Reines Silicium ist ein dunkelgrau oder leicht blaugrau glänzendes Halbmetall, das ähnlich spröde ist wie Germanium, so dass man es mit einem Hammer zerschlagen kann. Dabei entstehen muschelige Bruchstücke mit Metallglanz. Silicium ist sehr hart, allerdings erreicht es nicht die Härte von kristallinem Bor. Kompaktes, kristallines Silicium bildet ähnlich wie beim Diamant eine Gitterstruktur, was die hohe Härte und Sprödigkeit erklärt. Dünne Siliciumplättchen sind durchscheinend.

Das bei der Reduktion von Quarzsand erhaltene graue oder graubraune Silicium ist ein unreines Pulver, das im mikrokristallinen Bereich einen ähnlichen Aufbau wie die Kristalle aufweist. Silicium zeigt wie Bismut, Gallium, Germanium oder Wasser beim Schmelzen eine Dichteanomalie: Flüssiges Silicium besitzt eine höhere Dichte als festes. Die thermische Leitfähigkeit des Siliciums ist sehr hoch, dagegen ist die elektrische Leitfähigkeit bei reinem Silicium sehr gering. Sie steigt aber mit zunehmender Temperatur. Durch das Dotieren mit Aluminium- oder Antimon-Atomen kann die elektrische Leitfähigkeit ebenfalls erhöht werden. Man erhält dann einen Halbleiter.  

Silicium ist nur sehr wenig reaktionsfähig. Es ist unlöslich in Wasser und Säuren, es wird aber von heißen Alkalilaugen zu den entsprechenden Silicaten aufgelöst:  

Mit den Halogenen und vor allem mit Fluor reagiert Siliciumpulver bereits bei Zimmertemperatur. An der Luft verbrennt Siliciumpulver erst nach sehr starkem Erhitzen zu Silicium(IV)-oxid, das chemisch wie das Mineral Quarz aufgebaut ist:    

Bei sehr hohen Temperaturen reagiert Silicium auch mit Stickstoff zu Siliciumnitrid Si₃N₄, mit Kohlenstoff zu Siliciumcarbid SiC und mit Schwefel zu Siliciumdisulfid SiS₂. Silicium lässt sich mit Metallen zu Siliciden legieren. 

Häufigkeit   sehr häufig

Silicium-Atome machen 25,8 Prozent Massenanteil in der Erdhülle aus, damit ist Silicium nach Sauerstoff das zweithäufigste Element auf der Erde. In der Natur kommt elementares Silicium nur sehr selten vor, es ist aber ein anerkanntes Mineral. Meist ist Silicium chemisch in anorganischen Mineralien gebunden, zum Beispiel im Quarz oder in den Silicaten wie Beryll, Olivin, Feldspat, Glimmer oder Turmalin. Etwa 90 Prozent der Erdkruste besteht aus Silicium-Mineralien.  

 

Schon die Phönizier beherrschten die Kunst der Glasbearbeitung. Im Alten Testament wird Glas dem Gold gleichgesetzt (Hiob 28,17). Auch die alten Ägypter konnten Glas schmelzen und bearbeiten. Sie stellten daraus Perlen, Amulette, Vasen, Tierfiguren oder die Augen für Statuen her. Als ältestes bekanntes Glasgefäß gilt der Glaskelch des Pharaos Thutmosis III. Der Kelch war früher im Britischen Museum, er befindet sich heute im Staatlichen Museum Ägyptischer Kunst in München. Die wesentlichen Zutaten für die Glasherstellung waren damals schon die gleichen wie heute: Quarzsand und Kalk, bzw. Wüstensand mit einem hohen Kalkgehalt, sowie Pottasche oder Soda als Flussmittel zur Erleichterung des Schmelzvorgangs. Als färbende Bestandteile wurden beim Schmelzen der Masse in den Pfannen Metalloxide eingesetzt. Diese waren in Form von Verunreinigungen in den Rohstoffen teilweise schon enthalten, man setzte aber auch Kupfersalze zur Blaufärbung ein. Eine Technik der Ägypter bestand darin, eine Kernform aus Ton oder Sand herzustellen und darum herum die geschmolzenen Glasfäden zu wickeln. Nach dem Abkühlen wurde die Kernform weggekratzt. [Lit. 138, 140]

Glas aus der Römerzeit

Zur Römerzeit war es noch nicht möglich, klares und farbloses Glas herzustellen. Das Glas stammt aus der Sammlung im Deutschen Museum in München.

Auch die Römer beherrschten die Techniken der Glasherstellung. Plinius der Ältere nennt in seinem Werk Naturalis historia als geeignete Quelle für den Sand den Fluss Belus, der aus dem Karmel-Gebirge im heutigen Israel entspringt. Der an anderer Stelle im Werk erwähnte Lapis specularis für Fensterscheiben bestand nicht aus einer Siliciumverbindung, sondern aus „Fraueneis“, das später Marienglas genannt wurde. Dabei handelt es sich um Gips in durchsichtiger Form.

Venedig galt schon im Mittelalter und vor allem dann in der Renaissance als Hochburg für die Glasherstellung. Ab 1291 wurde die Glasherstellung zum Schutz der Altstadt vor Bränden auf die Inselgruppe Murano ausgelagert. Angelo Barovier war der bekannteste Glasmacher während der Renaissance in Venedig. Um 1450 gelang ihm die Produktion des cristallo, ein Kristallglas, das bis dahin das klarste je hergestellte Glas war. Die Herstellung war aufgrund eines Dekrets nur ihm vorbehalten. Das Besondere lag unter anderem darin begründet, dass er bei der Herstellung die verunreinigenden Bestandteile aus den Rohstoffen entfernen konnte. Auch die Erfindung des lattimo, ein porzellanähnliches Milchglas, geht auf das Umfeld von Barovier zurück. Die Techniken zur Färbung des Muranoglases sollen auf die Arbeiten des 1493 gestorbenen Gelehrten und Pfarrers Paolo dalla Pergola zurückgehen. Nach einem alten Bericht wurde das Geheimnis durch den Glasmacher Giorgio Ballarin gestohlen und den Muranoglasherstellern in Venedig zugetragen. [Lit. 141]

Ein erster Hinweis auf ein neues Element im Quarz oder in der der Kieselsäure findet sich bei Lavoisier 1789: In seiner berühmten Tabelle aus dem Traité élémentaire de chimie ist die Substanz Silice („Kieselsäure“) unter den „salzbildenden und erdigen Substanzen“ aufgeführt. Um 1808 versuchte Humphry Davy in London mit Hilfe seiner riesigen Voltasäule die Kieselsäure mit elektrischem Strom durch eine Elektrolyse zu zerlegen, was ihm aber nicht gelang. Auch eine Reaktion mit Kalium war nicht möglich, daher bezweifelte Davy, dass in der Kieselerde ein neues Element versteckt war. Gay-Lussac und Thénard beobachteten zur gleichen Zeit etwa in Paris, dass gasförmiges Siliciumtetrafluorid mit Kalium heftig reagierte. Das Siliciumtetrafluorid konnte aus Flussspat (Calciumfluorid) und Sand mit konzentrierter Schwefelsäure hergestellt werden. Sie stellten damit wahrscheinlich als erste unreines, amorphes Silicium her, ohne den Elementcharakter zu erkennen. [Lit. 138]

Der schwedische Chemiker Jöns Jakob Berzelius (1779–1848) erhitzte ein Gemisch aus Kieselerde, Eisenpulver und Kohlestaub. Dabei erhielt er Eisensilicid. In Salzsäure löste sich dieses unter Wasserstoffentwicklung auf. Die Menge des Wasserstoffs war größer, als aufgrund des ursprünglich eingesetzten Eisenanteils zu erwarten war. Daraus schloss Berzelius, dass in der Kieselerde ein neues Element enthalten war. Er wiederholte die Experimente von Gay-Lussac und Thénard mit Siliciumtetrafluorid und Kalium und konnte dabei durch ein nachfolgendes, sehr aufwändiges Reinigungsverfahren ein bräunliches, unlösliches Pulver gewinnen, das aus amorphem Silicium bestand. Diesen letzten, entscheidenden Schritt zur Abtrennung der nur schwach wasserlöslichen Nebenprodukte mit Wasser hatten die Franzosen nicht durchgeführt. [Lit. 138]  1823 gelang Berzelius die Herstellung von Tetrachlorsilan durch Überleiten von Chlorgas auf heißes Siliciumpulver oder auf ein erhitztes Gemisch aus Kieselsäure und Kohlenstoff.

Im Labor kann Silicium aus Quarzsand durch Reduktion hergestellt werden: Man mischt zwei Spatel Quarzsand und drei Spatel Magnesiumpulver in einem Reagenzglas und erhitzt kräftig mit einer Brennerflamme. Unter Aufglühen oder Feuererscheinungen reduziert das Magnesium den Quarzsand (SiO₂) zu Silicium (Si). Das entstehende Silicium reagiert mit noch vorhandenem Magnesium teilweise weiter zu Magnesiumsilicid:  

Durch Zugabe von 10%iger Salzsäure reagieren das gebildete Magnesiumoxid und das Magnesiumsilicid weiter zu Magnesiumchlorid und zu Siliciumwasserstoff:  

In der Industrie wird der Quarz mit Kohlenstoff reduziert. Das dabei entstandene Rohsilicium enthält noch zahlreiche Verunreinigungen. Daher setzt man das Rohsilicium mit Salzsäure zunächst zu Trichlorsilan um: