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10 faits sur le silicium

Connaissez-vous bien le tableau périodique ? Notre série Les éléments explore les éléments constitutifs fondamentaux de l'univers observable et leur pertinence pour votre vie, un par un.

Le silicium est un métalloïde : un élément dont les propriétés ne ressemblent pas tout à fait à celles d'un métal, ni exactement à celles d'un non-métal. Si vous avez un téléphone portable dans votre poche ou de la saleté sur vos chaussures, vous transportez du silicone. Apprenez-en plus sur cet élément omniprésent.

1. C'EST JUSTE PARTOUT.

C'est le septième élément le plus abondant dans l'univers et encore plus répandu dans la croûte terrestre, juste derrière l'oxygène comme élément le plus courant en poids. La couche sous la croûte, le manteau, est également riche en silicium. Avec un numéro atomique de 14, il se situe juste en dessous du carbone dans le tableau périodique.

2. LE SILICONE N'EST PAS LA MÊME CHOSE QUE LE SILICONE.

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Le motsiliconepourrait vous faire penser aux implants mammaires, mais c'est en fait un terme général pour un groupe de substances synthétiques faites d'atomes de silicium et d'oxygène en alternance, avec des molécules de carbone et d'hydrogène liées sur les côtés. En mélangeant ces groupes latéraux de molécules et en créant des liens entre les chaînes, les chimistes peuvent créer des silicones avec toutes sortes de propriétés différentes. Oui, vous pouvez trouver des silicones dans les implants mammaires, mais aussi dans le polish automobile, l'isolant autour des câbles électriques, et même dans votre après-shampooing, où ils aident à calmer les frisottis. Nous pouvons également remercier les silicones pour Silly Putty, qui a été inventé pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque les scientifiques essayaient de créer une alternative au caoutchouc et ont à la place proposé un nouveau jouet national préféré.

3. NOUS AVONS UTILISÉ LE SILICIUM PENDANT DES MILLIERS D'ANNÉES SANS CONNAÎTRE SA NATURE ÉLÉMENTAIRE.

La silice est le principal ingrédient du verre, que les humains fabriquent au moins depuis que les Égyptiens ont façonné des perles à partir de ce matériau en 2500 avant notre ère. En Chine, les dynasties Qin et Han utilisaient des pigments violets et bleus à base de silicates de baryum et de cuivre pour diverses décorations, dont des parties de la célèbre armée de terre cuite.



Il a fallu plusieurs siècles avant que les gens ne réalisent que la substance pouvait être davantage séparée en deux éléments différents : l'oxygène et le silicium. À la fin des années 1700, le chimiste français Antoine Lavoisier a remarqué que certains matériaux classés comme substances «terrestres» (qui étaient secs et froids) se comportaient parfois comme des métaux (durs, denses et résistants à l'étirement, entre autres qualités). La silice était l'un d'entre eux. Peut-être, songea Lavoisier, certaines des terres étaient-elles en réalité des molécules d'oxygène et un élément semblable à un métal non encore découvert.

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À l'époque, les chimistes ne savaient pas comment éliminer les atomes d'oxygène, qui forment des liaisons fortes avec les atomes de silicium. Cela a changé dans les années 1820, lorsqu'un chimiste suédois du nom de Jons Berzelius a finalement réussi à obtenir du silicium dans son laboratoire en le purifiant à partir d'un composé contenant du silicium. (Lequel, et comment il l'a fait, n'est pas clair.) La percée de Berzelius est arrivée trop tard pour Lavoisier, décédé en 1794, pour voir ses spéculations se vérifier.

4. LA SILICE EST LA FORME LA PLUS COURANTE DE SILICIUM.

Également appelée dioxyde de silicium, cette molécule est composée d'un atome de silicium et de deux atomes d'oxygène (SiO2). La plupart de ce que nous appelons silicium est en fait de la silice, présente à la fois dans les minéraux et les plantes. De nombreuses plantes créent des structures microscopiques uniques appelées phytolithes en utilisant la silice qu'elles absorbent du sol. Les scientifiques ne savent pas pourquoi : ils pourraient offrir une protection contre les dommages microscopiques ou fournir un soutien structurel, ou peut-être qu'ils ne sont qu'un moyen pour une plante d'utiliser plus de silice.

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Les phytolithes restent longtemps après la décomposition d'une plante, ce qui peut éclairer l'histoire profonde d'une région, qu'il s'agisse d'une forêt ou d'une prairie, par exemple, ou de la façon dont les gens utilisaient le paysage. Dan Cabanes, expert en phytolithes et anthropologue à l'Université Rutgers, a utilisé des phytolithes pour comprendre comment les Néandertaliens se sont installés dans une grotte du nord de l'Espagne, créant une zone de couchage avec une litière d'herbe qu'ils utilisaient à plusieurs reprises. Et parce que les phytolithes survivent à la combustion, 'nous pouvons étudier comment ils ont fait du feu ou quel type de nourriture ils consommaient', a déclaré Cabanes à Trini Radio.

L'image n'est pas toujours parfaite, cependant, car parfois deux plantes différentes fabriquent des phytolithes de la même forme - et certaines plantes ne les fabriquent pas du tout.

5. C'EST UN COMPOSANT CLÉ DE QUELQUES BELLES PIERRES …

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De magnifiques pierres précieuses comme l'améthyste, l'onyx et l'agate sont toutes faites de silice. Dans chaque roche, les molécules de silice sont disposées selon des géométries 3D répétitives appelées structures cristallines. Différents arrangements, ainsi que de petites impuretés dans la roche, donnent à chaque pierre précieuse son aspect unique.

6. … ET LA BEAUTÉ ÉBLOUISSANTE DES DIATOMES.

Anatoly Mikhaltsov, Wikimedia Commons // CC BY-SA 4.0

La silice forme également les parois cellulaires des diatomées, un type d'algue que l'on trouve partout dans le monde. Les diatomées, qui se présentent sous une variété fascinante de formes, peuvent vivre à la fois en eau douce et en eau salée. Lorsqu'ils meurent, leurs parois cellulaires peuvent s'accumuler en dépôts crayeux de «terre de diatomées», que nous utilisons dans toutes sortes de choses, de la litière pour chat au dentifrice.

7. LE SILICIUM EST TRÈS UTILE EN TECH…

Le silicium peut agir comme un semi-conducteur, un matériau qui ne conduit pas parfaitement l'électricité ni ne l'isole, mais se situe plutôt quelque part entre les deux. Cette propriété est importante dans de nombreuses parties de l'électronique, où vous voulez un certain contrôle sur le flux d'électricité. 'Ce qui est beau avec les semi-conducteurs, c'est que vous pouvez régler leur conductivité en ajoutant des impuretés', a déclaré Eric Pop, professeur de génie électrique à l'Université de Stanford, à Trini Radio. Le silicium pur est un isolant, mais si vous le 'dopez' avec de petites quantités de certains autres éléments, tels que le phosphore ou l'arsenic, il devient meilleur pour conduire l'électricité.

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D'autres matériaux, dont le germanium ou l'arséniure de gallium, sont de meilleurs semi-conducteurs que le silicium, mais le silicium est le choix le plus populaire parmi les fabricants d'électronique (dont la concentration au sud de San Francisco dans les années 1970 a inspiré le nom de « Silicon Valley »). C'est bon marché, c'est partout, et parce qu'il aime tellement s'oxyder, il peut facilement créer sa propre couche isolante lorsqu'il est exposé à l'air.

8. … MAIS LES CHERCHEURS VEULENT TROUVER DE MEILLEURES OPTIONS.

Des ingénieurs comme Pop recherchent des matériaux pour remplacer le silicium dans nos composants électroniques afin de répondre à la demande d'une informatique plus rapide. 'Le silicium est un peu comme la Honda Civic des semi-conducteurs', explique Pop. « Cela fait le travail, mais ce n’est pas très rapide ». Cependant, Pop pense que même confronté à des matériaux de qualité supérieure, le silicium ne disparaîtra pas complètement, grâce à son faible coût.

9. LE SILICIUM CONTIENT BEAUCOUP DE NOS BÂTIMENTS.

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De nombreux matériaux de construction courants sont à base de substances contenant du silicium. Les minéraux argileux, qui contiennent du silicium, sont utilisés pour fabriquer des briques, ainsi que du ciment Portland, qui est ensuite utilisé comme liant dans le béton.

10. LES AMÉRICAINS LAISSENT UN PEU DE SILICIUM SUR LA LUNE.

Lorsque Buzz Aldrin et Neil Armstrong sont devenus les premiers humains à marcher sur la Lune, en 1969, ils ont laissé quelques objets à sa surface en plus de leurs empreintes de pas. L'un était un petit disque de silicium, sur lequel étaient inscrits des messages des dirigeants de 73 pays, de l'Afghanistan à la Zambie. Le disque est logé dans un boîtier de protection en aluminium et est rangé dans un petit sac avec quelques autres articles. Le silicium a été élu porte-parole officiel parce qu'il pouvait supporter la vaste gamme de températures sur la Lune. Le disque n'a presque pas réussi, cependant: Aldrin avait tout oublié du sac, niché dans une poche de la manche de sa combinaison spatiale, et il était déjà sur l'échelle du vaisseau spatial quand Armstrong le lui a rappelé. Aldrin jeta la bourse sur la Lune.