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Eigenschaften und Vorkommen

Silicium kann als braunes amorphes Pulver oder in Form von grauschwarzen Kristallen dargestellt werden. Man erhält es z. B. durch Erhitzen von Siliciumdioxid SiO₂ mit einem Reduktionsmittel (z. B. Kohlenstoff oder Magnesium) in einem Lichtbogenofen (siehe Lichtbogen). Das so gewonnene Produkt nennt man technisches oder auch metallurgisches Silicium. Das Element lässt sich auch durch Einwirkung von elektrischem Strom auf Quarz gewinnen.

In kristalliner Form besitzt Silicium die Härte 7 (im Vergleich zu 5 bis 7 für Glas). Das Halbmetall schmilzt bei circa 1 410 °C, siedet bei circa 2 355 °C und besitzt eine relative Dichte von 2,33. Seine relative Atommasse beträgt 28,086 u.

Silicium wird bei Raumtemperatur von Salpeter-, Salz- und Schwefelsäure praktisch nicht angegriffen, denn das gebildete, in Säuren unlösliche Siliciumdioxid verhindert den weiteren Angriff. In Flusssäure löst sich Siliciumpulver unter Bildung gasförmigen Siliciumtetrafluorids (SiF₄) auf (siehe Fluor). Auch in Natronlauge löst sich das Element auf, wobei Natriumsilicat und gasförmiger Wasserstoff entstehen. Bei gewöhnlichen Temperaturen ist Silicium unempfindlich gegen Luft, bei hohen Temperaturen reagiert es mit Sauerstoff unter Ausbildung einer Siliciumdioxidschicht, die dann eine Weiterreaktion verhindert. Außerdem reagiert Silicium bei hohen Temperaturen mit Stickstoff und Chlor zu Siliciumnitrid (siehe Nitride) bzw. Siliciumchlorid.

Mit den Fullerenen vergleichbare Käfigstrukturen, die nur aus Siliciumatomen bestehen, sind instabil. Die Siliciumkäfige lassen sich aber durch den Einbau von metallischen Zentralatomen stabilisieren. So gelang es beispielsweise japanischen Chemikern im Frühjahr 2001 Käfige aus 14 Siliciumatomen (Zentralatom Hafnium), zwölf Siliciumatomen (Zentralatom Wolfram) sowie neun Siliciumatomen (Zentralatom Iridium) herzustellen und zu charakterisieren. Die Forscher fanden heraus, dass die Anzahl der Siliciumatome für das jeweils verwendete Metall spezifisch waren. Diese Verbindungen könnten als Schaltmechanismen für die Entwicklung von Quantencomputern interessant sein, da sich die elektronischen Eigenschaften der Käfigmoleküle durch die Wahl des zentralen Metallatoms steuern lassen.

Lange Zeit gingen Forscher davon aus, dass Silicium im Molekül keine kumulierten (nacheinander folgenden) Doppelbindungen zu benachbarten Siliciumatomen auszubilden vermag. Derartige Mehrfachbindungen waren bislang nur von Verbindungen des Kohlenstoffs bekannt (z. B. bei den Allenen R₂C9C9CR₂). Japanischen Chemikern gelang es Anfang 2003, so genannte Trisilaallene zu erzeugen und zu isolieren. In diesen Siliciumverbindungen sind drei Siliciumatome über zwei kumulierte Doppelbindungen miteinander verknüpft: R₂Si9Si9SiR₂. Somit kann auch Silicium, wie sein leichterer Nachbar in der vierten Hauptgruppe des Periodensystems, eine so genannte sp-Hybridisierung aufweisen.

Silicium ist zu etwa 28 Prozent am Aufbau der Erdkruste beteiligt. Es tritt zwar nicht in freiem, d. h. elementarem Zustand auf, dafür in Form von Siliciumdioxid und komplexen Silicaten. Siliciumhaltige Mineralien machen fast 40 Prozent aller und über 90 Prozent der eruptivgesteinsbildenden Mineralien aus. Natürlich auftretende Kristallformen von Siliciumdioxid sind das Mineral Quarz, Abarten von Quarz (z. B. Karneol, Chrysopras, Onyx, Flint und Jaspis) sowie Cristobalit und Tridymit. Sand besteht hauptsächlich aus Siliciumdioxid. Die Silicate (z. B. komplexe Aluminium-, Calcium- und Magnesiumsilicate) sind die Hauptbestandteile von Tonen, Erden und Gesteinen in Form von Feldspaten, Hornblenden, Pyroxenen, Glimmer und Zeolithen sowie von Halbedelsteinen, z. B. von Olivin, Granat, Zirkon, Topas und Turmalin.