סיליקונים הם פולימרים הכוללים כל אינרטי, סינטטי תרכובת המורכבת מיחידות חוזרות של סילוקסן, שהיא קבוצה פונקציונלית של שני אטומי סיליקון ואטום חמצן אחד המשולבים לעתים קרובות עם פחמן ו/או מימן. הם בדרך כלל עמידים בחום ודמויי גומי, ומשמשים בחומרי איטום, דבקים, חומרי סיכה, תרופות, כלי בישול ובידוד תרמי וחשמלי.
במאמר זה נסקור את תכונות הסיליקון ואת תהליך הייצור שלו.
בפוסט זה נסקור:
- כל מה שאתה צריך לדעת על סיליקון
- האבולוציה של סיליקון: מסיליקון גבישי לייצור מודרני
- מחול לסיליקון: התהליך המרתק של ייצור סיליקון
- הכימיה של סיליקון: חקר המאפיינים והיווצרות של החומר הרב-תכליתי הזה
- היישומים הרב-תכליתיים של סיליקון
- מדוע סיליקון הוא בחירה בטוחה וידידותית לסביבה
- סיליקון לעומת פלסטיק: מה האלטרנטיבה הטובה יותר?
- סיכום
כל מה שאתה צריך לדעת על סיליקון
סיליקון הוא חומר פולימרי המורכב ממולקולות הנקראות סילוקסאנים. זהו חומר ייחודי המורכב מסיליקון, יסוד טבעי המצוי בחול ובסלעים, ומחמצן. כאשר שני היסודות הללו משולבים, הם יוצרים תרכובת המכילה שרשראות ארוכות של מונומרים חוזרים, הנקשרים יחד ליצירת מוצר סופי.
איך מייצרים סיליקון?
סיליקון מיוצר בדרך כלל על ידי ערבוב סיליקון טהור עם תרכובות אחרות ליצירת תרכובת סיליקון. לאחר מכן התרכובת עוברת סדרה של תהליכים מדעיים ליצירת מוצר סופי המורכב משרשרות ארוכות של מונומרים חוזרים. שרשראות אלו מחוברות יחד ליצירת פולימר המכונה בדרך כלל סיליקון.
מהם השימושים העיקריים של סיליקון?
סיליקון הוא חומר פופולרי המשמש בהרבה מוצרים שונים. חלק מהשימושים הנפוצים ביותר בסיליקון כוללים:
- יצירת חומרי איטום ודבקים שניתן להשתמש בהם לחיבור חומרים שונים יחד.
- ייצור חומרי סיכה שניתן להשתמש בהם להפחתת החיכוך בין חלקים נעים.
- יצירת בידוד תרמי וחשמלי שניתן להשתמש בו כדי להגן על ציוד רגיש מפני חום וחשמל.
- הכנת כלי בישול ומוצרי מטבח אחרים שאינם רעילים ועמידים בפני חום.
- יצירת מכשירים רפואיים ושתלים בטוחים ויעילים למטופלים.
מה ההבדל בין סיליקון לסיליקונים?
סיליקון הוא חומר בודד, בעוד שסיליקונים הם קבוצה של חומרים המורכבים מסיליקון. סיליקונים הם בדרך כלל קשים ועמידים יותר מסיליקון, והם משמשים בדרך כלל במוצרים הדורשים רמה גבוהה של איכות וביצועים.
האבולוציה של סיליקון: מסיליקון גבישי לייצור מודרני
בשנת 1854 השיג הנרי סיינט-קלייר דוויל סיליקון גבישי, שהיה תגלית משמעותית בעולם החומרים והתרכובות. סיליקון הוא יסוד כימי עם הסמל Si ומספר אטומי 14. זהו מוצק גבישי קשה ושביר עם ברק מתכתי כחול-אפור, והוא מתכתי ומוליך למחצה ארבע-ערכי. הסיליקון הוא היסוד השמיני בשכיחותו ביקום במסה, אך לעתים רחוקות הוא נמצא בצורתו הטהורה בטבע.
לידת הסיליקונים: המחקר של הייד והשמות של קיפינג
בשנת 1930, JF Hyde ניהל את המחקר הראשון לייצור סיליקונים מסחריים. מאוחר יותר, בשנת 1940, הכימאי האנגלי, פרדריק סטנלי קיפינג, באמצעות המחקר של הייד, נתן לחומר את השם "סיליקונים" מכיוון שהם היו "בלגנים דביקים". קיפינג היה חלוץ בתחום הכימיה האורגנית ונודע בעיקר בזכות עבודתו על כימיה של סיליקונים. סיליקונים הם קבוצה של פולימרים סינתטיים המורכבת מיחידות חוזרות של סילוקסן, שהוא שרשרת של אטומי סיליקון וחמצן מתחלפים עם קבוצות אורגניות המחוברות לאטומי הסיליקון.
הכימיה של סיליקונים: מבנה ושרשראות פולימרים
סיליקונים הם בעצם פולימרים עם יחידה חוזרת של סילוקסן. יחידת הסילוקסן מורכבת מאטום סיליקון המחובר לשני אטומי חמצן, המחוברים בתורם לקבוצות אורגניות. הקבוצות האורגניות יכולות להיות מתיל, אתיל, פניל או קבוצות אחרות. ניתן לחבר את יחידות הסילוקסן יחד ליצירת שרשראות ליניאריות או שרשראות מסועפות. ניתן גם לקשר את השרשראות ליצירת רשת תלת מימדית. החומר המתקבל הוא פולימר סיליקון בעל מגוון רחב של תכונות.
הייצור המודרני של סיליקונים: קורנינג, דאו והידרוליזה
הייצור המודרני של סיליקונים כולל מגוון שיטות, אך השיטה הנפוצה ביותר מבוססת על הידרוליזה של תרכובות סיליקון. תרכובות סיליקון כגון סיליקון טטרכלוריד (SiCl4) או דימתיל-דיכלורוסילאן (CH3)2SiCl2 מגיבים עם מים לייצור סילוקסאנים. לאחר מכן מפילמרים את הסילוקסנים ליצירת פולימרי סיליקון. התהליך יכול להתבצע באמצעות מגוון זרזים, כולל חומצות כגון HCl או בסיסים כגון NaOH.
המאפיינים של סיליקונים: חזק, עמיד במים ומבודד חשמלי
לסיליקונים מגוון רחב של תכונות, בהתאם לקבוצות האורגניות המחוברות לאטומי הסיליקון ולאורך שרשראות הפולימר. חלק מהמאפיינים של סיליקונים כוללים:
- חזק ועמיד
- עמיד במים
- בידוד חשמלי
- עמיד לטמפרטורות גבוהות ונמוכות
- אינרטי מבחינה כימית
- Biocompatibl כדי
סיליקונים משמשים במגוון רחב של יישומים, כולל:
- חומרי איטום ודבקים
- חומרי סיכה וציפויים
- מכשירים רפואיים ושתלים
- בידוד חשמלי ומעגלים
- רכיבי רכב וחלל
- מוצרי טיפוח וקוסמטיקה
ההבדלים בין סיליקונים לפולימרים אחרים
סיליקונים שונים מפולימרים אחרים בכמה דרכים:
- היחידה החוזרת בסיליקונים היא סילוקסן, בעוד שלפולימרים אחרים יש יחידות חוזרות שונות.
- קשר הסיליקון-חמצן בסילוקסאן חזק יותר מקשר הפחמן-פחמן בפולימרים אחרים, מה שמקנה לסיליקונים את תכונותיהם הייחודיות.
- סיליקונים עמידים יותר לטמפרטורות גבוהות ונמוכות מפולימרים אחרים.
- סיליקונים עמידים יותר במים מפולימרים אחרים.
העתיד של סיליקונים: מחקר מתקדם ומוצרים חדשים
השימוש בסיליקונים ממשיך לגדול, ומוצרים חדשים מפותחים כל הזמן. חלק מתחומי המחקר המתקדם בסיליקונים כוללים:
- פיתוח זרזים חדשים לפימור של סילוקסאנים
- השימוש בסיליל אצטט ותרכובות אחרות כדי לשנות את המאפיינים של סיליקונים
- השימוש בתגובות מזרזות חומצה ובסיס לייצור סוגים חדשים של פולימרי סיליקון
- השימוש בפולימרי סיליקון ביצירת זכוכית וחומרים אחרים
המונח "סיליקונים" נותר מונח נפוץ המשמש לתיאור מגוון רחב של חומרים מבוססי סיליקון, ותכונות החומרים הללו ממשיכות להיחקר ולהבין.
מחול לסיליקון: התהליך המרתק של ייצור סיליקון
סיליקון הוא פולימר שנמצא בשימוש נרחב בצורות ומוצרים שונים. תהליך השגת צורות הסיליקון הרצויות כולל סדרה של שלבים הדורשים את החומרים ואבני הבניין הנכונים. להלן הרכיבים והשלבים המעורבים בתהליך הייצור:
- סיליקון: אבן הבניין העיקרית של סיליקון היא סיליקון, שהוא אחד היסודות הנפוצים ביותר בכדור הארץ. הוא מבודד על ידי טחינת חול קוורץ והפעלת חום עליו, ומגיע לטמפרטורות של עד 2000 מעלות צלזיוס.
- מתיל כלוריד: סיליקון מעורבב עם מתיל כלוריד, המכונה בדרך כלל כלורומתאן. תגובה זו מייצרת כלורוסילאן, שהוא תוצר ביניים מרכזי בייצור סיליקון.
- חימום: לאחר מכן מחממים את הכלורוסילאן ליצירת dimethyldichlorosilane, שהוא מבשר לסיליקון. תהליך זה כולל הפעלת חום על התערובת, מה שמפעיל את התגובה ומסיר חומצה הידרוכלורית.
- עיבוד פולימרים: לאחר מכן מערבבים את הדימתיל-דיכלורוסילאן עם מים ליצירת פולימר. פולימר זה ניתן לעיבוד נוסף כדי להשיג צורות שונות של סיליקון, כגון אלסטומרים, המשמשים בדרך כלל בייצור מוצרי גומי.
החשיבות של בקרת איכות בייצור סיליקון
ייצור הסיליקון מצריך בקרת איכות ברמה גבוהה על מנת להבטיח שהמוצר הסופי עומד בתקנים הנדרשים. היצרנים צריכים להבטיח כי נעשה שימוש ברכיבים הנכונים בתהליך הייצור וכי התהליך מתבצע בתנאים הנכונים. הנה כמה מהגורמים שיצרנים צריכים לקחת בחשבון:
- טמפרטורה: תהליך הייצור דורש טמפרטורות גבוהות, מה שעלול להשפיע על איכות המוצר הסופי. היצרנים צריכים לוודא שהטמפרטורה נשלטת בקפידה כדי למנוע כל נזק לסיליקון.
- בידוד הנפח: תהליך הייצור כולל בידוד נפח התגובה כדי להבטיח שהכמות הנכונה של סיליקון תיוצר. זה דורש ניטור ובקרה זהירים של התגובה.
- הצלבה: צורות מסוימות של סיליקון דורשות הצלבה כדי להשיג את התכונות הרצויות. זה כרוך בחיבור של שרשראות הפולימר יחד כדי ליצור חומר חזק יותר.
הצורות הנפוצות של סיליקון בשוק
סיליקון נפוץ במגוון מוצרים, מכלי מטבח ועד מכשור רפואי. להלן כמה מהצורות הנפוצות ביותר של סיליקון בשוק:
- סיליקון בצפיפות נמוכה: סוג זה של סיליקון משמש בדרך כלל בייצור חומרי איטום ודבקים.
- אלסטומרים: אלה משמשים בדרך כלל בייצור מוצרי גומי, כגון אטמים וטבעות O.
- סיליקון בטמפרטורה גבוהה: סוג זה של סיליקון משמש ביישומים הדורשים עמידות בטמפרטורה גבוהה, כמו בתעשייה האווירית.
הכימיה של סיליקון: חקר המאפיינים והיווצרות של החומר הרב-תכליתי הזה
סיליקון הוא חומר סינטטי המורכב מאטומי סיליקון, חמצן, פחמן ומימן. זהו סוג של פולימר, כלומר הוא מורכב משרשרות ארוכות של מולקולות שנוצרות בתהליך שנקרא פילמור. סיליקון נוצר בדרך כלל באמצעות שיטה הנקראת הידרוליזה, הכוללת תגובה של תרכובות סיליקון עם מים לייצור סילוקסאנים.
הכימיה של סילוקסאנים ופולימרי סיליקון
סילוקסאנים הם אבני הבניין של פולימרי סיליקון. הם נוצרים באמצעות תגובה של תרכובות סיליקון עם מים, אשר מייצרת שרשרת של אטומי סיליקון וחמצן מתחלפים. ניתן לשנות עוד יותר את שרשרת הסילוקסן המתקבלת על ידי הוספת קבוצות אורגניות, כגון קבוצות מתיל או פניל, כדי לייצר מגוון רחב של פולימרי סיליקון.
אחד מפולימרי הסיליקון הנפוצים ביותר הוא polydimethylsiloxane (PDMS), שנוצר על ידי הוספת קבוצות מתיל לשרשרת הסילוקסן. PDMS הוא מוצק גבישי קשה ושביר עם ברק מתכתי כחול-אפור, והוא חבר בקבוצה 14 בטבלה המחזורית. זהו סוג של סיליקון המשמש בדרך כלל בייצור מעגלים אלקטרוניים ומוצרים אחרים הדורשים חומר חזק ועמיד במים.
תכונות הסיליקון והשימושים הנפוצים שלו
לסיליקון מספר תכונות ייחודיות שהופכות אותו לחומר פופולרי עבור מגוון רחב של יישומים. חלק מהמאפיינים העיקריים של סיליקון כוללים:
- יציבות תרמית גבוהה
- התנגדות מים
- רעילות נמוכה
- תכונות בידוד חשמלי טובות
- חדירות גז גבוהה
תכונות אלו הופכות את הסיליקון לחומר פופולרי עבור מגוון רחב של מוצרים, כולל:
- מכשירים רפואיים
- חלקי רכב
- רכיבים אלקטרוניים
- חומרי איטום ודבקים
- מוצרים לטיפול אישי
העתיד של ייצור ופיתוח סיליקון
ייצור ופיתוח סיליקון נותרו תחום מחקר פעיל עבור כימאים ומדעני חומרים. שיטות חדשות לייצור פולימרי סיליקון מוצעות ונבדקות, כולל שימוש בקטון וסיליל אצטט בתהליך הפילמור. ככל שמתפתחים פולימרי סיליקון חדשים, הם צפויים למצוא יישומים חדשים במגוון רחב של תעשיות ומוצרים.
היישומים הרב-תכליתיים של סיליקון
סיליקון הוא מרכיב חיוני במגוון מוצרים וחומרים המשמשים במגזרי הבנייה והתעשייה. יכולתו לעמוד בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, להתנגד לכימיקלים ושמנים ולהישאר יציב בתנאים קיצוניים הופכים אותו לחומר מצוין עבור מגוון יישומים, כולל:
- ציפויים ודבקים
- מבודדים ו חומרי מילוי (הנה איך להשתמש באלה הנכונים)
- חומרי סיכה והילוכים למנועי רכב
- שמנים מיוחדים ומוצרי גימור
- חומרי זיגוג וגימור
אלקטרוניקה ותעשייה אווירית
סיליקונים נמצאים בשימוש נפוץ גם בתעשיות האלקטרוניקה והחלל בשל תכונותיהם הייחודיות, כולל:
- בידוד יעיל ועמידות לטמפרטורות גבוהות וכימיקלים
- יכולת מילוי רווחים ומתן ריפוד לרכיבים עדינים
- ביצועים יציבים ועמידים לאורך זמן בסביבות קיצוניות
יישומי רפואה וקוסמטיקה
ג'ל סיליקון הוא מרכיב חשוב במוצרים רפואיים וקוסמטיים בשל התאימות הביולוגית הגבוהה שלו ויכולתו לחקות את תכונות הרקמה האנושית. כמה שימושים ספציפיים כוללים:
- שתלי חזה, שתלי אשכים והשתלת חזה
- תחבושות וחבישות
- עדשות מגע
- טיפולי צלקות ומוצרים לטיפול בפצעים
יישומים מיוחדים
סיליקון משמש גם במגוון יישומים מיוחדים, כולל:
- ייצור גומי ושרף
- מיקרופלואידים ורכיבים אחרים בעלי דיוק גבוה
- מוצרי תעשיית הנפט והגז
- דבקים יעילים ועמידים לאורך זמן
העתיד של יישומי סיליקון
ככל שהטכנולוגיה וטכניקות העיבוד ממשיכות להתקדם, מגוון יישומי הסיליקון רק ימשיך לגדול. מפיתוח חומרים ותרכובות חדשות ועד לתכנון חלקים ומבנים ספציפיים, סיליקון יישאר מרכיב חיוני במגוון רחב של מוצרים ותעשיות.
מדוע סיליקון הוא בחירה בטוחה וידידותית לסביבה
סיליקון הוא בחירה פופולרית עבור מוצרים רבים בשל תכונות הבטיחות שלו. הנה כמה סיבות לכך:
- ללא פתלטים: פתלטים הם כימיקלים שנמצאים בדרך כלל בפלסטיק ועלולים להזיק לבריאות האדם. סיליקון אינו מכיל פתלטים, מה שהופך אותו לחלופה בטוחה יותר לפלסטיק.
- ללא BPA: ביספנול A (BPA) הוא כימיקל נוסף שנמצא בפלסטיק שיכול להיות בעל השפעות בריאותיות שליליות. הסיליקון נטול BPA, מה שהופך אותו לאופציה בריאה יותר לאחסון מזון ובישול.
- בריאות קנדה אושרה: Health Canada קבעה שסיליקון בדרגת מזון בטוח לבישול ואחסון מזון. הוא אינו מגיב עם מזון או משקאות, מה שהופך אותו לבחירה בטוחה לשימוש במטבח.
שיקולים סביבתיים
סיליקון הוא לא רק בטוח לבני אדם, אלא הוא גם בחירה ידידותית לסביבה. הנה למה:
- עמיד: סיליקון הוא חומר עמיד שיכול להחזיק מעמד לאורך שנים, ומפחית את הצורך בהחלפות תכופות ובזבוז.
- ניתן למיחזור: ניתן למחזר סיליקון, מה שמפחית את השפעתו על הסביבה.
- רעילות נמוכה: סיליקון הוא חומר בעל רעילות נמוכה, כלומר אינו משחרר כימיקלים מזיקים לסביבה במהלך ייצור או סילוק.
סיליקון לעומת פלסטיק: מה האלטרנטיבה הטובה יותר?
סיליקון ופלסטיק הם שני סוגים של חומרים הנמצאים בשימוש נפוץ בתעשיות שונות. פלסטיק הוא חומר מסורתי שנמצא בשימוש עשרות שנים, בעוד שסיליקון הוא תרכובת חדשה יחסית שצברה פופולריות בשנים האחרונות. לשני החומרים תכונות ושימושים ייחודיים משלהם, אך ישנם כמה הבדלים חשובים ביניהם.
הבדל במאפיינים
אחד ההבדלים העיקריים בין סיליקון לפלסטיק הוא אופן ייצורם. סיליקון מיוצר מסיליקון, יסוד יציב טבעי, בעוד פלסטיק עשוי מתרכובות סינתטיות. זה אומר שלסיליקון יש כמה תכונות שאין לפלסטיק, כמו להיות יותר עמיד ועמיד בחום. סיליקון יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות יותר מאשר פלסטיק, מה שהופך אותו לאידיאלי לשימוש בציוד בישול ואפייה.
קווי דמיון והבדלים בצורה ויכולת עובש
בעוד שסיליקון עמיד יותר מפלסטיק, הוא לא כל כך גמיש. זה לא יכול להיות יצוק לצורות שונות כמו יכול פלסטיק. עם זאת, סיליקון יכול להיות יצוק במגוון צורות, מה שהופך אותו לבחירה פופולרית עבור כלים וציוד מטבח. פלסטיק נפוץ גם עבור כלים וציוד מטבח, אבל הוא לא עמיד כמו סיליקון.
בטיחות וחשמל
סיליקון ידוע גם בתכונות הבטיחות והחשמליות שלו. זהו חומר לא רעיל שאינו משחרר כימיקלים מזיקים בעת חימום, מה שהופך אותו לבטוח לשימוש בבישול ואפייה. זה גם מבודד חשמלי טוב, מה שהופך אותו לאידיאלי לשימוש בציוד חשמלי. פלסטיק, לעומת זאת, יכול לשחרר כימיקלים מזיקים כאשר הוא מחומם, מה שהופך אותו לאפשרות פחות בטוחה לבישול ואפייה.
ניקוי ותחזוקה
בכל הנוגע לניקוי ותחזוקה, לסיליקון ולפלסטיק יש כמה קווי דמיון והבדלים. שני החומרים ניתנים לניקוי במדיח כלים, אך הסיליקון עמיד יותר ויכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות יותר. פלסטיק יכול להתעקם ולהימס בטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותו פחות עמיד מסיליקון.
סיכום
אז, סיליקון הוא חומר העשוי מסיליקון וחמצן, והוא משמש להמון דברים.
אתה יכול לראות למה זה כל כך פופולרי עכשיו, נכון? אז, אל תפחד לשאול שאלות אם אתה לא בטוח לגבי משהו. אתה תמיד יכול לבקש עזרה מחבר.
ואל תשכח לעיין במדריך שלנו למידע נוסף על סיליקון.
אני יוסט נוסלדר, המייסד של Tools Doctor, משווק תוכן ואבא. אני אוהב לנסות ציוד חדש, ויחד עם הצוות שלי אני יוצר מאמרי בלוג מעמיקים מאז 2016 כדי לעזור לקוראים הנאמנים עם כלים וטיפים ליצירה.
