Кремний в космосе и на Земле

Кремний (лат. Silicium, символ Si) является восьмым по распространённости элементом во Вселенной по массе. Он широко распространён в космосе в составе космической пыли, астероидов, комет,  планетоидов, твёрдых планет и их спутников. Он присутствует там как основная составляющая часть природных силикатов - класса породообразующих минералов, содержащих в структуре так называемые кремнекислородные тетраэдры [SiO4]4–.

Более 90% земной коры состоит из силикатных минералов, что делает кремний вторым по распространённости элементом в земной коре после кислорода, где суммарная доля этих двух элементов составляет около 80% по массе. Поэтому самыми распространёнными являются минералы группы полевых шпатов, потом кварц  (SiO₂), на долю которого приходится около 12 % от всех минералов земной коры. Общее количество минеральных видов силикатных минералов составляет более 700 наименований. Несмотря на такую встречаемость силикатных минералов на Земле, чистый элементарный кремний был получен лишь в 1823 году шведским химиком Якобом Берцелиусом.

Полукристаллический кремний (99,9 %). Фото: взято из en.wikipedia.org 

Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское слово «кремний» ввёл в научный оборот Герман Иванович Гесс в 1834 году.

Кремний, как и углерод, образует различные аллотропные модификации. Кристаллический кремний так же мало похож на аморфный, как алмаз на графит. Кристаллический – вещество тёмно-серого цвета, хрупок, полупроводник, плотность – 2,33 г/см³. Аморфный – бурый порошок, более реакционноспособен, плотность – 2,0 г/см³.

Кремний (в структуре силикатов) входит в состав наиболее распространённой группы каменных метеоритов – хондритов обыкновенных, которые состоят главным образом из кислорода, кремния, железа, никеля и магния. Хондритами их называют потому, что они содержат хондры  (от др.-греч. χόνδρος — зерно) — сферические или эллиптические образования силикатного состава.

Силикатные хондры в теле каменного метеорита Ромашки (дер. Ромашки, Волгоградская область, 2009 г.), масса 146 г. Метеоритная коллекция Московского Планетария № 16.

Хондриты – древнейшая материя, так как кристаллизовались они в первичном протопланетном облаке и возникли на заре формирования Солнечной системы, став одними из первых твёрдых веществ, которые появились в ней. Однако пока неизвестно, как именно шёл процесс формирования этих минералов. Хондры образовались в протопланетном диске при нагреве и плавлении пыли при формировании Солнечной системы. Их возраст по данным радиоизотопного датирования оценивают примерно в 4,57 млрд лет. Причина упомянутого нагрева пока неясна и это является предметом многолетних научных споров. Часть исследователей считает, что наиболее вероятной причиной такого нарева могли быть ударные волны, которые  вызваны столкновением планетезималей. Другие версии связывают образование хондр с неоднородностями протопланетного диска и иными процессами, так как внутри хондр встречаются другие хондры, что говорит о неоднократном наступлении условий для их образования.

В настоящее время кремний – основной материал микроэлектроники и полупроводниковых приборов. Конец 20 и начало 21 веков века называют эпохой цифровых технологий или Кремниевой эпохой из-за того влияния, которое кремний оказывает на современную мировую экономику.