Painéis fotovoltaicos de energia solar

Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Silicon

Silicon

O que é silício?

O silício é um elemento químico do número atômico 14 e símbolo Si. Este elemento químico pertence ao grupo IV A da tabela periódica. JJ Berzelius 1824 isolou-o por redução com potássio de tetrafluoreto de silício (SiF4).

O silício elementar cristalino é de cor acinzentada com um brilho metálico, muito duro, com pontos de fusão e ebulição muito elevados, e é um semicondutor intrínseco. A forma amorfa do elemento ocorre em pós marrons, condutores de eletricidade, que podem ser facilmente derretidos e vaporizados.

O silício é um componente amplamente utilizado em painéis fotovoltaicos devido às suas propriedades semicondutoras. Isso significa que suas propriedades físicas e químicas são muito favoráveis ​​para promover o efeito fotovoltaico. O efeito fotovoltaico é o efeito que permite transformar a energia dos fótons presentes na luz solar em movimento de elétrons e, portanto, energia elétrica.

Silício monocristalino

O silício monocristalino é o material base da indústria eletrônica. Consiste em um único cristal de silício, que possui uma rede cristalina contínua, sem interrupção por todo o sólido.

O silício monocristalino é talvez o material tecnológico mais importante do último meio século, porque sua disponibilidade a custos industrialmente aceitáveis ​​tem sido e é essencial para o desenvolvimento de microcircuitos eletrônicos nos quais se baseia a atual revolução eletrônica e informatizada.

O silício monocristalino é também utilizado na produção de células fotovoltaicas de alto desempenho. As células solares, diferentemente dos microcircuitos, podem, no entanto, tolerar, dentro de certos limites, pequenas imperfeições estruturais.

Silício policristalino

O silício policristalino ou polissilício é um material feito de vidro de silicone desalinhado (policristalino). Ocupa uma posição intermediária entre o silício amorfo e o silício monocristalino.

O silício policristalino freqüentemente substitui o alumínio para a produção de peças de metal dentro de dispositivos eletrônicos semicondutores, devido à resistência mecânica aprimorada do processo de produção do circuito integrado. Também é usado para a realização de capacitores em um ambiente integrado. No entanto, as capacidades desses capacitores são muito baixas.

Para aplicações eletrônicas, o silício policristalino pode ser obtido com técnicas menos sofisticadas e menos dispendiosas do que as exigidas para a deposição de silício. O silício policristalino também pode ser obtido durante os processos de fabricação de silício. O silício policristalino tem um nível de impureza de 1 parte por bilhão ou menos.

Origem do silício

O silício é, depois do oxigénio, o elemento mais abundante na crosta terrestre, constituindo 26% em peso. É constituído por uma mistura de três isótopos naturais estáveis, com as massas 28 (92,21%), 29 (4,70%) e 30 (3,09%), que determinam um peso atômico de 28.086. Cinco radioisótopos artificiais do elemento também são conhecidos, com massas variando de 25 a 32.

O silício é amplamente difundido na natureza, e sua presença no Sol, estrelas e meteoritos foi detectada.

Obtendo o silício

A obtenção de silício é feita por vários métodos de acordo com a finalidade do elemento. O método comercial mais importante é a redução de sílica com carbono em um forno elétrico. A preparação de silício de alta pureza (99,7%) é obtida por transformação de silício impuro em tetracloreto (SiCl4), volátil, purificação deste por destilação e posterior redução com zinco.

O silício para uso em eletrônica é obtido por purificação zonal, para eliminar boro, alumínio, fósforo, gálio, arsênio, índio e antimônio. Subsequentemente, um monocristal é obtido pelo método de Czochralski. Este método consiste em imergir um pequeno cristal em um banho de silício líquido aquecido até a temperatura de fusão e removê-lo lentamente para causar o crescimento do monocristal. Normalmente, a dopagem do monocristal é realizada simultaneamente.

Propriedades químicas do silício

O silício é um elemento semicondutorEm relação às propriedades químicas, o silício apresenta diferenças notáveis ​​com o carbono, o primeiro elemento do grupo IV A. Ao contrário do carbono, o silício tem uma eletronegatividade muito menor, o que acarreta variações notáveis ​​na polaridade de certas ligações, um tendência a encadear muito atenuada (sem cadeias de mais de seis átomos de silício), uma coordenação máxima de seis, graças à existência de orbitais d vazias com energia adequada. Além disso, o silício não possui formação de links múltiplos com ele próprio ou com qualquer outro elemento.

A característica química mais importante do silício é sua tendência a se combinar com o oxigênio para formar estruturas poliméricas ou discretas, nas quais cada átomo de silício é circundado por quatro átomos de oxigênio. Dada a alta energia da ligação Si-O (89,3 kcal / mol), essas estruturas gozam de grande estabilidade.

O silício é essencialmente não metálico e sua reatividade depende sobretudo do grau de divisão. De forma compacta, é revestido no ar com uma camada superficial de óxido, enquanto finamente dividido é facilmente inflamado no ar. O silício pode ser atacado por cloreto de hidrogênio quente, com a formação de tetracloreto e liberação de hidrogênio, e por fluoreto de hidrogênio frio, com a formação de ácido hexafluorosilícico. Por outro lado, este material não pode ser atacado pelos outros ácidos. Dissolve-se em bases fortes, com formação de silicatos e liberação de hidrogênio (Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2), e combina diretamente com os halogênios e, a quente, com outros não-metais (silicuro).

Dada a estrutura eletrônica do silício, ela atua, analogamente ao carbono, praticamente exclusivamente com a valência 4. Seus compostos são essencialmente covalentes e muitos gozam de notável importância econômica.

O silício pode ser introduzido na estrutura de toda uma gama de compostos orgânicos, aos quais confere propriedades muito interessantes. Do ponto de vista biológico, o silício tem, em alguns casos, um papel importante e é o material básico para a construção da parede celular de várias algas.

Em 1990, macromoléculas de silício semelhantes a fulerenos de carbono foram descobertas. Foi uma descoberta inesperada, pois acreditava-se que os fulerenos de silício estáveis ​​não poderiam ser fabricados. O problema da instabilidade das redes fechadas de silício foi resolvido colocando-se um átomo de metal central, o tungstênio.

Uma das formas mais estáveis ​​alcançadas tem um conjunto de doze átomos de silício que formam uma gaiola em torno de um átomo de tungstênio. Esta configuração tem a vantagem de isolar os efeitos químicos do átomo central, por isso pode ser muito útil na captura de átomos ou em catálise.

A respiração contínua de poeira de natureza siliciosa causa aos seres humanos uma doença pulmonar grave, a silicose.

Aplicações de silício

O silício pode ser aplicado em eletrônica, para a fabricação de dispositivos semicondutores e células fotoelétricas. Na metalurgia, é utilizado para a preparação de aços especiais (ferro-silício) e outras ligas e na preparação de vários compostos.

Na forma de compostos (silicatos, sílica, silicones), o silício é usado de maneira muito geral.

valoración: 3.5 - votos 8

Última revisão: 10 de junho de 2019

Voltar