Mayroong isang elemento na napakarami at maraming nalalaman na ito ay naging pangunahing sa ating modernong mundo. Ang elementong ito ay silicon, isang semiconductor na nasa puso ng bawat elektronikong aparato na ginagamit natin ngayon.
Ang silikon ay isang kemikal na elemento na may simbolo na Si at atomic number 14. Ito ay isang matigas, mala-kristal na solid na may asul-abo na metallic na kinang, at isang tetravalent metalloid at semiconductor. Ito ang pangalawang pinakamaraming elemento sa crust ng Earth (mga 28% ng masa) pagkatapos ng oxygen.
Ang Silicon ay may melting point na 1414 °C at isang boiling point na 3265 °C. Ito ay medyo hindi gumagalaw, hindi tumutugon sa oxygen o tubig. Kapag pinainit ito ay tumutugon sa mga halogens at maghalo ng alkalis. Ang silikon ay umiiral sa dalawang anyo ng allotropic; Ang kayumangging silikon ay isang pulbos, samantalang ang mala-kristal (metal) na silikon ay napakarupok.
Ang electronic configuration ng silicon ay \([Ne] 3s^2 3p^2\) . Ang pagsasaayos na ito ay naglalarawan kung paano ang silicon ay maaaring bumuo ng apat na covalent bond sa iba pang mga atomo o molekula, na ginagawa itong hindi kapani-paniwalang maraming nalalaman sa pagbuo ng mga compound.
Ang kakayahan ng Silicon na kumilos bilang isang semiconductor, ibig sabihin ay maaari itong magsagawa ng kuryente sa ilalim ng ilang mga kundisyon ngunit hindi sa iba, ginagawa itong mahalaga sa paggawa ng mga elektronikong aparato. Nagbibigay-daan ang property na ito para sa kontrol ng mga de-koryenteng agos, na kritikal sa mga device mula sa mga microchip at solar cell hanggang sa mga smartphone at computer.
Sa puso ng papel ng silikon sa teknolohiya ay ang silicon chip, o integrated circuit. Ang aparatong ito, na ginawa mula sa isang manipis na hiwa ng silikon, ay maaaring maglaman ng libu-libo hanggang milyon-milyong mga transistor. Ang mga transistor, na kumikilos bilang mga switch, ay kinokontrol ang daloy ng mga de-koryenteng kasalukuyang sa mga device.
Ang silikon ay hindi natagpuang libre sa kalikasan, ngunit nakatali sa mga mineral tulad ng quartz, feldspar, mika, at luad. Ito rin ay isang mahalagang bahagi ng buhangin. Sa pamamagitan ng proseso ng pagmimina at pagpino, ang purong silikon ay kinukuha para sa pang-industriyang paggamit.
Ang Silicon ay mahalaga din sa biology, kahit na hindi gaanong kilala. Ang ilang mga microscopic na organismo, tulad ng mga diatom, ay gumagamit ng silicon upang palakasin ang kanilang mga cell wall. Ang paggamit na ito ng silicon ng mga buhay na organismo ay isang halimbawa kung gaano kagaling ang elementong ito.
Ang isa sa mga pinakakilalang silicon compound ay ang silicon dioxide ( \(SiO_2\) ), na karaniwang kilala bilang quartz. Ang tambalang ito ay bumubuo ng batayan ng salamin, keramika, at semento. Ang Silicon carbide ( \(SiC\) ), isa pang compound, ay ginagamit bilang abrasive at sa bulletproof vests.
Nakukuha ang purong silikon sa pamamagitan ng pagbabawas ng silicon dioxide na may carbon sa isang electric arc furnace sa temperaturang higit sa 2000°C. Ang equation para sa reaksyong ito ay:
\(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\)
Ang prosesong ito ay nagbubunga ng metallurgical grade na silicon, na higit na pino upang makagawa ng semiconductor grade silicon. Ito ay nagsasangkot ng isang proseso na kilala bilang zone refining, kung saan ang mga impurities ay inaalis sa pamamagitan ng pagtunaw ng maliliit na seksyon ng isang silicon ingot at pinapayagan silang mag-recrystallize.
Bagama't ang silicon mismo ay hindi nakakapinsala, ang proseso ng pagkuha at pagpino ng silikon ay maaaring magkaroon ng mga epekto sa kapaligiran. Ang pagmimina ng quartz sand (isang pangunahing pinagmumulan ng silicon) at ang paggawa ng silicon metal at silicon compound ay maaaring humantong sa polusyon sa hangin at tubig. Ang mga pagsisikap ay isinasagawa sa industriya upang bawasan ang mga epektong ito sa pamamagitan ng pag-recycle at mga hakbangin sa pagpapabuti ng proseso.
Habang patuloy nating itinutulak ang mga hangganan ng teknolohiya, inaasahang tataas ang pangangailangan para sa silikon at mga compound nito. Patuloy ang pananaliksik sa paglikha ng mas mahusay na mga semiconductor na nakabatay sa silicon, gayundin sa mga alternatibong materyales na maaaring pumalit o gumana sa tabi ng silicon balang araw.
Ang isang lugar ng matinding pag-aaral ay sa pagbuo ng mga silicon na quantum dots, na may hawak na potensyal para magamit sa quantum computing. Ang mga quantum computer, hindi tulad ng mga tradisyunal na computer, ay gumagamit ng mga prinsipyo ng quantum mechanics upang magsagawa ng mga kumplikadong kalkulasyon sa hindi pa nagagawang bilis.
Mayroon ding patuloy na pananaliksik sa potensyal na paggamit ng silikon sa mga teknolohiya sa pag-iimbak ng enerhiya. Ang mga silicone anodes ay pinag-aaralan para magamit sa mga baterya ng lithium-ion dahil mayroon silang mas mataas na kapasidad kaysa sa tradisyonal na mga graphite anode. Ito ay maaaring makabuluhang tumaas ang buhay ng baterya ng mga elektronikong aparato at mga de-koryenteng sasakyan.
Ang silikon ay higit pa sa isang elemento; ito ay isang pundasyong haligi ng modernong teknolohikal na tanawin. Ang mga natatanging katangian nito ay nagbibigay-daan sa pagpapatakbo ng mga elektronikong aparato, at ang kasaganaan nito ay ginagawa itong pangunahing materyal para sa malawak na hanay ng mga aplikasyon. Habang patuloy nating ginagalugad at pinipino ang mga kakayahan ng silicon, nananatili itong nangunguna sa ating pagtulak sa hinaharap ng teknolohiya.
Upang maunawaan ang mga katangian ng semiconductor ng silikon, ang isang karaniwang ginagawang eksperimento ay nagsasangkot ng pagsukat ng conductivity ng silikon habang ito ay pinainit. Sa isang kinokontrol na kapaligiran, ang isang sample ng silikon ay nakakabit sa isang circuit na may sensor ng temperatura at isang multimeter. Habang unti-unting pinainit ang silikon, tumataas ang conductivity nito, na nagpapakita ng likas na semiconductor nito. Inilalarawan ng eksperimentong ito kung paano nagagawa ng silicon ang mas maraming kuryente sa mas mataas na temperatura, isang prinsipyo na pinagsamantalahan sa iba't ibang mga elektronikong aparato.
