Dopo l'ossigeno, il silicio è l'elemento più presente sulla terra. Non si trova libero in natura, ma come ossido (silice) o silicato (feldspato, caolinite e così via) in sabbia, roccia e argilla. Un metodo di preparazione è riscaldando il quarzo (SiO2) con carbonio; durante questo processo viene emesso monossido di carbonio e rimane silicio grezzo (puro al 98%). Questo grado è sufficientemente puro per essere incorporato in leghe, ad esempio di alluminio e ferro, per renderle più dure o meno fragili. Il silicio puro viene preparato riscaldando il silicio grezzo nel cloro. Durante questo processo il composto volatile SiCl4 avviene e viene separato per distillazione. Se questo liquido viene riscaldato insieme all'idrogeno, viene rilasciato silicio puro. Questo viene modellato a forma di bastoncino, e le ultime impurità vengono “galleggiate” fuori dal bastoncino riscaldandone successivamente piccole porzioni fino al punto di fusione, in un'atmosfera di gas inerte, come argon, addizionato con eventuali oligoelementi da aggiungere, che si dissolvono nel silicio liquido.
Silossani sono composti che contengono ossigeno oltre a idrogeno, silicio e, solitamente, carbonio (sebbene siano presenti alcuni silossani inorganici). Partendo da piccole molecole, possono essere assemblate in grandi unità (polimeri), alle quali possono essere impartite varie proprietà (liquidità, elasticità, stabilità e così via). I silossani esistono sotto forma di resine, elastomeri (composti gommosi) o oli.
si utilizza
Viene utilizzato come legante per acciaio, alluminio, rame, bronzo e ferro. È anche ampiamente utilizzato nella produzione di semiconduttori e nella produzione di silani e composti di organosilicio.
I composti di organosilicio sono utilizzati sotto forma di resine, elastomeri (composti gommosi) o oli. resine sono composti organosiliconi che, miscelati con una serie di altre sostanze utilizzate nell'industria delle vernici (induritori, acceleranti, ecc.), formano strati molto stabili e sono facilmente applicabili anche su supporti a cui generalmente altre vernici non aderiscono bene (come ad esempio superfici metalliche). Inoltre sono abbastanza resistenti al riscaldamento momentaneo o all'attacco dell'ossigeno e non sbiadiscono molto alla luce del sole. Tra l'altro, queste resine sono utilizzate anche come composti per stampaggio (plastica), e nella fabbricazione di schiume che presentano una buona resistenza alle alte temperature e sono utili isolanti termici. Altre resine vengono utilizzate come i cosiddetti fogli (strati sottili applicati nell'industria elettronica) a causa della loro bassa combustibilità e delle buone proprietà di isolamento elettrico anche in un ambiente umido. Le resine siliconiche hanno numerose applicazioni grazie alla loro stabilità al calore e idrorepellenza e alla loro resistenza ai solventi, alle alte temperature e alla luce solare. Le resine siliconiche sono utilizzate in pitture, vernici, composti per stampaggio (plastica), isolamento elettrico, rivestimenti sensibili alla pressione e distaccanti e laminati.
Silicato di metile è un liquido abbastanza volatile utilizzato nella fabbricazione di schermi televisivi. Quando viene decomposto in acqua, risulta uno strato trasparente di acido silicico, che fissa lo schermo alla parete di vetro. Silicato di etile viene utilizzato come legante per la realizzazione di stampi in speciali processi di fusione dei metalli o come punto di partenza nella sintesi chimica.
Pericoli e loro prevenzione
Questa sezione discute i pericoli dei composti di organosilicio. Il lettore è rimandato altrove nel Enciclopedia per discussioni sugli importanti effetti sulla salute dell'esposizione ai silicati, in particolare ai silicati cristallini. Gli effetti dei carburi di silicio sono discussi anche altrove.
I rischi tossicologici del silicio metallico non sono noti. Per la maggior parte degli scopi normativi è considerata una polvere fastidiosa. Quando il silicio viene preparato e purificato in assenza di aria, il processo avviene in un involucro sigillato a tenuta di gas che dovrebbe limitare le esposizioni. I rischi possono derivare dalle sostanze chimiche utilizzate in combinazione con il silicio in vari processi di produzione. Ci sono tre tipi di composti di silicio considerati qui: silani, silossani ed eterosilossani.
Silani. I silani contengono idrogeno e silicio. La maggior parte di esse sono sostanze oleose molto stabili che di per sé trovano scarsa applicazione pratica. Se vengono aggiunti cloro, azoto e così via, tuttavia, possono essere utilizzati per la sintesi chimica. Sia il tetraclorosilano che il triclorosilano, tuttavia, sono composti altamente reattivi che possono emettere un vapore asfissiante altamente irritante. Quando vengono a contatto con l'acqua si decompongono (idrolisi), liberando acido cloridrico. L'acqua nell'atmosfera può avviare tale idrolisi. I prodotti dell'idrolisi possono avere intensi effetti sugli occhi e sulle vie respiratorie. Inoltre, il triclorosilano si accende facilmente. Questi liquidi sono trattati come sostanze corrosive e vengono spediti in fiale di quarzo o scatole di acciaio inossidabile. Le fuoriuscite possono essere rese innocue dalla soda anidra.
I silossano i vapori d'olio possono essere irritanti per gli occhi ed è stato riferito che concentrazioni estremamente elevate possono avere gravi effetti sul sistema respiratorio. Al contrario il silicio composti di resina sono stati considerati innocui in passato e sono stati ampiamente utilizzati come impianti nel corpo.
elastomeri (composti gommosi). Queste sostanze si caratterizzano per la loro grande stabilità alle alte (250 °C) e alle basse temperature (fino a -75 °C) e per la resistenza all'attacco di sostanze chimiche. La loro inerzia chimica è tale che vengono spesso utilizzati come materiale di impianto per vasi sanguigni e così via. Inoltre, non si dissolvono in molti solventi organici, come il tricloroetilene o l'acetone. Le membrane in gomma siliconica sono facilmente permeabili da gas come l'ossigeno, anche quando questi sono disciolti in acqua.
Va notato che ci sono state importanti controversie e controversie legali sugli effetti delle protesi mammarie al silicio, con note autorità divise su eventuali possibili rischi per la salute a lungo raggio.
Oli. Questi composti mantengono la loro stabilità anche se esposti a sbalzi estremi di temperatura. Per questo motivo vengono spesso utilizzati come lubrificanti, in quanto la loro viscosità rimane sostanzialmente costante al variare della temperatura. Sono anche usati come idrorepellenti, applicati ad esempio su pareti, tessuti o pelle. Le parti stampate possono essere facilmente rimosse dalle muffe imbrattate con questi composti e agiscono anche come agenti antischiuma (quest'ultima proprietà è tra l'altro di aiuto per chi soffre di bronchite cronica, poiché l'inalazione dei vapori di questi oli aiuta l'evacuazione del catarro) . Negli animali da esperimento è stato riscontrato che queste sostanze vengono eliminate molto lentamente dai polmoni, ma che la loro presenza non provoca reazioni avverse. Anche le pomate preparate con siliconi sono molto ben tollerate e, in virtù delle loro proprietà idrorepellenti, contribuiscono alla prevenzione o alla guarigione degli eczemi da contatto, poiché impediscono il contatto con sostanze che provocano reazioni di ipersensibilità.
Esperimenti su animali hanno anche indicato che se il vapore viene inalato in concentrazioni molto elevate può provocare una narcosi fatale; se gli animali esposti sopravvivevano alla narcosi, tuttavia, ne seguiva la completa guarigione. Gli oli siliconici irritano lievemente le mucose oculari, dando origine ad arrossamenti, dolori e lacrimazioni; sintomi più gravi sono indotti solo da composti a basso peso molecolare.
Eterosilossani. Oltre al silicio, all'idrogeno e all'ossigeno, gli eterosilossani contengono alcuni altri elementi come metalli (alluminio, stagno, piombo e così via), boro o arsenico, ecc. Si idrolizzano facilmente e sono quindi pericolosi per il corpo umano, un importante parte del quale è costituito da acqua. Gli eterosilossani si formano generalmente come prodotti intermedi nelle sintesi chimiche. Silicato di metile ed silicato di etile occupano un posto speciale in questo gruppo. Il silicato di metile, un liquido abbastanza volatile, viene utilizzato nella fabbricazione di schermi televisivi. Quando si decompone in acqua, uno strato trasparente di acido silicico risultati, che fissa lo schermo alla parete di vetro. Il silicato di metile liquido o vapore che raggiunge gli occhi non produce effetti immediati, ma dopo 10-12 ore provoca un violento dolore oculare, accompagnato da arrossamento e lacrimazione. La cornea diventa opaca e possono verificarsi ulcere, che possono portare alla cecità. Se il vapore viene inalato, possono verificarsi danni fatali ai polmoni o ai reni. Poiché il contatto con il vapore o il liquido non produce dolore immediato, sono necessarie precauzioni speciali con questa sostanza. La rottura dei palloni deve essere evitata. Gli occhi devono essere protetti da occhiali a tenuta di gas e il rischio di inalazione di vapori in caso di fuoriuscita, ecc., deve essere evitato installando un sistema di ventilazione di scarico.
Il silicato di etile, utilizzato come legante per la realizzazione di stampi in speciali processi di fusione dei metalli o come punto di partenza nelle sintesi chimiche, ha una bassa tensione di vapore; questa proprietà fisica aiuta a ridurre l'esposizione. In alte concentrazioni irrita le mucose e la pelle, e in concentrazioni molto elevate si è rivelato fatale per gli animali.
All'aumentare del peso molecolare dei silicati, vi è una diminuzione della reattività.
Tabelle dei composti di silicio e organosilicio
Tabella 1 - Informazioni chimiche.
Tabella 2 - Rischi per la salute.
Tabella 3 - Pericoli fisici e chimici.
Tabella 4 - Proprietà fisiche e chimiche.