Silicium Si

Découverte

La silice, ou dioxyde de silicium, est utilisée depuis la préhistoire sous forme d'outils en silex, puis pour fabriquer le verre et la poterie. Antoine Lavoisier soupçonna en 1787 que la silice était l'oxyde d'un élément inconnu, et Humphry Davy tenta sans succès de la décomposer.

Joseph Louis Gay-Lussac et Louis Jacques Thénard produisirent peut-être du silicium amorphe impur en 1811, mais la découverte est généralement attribuée au chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius, qui en 1824 chauffa du fluorosilicate de potassium avec du potassium et purifia le produit pour obtenir du silicium amorphe. Le silicium cristallin fut préparé pour la première fois en 1854 par Henri Sainte-Claire Deville.

L'importance moderne du silicium débuta au milieu du XXe siècle. Les méthodes de croissance de grands monocristaux et de purification par fusion de zone lui permirent de remplacer le germanium dans les transistors, et les premiers circuits intégrés en silicium apparurent vers 1960.

Origine du nom

Le nom vient du latin silex (génitif silicis), qui désigne le silex. Berzelius l'appela silicium, nom que le français a conservé ; en anglais, le chimiste écossais Thomas Thomson proposa silicon en 1817, en reprenant la terminaison « -on » de boron et carbon pour souligner son caractère non métallique. Le symbole est Si. Il ne faut pas confondre le silicium avec les silicones, une famille de polymères contenant du silicium, de l'oxygène et du carbone.

Principales utilisations

• Électronique : les puces sont fabriquées sur des plaquettes de silicium purifié à plus de 99,9999999 %.
• Énergie solaire : la plupart des panneaux photovoltaïques utilisent des cellules en silicium cristallin.
• Alliages : le ferrosilicium est ajouté lors de l'élaboration de l'acier, et les alliages aluminium–silicium sont moulés en pièces de moteur.
• Construction et verre : la silice est le principal ingrédient du verre, du béton, du ciment et des céramiques.
• Silicones : le silicium est le point de départ des mastics, lubrifiants et caoutchoucs silicones.

Isotopes

Le silicium possède trois isotopes stables : le silicium 28 (environ 92,2 %), le silicium 29 (environ 4,7 %) et le silicium 30 (environ 3,1 %). Le silicium 29 est utilisé en RMN pour étudier les verres et les minéraux. Des sphères quasi parfaites de silicium 28 isotopiquement enrichi ont servi à compter précisément les atomes et à déterminer la constante d'Avogadro, dans le cadre des travaux ayant conduit à la redéfinition du kilogramme en 2019. Les isotopes radioactifs du silicium n'ont pas d'applications répandues.

Dans la vie quotidienne

Le sable, le quartz, le granite et l'argile sont tous riches en silicium, qui représente environ 28 % de la masse de la croûte. Les diatomées et certaines plantes construisent leurs squelettes et leurs structures en silice.

Respirer pendant de nombreuses années de fines poussières de silice cristalline, par exemple dans les carrières, la taille de pierre ou le sablage, peut provoquer la silicose, une grave maladie pulmonaire ; la maîtrise des poussières est donc essentielle dans ces métiers.