Penawaran dan permintaan
Sepertinya di mana pun Anda melihat hari ini ada kekurangan. Ada kekurangan air, makanan dan obat-obatan. Ada kekurangan perawat yang berkualitas. Ada kekurangan unsur tanah jarang yang kita butuhkan dalam mobil hibrida, turbin angin, dan layar televisi. Dan, ketika ada kekurangan sesuatu yang permintaannya tinggi, biayanya meningkat. Pada tahun 2014, harga bensin di SPBU telah naik hampir 1.400% selama 40 tahun sebelumnya. Dalam empat dekade yang sama, upah perawat meningkat sebesar 1.200%. Dan Anda tidak perlu memberi tahu mereka apa yang terjadi dengan biaya makanan. Syukurlah, silikon, salah satu hal terpenting yang kita butuhkan, juga merupakan salah satu sumber daya paling melimpah di planet ini.
Lain kali Anda berada di pantai atau di bukit pasir, ambil segenggam pasir. Sekitar setengah dari berat pasir yang Anda pegang adalah silikon. Faktanya, silikon adalah unsur paling umum kedua di planet Bumi. Hampir 28% dari kerak bumi terdiri dari silikon. Mari cari tahu lebih lanjut tentang barang yang sangat melimpah, sangat berguna dan sangat murah ini.
definisi silikon
Silikon (Si) adalah salah satu dari tujuh elemen yang dikenal sebagai metaloid . Ini hanyalah istilah mewah untuk menggambarkan unsur-unsur tertentu yang tidak berperilaku persis seperti logam atau persis seperti nonlogam. Daftar metaloid yang diterima secara umum adalah silikon, germanium, boron, arsenik, antimon, telurium, dan polonium. Silikon dapat memiliki sifat seperti logam atau bukan logam tergantung pada elemen apa yang digabungkan dengannya. Kaca adalah senyawa silikon yang sangat umum yang memiliki kualitas non-logam, sedangkan silikon yang digunakan dalam elektronik dapat dibuat seperti logam.
Silikon mirip dengan karbon. Anda mungkin tahu bahwa karbon adalah bahan utama dalam pensil (atau grafit) atau berlian. Karbon bergabung dengan sejumlah besar unsur lain, dan setiap senyawa memiliki sifat yang berbeda. Begitu pula dengan silikon.
Pada tingkat atom, silikon memiliki 14 elektron, 4 di antaranya berada di kulit terluar (tingkat energi tertinggi) dan mudah berikatan dengan unsur lain. Silikon terjadi di alam terutama sebagai silikon dioksida, yang juga disebut silika . Itu ditemukan di pasir, kuarsa, batu akik dan bahkan opal. Silika sejauh ini merupakan senyawa paling umum yang ditemukan secara alami di Bumi. Gambar ini menunjukkan atom silikon dan kombinasi atom silikon dan oksigen yang membentuk silika. Ini adalah struktur kisi yang dibentuk oleh kuarsa (lihat video).
Banyak kegunaan silikon
Jadi apa saja kegunaan silikon?
Salah satu sifat silikon yang paling penting adalah semikonduktor , yang berarti kemampuannya untuk menghantarkan listrik lebih baik daripada isolator (seperti belerang) tetapi tidak sebaik konduktor (seperti tembaga). Ketika silikon murni diinfuskan dengan unsur lain (disebut pengotor) seperti boron atau fosfor, jumlah elektron yang tersedia dalam campuran berubah. Proses ini disebut doping .
Dengan menggunakan doping dan membuat persimpangan antara daerah silikon yang didoping berbeda, hampir semua komponen sirkuit elektronik dapat diproduksi dari silikon pada chip sirkuit terpadu (atau IC). Ini termasuk dioda, transistor, resistor, kapasitor, isolator, dan bahkan jalur konduksi tinggi yang dapat menggantikan logam mahal seperti emas. Chip IC diproduksi pada wafer silikon bulat, seperti yang ditunjukkan di sini (lihat video).
Silikon dioksida adalah bahan utama dalam kaca. Kaca dibuat dengan menggabungkan pasir silikon (juga disebut pasir kuarsa) dengan karbon pada suhu tinggi (hingga 4.000 derajat Fahrenheit). Saat kaca terbentuk, campuran melepaskan karbon dan oksigen sebagai gas (karbon monoksida). Kaca telah ada selama ribuan tahun; pembuatan kaca pertama yang diketahui adalah pada tahun 2000 SM. C. di Mesopotamia (sekarang Irak).
Silikon juga dapat berbentuk silikon karbida. Kombinasi silikon dan karbon ini telah diproduksi sejak abad ke-19. Ini hampir tidak bisa dihancurkan, hampir sekeras berlian, dan dapat menahan suhu tertinggi tanpa meleleh. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi industri termasuk abrasive, penggilingan, pemolesan, pemotongan, tungku, pelindung tubuh, dan industri kedirgantaraan.
Kemampuan untuk membawa data dengan kecepatan sangat tinggi dalam seberkas cahaya telah merevolusi komunikasi digital. Serat optik yang berdiameter sepersekian rambut manusia dapat membawa data digital dengan kecepatan gigabit (atau miliaran bit) per detik. Serat ini biasanya diekstraksi dari silikon dioksida cair atau dengan deposisi uap dengan silikon tetraklorida.
Silikon sangat penting dalam paduan silikon. Paduan hanyalah campuran logam dan setidaknya satu elemen lainnya, dibuat untuk menambah kekuatan atau meningkatkan pemrosesan logam. Baja adalah contoh umum dari paduan, di mana besi dan karbon digabungkan. Silikon juga biasa digabungkan dengan besi dalam proses pembuatan baja. Faktanya, paduan ferrosilikon adalah penggunaan silikon nomor satu di dunia. 80% dari semua silikon mentah di seluruh dunia masuk ke aplikasi ini.
Silikon juga biasa digunakan dalam energi surya. Perangkat elektronik paling dasar yang dibangun dari silikon adalah dioda. Lapisan tipis silikon yang didoping boron diendapkan pada dasar logam. Lapisan silikon tipis lainnya diolah dengan fosfor dan terletak di atasnya. Antarmuka antara dua lapisan ini disebut persimpangan. Akhirnya, kisi kontak logam lainnya disimpan di atas. Dioda dengan sendirinya tidak dapat menghasilkan banyak tenaga listrik, tetapi jika foton dari sumber cahaya dibiarkan mencapai persimpangan, mereka akan membangkitkan elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi dan arus dapat mengalir dari perangkat.
Anda mungkin pernah melihat ladang surya dengan ribuan sel surya yang digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik. Ladang surya 32 megawatt Long Island, ditampilkan di sini (lihat video), adalah rangkaian sel surya terbesar (164.312 panel pada 200 hektar) di Amerika Serikat bagian timur.
Ringkasan Pelajaran
Silikon adalah unsur paling melimpah kedua di Bumi, kedua setelah oksigen. Dengan empat elektron di kulit terluarnya, ia dengan mudah bergabung dengan oksigen untuk membentuk silikon dioksida. Senyawa ini, juga dikenal sebagai silika , adalah zat yang paling banyak ditemukan di kerak bumi dan merupakan bahan utama dalam pasir. Silikon adalah metaloid , artinya silikon dan unsur metaloid lainnya memiliki sifat yang berada di antara logam dan nonlogam, tergantung dengan apa mereka digabungkan.
Ada berbagai macam kegunaan untuk silikon. Ini adalah semikonduktor , yang berarti ia menghantarkan listrik lebih baik daripada isolator tetapi tidak sebaik logam. Dalam peran ini, telah menjadi andalan manufaktur sirkuit terpadu (IC). Ketika silikon melewati proses doping , elemen lain, seperti fosfor atau boron, dimasukkan ke dalamnya untuk mengubah sifat listriknya. Doping, bersama dengan membuat sambungan listrik antara daerah silikon yang didoping berbeda, berarti bahwa hampir semua perangkat elektronik yang diperlukan dalam IC — dioda, transistor, resistor, kapasitor, konduktor, atau isolator — dapat dibuat dari silikon. Dan, ketika persimpangan silikon terkena cahaya, mereka bahkan dapat menghasilkan listrik (seperti pada sel surya).
Silikon dioksida adalah komponen utama kaca komersial dan juga digunakan untuk membuat serat optik untuk komunikasi. Silikon karbida adalah senyawa ajaib yang hampir sekeras intan dan memiliki beberapa aplikasi komersial termasuk bahan abrasif dan pelindung tubuh. Terakhir, silikon digabungkan dengan logam untuk membentuk paduan; contoh yang baik adalah ferosilikon, yang digunakan dalam pembuatan baja.