Silisyum: Önemi ve kullanım alanları

silikon silisyum

Silisyum nedir? Dahası silikon ve silika ile ne tür ilişkisi bulunur? Elementler gözlemlenebilir evrenin temel yapı taşlarıdır ve silisyum ise bir yarı metal: Yani bir metale pek benzemeyen veya tam olarak metal olmayan özelliklere sahip bir element. Cepteki telefondan toprağa batmış ayakkabıya kadar silisyum hayatımızla iç içe. Öyleyse silisyum hakkında daha fazla bilgi edinelim.

Silisyum ve silikon farkı

Silikon kelimesi göğüs implantlarını düşünmenize neden olabilir ancak aslında silisyum doğada bulunan doğal bir elementken, silikon onun sentetik halidir. Yani silikon, yanlarında karbon ve hidrojen moleküllerinin bağlı olduğu, alternatif silisyum ve oksijen atomlarından oluşan maddelerin genel terimidir (silicon=silisyum, silicone=silikon).

Kimyagerler, bu yan molekül gruplarını karıştırarak ve zincirler arasında bağlantılar oluşturarak her türden farklı özelliklere sahip silikon oluşturabiliyor. Evet, silikonları göğüs implantında, aynı zamanda araba cilasında, elektrik kablosunun etrafındaki yalıtımda ve hatta saç kıvamını ayarlamaya yardımcı olan saç kreminde kullanıyoruz.

Silisyum her yerdedir

Silisyum evrendeki en bol yedinci element ve Dünya'nın kabuğunda daha da yaygın; ağırlık olarak en yaygın element olan oksijenden sonra ikinci sırada yer alıyor. Kabuğun altındaki katman olan manto da silisyum açısından zengin. 14 atom numarası ile periyodik tablodaki karbonun hemen altındadır.

Nasıl keşfedildi?

1824'te İsveçli kimyager Jöns Jackob Berzelius potasyum kullanarak silisyumu kendi başına izole etmeyi başardı ve kuvvetli bir yanma etkisine sahip olan silisyumu ardından klor içinde ısıttı. Sonuç, günümüzde silikon üretiminde kullanılan maddeden biri olan silisyum tetraklorür olmuştur. İkinci Dünya Savaşı sırasında bilim adamları kauçuğa alternatif bulmaya çalışırken yanlışlıkla Silly Putty adında silikondan bir oyuncak icat ettiler. Silikonun, madde olarak dünya çapında tanınmaya başlamasını sağladı.

İLGİLİ:  Yeni Zelanda'ya özgü hayvanlar: Kuşlar, sürüngenler ve memeliler

1000 yıl temel doğasını bilmeden silisyum kullandık

Silika, en az MÖ 2500 yılında Mısırlıların boncuk üretiminde kullanmaya başladığından beri insanların cam üretiminde yararlandığı ana bileşendir. Çin'de, Qin ve Han hanedanları, ünlü pişmiş Toprak Askerler dahil çeşitli süslemeler için baryum bakır silikattan yapılmış mor ve mavi pigmentler kullandılar.

Ancak insanların maddenin iki farklı elemente – oksijen ve silisyum – ayrılabileceğini fark etmesi yüzyıllar aldı. 1700'lerin sonlarında, Fransız kimyager Antoine Lavoisier "toprak" maddesi (kuru ve soğuk) olarak sınıflandırılan bazı maddelerin bazen metal gibi (sert, yoğun ve gerilmeye dirençli) davrandığını fark etti. Silika onlardan biriydi. Lavoisier bazı toprakların aslında oksijen molekülünden oluştuğunu ve henüz keşfedilmemiş metal benzeri bir element olduğunu düşündü.

Kimyagerler o zamanlar silisyum atomuyla güçlü bağ oluşturan oksijen atomunu nasıl ayrıştıracağını bilmiyordu. Jons Berzelius adlı İsveçli bir kimyager 1820'lerde silisyum içeren bir bileşiği laboratuvarında saflaştırarak silisyum elde etmeyi başardı ve dünyayı değiştirdi (hangisi olduğu ve nasıl yaptığı bilinmez). 1794'te ölen Lavoisier, Berzelius'un atılımına şahit olup spekülasyonunun doğru çıktığını göremedi.

Silika, silisyumun en yaygın şeklidir

Silisyum dioksit (veya silikon dioksit) olarak da bilinen bu molekül, bir silisyum atomu ve iki oksijen atomundan (SiO2) oluşuyor. Silisyum dediğimiz şeyin çoğu aslında hem minerallerde hem de bitkilerde bulunan silikadır. Birçok bitki topraktan aldığı silikayı kullanarak fitolit adı verilen benzersiz mikroskobik yapılar oluşturuyor. Bilim adamları bunun nedeninden emin değil ancak mikroskobik hasara karşı koruma sağlıyor veya yapısal destek sunuyor olabilir ya da bitkinin sadece fazladan silika kullanmasının yolu olabilir.

İLGİLİ:  Apex Legends: Crafting Metal hakkında her şey

Fitolit, bitki çürüdükten sonra uzun süre yok olmaz, bu da bir bölgeye dair derin tarihi bilgiler sunabilir – örneğin eskiden bir orman ya da otlak olması ya da insanın o alana etkisi gibi. Bilim adamları Neandertallerin kuzey İspanya'daki bir mağarayı nasıl eve dönüştürdüğünü anlamak için fitoliti kullanmıştır: Cevap, mağarada tekrar tekrar kullandıkları çim yataklarla dolu bir uyku alanı olmasıydı. Fitolit yanarak yok olmadığından insanların nasıl ateş yaktığını veya ne tür yiyecek tükettiğini bile incelemek mümkün.

Yine de bulgular her zaman mükemmel değildir, çünkü bazen iki farklı bitki aynı şekle sahip fitolit üretir ve bazı bitkilerse hiç üretmez.

Bazı güzel taşların ana bileşeni

Ametist, oniks ve akik gibi muhteşem değerli taşların tümü silikadan oluşur. Her bir kayadaki silika moleküllerine bakıldığında kristal yapı denilen tekrarlı 3B geometriler görülür. Kayadaki küçük safsızlıklar farklı dizilimler doğuruyor ve her değerli taşa benzersiz bir görünüm kazandırıyor.

Diyatomun şaşırtıcı güzelliği

Silika aynı zamanda diyatom hayvanının hücre duvarını oluşturuyor; tüm dünyada bulunan bir su yosunu türüdür. Büyüleyici çeşitli şekillere sahip olan diyatomlar hem tatlı suda hem de tuzlu suda yaşayabiliyor. Öldüklerinde hücre duvarları, kedi kumundan diş macununa kadar her tür şeyde kullandığımız kireçli "diyatomlu toprak" tortusuna dönüşüyor.

Silisyum teknolojide çok yararlı

Silisyum yarı iletken olarak işlev görme özelliğine sahiptir yani ne elektriği mükemmel şekilde iletir ne de ona karşı yalıtkandır ve arada bir yerde olan bir malzemedir. Bu özellik, elektrik akışı üzerinde kontrol sahibi olmak istediğiniz birçok elektronik alanında önem kazanıyor. Yarı iletkenin güzel yanı, iletkenliği safsızlıklar ekleyerek ayarlayabilmektir. Saf silisyum bir yalıtkandır, ancak fosfor veya arsenik gibi bazı elementlerden küçük miktarda eklemek elektriği daha iyi iletmesini sağlar.

İLGİLİ:  Tüylü mamut (Mammuthus primigenius) hakkında bilgiler

Germanyum veya galyum arsenit gibi diğer materyaller silisyumdan daha iyi yarı iletkendir ancak silisyum elektronik üreticileri arasında popüler seçim olmaya devam ediyor (bu yüzden 1970'lerde San Francisco'nun güneyindeki bölgeye "Silikon Vadisi" denildi ve doğru çevirisi aslında "Silisyum Vadisi"dir). Silisyum ucuzdur, her yerde bulunur ve okside olmayı çok sevdiği için havaya maruz kaldığında rahatlıkla kendi yalıtım katmanını oluşturur.

Araştırmacılar daha iyi alternatifler peşinde

Mühendisler daha hızlı bilgi işlem talebini karşılamak için elektronik ürünlerdeki silisyumun yerini alacak materyal arıyor. Ancak birçok uzmana göre silisyumun düşük maliyeti göz önüne alındığında ondan daha üstün bir materyal bulunsa bile hala tümüyle ortadan kalkmayacaktır.

Binaların birçoğu silisyum içeriyor

Pek çok yaygın yapı malzemesi silisyum içeren maddelere dayanıyor. Tuğla yapımında ve de Portland çimentosu yapımında silisyum içeren kil mineraller kullanılıyor ve onun ardından betonda bağlayıcı unsur görevi görüyor.

Ay'da silisyum var

Buzz Aldrin ve Neil Armstrong, 1969'da Ay'da yürüyen ilk insanlar olduğunda yüzeyinde bıraktıkları tek şey ayak izi değildi: Afganistan'dan Zambiya'ya 73 ülkenin liderlerinden gelen mesajların yazılı olduğu küçük bir silisyum diski Ay'da bıraktılar. Disk, koruyucu bir alüminyum kasanın içine yerleştirilmiştir ve diğer birkaç ögeyle birlikte küçük bir çantadadır. Silisyum, Ay'daki muazzam sıcaklık değişimine dayanabileceği için resmi mesaj taşıyıcısı olarak seçildi. Ne var ki disk neredeyse unutulmuştur: Aldrin uzay giysisinin cebine sıkıştırdığı çantayı tümüyle unutmuştur. Tam uzay aracının merdivenini çıkarken Armstrong ona çantayı hatırlatır ve Aldrin diski Ay'a fırlatır.