Krzem

Grupa 14
Śledząc zmiany we własnościach pierwiastków i ich związków w obrębie grupy 14, idąc w dół, możemy zaobserwować następujące prawidłowości:

• Maleje elektroujemność pierwiastków.
• Zmiana charakteru niemetalicznego na metaliczny.
• Wzrost promieni atomowych.
• Wzrost reaktywności pierwiastków.
• Wzrasta zasadowość tlenków (CO₂ i SiO₂ = kwasowe; GeO₂, SnO₂, PbO₂ = amfoteryczne)
• Wzrasta trwałość związków na +2 stopniu utlenienia (efekt nieczynnej pary elektronowej), a maleje dla związków na + 4 stopniu utlenienia. (Ge²⁺, Sn²⁺ = reduktory; Pb²⁺ = trwały)
• Wzrasta siła efektu nieczynnej pary elektronowej.

Otrzymywanie i oczyszczanie krzemu

Krzem metalurgiczny (metallurgical grade silicon – MGS) = czystość rzędu 98%

• Szacuje się, iż do wyprodukowania jednej tony krzemu metalurgicznego potrzeba: 2500 – 2700 kg żwiru kwarcowego, 600 kg węgla drzewnego lub koksu, 300 – 500 kg zrębków drzewnych oraz 500 000 kWh mocy elektrycznej.
• Roczna światowa produkcja krzemu metalurgicznego ~ 500 000 ton.
• Zastosowania: metalurgia (np. produkcja stopów Al/Si do produkcji bloków silnikowych); synteza żywic silikonowych

Krzem jakości elektronicznej (krzem półprzewodnikowy) (electronic grade silicon – EGS; semiconductor grade silicon - SGS) = czystość > 99.9999%

Oczyszczanie krzemu

Metody chemiczne

• Proces Siemensa

Krzem uzyskiwany na drodze chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD – Chemical Vapor Deposition). Uzyskuje się krzem o bardzo wysokiej czystości. Wady procesu: niska wydajność konsumpcji Si oraz Cl; tylko ok. 30%  Si wprowadzonego do reaktora zostaje przekształcone w krzem EGS; reakcje uboczne, m. in.: SiHCl₃ + HCl → SiCl₄ + H_2.Możliwe odzyskanie substratów oraz produktów i recykling

Reaktor do depozycji krzemu

w procesie Siemensa

• Piroliza silanu