Le proprietà fisiche del silicio variano considerevolmente nella sua forma naturale rispetto a quando è stato raffinato o come parte di una struttura composta. È ufficialmente classificato come metalloide, il che significa che ha proprietà fisiche sia dei conduttori metallici che degli isolanti non metallici. Nella sua forma grezza, il silicio si trova in una concentrazione di circa il 25% nella sabbia ed è raffinato per usi comuni nella produzione di pentole in vetro che trattengono bene il calore, in prodotti ornamentali in vetro di molte varietà e come ingrediente nel calcestruzzo. I composti di silicio hanno una vasta gamma di usi industriali grazie alla loro durata e capacità di resistere alle alte temperature, rendendo le proprietà del silicio utili per prodotti come abrasivi in carburo, smalti ai silicati e guarnizioni e sigillanti in silicone.
Quando viene raffinato come silicio di grado semiconduttore (SGS), il silicio è puro almeno al 99.9999%, il che lo rende un isolante totale. L’SGS viene quindi drogato, o impiantato, con livelli minimi di atomi di boro o di fosforo a un livello di circa un atomo di ciascuno per un miliardo di atomi di silicio. Questo cambia le proprietà del silicio da una natura isolante a una semiconduttiva, in modo che sia utile nella produzione di microchip.
Le proprietà chimiche del silicio includono la sua capacità di combinarsi facilmente con l’ossigeno e di formarsi facilmente in strutture amorfe o cristalline a temperatura ambiente. Il suo punto di fusione molto alto di 2,570° Fahrenheit (1,410° Celsius) rende i composti del materiale utili in un’ampia gamma di processi industriali. Si lega facilmente anche con metalli, come acciaio, ottone e alluminio per le parti automobilistiche, il che li rende più forti e durevoli. Le proprietà meccaniche del silicio lo rendono anche uno degli elementi più comuni utilizzati in edilizia per qualsiasi cosa, dai calafati ai mattoni e ai composti ceramici.
Nonostante la sua reputazione di elemento stabile, le proprietà del silicio in combinazione con il nitrato di potassio sono state utilizzate anche per produrre esplosivi. La ricerca del 2011 ha dimostrato la sua natura esplosiva come sostanza chimica in combinazione con il nitrato di gadolinio, che è equivalente alla resa esplosiva della normale polvere da sparo. Le applicazioni per la scoperta possono includere lo sviluppo di microchip con dati sensibili o strutture che possono essere distrutte da un segnale remoto quando cadono nelle mani sbagliate.
Il biossido di silicio, o SiO2, è ora noto per essere l’elemento più abbondante nella crosta terrestre dopo l’ossigeno, comprendendo circa il 28% della massa della crosta. Oltre 1,000,000 di tonnellate di silicio sono state trasformate in forme utili a partire dal 1999, con quasi la metà di questa produzione a 400,000 tonnellate provenienti dalla Cina. Le fonti per il materiale sono sabbia ordinaria, quarzo e altri minerali cristallini come l’ametista. È presente in quantità significative anche in pietre semipreziose come agata, diaspro e opale.
La scoperta del silicio e delle sue proprietà avvenne tra il 1789 e il 1854 ad opera di ricercatori di molte nazioni, a cominciare dal chimico francese noto oggi come il Padre della Chimica, Antoine Lavoisier, che per primo propose che il quarzo fosse un ossido di un elemento non identificato. Nel corso del 1800, diversi chimici isolarono campioni di silicio, tra cui l’inglese Humphry Davy nel 1808, i chimici francesi Joseph Gay-Lusssac e Louis Thenard nel 1811 e il chimico svedese Jons Berzelius nel 1824. Il chimico scozzese Thomas Thomson chiamò ufficialmente l’elemento silicio nel 1831 e, nel 1854, il chimico e minerologo francese Henri De Ville produsse il primo silicio cristallino relativamente puro. L’elemento è stato messo in produzione commerciale per gomma siliconica e grassi nel 1943 e, nel 1958, il primo circuito integrato con transistor incorporati è stato prodotto con un substrato di silicio.