Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para girar. Azul e violeta marcam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde silício se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atômicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, não medidos.
Tamanho, em escala
Radius 111 pm — that is 0.111 nm, so about 4505 million of them side by side would span a millimetre.
Faixa térmica
Silício is liquid over a 1851 K window, from 1687 K to 3538 K.
A história
O silício é o elemento que construiu a Era da Informação e compõe a maior parte do solo sob seus pés. Depois do oxigénio, é o elemento mais abundante na crosta terrestre, formando a base das rochas, da areia e do vidro. Mas a verdadeira revolução do silício aconteceu quando os cientistas aprenderam a purificá-lo até 99.9999999% — criando os chips semicondutores que alimentam todos os computadores, smartphones e dispositivos digitais. O Vale do Silício recebeu esse nome por causa desse elemento, que pode alternar entre conduzir e isolar eletricidade bilhões de vezes por segundo. De antigas janelas de vidro a modernos painéis solares, de chips de computador a implantes mamários, o silício molda nosso mundo de inúmeras maneiras. Cada grão de areia em cada praia é composto principalmente de dióxido de silício, permitindo construir castelos com o mesmo elemento que faz seu smartphone funcionar.
A história da descoberta do silício atravessa milênios, desde os antigos fabricantes de vidro que usavam compostos de silício sem saber até os químicos do século XIX que isolaram o elemento puro, possibilitando, em última análise, a era digital que define a civilização moderna.
Os seres humanos utilizaram compostos de silício por mais de 9.000 anos sem saber disso. Evidências arqueológicas mostram que civilizações antigas dominavam a tecnologia dos silicatos muito antes de compreender a teoria atômica.
7000 a.C.: Primeiras cerâmicas usando argilas ricas em silício na China e no Oriente Médio
3500 a.C.: Fabricação de vidro na Mesopotâmia usando areia de sílica e potassa
1500 a.C.: Artesãos egípcios criaram vasos de vidro elaborados usando dióxido de silício
500 a.C.: O concreto romano incorporava cinza vulcânica (pozolana) rica em sílica amorfa
Os romanos criaram, sem saber, alguns dos concretos mais duráveis da história usando cinza vulcânica rica em silício do monte Vesúvio. O Panteão de Roma, construído em 126 d.C., ainda permanece de pé hoje, em parte devido à sua cúpula de concreto enriquecido com silício.
A investigação científica do silício começou durante o Iluminismo, quando os químicos passaram a estudar sistematicamente minerais e compostos.
O químico francês Antoine-Laurent de Lavoisier foi o primeiro a suspeitar que a sílica (SiO₂) continha um elemento desconhecido. Em sua obra revolucionária de 1789, "Tratado Elementar de Química", Lavoisier listou a sílica entre os compostos que acreditava conterem elementos ainda não descobertos, estabelecendo as bases para futuras tentativas de isolamento.
Vários químicos de toda a Europa competiram para isolar o silício puro, dando origem a reivindicações conflitantes e a uma controvérsia científica que durou mais de uma década.
O químico britânico Sir Humphry Davy (1778-1829) tentou pela primeira vez isolar o silício em 1808 usando sua recém-inventada bateria elétrica. Davy tentou eletrolisar a sílica, mas conseguiu produzir apenas um pó escuro e impuro. Embora não tenha obtido sucesso, ele criou o nome "silicon" a partir do latim "silex" (sílex), mais o sufixo "-on" (como em carbono e boro).
Os químicos franceses Gay-Lussac (1778-1850) e Thénard (1777-1857) tentaram isolar o silício aquecendo potássio com tetrafluoreto de silício (SiF₄). Eles produziram um pó marrom que acreditavam ser silício, mas análises posteriores revelaram que ele continha quantidades significativas de compostos de silício, e não o elemento puro.
O químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) conseguiu o primeiro isolamento confirmado de silício puro em 15 de maio de 1824. Sua abordagem sistemática e sua documentação meticulosa estabeleceram-no como o verdadeiro descobridor do silício.
Berzelius aqueceu tetrafluoreto de silício (SiF₄) com potássio metálico em um cadinho de ferro:
SiF₄ + 4K → Si + 4KF
Sua inovação foi lavar o produto com água para remover o fluoreto de potássio e, depois, com ácido clorídrico diluído para dissolver qualquer potássio que não tivesse reagido, deixando para trás silício puro. Berzelius descreveu seu produto como "um pó marrom que apresentava brilho metálico".
Citação histórica: "Obtive uma massa amarronzada que, quando examinada ao microscópio, parecia ser constituída por partículas metálicas. Essa substância é o silício em seu estado metálico."
O silício permaneceu uma curiosidade de laboratório até o surgimento de aplicações industriais no final do século XIX.
O químico francês Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) aprimorou a produção de silício reduzindo a sílica com pó de alumínio em altas temperaturas. Esse método produziu silício em maior escala, possibilitando as primeiras aplicações comerciais.
Edward Goodrich Acheson (1856-1931) desenvolveu o processo de forno elétrico para produzir carbeto de silício (carborundo) e, posteriormente, silício puro. Sua empresa, The Carborundum Company, tornou-se a primeira grande produtora de silício, fornecendo abrasivos e, mais tarde, materiais semicondutores.
A transformação do silício de uma novidade de laboratório em um material que define a civilização começou durante a Segunda Guerra Mundial, com o desenvolvimento da tecnologia de radar.
1940: Russell Ohl, da Bell Labs, descobriu o efeito fotovoltaico no silício
1947: Primeiro transistor inventado (à base de germânio) por Bardeen, Brattain e Shockley
1954: A Bell Labs criou a primeira célula solar prática de silício (6% de eficiência)
1958: Jack Kilby inventou o circuito integrado usando germânio; Robert Noyce o aprimorou com silício
1961: Os primeiros circuitos integrados comerciais de silício começaram a ser produzidos
1971: A Intel apresentou o microprocessador 4004 — o primeiro computador em um chip
Hoje, o silício possibilita a comunicação global, a inteligência artificial, a energia renovável e a exploração espacial. Do minúsculo pó marrom de Berzelius em 1824 aos processadores com bilhões de transistores, a trajetória do silício representa uma das descobertas mais transformadoras da química.
Legado de Berzelius: O químico sueco que isolou o silício jamais poderia ter imaginado que seu pó metálico marrom se tornaria a base da maior revolução tecnológica da civilização humana. Todo smartphone, computador e painel solar tem sua origem naquele dia decisivo de 1824, quando Berzelius segurou pela primeira vez o silício puro em suas mãos.
Aplicações
As propriedades semicondutoras únicas do silício revolucionaram a civilização humana, possibilitando a era digital e a tecnologia moderna. De smartphones a espaçonaves, dispositivos baseados em silício impulsionam nosso mundo interconectado.
O silício domina a fabricação de semicondutores, compondo mais de 95% de todos os chips de computador. A estrutura cristalina e as propriedades elétricas controláveis do elemento o tornam ideal para criar transistores, diodos e circuitos integrados.
Pastilhas de silício: Lingotes de silício ultrapuro (99.9999999% puro) são cortados em pastilhas de 200-300mm de diâmetro e 0.775mm de espessura. Os processadores mais recentes da Intel usam tecnologia de processo de 3nm, acomodando mais de 100 bilhões de transistores em um único chip.
Processo de dopagem: O silício puro é "dopado" com pequenas quantidades de fósforo (tipo n) ou boro (tipo p) para criar propriedades semicondutoras. Esse processo envolve implantação iônica com energias de 1-200 keV, controlando precisamente a condutividade elétrica.
Fotolitografia: As pastilhas de silício passam por fotolitografia usando luz ultravioleta extrema (EUV) com comprimento de onda de 13.5nm. As máquinas EUV da ASML, que custam $200 milhões cada, permitem a formação precisa dos padrões necessários para os processadores modernos.
Células fotovoltaicas de silício convertem diretamente a luz solar em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico. Os modernos painéis solares de silício alcançam eficiência de 22-26% em aplicações comerciais.
Os compostos de silício formam a base da construção moderna por meio do vidro, do concreto e das cerâmicas. Os silicatos constituem 90% da crosta terrestre e são materiais de construção essenciais.
Os veículos modernos contêm mais de 1.000 semicondutores à base de silício que controlam motores, sistemas de segurança e entretenimento. Veículos elétricos usam eletrônica de potência de carbeto de silício (SiC) para melhorar a eficiência.
MOSFETs de SiC: O Tesla Model 3 usa inversores de carbeto de silício operando a 650V, melhorando a eficiência energética em 5% e reduzindo o tempo de carregamento. O SiC comuta a 10 kHz, em comparação com 2 kHz para o silício, permitindo componentes menores e mais leves.
Aplicações em sensores: MEMS de silício (sistemas microeletromecânicos) criam acelerômetros, giroscópios e sensores de pressão para acionamento de airbags, controle de estabilidade e monitoramento da pressão dos pneus.
A tecnologia de silício possibilita a navegação por GPS, a comunicação via satélite e a exploração espacial. Chips de silício resistentes à radiação sobrevivem ao ambiente hostil do espaço.
A biocompatibilidade do silício possibilita implantes médicos, equipamentos de diagnóstico e sistemas de administração de medicamentos. As propriedades inertes do silício o tornam ideal para implantações de longo prazo.
A tecnologia do silício nos cerca de inúmeras formas, muitas vezes invisíveis, mas sempre essenciais. Dos alarmes matinais ao entretenimento antes de dormir, o silício torna possível a vida moderna.
Transistores em um único processador do iPhone 13
Dispositivos conectados no mundo até 2025
Nível de pureza exigido para o silício semicondutor
Valor do mercado global de semicondutores (2022)
O smartphone médio contém mais poder computacional do que os computadores que guiaram a Apollo 11 até a Lua. Esse mesmo telefone tem mais de 1 bilhão de transistores — se cada transistor fosse uma pessoa, eles poderiam povoar a China com espaço de sobra.
De onde vem
282000 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 99% of elements
O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, correspondendo a 27.7% em massa, superado apenas pelo oxigénio. Essa abundância faz do silício o bloco de construção fundamental da geologia do nosso planeta e a base de toda tecnologia baseada em silício.
O silício nunca ocorre em forma metálica pura na natureza devido à sua alta reatividade com o oxigénio. Em vez disso, forma inúmeros minerais e compostos que literalmente constroem a estrutura do nosso planeta.
O mineral de silício mais comum, constituindo 12% da crosta terrestre. Encontrado em:
Localizações notáveis: minas de quartzo brasileiras, depósitos de cristais do Arkansas, “diamantes” de Herkimer (NY)
O grupo mineral mais abundante na crosta terrestre (50-60%), incluindo:
Formação: Cristalização em alta temperatura em rochas ígneas
Produtos do intemperismo de rochas ricas em feldspato:
Importância económica: Cerâmica, revestimento de papel, lama de perfuração
Minerais de silicato escuros em rochas máficas:
Ocorrência: Basalto, gabro, rochas vulcânicas
A jornada cósmica do silício começou nos núcleos de estrelas massivas durante os processos de queima do oxigénio e queima do silício. Quando estrelas com pelo menos 8 vezes a massa do nosso Sol chegam ao fim de suas vidas, elas criam silício por meio da fusão nuclear.
Queima do oxigénio (1.5-2 bilhões K): ¹⁶O + ¹⁶O → ²⁸Si + ⁴He
Queima do silício (3+ bilhões K): ²⁸Si + ⁴He → ³²S + γ
Durante uma explosão de supernova, esses núcleos estelares ricos em silício são dispersos por toda a galáxia, tornando-se eventualmente parte de novos sistemas estelares como o nosso. O silício do seu smartphone foi literalmente forjado no coração de uma estrela moribunda há bilhões de anos.
O silício desempenhou um papel crucial na formação planetária por meio de:
4.6 bilhões de anos atrás: A condensação da nebulosa solar formou grãos de poeira ricos em silício
4.5 bilhões de anos atrás: Acreção de planetesimais de silicato
4.4 bilhões de anos atrás: A diferenciação entre o núcleo e o manto da Terra concentrou o silício no manto
4.0 bilhões de anos atrás: Cristalização da primeira crosta continental (granito rico em silício)
3.8 bilhões de anos atrás: Formação de crátons estáveis com estrutura de silício e alumínio
O silício ocorre naturalmente na água como ácido silícico dissolvido (H₄SiO₄), normalmente em concentrações de 1-30 mg/L. A água do oceano contém aproximadamente 3 mg/L de silício dissolvido, essencial para o crescimento das diatomáceas.
Conexão com o Vale do Silício: O famoso polo tecnológico recebeu esse nome por causa dos semicondutores de silício desenvolvidos ali, embora, ironicamente, a maior parte do silício atualmente venha da Ásia, não da Califórnia.
Manuseio
O silício em sua forma pura e muitos compostos apresenta riscos mínimos à saúde em condições normais. No entanto, certos compostos de silício e processos industriais exigem cuidados especiais de segurança, particularmente quanto à exposição à sílica cristalina.
PEL da OSHA: 0.05 mg/m³ (sílica cristalina respirável, TWA de 8 horas)
Risco principal: Silicose - doença pulmonar progressiva e incurável causada pela inalação de poeira de sílica cristalina
Atividades de alto risco: Jateamento de areia, mineração, extração em pedreiras, corte de concreto, fabricação de cerâmica
Sintomas: Falta de ar, tosse persistente, fadiga, dor no peito, insuficiência respiratória (casos avançados)
Progressão: Silicose simples (15-20 anos) → Fibrose maciça progressiva → Morte
Classificação da IARC: Carcinógeno do Grupo 1 (sílica cristalina de fontes ocupacionais)
Tipos de câncer: Câncer de pulmão, potencialmente doenças renais e autoimunes
Fatores de risco: Duração e intensidade da exposição, tamanho das partículas, reatividade da superfície
Prevenção: Controles de engenharia, proteção respiratória, monitoramento médico
Contacto com os olhos: A poeira de silício pode causar irritação mecânica e abrasão da córnea
Contacto com a pele: Geralmente não irritante, mas poeiras abrasivas podem causar cortes ou irritação mecânica
Ingestão: Grandes quantidades podem causar irritação gastrointestinal, mas não toxicidade sistêmica
Manuseio de lâminas de silício: Bordas afiadas podem causar lacerações; use ferramentas de manuseio adequadas e luvas resistentes a cortes
Exposição a produtos químicos: O processamento de silício envolve ácido fluorídrico, exigindo protocolos de segurança especializados
Operações em alta temperatura: A fusão do silício (1414°C) exige proteção térmica e procedimentos de emergência
Ação: Lave imediatamente com água limpa por 15 minutos. Remova as lentes de contacto se isso puder ser feito facilmente. Não esfregue os olhos.
Atendimento médico: Procure atendimento médico imediato se a irritação persistir ou se houver partículas incrustadas no olho.
Ação imediata: Leve a pessoa imediatamente para um local com ar fresco. Afaste-a da fonte de exposição à poeira.
Resposta médica: Se ocorrerem dificuldades respiratórias, administre oxigênio e transporte a pessoa para uma unidade médica.
Documentação: Registre os detalhes da exposição para avaliação médica e indenização trabalhista.
Exposição menor: Lave com água e sabão. Remova as roupas contaminadas.
Lacerações: Controle o sangramento, limpe o ferimento e aplique um curativo estéril. Fragmentos afiados de silício podem exigir remoção médica.
Ação: Enxágue a boca com água. Não provoque o vômito, a menos que seja orientado por profissionais da saúde.
Grandes quantidades: Procure atendimento médico se quantidades significativas forem ingeridas ou se surgirem sintomas.
• O silício presente em produtos eletrônicos de consumo (telefones, computadores) não apresenta riscos à saúde durante o uso normal
• Panelas de silício e silicone de grau alimentício são seguras para contacto com alimentos
• Painéis solares contêm silício encapsulado que não apresenta riscos de exposição
• Produtos de vidro (dióxido de silício) são seguros para o uso cotidiano
Respostas rápidas
Silício (symbol Si) is element 14 on the periodic table, a metaloide in period 3, group 14. The element that turned sand into civilisation's substrate: every processor you have ever used is a slab of ultrapure silicon. At room temperature it is a solid.
[Ne] 3s² 3p², giving 3 occupied shells holding 2, 8, 4 electrons respectively. Its outer shell holds 4 electrons, which is what sets its bonding behaviour.Silício melts at 1687 K (1413.9 °C) and boils at 3538 K (3264.9 °C).
The standard atomic weight of Silício is 28.085 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Silício has a density of 2.33 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of silício is about 2.3× heavier.
Silício has a Pauling electronegativity of 1.9. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Silício was discovered in 1824 by Jons Jacob Berzelius. It is named after latin silex, "flint".
Silício makes up about 28.2% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.