ซิลิกอนในฐานะรากฐานทางธรณีวิทยา

ซิลิกอน Si เป็นหนึ่งในธาตุโครงสร้างหลักของโลกหิน ร่วมกับออกซิเจน มันมีบทบาทสำคัญในเคมีของเปลือกทวีป

ในสภาพทางธรณีวิทยาทั่วไป ซิลิกอนจะจับตัวแน่นกับออกซิเจน ผลลัพธ์คือซิลิกา SiO₂ หรือครอบครัวแร่ซิลิเกตที่ใหญ่กว่ามาก ซึ่งสร้างจากเตตระฮีดรอน SiO₄ เตตระฮีดรอนเหล่านี้เชื่อมโยงกันเป็นกลุ่มแยก โซ่ แผ่น และโครงสร้างสามมิติ ทำให้เกิดแร่ที่แตกต่างกัน เช่น โอลิวีน ไพรอกซีน ไมกา เฟลด์สปาร์ และควอตซ์

ต้นกำเนิดจักรวาล: ดาวฤกษ์สร้างซิลิกอนได้อย่างไร

ซิลิกอนถูกสร้างขึ้นในดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ในช่วงการเผาไหม้นิวเคลียร์ระยะสุดท้าย เมื่อดาวเหล่านั้นสิ้นสุดชีวิตด้วยการระเบิดซูเปอร์โนวา วัสดุที่มีซิลิกอนจะกระจายเข้าสู่ช่องว่างระหว่างดวงดาว วัสดุบางส่วนกลายเป็นฝุ่นในบริเวณที่เกิดดาวใหม่ รวมถึงเม็ดซิลิเกตที่ช่วยสร้างแผ่นดิสก์ดาวเคราะห์ต้นกำเนิด

โลกได้รับซิลิกอนมาจากแหล่งจักรวาลนี้ เมื่อรวมเข้ากับดาวเคราะห์หนุ่ม ซิลิกอนถูกล็อกอยู่ในแมกมา แร่ในแมนเทิล หินเปลือกโลก ตะกอน และต่อมาวัฏจักรตะกอนและแปรสภาพ ในแง่นี้ เม็ดควอตซ์และผลึกเฟลด์สปาร์ทุกเม็ดจึงเป็นทั้งผลิตภัณฑ์ทางธรณีวิทยาและซากเคมีของดาราจักร

วัฏจักรซิลิกาในเปลือกโลก

ซิลิกอนเคลื่อนที่ผ่านหิน น้ำ สิ่งมีชีวิต ตะกอน และของเหลว วัฏจักรนี้ช้า แต่เป็นหนึ่งในเรื่องราวหลักของเปลือกโลก

เส้นทางอัคนี: แมกมาแยกซิลิกาอย่างไร

แมกมาแต่ละชนิดมีปริมาณซิลิกาต่างกัน แมกมาเฟลซิกมีซิลิกาสูงและมักตกผลึกเป็นควอตซ์ แคลเซียมโพแทสเซียมเฟลด์สปาร์ แพลจิโอเคลส และไมกา แมกมา มาไฟก มีซิลิกาน้อยกว่าและมีแมกนีเซียมและเหล็กมากกว่า จึงเอื้อต่อแร่เช่น โอลิวีน ไพรอกซีน และแพลจิโอเคลสที่มีแคลเซียมสูง

เมื่อแมกมาผ่านกระบวนการตกผลึก การผสม การดูดกลืน และการเข้มข้นของสารระเหย ซิลิกาอาจเข้มข้นในของเหลวระยะท้าย ของเหลวเหล่านี้สามารถสร้างเส้นควอตซ์ ช่องว่างที่บุด้วยอะเกต กระเปาะอเมทิสต์ และผลึกควอตซ์เพกมาติต

ซิลิกาในตะกอนและไดอะเจเนซิส

ควอตซ์มีความทนทานทางกายภาพและทนทานทางเคมีที่พื้นผิวโลก ดังนั้นจึงมักคงอยู่หลังจากการผุพังในรูปแบบของทราย เม็ดทรายเหล่านั้นสร้างเนินทราย ชายหาด แถบทราย และหินทราย ด้วยการฝังและการซีเมนต์ หินทรายอาจเก็บบันทึกยาวนานของการเคลื่อนย้าย การกลม การคัดแยก และพลังงานการตกตะกอน

ซิลิกายังเคลื่อนที่ในรูปแบบละลาย ในสภาพแวดล้อมทางทะเลและทะเลสาบ ซิลิกาที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตสามารถสะสมเป็นโคลน จากนั้นเปลี่ยนเป็นเชิร์ตและฟลินท์ในระหว่างการฝังตัว น้ำใต้ดินอาจตกตะกอนแคลซิโดนีและควอตซ์ในโพรง รอยแตก หรือก้อนหิน ทำให้เกิดแถบอะเกต จีโอด และการแทนที่ซิลิกาของวัสดุก่อนหน้า

ซิลิกาเมตาโมร์ฟิกและความดันสูง

การเปลี่ยนแปลงเมตาโมร์ฟิสม์จัดเรียงหินที่มีซิลิกาใหม่โดยไม่จำเป็นต้องหลอมละลาย หินทรายเปลี่ยนเป็นควอตไซต์ ซึ่งเป็นหินแข็งที่ประกอบด้วยเม็ดควอตซ์ที่เชื่อมต่อกัน ภายใต้แสงโพลาไรซ์ ควอตไซต์อาจเผยให้เห็นโมเสกของเม็ดที่ถูกเค้น การเชื่อมต่อที่แน่น และเนื้อสัมผัสที่เกิดจากการตกผลึกใหม่

ที่ความดันสูงมาก ซิลิกาสามารถเปลี่ยนเป็นโพลีมอร์ฟที่มีความหนาแน่นมากขึ้น โคไซต์ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงเมตาโมร์ฟิสม์ที่ความดันสูงและสภาพแวดล้อมจากการชน ในขณะที่ สติชโซไวต์ เป็นสัญลักษณ์ของความดันสูงสุด โดยเฉพาะเหตุการณ์ช็อก รูปแบบเหล่านี้พบได้น้อยในผลึกแสดงปกติ มักได้รับการยืนยันผ่านการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการในตัวอย่างทางธรณีวิทยาเฉพาะทาง

ซิลิคอนบริสุทธิ์และซิลิคอนโลหะที่ผ่านการกลั่น

ชิ้นส่วนซิลิคอนบริสุทธิ์ที่มองเห็นได้มักเป็นของที่มนุษย์สร้างขึ้น ไม่ใช่ผลึกธรรมชาติที่เก็บจากเปลือกโลก

รายงานเกี่ยวกับซิลิคอนธรรมชาติบริสุทธิ์มีน้อยและโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับเม็ดเล็กจิ๋วหรือบริบทที่ผิดปกติ เช่น อุกกาบาต ระบบภูเขาไฟ หรือสภาพแวดล้อมไมโครที่มีการลดอย่างมาก ในหินที่มีออกซิเจนสูงตามปกติ ซิลิคอนมักพบในรูปแบบซิลิกาหรือแร่ซิลิเกตมากกว่า

ซิลิคอนที่ผ่านการกลั่นเริ่มต้นจากควอตซ์หรือวัตถุดิบที่มีซิลิกาสูง ในเตาไฟฟ้า ซิลิกาจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อผลิตซิลิคอนเกรดโลหะและคาร์บอนมอนอกไซด์ การกลั่นเพิ่มเติมสามารถให้ซิลิคอนผลึกหลายผลึกสำหรับวัตถุดิบโซลาร์เซลล์และอิเล็กทรอนิกส์ แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว หรือรูปแบบทางเทคนิคอื่นๆ

SiO ₂ โพลีมอร์ฟ

ซิลิกาปรากฏในหลายรูปแบบโครงสร้าง สูตรเคมียังคงเป็น SiO ₂ ในขณะที่การจัดเรียงอะตอมเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ความดัน หรือประวัติแรงกระแทก

ชนิดและรูปแบบของวัสดุที่มีซิลิคอน

คำว่า “ซิลิคอน” มักใช้แบบไม่เคร่งครัด แต่ความแม่นยำทางธรณีวิทยามีความสำคัญ ซิลิคอนธาตุ แร่ซิลิกา โอปอลมีน้ำ และซิลิคอนคาร์ไบด์เกี่ยวข้องกันทางเคมีแต่แตกต่างกันมากในแหล่งกำเนิด โครงสร้าง และการดูแล

ความรู้เรื่องคำศัพท์ เอกสาร และการบำบัด

คำศัพท์ที่ชัดเจนช่วยป้องกันความสับสน “ซิลิกอน” ควรหมายถึงธาตุ Si “ซิลิกา” หมายถึง SiO₂ “ซิลิเกต” หมายถึงกลุ่มแร่ขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นรอบโครงสร้างเตตระฮีดรอนซิลิกอน-ออกซิเจน “ซิลิโคน” เป็นกลุ่มพอลิเมอร์และไม่ใช่แร่

• สำหรับซิลิกอนธาตุ: อธิบายว่าเป็นซิลิกอนบริสุทธิ์ ซิลิกอนโลหะ ซิลิกอนผลึกหลายผลึก หรือซิลิกอนผลึกเดี่ยวเมื่อทราบ
• สำหรับชนิดของควอตซ์: ใช้ชื่อชนิดแร่ที่เป็นที่ยอมรับและแยกแยะสีธรรมชาติจากวัสดุที่ผ่านการบำบัดความร้อนหรือรังสีเมื่อทราบ
• สำหรับอาเกตและแคลเซโดนี: เปิดเผยการย้อมสี การเสถียรภาพ การเติมรอยแตก หรือการบำบัดอื่น ๆ เมื่อทราบหรือสงสัย
• สำหรับโอปอล: แยกแยะโอปอลแท้ โอปอลสองชั้น โอปอลสามชั้น โอปอลธรรมดา โอปอลมีค่า และวัสดุที่ผ่านการบำบัดหรือเสถียรภาพ
• สำหรับโคไซต์หรือสติชโซไวต์: คาดหวังเอกสารวิเคราะห์ เหล่านี้ไม่ใช่แร่ซิลิกาที่ใช้แสดงทั่วไป

การดูแลและการจัดการ

วัสดุที่มีซิลิกอนมีความทนทานแตกต่างกันไป ควอตซ์แข็งและมั่นคง; โอปอลอาจไวต่อความร้อน ความแห้ง และสารเคมี; ซิลิกอนที่แตกหักอาจบาดผิวหนัง; และฝุ่นซิลิกาที่สูดดมเป็นอันตรายร้ายแรง