Silikon: Perbedaan antara revisi

{{unsur|Silikon|Si|14|title2=zat pasir|desc={{lang-la|silicium}}; {{lang-en|silicon}}}} [[Senyawa kimia|Senyawa]] yang dibentuk bersifat [[paramagnetik]]. Unsur kimia ini ditemukan oleh [[Jöns Jakob Berzelius]]. Silikon merupakan unsur [[metaloid]] [[tetravalensiValensi|tetravalen]], bersifat lebih tidak reaktif daripada [[karbon]] (unsur nonlogam yang tepat berada di atasnya pada [[tabel periodik]], tapitetapi 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 {{lang-la|silicis}}), dengan akhiran '''-ium''' yang berarti logam. Meski begitu, pada tahun 1831, namanya diganti menjadi silikon karena sifat-sifat fisiknya lebih mirip dengan [[karbon]] dan [[boron]].

Silikon merupakan [[Kelimpahan unsur kimia|elemen terbanyak]] kedelapan di alam semesta dari segi massanya, tapitetapi 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 [[Kelimpahan unsur-unsur di kerak bumi|unsur kedua paling melimpah]] di kerak bumi (sekitar 28% massa) setelah [[oksigen]].<ref>Nave, R. [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/elabund.html Abundances of the Elements in the Earth's Crust], Georgia State University</ref>

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

Silikon berbentuk padat pada suhu ruangan, dengan [[titik lebur]] dan [[titik didih]] masing-masing 1.400 dan 2.800 derajat celsius.<ref>{{cite book |title=The ELements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe|url=https://archive.org/details/elementsvisualex0000gray|last=Gray|first=Theodore|year=2009|publisher=Black Dog and Leventhal Publishers|isbn=978-1-57912-814-2|page= [https://archive.org/details/elementsvisualex0000gray/page/43 43]}}</ref> 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, tapitetapi hanya meluas, sama seperti es yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada air. Karena mempunyai [[konduktivitas thermaltermal]] yang tinggi (149 W·m⁻¹·K⁻¹), silikon bersifat mengalirkan panas sehingga tidak pernah dipakai untuk menginsulasi benda panas.

Dalam bentuk [[kristal]]nya, silikon murni berwarna abu-abu metalik. Seperti [[germanium]], silikon agak kuat tapitetapi sangat rapuh dan mudah mengelupas. Seperti karbon dan germanium, silikon mengkristal dalam [[struktur kristal]] [[kubus berlian]], dengan jarak kisi 0,5430710&nbsp;nm (5.430710 [[Ångström|Å]]).<ref>{{cite book |last=O'Mara |first=William C. |year=1990|title=Handbook of Semiconductor Silicon Technology |pages =349–352 |publisher=William Andrew Inc. |isbn=0-8155-1237-6 |url=http://books.google.com/?id=COcVgAtqeKkC&pg=PA351&dq=Czochralski+Silicon+Crystal+Face+Cubic |accessdate=2008-02-24}}</ref>

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|thumbjmpl|leftkiri|Bubuk 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">{{cite web

[[Berkas:Quartz, Tibet.jpg|thumbjmpl|leftkiri|160px|''QuartzGugusan crystalkristal cluster''kuarsa dari Tibet. Mineral alami ini mempunyai rumus kimia SiO₂.]]

[[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, tapitetapi tidak terdiri dari molekul-molekul silikon dioksida. Silika secara struktur mirip dengan berlian, terdiri dari padatandaripadatan 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]]''.

[[Berkas:Ferrosilicon.JPG|thumbjmpl|160px|Campuran Ferrosilikon]]

[[Ferosilikon|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] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120106013105/http://www.diecasting.org/research/wwr/WWR_AluminumCastAlloys.pdf |date=2012-01-06 }}. 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 [[elektrodaelektrode]] 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|archive-date=2011-07-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20110715082847/http://www.photon-magazine.com/news_archiv/details.aspx?cat=News_PI&sub=worldwide&pub=4&parent=1555|dead-url=yes}}</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>

[[Berkas:Monokristalines Silizium für die Waferherstellung.jpg|160px|thumbjmpl|rightka|Ingot [[silikon monokristalin]] didapatkan dari [[proses Czochralski]]]]

Penggunaan silikon untuk peralatan [[semikonduktor]] membutuhkan kemurnian yang jauh lebih tinggi daripada silikon ''metallurgical grade''. Silikon sangat murni (>99.9%) dapat diekstraksi dari padatandaripadatan 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>--> ThisMetode methodini, knownyang assudah earlydikenal paling tidak dari astahun 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]].

[[Berkas:Polycrystalline silicon rod.jpg|160px|thumbjmpl|leftkiri|Batang [[Polikristalin silikon]] dibuat dengan proses Siemens]]

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>

[[Berkas:PdmsPDMS.pngsvg|160px|rightka|thumbjmpl|[[Polidimetilsiloksana|PDMS]] – sebuah senyawa silikon]]

* [[Silana]], SiH₄, adalah gas [[firoforik]] dengan struktur tetrahedral mirip dengan [[metana]], CH₄. Senyawa murninya sendiri tidak bereaksi dengan air ataupun asam lemah, tapitetapi jika bereaksi dengan alkali maka langsung akan terjadi hidrolisis.{{sfn|Greenwood|1997|p=339}} Ada kelompok silikon hidrida terkatenasi yang membentuk senyawa yang homolog, {{chem|Si|''n''|H|2''n''+2}} dengan ''n'' berkisar 2–8. Semua senyawa ini mudah terhidrolisis dan tidak stabil, terutama pada senyawa suku tinggi.{{sfn|Greenwood|1997|p=337}}<ref name = "Wiberg">{{cite book|last=Holleman|first=Arnold F. |coauthor=Wiberg, Nils |title=Lehrbuch der anorganischen Chemie|edition=102 |publisher=de Gruyter|place=Berlin |year=2007|isbn=3-11-017770-6}}</ref>

[[Berkas:Silicon wafer with mirror finish.jpg|160px|thumbjmpl|rightka|Wafer silikon]]

[[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 prakteknyapraktiknya, 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]], [[selSel surya|solar sel]], [[detektor semikonduktor]] dan [[perangkat semikonduktor]] lainnya.