...Silice...silicium...quartz...
par Annie Rousseau
DÉCOUVERTE DU SILICIUM
Depuis fort longtemps, la planète Terre cache, sous son énorme manteau, une panoplie de substances mystérieuses. Il y a déjà plusieurs milliers d'années qu'une de ces substances est utilisée: c'est la silice pure, communément appelée quartz ou cristal de roche. Que ce soit sous forme de parure ou d'outil, le quartz a été et restera à jamais une pierre tout à fait fascinante. Des Amérindiens (avant la découverte de l'Amérique par les Blancs) l'utilisaient comme pointe de flèche jusqu'au bijou le plus gracieux, le quartz n'est donc jamais passé inaperçu! En effet, malgré qu'il ait été utilisé depuis fort longtemps, ce fut Berzélius qui le découvrit scientifiquement en 1823 et Deville démontra, plus tard, les affinités qu'il présente avec le carbone. C'est à l'île de Madagascar que les plus gros quartz ont été trouvés... de 1 à 2 mètres de circonférence et pesant de 300 à 400 kilos!
LES DIVERSES FORMES DE QUARTZ
Le quartz n'est toutefois pas toujours représenté sous le signe de silice pure. Il existe donc sous d'autres formes un peu plus complexes telles le quartz fumé ou laiteux et l'améthyste. Ces types de quartz doivent leurs couleurs aux impuretés qu'ils contiennent et dans le cas de l'améthyste, ce sont des traces de manganèse qui y sont incluses. Ceci dit, le silicium comporte plutôt des composés oxygénés qui sont formés de liaisons simples. Dans celles-ci, l'oxygène se joint à deux atomes de silicium et renferment alors des ponts Si-O-Si. Quatre de ceux-ci peuvent se former et voilà qu'apparaît alors la structure tridimensionnelle de la silice. Cette structure est électriquement neutre. Si cette même structure est régulière, la silice est cristalline et lorsque cette structure est détruite, comme dans SiO2 en surfusion, la silice n'est plus cristalline mais vitreuse. Alors qu'elle est cristalline, la silice possède un point de fusion très élevé soit 1250 oC. Il y a évidemment un contraste vis-à-vis sa structure non cristalline: elle se ramollit beaucoup plus aisément. C'est d'ailleurs de là qu'est tirée la verrerie de laboratoire.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES
La silice a également plusieurs autres caractéristiques. Elle transmet, entre autre, la lumière visible et ultraviolette, elle possède un faible coefficient d'expansion thermique et elle est inerte envers la plupart des réactifs. Elle est aussi bien appréciée en laboratoire puisqu'elle résiste à de fortes variations de température. Elle se dissout, par contre, dans les solutions de HF pour former des ions fluorosilicates complexes, SiF6-- et, jusqu'à un certain point, dans les solutions basiques pour donner divers ions silicates. Le verre est un silicate important dérivé du SiO2. Il se fabrique par fusion de SiO2 avec des substances basiques, comme CaO et Na2CO3. Le pyrex, verre spécial, contient d'autres oxydes acides (B2O3) substitués en partie à SiO2. Semblable à la silice, le verre se dissout dans les solutions de HF et les solutions basiques l'attaquent lentement.
SiO2 + 4HF => SiF4 + 2H2O
SiO2 + 2NaOH => Na2SiO3 + H2O
Ceci est facilement vérifiable, car les bouchons de verre adhèrent rapidement aux flacons de réactifs contenant des solutions basiques telles que NaOH et Na2CO3. En effet, ils sont quelques fois si fortement collés que parfois, ils se brisent en tentant de les ouvrir. Toutefois, un trempage dans l'eau suffit habituellement à les décoller, mais il faut s'assurer qu'ils y aient trempé assez longtemps sinon attention aux bris!
PRÉPARATION DU SILICIUM
Bien que ces composés soient pour la plupart oxygénés, il est tout à fait possible de préparer d'autres composés oxydables; c'est le cas des silanes, préparés par la réaction des silicures avec un acide et ressemblant aux hydrocarbures qui, instables face à l'oxygène, se transforment en SiO2. Pour ce qui est de la préparation du silicium pur, il suffit d'effectuer la réduction de SiO2 avec du magnésium (Mg) ou du chlorure (Cl -) en présence de sodium (Na+). Voici les réactions les plus utilisées:
en laboratoire: SiO2 + 2Mg => 2MgO + Si
en industrie: SiO2 + 2C => Si + 2CO
PLACE DU SILICIUM DANS LA NATURE
Dans le règne minéral, le silicium occupe une place aussi importante que le carbone dans les règnes végétal et animal. Il est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre (26 %). Sous forme de SiO2, il existe dans le sable, le silex, le quartz et l'opale. Il forme ainsi des silicates complexes d'aluminium, de fer, de magnésium et d'autres métaux qui constituent pratiquement toutes les roches, les argiles et les sols. Il
n'y a, à proprement parler, que le calcaire (CaCO3) et la dolomite CaCO3 - MgCO3, qui n'en contiennent pas.
Comme toute chose utile, la silice a plusieurs usages. Tout d'abord, la montre au quartz qui met en boîte les anciennes montres de nos grands-parents aux engrenages si délicats! La simple vibration du flux électrique créé par la pile de la montre démarre tout le fonctionnement complexe de la montre. Cela n'est pas tout! Il y a évidemment la joaillerie qui nous permet une décoration exceptionnelle... de notre extérieur! Il y a aussi de nombreuses applications industrielles et domestiques... nous n'avons qu'à penser à nos merveilleux verres ou à nos si jolies coupes de cristal!
MYSTIQUE...
Bref, la silice ou oxyde de silicium ou quartz est tout à fait extra! Elle est remplie de mystères plus ou moins clairs...
BIBLIOGRAPHIE
1. CEDROM: Actualité/Québec, NOËL André. LA PRESSE, Des fouilles archéologiques exhument un morceau d'histoire à l'Îles des Soeurs, CEDROM Technologies inc., SNI inc et Southam Electronic Publishing, 1995.
2. GAGNÉ, J.-A. Chimie générale, Québec, Les Presses de l'Université Laval, 1965, 663 pages.
3. SIENKO & PLANE. Chimie, Québec, Les presses de l'Université Laval, 1964, 609 pages.
4. Sélection du Reader's Digest. Comment?, Berkeley Square London, Sélection du Reader's Digest Paris Bruxelles Montréal Zurich, 1990, 448 pages.
5.Quartz instruments and components
http://www.attache.nl/lhg/quarts.htm
6. MORET, L. Précis de géologie, St-Germain Paris, Masson et Cie, 1967, 681 pages.
Recherche : Annie Rousseau, Centre Le Goéland, Sherbrooke, QC
Page mise à jour : mercredi 1 octobre 1997
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