És, després de l’oxigen, l’element més abundant de l’escorça terrestre, de la qual constitueix un 26% en pes. És constituït per una mescla de tres isòtops naturals, estables, amb masses 28 (92,21%), 29 (4,70%) i 30 (3,09%), que determinen un pes atòmic de 28,086. Són també coneguts cinc radioisòtops artificials de l’element, amb masses que van de 25 a 32. El silici és àmpliament difós a la natura, i hom ha detectat la seva presència al Sol, en estels i en meteorits. No ocorre natiu i les seves menes més importants són les diverses varietats de sílice (SiO2) i els silicats.
L’obtenció de l’element és feta per diversos mètodes d’acord amb la finalitat del silici. El mètode comercial més important consisteix en la reducció de la sílice amb carboni en un forn elèctric. La preparació de silici de puresa elevada (99,7%) és aconseguida per transformació de silici impur en el tetraclorur (SiCl4), volàtil, purificació d’aquest per destil·lació i posterior reducció amb zinc.
El silici per a ús en electrònica és aconseguit per purificació zonal, per tal d’eliminar bor, alumini, fòsfor, gal·li, arsènic, indi i antimoni, i posterior obtenció d’un monocristall pel mètode de Czochralski, el qual consisteix a submergir un monocristall de petites dimensions en un bany de silici líquid escalfat a la temperatura de fusió i retirar-lo lentament per tal de provocar el creixement del monocristall. Normalment, hom realitza simultàniament el dopatge del monocristall.
El silici elemental cristal·lí és de color grisenc amb llustre metàl·lic, molt dur, amb punts de fusió i ebullició molt elevats, i és un semiconductor intrínsec. La forma amorfa de l’element es presenta en pólvores marrons, conductores de l’electricitat, que poden ésser foses i vaporitzades amb facilitat.
Quant a les propietats químiques, el silici presenta diferències molt notables amb el carboni, primer element del grup IV A, pel fet de tenir una electronegativitat molt més petita, que comporta variacions notables en la polaritat de determinats enllaços, una tendència a l’encadenament molt atenuada (no hi ha cadenes de més de sis àtoms de silici), una coordinació màxima de sis, gràcies a l’existència d’orbitals d buits amb energia apropiada, i absència de formació d’enllaços múltiples amb ell mateix o amb cap altre element. La característica química més important del silici és la seva tendència a combinar-se amb l’oxigen per formar estructures polimèriques o discretes en què cada àtom de silici és voltat per quatre àtoms d’oxigen. Atesa la gran energia de l’enllaç Si-O (89,3 kcal/mol), les esmentades estructures gaudeixen d’una gran estabilitat. El silici és essencialment no metàl·lic i la seva reactivitat depèn sobretot del grau de divisió. En forma compacta, es recobreix en l’aire d’una capa superficial d’òxid, mentre que finament dividit s’encén en l’aire amb facilitat. És atacat pel clorur d’hidrogen en calent, amb formació del tetraclorur (SiCl4) i alliberament d’hidrogen, i pel fluorur d’hidrogen en fred, amb formació d’àcid hexafluorosilícic (H2SiF6), i no és atacat pels altres àcids. Es dissol en les bases fortes, amb formació de silicats i alliberament d’hidrogen (Si+2KOH+H2O →K2SiO3+2H2), i es combina directament amb els halògens i, en calent, amb altres no metalls (silicur). Atesa l’estructura electrònica del silici (3s23p2), actua, anàlogament al carboni, de forma pràcticament exclusiva amb valència 4.
Els seus composts són essencialment covalents i molts gaudeixen d’una importància econòmica notable. Entre els més importants cal esmentar els hidrurs (silà) i els derivats alquilats i halogenats d’aquests, els quals, per hidròlisi, condueixen als silanols, constituents estructurals de les silicones; els halogenurs, com el tetrafluorur (SiF4), que forma un adducte àcid i hexacoordinat amb el fluorur d’hidrogen (H2SiF6), i el tetraclorur (SiCl4), emprat en la preparació de l’element; el diòxid de silici i els seus derivats; els silicurs, anàlegs als carburs; i els composts binaris amb elements electronegatius (carbur, nitrur), molt durs i de propietats refractàries.
El silici pot ésser introduït en l’estructura de tota una gamma de composts orgànics (sililació), als quals confereix propietats molt interessants. Des del punt de vista biològic, el silici té en alguns casos un paper important, i és el material bàsic per a la construcció de la paret cel·lular de diverses algues (crisofícies, diatomees). El 1990 es descobriren macromolècules de silici similars als ful·lerens de carboni. Fou un descobriment inesperat ja que hom creia que no es podrien fabricar ful·lerens de silici estables. El problema de la inestabilitat de les xarxes tancades de silici se solucionà col·locant un àtom metàl·lic central, concretament tungstè. Una de les formes més estables aconseguides té un conjunt de dotze àtoms de silici que formen una gàbia al voltant d’un àtom de tungstè. Aquesta configuració té l’avantatge que aïlla els efectes químics de l’àtom central, per la qual cosa pot ésser molt útil en la captura d’àtoms o en catàlisi. La respiració continuada de pols de natura silícica ocasiona als humans una malaltia pulmonar greu, la silicosi. El silici troba aplicació, en forma elemental, en electrònica per a la fabricació de dispositius semiconductors i cèl·lules fotoelèctriques, i en metal·lúrgia per a la preparació d’acers especials (ferrosilici) i d’altres aliatges i en la preparació de diversos composts. En forma composta (silicats, sílice, silicones), gaudeix d’un ús molt general.
Propietats físiques del silici
| nombre atòmic | 14 |
| pes atòmic | 28,086 |
| estructura electrònica | [Ne] 3s23p2 |
| estats d’oxidació | -4, +2, +4 |
| densitat | 2,33 g/ml |
| punt de fusió | 1 410ºC |
| punt d’ebullició | 2 355ºC |
| radi iònic (Si+1) | 0,65 Å |
| potencials d’ionització, en eV | I: 8,151 |
| II: 16,345 | |
| III: 33,492 | |
| conductivitat tèrmica (a 25ºC) | 1,49 W/cm∙K |
| resistivitat elèctrica (a 0ºC) | 3x106 μΩ |