Ogljik in silicij v naravi. Kemične lastnosti silicija

Kratek primerjalni opis elementov ogljik in silicij je predstavljen v tabeli 6.

Tabela 6

Primerjalne lastnosti ogljika in silicija

Primerjalni kriteriji	Ogljik – C	Silicij – Si
mesto v periodnem sistemu kemijskih elementov	, 2. obdobje, IV skupina, glavna podskupina	, 3. obdobje, IV skupina, glavna podskupina
elektronska konfiguracija atomov
valenčne možnosti	II – v mirujočem stanju IV – v vznemirjenem stanju
možna oksidacijska stanja	, , , , ,	,
višji oksid	, kislo	, kislo
višji hidroksid	– šibka nestabilna kislina	() ali – šibka kislina, ima polimerno strukturo
vodikova povezava	– metan (ogljikovodik)	– silan, nestabilen

Ogljik. Za ogljikov element je značilna alotropija. Ogljik obstaja v obliki naslednjih enostavnih snovi: diamant, grafit, karbin, fuleren, od katerih je samo grafit termodinamično stabilen. Premog in saje lahko štejemo za amorfne različice grafita.

Grafit je ognjevzdržen, rahlo hlapen, kemično inerten pri običajnih temperaturah in je neprozorna, mehka snov, ki slabo prevaja tok. Struktura grafita je plastna.

Alamaz je izjemno trda, kemično inertna (do 900 °C) snov, ne prevaja toka in slabo prevaja toploto. Struktura diamanta je tetraedrska (vsak atom v tetraedru je obdan s štirimi atomi itd.). Zato je diamant najpreprostejši polimer, katerega makromolekula je sestavljena samo iz ogljikovih atomov.

Karbin ima linearno strukturo ( – karbin, poliin) ali ( – karbin, polien). Je črn prah in ima polprevodniške lastnosti. Pod vplivom svetlobe se električna prevodnost karbina poveča, pri temperaturi pa karbin se spremeni v grafit. Kemično bolj aktiven kot grafit. Sintetiziran v zgodnjih 60. letih 20. stoletja, kasneje pa je bil odkrit v nekaterih meteoritih.

Fuleren je alotropna modifikacija ogljika, ki jo tvorijo molekule s strukturo "nogometnega" tipa. Sintetizirane so bile molekule in drugi fulereni. Vsi fulereni so zaprte strukture ogljikovih atomov v hibridnem stanju. Nehibridizirani vezni elektroni so delokalizirani kot v aromatskih spojinah. Kristali fulerena so molekularnega tipa.

Silicij. Za silicij niso značilne vezi, zanj ni značilno, da obstaja v hibridnem stanju. Zato obstaja samo ena stabilna alotropna modifikacija silicija, katere kristalna mreža je podobna diamantni. Silicij je trd (po Mohsovi lestvici je trdota 7), ognjevzdržen ( ), zelo krhka snov temno sive barve s kovinskim sijajem v standardnih pogojih - polprevodnik. Kemična aktivnost je odvisna od velikosti kristalov (veliki kristalni so manj aktivni od amorfnih).

Reaktivnost ogljika je odvisna od alotropske modifikacije. Ogljik v obliki diamanta in grafita je precej inerten, odporen na kisline in alkalije, kar omogoča izdelavo lončkov, elektrod itd. iz grafita. Ogljik kaže večjo reaktivnost v obliki premoga in saj.

Kristalni silicij je precej inerten; v amorfni obliki je bolj aktiven.

Glavne vrste reakcij, ki odražajo kemijske lastnosti ogljika in silicija, so podane v tabeli 7.

Tabela 7

Osnovne kemijske lastnosti ogljika in silicija

reakcija z	ogljik	reakcija z	silicij
preproste snovi	kisik		kisik
halogeni		halogeni
siva		ogljik
vodik		vodik	se ne odziva
kovine		kovine
kompleksne snovi	kovinski oksidi		alkalije
vodna para		kisline	se ne odziva
kisline

Cementni materiali

Cementni materiali – mineralni ali organski gradbeni materiali, ki se uporabljajo za izdelavo betona, pritrjevanje posameznih elementov gradbenih konstrukcij, hidroizolacijo itd..

Mineralna veziva(MVM)– fino zmleti praškasti materiali (cementi, mavec, apno itd.), ki v mešanici z vodo (v nekaterih primerih z raztopinami soli, kislin, alkalij) tvorijo plastično obdelovalno maso, ki se strdi v trpežno kameno telo in veže. delcev trdnih agregatov in armature v monolitno celoto.

Strjevanje MVM nastane zaradi procesov raztapljanja, nastajanja prenasičene raztopine in koloidne mase; slednja delno ali popolnoma kristalizira.

Klasifikacija MVM:

1. hidravlični vezivni materiali:

Pri mešanju z vodo (mešanje) se strdijo in v vodi ohranijo ali povečajo svojo trdnost. Sem spadajo različni cementi in hidravlično apno. Ko se hidravlično apno strdi, CaO medsebojno deluje z vodo in ogljikovim dioksidom v zraku in nastali produkt kristalizira. Uporabljajo se pri gradnji nadzemnih, podzemnih in hidravličnih objektov, ki so izpostavljeni stalni vodi.

2. zračna veziva:

Pri mešanju z vodo se strdijo in ohranijo trdnost le na zraku. Sem spadajo veziva na osnovi gaziranega apna, anhidrita mavca in magnezijevega oksida.

3. kislinsko obstojna veziva:

Sestavljeni so predvsem iz kislinsko odpornega cementa, ki vsebuje fino zmleto mešanico kremenčevega peska in; Praviloma so zatesnjeni z vodnimi raztopinami natrijevega ali kalijevega silikata, dolgo časa obdržijo svojo moč, ko so izpostavljeni kislinam. Med strjevanjem pride do reakcije. Uporablja se za proizvodnjo kislinsko obstojnih kitov, malt in betona pri gradnji kemičnih obratov.

4. Veziva za strjevanje v avtoklavu:

Sestavljeni so iz apnenčasto-silikatnih in apnenčevo-nefelinskih veziv (apno, kremenčev pesek, nefelinsko blato) in se strdijo pri obdelavi v avtoklavu (6-10 ur, parni tlak 0,9-1,3 MPa). Sem spadajo tudi peščeni portlandski cementi in druga veziva na osnovi apna, pepela in nizkoaktivnega mulja. Uporablja se pri izdelavi silikatnih betonskih izdelkov (bloki, apneno-peščena opeka itd.).

5. Fosfatna veziva:

Sestoji iz posebnih cementov; zatesnjeni so s fosforno kislino in tvorijo plastično maso, ki se postopoma strdi v monolitno telo in ohrani svojo trdnost pri temperaturah nad 1000 °C. Običajno se uporabljajo titanofosfatni, cinkov fosfatni, aluminofosfatni in drugi cementi. Uporablja se za izdelavo ognjevzdržnih oblog in tesnilnih mas za visokotemperaturno zaščito kovinskih delov in konstrukcij pri proizvodnji ognjevzdržnih betonov itd.

Organska veziva(OBM)– snovi organskega izvora, ki lahko zaradi polimerizacije ali polikondenzacije prehajajo iz plastičnega stanja v trdno ali nizko plastično stanje.

V primerjavi z MVM so manj krhki in imajo večjo natezno trdnost. Sem spadajo proizvodi, ki nastanejo pri rafiniranju nafte (asfalt, bitumen), produkti termične razgradnje lesa (katran), pa tudi sintetične termoreaktivne poliestre, epoksi, fenol-formaldehidne smole. Uporabljajo se pri gradnji cest, mostov, tal industrijskih prostorov, valjanih strešnih materialov, asfaltnih polimerbetona itd.

Opis in lastnosti silicija

Silicij - element, četrta skupina, tretja doba v tabeli elementov. Atomska številka 14. Silicijeva formula- 3s2 3p2. Kot element je bil opredeljen leta 1811, leta 1834 pa je dobil rusko ime "silicij" namesto prejšnjega "sicilija". Tali se pri 1414ºC, vre pri 2349ºC.

Podobna je molekularni strukturi, vendar je slabša od nje v trdoti. Precej krhka, pri segrevanju (vsaj 800º C) postane plastična. Prosojno z infrardečim sevanjem. Monokristalni silicij ima polprevodniške lastnosti. Po nekaterih značilnostih atom silicija podobna atomski strukturi ogljika. Silicijevi elektroni imajo enako valenčno število kot pri ogljikovi strukturi.

delavci lastnosti silicija odvisna od vsebine določenih vsebin v njej. Silicij ima različne vrste prevodnosti. Zlasti so to "luknje" in "elektronske" vrste. Za pridobitev prvega se siliciju doda bor. Če dodate fosfor, silicij pridobi drugo vrsto prevodnosti. Če silicij segrevamo skupaj z drugimi kovinami, nastanejo posebne spojine, imenovane "silicidi", na primer v reakciji " magnezijev silicij«.

Silicij, ki se uporablja za potrebe elektronike, se ocenjuje predvsem po lastnostih njegovih zgornjih plasti. Zato je treba posebno pozornost posvetiti njihovi kakovosti, saj neposredno vpliva na celotno delovanje. Od njih je odvisno delovanje izdelane naprave. Da bi dobili najbolj sprejemljive lastnosti zgornjih plasti silicija, jih obdelamo z različnimi kemičnimi metodami ali obsevamo.

Spojina "žveplo-silicij" tvori silicijev sulfid, ki zlahka komunicira z vodo in kisikom. Pri reakciji s kisikom se pri temperaturnih pogojih nad 400 ° C izkaže silicijev dioksid. Pri isti temperaturi postanejo možne reakcije s klorom in jodom ter bromom, med katerimi nastanejo hlapne snovi - tetrahalidi.

Ne bo mogoče združiti silicija in vodika z neposrednim stikom; za to obstajajo posredne metode. Pri 1000 °C je možna reakcija z dušikom in borom, pri čemer nastaneta silicijev nitrid in borid. Pri isti temperaturi je možno izdelati s kombiniranjem silicija z ogljikom silicijev karbid, tako imenovani "karborundum". Ta sestava ima trdno strukturo, kemična aktivnost je počasna. Uporablja se kot abraziv.

V povezavi z železo, silicij tvori posebno mešanico, kar omogoča taljenje teh elementov, kar proizvaja ferosilicijevo keramiko. Poleg tega je njegovo tališče veliko nižje, kot če bi jih talili ločeno. Pri temperaturah nad 1200º C pride do tvorbe silicijev oksid, prav tako se pod določenimi pogoji izkaže silicijev hidroksid. Pri jedkanju silicija se uporabljajo alkalne raztopine na vodni osnovi. Njihova temperatura mora biti najmanj 60 ° C.

Nahajališča in rudarjenje silicija

Element je drugi najbolj razširjen na planetu snov. Silicij predstavlja skoraj tretjino prostornine zemeljske skorje. Pogostejši je le kisik. Izraža se predvsem s silicijevim dioksidom, spojino, ki v bistvu vsebuje silicijev dioksid. Glavni derivati silicijevega dioksida so kremen, različni peski, kremen in polje. Za njimi pridejo silikatne spojine silicija. Nativenost je za silicij redek pojav.

Silicijeve aplikacije

Silicij, kemijske lastnosti ki določajo obseg njegove uporabe, je razdeljen na več vrst. Manj čist silicij se uporablja za metalurške potrebe: na primer za dodatke v aluminij, silicij aktivno spreminja svoje lastnosti, deoksidanti itd. Aktivno spreminja lastnosti kovin tako, da jih dodaja spojina. Silicij jih zlitine, spreminjanje delovnih značilnosti, silicij Dovolj je zelo majhna količina.

Iz surovega silicija se proizvajajo tudi kvalitetnejši derivati, predvsem mono in polikristalni silicij, pa tudi organski silicij - to so silikoni in različna organska olja. Svojo uporabo je našel tudi v proizvodnji cementa in steklarski industriji. Ni zaobšla proizvodnje opeke, tudi tovarne, ki proizvajajo porcelan, ne morejo brez njega.

Silicij je del znanega silikatnega lepila, ki se uporablja za popravila, prej pa so ga uporabljali za pisarniške potrebe, dokler se niso pojavili bolj praktični nadomestki. Silicij vsebujejo tudi nekateri pirotehnični izdelki. Iz njega in njegovih železovih zlitin je mogoče na prostem proizvajati vodik.

Za kaj se uporablja boljša kakovost? silicij? Plošče Sončne baterije vsebujejo tudi silicij, ki je seveda netehničen. Za te potrebe je potreben silicij idealne čistosti ali vsaj tehnični silicij najvišje stopnje čistosti.

Tako imenovani "elektronski silicij" ki vsebuje skoraj 100 % silicija, ima veliko boljše delovanje. Zato je prednostna pri proizvodnji ultra natančnih elektronskih naprav in kompleksnih mikrovezij. Njihova proizvodnja zahteva visokokakovostno izdelavo vezje, silicij za kar naj gre le najvišja kategorija. Delovanje teh naprav je odvisno od tega, koliko vsebuje silicij neželene nečistoče.

Silicij zavzema pomembno mesto v naravi in večina živih bitij ga nenehno potrebuje. Za njih je to nekakšen gradbeni sestavek, saj je izjemno pomemben za zdravje mišično-skeletnega sistema. Vsak dan oseba absorbira do 1 g silicijeve spojine.

Je silicij lahko škodljiv?

Da, iz razloga, ker je silicijev dioksid izjemno nagnjen k nastajanju prahu. Ima dražilni učinek na sluznico telesa in se lahko aktivno kopiči v pljučih, kar povzroča silikozo. V ta namen je v proizvodnji, povezani s predelavo silicijevih elementov, obvezna uporaba respiratorjev. Njihova prisotnost je še posebej pomembna, ko gre za silicijev monoksid.

Cena silicija

Kot veste, vsa sodobna elektronska tehnologija, od telekomunikacij do računalniške tehnologije, temelji na uporabi silicija z uporabo njegovih polprevodniških lastnosti. Njegovi drugi analogi se uporabljajo v veliko manjšem obsegu. Edinstvene lastnosti silicija in njegovih derivatov bodo še vrsto let brez konkurence. Kljub padcu cen v letu 2001 silicij, prodaja hitro vrnil v normalno stanje. In že leta 2003 je trgovinski promet znašal 24 tisoč ton na leto.

Za najnovejše tehnologije, ki zahtevajo skoraj kristalno čistost silicija, njegovi tehnični analogi niso primerni. In zaradi njegovega kompleksnega sistema čiščenja se cena znatno poveča. Polikristalni tip silicija je pogostejši, njegov monokristalni prototip je nekoliko manj povpraševan. Hkrati delež silicija, ki se uporablja za polprevodnike, predstavlja levji delež trgovinskega prometa.

Cene izdelkov se razlikujejo glede na čistost in namen silicij, kupi ki se lahko začne od 10 centov na kg surovih surovin do 10 $ in več za "elektronski" silicij.

Uvod

Poglavje 2. Kemične spojine ogljika

2.1 Kisikovi derivati ogljika

2.1.1 Oksidacijsko stanje +2

2.1.2 Oksidacijsko stanje +4

2.3 Kovinski karbidi

2.3.1 Karbidi, topni v vodi in razredčenih kislinah

2.3.2 Karbidi, netopni v vodi in razredčenih kislinah

Poglavje 3. Silicijeve spojine

3.1 Kisikove spojine silicija

Reference

Uvod

Kemija je ena od vej naravoslovja, katere predmet proučevanja so kemijski elementi (atomi), enostavne in sestavljene snovi (molekule), ki jih tvorijo, njihove transformacije in zakonitosti, ki jim te transformacije podležejo.

Po definiciji D.I. Mendeleev (1871), "lahko kemijo v njenem sodobnem stanju ... imenujemo študij elementov."

Izvor besede "kemija" ni povsem jasen. Številni raziskovalci verjamejo, da izvira iz starodavnega imena Egipta – Chemia (grško Chemia, najdemo ga pri Plutarhu), ki izhaja iz "hem" ali "hame" - črn in pomeni "znanost o črni zemlji" (Egipt). egipčanska znanost".

Sodobna kemija je tesno povezana tako z drugimi naravoslovnimi znanostmi kot z vsemi panogami narodnega gospodarstva.

Kakovostna značilnost kemijske oblike gibanja snovi in njenih prehodov v druge oblike gibanja določa vsestranskost kemijske znanosti in njene povezave s področji znanja, ki proučujejo tako nižje kot višje oblike gibanja. Poznavanje kemijske oblike gibanja snovi bogati splošni nauk o razvoju narave, evoluciji snovi v vesolju in prispeva k oblikovanju celostne materialistične slike sveta. Stik kemije z drugimi vedami povzroča posebna področja njihovega medsebojnega prodiranja. Tako prehodni področji med kemijo in fiziko predstavljata fizikalna kemija in kemijska fizika. Med kemijo in biologijo, kemijo in geologijo so nastala posebna mejna področja - geokemija, biokemija, biogeokemija, molekularna biologija. Najpomembnejši zakoni kemije so oblikovani v matematičnem jeziku in teoretična kemija se brez matematike ne more razvijati. Kemija je imela in še vpliva na razvoj filozofije, sama pa je doživljala in doživlja svoj vpliv.

V zgodovini sta se razvili dve glavni veji kemije: anorganska kemija, ki preučuje predvsem kemijske elemente ter enostavne in kompleksne snovi, ki jih tvorijo (razen ogljikovih spojin), in organska kemija, katere predmet je preučevanje ogljikovih spojin z drugimi elementi. (organske snovi).

Vse do konca 18. stoletja sta izraza »anorganska kemija« in »organska kemija« označevala le, iz katerega »kraljestva« narave (mineralnega, rastlinskega ali živalskega) so bile določene spojine pridobljene. Od 19. stoletja. ti izrazi so označevali prisotnost ali odsotnost ogljika v določeni snovi. Potem so dobili nov, širši pomen. Anorganska kemija se stika predvsem z geokemijo in nato z mineralogijo in geologijo, tj. z vedami o anorganski naravi. Organska kemija je veja kemije, ki proučuje različne ogljikove spojine do najkompleksnejših biopolimernih snovi. Preko organske in bioorganske kemije meji kemija na biokemijo in nadalje na biologijo, tj. s celoto znanosti o živi naravi. Na stičišču med anorgansko in organsko kemijo je področje spojin organskih elementov.

V kemiji so se postopoma oblikovale ideje o strukturnih ravneh organizacije snovi. Zapletenost snovi, začenši z najnižjo, atomsko, gre skozi stopnje molekularnih, makromolekularnih ali visokomolekularnih spojin (polimer), nato medmolekularnih (kompleks, klatrat, katenan), končno, različnih makrostruktur (kristal, micel). do nedoločenih nestehiometričnih tvorb. Postopoma so se pojavile in osamile ustrezne discipline: kemija kompleksnih spojin, polimerov, kristalna kemija, študije razpršenih sistemov in površinskih pojavov, zlitin itd.

Osnova fizikalne kemije je preučevanje kemičnih predmetov in pojavov s fizikalnimi metodami, ugotavljanje vzorcev kemičnih transformacij, ki temeljijo na splošnih fizikalnih načelih. To področje kemije vključuje številne večinoma neodvisne discipline: kemijsko termodinamiko, kemijsko kinetiko, elektrokemijo, koloidno kemijo, kvantno kemijo in preučevanje strukture in lastnosti molekul, ionov, radikalov, radiacijsko kemijo, fotokemijo, študije katalize , kemijska ravnovesja, raztopine itd. Analitska kemija je dobila samostojen značaj , metode, ki se široko uporabljajo na vseh področjih kemije in kemične industrije. Na področjih praktične uporabe kemije so se pojavile vede in znanstvene discipline, kot so kemijska tehnologija s številnimi panogami, metalurgija, kmetijska kemija, medicinska kemija, forenzična kemija itd.

Kot je navedeno zgoraj, kemija preučuje kemične elemente in snovi, ki jih tvorijo, ter zakone, ki urejajo te transformacije. Enega od teh vidikov (in sicer kemične spojine na osnovi silicija in ogljika) bom obravnaval v tem delu.

Poglavje 1. Silicij in ogljik - kemični elementi

1.1 Splošne informacije o ogljiku in siliciju

Ogljik (C) in silicij (Si) sta člana skupine IVA.

Ogljik ni zelo pogost element. Kljub temu je njen pomen ogromen. Ogljik je osnova življenja na zemlji. Je del karbonatov, ki so v naravi zelo pogosti (Ca, Zn, Mg, Fe itd.), v ozračju obstaja v obliki CO 2, najdemo pa ga v obliki naravnih premogov (amorfni grafit), nafte. in zemeljski plin, pa tudi enostavne snovi (diamant, grafit).

Silicij je drugi najpogostejši element v zemeljski skorji (za kisikom). Če je ogljik osnova življenja, potem je silicij osnova zemeljske skorje. Najdemo ga v najrazličnejših silikatih (slika 4) in aluminosilikatih, pesku.

Amorfni silicij je rjav prah. Slednjega je enostavno dobiti v kristalnem stanju v obliki sivo trdih, a precej krhkih kristalov. Kristalni silicij je polprevodnik.

Tabela 1. Splošni kemijski podatki o ogljiku in siliciju.

Modifikacija ogljika, ki je stabilna pri navadnih temperaturah, grafit, je neprozorna, siva, mastna masa. Diamant je najtrša snov na zemlji – brezbarvna in prozorna. Kristalni strukturi grafita in diamanta sta prikazani na sliki 1.

Slika 1. Diamantna struktura (a); struktura grafita (b)

Ogljik in silicij imata svoje specifične derivate.

Tabela 2. Najbolj značilni derivati ogljika in silicija

1.2 Priprava, kemijske lastnosti in uporaba enostavnih snovi

Silicij se pridobiva z redukcijo oksidov z ogljikom; da dobimo posebno čisto stanje po redukciji, snov prenesemo v tetraklorid in ponovno reduciramo (z vodikom). Nato se stopijo v ingote in očistijo z metodo conskega taljenja. Kovinski ingot se na enem koncu segreje tako, da se v njem oblikuje cona staljene kovine. Ko se cona premakne na drugi konec ingota, se nečistoča, ki se v staljeni kovini raztopi bolje kot v trdni kovini, odstrani in s tem se kovina očisti.

Ogljik je inerten, vendar pri zelo visokih temperaturah (v amorfnem stanju) sodeluje z večino kovin, da tvori trdne raztopine ali karbide (CaC 2, Fe 3 C itd.), Pa tudi s številnimi metaloidi, na primer:

2C+ Ca = CaC 2, C + 3Fe = Fe 3 C,

Silicij je bolj reaktiven. S fluorom reagira že pri običajni temperaturi: Si+2F 2 = SiF 4

Silicij ima tudi zelo visoko afiniteto do kisika:

Reakcija s klorom in žveplom poteka pri približno 500 K. Pri zelo visokih temperaturah silicij reagira z dušikom in ogljikom:

Silicij ne vpliva neposredno na vodik. Silicij se topi v alkalijah:

Si+2NaOH+H 2 0=Na 2 Si0 3 +2H 2.

Kisline, razen fluorovodikove kisline, nanj ne vplivajo. Obstaja reakcija s HF

Si+6HF=H2+2H2.

Ogljik v sestavi različnih premogov, nafte, naravnih (predvsem CH4), pa tudi umetno proizvedenih plinov je najpomembnejša gorivna osnova našega planeta.

Kot neodvisen kemični element je silicij človeštvu postal znan šele leta 1825. Kar pa seveda ni preprečilo uporabe silicijevih spojin na toliko področjih, da je lažje našteti tista, kjer se element ne uporablja. Ta članek bo osvetlil fizikalne, mehanske in uporabne kemijske lastnosti silicija in njegovih spojin, uporabo, govorili pa bomo tudi o tem, kako silicij vpliva na lastnosti jekla in drugih kovin.

Najprej si poglejmo splošne značilnosti silicija. Od 27,6 do 29,5 % mase zemeljske skorje predstavlja silicij. Tudi v morski vodi je koncentracija elementa precejšnja - do 3 mg/l.

Po številčnosti v litosferi je silicij na drugem mestu za kisikom. Vendar pa je njegova najbolj znana oblika, silicijev dioksid, dioksid in prav njegove lastnosti so postale osnova za tako široko uporabo.

Ta videoposnetek vam bo povedal, kaj je silicij:

Koncept in funkcije

Silicij je nekovina, vendar lahko pod različnimi pogoji kaže tako kisle kot bazične lastnosti. Je tipičen polprevodnik in se izjemno pogosto uporablja v elektrotehniki. Njegove fizikalne in kemijske lastnosti so v veliki meri določene z njegovim alotropnim stanjem. Najpogosteje se ukvarjajo s kristalno obliko, saj so njene lastnosti bolj povpraševane v nacionalnem gospodarstvu.

Silicij je eden izmed osnovnih makroelementov v človeškem telesu. Njegovo pomanjkanje negativno vpliva na stanje kostnega tkiva, las, kože in nohtov. Poleg tega silicij vpliva na delovanje imunskega sistema.
V medicini je element, oziroma njegove spojine, našel svojo prvo uporabo prav v tej vlogi. Voda iz vodnjakov, obloženih s silicijem, ni bila samo čista, ampak je pozitivno vplivala tudi na odpornost proti nalezljivim boleznim. Danes so spojine s silicijem osnova za zdravila proti tuberkulozi, aterosklerozi in artritisu.
Na splošno je nekovina nizko aktivna, vendar jo je težko najti v čisti obliki. To je posledica dejstva, da se na zraku hitro pasivizira s plastjo dioksida in preneha reagirati. Pri segrevanju se kemična aktivnost poveča. Posledično je človeštvo veliko bolj seznanjeno s spojinami snovi kot s samim seboj.

Tako silicij tvori zlitine s skoraj vsemi kovinami - silicide. Za vse je značilna ognjevzdržnost in trdota ter se uporabljajo na ustreznih področjih: plinske turbine, grelniki peči.

Nekovina je uvrščena v tabelo D.I. Mendelejeva v skupino 6 skupaj z ogljikom in germanijem, kar kaže na določeno podobnost s temi snovmi. Tako ima z ogljikom skupno sposobnost tvorbe organskih spojin. Hkrati lahko silicij, tako kot germanij, v nekaterih kemičnih reakcijah pokaže lastnosti kovine, ki se uporablja pri sintezi.

Prednosti in slabosti

Kot katera koli druga snov z vidika uporabe v nacionalnem gospodarstvu ima silicij določene uporabne ali manj uporabne lastnosti. Pomembni so prav za določitev področja uporabe.

Pomembna prednost snovi je njena razpoložljivost. V naravi ga resda ne najdemo v prosti obliki, a vseeno tehnologija izdelave silicija ni tako zapletena, je pa energijsko potratna.
Druga najpomembnejša prednost je nastanek številnih spojin z nenavadno uporabnimi lastnostmi. Sem spadajo silani, silicidi, dioksid in seveda najrazličnejši silikati. Sposobnost silicija in njegovih spojin, da tvorijo kompleksne trdne raztopine, je skoraj neskončna, kar omogoča neskončno pridobivanje najrazličnejših različic stekla, kamna in keramike.
Lastnosti polprevodnikov nekovina mu zagotavlja mesto kot osnovni material v elektrotehniki in radijski tehniki.
Nekovinski je nestrupen, ki omogoča uporabo v katerikoli panogi, hkrati pa tehnološkega procesa ne spremeni v potencialno nevarnega.

Pomanjkljivosti materiala vključujejo le relativno krhkost z dobro trdoto. Silicij se ne uporablja za nosilne konstrukcije, vendar ta kombinacija omogoča ustrezno obdelavo površine kristalov, kar je pomembno za izdelavo instrumentov.

Pogovorimo se zdaj o osnovnih lastnostih silicija.

Lastnosti in značilnosti

Ker se kristalni silicij najpogosteje uporablja v industriji, so pomembnejše njegove lastnosti, ki so podane v tehničnih specifikacijah. Fizikalne lastnosti snovi so naslednje:

tališče – 1417 C;
vrelišče – 2600 C;
gostota je 2,33 g / cu. cm, kar kaže na krhkost;
toplotna kapaciteta, kot tudi toplotna prevodnost, tudi pri najčistejših vzorcih nista konstantni: 800 J/(kg K), ali 0,191 cal/(g deg) in 84-126 W/(m K), ali 0,20-0, 30 kal/(cm·sek·deg);
transparentno za dolgovalovno infrardeče sevanje, ki se uporablja v infrardeči optiki;
dielektrična konstanta – 1,17;
trdota po Mohsovi lestvici - 7.

Električne lastnosti nekovine so zelo odvisne od nečistoč. V industriji se ta funkcija uporablja za modulacijo želenega tipa polprevodnika. Pri normalnih temperaturah je silicij krhek, pri segrevanju nad 800 C pa je možna plastična deformacija.

Lastnosti amorfnega silicija so presenetljivo drugačne: je zelo higroskopičen in reagira veliko bolj aktivno tudi pri normalnih temperaturah.

Struktura in kemična sestava ter lastnosti silicija so obravnavane v spodnjem videu:

Sestava in struktura

Silicij obstaja v dveh alotropnih oblikah, ki sta pri normalnih temperaturah enako stabilni.

Kristalno ima videz temno sivega prahu. Snov, čeprav ima diamantu podobno kristalno mrežo, je krhka zaradi predolgih vezi med atomi. Zanimive so njegove polprevodniške lastnosti.
Pri zelo visokih pritiskih lahko dobite šestkoten modifikacija z gostoto 2,55 g/cu. cm. Vendar ta faza še ni našla praktičnega pomena.
Amorfna– rjavo-rjav prah. Za razliko od kristalne oblike reagira veliko bolj aktivno. To ni toliko posledica inertnosti prve oblike, temveč dejstva, da je v zraku snov prekrita s plastjo dioksida.

Poleg tega je treba upoštevati še eno vrsto klasifikacije, povezano z velikostjo kristala silicija, ki skupaj tvorita snov. Kristalna mreža, kot je znano, predpostavlja urejenost ne le atomov, ampak tudi struktur, ki jih ti atomi tvorijo - tako imenovani red dolgega dosega. Večja kot je, bolj homogena bo snov v lastnostih.

Monokristalni– vzorec je en kristal. Njegova struktura je maksimalno urejena, njegove lastnosti so homogene in dobro predvidljive. To je material, po katerem je v elektrotehniki največ povpraševanja. Je pa tudi ena najdražjih vrst, saj je postopek pridobivanja zapleten in nizka stopnja rasti.
Multikristalni– vzorec je sestavljen iz številnih velikih kristalnih zrn. Meje med njimi tvorijo dodatne nivoje napak, kar zmanjšuje delovanje vzorca kot polprevodnika in vodi do hitrejše obrabe. Tehnologija gojenja multikristalov je preprostejša, zato je material cenejši.
Polikristalni– je sestavljen iz velikega števila zrn, ki se naključno nahajajo glede na drugo. To je najčistejša vrsta industrijskega silicija, ki se uporablja v mikroelektroniki in sončni energiji. Pogosto se uporablja kot surovina za gojenje več- in monokristalov.
Tudi amorfni silicij zavzema ločen položaj v tej klasifikaciji. Tu se vrstni red atomov ohranja le na najkrajših razdaljah. Vendar se v elektrotehniki še vedno uporablja v obliki tankih plasti.

Proizvodnja nekovin

Pridobivanje čistega silicija ni tako enostavno, glede na inertnost njegovih spojin in visoko tališče večine. V industriji se najpogosteje poslužujejo redukcije z ogljikom iz dioksida. Reakcijo izvajamo v obločnih pečeh pri temperaturi 1800 C. Na ta način dobimo nekovino s čistočo 99,9 %, kar je premalo za njeno uporabo.

Nastali material se klorira, da nastanejo kloridi in hidrokloridi. Nato spojine očistimo z vsemi možnimi metodami pred nečistočami in reduciramo z vodikom.

Snov lahko očistimo tudi s pridobivanjem magnezijevega silicida. Silicid je izpostavljen klorovodikovi ali ocetni kislini. Pridobiva se silan, slednji pa se čisti z različnimi metodami - sorpcijo, rektifikacijo itd. Nato se silan razgradi na vodik in silicij pri temperaturi 1000 C. V tem primeru dobimo snov z deležem nečistoč 10 -8 -10 -6%.

Uporaba snovi

Za industrijo so elektrofizikalne lastnosti nekovine najbolj zanimive. Njegova monokristalna oblika je polprevodnik s posredno vrzeljo. Njegove lastnosti so določene z nečistočami, kar omogoča pridobivanje kristalov silicija z določenimi lastnostmi. Tako dodatek bora in indija omogoča rast kristala z luknjasto prevodnostjo, uvedba fosforja ali arzena pa omogoča rast kristala z elektronsko prevodnostjo.

Silicij dobesedno služi kot osnova sodobne elektrotehnike. Iz njega so izdelani tranzistorji, fotocelice, integrirana vezja, diode itd. Poleg tega je funkcionalnost naprave skoraj vedno določena le s pripovršinsko plastjo kristala, ki določa zelo specifične zahteve za površinsko obdelavo.
V metalurgiji se tehnični silicij uporablja tako kot modifikator zlitine - daje večjo trdnost, kot komponenta - na primer, in kot deoksidacijsko sredstvo - pri proizvodnji litega železa.
Ultra čisti in prečiščeni metalurški materiali so osnova sončne energije.
Nekovinski dioksid se v naravi pojavlja v številnih različnih oblikah. Njegove kristalne različice - opal, ahat, karneol, ametist, kamniti kristal - so našle svoje mesto v nakitu. Spremembe, ki niso tako privlačne na videz - kremen, kremen - se uporabljajo v metalurgiji, gradbeništvu in radioelektroniki.
Spojina nekovine z ogljikom, karbid, se uporablja v metalurgiji, izdelavi instrumentov in kemični industriji. Je širokopasovni polprevodnik, za katerega je značilna visoka trdota - 7 po Mohsovi lestvici, in trdnost, ki omogoča uporabo kot abrazivni material.
Silikati - to je soli silicijeve kisline. Nestabilen, zlahka razpade pod vplivom temperature. Njihova izjemna lastnost je, da tvorijo številne in raznolike soli. A slednji so osnova za proizvodnjo stekla, keramike, fajanse, kristala itd. Mirno lahko rečemo, da sodobna gradnja temelji na različnih silikatih.
Steklo predstavlja tu najbolj zanimiv primer. Njegova osnova so aluminosilikati, vendar neznatne primesi drugih snovi - običajno oksidov - dajejo materialu veliko različnih lastnosti, vključno z barvo. -, fajansa, porcelan ima pravzaprav isto formulo, čeprav z drugačnim razmerjem komponent, neverjetna pa je tudi njegova raznolikost.
Nekovina ima še eno sposobnost: tvori spojine, podobne ogljikovim, v obliki dolge verige atomov silicija. Take spojine imenujemo organosilicijeve spojine. Področje njihove uporabe ni nič manj znano - to so silikoni, tesnila, maziva itd.

Silicij je zelo pogost element in ima nenavadno velik pomen na številnih področjih nacionalnega gospodarstva. Poleg tega se aktivno uporablja ne le snov sama, ampak vse njene različne in številne spojine.

Ta videoposnetek vam bo povedal o lastnostih in uporabi silicija:

Silicij v prosti obliki sta leta 1811 izolirala J. Gay-Lussac in L. Thénard s prehodom hlapov silicijevega fluorida čez kovinski kalij, vendar ga nista opisala kot element. Švedski kemik J. Berzelius je leta 1823 opisal silicij, ki ga je pridobil z obdelavo kalijeve soli K 2 SiF 6 s kovinskim kalijem pri visoki temperaturi. Nov element je dobil ime "silicij" (iz latinskega silex - kremen). Rusko ime "silicij" je leta 1834 uvedel ruski kemik German Ivanovich Hess. Prevedeno iz stare grščine. krhmnoz- "pečina, gora."

Biti v naravi, prejemati:

V naravi se silicij nahaja v obliki dioksida in silikatov različnih sestav. Naravni silicijev dioksid se pojavlja predvsem v obliki kremena, čeprav obstajajo tudi drugi minerali, kot so kristobalit, tridimit, kitit in cousite. Amorfni silicijev dioksid najdemo v usedlinah diatomeje na dnu morij in oceanov - te usedline so nastale iz SiO 2, ki je bil del diatomej in nekaterih ciliatov.
Prosti silicij lahko dobimo s kalciniranjem drobnega belega peska z magnezijem, ki je po kemični sestavi skoraj čisti silicijev oksid, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Tehnični silicij se v industriji pridobiva z redukcijo taline SiO 2 s koksom pri temperaturi okoli 1800 °C v obločnih pečeh. Čistost tako pridobljenega silicija lahko doseže 99,9% (glavne nečistoče so ogljik in kovine).

Fizikalne lastnosti:

Amorfni silicij ima obliko rjavega prahu, katerega gostota je 2,0 g/cm 3 . Kristalni silicij je temno siva, svetleča kristalna snov, krhka in zelo trda, ki kristalizira v diamantni mreži. To je tipičen polprevodnik (prevaja elektriko bolje kot izolator, kot je guma, in slabše kot prevodnik, kot je baker). Silicij je krhek, šele pri segrevanju nad 800 °C postane plastična snov. Zanimivo je, da je silicij prozoren za infrardeče sevanje, začenši pri valovni dolžini 1,1 mikrometra.

Kemijske lastnosti:

Kemično je silicij neaktiven. Pri sobni temperaturi reagira samo s plinom fluorom, pri čemer nastane hlapni silicijev tetrafluorid SiF 4 . Pri segrevanju na temperaturo 400-500 °C silicij reagira s kisikom v dioksid, s klorom, bromom in jodom pa v ustrezne zelo hlapne tetrahalogenide SiHal 4. Pri temperaturi približno 1000 ° C silicij reagira z dušikom in tvori nitrid Si 3 N 4, z borom - toplotno in kemično stabilne boride SiB 3, SiB 6 in SiB 12. Silicij ne reagira neposredno z vodikom.
Za jedkanje silicija se najbolj uporablja mešanica fluorovodikove in dušikove kisline.
Odnos do alkalij...
Za silicij so značilne spojine z oksidacijskim stanjem +4 ali -4.

Najpomembnejše povezave:

Silicijev dioksid, SiO 2- (silicijev anhidrid) ...
...
Silicijeve kisline- šibek, netopen, nastane, ko raztopini silikata dodamo kislino v obliki gela (želatini podobna snov). H 4 SiO 4 (ortosilicij) in H 2 SiO 3 (metasilicij ali silicij) obstajata samo v raztopini in se pri segrevanju in sušenju nepovratno pretvorita v SiO 2. Nastali trden porozen izdelek je silikagel, ima razvito površino in se uporablja kot adsorbent plina, sušilno sredstvo, katalizator in nosilec katalizatorja.
Silikati- soli silicijeve kisline so večinoma (razen natrijevih in kalijevih silikatov) netopne v vodi. Lastnosti....
Vodikove spojine- analogi ogljikovodikov, silani, spojine, v katerih so atomi silicija povezani z enojno vezjo, močan, če sta atoma silicija povezana z dvojno vezjo. Tako kot ogljikovodiki tudi te spojine tvorijo verige in obroče. Vsi silani se lahko spontano vnamejo, tvorijo eksplozivne mešanice z zrakom in zlahka reagirajo z vodo.

Uporaba:

Silicij se največ uporablja v proizvodnji zlitin za dodajanje trdnosti aluminiju, bakru in magneziju ter za proizvodnjo ferosilicidov, ki so pomembni pri proizvodnji jekel in polprevodniški tehnologiji. Silicijevi kristali se uporabljajo v sončnih celicah in polprevodniških napravah – tranzistorjih in diodah. Silicij služi tudi kot surovina za proizvodnjo organosilicijevih spojin ali siloksanov, ki jih pridobivajo v obliki olj, maziv, plastike in sintetičnih gum. Anorganske silicijeve spojine se uporabljajo v tehniki keramike in stekla, kot izolacijski material in piezokristali

Za nekatere organizme je silicij pomemben biogeni element. Je del podpornih struktur rastlin in skeletnih struktur živali. Silicij v velikih količinah koncentrirajo morski organizmi - diatomeje, radiolariji, spužve. Velike količine silicija so koncentrirane v preslicah in žitih, predvsem v poddružinah bambusa in riža, vključno z rižem. Človeško mišično tkivo vsebuje (1-2) 10 -2% silicija, kostno tkivo - 17 10 -4%, kri - 3,9 mg / l. Vsak dan s hrano pride v človeško telo do 1 g silicija.

Antonov S.M., Tomilin K.G.
HF Tyumen State University, 571 skupina.

domov » Irina » Ogljik in silicij v naravi. Kemične lastnosti silicija