Silikon: Perbedaan antara revisi

Silikon juga merupakan elemen esensial pada biologi, meskipun hanya dibutuhkan hewan dalam jumlah amat kecil.<ref name="Niels">{{cite journal|doi = 10.1146/annurev.nu.04.070184.000321|pages =21–41|journal = Annual Review of Nutrition|volume = 4|year = 1984|title = Ultratrace Elements in Nutrition|first = Forrest H.|last = Nielsen|pmid = 6087860|last1 = Nielsen|first1 = FH}}</ref> Beberapa jenis makhluk hidup yang membutuhkannya antara lain jenis [[porifera]] dan mikroorganisme jenis [[diatom]]. Silikon digunakan untuk membuat struktur tubuh mereka.

 

[[Berkas:Silicon-unit-cell-3D-balls.png|160px|thumb|left|Silikon mengkristal pada struktur kristal kubus berlian]]

{{See|Silikon monokristal}}

Silikon bersifat [[semikonduktor]]. <!--It has a negative temperature coefficient of [[electrical resistance|resistance]], since the number of free charge carriers increases with temperature. The electrical resistance of [[single crystal]] silicon significantly changes under the application of mechanical stress due to the [[piezoresistive effect]].<ref>{{cite journal|url = http://books.google.com/books?id=C_TWB_0rRLgC&pg=PA421|page =421|title = Properties of crystalline silicon|isbn = 978-0-85296-933-5|author1 = Hull|first1 = Robert|year = 1999}}</ref>-->

 

[[Berkas:Silizium pulver.jpg|160px|thumb|left|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.

 

{{Main|Isotop silikon}}

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]]).<ref name = "NNDC">

Isotop dari silikon mempunyai [[nomor massa]] berkisar antara 22 sampai 44.<ref name = "NNDC"/> [[Bentuk peluruhan]] paling umum dari 6 isotop yang nomor massanya dibawah isotop paling stabil (silikon-28) adalah [[Peluruhan beta|{{SubatomicParticle|beta+}}]], utamanya membentuk isotop aluminium (13 proton) sebagai [[produk peluruhan]]nya.<ref name = "NNDC"/> Untuk 16 isotop yang nomor massanya diatas 28, bentuk peluruhan paling umumnya adalah [[Peluruhan beta|{{SubatomicParticle|beta-}}]], utamanya membentuk isotop fosfor (15 proton) sebagai produk peluruhan.<ref name = "NNDC"/>

 

[[Berkas:Quartz, Tibet.jpg|thumb|left|160px|''Quartz crystal cluster'' dari Tibet. Mineral alami ini mempunyai rumus kimia SiO₂.]]

{{See also|Mineral silikat}}

[[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]]''.

 

{{clr}}

 

[[Berkas:Ferrosilicon.JPG|thumb|160px|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).<ref>{{cite web|url = http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/silicon/mcs-2011-simet.pdf|publisher = USGS|title = Silicon Commodities Report 2011|accessdate = 2011-10-20}}</ref> 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".<ref name="diecasting">Apelian, D. (2009) [http://www.diecasting.org/research/wwr/WWR_AluminumCastAlloys.pdf Aluminum Cast Alloys: Enabling Tools for Improved Performance]. North American Die Casting Association, Wheeling, Illinois.</ref>

 

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 {{convert|1900|°C|°F|abbr=on|lk=on}}, 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.

 

Sampai bulan September 2008, silikon ''metallurgical grade'' dihargai 1,45 [[dolar Amerika Serikat|US$]] per pound ($3.20/kg),<ref>{{cite web|title=Metallurgical silicon could become a rare commodity – just how quickly that happens depends to a certain extent on the current financial crisis|url=http://www.photon-magazine.com/news_archiv/details.aspx?cat=News_PI&sub=worldwide&pub=4&parent=1555|publisher=Photon International|accessdate=2009-03-04}}</ref> naik dari $0,77 per pound ($1.70/kg) pada tahun 2005.<ref>{{cite web|title=Silicon|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/silicon/silicmcs06.pdf|publisher=usgs.gov|accessdate=2008-02-20}}</ref>

 

Penggunaan silikon untuk peralatan [[semikonduktor]] membutuhkan kemurnian yang jauh lebih tinggi daripada silikon ''metallurgical grade''. Silikon sangat murni (>99.9%) dapat diekstraksi dari padatan silika atau senyawa silika lainnya dengan elektrolisis molten salt.<ref>{{cite journal|doi=10.1149/1.2130041|title=Electrowinning of Silicon from K₂SiF₆-Molten Fluoride Systems|year=1980|last1=Rao|first1=Gopalakrishna M.|journal=Journal of the Electrochemical Society|volume=127|page=1940|issue=9}}</ref><ref>{{cite journal|doi=10.1149/1.2127716|title=Electrodeposition of Silicon at Temperatures above Its Melting Point|year=1981|last1=De Mattei|first1=Robert C.|journal=Journal of the Electrochemical Society|volume=128|page=1712|issue=8}}</ref><!--<ref>Monnier, R. ''et al.'' "Dual cell refining of silicon and germanium" {{US patent|3219561}} Issue date: Nov 1965</ref><ref>Monnier, R. ''et al.'' "Refining of silicon and germanium" {{US patent|3254010}} Issue date: May 1966</ref>--> This method, known as early as 1854<ref>{{cite journal|author=Deville, H. St. C.|journal=Ann. Chim. Phys.|year=1854|volume=43|page=31|url = http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k34784b.image.f31.langFR| title =Recherches sur les métaux, et en particulier sur l'aluminium et sur une nouvelle forme du silicium}}</ref> (lihat juga [[proses FFC Cambridge]]), punya potensi untuk memproduksi silikon solar-grade tanpa emisi [[karbon dioksida]].

 

Teknik pemurnian silikon generasi awal didasarkan pada fakta apabila silikon dicairkan dan dipadatkan kembali, maka material yang terakhir memadat kebanyakan merupakan pengotornya. Metode awal untuk memurnikan silikon, pertama kali tahun 1919, digunakan untuk memproduksi komponen [[radar]] selama [[Perang Dunia II]], dibuat dengan menghancurkan silikon ''metallurgical grade '' dan melarutkan sebagian bubuk silikon pada asam. Ketika dihancurkan, pengotor-pengotor yang terdapat pada silikon terkumpul di lapisan paling luar, sehingga jika terkena asam akan larut kembali dan menghasilkan produk silikon yang lebih murni.

 

Pada suatu waktu, [[DuPont]] memproduksi silikon ultra-murni dengan mereaksikan silikon tetraklorida dengan [[seng]] pada 950&nbsp;°C, dihasilkan silikon melalui SiCl₄ + 2 Zn → Si + 2 ZnCl₂. Meskipun begitu, teknik ini memiliki masalah lain, (misalnya produk samping berupa [[seng klorida]] yang dihasilkan yang menyumbat) sehingga akhirnya ditemukan [[proses Siemens]]. Pada ''proses Siemens'', atang silikon dengan kemurnian tinggi direaksikan dengan triklorosilana pada 1150&nbsp;°C. Gas triklorosilana terdekomposisi dan dan tambahan silikon tersimpan dan memperbesar karena 2 HSiCl₃ → Si + 2 HCl + SiCl₄. Silikon yang diproduksi dari proses ini disebut ''[[Silikon polikristalin]]''. Silikon ini mempunyai tingkat pengotor kurang dari satu ppb (''part per billion'').<ref>{{cite journal|doi = 10.1007/s11663-010-9440-y|title = Production of Solar-grade Silicon by Halidothermic Reduction of Silicon Tetrachloride|year = 2010|last1 = Yasuda|first1 = Kouji|last2 = Saegusa|first2 = Kunio|last3 = Okabe|first3 = Toru H.|journal = Metallurgical and Materials Transactions B|volume = 42|page = 37|bibcode = 2011MMTB...42...37Y }}</ref><ref>{{cite journal|doi = 10.1007/s11837-010-0190-8|title = Solar-grade silicon production by metallothermic reduction|year = 2010|last1 = Yasuda|first1 = Kouji|last2 = Okabe|first2 = Toru H.|journal = JOM|volume = 62|issue = 12|page = 94|bibcode = 2010JOM....62l..94Y }}</ref><ref>{{cite journal|doi =10.1002/recl.19590781204|title =The preparation of pure silicon|year =2010|last1 =Van Der Linden|first1 =P. C.|last2 =De Jonge|first2 =J.|journal =Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas|volume =78|issue =12|page =962}}</ref>

 

Saat ini, silikon dimurnikan dengan mengubahnya menjadi senyawa silikon yang lebih mudah dimurnikan dengan distilasi daripada pada kondisi awalnya, dan lalu mengubah kembali senyawa silikon tersebut menjadi silikon murni. [[Triklorosilana]] adalah senyawa silikon yang umumnya digunakan sebagai intermediate, juga [[silikon tetraklorida]] dan [[silana]].

 

 

[[Berkas:Pdms.png|160px|right|thumb|[[Polidimetilsiloksana|PDMS]] – sebuah senyawa silikon]]

<!-- silisida -->

<!-- silicon carbide -->

<!-- silana, halosilana -->

<!-- Disilene and silicon silicon triple bond -->

<!-- silicon halides -->

<!-- silica, silicic acid -->

<!-- *silicate minerals, types of structure -->

 

 

Sebagian besar senyawa silikon digunakan di industri tanpa dipisahkan menjadi elemennya. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari [[mineral silikat]] yang merupakan senyawa silikon dan oksigen. Banyak dari mineral ini digunakan langsung, seperti tanah liat, pasir silika, dan berbagai jenis batuan untuk bangunan. Silika juga menjadi bahan utama batu keramik. Silikat digunakan dalam pembuatan semen Portland yang digabung dengan pasir silika dan gravel untuk membentuk beton, basis hampir semua bangunan industri modern saat ini. {{sfn|Greenwood|1997|p=356}}

 

Elemen silikon ditambahkan pada [[besi cor]] menjadi [[ferrosilikon]] atau silikokalsium untuk meningkatkan kemampuan pada bagian yang tipis dan menghindari pembentukan [[sementit]] ketika terkena udara luar. Produksi ferrosilikon pada industri baja adalah 80% dari total penggunaan silikon dunia.

 

Silikon ''metallurgical grade'' adalah silikon dengan kemurnian 95-99%. Sekitar 55% konsumsi silikon ''metallurgical grade'' dunia adalah untuk memproduksi logam paduan aluminium-silikon untuk pengecoran aluminium yang banyak digunakan untuk [[industri otomotif]].<ref name=USGS/> Sisanya digunakan oleh industri kimia untuk pembuatan [[fumed silica]], [[silana]], dan [[silikone]].

 

{{main|Fabrikasi peralatan semikonduktor}}

Karena hampir semua elemen silikon diproduksi sebagai paduan logam ferrosilikon, hanya sebagian kecil saja (20%) yang diproduksi menjadi silikon ''metallurgical grade'' (1,3–1,5 juta metrik ton/tahun). Logam silikon yang dimurnikan sampai kemurnian semikonduktor diperkirakan hanya 15% dari produksi silikon ''metallurgical grade''.<ref name=USGS/> Meskipun begitu, nilai ekonomi dari silikon semikonduktor ini sangat tinggi.

 

[[Silikon monokristalin]] murni digunakan untuk memproduksi [[wafer (elektronik)|wafer]] silikon yang digunakan pada [[industri semikonduktor]], elektronik, dan juga perangkat [[photovoltaic]]. Dalam konduksi muatan, silikon murni adalah [[semikonduktor intrinsik]] yang berarti ia dapat mengonduksi [[lubang elektron]] dan elektron dapat dilepaskan dari atom melalui pemanasan, maka meningkatkan [[konduktivitas listrik]] silikon dengan suhu tinggi. Silikon murni memiliki konduktivitas yang terlalu rendah untuk digunakan pada komponen elektronik. Pada prakteknya, silikon murni [[doping (semikonduktor)|didoping]] dengan elemen lain dengan konsentrasi kecil sehingga meningkatkan konduktivitasnya secara drastis. Kontrol penambahan elemen lain ini sangat penting dan umumnya diaplikasikan di [[transistor]], [[sel solar]], [[detektor semikonduktor]] dan [[perangkat semikonduktor]] lainnya.

 

{{reflist}}

 

{{Compact periodic table}}

 

[[Kategori:Unsur kimia]]