Après l'oxygène, le silicium est l'élément le plus fréquemment retrouvé sur terre. Il ne se présente pas sous forme libre dans la nature, mais sous forme d'oxyde (silice) ou de silicate (feldspath, kaolinite, etc.) dans le sable, la roche et l'argile. Une méthode de préparation consiste à chauffer du quartz (SiO2) avec du carbone ; pendant ce processus, du monoxyde de carbone est émis et il reste du silicium brut (pur à 98 %). Cette nuance est suffisamment pure pour être incorporée dans des alliages, par exemple d'aluminium et de fer, afin de les rendre plus durs ou moins cassants. Le silicium pur est préparé en chauffant du silicium brut dans du chlore. Au cours de ce processus, le composé volatil SiCl4 se produit et est séparé par distillation. Si ce liquide est chauffé avec de l'hydrogène, du silicium pur est libéré. Celui-ci est façonné en forme de tige, et les dernières impuretés sont "flottées" hors de la tige en chauffant successivement de petites portions de celle-ci jusqu'au point de fusion, dans une atmosphère de gaz inerte, tel que l'argon, mélangé avec d'éventuels oligo-éléments à ajouter, qui se dissolvent dans le silicium liquide.
Siloxane sont des composés qui contiennent de l'oxygène en plus de l'hydrogène, du silicium et, généralement, du carbone (bien qu'il existe des siloxanes inorganiques). A partir de petites molécules, ils peuvent être construits en grandes unités (polymères), auxquelles diverses propriétés (liquidité, élasticité, stabilité, etc.) peuvent être conférées. Les siloxanes existent sous forme de résines, d'élastomères (composés caoutchouteux) ou d'huiles.
Les usages
Il est utilisé comme agent d'alliage pour l'acier, l'aluminium, le cuivre, le bronze et le fer. Il est également largement utilisé dans la fabrication de semi-conducteurs et dans la production de silanes et de composés organosiliciés.
Les composés organosiliciés sont utilisés sous forme de résines, d'élastomères (composés caoutchouteux) ou d'huiles. Résines sont des composés organosiliciés qui, lorsqu'ils sont mélangés avec un certain nombre d'autres substances utilisées dans l'industrie de la peinture (durcisseurs, accélérateurs, etc.), forment des couches très stables et sont facilement applicables même sur des bases auxquelles d'autres peintures n'adhèrent généralement pas bien (telles que surfaces métalliques). De plus, ils sont assez résistants à un échauffement momentané ou à une attaque par l'oxygène, et ne se décolorent pas beaucoup au soleil. Entre autres choses, ces résines sont également utilisées comme composés de moulage (plastiques) et dans la fabrication de mousses qui présentent une bonne résistance aux hautes températures et sont d'utiles isolants thermiques. D'autres résines sont utilisées sous forme de feuilles dites (couches minces appliquées dans l'industrie électronique) en raison de leur faible combustibilité et de leurs bonnes propriétés d'isolation électrique même dans un environnement humide. Les résines de silicone ont de nombreuses applications en raison de leur stabilité à la chaleur et de leur caractère hydrofuge, ainsi que de leur résistance aux solvants, aux températures élevées et à la lumière du soleil. Les résines de silicone sont utilisées dans les peintures, les vernis, les composés de moulage (plastiques), l'isolation électrique, les revêtements sensibles à la pression et anti-adhésifs et les stratifiés.
Silicate de méthyle est un liquide assez volatil utilisé dans la fabrication des écrans de télévision. Lorsqu'il se décompose dans l'eau, il en résulte une couche transparente d'acide silicique qui fixe l'écran à la paroi de verre. Silicate d'éthyle est utilisé comme liant pour la fabrication de moules dans des procédés spéciaux de fonderie de métaux ou comme point de départ dans la synthèse chimique.
Les dangers et leur prévention
Cette section traite des dangers des composés organosiliciés. Le lecteur est renvoyé ailleurs dans le Encyclopédie pour des discussions sur les effets importants sur la santé de l'exposition aux silicates, en particulier les silicates cristallins. Les effets des carbures de silicium sont également discutés ailleurs.
Les dangers toxicologiques du silicium métallique ne sont pas connus. Aux fins de la plupart des réglementations, il est considéré comme une poussière nuisible. Lorsque le silicium est préparé et purifié en l'absence d'air, le processus se déroule dans une enceinte scellée et étanche aux gaz, ce qui devrait limiter les expositions. Des dangers peuvent provenir des produits chimiques qui sont utilisés en conjonction avec le silicium dans divers procédés de fabrication. Trois types de composés de silicium sont considérés ici : les silanes, les siloxanes et les hétérosiloxanes.
Silanes. Les silanes contiennent de l'hydrogène et du silicium. La plupart d'entre eux sont des substances huileuses très stables qui, en elles-mêmes, ne trouvent que peu d'application pratique. Cependant, si du chlore, de l'azote, etc. sont ajoutés, ils peuvent être utilisés pour la synthèse chimique. Cependant, le tétrachlorosilane et le trichlorosilane sont des composés hautement réactifs qui peuvent émettre une vapeur asphyxiante hautement irritante. Au contact de l'eau, ils se décomposent (hydrolyse) en dégageant du chlorure d'hydrogène. L'eau dans l'atmosphère peut initier une telle hydrolyse. Les produits d'hydrolyse peuvent avoir des effets intenses sur les yeux et les voies respiratoires. De plus, le trichlorosilane s'enflamme facilement. Ces liquides sont traités comme des substances corrosives et sont expédiés dans des ampoules de quartz ou des boîtes en acier inoxydable. Les déversements peuvent être rendus inoffensifs par la soude anhydre.
La siloxane les vapeurs d'huile peuvent être irritantes pour les yeux, et il est rapporté que des concentrations extrêmement élevées peuvent avoir des effets graves sur le système respiratoire. Par contre le silicium composés de résine ont été considérés comme inoffensifs dans le passé et ont été largement utilisés comme implants dans le corps.
Elastomers (composés caoutchouteux). Ces substances se caractérisent par leur grande stabilité à haute (250 °C) et à basse température (jusqu'à -75 °C) et leur résistance aux attaques chimiques. Leur inertie chimique est telle qu'ils sont souvent utilisés comme matériau d'implant pour les vaisseaux sanguins, etc. De plus, ils ne se dissolvent pas dans de nombreux solvants organiques, tels que le trichloroéthylène ou l'acétone. Les membranes en caoutchouc de silicone sont facilement perméables aux gaz tels que l'oxygène, même lorsqu'ils sont dissous dans l'eau.
Il convient de noter qu'il y a eu des controverses majeures et des différends juridiques sur les effets des implants mammaires en silicone, les autorités notées étant divisées sur d'éventuels risques pour la santé à long terme.
Huiles. Ces composés conservent également leur stabilité lorsqu'ils sont exposés à des changements extrêmes de température. Pour cette raison, ils sont souvent utilisés comme lubrifiants, car leur viscosité reste sensiblement constante à différentes températures. Ils sont également utilisés comme hydrofuges, appliqués par exemple sur les murs, les textiles ou le cuir. Les pièces pressées peuvent être facilement retirées des moules enduits de ces composés, et elles agissent également comme agents anti-mousse (cette dernière propriété est entre autres une aide pour les personnes souffrant de bronchite chronique, car l'inhalation des vapeurs de ces huiles facilite l'évacuation des mucosités) . Chez les animaux de laboratoire, il a été constaté que ces substances sont éliminées très lentement des poumons, mais que leur présence n'y provoque aucune réaction indésirable. Les pommades préparées avec des silicones sont également très bien tolérées et, grâce à leurs propriétés hydrofuges, contribuent à la prévention - ou à la guérison - des eczémas de contact, puisqu'elles évitent le contact avec des substances provoquant des réactions par hypersensibilité.
Des expériences sur des animaux ont également indiqué que si la vapeur est inhalée à des concentrations très élevées, une narcose mortelle peut en résulter; si les animaux exposés survivaient à la narcose, cependant, une guérison complète s'ensuivait. Les huiles de silicone irritent légèrement les muqueuses oculaires, provoquant des rougeurs, des douleurs et des larmoiements ; des symptômes plus graves ne sont induits que par des composés de faible poids moléculaire.
Hétérosiloxanes. Outre le silicium, l'hydrogène et l'oxygène, les hétérosiloxanes contiennent certains autres éléments tels que des métaux (aluminium, étain, plomb...) ainsi que du bore ou de l'arsenic... Ils s'hydrolysent facilement et sont donc dangereux pour l'organisme humain, un élément majeur. dont une partie est constituée d'eau. Les hétérosiloxanes sont généralement formés comme produits intermédiaires dans les synthèses chimiques. Silicate de méthyle et silicate d'éthyle occupent une place particulière dans ce groupe. Le silicate de méthyle, un liquide assez volatil, est utilisé dans la fabrication des écrans de télévision. Lorsqu'il se décompose dans l'eau, une couche transparente de acide silicique résultats, ce qui fixe l'écran au mur de verre. Le silicate de méthyle liquide ou vapeur qui atteint les yeux ne produit pas d'effet immédiat, mais après 10 à 12 h provoque de violentes douleurs oculaires, accompagnées de rougeurs et de larmes. La cornée devient opaque et des ulcères peuvent survenir, ce qui peut entraîner la cécité. Si la vapeur est inhalée, des dommages mortels aux poumons ou aux reins peuvent s'ensuivre. Étant donné que le contact avec la vapeur ou le liquide ne produit aucune douleur d'avertissement immédiat, des précautions particulières sont requises avec cette substance. La casse des flacons doit être évitée. Les yeux doivent être protégés par des lunettes étanches aux gaz et le risque d'inhalation de vapeurs en cas de déversement, etc. doit être évité en installant un système de ventilation par aspiration.
Le silicate d'éthyle, qui est utilisé comme liant pour la fabrication de moules dans des procédés spéciaux de fonderie de métaux ou comme point de départ dans les synthèses chimiques, a une faible pression de vapeur ; cette propriété physique aide à réduire l'exposition. A forte concentration, il irrite les muqueuses et la peau, et à très forte concentration, il s'est avéré mortel pour les animaux.
Lorsque le poids moléculaire des silicates augmente, il y a une diminution de la réactivité.
Tableaux des composés de silicium et d'organosilicium
Tableau 1 - Informations chimiques.
Tableau 2 - Dangers pour la santé.
Tableau 3 - Dangers physiques et chimiques.
Tableau 4 - Proprietes physiques et chimiques.