Úvod
Křemík, chemická značka Si, je klíčový polokov s protonovým číslem 14. V periodické tabulce ho nalezneme ve 14. skupině. V čisté krystalické formě je to tvrdá, křehká látka s charakteristickým modrošedým kovovým leskem. V přírodě se nevyskytuje volně, ale je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře. Získává se především z oxidu křemičitého (SiO₂), který tvoří křemen a písek. Jeho vlastnosti polovodiče z něj dělají základní materiál pro výrobu čipů, tranzistorů a solárních panelů, tedy pro celou moderní elektroniku.
Vlastnosti
Křemík, chemická značka Si, je polokov se čtrnácti protony v jádře, patřící do 14. skupiny periodické tabulky. V krystalické formě se jeví jako tvrdý, křehký a lesklý materiál s modrošedým nádechem, jehož atomy tvoří pevnou kovalentní mřížku podobnou diamantu, což vysvětluje jeho vysokou teplotu tání. Je čtyřvazný a za běžných teplot poměrně nereaktivní, avšak za vyšších teplot ochotně reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu křemičitého. Jeho nejdůležitější vlastností je polovodivost, která se mění s teplotou a příměsí jiných prvků, což je základem moderní elektroniky. Vyskytuje se také v amorfní formě jako hnědý prášek.
Vznik názvu
Český název prvku, křemík, je odvozen od slova „křemen“, což je starý název pro jeho nejběžnější sloučeninu, oxid křemičitý. Mezinárodní název silicium, z něhož pochází značka Si, je odvozen z latinského slova „silex“ (genitiv silicis), které znamená pazourek nebo obecně tvrdý kámen.
Objev
Ačkoliv sloučeniny křemíku, jako pazourek a křemen, využívalo lidstvo od pravěku k výrobě nástrojů a skla, samotný prvek zůstal dlouho neobjeven. Antoine Lavoisier v 18. století správně předpokládal, že křemen je oxidem neznámého prvku. O první izolaci nečisté formy se v roce 1811 pokusili Joseph L. Gay-Lussac a Louis J. Thénard. Za objevitele je však považován švédský chemik Jöns Jacob Berzelius, který v roce 1824 připravil amorfní křemík redukcí fluorokřemičitanu draselného draslíkem. Berzelius mu také dal jméno odvozené z latinského slova „silex“, pazourek. Krystalickou formu křemíku poprvé připravil Henri Deville.
Výskyt v přírodě
Křemík je po kyslíku druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, tvoří přibližně 28 % její hmotnosti. V přírodě se nikdy nevyskytuje v čisté, elementární formě, ale výhradně ve sloučeninách. Nejčastěji se s ním setkáváme ve formě oxidu křemičitého, tedy jako křemen, písek či pazourek, a v nesčetných křemičitanech, které tvoří většinu hornin a jílů. Průmyslově se získává redukcí vysoce čistého písku uhlíkem, obvykle koksem, v elektrické obloukové peci při velmi vysokých teplotách. Pro výrobu polovodičů musí být tento surový křemík dále čištěn složitými procesy, například zonální tavbou, aby se dosáhlo extrémní čistoty.
Využití
Křemík je naprostým základem moderní technologie. Jeho unikátní polovodičové vlastnosti jsou klíčové pro výrobu mikročipů, tranzistorů a solárních panelů, které pohánějí naši digitální společnost. V metalurgii se využívá při výrobě oceli a pro tvorbu slitin, jako je ferosilicium. Je také základní surovinou pro výrobu silikonů, což jsou všestranné polymery používané v těsněních, mazivech i medicíně. V přírodě je křemík neméně důležitý. Tvoří základní stavební kámen zemské kůry v podobě křemičitanových hornin. Organismy jako rozsivky si z něj budují složité a nádherné schránky.
Sloučeniny
Nejběžnější sloučeninou v přírodě je oxid křemičitý, známý jako křemen. Vyskytuje se v mnoha formách, od běžného písku po drahokamy jako ametyst či citrín. Spolu s dalšími prvky tvoří rozsáhlou skupinu křemičitanů, které jsou základem většiny hornin a minerálů v zemské kůře, například živců a slíd. Člověk se naučil vytvářet nové fascinující sloučeniny. Patří mezi ně silikony, odolné polymery s širokým využitím od stavebnictví po medicínu. Dále sem patří extrémně tvrdý karbid křemíku, používaný jako brusivo a v brzdových kotoučích.
Zajímavosti
Křemík je po kyslíku druhým nejhojnějším prvkem v zemské kůře, tvoří více než čtvrtinu její hmotnosti. Přestože je všude kolem nás, pro využití v elektronice je nutné ho vyčistit na neuvěřitelnou úroveň, často přesahující 99,9999999 % čistoty. Vědeckofantastická literatura často spekuluje o možnosti života na bázi křemíku, protože se nachází ve stejné skupině jako uhlík a mohl by teoreticky tvořit složité molekuly. V pozdních fázích života masivních hvězd dochází k takzvanému „spalování křemíku“, jedné z posledních jaderných fúzí před výbuchem supernovy.
