silicium

SILICIUM

Silicium, élément semi-métallique de symbole Si, de numéro atomique 14. C'est l'élément le plus répandu dans la nature après l'oxygène. Il appartient au groupe 14 (IVB) du tableau périodique. C'est en 1823 qu'il fut séparé de ses composés par le chimiste suédois Jakob Berzelius.
Le silicium est préparé sous forme de poudre brune amorphe ou de cristaux gris-noir. Il est obtenu en chauffant dans un four électrique de la silice, ou dioxyde de silicium (SiO2), avec un agent réducteur, tel que le carbone ou le magnésium. Le silicium a une dureté élevée (7), nettement supérieure à celle du verre (5). Il fond vers 1 410°C, bout vers 2 355°C, a une densité de 2,33 et une masse atomique de 28,086.
Le silicium n'est pas attaqué par les acides nitrique, chlorhydrique et sulfurique, mais il est dissout par l'acide fluorhydrique et forme alors un gaz, le tétrafluorure de silicium SiF4 (voir Fluor). Le silicium se dissout 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 (voir Oxydation) 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 le nitrure de silicium et le chlorure de silicium.
Le silicium ne se trouve jamais à l'état natif ou libre dans la nature : il se présente sous forme de silice ou de silicates complexes. Près de 28 p. 100 de la croûte terrestre sont constitués de silicium. Les minéraux contenant du silicium représentent environ 40 p. 100 de tous les minéraux courants. Plus de 90 p. 100 des premiers minéraux constituent les roches éruptives. Le quartz, les variétés de quartz (comme la chrysoprase, l'onyx, le silex et le jaspe), ainsi que la cristobalite et la tridymite sont les formes des cristaux de silice que l'on rencontre dans la nature. 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 zéolites, et des pierres semi-précieuses comme l'olivine, le grenat, le zircon, la topaze et la tourmaline.
Le silicium est utilisé en sidérurgie comme constituant des alliages d'aciers. Dans la synthèse de l'acier, l'acier fondu est désoxydé par addition de petites quantités de silicium. L'acier ordinaire contient moins de 0,03 p. 100 de silicium. L'acier au silicium, qui contient de 2,5 à 4 p. 100 de silicium, est utilisé dans le tore des transformateurs électriques car l'alliage présente une faible hystérésis (voir Magnétisme). Un alliage d'acier, le duriron, contient 15 p. 100 de silicium. Il est dur, friable et résiste à la corrosion. C'est pourquoi on l'utilise dans les équipements industriels qui sont en contact avec des produits chimiques corrosifs. Le silicium est également utilisé dans les alliages de cuivre, de laiton et de bronze.
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. Le contrôle des propriétés électriques de la silice et son abondance dans la nature ont permis le développement et l'application très répandue des transistors et des circuits intégrés utilisés dans l'industrie électronique.
La silice et les silicates sont utilisés dans la fabrication du verre, des enduits, des émaux, du ciment et de la porcelaine, et ont d'importantes applications spécifiques. La silice fondue, verre fabriqué par fusion du quartz ou tétrachlorure de silicium hydrolysé, est caractérisée par un faible coefficient de dilatation et par une grande résistance à la plupart des produits chimiques. Le gel de silice est une substance incolore, poreuse, amorphe. Il est préparé par déshydratation partielle d'un précipité gélatineux d'acide silicique SiO2H2O, qui est formé par la réaction entre l'acide chlorhydrique et une solution de silicate de sodium. Le gel de silice absorbe l'eau et d'autres substances : il est utilisé comme desséchant et comme décolorant.
Le silicate de sodium Na2SiO3 est un important silicate synthétique. C'est un solide incolore, soluble dans l'eau, amorphe, qui fond à 1 088!°C. Il est préparé en faisant réagir de la silice (sable) et du carbonate de sodium à température élevée, ou en chauffant du sable avec de l'hydroxyde de sodium concentré sous pression. La solution aqueuse de silicate de sodium, ou silicate de soude, est utilisée pour conserver les œufs, comme un substitut de la colle pour les boîtes ou autres récipients, comme liant pour les pierres précieuses artificielles, comme agent ignifugeant, comme liant ou charge dans les savons et les détergents. Un autre composé important du silicium est le composé silicium-carbone appelé carborundum qui est utilisé comme abrasif.
Le monoxyde de silicium SiO est utilisé comme revêtement protecteur : sa partie qui est au contact de l'air s'oxyde en effet en dioxyde de silicium et forme ainsi une couche passive.