Silisyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)

Silisyum, çakmaktaşının ve camın keşfinden bu yana binlerce yıldır kullanılan bir maddedir. Birçok değerli taşın ve mineralin bileşiğinde yer alır.

Silisyum, yerkabuğunda en bol bulunan elementler arasında ikinci sırada yer alır. Elektronik cihazların ve entegre devrelerin hammaddesi konumundaki silisyum, bilgisayar sistemlerinin de yapıtaşı niteliğindedir. Teknoloji merkezi Silikon Vadisi, bu sebeple adını silisyumdan alıyor. İngilizce “silicon” ifadesinin Türkçe karşılığının “silisyum” olduğunu da belirtelim bu arada... Camların hammaddesi olan kumlar da silisyum içeriği sebebiyle kullanılabilmektedir. Taş Devri’nden bu yana kullanılan; ancak bilimsel anlamda 193 yıl önce keşfedilen silisyumun nörolojik rahatsızlıklarda kullanılabilecek çiplerin ana maddesi olabilecek nitelikte bir element olduğu kanıtlanmış durumda. Bitkilerin yaşamı için hayati önemi olan bu nazenin maddenin dünyasına göz atalım.

Tarihçesi

Silisyum insanlık tarihinde ilk olarak çakmaktaşı formunda kullanılmıştır. Taş Devri’nde çeşitli aletlerin yapıtaşını çakmaktaşı oluşturmuş. Eski medeniyetlerde kaya kristali gibi silika formları da kullanılmış. Silisyumun doğadaki bolluğu da kimya ilimi ile uğraşan bilim adamlarının her zaman ilgisini çekmiştir. Camın keşfinden daha öncelere uzanan binlerce yıllık bir geçmişe sahip elementtir. Seramik tarihi ile de bağlantılı bir maddedir.

Silisyumla ilgili ilk bilimsel çalışmalar 1811 yılında yapıldı. Joseph Gay Lussac ve Louis Jacques Thenard, silisyum tetraklorürü potasyum metaliyle tepkimeye sokarak çok saf olmayan silisyum elde etti. Saf silisyumun elde edilmesi ise 1824 yılında gerçekleşti. İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius, potasyum fluorosilikatı ısıtarak nispeten saha saf silisyum tozu elde etti. Bu sebeple silisyumun kâşifi olarak kabul edildi. 1854 yılında Henry Deville ilk kez kristal silisyum üretti.

Silisyum kelimesi, Latince “çakmaktaşı” anlamındaki “silex” veya “silis” sözcüklerinden türetilen bir kelime… İngilizce, “silicon” kelimesinin karşılığı aynı zamanda.

Kimyasal Özellikleri

Kimyasal simgesi “Si” olan silisyumun atom numarası 14’tür. Atom ağırlığı 28,09’dur. Element tablosunun 4-A grubunda yer alır. Germanyumla benzer fiziksel özellikler gösterir. Erime noktası 1414 derece, kaynama noktası 3265 derecedir. Metal ve ametal arası metaloid bir elementtir. Kimyasal davranışlarda metallere benzer. Kırılgan, yarı iletken ve elektropozitiftir. Sıcaklığı arttıkça iletkenliği de artar. Metallerde ise sıcaklık arttıkça iletkenlik düşmektedir. Ultra saf hali mavi-gri metalik bir renkte parlak ve katıdır. Toksik değildir; ancak asbest gibi kanserojen bazı silikatlar bulunur. Birçok bileşik ve alaşımda yer alabilir. 60 farklı silikatta silisyum vardır. Gümüş, çinko ve kurşun gibi metallerle çözünür.

Oksijenden sonra doğada en bol bulunan ikinci elementtir. Evrende en bol bulunan elementler arasında yedinci sıradadır. Yerkabuğu, yüzde 27,7 oranında silisyum içerir. Doğada genellikle silis veya silikatlar halinde bulunur. Genellikle saf olarak bulunmaz. Ağırlıklı olarak silisyum dioksitle bağlantılı olarak oluşumları vardır.

Bazı kumlar, kaya kristalleri, ametist taşı, akik, çakmaktaşı ve opal gibi birçok taş silisyum içerir. Bazı önemli silikat formları; asbest, granit, feldispat ve mika gibi maddelerdir. Granit gibi kompleks kayalar, beyaz kumlar silisyum içerir. Silisyum oksit, kumun en yaygın bileşenidir. Silisyum dioksit (SiO2), silisyumun çakmaktaşı formudur ve doğada en yaygın bulunan bileşiğidir. Silis veya kuvars, kristalize olmamış silisyumdan oluşur. Opal taşı, su molekülleri ile bağlanmış bir silis biçimidir.

Doğal silisyum, kararlı üç izotoptan oluşur. Bu izotoplar; Silisyum-28 (% 92,22), Silisyum-29 (% 4,6), Silisyum-30 (% 3,1) şeklindedir. Çeşitli yapay radyoaktif izotopları ile birlikte toplam 24 izotopu bulunur. Oda sıcaklığında amorf ve kristal olarak iki allotropu vardır. Amorf formu, kahverengi toz şeklindedir. Kristal formu ise metalik parlak, grimsi bir renge sahiptir.

Kullanım Alanları

Elementer silisyum, kumun bir elektrikli fırında indirgenmesiyle ticari olarak üretilir. Elektronik endüstrisi için bazı kristalleştirme yöntemleri uygulanarak yüksek saflıkta silisyum üretilir. Elektronik cihazlarda kullanılan silisyumun kabul edilebilir saflık değeri yüzde 99,99 oranında olmalıdır. Silisyumun elektronik cihazlarda elektriksel özelliklerini koruması için bor, galyum, fosfor ve arsenik gibi maddeler kullanılır. Bilgisayarlarda ve mikroelektronik parçalarda yarı iletken olarak kullanımı yaygındır.

Silisyum, bazı alaşımlarda kullanılır. Çelik, pirinç, bronz gibi metallerle alaşımları birçok ürünün hammaddesidir. Çelik alaşımı, aside dayanıklı kapların imalinde kullanılır. Alüminyum ve demir alaşımları dinamolar, transformatör plakaları, motor gövdeleri, motor silindir başları, takım tezgâhlarında dayanıklı malzeme olarak kullanılır. Silisyum yağı, bazı kozmetik ürünlerinin önemli bir maddesidir. Cam yapımında kullanılan kumlar, silisyum bileşiğidir. Silisyum karbür, elmas kadar serttir ve aşındırıcı ürünlerde kullanılır. Sodyum silikat, “su camı” olarak bilinir ve sabunlar ve yapıştırıcılarda koruyucu maddedir.

Silisyum-oksijen polimerleri, sızdırmazlık malzemesi olan silikon yapmakta kullanılır. Silikonlar, sıvı, reçine ve elastomer olarak üretilir. Silikon; banyolar, boru eklemleri, çatılar, pencereler ve kapılar gibi birçok bölgede önemli bir sızdırmazlık maddesidir. Göğüs implantı gibi tıbbi implantlarda kullanılan silikon, silisyumun önemli bir bileşenidir.

Silisyumun kullanıldığı bazı ürünleri şöyle sıralayabiliriz; saç kremleri, seramik, tuğla, emaye, çimento, zımpara, lazerler, transistörler, güneş piller, bilgisayar yongaları, makine yağları, cilalar, tıbbi implantlar, diyotlar, bellekler, kauçuk, contalar, yalıtkan malzemeler, deterjan, ev kimyasalları, kremler…

Silisyumun Biyolojik Rolü

Silisyum, kimyasal anlamda karbona benzerliği bulunması sebebiyle yaşam formu için önemli görülen elementlerdendir. Özellikle bitkiler için hayati rolü vardır. Bitkiler, hücre duvarlarını güçlendirmek için silisyum kullanır. Fitolitler; buğdaygiller, reçinelerin iğne yaprakları, sarımsak tohumu gibi birçok bitkinin yapraklarında yer alan ve opal türünde silisli kabuklaşmadır. Bazı bitkilerde oluşan küçük silika parçacıklarıdır. Bitkiler, kökleri ile aldıkları yer altı suyunda çözünmeyen minerallerden fitolitler üretir ve bunlar bitkilerin çeşitli hücrelerinde depolanır. Fitolitler, bitkilerin birbirlerinde ayırt edilmesinde kullanılır. Fitolit parçacıkları çürümez, fosilleşebilir. Bu sebeple arkeolojik araştırmalarda bulunan bitki türlerinin tespitinde fitolitler önemli veriler sağlar. Silisyumun hayvan hücrelerindeki rolü ise belirsizdir; ancak hayvan organizmalarında çok küçük miktarlarda bulunur. Denizlerdeki diatomların hücre duvarlarında da silisyum içeriği vardır.

İnsan vücudunda belirli bir organda konsantre değildir. Bağ dokuları ve deri silisyum içerir. Silisyum kristalinin ciltte ve gözde tahriş edici etkileri vardır. Silisyum, zehirli bir madde olmamasına rağmen bazı silikatlar insanlar üzerinde öldürücü etkiye sahiptir. Silisli toz bulunan ortamlarda çalışan insanlar, “silikozis” adı verilen ölümcül akciğer hastalığına yakalanabilir. Bu ortamlarda çalışan işçilerdeki böbrek rahatsızlıklarının da kristal silisle bağlantılı olabileceği belirtiliyor.

Silisyumla ilgili son yıllarda yapılan çalışmalarda özellikle nörolojik rahatsızlıklarda kullanılabileceğini ortaya koydu. Silisyum bileşenlerinden oluşan bir çip ile beyin hücreleri arasında bağlantı kurmaya çalışan araştırmacılar, beyin hücrelerinden gelen elektrik sinyallerin çipe iletilebileceğini veya çipteki sinyallerin beyin hücrelerine iletilebileceğini tespit etti. Bu da nörolojik rahatsızlıkların tedavisinde bu silisyum bileşeni çiplerin kullanılabileceği umudunu ortaya çıkardı.

Bunları Biliyor Musunuz?

• Yerkabuğunun yüzde 75’ini oksijen ve silisyum oluşturur. (Oksijen % 47,3, silisyum % 27,7).
  
• Yıldızlar ve meteorlarda yüksek oranda silisyum bulunur.
  
• Yerkabuğundaki silisyumun çoğu kuvars ve kumlardaki silisyum dioksit olarak bulunur. Ayrıca 64 farklı elementin bileşiğinde silisyum vardır.
  
• Silisyumun önemli bir bileşiği olan kuvars kumlarının Türkiye’deki rezervi 750 milyon ton civarındadır.
  
• Kumların camlarda kullanılmasının sebebi silisyum içeriğidir. Yani silisyum olmasa belki de cam üretilemeyecekti.
  
• Bilgisayarlar ve entegre devreler silisyum teknolojisi üzerinde inşa edilir.
  
• Kaliforniya’daki ünlü teknoloji merkezi Silikon Vadisi, adını, bilgisayar çiplerinde kullanılan silisyumdan alır.
  
• En fazla silisyum üreten ülkeler Çin, Rusya, Norveç ve Brezilya’dır.