Pii (alkuaine)

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
AlumiiniPiiFosfori
C

Si

Ge  
 
 
Si-TableImage.png
Yleistä
Nimi Pii
Tunnus Si
Järjestysluku 14
Luokka puolimetalli
Lohko p-lohko
Ryhmä 14, hiiliryhmä
Jakso 3
Tiheys 2,33×103 kg/m3
Kovuus 6,5 (Mohsin asteikko)
Väri tummanharmaa, sinertävä
Löytövuosi, löytäjä 1787, Antoine Lavoisier
Atomiominaisuudet
Atomipaino 28,0855 amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 111 pm
Kovalenttisäde 111 pm
Van der Waalsin säde 210 pm
Orbitaalirakenne [Ne] 3s2 3p2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 4
Hapetusluvut IV, -IV
Kiderakenne kuutiollinen, timanttirakenne
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 1687 K (1414 °C)
Kiehumispiste 2628 K (2355 °C)
Höyrystymislämpö 359 kJ/mol
Sulamislämpö 50,21 kJ/mol
Äänen nopeus 2200 m/s (20 °C) K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,90 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,712 kJ/kg K
Lämmönjohtavuus (300 K) 149 W/(m×K)
CAS-numero 7440-21-3
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Pii on puolimetalli, joka on maankuoren toiseksi yleisin alkuaine. Piin kemiallinen merkki on Si (lat. silicium). Alkuaineen atomimassa IUPACin standardin mukaisesti on [28,084;28,086] amu[1].

Esiintyminen luonnossa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puhtaalla piillä on metallimainen kiilto

Pii on maankuoren toiseksi yleisin alkuaine. Sen osuus on 25,7 % maankuoren massasta; yleisin alkuaine on happi, jota on 49,5 %. Piin tavallisimpia luonnossa esiintyviä yhdisteitä ovat piidioksidi SiO2 ja silikaatit, jotka koostuvat piistä, hapesta ja metalleista. Hiekassa ja kvartsissa on pääosin SiO2:a, savessa, asbestissa, kiilteessä, sarvivälkkessä, maasälvässä ja graniitissa puolestaan silikaatteja. Pii on pääkomponenttina eräissä meteoroidityypeissä sekä tektiiteissä, jotka ovat luonnossa muodostunutta lasia.

Monet arvostetut puolijalokivet ovat silikaattimineraaleja, kuten muun muassa ametisti, jaspis ja vuorikristalli. Puhdas pii on erittäin harvinaista luonnossa: sitä on tavattu vain satunnaisesti pieniä määriä tulivuorista purkautuneissa aineissa sekä sulkeumina kultahipuissa.

Ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kiteisellä (puhtaalla, kiinteällä) piillä on metallinen kiilto ja sinertävä värisävy. Sen kiderakenne on timanttimainen.[2] Pii kuuluu samaan jaksollisen järjestelmän ryhmään kuin hiili ja muistuttaa sitä joiltakin kemiallisilta ominaisuuksiltaan. Pii on kuitenkin hiiltä passiivisempi. Tosin se reagoi halogeenien ja monien emästen kanssa. Useimmat hapot eivät vaikuta siihen, lukuun ottamatta typpihapon (HNO3) ja fluorivetyhapon (HF) seosta.

Piin yhdisteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yhdisteissään pii esiinty tavallisesti hapetusasteella +IV, harvoin +II tai (silaanissa) -IV. Pii sitoutuu muihin alku­aineisiin ko­valent­ti­sesti, joskin piitetrafluoridilla on jonkin verran ioniyhdisteenkin luonnetta.[3]

Piin pysyvin yhdiste on piidioksidi. Se on kiteinen aine, jota on luonnossa runsaasti kvartsina monine muunnoksineen. Piidioksidi on kemialli­sesti erittäin kestävää, mutta vetyfluoridin kanssa se reagoi muodostaen piitetrafluoridia:

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2 H2O[4]

Hapen kanssa pii muodostaa myös useita anioneja, sili­kaatteja, joista tavallisimpia ovat ortosilikaatti- (SiO44-), metasilikaatti- (SiO32-) ja disilikaatti-ionit (Si2O52-). Nämä muodostavat eri metallien kanssa ioniyhdisteitä, joita voidaan pitää piihappojen suoloina. Natriumsilikaattia voidaan valmistaa liuottamalla piidioksidia sulatettuun natriumhydroksidiin:

4 NaOH + SiO2 → Na4SiO44-[4]

Natriumsilikaatti on vesiliuokoista, ja sen liuos tunnetaan vesilasina. Jos sen väkevään liuokseen lisätään suolahappoa, saadaan silikageelia, joka on hydra­toitu­nutta orto­pii­hapon (H4SiO4) ja pii­di­oksidin seosta.[5]

Jaksollisessa järjestelmässä samaan ryhmään kuuluvan hiilen tavoin myös pii voi katenoitua, toisin sanoen useampi piiatomi voi sitoutua toisiinsa pitkäksi ketjuksi. Tällä tavoin muodostuu yhdisteitä, jotka molekyyli­rakenteeltaan vastaavat hiilen muodostamia orgaanisia yhdisteitä. Yksin­kertaisimpia sellaisia ovat alkaanisarjan hiilivetyjä vastaavat silaanit, joiden molekyyli­rakenne voidaan esittää muodossa SinH2n+2. Nämä ovat kuitenkin selvästi vähemmän vakaita yhdisteitä kuin hiilivedyt.[3]

Silikonit ovat suuri­molekyylisiä, polymeerisia yhdisteitä, jotka sisältävät sekä piitä että hiiltä.[6]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Antoine Lavoisier kuvasi ensimmäisenä piin vuonna 1787. Humphry Davy erehtyi myöhemmin pitämään sitä yhdisteenä. Vuonna 1811 Gay-Lussac ja Thénard onnistuivat todennäköisesti valmistamaan epäpuhdasta amorfista piitä kuumentamalla kaliumia (K) piitetrafluoridin SiF4 kanssa. Berzelius valmisti amorfista piitä vuonna 1824 käyttäen jokseenkin samanlaista menetelmää kuin Gay Lussac ja Thénard. Berzelius myös puhdisti tuotteensa.

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puolijohteisiin tarvitaan puhdasta piitä, joka sitten seostetaan pienillä määrillä muita sopivia alkuaineita. Piikarbidi (SiC) on puhtaan piin ohella käytössä puolijohdetekniikassa.

Piidioksidi on pääkomponenttina lasissa, sementissä ja keramiikassa. Silikonit ovat piin tärkeitä polymeerejä, joita käytetään muun muassa voiteluaineissa, liimoissa, saumaus- ja tiivistemateriaaleissa, rintaimplanteissa ja leluissa.

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Piillä on yhdeksän isotooppia, joiden massaluvut ovat välillä 25–33. Si-28 (isotoopeista yleisin, 92,23 %), Si-29 (4,67 %) ja Si-30 (3,1 %) ovat pysyviä.

Ihmisen ruokavaliossa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pii on välttämätön luiden, nivelten ja mukopolysakkaridien (esimerkiksi kollageeni) muodostukselle ja puutos johtaa pitkien luiden epämuodostumiin. Piin parhaat lähteet ovat kokojyvävilja, juurekset ja muut kasvikset. Saannin tarpeen arvioidaan olevan välillä 21–46 mg/vrk.[7]

American Journal of Clinical Nutrition julkaisi vuoden 2002 toukokuun numerossaan tutkimuksen, jossa kartoitettiin koehenkilöiden nauttimia ruoka-aineita ja näiden sisältämää piin määrää.[8] Tulokset osoittivat, että olut vahvistaa luustoa, mutta myös että miehillä ravinnosta saatava piin määrä on huomattavasti suurempi kuin naisilla. Olut sisältää ohrasta peräisin olevaa piitä.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  2. J. E. Hall: Solid State Physics, s. 38-40. John Wiley & Sons Ltd, 1979. ISBN 0-471-34281-5.
  3. a b Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: {{{Nimike}}}, s. 326-327. Otava, 1988. ISBN 951-1-10136-6.
  4. a b Kivinen, Mäkitie, s. 333
  5. Kivinen, Mäkitie, s. 333
  6. Kivinen, Mäkitie, s. 335
  7. Tohtori.fi artikkeli
  8. American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 75, No. 5, 887-893, May 2002

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Pii (alkuaine).