Silic (Silicon)

1 Tổng quan về Silic (Silicon)

1.1 Silic (Silicon) là gì?

Tên gọi khác: Silic, Polysiloxan

Silicon (hay Silic còn ion) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố, ký hiệu Si có số nguyên tử là 14

Nó là nguyên tố phổ biến sau oxy trong vỏ Trái Đất (25,8 %), cứng, có màu xám sẫm - ánh xanh kim loại, là á kim có hóa trị +4.

Silic là thành phần cơ bản của các loại aerolit là một loại của các thiên thạch và của các tektit là dạng tự nhiên của thủy tinh.

Tinh thể silic nguyên chất hiếm tìm thấy trong tự nhiên, thông thường nó nằm trong dạng silic dioxide (SiO2). Các tinh thể silic nguyên chất tìm thấy trong tạp chất của vàng hay dung nham núi lửa. Nó có hệ số kháng nhiệt âm.

Silic có trong đất sét, fenspat, granit, thạch anh và cát, chủ yếu trong dạng dioxide silic (hay silica) và các silicat (Các hợp chất chứa silic, oxy và kim loại trong dạng R-SiO3).

1.2 Lịch sử ra đời

Do có rất nhiều silicon trong lớp vỏ Trái đất nên các vật liệu làm từ silicon tự nhiên đã được sử dụng từ hàng nghìn năm nay. Tinh thể đá silicon đã quen thuộc với nhiều nền văn minh cổ đại khác nhau, người Ai Cập tiền triều đại và người Trung Quốc cổ đại đã sử dụng nó để làm hạt và bình nhỏ. Thủy tinh chứa silica được người Ai Cập sản xuất ít nhất từ ​​năm 1500 trước Công nguyên, cũng như người Phoenicia cổ đại. Các hợp chất silicat tự nhiên cũng được sử dụng trong nhiều loại vữa cho việc xây dựng nhà ở đầu tiên của con người .

Silic (tên Latinh: silex, silicis có nghĩa là đá lửa) lần đầu tiên được nhận ra bởi Antoine Lavoisier năm 1787, sau đó đã bị Humphry Davy vào năm 1800 cho là hợp chất. Năm 1811, Gay Lussac và Thénard có lẽ đã điều chế ra silic vô định hình không nguyên chất khi nung nóng Kali với tetraflorua silic SiF4. Năm 1824, Berzelius điều chế silic vô định hình sử dụng phương pháp giống như của Lussac và làm tinh khiết sản phẩm bằng cách rửa nó nhiều lần.

Vì silic là nguyên tố quan trọng trong các thiết bị bán dẫn và công nghệ cao nên khu vực công nghệ cao ở California được đặt tên là Silicon Valley (Thung lũng Silicon) theo nguyên tố này.

2 Tính chất của Silic (Silicon) 

2.1 Tính chất vật lý

Trạng thái: chất rắn có màu xám sẫm ánh kim

Khối lượng nguyên tử: 28

Điểm sôi: 3538 K ​(3265 °C, ​5909 °F)

Điểm nóng chảy: 1687 K ​(1414 °C, ​2577 °F)

2.2 Tính chất hóa học 

Si là một á kim, nằm giữa kim loại và phi kim trong bảng tuần hoàn. Phụ thuộc vào điều kiện môi trường á kim có thể có các tính chất của kim loại như dẫn điện hay phi kim cách điện. Si là chất bán dẫn quan trọng. Ở điều kiện bình thường, á kim có dạng rắn.

Một số tính chất hóa học đặc trưng

 Mặc dù là một nguyên tố tương đối trơ, silic vẫn có phản ứng với các halogen và các chất kiềm loãng, nhưng phần lớn acid (trừ tổ hợp acid nitric và acid flohiđric) không tác dụng với nó. 

Silic nguyên tố truyền khoảng hơn 95% các bước sóng hồng ngoại. 

Silic hoạt động hóa học kém hơn cacbon là nguyên tố tương tự nó về mặt hóa học. 

3 Điều chế Silic (Silicon) 

Silic được sản xuất công nghiệp bằng cách nung nóng silica (SiO2) siêu sạch trong lò luyện bằng hồ quang với các điện cực cacbon. Ở nhiệt độ trên 1900 °C, Silic lỏng được thu hồi ở đáy lò, sau đó nó được tháo ra và làm nguội. Silic sản xuất theo công nghệ này gọi là silic loại luyện kim và nó ít nhất đạt 99% tinh khiết. 

Việc sử dụng silic trong các thiết bị bán dẫn cần có độ tinh khiết cao hơn so với sản xuất bằng phương pháp trên. Một số phương pháp làm tinh khiết silic được sử dụng để sản xuất silic có độ tinh khiết cao là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. 

Phương pháp chủ yếu được lựa chọn sử dụng ngày nay là phương pháp hóa học: silic được làm sạch bằng cách chuyển nó thành các hợp chất silic để dễ dàng làm tinh khiết hơn là làm tinh khiết trực tiếp silic, sau đó chuyển hợp chất của nó trở lại thành silic nguyên chất. Triclorosilan là hợp chất của silic được sử dụng rộng rãi nhất như chất trung gian, tetrachloride silic và silan cũng được sử dụng. Khi các khí này được thổi qua silic ở nhiệt độ cao, chúng phân hủy để tạo ra silic có độ tinh khiết cao.

Trong công nghệ Siemens, các thỏi silic có độ tinh khiết cao được đưa vào triclorosilan ở nhiệt độ 1150 °C. Khí triclorosilan phân hủy và lắng đọng silic bổ sung trên thỏi, làm to nó theo phản ứng sau:

2HSiCl3 → Si + 2HCl + SiCl4

Silic sản xuất từ phương pháp này và các công nghệ tương tự gọi là silic đa tinh thể. Silic đa tinh thể thông thường có tạp chất ở mức một phần tỷ hoặc thấp hơn.

4 Silic (Silicon) dùng để làm gì?

Silicon thường chịu nhiệt và đàn hồi như cao su, được sử dụng trong chất bịt kín, chất kết dính, chất bôi trơn, thuốc men, dụng cụ nấu ăn và dùng trong cách nhiệt và cách điện. Một số hình thức phổ biến của silicon, bao gồm Silicon y tế, dầu silicon, keo silicon, mỡ silicon, Cao Su silicon, Nhựa silicon:

• Gốm/men sứ: Là vật liệu chịu lửa, sử dụng trong sản xuất các vật liệu chịu lửa, các silicat của nó được sử dụng trong sản xuất men sứ và đồ gốm.
• Thép: Silic là thành phần quan trọng trong một số loại thép.
• Đồng thau: Phần lớn đồng thau được sản xuất có chứa hợp kim của đồng với silic.
• Thủy tinh: Silica từ cát là thành phần cơ bản của thủy tinh. Thủy tinh có thể sản xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác nhau. Silica được sử dụng như vật liệu cơ bản trong sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), và sứ cách điện cũng như nhiều đồ vật có ích khác.
• Giấy nhám: Carbide silic là một trong những vật liệu mài mòn quan trọng nhất.
• Vật liệu bán dẫn: Silic siêu tinh khiết có thể trộn thêm asen, bo, gali hay phosphor để làm silic dẫn điện tốt hơn trong các transistor, pin mặt trời hay các thiết bị bán dẫn khác được sử dụng trong công nghiệp điện tử và các ứng dụng kỹ thuật cao khác
• Trong các photonic: Silic được sử dụng trong các laser để sản xuất ánh sáng đơn sắc có bước sóng 456 nm.
• Vật liệu y tế: Silicon y tế là gì? Silicon y tế là hợp chất dẻo chứa các liên kết silic-oxy và silic-cacbon, chúng được sử dụng trong các ứng dụng như nâng ngực nhân tạo và lăng kính tiếp giáp (kính áp tròng).
• LCD và pin mặt trời: Silic vô định hình có tiềm năng trong các ứng dụng điện tử, chẳng hạn như chế tạo màn hình tinh thể lỏng (LCD) với giá thành thấp và màn rộng. Nó cũng được sử dụng để chế tạo pin mặt trời.
• Xây dựng: Silica là thành phần quan trọng nhất trong gạch vì tính hoạt hóa thấp của nó. Ngoài ra nó còn là một thành phần của xi măng.

5 Vai trò sinh học

• Vi sinh vật biển

Silicon đi vào đại dương ở dạng hòa tan như axit silicic hoặc silicat. Vì tảo cát là một trong những đối tượng sử dụng chính các dạng silicon này nên chúng góp phần rất lớn vào việc tập trung silicon trên khắp đại dương. Silicon tạo thành một cấu trúc giống như chất dinh dưỡng trong đại dương do năng suất tảo cát ở độ sâu nông. Do đó, nồng độ silicon ở đại dương phía trên ít hơn, nồng độ silicon nhiều hơn ở đại dương sâu/thấp hơn.

• Con người

Có một số bằng chứng cho thấy silicon quan trọng đối với sức khỏe con người đặc biệt là các mô móng, tóc, xương và da. Phụ nữ tiền mãn kinh có lượng silicon ăn vào cao hơn sẽ có mật độ xương cao hơn và việc bổ sung silicon có thể làm tăng thể tích và mật độ xương ở bệnh nhân loãng xương . Silicon cần thiết cho quá trình tổng hợp chất đàn hồi và collagen, trong đó động mạch chủ chứa số lượng lớn nhất trong cơ thể con người và được coi là một yếu tố thiết yếu. Dù vậy, rất khó để chứng minh tính cần thiết của nó vì silicon rất phổ biến, do đó các triệu chứng thiếu hụt rất khó phát hiện.

Silicon hiện đang được Hiệp hội các quan chức kiểm soát thực phẩm thực vật Hoa Kỳ (AAPFCO) xem xét nâng lên vị thế “chất có lợi cho thực vật”. Silicon hiện đang được Hiệp hội các quan chức kiểm soát thực phẩm thực vật Hoa Kỳ (AAPFCO) xem xét nâng lên vị thế “chất có lợi cho thực vật”.

6 Độ an toàn

Mọi người có thể tiếp xúc với silicon nguyên tố tại nơi làm việc bằng cách hít vào, nuốt phải hoặc tiếp xúc với da hoặc mắt. Silicon có nguy cơ gây kích ứng nhẹ và nguy hiểm nếu hít phải. 

Cơ quan Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (OSHA) đã đặt ra giới hạn pháp lý đối với phơi nhiễm silicon tại nơi làm việc là tổng phơi nhiễm là 15 mg/m3 và phơi nhiễm qua đường hô hấp là 5 mg/m3 trong một ngày làm việc kéo dài 8 giờ. Viện An toàn và Sức khỏe Lao động Quốc gia (NIOSH) đã đặt ra giới hạn phơi nhiễm khuyến nghị (REL) là tổng phơi nhiễm 10 mg/m 3 và 5 mg/m3 tiếp xúc với đường hô hấp trong một ngày làm việc tám giờ. Hít phải bụi silic tinh thể có thể dẫn đến bệnh bụi phổi silic , một bệnh phổi nghề nghiệp được đánh dấu bằng tình trạng viêm và sẹo ở dạng tổn thương nốt ở thùy trên của phổi . 

7 Phân biệt Silicon và Silicone  

8 Thông tin mới về Silic (Silicon)

Silicon: Một vi chất dinh dưỡng bị bỏ quên cần thiết cho sức khỏe của xương

Chất nền xương chủ yếu được tạo thành từ Collagen và trong ống nghiệmvà trong các nghiên cứu trên mô hình động vật đã chỉ ra rằng silicon liên kết với glycosaminoglycan và đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành liên kết chéo giữa collagen và proteoglycan, xác định những tác động có lợi đối với sức bền, thành phần và tính chất cơ học của xương. Tuy nhiên, vẫn chưa có dấu hiệu chính xác nào về vai trò có thể có của silicon đối với sức khỏe xương ở người. Dựa trên nền tảng này, mục đích của bài đánh giá tường thuật này là xem xét hiệu quả của việc bổ sung silicon trong chế độ ăn uống và bổ sung silicon trong chế độ ăn uống (một mình hoặc với các vi chất dinh dưỡng khác), để đề xuất liều lượng bổ sung Si hàng ngày, đối với mật độ khoáng xương ở người. Đánh giá này bao gồm tám nghiên cứu đủ điều kiện: bốn nghiên cứu liên quan đến chế độ ăn uống và bốn nghiên cứu xem xét việc bổ sung chỉ silicon hoặc các chất dinh dưỡng khác. Mặc dù số lượng nghiên cứu được coi là thấp nhưng số lượng đối tượng được nghiên cứu lại cao (10012) và kết quả rất thú vị. Mặc dù cho đến nay các bằng chứng khoa học sẵn có không được coi là đủ giá trị để cho phép thiết lập mức hấp thụ Silicon đầy đủ, dựa trên phép ngoại suy từ dữ liệu thu được từ các nghiên cứu trên mô hình động vật và con người, người ta cho rằng lượng hấp thụ vừa đủ để thúc đẩy tác dụng có lợi cho xương có thể được coi là khoảng 25 mg silicon/ngày. Đối với thực phẩm bổ sung silicon, người ta đã chứng minh rằng điều trị kết hợp với axit orthosilicic (6 mg), Canxi và Vitamin D có tác dụng có lợi đối với BMD xương đùi so với việc chỉ sử dụng canxi và vitamin D

9 Chế phẩm

Các sản phẩm chứa Slicon trong công thức:

10 Tài liệu tham khảo

1. Chuyên gia NCBI, Silicon (Compound), Pubchem. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2023.

2, Tác giả Jugdaohsingh, R. Tạp chí Dinh dưỡng, Sức khỏe và Lão hóa (đăng tháng 3– 4 năm 2007). "Silicon and bone health", Pubmed. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2023.

3. Tác giả Muhammad Ansar Farooq; Karl-Josef Dietz ( đăng ngày 12 tháng 11 năm 2015). "Silicon as Versatile Player in Plant and Human Biology: Overlooked and Poorly Understood”, Pubmed. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2023.

4.  Tác giả Mariangela Rondanelli ( Ngày đăng Tháng 7 năm 2021). Use of silicon for skin and hair care: an approach of chemical forms available and efficacy, Pubmed. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2023.