Silicio

silicio

Dalla pietra al microcircuito

Il silicio è uno degli elementi più importanti, sia in natura sia per la tecnologia. In natura è il costituente principale di rocce, sabbie, minerali e gemme, e fin dalla preistoria gli uomini hanno utilizzato le pietre di silice. Oggi i cristalli di silicio sono diventati la base tecnologica dei moderni apparecchi elettronici. Il silicio è inoltre il componente essenziale di molti materiali, come vetro, cemento e silicone

Tutto in un cristallo

In California un’intera vallata porta il nome di questo elemento: è la Silicon Valley, la «valle del silicio». A dire il vero le montagne nei dintorni di quell’area contengono quantità di silicio simili al resto della crosta terrestre (il 25,7%, al secondo posto subito dopo l’ossigeno): il nome deriva dal fatto che in questa zona è concentrato un altissimo numero di industrie e centri di ricerca che utilizzano il silicio (in inglese silicon) nella produzione di microcircuiti per l’elettronica avanzata.

A partire dal 1958 i progressi dell’elettronica consentirono una notevole riduzione della dimensione dei circuiti, fino ad arrivare ai circuiti detti a cristallo unico (o monolitico o circuito integrato). I componenti di questi circuiti, invece di essere costituiti da parti separate, erano ottenuti intervenendo su punti diversi all’interno dello stesso cristallo: infatti, venivano introdotte impurità nelle diverse zone di un cristallo di silicio, cosicché ciascuna di esse diveniva l’equivalente di un componente elettronico. Mediante il collegamento tramite fili delle varie zone, si otteneva alla fine un circuito elettronico completo. Sul finire degli anni Sessanta del 20° secolo decine, poi centinaia e quindi migliaia di componenti vennero applicate su piastrine di silicio non più grandi di 1,6 cm². Queste piastrine divennero note come microcircuiti integrati.

Scintille da una pietra

La Silicon Valley è l’emblema stesso del percorso della tecnica umana: dall’Età della Pietra a quella elettronica e informatica attuale. Una delle fonti minerarie del silicio è infatti la selce, pietra dura composta prevalentemente di diverse varietà di silice (biossido di silicio), che sin dal Paleolitico è stata utilizzata non solo per fabbricare utensili e armi, ma anche per accendere il fuoco, da cui il nome di pietra focaia. Anche dalla pietra silicea, quindi, è derivata all’uomo la possibilità di adoperare il fuoco come fonte di energia, e ancora da questa pietra deriva oggi la possibilità di avere raggi laser, apparati elettronici, conduttori di corrente elettrica molto efficaci.

Dominatore del mondo minerale naturale...

Anche se è presente in piccole quantità in numerosi organismi viventi, il vero regno del silicio è quello minerale. Esso, infatti, è presente sotto forma di silicati come componente essenziale delle rocce eruttive (circa il 90% della crosta terrestre). Nella composizione chimica dei silicati sono sempre presenti, oltre al silicio e all’ossigeno, anche altri elementi quali l’alluminio, il ferro, il manganese, il magnesio, il calcio, dando origine a un numero straordinario di rocce, minerali e gemme, spesso di composizione molto complessa: granito, sabbie, argille, talco, miche, topazio, zircone, berillo. In natura il silicio è presente anche nella silice, di cui si è detto, che può esistere in diverse forme cristalline e amorfe. La più abbondante è il quarzo, esistente anche nella forma microcristallina nota con il nome di calcedonio.

... e di quello artificiale

Oltre al suo impiego in microelettronica, il silicio entra nella composizione di materiali decisivi per la civiltà, come vetro, mattoni e più recentemente cemento e silicone. Quest’ultimo è una sorta di materia plastica, più o meno viscosa, che ha un numero veramente straordinario di impieghi tecnici e industriali, grazie alla sua notevole resistenza alla luce solare, agli agenti atmosferici, all’ozono, agli agenti ossidanti in genere (anche alle alte temperature). Il silicone, inoltre, possiede una grande inerzia chimica e fisiologica; ottime caratteristiche dielettriche, costanti al variare della temperatura e dell’umidità; assenza di colore, odore e sapore.

L’uso continuato di materiali contenenti silicio per i vari scopi produttivi presenta però alcuni aspetti negativi; esso, infatti, può provocare la silicosi, una pericolosa malattia polmonare, causata soprattutto dall’inalazione di silice, che colpisce minatori, cavatori, lavoratori delle industrie dei refrattari, della ceramica, del vetro.