Silicium Si

Entdeckung

Kieselerde, also Siliciumdioxid, wird seit prähistorischer Zeit in Form von Feuersteinwerkzeugen genutzt und später zur Herstellung von Glas und Keramik. Antoine Lavoisier vermutete 1787, dass Kieselerde das Oxid eines unentdeckten Elements sei, und Humphry Davy versuchte vergeblich, sie zu zerlegen.

Joseph Louis Gay-Lussac und Louis Jacques Thénard stellten 1811 möglicherweise unreines amorphes Silicium her, doch die Entdeckung wird im Allgemeinen dem schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius zugeschrieben, der 1824 Kaliumfluorosilicat mit Kalium erhitzte und das Produkt zu amorphem Silicium reinigte. Kristallines Silicium stellte Henri Sainte-Claire Deville 1854 erstmals her.

Die heutige Bedeutung des Siliciums begann Mitte des 20. Jahrhunderts. Verfahren zum Züchten großer Einkristalle und das Zonenschmelzen ermöglichten es, Germanium in Transistoren durch Silicium zu ersetzen, und um 1960 erschienen die ersten integrierten Schaltungen aus Silicium.

Herkunft des Namens

Der Name kommt vom lateinischen silex (Genitiv silicis), „Feuerstein“. Berzelius nannte es silicium – daher der deutsche Name Silicium (auch Silizium geschrieben). Der schottische Chemiker Thomas Thomson schlug 1817 das englische silicon vor, mit der Endung „-on“ von boron und carbon, um den nichtmetallischen Charakter zu betonen. Das Symbol ist Si. Silicium ist nicht mit Silikon zu verwechseln, einer Familie von Polymeren aus Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff.

Wichtigste Verwendungen

• Elektronik: Chips werden aus Siliciumscheiben (Wafern) mit einer Reinheit von über 99,9999999 Prozent gefertigt.
• Solarenergie: Die meisten Photovoltaikmodule verwenden Zellen aus kristallinem Silicium.
• Legierungen: Ferrosilicium wird bei der Stahlherstellung zugesetzt, und Aluminium-Silicium-Legierungen werden zu Motorteilen gegossen.
• Bau und Glas: Kieselerde ist der Hauptbestandteil von Glas, Beton, Zement und Keramik.
• Silikone: Silicium ist der Ausgangsstoff für Silikondichtstoffe, -schmiermittel und -kautschuke.

Isotope

Silicium hat drei stabile Isotope: Silicium-28 (etwa 92,2 Prozent), Silicium-29 (etwa 4,7 Prozent) und Silicium-30 (etwa 3,1 Prozent). Silicium-29 wird in NMR-Studien an Gläsern und Mineralen eingesetzt. Nahezu perfekte Kugeln aus isotopenangereichertem Silicium-28 dienten dazu, Atome präzise zu zählen und die Avogadro-Konstante zu bestimmen – Teil der Arbeiten hinter der Neudefinition des Kilogramms 2019. Die radioaktiven Isotope des Siliciums haben keine breiten Anwendungen.

Im Alltag

Sand, Quarz, Granit und Ton sind reich an Silicium, das rund 28 Prozent der Masse der Erdkruste ausmacht. Kieselalgen und manche Pflanzen bauen Skelette und Strukturen aus Kieselerde.

Wer über viele Jahre feinen kristallinen Quarzstaub einatmet, etwa in Steinbrüchen, beim Steinschneiden oder Sandstrahlen, kann an Silikose erkranken, einer schweren Lungenkrankheit; in diesen Berufen ist Staubschutz daher wichtig.