Abbiamo brevemente accennato, in contributi precedenti, all’elemento chimico del silicio (Si), materia che ha fornito un estesa partecipazione alla rivoluzione tecnologica e digitale degli ultimi decenni, tanto che le attuali “autostrade informatiche” sono “lastricate di chips di silicio cristallino”.
In questa metafora appena menzionata il fisico Frederick Seitz (San Francisco, 1911- New York, 2008) descrive perfettamente l’importante ruolo strategico del silicio nella storia dell’umanità, in particolar modo durante la nascita e lo sviluppo della cosiddetta terza rivoluzione industriale.
Lo stesso Seitz è stata una figura eminente nel campo della fisica dello stato solido, principale disciplina di studio del silicio, dei suoi composti e dei loro utilizzi scientifici ed industriali; nonostante questo, la sua fama di rispettato scienziato ha subito dei contraccolpi a causa delle sue prese di posizione contro le origini e gli sviluppi del cambiamento climatico e del buco dell’ozono.
Innanzitutto il silicio, nella sua forma di silice (biossido di silicio, SiO2) è stato uno dei primi utensili e materiali da costruzione della storia umana, poiché essa è la costituente della sabbia e dell’argilla, nonché materia prima per la produzione del vetro.
In campo metallurgico, il silicio viene addizionato al ferro ed al carbonio per ottenere acciai speciali caratterizzati da elevata durezza, resistenza elettrica ed elasticità.
Pertanto l’acciaio al silicio si presta bene alla fabbricazione di molle e laminati, da usare anche per la produzione di macchinari elettriche. Anche altre leghe non-ferrose usano il silicio (bronzi, ottoni e leghe d’alluminio) per le sue peculiari qualità.
Parlando ancora di qualità del silicio, è proprio quella che possiede come semiconduttore che lo rendono così essenziale per l’industria elettronica, optoelettronica ed affini. Insieme al Germanio (Ge) ed all’Arseniuro di gallio (GaAs) è il componente fondamentali di transistor, diodi ed in generale dei circuiti integrati e dei pannelli fotovoltaici.
Non a caso, è famosissima per questi motivi la regione Silicon Valley ubicata nei pressi della baia di San Francisco in California (USA), primario polo industriale e tecnologico a livello mondiale in cui hanno sede i giganti dell’information technology e di numerosi centri di ricerca.
La traduzione italiana di Silicon Valley è “Valle del Silicio”, ed offre una piccola curiosità in ambito linguistico. Infatti, il termine anglosassone silicon è un false friend, un falso amico dell’italiano.
Questo termine infatti non deve essere reso semplicisticamente con “silicone”, ovvero intendo i conosciutissimi polimeri usati anche in ambito domestico per piccole riparazioni, ma invece definisce l’elemento chimico primario che abbiamo in parola, cioè il “silicio”
Spendiamo comunque, cogliendo l’occasione, qualche parola per i siliconi. Essi sono polimeri costituiti da atomi di silicio, radicali organici e ossigeno che si presentano in varie forme: liquidi, grassi, gomme e resine. Le principali caratteristiche dei siliconi sono la stabilità ad alte temperature, l’idrorepellenza e la resistenza all’ossidazione. Per queste qualità sono apprezzati in molteplici ambiti commerciali, ovvero la produzione di lubrificanti, adesivi, isolanti, settore automobilistico ecc.
L’evidente importanza strategica del silicio e dei suoi derivati si ripercuote in vari mercati mondiali, sia nella scarsità d’approvvigionamento primario ma anche nelle problematiche del suo recupero a partire dai rifiuti e dalle materie di scarto per riciclarlo.
Silano e clorosilani
Altri composti derivanti dal silicio, e che possiedono una consistente rilevanza industriale sono il silano ed i clorosilani.
Il silano (Tetraidruro di silicio, SiH4) è un gas incolore, simile a livello di struttura al metano (CH4), altamente infiammabile e dall’odore forte e poco gradevole. È possibile la sua accensione spontanea a contatto con l’aria e dunque reagire con gli ossidanti.
È evidente dunque la pericolosità di questo composto, che reagisce con soluzione di idrossido di potassio e con gli elementi alogeni e può essere assorbito per inalazione provocando irritazione agli occhi, alla cute ed al tratto respiratorio; in quest’ultimo caso possono verificarsi sintomi come tosse, nausea, mal di testa e mal di gola. In aggiunta, una rapida evaporazione durante la fase liquida può avere effetti di congelamento.
Nonostante ciò, il silano è anch’esso utilizzato nella componentistica elettronica e degli strumenti fotovoltaici.
Altri composti chimici affini al silano, i già menzionati clorosilani, sono sostanze che presentano atomi di cloro insieme a quelli di silicio e idrogeno, presentando dunque specifici pericoli e rischi chimici fra cui ricordiamo la corrosività.
Fra i più citiamo il monoclorosilano (cloruro di silile, SiH3Cl), il diclorosilano (diidruro dicloruro di silicio, SiH2Cl2) , il triclorosilano (tricloromonosilano, Cl3HSi) ed il tetraclorosilano (tetracloruro di silicio, SiCl4).
In aggiunta, possiamo menzionare anche il trimetilclorosilano, il dimetildiclorosilano, il metiltriclorosilano, il fenilclorosilano ed il vinilclorosilani: sono composti usati sempre nell’industria dei polimeri (per fabbricare i summenzionati siliconi) e come intermedi di sintesi.
Nei prossimi contributi affronteremo alcune tematiche relative alla silice ed ancora sull’amianto, inerenti le problematiche ambientali e geopolitiche, gli utilizzi comuni e non comuni antichi e moderni, e pericoli sulla salute.
