Úvod
Kremík, s chemickou značkou Si, je kľúčový polokovový prvok, nevyhnutný pre moderné technológie. Jeho protónové číslo je 14 a v periodickej tabuľke sa nachádza v 14. skupine. V čistej forme je to tvrdá, krehká kryštalická látka s výrazným modrosivým kovovým leskom. V prírode sa voľne nevyskytuje, je však druhým najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre. Nájdeme ho viazaný v mnohých mineráloch, predovšetkým ako oxid kremičitý (SiO₂) v piesku a kremeni. Priemyselne sa získava redukciou tejto zlúčeniny a je základom pre výrobu polovodičov, skla a keramiky.
Vlastnosti
Kremík, chemická značka Si, je polokov s protónovým číslom 14, nachádzajúci sa v 14. skupine periodickej tabuľky. Vyznačuje sa vysokou teplotou topenia (1414 °C) a ešte vyššou teplotou varu (3265 °C). . Ako tvrdá a krehká kryštalická látka má typický modrosivý kovový lesk a kryštálovú štruktúru podobnú diamantu. . Je to prirodzený polovodič, ktorého elektrická vodivosť sa výrazne zvyšuje s rastúcou teplotou, čo je základom jeho využitia. . Pri izbovej teplote je pomerne nereaktívny, no pri zahrievaní reaguje s halogénmi, dusíkom a kyslíkom, pričom vytvára ochrannú vrstvu oxidu kremičitého. . V zlúčeninách má najčastejšie oxidačné číslo +4, čo definuje jeho chemické správanie.
Pôvod názvu
Slovenský názov „kremík“ je priamo odvodený od slova „kremeň“, čo je najrozšírenejší minerál tohto prvku. Medzinárodný názov navrhol Jöns Jacob Berzelius z latinského slova „silex“ (genitív „silicis“), ktoré znamená pazúrik alebo tvrdý kameň. Obidva názvy tak odkazujú na jeho hojný výskyt v nerastoch.
Objav
Hoci zlúčeniny kremíka, napríklad pazúrik, ľudstvo poznalo od praveku, jeho identifikácia bola zložitá. V roku 1787 Antoine Lavoisier správne predpokladal, že kremeň je oxidom neznámeho prvku. Po viacerých neúspešných pokusoch iných vedcov sa za objaviteľa považuje švédsky chemik Jöns Jacob Berzelius. V roku 1824 úspešne izoloval amorfný kremík redukciou fluorokremičitanu draselného kovovým draslíkom. Tento experiment mu umožnil získať relatívne čistú vzorku prvku v podobe hnedého prášku, ktorý potom podrobne študoval a opísal. Názov prvku je odvodený z latinského slova „silex“ (pazúrik).
Výskyt v prírode
Kremík je po kyslíku druhým najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre, kde tvorí asi 28 % jej hmotnosti. V prírode sa nikdy nevyskytuje v rýdzej forme, ale výlučne v zlúčeninách. Najčastejšie je to oxid kremičitý (SiO₂), známy ako kremeň, piesok alebo opál, a v silikátoch, ktoré tvoria základ väčšiny hornín, ílov a pôd. Priemyselne sa získava karbotermickou redukciou oxidu kremičitého koksom v elektrických oblúkových peciach pri extrémne vysokých teplotách. Týmto procesom vzniká tzv. metalurgický kremík, ktorý sa pre polovodičový priemysel musí ďalej čistiť zložitými chemickými a fyzikálnymi metódami.
Využitie
Kremík je absolútnym základom modernej civilizácie, predovšetkým vďaka svojim polovodičovým vlastnostiam. Ultračistý kremík tvorí srdce takmer každého elektronického zariadenia, od smartfónov po superpočítače, kde je súčasťou integrovaných obvodov a tranzistorov. Je tiež kľúčovým materiálom pre výrobu fotovoltických článkov v solárnych paneloch, premieňajúcich slnečné svetlo na elektrickú energiu. V metalurgii sa pridáva do zliatin ocele alebo hliníka na zlepšenie ich pevnosti a odolnosti. V prírode je esenciálny pre niektoré organizmy, ako sú rozsievky, ktoré si z neho budujú zložité kremičité schránky.
Zlúčeniny
V prírode sa kremík takmer výlučne nachádza viazaný v zlúčeninách. Najdominantnejší je oxid kremičitý (SiO₂), ktorý tvorí minerály ako kremeň, krištáľ či ametyst a je hlavnou zložkou piesku. Obrovskú skupinu tvoria silikáty, ktoré sú základom väčšiny hornín zemskej kôry, napríklad živce a sľudy. Človek tieto prírodné zlúčeniny masívne využíva a pretvára. Z piesku vyrába sklo, z ílových silikátov tehly a keramiku, a zo silikátových surovín cement. Okrem toho syntetizuje zlúčeniny ako karbid kremíka, extrémne tvrdý abrazívny materiál, a silikóny, polyméry používané ako tmely.
Zaujímavosti
Kremík je po kyslíku druhým najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre, kde tvorí približne 28 % jej hmotnosti. Napriek jeho obrovskej hojnosti sa v prírode nikdy nenachádza v čistej, elementárnej forme, ale vždy len v zlúčeninách. Má podobnú kryštalickú štruktúru ako diamant a patrí medzi polokovy. Zaujímavou a pre prvky neobvyklou vlastnosťou je, že pri tuhnutí zväčšuje svoj objem, podobne ako voda. Pre elektronický priemysel sa vyrába v extrémnej čistote, kde na miliardu atómov kremíka pripadá menej ako jeden cudzí atóm.
