 2003. Universität Würzburg

Polyolato-Komplexe des Siliciums in Festkörper und Lösung
Modellverbindungen für die Mobilisierung von Silicium in Organismen. Dissertation, 2003. Universität München

Schwarzes Silicium
Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von amorphem, schwarzem Silicium. Dissertation, 2007. Universität Frankfurt

Silicium(IV)-Komplexe
Beiträge zur Chemie des höherkoordinierten Siliciums: Synthese, Struktur und Eigenschaften neuer penta- und hexakoordinierter Silicium(IV)-Komplexe. Dissertation Chemie, (2014). Uni Würzburg

Silicium-Chalcogen-Chemie
Beiträge zur Silicium-Chalcogen-Chemie einschließlich analoger Germanium-, Zinn- und Bleiverbindungen. Dissertation, 2003. TU Freiberg

Silizium- und Kohlenstoffcluster
Struktur und Dynamik. Dissertation, 2001. Universität Konstanz

Struktur und Dynamik mesomorpher, n-alkylsubstituierter Polysilane und Polysilylenmethylene
Dissertation, Uni Freiburg - Format: PDF



Newsarchiv


Silafulleran
Erstmals ein Silafulleran synthetisiert

Käfigmolekül aus Silicium 30 Jahre nach der C60-Entdeckung hergestellt.




Neue Chemie mit gelöstem Silizium
Anwendungen in der Herstellung von Silizium-Materialien denkbar ...

Ordnungshilfe für Silicium
Stuttgarter Materialwissenschafter beherrschen die Kristallisationstemperatur von Silicium. Artikel, April 2008



Institute und Forschungseinrichtungen

Arbeitsgruppe Silicium-Chemie
... und chemische Materialwissenschaft. TU Freiberg

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Würzburg

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 24.04.2020.



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