Silizium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP	-	²⁶Si	{syn}	2,234 s	ε	5,066	²⁶Al	-	²⁷Si	{syn}	4,16 s	ε	4,812	²⁷Al	-	²⁸Si	92,23 %	Si ist stabil mit 14 Neutronen				-	²⁹Si	4,67 %	Si ist stabil mit 15 Neutronen, Kernspin I=1/2, NMR-aktives Isotop				-	³⁰Si	3,1 %	Si ist stabil mit 16 Neutronen				-	³¹Si	{syn}	157,3 min	β^-	1,492	³¹P	-	³²Si	{syn}	276 a	β^-	0,224	³²P	-	³³Si	{syn}	6,18 s	β^-	5,845	³³P	-	³⁴Si	{syn}	2,77 s	β^-	4,601	³⁴P

- Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Silizium (von lat. silex „Kiesel“, fachsprachlich nach internationalen und nationalen Nomenklaturregeln jedoch nur mit der Schreibung: Silicium; engl.: silicon) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. Es steht in der 4. Hauptgruppe (Tetrele) und 3. Periode des Periodensystems der Elemente.

Allgemeines

Silizium ist ein klassisches Halbmetall und weist daher sowohl Eigenschaften von Metallen wie auch von Nichtmetallen auf. Reines, elementares Silizium besitzt eine grau-schwarze Farbe und weist einen typischen metallischen, oftmals bronzenen bis bläulichen Glanz auf. Silizium_pulver.jpg Silizium ist im Handel sowohl als feinkörniges Pulver als auch in größeren Stücken erhältlich. Hochreines Silizium für die Anwendung in Solarpanelen oder in Halbleiterkomponenten wird in der Regel in Form von dünnen Scheiben, sogenannten Silizium-Wafern, produziert.

Silizium ist ein Elementhalbleiter. Wie nur wenige andere Stoffe, weist Silizium eine Dichteanomalie auf: seine Dichte ist in flüssiger Form höher als in fester.

Elementares Silizium ist für den menschlichen Körper ungiftig, in gebundener silikatischer Form ist Silizium für den Menschen wichtig. Siliziummangel führt unter anderem zu Wachstumsstörungen des Knochengerüstes. Der menschliche Körper enthält etwa 20 mg/kg Körpergewicht Silizium. Der Wert nimmt im Alter jedoch ab.

Vorkommen

Silizium in der unbelebten Natur

Die gesamte Erde besteht zu etwa 15 Gewichtsprozent aus Silizium, insbesondere der Erdmantel setzt sich zu einem beträchtlichen Anteil aus silikatischen Gesteinsschmelzen zusammen. Die Erdkruste besteht zu etwa 26 Gewichtsprozent aus Silizium. Hier tritt Silizium im wesentlichen in Form silikatischer Minerale oder als reines Siliziumdioxid auf. So bestehen Sand und Quarz vorwiegend aus Siliziumdioxid. Viele Halbedelsteine und Schmucksteine bestehen im wesentlichen aus Siliziumdioxid, etwa der Bergkristall, Amethyst, Rosen- und Rauchquarz, Achat, Jaspis und Opal. Mit vielen Metalloxiden bildet Silizium Silikate aus. Beispiele für silikathaltige Gesteine sind Glimmer, Asbest, Ton, Schiefer, Feldspat und Sandstein. Auch die Weltmeere stellen ein gewaltiges Reservoir an Silizium dar: In Form der monomeren Kieselsäure ist es in allen Ozeanen in beträchtlichen Mengen gelöst.

Silizium in der belebten Natur

Neben der bereits erwähnten essentiellen Natur des Siliziums, gibt es eine Reihe von Lebewesen, die siliziumdioxidhaltige Strukturen erzeugen. Am bekanntesten sind dabei die Kieselalgen (Diatomeen), welche sich durch enzymkatalysierte Kondensation von Orthokieselsäure Si(OH)₄ ein Exoskelett aus Siliziumdioxid aufbauen. Auch viele Pflanzen enthalten in ihren Stengeln und Blättern Siliziumdioxid. Bekannte Beispiele sind hier der Schachtelhalm und die Bambuspflanze. Durch das aufgebaute Siliziumdioxidgerüst erhalten diese zusätzliche Stabilität. In der Fauna bilden auch viele Schwämme und Radiolarien Exoskelette aus Siliziumdioxid.

Geschichte

Nutzung in vorindustrieller Zeit

Siliziumhaltige Verbindungen spielen in der Menschheitsgeschichte als Baumaterial traditionell eine wichtige Rolle. In gewaltigen Steinsetzungen wie Stonehenge wird religiöse und astronomische Bedeutung vermutet. Die Ägypter meisterten die sichere Bearbeitung und Handhabung gewaltiger Gesteinsmassen. Astgeflecht-Lehmbau für Herde, Öfen, Gebäude, luftgetrocknete, später gebrannte Kacheln, Ziegel und Tongefäße sind die ersten weiterverarbeiteten Siliziumverbindungen. Gewölbebauten im Orient aus gebrannten Ziegeln werden von den Römern zu hohen Aquädukten und Innenräumen von bis zu 40 Meter Spannweite weiter entwickelt. Ein unter Wasser härtender Zement aus gebrannten Silikaten wird von ihnen entdeckt. Straßenbau für hohe Belastung und Dauerhaftigkeit auf Schotterunterbau wird in römischer Zeit entwickelt. Glasfenster machen Gebäude für die Römer auch in den nördlichen Besatzungsgebieten bewohnbar und werden von den Einheimischen übernommen. In Sandstein und Mauerstein wird der Gewölbebau in der Gotik zur Vollendung gebracht. Bergkristall.jpg Aufgrund seiner Härte finden siliziumhaltige Gesteine auch Einsatz als Werkzeug. Bereits in vorgeschichtlicher Zeit ist zum Beispiel Obsidian als besonders geeignetes Werkzeugmaterial abgebaut und durch Handel weithin verbreitet worden. Auch Flintstein wurde in Kreidegebieten, etwa in Belgien und Dänemark, bergmännisch gewonnen. Bei der Metallgewinnung, insbesondere bei der Stahlherstellung, wird Silikat-Schlacke zum Schutz der Herde und Öfen vor Sauerstoffzutritt und als Form aus Ton oder Sand eingesetzt und dabei womöglich die Glasherstellung entdeckt.

Elemententdeckung

Als Element wurde Silizium vermutlich zum ersten Mal von Antoine Lavoisier im Jahr 1787 und separat davon von Humphry Davy im Jahr 1800 hergestellt, fälschlicherweise jedoch für eine Verbindung gehalten. Im Jahr 1811 stellten der Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac und der Baron Louis Jacques Thénard (vgl. Thénards Blau) unreines und amorphes Silizium (a-Si, die nichtkristalline, allotropische Form des Siliziums) her. Dazu setzten sie Siliziumtetrafluorid mit elementarem Kalium um. Ein ähnliches Vorgehen wurde 1824 von Jöns Jakob Berzelius in Schweden durch Umsetzung eines Hexafluorosilikates mit elementarem Kalium beschritten. Berzelius reinigte das so erhaltene amorphe Silizium durch Waschen auf. Er erkannte als erster die elementare Natur des Siliziums und gab ihm seinen Namen. Der Begriff Silizium leitet sich vom lateinischen Wort silex (Kieselstein, Feuerstein) ab. Er bringt zum Ausdruck, dass Silizium häufiger Bestandteil vieler Minerale und nach Sauerstoff und noch vor Aluminium das zweithäufigste Element der Erdkruste ist. Es exisitieren jedoch auch Quellen, welche den Begriff Silizium auf Antoine Lavoisier zurückführen. Der englische Begriff silicon wurde 1831 von dem Engländer Thomas Thompson vorgeschlagen. Die Endung -on soll dabei auf die chemische Verwandtschaft zum Kohlenstoff (carbon) hinweisen. Die erstmalige Herstellung reinen, kristallinen Siliziums gelang im Jahre 1854 dem französischem Chemiker Henri Etienne Sainte-Claire Deville mittels Elektrolyse.

Nutzung in der Neuzeit

Siliziumhaltige Verbindungen sind auch Bestandteile moderner Baumaterialen wie zum Beispiel Zement, Beton, Silikone oder Glas. Im 19. Jahrhundert werden Stahl-, Zement-, Glasherstellung als Großindustrien entwickelt. Silizium dient dabei als Legierungsbestandteil, Flussmittel, Formsand und Sauerstoffschutz. 1947 entdecken John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley den regelbaren elektrischen Widerstand, den Transistor, zunächst an einem Germaniumkristall. Es dauert einige Zeit, bis das verbindungsfreudige Silizium in der für Halbleitereigenschaften notwendigen Reinheit isoliert werden konnte. 1956 entwickeln unabhängig von einander Robert Noyce bei Fairchild und Jack S. Kilby bei Texas Instruments die integrierte Schaltung auf einem Siliziumchip. 1970 wird bei Intel die programmierbare integrierte Schaltung, die Vorstufe zum Mikroprozessor entwickelt. Silizium ist der elementare Bestandteil von Photovoltaikelementen. Im November 2005 werden erste erfolgversprechende Versuchsergebnisse mit Siliziumlasern berichtet.

Gewinnung im Labor

Elementares Silizium kann im Labormaßstab durch Reduktion, ausgehend von Siliziumdioxid oder Siliziumtetrafluorid, mit unedlen Metallen gewonnen werden. Bei Reaktion 2.) handelt es sich um ein aluminothermisches Verfahren, die dritte Route entspricht der Elemententdeckung:

1.)\ \mathrm{SiO_2 + 2\,Mg \longrightarrow Si + 2\,MgO}

2.)\ \mathrm{3\,SiO_2 + 4\,Al \longrightarrow 3\,Si + 2\,Al_2O_3}

3.)\ \mathrm{3\,SiF_4 + 4\,Al \longrightarrow 3\,Si + 4\,AlF_3}

Hoch reaktives amorphes Silizium kann durch Reduktion mit Natrium oder Acidolyse von Siliciden erhalten werden:

1.)\ \mathrm{SiCl_4 + 4\,Na \longrightarrow Si + 4\,NaCl}

2.)\ \mathrm{3\,CaSi_2 + 6\,HCl \longrightarrow 6\,Si + 3\,CaCl_2 +  3\,H_2}

Gewinnung in der Industrie

Elementares Silizium findet in unterschiedlichen Reinheitsgraden Verwendung in der Metallurgie (Ferrosilizium), der Photovoltaik (Solarzellen) und in der Mikroelektronik (Halbleiter, Computerchips). Demgemäß ist es in der Wirtschaft gebräuchlich, elementares Silizium anhand unterschiedlicher Reinheitsgrade zu klassifizieren. Man unterscheidet Si_mg (metallurgical grade, Rohsilizium, 98-99 % Reinheit), Si_sg (solar grade, Solarsilizium, 99,99 % Reinheit) und Si_eg (electronic grade, Halbleitersilizium, Verunreinigungen < 1 ppb).

Rohsilizium

Im industriellen Maßstab wird elementares Silizium durch die Reduktion von Siliziumdioxid mit Kohlenstoff im Lichtbogenofen bei Temperaturen von etwa 2000 °C gewonnen.

\mathrm{SiO_2 + 2\,C \longrightarrow Si + 2\,CO}

Von diesem industriellen Rohsilizium (Si_mg) wurden im Jahr 2002 etwa 4,1 Millionen Tonnen hergestellt. Es ist für metallurgische Zwecke ausreichend sauber und findet Verwendung als Legierungsbestandteil für Weißblech und Stähle (Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit) sowie als Ausgangsstoff für die Silanherstellung über das Müller-Rochow-Verfahren, welche schließlich im Wesentlichen zur Herstellung von Silikonen dienen. Zur Herstellung von Ferrosilizium für die Stahlindustrie (Desoxidationsmittel im Hochofenprozess) wird zweckmäßigerweise nachfolgende Reaktion unter Anwesenheit von elementarem Eisen durchgeführt.

\mathrm{SiO_2 + 2\,C + Fe \longrightarrow FeSi + 2\,CO}

Solarsilizium

Polykristalines_Silizium.jpg Für photovoltaische Anwendungen muss das Rohsilizium jedoch weiter zum Solarsilizium (Si_sg) gereinigt werden. Dazu wird es im Siemens-Verfahren zunächst mit gasförmigen Chlorwasserstoff bei 300 bis 350 °C in einem Wirbelschichtreaktor zu Trichlorsilan (Silicochloroform) umgesetzt.

\mathrm{Si + 3\,HCl \longrightarrow H_2 + HSiCl_3}

Nach aufwändigen Destillationsschritten wird das Trichlorsilan in Anwesenheit von Wasserstoff in einer Umkehrung der obigen Reaktion an beheizten Reinstsiliziumstäben bei 1000 bis 1200 °C wieder thermisch zersetzt. Das elementare Silizium wächst dabei auf die Stäbe auf. Der dabei freiwerdende Chlorwasserstoff wird in den Kreislauf zurückgeführt. Als Nebenprodukt fällt Siliziumtetrachlorid an, welches entweder zu Trichlorsilan umgesetzt und in den Prozess zurückgeführt, oder in der Sauerstoffflamme zu pyrogener Kieselsäure verbrannt wird.

Eine chlorfreie Alternative zu obigem Verfahren stellt die Zersetzung von Monosilan dar, welches ebenfalls aus den Elementen gewonnen werden kann und nach einem Reinigungsschritt an beheizten Oberflächen oder beim Durchleiten durch Wirbelschichtreaktoren wieder zerfällt.

\mathrm{SiH_4 \longrightarrow 2\,H_2 + Si}

Das auf diesen Wegen erhaltene polykristalline Silizium (Polysilizium) ist für die Herstellung von Solarpanels geeignet und besitzt eine Reinheit von über 99,99 %. In der Solartechnik werden genau wie beim Einsatz in der Mikroelektronik die halbleitenden Eigenschaften des Siliziums ausgenutzt.

Nur noch von historischem Interesse ist ein Verfahren, das früher von der Firma DuPont angewendet wurde. Es basierte auf der Reduktion von Tetrachlorsilan mit elementarem Zinkdampf bei Temperaturen von 950 °C.

\mathrm{SiCl_4 +  2\,Zn \longrightarrow Si  +  2\,ZnCl_2}

Aufgrund technischer Probleme und der großen Mengen an anfallendem Zinkchloridabfall, wird dieses Verfahren jedoch heute nicht mehr angewendet.

Halbleitersilizium

Monokristalines_Silizium_für_die_Waferherstellung.jpg

Für Anwendungen in der Mikroelektronik wird hochreines, monokristallines Halbleitersilizium (Si_eg) benötigt. Insbesondere müssen Verunreinigung mit Elementen, welche auch als Dotierelemente geeignet sind, mithilfe des Tiegelziehens oder Zonenschmelzens unterhalb kritischer Werte gebracht werden.

Beim Tiegelziehen (Czochralski-Verfahren) wird das im Siemensverfahren erhaltene Solarsilizium in Quarztiegeln geschmolzen. Ein Impfkristall aus hochreinem, monokristallinen Silizium wird in diese Schmelze gebracht und langsam unter Drehen aus der Schmelze herausgezogen, wobei hochreines Silizium in monokristalliner Form auf dem Kristall wächst und nochmals Verunreinigungen in der Schmelze zurückbleiben. Physikalischer Hintergrund dieses Reinigungsverfahrens ist die Schmelzpunkterniedrigung.

Alternativ wird beim Zonenschmelzen mit Hilfe einer (ringförmigen) elektrischen Induktionsheizung eine Schmelzzone durch einen Siliziumstab gefahren, wobei sich ein Großteil der Verunreinigungen in der Schmelze lösen und mitwandern.

Hochreines, kristallines Silizium ist das Grundmaterial schlechthin für die Mikroelektronik. Alle gängigen Computerchips, Speicher, Transistoren etc. verwenden hochreines Silizium als Ausgangsmaterial. Diese Anwendungen beruhen auf der Tatsache, dass Silizium ein Halbleiter ist. Durch die gezielte Einlagerung von Fremdatomen (Dotierung), wie beispielsweise Indium, Antimon, Arsen, Bor oder Phosphor, können die elektrischen Eigenschaften von Silizium in einem weiten Bereich verändert werden. Dadurch lassen sich verschiedenste elektronische Schaltungen realisieren. Wegen der zunehmenden Bedeutung der elektronischen Schaltungen spricht man auch vom Silizium-Zeitalter. Auch die Bezeichnung Silicon Valley („Silizium-Tal“) für die Hightech-Region in Kalifornien weist auf die enorme Wichtigkeit des Siliziums in der Halbleiter- und Computerindustrie hin.

Amorphes Silizium kann mit Hilfe von Excimerlasern in polykristallines Silizium umgewandelt werden. Dies ist für die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (Thin-Film-Transistor, TFT) für Flachbildschirme von zunehmender Bedeutung.

Hersteller

Weltweit stellen aufgrund der hohen Anfangsinvestitionen und langen Bauzeiten für die notwendigen Öfen nur wenige Firmen Rohsilizium her.

Die größten Produzenten für metallurgisches Silizium sind

Elkem (No, USA)
Invensil (Fr, SA) nach eigenen Angaben http://www.invensil.pechiney.com
Globe Metallurgical (USA)
Rima Metal (BR)

Es gibt noch ca. 15 andere große Produzenten. In der VR China gibt es eine Reihe kleinerer Werke, im Ländervergleich ist es daher der größte Produzent. Minerals Yearbook: Silicon (Staatlicher US-Geo-Infoservice)

Die Hauptproduzenten von Reinstsilizium für die Elektronik- und Solarindustrie mit einer Reinheit von über 99,9999% sind Wacker-Chemie aus Deutschland, die REC Gruppe aus Norwegen, Hemlock aus den USA, Tokuyama sowie ASiMI aus Japan (Stand 2004/2005).

Reaktivität und Verbindungen

In allen in der Natur auftretenden und der überwiegenden Zahl der synthetisch hergestellten Verbindungen bildet Silizium ausschließlich Einfachbindungen aus. Die lange Jahre als gültig angesehene Doppelbindungsregel, wonach Silizium als Element der 3. Periode keine Mehrfachbindungen ausbildet, muss mittlerweile jedoch als überholt angesehen werden, da inzwischen eine Vielzahl synthetisch hergestellter Verbindungen mit Si-Si-Doppelbindungen bekannt sind. Im Jahr 2004 wurde die erste Verbindung mit einer formalen Si-Si-Dreifachbindung strukturell charakterisiert.

Silizium tritt in chemischen Verbindungen in der Regel vierwertig auf, es sind allerdings auch synthetisch hergestellte Verbindungen des zweiwertigen Siliziums (Silylene) bekannt. Demgemäß ist das Siliziumatom in Verbindungen in der Regel vierfach koordiniert. Daneben existieren aber mittlerweile eine Reihe von Verbindungen in denen Silizium eine fünf- oder sechsfache Koordination aufweist.

Silizium stellt in aller Regel den elektropositiven Partner einer chemischen Verbindung dar, obwohl auch Verbindungen mit formal negativiertem Silizium existieren. Si-C-Inversion.GIF Besonders erwähnenswert ist die Inversion der Bindungspolarität von Element-Wasserstoff-Bindungen beim Übergang von Kohlenstoff zum Silizium. Hier ändert sich die Elektronegativitätsdifferenz von +0,45 (Kohlenstoff-Wasserstoff) auf -0,2, weshalb Siliziumwasserstoffverbindungen eine gänzlich andere Reaktivität als Kohlenwasserstoffe aufweisen.

Daneben bildet Silizium in den Siliziden auch echte Anionen aus.

Die gesamte Chemie des Siliziums ist im Wesentlichen durch die hohe Affinität des Siliziums zum Sauerstoff geprägt.

Die wichtigsten Verbindungen des Siliziums kann man in folgende Klassen einteilen, von denen jeweils einige Vertreter genannt sind.

Quartz Crystal.jpgkristall]]

Siliciumcarbid.jpg ]]

Binäre Verbindungen

Silikate

Zirkon und alle anderen Silikate und Verbindungen der Kieselsäure

Siliziumhalogenide

Siliziumwasserstoffe

Organische Siliziumverbindungen

Tetramethylsilan (TMS, NMR-Standard)
Methylchlorsilane (Bausteine für Silikone)
Phenylchlorsilan
Carbosilane
Carbosilazane
Carbosiloxane

Polymere Siliziumverbindungen

Werden SiO₄-Tetraeder durch organische Reste modifiziert und polymerisiert, erhält man die Silikone (Silicone), die zu den wichtigsten industriellen Kunststoffen gehören. Diese polymeren Silizium-Sauerstoff-Verbindungen (Silikone) finden Anwendung in vielen Bereichen, so dienen sie als Schmiermittel und Dichtstoffe in der Bauindustrie.

Silikone (Silicone, Polyorganosiloxane)
Polysilane, -carbosilane, -carbosilazane, -carbosiloxane

Isotope

Silizium hat eine Vielzahl bekannter Isotope, mit Massenzahlen zwischen 22 und 44. ²⁸Si, das in der Natur am häuftigsten vorkommende Isotop mit einem Anteil von 92,23 %, ²⁹Si (4,67 %) sowie ³⁰Si (3,1 %) sind stabil. ³²Si ist ein radioaktives Isotop, das beim Argon-Zerfall entsteht. Seine Halbwertszeit beträgt rund 132 Jahre, es zerfällt durch Beta-Strahlung zu ³²P, das mit einer Halbwertszeit von 14,28 Tagen zu ³²S zerfällt.

Eigenschaften

Halbleitereigenschaften

Silizium ist wie die im Periodensystem benachbarten Germanium, Gallium, Phosphor und Antimon ein Elementhalbleiter. Der gemäß dem Bändermodell geltende energetische Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband beträgt 1,09 eV. Durch Dotierung mit geeigneten Dotierelementen beispielsweise Bor oder Arsen kann die Leitfähigkeit um einen Faktor 10⁶ gesteigert werden. In solchermaßen dotierten Silizium ist die durch die von Fremdatomen und Gitterdefekten verursachte Störstellenleitung deutlich größer als die der Eigenleitung, deshalb werden derartige Materialien als Störstellenhalbleiter bezeichnet.

Detonation

Poröses Silizium kann unter Lasereinstrahlung und Zunahme von Sauerstoff hochexplosiv sein, wie Forscher der Technischen Universität München zufällig entdeckt haben. Sprengungen im Mikrometerbereich sind möglich. Die Detonationsgeschwindigkeit und Detonationsenergie sind höher als bei TNT und Dynamit. Ob diese Eigenschaft in Zukunft technisch genutzt werden oder sogar das Dynamit ersetzen kann, ist allerdings noch fraglich. Denn um poröses Silizium reaktionsfähig zu machen sind Temperaturen von unter -180 °C erforderlich. Die Verwendung von flüssigem Sauerstoff steigert den Effekt noch, da durch bessere Versorgung der Siliziumoberfläche mit Sauerstoff eine möglichst vollständige Verbrennung des Materials erreicht wird. Allerdings ist die Oberfläche des porösen Siliziums dabei vollständig mit einer monoatomaren Schicht Wasserstoff bedeckt, die natürlich ebenfalls sehr exotherm mit Sauerstoff reagieren dürfte (Knallgas-Reaktion).

Mögliche Einsatzgebiete wären im Weltraum zu suchen, wo solche Temperaturen vorherrschen. Durch die hohe Präzision ließen sich z. B. Satelliten vom Mutterschiff abtrennen. Denkbar wäre ein Einsatz auch in der Automobilindustrie zur schnelleren Zündung für Airbags.

Sonstiges

Falscher Freund

Bis zum Ende der 80er Jahre kam es oft vor, das englische Wort „silicon“ in populärwissenschaftlichen Artikeln oder bei Film-Synchronisationen, beispielsweise in der Science-Fiction-Serie „Star Trek“ oder in der Zeichentrickserie „Die Simpsons“, als Silikon zu übersetzen. Beispiel: „Besteht die Lebensform aus Kohlenstoff oder aus Silikon?“ Erst in den 1990er Jahren wurden die Übersetzungsstudios darauf aufmerksam, dass „Silicon“ übersetzt Silizium heißt, jedoch findet man auch heute noch oftmals diesen falschen Freund in den Medien wieder. Das englische Wort für Silikon ist „silicone“.

Silizium-Kreislauf

Silikatische Mineralien werden permanent durch Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft zu Siliziumdioxid und Carbonaten abgebaut, wie am Beispiel des Kalziumsilikats gezeigt:

\mathrm{CaSiO_3 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + SiO_2\ }

Bei Zutritt von Wasser löst sich das verbliebene Siliziumdioxid in Form von Kieselsäure und wird in die Ozeane transportiert:

\mathrm{SiO_2 + 2\,H_2O\rightarrow Si(OH)_4}

Durch Einbau der Kieselsäure in Meeresorganismen (1.), die nach dem Absterben auf den Meeresboden sedimentieren, Vulkanismus und Austritt von Magma am Meeresboden werden die silikatischen Mineralien wieder zurückgebildet (2.) und der Kreislauf ist geschlossen:

1.)\  \mathrm{Si(OH)_4 \rightarrow SiO_2 + 2\, H_2O}

2.)\ \mathrm{CaO + SiO_2\rightarrow CaSiO_3}

Der Zeithorizont, in dem dieser Prozess stattfindet, beträgt mehrere Millionen Jahre, ist also beträchtlich länger als im Fall des Kohlenstoffkreislaufs der belebten Natur.

Siehe auch

Glas, Sand, Gestrecktes Silizium

Quellen

Literatur

Tracy L. Simpson, Benjamin E. Volcani: Silicon and siliceous structures in biological systems. Springer-Verlag, New York 1981. ISBN 0387905928 ISBN 3540905928 (engl.)

Weblinks

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