Silicio: qualche annotazione

Un tramonto di fuoco sulle rocce granitiche dello Yosemite Park, California, USA

Il silicio è l'elemento chimico con simbolo Si e numero atomico 14. È un semimetallo solido e fragile, di colore grigio-blu, ed è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre dopo l'ossigeno: ne compone all'incirca il 27%.

Combinato con l'ossigeno, forma il diossido di silicio o silice, SiO2, diffuso in natura come sabbia, quarzo, calcedonio e agata. 

Per riduzione della silice con il coke nel forno ad arco elettrico si ottiene il silicio di grado metallurgico:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Un eccesso di coke porta alla formazione del carburo di silicio o carborundum, un solido dai bei cristalli iridescenti, di elevata durezza (superiore a quella del corindone e di poco inferiore a quella del diamante, nella scala di Mohs) usato come abrasivo.

SiO2 + 3C → SiC + 2CO

Il diossido di silicio si comporta da anidride e reagisce con l'acqua per formare due ossiacidi:

SiO2 + H2O → H2SiO3 acido metasilico

SiO2 + H2O → H4SiO4 acido ortosilico

I sali corrispondenti sono detti silicati: in natura sono diffusissimi come minerali. Ne sono esempi:

• Nesosilicati: olivina
• Sorosilicati: vesuvianite
• Ciclosilicati: tormalina
• Inosilicati: pirosseni (augite, fassaite) e anfiboli (actinolite)
• Fillosilicati: talco, miche (muscovite, biotite) e minerali argillosi (caolinite, montmorillonite)
• Tectosilicati: feldspati (ortoclasio, e plagioclasi: albite, anortite), feldspatoidi e quarzo

I silicati rivestono una notevole importanza economica, in quanto sono alla base della fabbricazione di vetri, ceramiche e cementi.

In particolare le argille sono silicati idrati di alluminio di origine sedimentaria a granula finissima (il diametro delle particelle è inferiore a due micrometri). Sono distinte in base al colore in:

• argille rosse, contenenti ossidi di ferro, da cui si ricavano le terrecotte;
• argille verdi, ricche di minerali, usate nell'industria cosmetica;
• argille bianche, come il caolino, prive di ossidi di ferro, usate per produrre porcellane.

La marna è una roccia sedimentaria tenera composta da una miscela di argilla e carbonato di calcio, usata nella fabbricazione del cemento. 

• Miscelata in opportune proporzioni al calcare, essa è macinata finemente in molini a sfere per ottenere la "farina cruda". 
• Per cottura della farina cruda in enormi forni rotanti e successivo raffreddamento si ottiene il clinker.
• Per macinatura del clinker a aggiunta di gesso (in proporzione al 3 o al 4%) si ottiene il cemento Portland.

Il silicio è impiegato nella produzione di siliconi, polimeri caratterizzati dall'alternanza di legami silicio ossigeno:

- Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O -

I siliconi a basso peso molecolare si presentano come oli, mentre quelli ad elevato peso molecolare sono solidi idrorepellenti. 

Da notare che il silicio, a differenza del carbonio, non forma legami doppi. Esso si combina con l'idrogeno per formare il silano, SiH4; con gli alogeni forma SiF4 e Si Cl4. 

I composti del silicio con l'idrogeno e gli alogeni sono importanti per la sua purificazione e l'ottenimento di silicio ad elevato grado di purezza, fondamentale per l'industria elettronica, nella quale è ampiamente usato in quanto semiconduttore. Il silicio è il materiale base per la costruzione di microchip, transistori, circuiti integrati e pannelli solari fotovoltaici.

Su questo argomento rimando alla lettura del libro autobiografico di Federico Faggin, "Silicio" (Mondadori, 2019), il fisico vicentino che nella Silicon Valley in California ha contribuito a plasmare il nostro quotidiano, con invenzioni come il microchip e il touchscreen. 

Ricordiamo infine che Silicon Valley significa letteralmente Valle del Silicio e non Valle del Silicone, come ogni tanto capita ancora di leggere e di sentire.