Silikon: Oluşumu ve Jeoloji Çeşitleri
Paylaş
Oluşum, jeoloji ve çeşitler
Silikon: Yıldız Külünden Kuvars, Kum, Opal ve Yarı İletken Kristaline
Dünyanın kayalık kabuğunun çoğunun temelini oluşturan silikonun jeolojik ve malzeme genel bakışı: yıldızlarda nasıl oluştuğu, gezegen döngülerinde nasıl yol aldığı, silika ve silikat olarak nasıl göründüğü ve modern teknolojide rafine elementel silikona nasıl dönüştüğü.
- Si
- Elementel silikon
- Silika: SiO2
- Silikat mineralleri
- Kuvars, kalsedon, opal
Silikon doğada serbest element olarak nadiren bulunur. Genellikle silika olarak oksijenle bağlıdır veya çoğu kayanın yapısal çerçevesini oluşturan silikat minerallerine dahil olur. Kuvars damarları, feldispatça zengin granit, çört, akik ve opal oluşturan aynı element, insan işlemesiyle rafine silikon metali, polikristalin hammadde ve tek kristal waferlara dönüşür.
Jeolojik Temel Olarak Silikon
Silikon, Si, Dünya'nın kayalık kabuğunun büyük yapıtaşlarından biridir. Oksijenle birlikte, kıtasal kabuğun kimyasını domine eder.
Normal jeolojik ortamlarda, silikon oksijenle güçlü bağlar kurar. Sonuç ya silika, SiO2 ya da SiO4 tetraedrlerinden oluşan çok daha büyük silikat mineralleri ailesidir. Bu tetraedrler izole gruplar, zincirler, tabakalar ve üç boyutlu yapılar oluşturur; böylece olivin, piroksen, mika, feldispat ve kuvars gibi farklı mineraller ortaya çıkar.
Silikon
Si elementi. Elementel silikon bir metaloiddir ve doğal minerallerde görünür örneklerde nadiren bulunur.
Silika
Silikon dioksit, SiO2Kuvars, kalsedon, çört, çakmak taşı, kristobalit, koesit ve stişovit, hepsi silika formları veya silika açısından zengin materyallerdir.
Silikatlar
Alüminyum, magnezyum, demir, kalsiyum, sodyum ve potasyum gibi diğer elementlerle birleşmiş silikon-oksijen tetraedrlerinden oluşan geniş bir mineral ailesi.
Oksijen ve silikon birlikte, kıtasal kabuğun ağırlıkça çoğunluğunu oluşturur; bu yüzden kuvars, feldispat, mika, kil mineralleri ve diğer silikatlar manzaralarda ve kaya koleksiyonlarında çok yaygındır.
Kozmik Köken: Yıldızlar Silikonu Nasıl Yaptı
Silikon, geç evre nükleer yanma sırasında dev yıldızlarda oluşur. Bu yıldızlar süpernova ile hayatlarını sonlandırdığında, silikon içeren materyal yıldızlararası uzaya saçılır. Bu materyalin bir kısmı, protoplanet disklerinin oluşumuna yardımcı olan silikat taneleri dahil olmak üzere, sonraki yıldız oluşum bölgelerinde toz haline gelir.
Dünya, bu kozmik rezervuardan silikon miras aldı. Genç gezegene dahil olduktan sonra silikon, magma, manto mineralleri, kabuk kayaları, tortullar ve daha sonra sedimanter ve metamorfik döngülere kilitlendi. Bu anlamda, her kuvars tanesi ve feldispat kristali hem jeolojik bir ürün hem de yıldız kimyasının bir kalıntısıdır.
Dünya Kabuğundaki Silika Döngüsü
Silikon, kayalar, su, organizmalar, tortullar ve sıvılar arasında hareket eder. Döngü yavaştır, ancak kabuğun temel hikayelerinden biridir.
Aşınma
Silikat mineralleri Dünya yüzeyinde parçalanır. Kimyasal aşınma çözünmüş silikayı serbest bırakır ve kaolinit ve smektit gibi kil minerallerinin oluşmasına yardımcı olur.
Taşıma
Nehirler, yeraltı suyu ve deniz suyu, çözünmüş silika ve kuvars tanelerini peyzajlar, taşkın ovaları, kıyılar ve deniz havzaları boyunca taşır.
Biyojenik alım
Diatomlar, radyolaryanlar ve süngerler, opalin iskeletler oluşturmak için çözünmüş silikayı kullanır. Kalıntıları silisli çamur olarak birikebilir.
Diyajenez
Gömülme ile opal-A genellikle opal-CT'ye ve sonunda mikro kristalin kuvarsa dönüşür, çört, çakmak taşı ve ilgili silika kayalarını oluşturur.
Magmatik Yollar: Magmalar Silikayı Nasıl Ayırır
Magma türleri silika içeriğinde farklılık gösterir. Felsik magmalar silika açısından zengindir ve genellikle kuvars, alkali feldispat, plajiyoklaz ve mikalar kristalleştirir. Mafik magmalar daha az silika ve daha fazla magnezyum ile demir içerir, olivin, piroksen ve kalsiyumca zengin plajiyoklaz gibi mineralleri tercih eder.
Magma kristalleşme, karışım, asimilasyon ve uçucu madde yoğunlaşması yoluyla evrildikçe, silika geç aşama sıvılarında yoğunlaşabilir. Bu sıvılar kuvars damarları, akik kaplı boşluklar, ametist cepleri ve pegmatitik kuvars kristalleri oluşturabilir.
| Magma türü | Tipik SiO2 aralık | Temsilci kayalar | Yaygın silikon içeren mineraller |
|---|---|---|---|
| Felsik | Yaklaşık %65–77 | Granit, riolit, pegmatit | Kuvars, potasyum feldispat, plajiyoklaz, muskovit |
| Orta | Yaklaşık %55–65 | Diorit, andezit | Plajiyoklaz, amfibol, biyotit, ara sıra kuvars |
| Mafik | Yaklaşık %45–55 | Gabro, bazalt | Piroksen, olivin, kalsiyumca zengin plajiyoklaz |
Sedimanter ve Diyajenetik Silika
Kuvars, Dünya yüzeyinde fiziksel olarak dayanıklı ve kimyasal olarak dirençlidir, bu yüzden genellikle kum olarak aşınmaya dayanır. Bu taneler, kum tepeleri, plajlar, barlar ve kumtaşları oluşturur. Gömülme ve çimentolanma ile kumtaşları, taşıma, yuvarlanma, sınıflandırma ve çökelme enerjisinin uzun bir kaydını koruyabilir.
Silika ayrıca çözünmüş formda hareket eder. Deniz ve göl ortamlarında, organizmalardan gelen biyojenik silika çamur olarak birikebilir, sonra gömülme sırasında çört ve çakmaktaşına dönüşebilir. Yeraltı suyu ayrıca boşluklarda, çatlaklarda veya nodüllerde kalsedon ve kuvars çökeltebilir, akik bantları, jeode ve önceki malzemelerin silika yer değiştirmelerini oluşturur.
Kuvars kumu
Yuvarlak kuvars taneleri rüzgar, nehirler, dalgalar veya buzullar tarafından taşınmayı kaydeder. Temiz kuvars açısından zengin kum daha sonra kuvars arenit olabilir.
Çört ve çakmaktaşı
Diyajenez, yer değiştirme veya doğrudan çökelme ile oluşan ince taneli silika kayaları. Birçoğu keskin konkoidal kırıkla kırılır.
Akik ve kalsedon
Silika açısından zengin sıvılardan darbeler halinde çökelmiş lifsi mikro kristalin silika, genellikle volkanik boşluklarda veya çatlaklarda bulunur.
Metamorfik ve Yüksek Basınçlı Silika
Metamorfizma, silika içeren kayaları mutlaka eritmeden yeniden düzenler. Kumtaşı, birbirine kenetlenen kuvars tanelerinden oluşan sert bir kaya olan kuvarsit'e yeniden kristallenir. Polarize ışık altında, kuvarsit gerilmiş taneler, dikişli temaslar ve yeniden kristallenmiş dokular mozaiklerini gösterebilir.
Çok daha yüksek basınçlarda, silika daha yoğun polimorflara dönüşebilir. Koisit yüksek basınçlı metamorfizma ve darbe ortamlarıyla ilişkilidir, stishovit ise özellikle şok olaylarında aşırı basıncın bir göstergesidir. Bu formlar sıradan sergi kristalleri olarak nadiren karşılaşılır; genellikle özel jeolojik örneklerde laboratuvar analizleriyle doğrulanır.
Elementel Silikon ve Rafine Silikon Metali
Elementel silikonun görünür parçaları genellikle insan yapımıdır, kabuktan toplanan doğal kristaller değildir.
Doğal saf silikon raporları nadirdir ve genellikle mikroskobik taneler veya meteorlar, volkanik sistemler ya da yüksek indirgenmiş mikro-ortamlar gibi alışılmadık bağlamları içerir. Normal oksijen açısından zengin kayalarda, silikon genellikle silika veya silikat mineralleri olarak bulunur.
Rafine silikon, kuvars veya diğer silika açısından zengin hammaddelerle başlar. Elektrikli bir fırında, silika karbonla reaksiyona girerek metalurjik sınıf silikon ve karbon monoksit üretir. Daha ileri saflaştırma, güneş ve elektronik hammaddesi için polikristalin silikon, tek kristal silikon waferları veya diğer teknik formlar elde edebilir.
Metalurjik silikon
Silika'nın karbotermik indirgenmesiyle üretilir. Birçok endüstriyel silikon ürününün ve daha ileri saflaştırma yollarının temelidir.
Polikristalin silikon
Birçok birbirine kenetlenen kristalden yapılmıştır. Kırılmış parçalar gümüş-gri, metalik görünümlü yüzeyler ve keskin kabuk benzeri kırıklar gösterebilir.
Tek kristal waferlar
Czochralski veya float-zone büyüme gibi kontrollü kristal yöntemleriyle yetiştirilir. Bu waferlar, mikroelektronik ve bazı güneş teknolojileriyle ilişkilendirilen rafine formdur.
Kırık silikon keskin, çakmak taşı benzeri kenarlara sahip olabilir. Bitmiş parçalar dikkatle tutulabilir, ancak silikon uygun teknik kontroller dışında öğütülmemeli, delinmemeli veya aşındırılmamalıdır.
SiO2 Polimorflar
Silika birkaç yapısal formda görünür. Kimyasal formül SiO olarak kalabilir2 atomik düzen sıcaklık, basınç veya şok geçmişiyle değişirken.
| Form | Tipik ortam | Jeolojik anlam | Yaygın görünürlük |
|---|---|---|---|
| Kuvars | Düşük ila orta sıcaklıklı kabuk ortamları | Sıradan kayalarda ve damarlarda en yaygın kristalin silika formu. | Kristaller, damarlar, jeodlar, kumlar ve kuvarsitler olarak yaygın. |
| Tridimit | Yüksek sıcaklıklı volkanik ortamlar | Özel volkanik koşulları kaydeder. | Genellikle küçüktür ve petrolojik olarak en iyi incelenir. |
| Kristobalit | Yüksek sıcaklıklı volkanik kayalar ve silika açısından zengin camlar | Volkanik boşluklarda, obsidiyen ve devitrifiye camda oluşabilir. | Bazen sferülitik dokular olarak görünür; çoğunlukla mikroskobiktir. |
| Kozit | Yüksek basınçlı metamorfik ve darbe ortamları | Derin gömülme, dalma veya şok basıncının göstergesi. | Nadir; genellikle laboratuvar doğrulaması gerektirir. |
| Stişovit | Aşırı basınç ortamları, özellikle darbe şoku | Çok yüksek basınçlı oluşum koşullarını gösterir. | Sıradan koleksiyonlarda nadir; analitik doğrulama şarttır. |
| Opal | Düşük sıcaklıkta silika çökelmesi | Hidrate, kristal olmayan ila zayıf kristalin silika; değerli opal düzenli silika kürelerinden difraksiyon gösterir. | Dekoratif ve değerli taş bağlamlarında yaygın, ancak kuvarstan daha hassas. |
Silikon İçeren Malzemelerin Çeşitleri ve Formları
“Silikon” kelimesi genellikle gevşek kullanılır, ancak jeolojik kesinlik önemlidir. Elementel silikon, silika mineralleri, hidrate opal ve silikon karbür kimyasal olarak ilişkilidir ancak köken, yapı ve bakım açısından çok farklıdır.
| Kategori | Nedir | Tipik görünüm | Oluşum bağlamı |
|---|---|---|---|
| Elementel silikon | İnsanlar tarafından genellikle rafine edilen Si | Metal görünümlü yüzeylere sahip gümüş-gri parçalar, levhalar veya teknik parçalar. | Silika ve karbondan üretilir, ardından endüstriyel veya elektronik kullanım için saflaştırılır. |
| Makrokristalin kuvars | Kristalin SiO2 | Şeffaf, beyaz, mor, sarı, dumanlı, pembe veya dahil edilmiş kristaller ve jeodlar. | Hidrotermal damarlar, pegmatitler, boşluklar, oyuklar ve metamorfik kayalar. |
| Kalsedon ve agat | Mikro kristalin ila kriptokristalin silika | Mumlu, bantlı, yarı saydam veya opak kütleler; agat, jasper, çört ve çakmak taşı içerir. | Akışkan birikimi, diyajenez yer değiştirmesi, boşluk dolumu ve silika açısından zengin yeraltı suyu sistemleri. |
| Opal | Hidrate amorf silika | Yaygın opal, değerli opal, ateş opalı ve opalize malzeme. | Düşük sıcaklıkta çatlaklarda, tortullarda, volkanik kayalarda veya ayrışmış profillerde silika çökelmesi. |
| Silikon karbür | Doğal moissanit veya sentetik karborundum olarak bilinen SiC | Fasetli moissanit, irisli sentetik kümeler, aşındırıcı taneler veya teknik waferlar. | Doğal moissanit nadirdir; görünen çoğu SiC laboratuvar veya fırın ortamında üretilmiştir. |
Ametist
Demirle ilişkili renk merkezleri ve ışınlanma ile renklendirilmiş mor kuvars. Genellikle jeode ve hidrotermal boşluklarda bulunur.
Sitrin
Sarıdan bal renginde kuvars. Bazı sitrinler doğaldır; ticari malzemenin çoğu ısıtılmış ametist veya dumanlı kuvarstır.
Dumanlı kuvars
Alüminyumla ilişkili kusurların doğal radyasyonla etkileşimi sonucu gri ila kahverengi kuvars.
Gül kuvarsı
Rengi malzeme türüne bağlı olarak iz elementler, kusurlar veya ince lifli inklüzyonlarla ilişkili pembe kuvars.
Akik
Volkanik boşluklarda veya tortul nodüllerde sıkça tekrarlayan silika zengin darbelerle biriken bantlı kalsedon.
Jasper
Demir oksitleri, kil, organik madde veya diğer inklüzyonlarla renklendirilmiş opak, saf olmayan kalsedon.
Çört ve çakmaktaşı
Genellikle konkoidal kırılma gösteren ve tortul veya biyojenik silika geçmişlerini koruyan yoğun mikrokristalin silika kayaları.
Değerli opal
Yeterince düzenli yapıya sahip olduğunda ışığı renk oyununa dönüştüren düzenli mikroskobik küreler içeren hidratlı silika.
Terminoloji, Belgelendirme ve İşlem Farkındalığı
Açık terimler karışıklığı önler. “Silikon” Si elementini ifade etmelidir. “Silika” ise SiO anlamına gelir.2“Silikat”, silikon-oksijen tetraedrleri etrafında oluşan daha büyük mineral ailesini ifade eder. “Silikon” ise bir polimer ailesidir ve mineral değildir.
- Elementel silikon için: biliniyorsa rafine silikon, silikon metali, polikristalin silikon veya tek kristal silikon olarak tanımlayın.
- Kuvars çeşitleri için: tanınmış mineral çeşit isimlerini kullanın ve biliniyorsa doğal renk ile ısıtılmış veya ışınlanmış malzemeyi ayırt edin.
- Akik ve kalsedon için: boyama, stabilizasyon, çatlak doldurma veya diğer işlemler biliniyor veya şüpheleniliyorsa açıklayın.
- Opal için: katı opal, dublet, triplet, sıradan opal, değerli opal ve işlenmiş veya stabilize edilmiş malzemeyi ayırt edin.
- Koazit veya stişovit için: analitik belgeler bekleyin. Bunlar sıradan silika sergi mineralleri değildir.
Bakım ve Kullanım
Silikon içeren malzemeler dayanıklılık açısından büyük farklılık gösterir. Kuvars sert ve stabildir; opal ısıya, kuruluğa ve kimyasallara karşı hassas olabilir; kırılmış silikon cildi kesebilir; ve solunan silika tozu ciddi bir tehlikedir.
Kuvars ve kalsedon
Genellikle dayanıklıdır, ancak gereksiz kimyasal maruziyetten kaçının. Gözenekli veya boyanmış parçalar sert temizleyicilerden ve ıslatılmaktan uzak tutulmalıdır.
Opal
Isı şokundan, uzun süreli doğrudan güneşten, sert kimyasallardan, ultrasonik temizlemeden ve ani kurutmadan kaçının. Çift katmanlı ve üç katmanlı yapılar ekstra nem dikkatine ihtiyaç duyar.
Elementel silikon
Kırık parçaları keskin teknik malzeme olarak ele alın. Silikonu uygun kontroller olmadan öğütmeyin, testerelemeyin, delmeyin veya aşındırmayın.
Silika tozu
Uygun profesyonel toz kontrolü olmadan silika açısından zengin kayaları kesmeyin, zımparalamayın veya parlatmayın. Sergi nesnesi sorun değildir; solunabilir tozdur.
Sıkça Sorulan Sorular
Silikon doğal olarak kristal halinde bulunur mu?
Görünür doğal elementel silikon kristalleri son derece nadirdir. Olağan jeolojik ortamlarda silikon, silika ve silikat mineralleri olarak bulunur. Eğitim veya sergi bağlamlarında genellikle görülen gümüşi gri elementel silikon parçaları rafine endüstriyel malzemedir.
Silikon, silika, silikat ve silikon arasındaki fark nedir?
Silikon element Si'dir. Silika, silikon dioksittir, SiO2. Silikatlar, silikon-oksijen tetraedrlerinden ve diğer elementlerle birleşmiş minerallerdir. Silikon, mineral veya kaya değil, sentetik bir polimer ailesidir.
Agatlar ve jeodlar nasıl oluşur?
Agatlar, silika açısından zengin sıvıların kalsedonu tekrar eden katmanlar halinde, genellikle volkanik kayalardaki boşluklarda veya tortul ortamlardaki nodüllerde biriktirmesiyle oluşur. Jeode, boşlukların kristallerle, genellikle kuvarsla kaplanmasıyla oluşur; bu, mineral taşıyan sıvıların dolaşması sonrası gerçekleşir.
Moissanit bir silikon formu mudur?
Moissanit, elementel silikon değil, silikon karbürdür, SiC. Doğal moissanit nadirdir, çoğu fasetli değerli taş moissanit ve karborundum laboratuvar veya fırın ortamında yetiştirilir.
Kuvarsın bu kadar çok çeşidi neden var?
Kuvarsın temel bir kimyası vardır, SiO2, ancak renk ve doku iz elementler, ışınlama, inklüzyonlar, büyüme koşulları, ısıtma, sıvı geçmişi ve büyüme sonrası değişimle değişir.
Koesit ve stişovit toplanabilir silika mineralleri midir?
Bilimsel olarak önemlidirler, ancak sıradan dolap mineralleri değiller. Koesit ve stişovit genellikle özel yüksek basınçlı veya şok koşullarında oluşur ve analitik doğrulama gerektirir.