Křemík, chemický prvek označený symbolem 'Si' a atomovým číslem 14 v periodické tabulce, je lesklá, tvrdá a křehká krystalická pevná látka s modrošedým kovovým leskem. Je členem skupiny 14 v periodické tabulce a je čtyřmocným metaloidem a polovodičem. Je méně reaktivní než jeho chemický analog uhlík, nekov přímo nad ním v periodické tabulce, ale reaktivnější než germanium, metaloid přímo pod ním v tabulce.
Křemík, který se přirozeně vyskytuje v zemské kůře, je po kyslíku druhým nejrozšířenějším prvkem, tvoří ho přibližně 27.7 % hmotnosti zemské kůry. Křemík se zřídka vyskytuje v čistém stavu a obvykle se tvoří ve velkých hmotách podobných horninám. Vyskytuje se především ve formě oxidů a silikátů. Některé běžné příklady zahrnují křemen, achát, pazourek, jaspis a ametyst. Některé typy hvězd jsou také vyrobeny převážně z křemíku.
Křemík je pozoruhodný svou rolí v technologii díky svým polovodičovým vlastnostem. Polovodičová zařízení, včetně tranzistorů, solárních článků, usměrňovačů a mikročipů, všechna spoléhají na křemík. Křemík je také základní složkou při výrobě oceli a při výrobě keramiky a cihel. Je běžnou mylnou představou, že křemík je synonymem pro silikon, třídu křemíkových-kyslíkových polymerů používaných v různých produktech, včetně umělých implantátů a kuchyňského náčiní. Silikon je však produktem křemíku a dalších prvků.
Z průmyslového hlediska se křemík typicky těží z písku, což je prakticky čistý oxid křemičitý. Jakmile se písek shromáždí, křemík se extrahuje procesem zahřívání. Jedná se o ohřev písku uhlíkem v elektrické peci při teplotách kolem 2200 stupňů Celsia. Výsledná reakce produkuje křemík a oxid uhličitý. Tento způsob extrakce je známý jako karbotermický proces.
Křemík je jedinečný v tom, že má vlastnosti kovů i nekovů. Podobně jako kovy je křemík dobrým vodičem elektřiny, a když je leštěný, může dokonce odrážet světlo, proto se často nazývá metaloid. Podobně jako nekovy není křemík kujný ani tvárný; je poměrně křehký a při působení tlaku se rozbije, což je charakteristické pro většinu nekovových prvků.
V přírodním světě hraje křemík zásadní roli v minerální říši. Je základní složkou ve struktuře minerálů a obsahují ho prakticky všechny horniny, jíly a půdy. Jako důkaz všudypřítomnosti křemíku obsahuje tento prvek i naše těla, která přispívá ke zdraví našich vlasů, pokožky a nehtů.
V metafyzickém světě se čisté křemíkové krystaly používají pro jejich schopnost zesilovat energii a pro jejich příznivé účinky na komunikační schopnosti. Vzhledem k tomu, že křemík je přírodní zesilovač, lze jej použít k posílení léčivých vlastností jiných krystalů a k posílení spojení mezi fyzickou a mystickou říší.
Shrneme-li, křemík je všestranný a hojný prvek, který je nedílnou součástí přírodního i technologického světa. Jeho jedinečné vlastnosti z něj činí nepostradatelný zdroj v různých průmyslových odvětvích a jeho potenciál v oblasti metafyziky a léčení krystaly se teprve začíná zkoumat. Křemík ve svých mnoha podobách nadále hraje klíčovou roli při utváření světa, jak ho známe.
Křemík, druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře, zaujímá klíčové místo v příběhu naší planety a vesmíru. Cesta křemíku, základního stavebního kamene života, začíná v srdci umírajících hvězd a nadále utváří svět kolem nás, včetně jeho obrovských oceánů a tyčících se hor.
Abychom vystopovali původ křemíku, musíme se vydat do vesmíru, konkrétně do životního cyklu hvězd. Křemík, stejně jako jiné těžší prvky, se rodí z jaderné fúze v ohnivých jádrech hmotných hvězd. Hvězdy, primárně složené z vodíku, fungují jako jaderné reaktory. Obrovské tlaky a teploty v jejich jádrech usnadňují fúzi atomů vodíku za vzniku hélia. Tento proces uvolňuje obrovské množství energie, záření, které vnímáme jako světlo hvězdy.
Jak hvězda vyčerpá své zásoby vodíku, začnou se atomy helia spojovat a vytvářet těžší prvky, jako je uhlík a kyslík. Proces fúze pokračuje a vytváří ještě těžší prvky, včetně neonu, hořčíku a nakonec křemíku. Tato sekvence událostí je známá jako hvězdná nukleosyntéza.
Když hmotná hvězda sloučí většinu svých atomů do křemíku, objeví se významná transformace. Fúze atomů křemíku za vzniku železa signalizuje blížící se zkázu hvězdy. Železo nemůže uvolňovat energii prostřednictvím fúze; hvězda již nemůže dále udržovat své jaderné reakce a rovnováha mezi gravitací vtahující se dovnitř a fúzní energií vytlačující se ven se zhroutí. Výsledkem je katastrofický výbuch supernovy. Tato exploze rozptýlí křemík a další prvky po celém vesmíru a nakonec poskytne suroviny pro vznik nových hvězd, planet a života.
Rychle vpřed k formování Země kolem 4.před 5 miliardami let. Novorozená planeta byla roztavená hmota, kde těžší prvky klesaly směrem ke středu a lehčí se vznášely na povrch. Křemík, který je lehčí než železo, ale těžší než kyslík, našel své místo převážně v zemské kůře.
Křemík se v zemské kůře zřídka vyskytuje v čistém elementárním stavu. Místo toho se obvykle vyskytuje jako oxid křemičitý (SiO2), běžně známý jako oxid křemičitý, a jako křemičitany, sloučeniny křemíku a kyslíku, které obsahují další prvky, jako je hliník, hořčík a železo. Oxid křemičitý a silikáty tvoří různé minerály, včetně křemene, živce a slídy, které tvoří většinu zemské kontinentální kůry.
Tvorba minerálů na bázi křemíku je složitý proces zahrnující mnoho faktorů, včetně teploty, tlaku a přítomnosti dalších prvků. Atomy křemíku se spojují s kyslíkem v tetraedrickém uspořádání a tvoří stavební kameny těchto minerálů. V průběhu milionů let jsou tyto struktury vystaveny teplu, tlaku a chemickým změnám, což vede ke vzniku různých typů hornin, včetně vyvřelých, metamorfovaných a sedimentárních hornin.
Cesta křemíku ze srdce hvězdy na její místo v zemské kůře je svědectvím o propojenosti kosmu a naší planety. Křemík dnes nadále utváří náš svět, nejen jako součást hornin, písku a jílu, ale také jako základní materiál v technologii, tvořící páteř mikročipů a solárních článků. Jak se dozvídáme více o tomto pozoruhodném prvku, získáváme hlubší pochopení vesmíru a našeho místa v něm.
Objev a těžba křemíku
Křemík, prvek známý pro své krystalické vlastnosti a svou zásadní roli v moderní technologii, tvoří více než čtvrtinu hmotnosti zemské kůry. Tento polokovový prvek však v přírodě neexistuje samostatně, ale nachází se v různých kombinovaných stavech.
Křemík byl poprvé izolován v relativně čisté formě v roce 1823 švédským chemikem Jönsem Jakobem Berzeliusem. Po tisíce let předtím však civilizace používaly oxid křemičitý neboli oxid křemičitý ve formě křemene a jiných minerálů, aniž by znaly přesné složení toho, co používají.
Pochopení toho, jak se křemík nachází, vyžaduje ponořit se do zemské kůry, kde je křemík hlavní složkou. Vyskytuje se převážně ve formě oxidů a silikátů. Oxid křemičitý se vyskytuje jako křemen, amorfní oxid křemičitý a dokonce i v buňkách rozsivek, což je druh mikroskopických řas. Silikáty, rozsáhlá rodina minerálů, jsou složitější a zahrnují látky jako živec, slídy a zeolity a přispívají k tvorbě hornin, jako je žula, pískovec a čedič.
Jedním z nejvýznamnějších zdrojů křemíku je písek, který je primárně složen z oxidu křemičitého nebo oxidu křemičitého. Těžba písku z pláží nebo koryt řek je běžným způsobem získávání křemíku. K extrakci křemíku se písek nejprve čistí, aby se odstranily nečistoty. Tento krok obvykle zahrnuje mytí písku vodou a dalšími chemikáliemi.
Po čištění musí písek (oxid křemičitý) projít procesem redukce. Tradiční metodou pro extrakci křemíku je proces známý jako karbotermická redukce. V tomto procesu se vyčištěný písek zahřeje na extrémně vysoké teploty (přes 1900 stupňů Celsia) v přítomnosti uhlíku, typicky za použití dřevěného uhlí nebo koksu jako zdroje uhlíku. Reakcí mezi oxidem křemičitým a uhlíkem vzniká kapalný křemík a plynný oxid uhličitý.
Tento extrahovaný křemík, známý jako křemík metalurgické kvality (MG-Si), obsahuje nečistoty a jeho čistota je asi 98 % až 99 %. Tato úroveň čistoty je dostatečná pro mnoho průmyslových použití, například při výrobě silikátů pro cement nebo při výrobě silikonů, což je skupina syntetických polymerů.
Avšak, aby byl křemík použit v elektronických aplikacích nebo solárních článcích, musí být dále čištěn na křemík polovodičové kvality. Toho je dosaženo prostřednictvím procesu známého jako Siemens proces, kde MG-Si reaguje s chlorovodíkem za vzniku trichlorsilanu. Tato látka je poté podrobena chemické depozici par, což vede k vytvoření ultračisté formy křemíku.
Stojí za zmínku, že křemík je sice hojně dostupný, ale procesy extrakce a čištění jsou energeticky náročné a je třeba dbát na to, aby se zmírnily dopady na životní prostředí spojené s těmito procesy.
Objev a těžba křemíku byly zásadní pro utváření moderního světa. Od křemíkových čipů v srdci našich počítačů a chytrých telefonů až po křemíkové články v solárních panelech