Křemík

Další názvy: Silica, Hydrated silica, oxid křemičitý

Skóre škodlivosti: 2 (Deriváty přírodních látek)

Křemík: Základní prvek moderní technologie i života na Zemi

Křemík je chemický prvek patřící do 14. skupiny periodické tabulky, známé jako uhlíková skupina. Tento polokov, označovaný chemickou značkou Si (z latinského „silicium"), je hojně rozšířen jak v zemské kůře, tak v technologickém průmyslu. Mezi jeho běžné synonymní názvy patří např. „silicium" či označení „elementární křemík". Díky svým mimořádným fyzikálním a chemickým vlastnostem je křemík nezbytný jak pro výrobu polovodičů, tak i pro stavebnictví nebo kosmetiku.

Chemické vlastnosti

Systematický název křemíku je právě „křemík". Jeho atomové číslo je 14 a v periodické tabulce se nachází pod uhlíkem, se kterým sdílí některé podobné vlastnosti. Chemický vzorec elementárního křemíku je jednoduše „Si". Křemík je pevná látka, typicky leskle šedý až stříbřitý krystalický materiál. Jeho teplota tání dosahuje 1 414 °C a teplota varu 3 265 °C. Nemá žádný charakteristický zápach a v čisté podobě je nevodivý, ale příměs jiných prvků z něj činí vynikající polovodič.

Ve své amorfní formě působí jako tmavě hnědý prášek, zatímco ve formě krystalické vykazuje charakteristický kovový lesk. V přírodě se křemík běžně nevyskytuje v čisté formě, nýbrž především ve formě oxidů, zejména jako oxid křemičitý (SiO₂) a ve struktuře silikátů – tedy základních stavebních kamenů hornin, písků a jílovitých zemin.

Využití a aplikace

Křemík je jedním z nejvýznamnějších technických materiálů současnosti. Největší uplatnění nalezl v elektronice – je klíčovým materiálem při výrobě mikročipů, tranzistorů a polovodičových součástek. Právě křemíkové čipy tvoří základ moderních počítačů, mobilních telefonů a celkově digitální elektroniky.

Ve formě oxidu křemičitého je křemík nezbytný ve sklářství, při výrobě betonů, žáruvzdorných materiálů a keramiky. Silikáty – sloučeniny křemíku s kovovými prvky – slouží jako plniva do barev, lepidel, plastů nebo kosmetiky. V kosmetickém průmyslu bývají využívány například silikony, deriváty křemíku, které poskytují texturu a ochranu vlasům i pokožce.

Na blogu Ferwer je například popsána role silikonových sloučenin v ekologické kosmetice, kde jsou hodnoceny z hlediska jejich degradability a bezpečnosti použití.

Dále se křemík využívá při výrobě solárních panelů (fotovoltaika). Jeho schopnost přeměnit sluneční energii na elektrickou je zcela zásadní pro rozvoj obnovitelných zdrojů energie.

Přirozený výskyt a výroba

Z hlediska výskytu je křemík druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře – tvoří přibližně 27 % její hmotnosti. Vyskytuje se hlavně ve formě křemene, žuly, slídy nebo písku. V této podobě je součástí prakticky všech pevných hornin a nachází se i v biologických strukturách jako jsou křemičitá těla některých mořských organismů.

Elementární (čistý) křemík se vyrábí převážně redukčním tavením oxidu křemičitého pomocí koksu v elektrické obloukové peci. Následným chemickým čištěním a zónovou rafinací lze získat ultrapure křemík, který je základem mikroelektroniky.

Bezpečnost a ekologie

Čistý elementární křemík je netoxický a považován za bezpečný. Nevykazuje žádné zásadní zdraví ohrožující účinky při běžném styku například s elektronikou nebo skleněnými výrobky. Při průmyslovém zpracování – zejména při manipulaci s prachovými formami nebo oxidy křemíku – však může docházet k dráždění dýchacích cest, popřípadě ke vzniku onemocnění známých jako silikóza, zejména u pracovníků ve stavebnictví nebo dolování.

Z ekologického hlediska je problematická zejména těžba křemenného písku a energetická náročnost jeho rafinace. Dobrou zprávou je, že samotný křemík je velmi stabilní sloučenina, biologicky inertní a nereaktivní, a tedy se snadno slučuje s přírodními systémy.

Při posuzování environmentálního dopadu silikonových produktů je diskutována například jejich pomalejší biologická odbouratelnost, což zmiňuje také článek na Ferwer. Z tohoto důvodu roste zájem o biologicky šetrnější alternativy na bázi upravených polysacharidů nebo rostlinných olejů.

Zajímavosti a souvislosti

Křemík hraje zásadní roli nejen v technologii, ale i v přírodě a biologii. Ačkoliv není pro lidské tělo esenciální prvek v klasickém slova smyslu, přispívá k pevnosti kostí, vlasů a nehtů. Některé rostliny, například přesličky, jej dokonce aktivně absorbují a zabudovávají do svých tkání.

Obecně se města se silnou koncentrací polovodičového průmyslu označují jako "křemíková údolí" (Silicon Valley) podle rozhodující úlohy křemíku v digitální revoluci. První tranzistorový čip, který odstartoval elektronickou éru, byl vyroben právě z tohoto prvku.

Díky své schopnosti absorbovat a emitovat světlo je křemík důležitý také v oblasti fotonic a optoelektroniky, což rozšiřuje jeho potenciál i do budoucna, například pro kvantové počítače nebo sofistikované biosenzory.

Shrnutí

Křemík je díky svým unikátním fyzikálně-chemickým vlastnostem jedním z klíčových prvků naší civilizace. Nachází široké uplatnění v elektronice, stavebnictví, kosmetice i obnovitelných zdrojích energie. Přestože jeho výroba nese určité ekologické zatížení, vývoj čistších technologií a vysoká stabilita samotné látky dávají naději na udržitelnější budoucnost. Ať už jako součást písku pod našimi nohama či jako mikroskopická struktura čipu v našem telefonu, křemík je skrytý hrdina moderního věku.