Silikon

aluminium ← silikon → fosforus C ↑ Si ↓ Ge 14Si Tabel periodik
Penampilan
kristalin Garis spektrum silikon
Ciri-ciri umum
Nama, lambang, Nomor atom	silikon, Si, 14
Dibaca	/ˈsɪlɪkən/ SIL-ə-kən or /ˈsɪlɪkɒn/ SIL-ə-kon
Jenis unsur	metaloid
Golongan, periode, blok	14, 3, p
Massa atom standar	28.0855(3)
Konfigurasi elektron	[Ne] 3s2 3p2 2, 8, 4
Sifat fisika
Fase	solid
Massa jenis (mendekati suhu kamar)	2.3290 g·cm−3
Massa jenis cairan pada t.l.	2.57 g·cm−3
Titik lebur	1687 K, 1414 °C, 2577 °F
Titik didih	3538 K, 3265 °C, 5909 °F
Kalor peleburan	50.21 kJ·mol−1
Kalor penguapan	359 kJ·mol−1
Kapasitas kalor	19.789 J·mol−1·K−1
Tekanan uap
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Sifat atom
Bilangan oksidasi	4, 3, 2, 1[1] -1, -2, -3, -4 (oksida amfoter)
Elektronegativitas	1.90 (skala Pauling)
Energi ionisasi (lebih lanjut)	pertama: 786.5 kJ·mol−1
	ke-2: 1577.1 kJ·mol−1
	ke-3: 3231.6 kJ·mol−1
Jari-jari atom	111 pm
Jari-jari kovalen	111 pm
Jari-jari van der Waals	210 pm
Lain-lain
Struktur kristal	diamond cubic
Pembenahan magnetik	Diamagnetik[2]
Keterhambatan elektris	(20 °C) 103[3]Ω·m
Konduktivitas termal	149 W·m−1·K−1
Ekspansi termal	(25 °C) 2.6 µm·m−1·K−1
Kecepatan suara (batang ringan)	(20 °C) 8433 m·s−1
Modulus Young	130-188[4] GPa
Modulus Shear	51-80[4] GPa
Bulk modulus	97.6[4] GPa
Rasio Poisson	0.064 - 0.28[4]
Kekerasan Mohs	7
Nomor CAS	7440-21-3
Energi sela pita pada 300 K	1.12 eV
Isotop paling stabil
Artikel utama: Isotop dari silikon
iso NA Waktu paruh DM DE (MeV) DP 28Si 92.23% Si stabil dengan 14 neutron 29Si 4.67% Si stabil dengan 15 neutron 30Si 3.1% Si stabil dengan 16 neutron 32Si sisa 170 y β− 13.020 32P
· r

Untuk sejenis polimer, lihat silikone.

Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius. Silikon merupakan unsur metaloid tetravalensi, bersifat lebih tidak reaktif daripada karbon (unsur nonlogam yang tepat berada di atasnya pada tabel periodik, tapi lebih reaktif daripada germanium, metaloid yang berada persis di bawahnya pada tabel periodik. Kontroversi mengenai sifat-sifat silikon bermula sejak penemuannya: silikon pertama kali dibuat dalam bentuk murninya pada tahun 1824 dengan nama silisium (dari kata bahasa Latin: silicis), dengan akhiran -ium yang berarti logam. Meski begitu, di tahun 1831, namanya diganti menjadi silikon karena sifat-sifat fisiknya lebih mirip dengan karbon dan boron.

Silikon merupakan elemen terbanyak kedelapan di alam semesta dari segi massanya, tapi sangat jarang ditemukan dalam bentuk murni di alam. Silikon paling banyak terdistribusi pada debu, pasir, planetoid, dan planet dalam berbagai bentuk seperti silikon dioksida atau silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan silikon sebagai unsur kedua paling melimpah di kerak bumi (sekitar 28% massa) setelah oksigen.^[5]

Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikone.

Silikon dalam bentuk mineral dikenal pula sebagai zat kersik.

Sebagian besar silikon digunakan secara komersial tanpa dipisahkan, terkadang dengan sedikit pemrosesan dari senyawanya di alam. Contohnya adalah pemakaian langsung batuan, pasir silika, dan tanah liat dalam pembangunan gedung. Silika juga terdapat pada keramik. Banyak senyawa silikon modern seperti silikon karbida yang dipakai dalam pembuatan keramik berdaya tahan tinggi. Silikon juga dipakai sebagai monomer dalam pembuatan polimer sintetik silikone.

Unsur silikon juga berperan besar terhadap ekonomi modern. Meski banyak silikon digunakan pada proses penyulingan baja, pengecoran aluminium, dan beberapa proses industri kimia lainnya, sebagian silikon juga digunakan sebagai bahan semikonduktor pada elektronik-elektronik. Karena penggunaannya yang besar pada sirkuit terintegrasi, dasar dari komputer, maka kelangsungan teknologi modern bergantung pada silikon.

Silikon juga merupakan elemen esensial pada biologi, meskipun hanya dibutuhkan hewan dalam jumlah amat kecil.^[6] Beberapa jenis makhluk hidup yang membutuhkannya antara lain jenis porifera dan mikroorganisme jenis diatom. Silikon digunakan untuk membuat struktur tubuh mereka.

Karakteristik

Fisik

Silikon mengkristal pada struktur kristal kubus berlian

Informasi lebih lanjut: Silikon monokristal

Silikon berbentuk padat pada suhu ruangan, dengan titik lebur dan titik didih masing-masing 1.400 dan 2.800 derajat celsius.^[7] Yang menarik, silikon mempunyai massa jenis yang lebih besar ketika dalam bentuk cair dibanding dalam bentuk padatannya. Tapi seperti kebanyakan substansi lainnya, silikon tidak akan bercampur ketika dalam fase padatnya, tapi hanya meluas, sama seperti es yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada air. Karena mempunyai konduktivitas thermal yang tinggi (149 W·m⁻¹·K⁻¹), silikon bersifat mengalirkan panas sehingga tidak pernah dipakai untuk menginsulasi benda panas.

Dalam bentuk kristalnya, silikon murni berwarna abu-abu metalik. Seperti germanium, silikon agak kuat tapi sangat rapuh dan mudah mengelupas. Seperti karbon dan germanium, silikon mengkristal dalam struktur kristal kubus berlian, dengan jarak kisi 0,5430710 nm (5.430710 Å).^[8]

Orbital elektron terluar dari silikon mempunyai 4 elektron valensi. Kulit atom 1s,2s,2p, dan 3s terisi penuh, sedangkan kulit atom 3p hanya terisi 2 dari jumlah maksimumnya 6.

Silikon bersifat semikonduktor.

Kimia

Bubuk Silikon

Silikon merupakan metaloid, siap untuk memberikan atau berbagi 4 atom terluarnya, sehingga memungkinkan banyak ikatan kimia. Meski silikon bersifat relatif inert seperti karbon, silikon masih dapat bereaksi dengan halogen dan alkali encer. Kebanyakan asam (kecuali asam nitrat dan asam hidrofluorat) tidak bereaksi dengan silikon. Silikon dengan 4 elektron valensinya mempunyai kemungkinan untuk bergabung dengan elemen atau senyawa kimia lainnya pada kondisi yang sesuai.

Isotop

Silikon yang eksis di alam terdiri dari 3 isotop yang stabil, yaitu silikon-28, silikon-29, dan silikon-30, dengan silikon-28 yang paling melimpah (92% kelimpahan alami).^[9] Out of these, only silicon-29 is of use in NMR and EPR spectroscopy.^[10] Dua puluh radioisotop telah diketahui, dengan silikon-32 sebagai yang paling stabil dengan paruh waktu 170 tahun dan silikon-31 dengan waktu paruh 157,3 menit.^[9] Sisa isotop radioaktif lainnya mempunyai paruh waktu kurang dari 7 detik dan kebanyakan malah kurang dari 0,1 detik.^[9] Silikon tidak mempunyai isomer nuklir.^[9]

Isotop dari silikon mempunyai nomor massa berkisar antara 22 sampai 44.^[9] Bentuk peluruhan paling umum dari 6 isotop yang nomor massanya dibawah isotop paling stabil (silikon-28) adalah β⁺, utamanya membentuk isotop aluminium (13 proton) sebagai produk peluruhannya.^[9] Untuk 16 isotop yang nomor massanya diatas 28, bentuk peluruhan paling umumnya adalah β⁻, utamanya membentuk isotop fosfor (15 proton) sebagai produk peluruhan.^[9]

Keberadaan

Quartz crystal cluster dari Tibet. Mineral alami ini mempunyai rumus kimia SiO₂.

Jika diukur berdasarkan massanya, silikon membentuk 27,7% massa kerak bumi dan merupakan unsur kedua yang paling melimpah di kerak bumi setelah oksigen.^[11] Silikon biasanya ditemukan dalam bentuk mineral silikat yang kompleks, dan lebih jarang lagi dalam bentuk silikon dioksida (silika, komponen utama pada pasir). Kristal silikon murni amat sangat jarang ditemukan di alam.

Mineral silikat- berbagai macam mineral yang terdiri dari silikon, oksigen, dan berbagai logam reaktif—membentuk 90% massa kerak bumi. Hal ini dikarenakan suhu panas pada proses pembentukan sistem tata surya, silikon dan oksigen mempunyai afinitas yang besar satu sama lain, sehingga membentuk senyawa kimia. Karena oksigen dan silikon adalah unsur non-gas dan non-logam terbanyak pada puing supernova, mereka membentuk banyak silikat kompleks yang kemudian bergabung ke batuan planetesimal yang membentuk planet kebumian. Disini, mstriks mineral silikat yang tereduksi menangkap logam-logam yang reaktif untuk teroksidasi (aluminium, kalsium, natrium, kalium, dan magnesium). Setelah gas-gasnya lepas, campuran silikat ini kemudian membentuk sebagian besar kerak bumi. Karena silikat-silikat ini bermassa jenis rendah, baja, nikel, dan logam non-reaktif lainnya masuk ke dalam inti bumi, sehingga menyisakan magnesium dan silikat besi di lapisan atas.

Beberapa contoh mineral silikat yang ada di kerak bumi antara lain kelompok piroksena, amfibol, mika, dan feldspar. Mineral-mineral ini terdapat pada tanah liat dan beberapa jenis batuan seperti granit dan batu kapur.

Silika terdapat pada mineral-mineral yang terdiri dari silikon dioksida murni dengan bentuk kristal yang berbeda-beda: quartz, agate ametis, rock crystal, chalcedony, flint, jasper, dan opal. Kristal-kristal ini memiliki rumus empiris silikon dioksida, tapi tidak terdiri dari molekul-molekul silikon dioksida. Silika secara struktur mirip dengan berlian, terdiri dari padatan kristal tiga dimensi yang terdiri dari silikon dan oksigen. Silika yang tidak murni membentuk kaca alam obsidian. Silika biogenik ada pada struktur diatom, radiolaria dan siliceous sponge.

Silikon juga merupakan komponen utama meteorit, dan merupakan komponen dari tektit, mineral silikat yang mungkin berasal dari bulan.

Produksi

Campuran

Campuran Ferrosilikon

Ferrosilikon, campuran silikon-besi yang terdiri dari unsur silikon dan besi dengan rasio yang berbagai macam, merupakan produk utama dari proses pengolahan unsur silikon, dengan persentase 80% dari seluruh produksi dunia. China merupakan negara pemasok silikon terbesar di dunia, dengan jumlah 4,6 juta ton (atau 2/3 produksi dunia), kebanyakan dalam bentuk ferrosilikon. Disusul kemudian oleh Rusia (610.000 ton), Norwegia (330.000 ton), Brasil (240.000 ton), dan Amerika Serikat (170.000 ton).^[12] Ferrosilikon paling banyak digunakan oleh industri baja.

Campuran aluminium-silikon paling banyak digunakan dalam industri pengecoran aluminium, dengan silikon sebagai bahan aditif tunggal utama untuk meningkatkan kekuatan cornya. Karena aluminium cor paling banyak digunakan pada industri otomotif, maka penggunaan silikon ini adalah penggunaan industri tunggal terbesar dari silikon murni "metallurgical grade".^[13]

Metallurgical grade

Silikon tidaklah dicampur dengan unsur-unsur lain dalam jumlah besar, biasanya lebih dari 95% disebut dengan logam silikon. Logam silikon ini jumlahnya 20% dari total produksi elemen silikon dunia, dengan kurang dari 1-2% dari total elemen silikon (5–10% dari silikon metallurgical grade) yang dimurnikan lagi untuk digunakan pada semikonduktor. Silikon metallurgical grade adalah silikon yang dibuat secara komersial dengan mereaksikan silika dengan kayu, arang, dan batu bara pada sebuah perapian listrik menggunakan elektroda karbon. Pada suhu lebih dari 1.900 °C (3,450 °F), karbon dari bahan-bahan tadi dan silikon akan mengalami reaksi kimia SiO₂ + 2 C → Si + 2 CO. Silikon cair ada di bagian dasar tungku, yang kemudian dialirkan dan didingingkan. Silikon yang diproduksi melalui proses ini disebut silikon metallurgical grade dengan tingkat kemurnian paling kecil 98%. Dalam metode ini, silikon karbida (SiC) juga dapat terbentuk karena adanya karbon berlebih dengan reaksi kimia: SiO₂ + C → SiO + CO atau SiO + 2 C → SiC + CO. Meski begitu, jika konsentrasi SiO₂ tinggi, maka silikon karbida dapat dieliminasi dengan reaksi kimia 2 SiC + SiO₂ → 3 Si + 2 CO.

Seperti yang telah dikatakan diatas, silikon, metallurgical grade digunakan pada umumnya di industri pengecoran aluminium untuk membentuk campuran aluminium-silikon. Sisanya, digunakan oleh industri kimia untuk membentuk bubuk silika.^[14]

Sampai bulan September 2008, silikon metallurgical grade dihargai 1,45 US$ per pound ($3.20/kg),^[15] naik dari $0,77 per pound ($1.70/kg) di tahun 2005.^[16]

Senyawa

PDMS – sebuah senyawa silikon

• Silikon membentuk senyawa biner yang disebut dengan silisida dengan banyak elemen logam yang nantinya menghasilkan senyawa dengan sifat yang beragam, misalnya magnesium silisida, Mg₂Si yang sangat reaktif sampai senyawa tahan panas seperti molibdenum disilisida, MoSi₂.^[17]
• Silikon karbida, SiC (karborundum) adalah padatan keras, tahan panas.
• Silana, SiH₄, adalah gas firoforik dengan struktur tetrahedral mirip dengan metana, CH₄. Senyawa murninya sendiri tidak bereaksi dengan air ataupun asam lemah, tapi jika bereaksi dengan alkali maka langsung akan terjadi hidrolisis.^[18] Ada kelompok silikon hidrida terkatenasi yang membentuk senyawa yang homolog, Si_nH_2n+2 dengan n berkisar 2–8. Semua senyawa ini mudah terhidrolisis dan tidak stabil, terutama pada senyawa suku tinggi.^[19][20]
• Disilena, senyawa yang berisi ikatan rangkap dua silikon-silikon (mirip alkena) dan secara umum sangat reaktif, memerlukan gugus subtituen yang besar untuk menstabilkannya.^[21] Disiluna, senyawa dengan silikon-silikon rangkap tiga pertama kali didapatkan tahun 2004, meski senyawanya berbentuk non-linear, ikatannya tidak sama dengan alkuna. ^[22]
• Tetrahalida, SiX₄, adalah senyawa yang dapat dibentuk dengan semua halogen.^[23] Silikon tetraklorida, misalnya, dapat bereaksi dengan air, tak sama dengan homolognya, karbon tetraklorida.^[24] Silikon dihalida dapat dibentuk dengan reaksi dengan suhu tinggi antara silikon dan tetrahalida; dengan struktur yang serupa dengan karbena sehingga senyawa ini adalah senyawa reaktif. Silikon difluorida terkondensasi untuk membentuk senyawa polimer(SiF₂)_n.^[20]
• Silikon dioksida adalah padatan tahan panas berbentuk kristal; mineral yang paling umum adalah quartz. Pada mineral quartz, setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen yang menjembatani atom silikon lainnya untuk membentuk kisi tiga dimensi.^[24] Silika dapat larut dalam air pada suhu tinggi untuk membentuk senyawa asam monosilikat, Si(OH)₄.^[25]
• Dengan kondisi yang sesuai, asam monosilikat dapat terpolimer untuk membentuk asam silikat yang lebih kompleks, muali dari senyawa kondensasi paling sederhana, asam disilikat (H₆Si₂O₇) sampai struktur kompleks yang menjadi basis banyak mineral silikat yang disebut asam polisilikat {Si_x(OH)_4–2x}_n.^[25]

Referensi