צורן (Silicon, לטינית: Silicium) הידוע יותר בשמו הלועזי סיליקון, הוא יסוד כימי שסמלו Si ומספרו האטומי 14. שמו הלועזי של היסוד, סיליקון (Silicon), נכתב בעברית בדיוק כמו המילה סיליקון, המתייחסת לרוב לדבק-סיליקון, אך אלו חומרים שונים. צורן הוא יסוד ואילו המילה סיליקון בעברית (נכתבת בלעז Silicone) היא שם כולל לתרכובות אי אורגניות (בעיקר פולימרים) שמכילות את היסוד צורן. על פי מדע האסטרוביולוגיה, נוכחות גבוהה של צורן היא אחד המרכיבים הבסיסיים ביותר להיווצרות חיים. שימושו הנפוץ של היסוד כמוליך למחצה המשמש בתעשיית השבבים בא לידי ביטוי בשם האזור הסמוך לסן חוזה בקליפורניה, הנקרא עמק הסיליקון.

[עריכה] תכונות

בצורתו הגבישית, לצורן צבע אפור כהה וברק מתכתי. צורן הוא יסוד אדיש יחסית מבחינה כימית, הוא מגיב עם הלוגנים ומתכות אלקליות, אבל אינו מושפע מחומצות (פרט לתערובת חומצה חנקתית וחומצה פלואורית). צורן טהור מעביר 95% מאורכי הגל של אינפרא אדום. בצורה זו הוא נמצא לעתים רחוקות בטבע, ובדרך כלל הוא מופיע כצורן דו-חמצני (SiO₂).

[עריכה] שימושים

צורן הוא המרכיב העיקרי בזכוכית, מלט, קרמיקה, רוב השבבים האלקטרוניים, בסיליקונים (Silicone) ופולימרים על בסיס צורן. הצורן הוא אחד החומרים היחידים (בתור בסיס) אשר גם מוליך, וגם לא מוליך - הדבר נתון לבחירת המשתמש: אם נשנה את מצב הצבירה של הצורן, הוא יכול להוליך חום וחשמל, ואם נשנה את מצב הצבירה בשנית, הוא יפסיק להוליך חום וחשמל. דרך נוספת משמעותית יותר לשנות את מוליכות הסיליקון הוא זיהומו ביסודות אחרים עם תכונות חשמליות שונות (ללא שינוי מצב הצבירה). תכונה זאת של הסיליקון ומספר תכונות נוספות מאפשר לו להיות אבן בניין חיונית ליצור טרנזיסטורים - הבסיס לכל סוגי האלקטרוניקה המודרנית.

[עריכה] שימושים נוספים:

צורן יכול לעתים להועיל כשהוא מוסף לסגסוגות
ייצור ארד, שהוא סגסוגת של נחושת ובדיל.
סיליקה (צורן דו-חמצני) היא חומר גלם בייצור זכוכית.
שילוב צורן בלייזר יכול ליצור אורך גל עקבי של 456 ננומטר.
לצורן תכונות שמבטיחות בעתיד ייצור מסכי LCD ותאים סולריים בעלות נמוכה.
משמש ליצירת זכוכית.

[עריכה] היסטוריה

צורן זוהה לראשונה על ידי אנטואן לבואזיה ב1787, וב1800 הוגדר בטעות כתרכובת על ידי האמפרי דייווי. ב1811 לואי ז'וזף גיי-ליסק וLouis Jacques Thénard הכינו צורן לא טהור באמצעות חימום אשלגן וצורן ארבע פלואורי (SiF₄). בשנת 1824 הפיק יונס יעקב ברצליוס צורן טהור לאחר שזיקק את התוצר שקיבלו גיי-ליסק וLouis Jacques Thénard.

מכיוון שצורן הוא יסוד חשוב בתעשיית המוליכים למחצה וההיי-טק, נקרא אזור ההיי-טק בקליפורניה "עמק הסיליקון".

[עריכה] צורה בטבע

הצורן הוא היסוד השני בשכיחותו בקרום כדור הארץ (אחרי חמצן), ומהווה 25.7% ממשקלו. הצורן מופיע בחול, קוורץ, גרניט, בעיקר בצורת צורן דו-חמצני (הידוע גם בשם סיליקה) או סיליקטים (תרכובות של צורן, חמצן ומתכות שונות).

[עריכה] ייצור

צורן מופק מסחרית בחימום סיליקה טהורה בכבשן חשמלי, המשתמש באלקטרודות מפחמן. בטמפרטורה העולה על 1900°C,
מתרחשת התגובה הבאה:

$2SiO_{2(s)} + C_{(s)} \rarr Si_{(s)} + CO_{2(g)}$

צורן נוזלי מצטבר בתחתית הכבשן, מנוקז ומקורר. בשיטה זו מתקבל צורן 99% טהור ואחד מתוצרי הלוואי הוא SiC. על מנת להימנע מתוצר לוואי זה, ריכוז הצורן הטהור נשמר גבוה ואז מתרחשת התגובה הבאה:

$\ 2SiC_{(s)} + SiO_{2(s)} \rarr 3Si_{(s)} + 2CO_{(g)}$

[עריכה] טיהור

השימוש בצורן בתעשיית המוליכים למחצה דורש ייצור צורן טהור כמה שאפשר, לא כמו בשימושים אחרים שבהם אפשר להסתפק באחוזי צורן נמוכים יחסית. שתי שיטות בולטות במיוחד:

[עריכה] טכניקה I

טכניקות טיהור צורן ראשוניות התבססו על העובדה שכשצורן ניתך ולאחר מכן מתמצק, המצב המוצק מכיל צורן טהור יותר מהמצב הנוזלי. הטכניקה הראשונה, שתוארה ב1919 ושימשה בייצור מכ"ם במלחמת העולם השנייה, כללה ריסוק צורן גבישי לאבקה והשרייתו בחומצה. כשצורן נטחן לאבקה, חלקים מזהמים (מרכיבים שאינם צורן) מופנים כלפי הצד החיצוני של גרגרי האבקה ונשטפים עם החומצה.

[עריכה] טכניקה II

יותר קל לטהר צורן מתרכובות שלו מאשר מצורתו הגבישית. SiCl₄ וSiH₄ הן התרכובות השימושיות ביותר וכשהן במצב צבירה גז ונוגעות בצורן בטמפרטורה גבוהה, הן משתלבות איתו ויוצרות צורן טהור. בטכניקה הנפוצה ביותר, שנקראת תהליך סימנס, מוטות צורן טהורים נחשפים לHSiCl₃ גזי ב-1150°C. הצורן שבגז מצטרף למוטות הצורן בהתאם לתגובה הבאה:

$\ 2HSiCl_{3(g)} \rarr Si_{(s)} + 2HCl_{(g)} + SiCl_{4(g)}$

בשיטה נוספת, הפיקה חברת דופונט צורן טהור ברמה גבוהה כשחשפו SiCl₄ לאבץ ב-950°C בהתאם לתגובה הבאה:

$\ SiCl_{4(g)} + 2Zn_{(l)} \rarr Si_{(s)} + 2ZnCl_{2(g)}$

בסופו של דבר טכניקה זו נזנחה לטובת תהליך סימנס מכיוון שהייתה כרוכה בבעיות רבות.

[עריכה] אמצעי זהירות

מחלת ריאות בשם "צורנת" מופיע אצל כורים, סתתים ושאר אנשים שעבדו ושאפו אבק סיליקה בכמויות גדולות.

[עריכה] קישורים חיצוניים

קטגוריות: יסודות כימיים | מתכות למחצה

See also ebooksgratis.com: no banners, no cookies, totally FREE.

צורן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית