Ajutor la Tele2, tarife, intrebari

Semnul chimic al siliciului este Si, greutate atomică 28,086, sarcină nucleară +14. , ca și , este situat în subgrupul principal al grupului IV, în perioada a treia. Acesta este un analog al carbonului. Configurația electronică a straturilor electronice ale atomului de siliciu este ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Structura stratului electronic exterior

Structura stratului exterior de electroni este similară cu structura atomului de carbon.
apare sub forma a două modificări alotrope - amorfe și cristaline.
Amorf - o pulbere maronie cu activitate chimică puțin mai mare decât cristalină. La temperatura normala reactioneaza cu fluor:
Si + 2F2 = SiF4 la 400° - cu oxigen
Si + O2 = SiO2
în topituri - cu metale:
2Mg + Si = Mg2Si
Siliciul cristalin este o substanță tare, fragilă, cu un luciu metalic. Are o conductivitate termică și electrică bună și se dizolvă ușor în metalele topite, formându-se. Un aliaj de siliciu cu aluminiu se numește silumin, un aliaj de siliciu cu fier se numește ferosiliciu. Densitatea siliciului este de 2,4. Punct de topire 1415°, punctul de fierbere 2360°. Siliciul cristalin este o substanță destul de inertă și intră cu dificultate în reacții chimice. În ciuda proprietăților sale metalice clar vizibile, siliciul nu reacționează cu acizii, ci reacționează cu alcalii, formând săruri de acid silicic și:
Si + 2KOH + H2O = K2SiO2 + 2H2

■ 36. Care sunt asemănările și diferențele dintre structurile electronice ale atomilor de siliciu și de carbon?
37. Cum putem explica din punct de vedere al structurii electronice a atomului de siliciu de ce proprietățile metalice sunt mai caracteristice siliciului decât carbonului?
38. Enumerați proprietățile chimice ale siliciului.

Siliciu în natură. Silice

În natură, siliciul este foarte răspândit. Aproximativ 25% din scoarța terestră este formată din siliciu. O parte semnificativă a siliciului natural este reprezentată de dioxidul de siliciu SiO2. Într-o stare cristalină foarte pură, dioxidul de siliciu apare ca un mineral numit cristal de rocă. Dioxidul de siliciu și dioxidul de carbon sunt analogi din punct de vedere chimic, dar dioxidul de carbon este un gaz și siliciul este un solid. Spre deosebire de rețeaua cristalină moleculară a CO2, dioxidul de siliciu SiO2 cristalizează sub forma unei rețele cristaline atomice, fiecare celulă fiind un tetraedru cu un atom de siliciu în centru și atomi de oxigen la colțuri. Acest lucru se explică prin faptul că atomul de siliciu are o rază mai mare decât atomul de carbon și nu 2, ci 4 atomi de oxigen pot fi plasați în jurul lui. Diferența în structura rețelei cristaline explică diferența în proprietățile acestor substanțe. În fig. 69 prezintă aspectul unui cristal de cuarț natural format din dioxid de siliciu pur și formula sa structurală.

Orez. 60. Formula structurală a dioxidului de siliciu (a) și a cristalelor de cuarț natural (b)

Siliciul cristalin apare cel mai adesea sub formă de nisip, care este alb, dacă nu este contaminat cu impurități de argilă galbenă. Pe lângă nisip, siliciul se găsește adesea sub formă de mineral foarte dur, silice (silice hidratat). Dioxidul de siliciu cristalin, colorat cu diverse impurități, formează pietre prețioase și semiprețioase - agat, ametist, jasp. Dioxidul de siliciu aproape pur apare și sub formă de cuarț și cuarțit. Dioxidul de siliciu liber din scoarța terestră este de 12%, în compoziția diferitelor roci - aproximativ 43%. În total, peste 50% din scoarța terestră este formată din dioxid de siliciu.
Siliciul face parte dintr-o mare varietate de roci și minerale - argilă, granite, sienite, mica, feldspați etc.

Dioxidul de carbon solid, fără topire, se sublimează la -78,5°. Punctul de topire al dioxidului de siliciu este de aproximativ 1,713°. Ea este destul de refractară. Densitate 2,65. Coeficientul de dilatare al dioxidului de siliciu este foarte mic. Acest lucru este foarte important atunci când utilizați sticlă de cuarț. Dioxidul de siliciu nu se dizolvă în apă și nu reacționează cu acesta, în ciuda faptului că este un oxid acid și acidul silicic corespunzător este H2SiO3. Se știe că dioxidul de carbon este solubil în apă. Dioxidul de siliciu nu reacționează cu acizii, cu excepția acidului fluorhidric HF, și dă săruri cu alcalii.

Orez. 69. Formula structurală a dioxidului de siliciu (a) și a cristalelor de cuarț natural (b).
Când dioxidul de siliciu este încălzit cu cărbune, siliciul este redus și apoi se combină cu carbonul și se formează carborundum conform ecuației:
SiO2 + 2C = SiC + CO2. Carborundum are duritate mare, este rezistent la acizi și este distrus de alcalii.

■ 39. După ce proprietăți ale dioxidului de siliciu se poate judeca rețeaua sa cristalină?
40. În ce minerale apare dioxidul de siliciu în natură?
41. Ce este carborundum?

Acid silicic. Silicati

Acidul silicic H2SiO3 este un acid foarte slab și instabil. Când este încălzit, se descompune treptat în apă și dioxid de siliciu:
H2SiO3 = H2O + SiO2

Acidul silicic este practic insolubil în apă, dar poate da cu ușurință.
Acidul silicic formează săruri numite silicați. întâlnit pe scară largă în natură. Cele naturale sunt destul de complexe. Compoziția lor este de obicei descrisă ca o combinație de mai mulți oxizi. Dacă silicații naturali conțin oxid de aluminiu, se numesc aluminosilicați. Acestea sunt argilă albă, (caolin) Al2O3 2SiO2 2H2O, feldspat K2O Al2O3 6SiO2, mica
К2O · Al2O3 · 6SiO2 · 2Н2O. Multe pietre naturale în forma lor pură sunt pietre prețioase, cum ar fi acvamarinul, smaraldul etc.
Dintre silicații artificiali, trebuie remarcat silicatul de sodiu Na2SiO3 - unul dintre puținii silicați solubili în apă. Se numește sticlă solubilă, iar soluția se numește sticlă lichidă.

Silicații sunt utilizați pe scară largă în tehnologie. Sticla solubilă este folosită pentru a impregna țesăturile și lemnul pentru a le proteja de foc. Lichidul este inclus în chiturile ignifuge pentru lipirea sticlei, porțelanului și pietrei. Silicatii sunt baza in productia de sticla, portelan, faianta, ciment, beton, caramida si diverse produse ceramice. În soluție, silicații sunt ușor hidrolizați.

■ 42. Ce este? Prin ce se deosebesc de silicați?
43. Ce este lichidul și în ce scopuri este folosit?

Sticlă

Materiile prime pentru producerea sticlei sunt sodă Na2CO3, calcar CaCO3 și nisip SiO2. Toate componentele încărcăturii de sticlă sunt curățate temeinic, amestecate și topite la o temperatură de aproximativ 1400°. În timpul procesului de fuziune apar următoarele reacții:
Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2

CaCO3 + SiO2 = CaSiO 3+ CO2
De fapt, sticla contine silicati de sodiu si calciu, precum si SO2 in exces, astfel incat compozitia sticlei obisnuite pentru ferestre este: Na2O · CaO · 6SiO2. Amestecul de sticlă este încălzit la o temperatură de 1500° până când dioxidul de carbon este complet îndepărtat. Apoi se răcește la o temperatură de 1200°, la care devine vâscos. Ca orice substanță amorfă, sticla se înmoaie și se întărește treptat, deci este un material plastic bun. Masa de sticlă vâscoasă este trecută prin fantă, rezultând o foaie de sticlă. Foaia de sticlă fierbinte este scoasă cu role, adusă la o anumită dimensiune și răcită treptat de un curent de aer. Apoi este tăiat de-a lungul marginilor și tăiat în foi de un anumit format.

■ 44. Daţi ecuaţiile reacţiilor care au loc în timpul producerii sticlei şi al compoziţiei sticlei.

Sticlă- substanța este amorfă, transparentă, practic insolubilă în apă, dar dacă este zdrobită în praf fin și amestecată cu o cantitate mică de apă, în amestecul rezultat poate fi detectată un alcalin cu ajutorul fenolftaleinei. Când depozitați alcalii în recipiente de sticlă pentru o perioadă lungă de timp, excesul de SiO2 din sticlă reacționează foarte lent cu alcalii și sticla își pierde treptat transparența.
Sticla a devenit cunoscută oamenilor mai mult de 3000 î.Hr. În vremuri străvechi, sticla era obținută cu aproape aceeași compoziție ca și astăzi, dar vechii maeștri se ghidau doar după propria intuiție. În 1750, M.V. a reușit să dezvolte baza științifică pentru producerea sticlei. De-a lungul a 4 ani, M.V. a adunat multe rețete pentru realizarea diverselor pahare, în special colorate. Fabrica de sticlă pe care a construit-o a produs un număr mare de mostre de sticlă care au supraviețuit până în zilele noastre. În prezent, se folosesc pahare de diferite compoziții cu proprietăți diferite.

Sticla de cuarț constă din dioxid de siliciu aproape pur și este topită din cristalul de rocă. Caracteristica sa foarte importantă este că coeficientul său de dilatare este nesemnificativ, de aproape 15 ori mai mic decât cel al sticlei obișnuite. Vasele din astfel de sticlă pot fi încălzite la roșu în flacăra unui arzător și apoi coborâte în apă rece; în acest caz, nu vor avea loc modificări ale sticlei. Sticla de cuarț nu blochează razele ultraviolete, iar dacă o vopsiți în negru cu săruri de nichel, va bloca toate razele vizibile ale spectrului, dar va rămâne transparentă la razele ultraviolete.
Sticla de cuarț nu este afectată de acizi și alcalii, dar alcaliile o corodează vizibil. Sticla de cuarț este mai fragilă decât sticla obișnuită. Sticla de laborator contine circa 70% SiO2, 9% Na2O, 5% K2O, 8% CaO, 5% Al2O3, 3% B2O3 (compozitia paharelor nu este data in scop de memorare).

Sticla Jena și Pyrex sunt folosite în industrie. Sticla de Jena conține aproximativ 65% Si02, 15% B2O3, 12% BaO, 4% ZnO, 4% Al2O3. Este durabil, rezistent la solicitări mecanice, are un coeficient de dilatare scăzut și este rezistent la alcalii.
Sticla Pyrex conține 81% SiO2, 12% B2O3, 4% Na2O, 2% Al2O3, 0,5% As2O3, 0,2% K2O, 0,3% CaO. Are aceleași proprietăți ca și sticla Jena, dar într-o măsură și mai mare, mai ales după călire, dar este mai puțin rezistentă la alcalii. Sticla Pyrex este folosită pentru a face obiecte de uz casnic expuse la căldură, precum și părți ale unor instalații industriale care funcționează la temperaturi scăzute și ridicate.

Anumiți aditivi dau calități diferite sticlei. De exemplu, amestecurile de oxizi de vanadiu produc sticlă care blochează complet razele ultraviolete.
Se obtine si sticla vopsita in diverse culori. M.V. a produs, de asemenea, câteva mii de mostre de sticlă colorată de diferite culori și nuanțe pentru picturile sale în mozaic. În prezent, metodele de vopsire pe sticlă au fost dezvoltate în detaliu. Compușii de mangan colorează sticla violet, compușii de cobalt albastru. , dispersat în masa de sticlă sub formă de particule coloidale, îi conferă o culoare rubin etc. Compușii de plumb conferă sticlei o strălucire asemănătoare cu cea a cristalului de rocă, motiv pentru care se numește cristal. Acest tip de sticlă poate fi ușor prelucrat și tăiat. Produsele realizate din el refractează lumina foarte frumos. Prin colorarea acestui pahar cu diversi aditivi se obtine sticla de cristal colorata.

Dacă sticla topită este amestecată cu substanțe care, la descompunere, formează o cantitate mare de gaze, acestea din urmă, la eliberare, spumează sticla, formând sticlă spumă. Această sticlă este foarte ușoară, poate fi prelucrată bine și este un excelent izolator electric și termic. A fost obținut pentru prima dată de Prof. I. I. Kitaygorodsky.
Tragând fire din sticlă, puteți obține așa-numita fibră de sticlă. Dacă impregnezi fibra de sticlă așezată în straturi cu rășini sintetice, obții un material de construcție foarte durabil, rezistent la putrezire, ușor de prelucrat, așa-numitul laminat din fibră de sticlă. Interesant, cu cât fibra de sticlă este mai subțire, cu atât rezistența ei este mai mare. Fibra de sticlă este, de asemenea, folosită pentru a face îmbrăcăminte de lucru.
Vata de sticla este un material valoros prin care se pot filtra acizii si alcalii puternici care nu pot fi filtrati prin hartie. În plus, vata de sticlă este un bun izolator termic.

■ 44. Ce determină proprietăţile diferitelor tipuri de sticlă?

Ceramică

Dintre aluminosilicați, argila albă este deosebit de importantă - caolinul, care stă la baza producției de porțelan și faianță. Producția de porțelan este o industrie extrem de veche. Locul de naștere al porțelanului este China. În Rusia, porțelanul a fost produs pentru prima dată în secolul al XVIII-lea. D, I. Vinogradov.
Materiile prime pentru producerea porțelanului și a faianței, pe lângă caolin, sunt nisipul și. Un amestec de caolin, nisip și apă este supus unei mărunțiri fine minuțioase în mori cu bile, apoi excesul de apă este filtrat și masa de plastic bine amestecată este trimisă pentru turnarea produselor. După turnare, produsele sunt uscate și arse în cuptoare tunel continue, unde sunt mai întâi încălzite, apoi arse și în final răcite. După aceasta, produsele sunt supuse procesării ulterioare - glazurare și vopsire cu vopsele ceramice. După fiecare etapă, produsele sunt arse. Rezultatul este porțelanul alb, neted și strălucitor. În straturi subțiri strălucește. Faianta este poroasă și nu strălucește.

Argila roșie este folosită pentru a face cărămizi, plăci, ceramică, inele ceramice pentru atașarea în turnurile de absorbție și spălare ale diverselor industrii chimice și ghivece de flori. De asemenea, sunt arse astfel încât să nu fie înmuiate de apă și să devină puternice mecanic.

Ciment. Beton

Compușii de siliciu servesc ca bază pentru producția de ciment, un material de legare indispensabil în construcții. Materiile prime pentru producerea cimentului sunt argila și calcarul. Acest amestec este ars într-un cuptor rotativ tubular imens înclinat în care sunt alimentate continuu materiile prime. După arderea la 1200-1300°, o masă sinterizată - clincher - iese continuu dintr-un orificiu situat la celălalt capăt al cuptorului. După măcinare, clincherul se transformă în. Compoziția cimentului constă în principal din silicați. Dacă este amestecat cu apă pentru a forma o suspensie groasă și apoi lăsat în aer pentru o perioadă, acesta va reacționa cu substanțele de ciment, formând hidrați cristalini și alți compuși solizi, ceea ce duce la întărirea („întărirea”) cimentului. Acesta nu mai poate fi restabilit la starea anterioară, așa că înainte de utilizare, ei încearcă să protejeze cimentul de apă. Procesul de întărire al cimentului este lung și capătă o rezistență reală abia după o lună. Adevărat, există diferite tipuri de ciment. Cimentul obișnuit pe care l-am considerat se numește silicat sau ciment Portland. Cimentul de alumină cu întărire rapidă este fabricat din alumină, calcar și dioxid de siliciu.

Dacă amestecați ciment cu piatră zdrobită sau pietriș, obțineți beton, care este deja un material de construcție independent. Piatra zdrobită și pietrișul sunt numite umpluturi. Betonul are o rezistență ridicată și poate rezista la sarcini grele. Este rezistent la apă și ignifug. Când este încălzit, aproape că nu își pierde rezistența, deoarece conductivitatea sa termică este foarte scăzută. Betonul este rezistent la îngheț, slăbește radiațiile radioactive, așa că este folosit ca material de construcție pentru structurile hidraulice și pentru carcasele de izolare ale reactoarelor nucleare. Cazanele sunt căptușite cu beton. Dacă amestecați cimentul cu un agent de spumă, se formează un beton spumos pătruns cu multe celule. Un astfel de beton este un bun izolator fonic și conduce căldura chiar mai puțin decât betonul obișnuit.

Descrierea și proprietățile siliciului

Siliciu - element, a patra grupă, a treia perioadă în tabelul elementelor. Numărul atomic 14. Formula de siliciu- 3s2 3p2. A fost definit ca element în 1811, iar în 1834 a primit denumirea rusă de „siliciu”, în locul precedentului „sicilia”. Se topește la 1414 ° C, fierbe la 2349 ° C.

Seamănă cu structura moleculară, dar este inferioară acesteia ca duritate. Destul de fragil, atunci când este încălzit (cel puțin 800º C) devine plastic. Translucid cu radiații infraroșii. Siliciul monocristalin are proprietăți semiconductoare. După unele caracteristici atom de siliciu similar cu structura atomică a carbonului. Electroni de siliciu au același număr de valență ca și cu structura carbonului.

Muncitorii proprietățile siliciului depind de conținutul anumitor conținuturi din acesta. Siliciul are diferite tipuri de conductivitate. În special, acestea sunt tipurile „găuri” și „electronice”. Pentru a obține primul, se adaugă bor la siliciu. Daca adaugati fosfor, siliciu capătă al doilea tip de conductivitate. Dacă siliciul este încălzit împreună cu alte metale, se formează compuși specifici numiți „silicide”, de exemplu, în reacția „ siliciu de magneziu«.

Siliciul utilizat pentru nevoile electronice este evaluat în primul rând prin caracteristicile straturilor sale superioare. Prin urmare, este necesar să se acorde o atenție specială calității lor, deoarece afectează direct performanța generală. Funcționarea dispozitivului fabricat depinde de acestea. Pentru a obține cele mai acceptabile caracteristici ale straturilor superioare de siliciu, acestea sunt tratate cu diverse metode chimice sau iradiate.

Compus "sulf-siliciu" formează sulfură de siliciu, care interacționează ușor cu apa și oxigenul. Când reacționează cu oxigenul, în condiții de temperatură peste 400 ° C, se dovedește silice. La aceeași temperatură, devin posibile reacții cu clor și iod, precum și cu brom, în timpul cărora se formează substanțe volatile - tetrahalogenuri.

Nu va fi posibilă combinarea siliciului și a hidrogenului prin contact direct; pentru aceasta există metode indirecte. La 1000°C, este posibilă o reacție cu azotul și borul, rezultând nitrură și borură de siliciu. La aceeași temperatură, prin combinarea siliciului cu carbonul, se poate produce carbură de siliciu, așa-numitul „carborundum”. Această compoziție are o structură solidă, activitatea chimică este lentă. Folosit ca abraziv.

In conexiune cu fier, silicon formează un amestec special, acest lucru permite topirea acestor elemente, ceea ce produce ceramică ferosilicioasă. Mai mult decât atât, punctul său de topire este mult mai scăzut decât în ​​cazul în care acestea sunt topite separat. La temperaturi peste 1200°C, se formează oxid de siliciu, tot în anumite condiții se dovedește hidroxid de siliciu. La gravarea siliciului se folosesc soluții alcaline pe bază de apă. Temperatura lor trebuie să fie de cel puțin 60 ° C.

Zăcăminte de siliciu și minerit

Elementul este al doilea cel mai abundent de pe planetă substanţă. Siliciu alcătuiește aproape o treime din volumul scoarței terestre. Doar oxigenul este mai frecvent. Este exprimat predominant de silice, un compus care conține în esență dioxid de siliciu. Principalii derivați ai dioxidului de siliciu sunt silexul, diversele nisipuri, cuarțul și câmpul. După ei vin compușii silicați de siliciu. Nativitatea este un fenomen rar pentru siliciu.

Aplicații de silicon

Siliciu, proprietăți chimice care determină domeniul de aplicare al acesteia, este împărțit în mai multe tipuri. Siliciul mai puțin pur este utilizat pentru nevoile metalurgice: de exemplu, pentru aditivi în aluminiu, siliconîși schimbă în mod activ proprietățile, dezoxidanții etc. Modifică în mod activ proprietățile metalelor prin adăugarea acestora la compus. Siliciu le aliajează, schimbând lucrul caracteristici, siliciu O cantitate foarte mică este suficientă.

De asemenea, derivații de calitate superioară sunt produși din siliciu brut, în special siliciu mono și policristalin, precum și siliciu organic - acestea sunt siliconi și diferite uleiuri organice. Și-a găsit, de asemenea, utilizarea în producția de ciment și în industria sticlei. Nu a ocolit producția de cărămidă; fabricile care produc porțelan nu se pot descurca fără ea.

Siliciul face parte din binecunoscutul adeziv silicat, care este folosit pentru reparații, iar anterior a fost folosit pentru nevoile de birou până când au apărut înlocuitori mai practici. Unele produse pirotehnice conțin și siliciu. Hidrogenul poate fi produs din el și din aliajele sale de fier în aer liber.

La ce se folosește o calitate mai bună? siliciu? Farfurii Bateriile solare conțin și siliciu, în mod natural netehnic. Pentru aceste nevoi este necesar siliciu de puritate ideala sau cel putin siliciu tehnic de cel mai inalt grad de puritate.

Așa-zisul "siliciu electronic" care conține aproape 100% siliciu, are performanțe mult mai bune. Prin urmare, este preferat în producția de dispozitive electronice ultra-precise și microcircuite complexe. Producția lor necesită o producție de înaltă calitate circuit, siliciu pentru care ar trebui să meargă doar cea mai înaltă categorie. Funcționarea acestor dispozitive depinde de cât de mult contine siliciu impurități nedorite.

Siliciul ocupă un loc important în natură, iar majoritatea ființelor vii au nevoie de el în mod constant. Pentru ei, acesta este un fel de compoziție a clădirii, deoarece este extrem de importantă pentru sănătatea sistemului musculo-scheletic. În fiecare zi, o persoană absoarbe până la 1 g compuși de siliciu.

Siliciul poate fi dăunător?

Da, pentru că dioxidul de siliciu este extrem de predispus la formarea de praf. Are un efect iritant asupra suprafețelor mucoase ale corpului și se poate acumula activ în plămâni, provocând silicoză. În acest scop, în producția legată de prelucrarea elementelor din siliciu, este obligatorie folosirea mașinilor de protecție. Prezența lor este deosebit de importantă când vine vorba de monoxid de siliciu.

Prețul siliconului

După cum știți, toată tehnologia electronică modernă, de la telecomunicații la tehnologia computerelor, se bazează pe utilizarea siliciului, folosind proprietățile semiconductoare ale acestuia. Ceilalți analogi ai săi sunt utilizați într-o măsură mult mai mică. Proprietățile unice ale siliciului și ale derivaților săi sunt încă de neegalat pentru mulți ani de acum înainte. În ciuda scăderii prețurilor în 2001 siliciu, vânzări a revenit rapid la normal. Și deja în 2003, cifra de afaceri comercială se ridica la 24 de mii de tone pe an.

Pentru cele mai recente tehnologii care necesită puritate aproape cristalină a siliciului, analogii săi tehnici nu sunt potriviți. Și datorită sistemului său complex de curățare, prețul crește semnificativ. Tipul de siliciu policristalin este mai comun; prototipul său monocristalin este ceva mai puțin solicitat. În același timp, ponderea siliciului folosit pentru semiconductori ocupă cea mai mare parte din cifra de afaceri comercială.

Prețurile produselor variază în funcție de puritate și scop silicon, cumpără care poate începe de la 10 cenți per kg de materii prime brute și până la 10 USD și mai mult pentru siliciul „electronic”.

Ministerul Educației și Științei din Rusia

Instituția de învățământ de învățământ profesional superior bugetar de stat federal

„MATI - Universitatea Tehnică de Stat Rusă numită după K.E. Ciolkovski” (MATI)

Departamentul „Testări aeronavelor”

Eseu

Pentru cursul „Chimie”

Subiect: „Siliciu”

Student: Akbaev Dauyt Rinatovici

Grupa: 2ILA-1DS-298

Profesor: Evdokimov Serghei Vasilievici

Moscova 2014

Siliciu în organismele vii

Istoria descoperirii și utilizării

Distribuția în natură

Structura atomică și proprietățile chimice și fizice de bază

chitanta

Aplicație

Conexiuni

Aplicație

1. Siliciu în organismele vii

Siliciu (lat. Siliciu), Si, element chimic din grupa IV a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 14, masa atomică 28.086. În natură, elementul este reprezentat de trei izotopi stabili: 28 Si (92,27%), 29 Si (4,68%) și 30 Si (3,05%)

Siliciul se găsește în organism sub formă de diferiți compuși, implicați în principal în formarea părților dure ale scheletului și a țesuturilor. Unele plante marine (de exemplu, diatomee) și animale (de exemplu, bureți siliciu, radiolari) pot acumula cantități deosebit de mari de siliciu, formând depozite groase de dioxid de siliciu atunci când mor pe fundul oceanului.

În mările și lacurile reci predomină nămolurile biogene îmbogățite cu siliciu; în mările tropicale predomină nămolurile calcaroase cu conținut scăzut de siliciu. Printre plantele terestre, cerealele, rogojii, palmierii și coada-calului acumulează mult siliciu. La vertebrate, conținutul de dioxid de siliciu în substanțe de cenușă este de 0,1-0,5%. Siliciul se găsește în cantități mari în țesutul conjunctiv dens, rinichi și pancreas. Dieta zilnică a omului conține până la 1 g de siliciu.

Atunci când în aer există un conținut ridicat de praf de dioxid de siliciu, acesta pătrunde în plămânii omului și provoacă o boală - silicoză (din latinescul silex - silex), o boală umană cauzată de inhalarea prelungită a prafului care conține dioxid de siliciu liber, care este clasificată drept boală profesională. Se găsește printre lucrătorii din industria minieră, porțelan și faianță, metalurgică și inginerie. Silicoza este cea mai nefavorabilă boală din grupul pneumoconiozei; Mai des decât în ​​cazul altor boli, se observă adăugarea procesului tuberculos (așa-numita silicotuberculoză) și alte complicații.

2. Istoria descoperirii și utilizării

Referință istorică. Compușii de siliciu, larg răspândiți pe pământ, sunt cunoscuți omului încă din epoca de piatră. Folosirea uneltelor de piatră pentru muncă și vânătoare a continuat timp de câteva milenii. Utilizarea compușilor de siliciu asociați cu prelucrarea lor - producția de sticlă - a început în jurul anului 3000 î.Hr. e. (în Egiptul Antic). Cel mai vechi compus de siliciu cunoscut este dioxidul de SiO. 2(silice). În secolul al XVIII-lea siliciul a fost considerat un corp simplu și denumit „pământ” (care se reflectă în numele său). Complexitatea compoziției silicei a fost stabilită de I.Ya. Berzelius.

Siliciul a fost obținut pentru prima dată în stare liberă în 1811 de către oamenii de știință francez J. Gay-Lussac și O. Thénard.

În 1825, mineralogul și chimistul suedez Jens Jakob Berzelius a obținut siliciu amorf. Pulberea de siliciu amorf maro a fost obținută prin reducerea tetrafluorurii de siliciu gazos cu potasiu metal:

4 + 4K = Si + 4KF

Ulterior, a fost obținută o formă cristalină de siliciu. Prin recristalizarea siliciului din metale topite s-au obținut cristale de culoare gri, dure, dar casante, cu un luciu metalic. Numele rusești pentru elementul siliciu au fost introduse în uz de G.I. Hess în 1834.

. Distribuția în natură

După oxigen, siliciul este cel mai comun element (27,6%) de pe pământ. Acesta este un element care este inclus în majoritatea mineralelor și rocilor care alcătuiesc învelișul dur al scoarței terestre. În scoarța terestră, siliciul joacă același rol principal ca și carbonul în lumea animală și vegetală. Pentru geochimia oxigenului este importantă legătura sa extrem de puternică cu oxigenul. Cel mai comun compus de siliciu este oxidul de siliciu SiO 2și derivați de acid silicic numiți silicați. Oxidul de siliciu (IV) apare ca mineral de cuarț (silice, silex). În natură, munți întregi sunt formați din acest compus. Există cristale de cuarț foarte mari, cu o greutate de până la 40 de tone. Nisipul obișnuit este format din cuarț fin contaminat cu diverse impurități. Consumul anual mondial de nisip ajunge la 300 de milioane de tone.

Dintre silicați, aluminosilicații (caolin Al 2O 3*2SiO 2*2H 2O, azbest CaO*3MgO*4SiO 2, ortoclaza K 2O*Al 2O 3*6SiO 2si etc.). Dacă mineralul conține, pe lângă oxizi de siliciu și aluminiu, oxizi de sodiu, potasiu sau calciu, atunci mineralul se numește feldspat (mică albă etc.). Feldspații reprezintă aproximativ jumătate din silicații cunoscuți în natură. Rocile de granit și gneis includ cuarț, mica și feldspat.

Siliciul este inclus în lumea vegetală și animală în cantități mici. Este conținut în tulpinile unor tipuri de legume și cereale. Aceasta explică rezistența crescută a tulpinilor acestor plante. Cojile ciliatelor, corpurile bureților, ouăle și pene de păsări, blana animalelor, părul și corpul vitros al ochiului conțin și ele siliciu.

Analiza probelor de sol lunar livrate de navele spațiale a arătat prezența oxidului de siliciu într-o cantitate de peste 40 la sută. Conținutul de siliciu al meteoriților de piatră ajunge la 20 la sută.

. Structura atomică și proprietățile chimice și fizice de bază

Siliciul formează cristale de culoare gri închis cu un luciu metalic, având o rețea de tip diamant cubic centrată pe față cu o perioadă a = 5,431 Å, densitate 2,33 g/cm ³ . La presiuni foarte mari s-a obţinut o nouă modificare (aparent hexagonală) cu o densitate de 2,55 g/cm ³ . K. se topește la 1417°C, fierbe la 2600°C. Capacitate termică specifică (la 20-100°C) 800 J/(kg × K), sau 0,191 cal/(g × grindină); conductivitatea termică chiar și pentru cele mai pure probe nu este constantă și este în intervalul (25°C) 84-126 W/(m) × K), sau 0,20-0,30 cal/(cm × sec × grindină). Coeficientul de temperatură de dilatare liniară 2.33 ×10-6 K-1; sub 120K devine negativ. Siliciul este transparent la razele infraroșii cu unde lungi; indicele de refracție (pentru l=6 um) 3,42; constanta dielectrică 11.7. Siliciul este diamagnetic, susceptibilitate magnetică atomică - 0,13×10 -6. Duritatea siliciului conform Mohs 7.0, conform Brinell 2.4 Gn/m ² (240 kgf/mm ² ), modul elastic 109 Gn/m ² (10890 kgf/mm ² ), coeficient de compresibilitate 0,325 ×10 -6cm ² /kg. Siliciul este un material fragil; deformarea plastică vizibilă începe la temperaturi peste 800°C.

Siliciul este un semiconductor care este din ce în ce mai utilizat. Proprietățile electrice ale cuprului sunt foarte dependente de impurități. Rezistivitatea electrică intrinsecă specifică a siliciului la temperatura camerei este considerată 2,3 ×10 3ohm × m (2,3 ×10 5 ohmi × cm).

Siliciul semiconductor cu conductivitate de tip p (aditivi B, Al, In sau Ga) și de tip n (aditivi P, Bi, As sau Sb) are o rezistență semnificativ mai mică. Intervalul de bandă măsurat electric este de 1,21 eV la 0 K și scade la 1,119 eV la 300 K.

În conformitate cu poziția siliciului în tabelul periodic al lui Mendeleev, 14 electroni ai atomului de siliciu sunt distribuiți pe trei învelișuri: în primul (din nucleu) 2 electroni, în al doilea 8, în al treilea (valență) 4; configurația învelișului de electroni 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. Potențiale de ionizare secvențială (eV): 8,149; 16,34; 33.46 și 45.13. Raza atomică 1,33 Å, raza covalentă 1,17 Å, razele ionice Si 4+0,39 Å, Si4- 1,98 Å.

În compușii de siliciu (asemănători carbonului) 4-valentenă. Cu toate acestea, spre deosebire de carbon, siliciul, împreună cu un număr de coordonare de 4, prezintă un număr de coordonare de 6, care se explică prin volumul mare al atomului său (un exemplu de astfel de compuși sunt silicofluorurile care conțin grupul 2-).

Legătura chimică a unui atom de siliciu cu alți atomi este de obicei realizată prin orbitali hibrizi sp3, dar este, de asemenea, posibil să se implice doi dintre cei cinci orbitali 3d (vacanti), mai ales când siliciul este coordonat în șase. Având o valoare scăzută a electronegativității de 1,8 (față de 2,5 pentru carbon; 3,0 pentru azot etc.), siliciul din compușii cu nemetale este electropozitiv, iar acești compuși sunt de natură polară. Energia mare de legare a Si-O cu oxigenul, egală cu 464 kJ/mol (111 kcal/mol), determină stabilitatea compușilor săi oxigenați (SiO2 și silicați). Energia legăturii Si-Si este scăzută, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); Spre deosebire de carbon, siliciul nu se caracterizează prin formarea de lanțuri lungi și duble legături între atomii de Si. În aer, siliciul este stabil chiar și la temperaturi ridicate datorită formării unei pelicule de oxid de protecție. În oxigen se oxidează începând de la 400°C, formând dioxid de siliciu SiO 2. Se mai cunoaște și monoxidul SiO, stabil la temperaturi ridicate sub formă de gaz; ca urmare a răcirii bruște, se poate obține un produs solid care se descompune ușor într-un amestec subțire de Si și SiO 2. Siliciul este rezistent la acizi și se dizolvă numai într-un amestec de acizi azotic și fluorhidric; se dizolvă ușor în soluții alcaline fierbinți cu eliberarea de hidrogen. Siliciul reacționează cu fluorul la temperatura camerei și cu alți halogeni atunci când este încălzit pentru a forma compuși cu formula generală SiX 4(vezi Halogenuri de siliciu). Hidrogenul nu reacționează direct cu siliciul, iar silicații de hidrogen (silani) se obțin prin descompunerea siliciurilor. Sunt cunoscuți hidrosilicații din SiH 4la Si 8H 18(similar ca compoziție cu hidrocarburile saturate). Siliciul formează 2 grupe de silani care conțin oxigen - siloxani și siloxeni. Siliciul reacţionează cu azotul la temperaturi peste 1000°C. Nitrura de Si este de mare importanță practică 3N 4, nu se oxidează în aer nici la 1200°C, este rezistent la acizi (cu excepția azotului) și alcaline, precum și la metale topite și zgură, ceea ce îl face un material valoros pentru industria chimică, pentru producția de refractare etc. Duritate mare și compușii de siliciu cu carbon (carbură de siliciu SiC) și cu bor (SiB) se disting și prin rezistența lor termică și chimică 3, SiB 6, SiB 12). Când este încălzit, siliciul reacționează (în prezența catalizatorilor metalici, cum ar fi cuprul) cu compuși organoclorați (de exemplu, CH 3CI) pentru a forma organohalosilani [de exemplu, Si(CH 3)3CI], care servește la sinteza a numeroși compuși organosilicici.

5. Chitanță

Cea mai simplă și convenabilă metodă de laborator pentru obținerea siliciului este reducerea oxidului de siliciu SiO 2la temperaturi ridicate cu metale reducătoare. Datorită stabilității oxidului de siliciu, agenții reducători activi, cum ar fi magneziul și aluminiul, sunt utilizați pentru reducerea:

SiO 2+ 4Al = 3Si + 2Al2 O 3

Când este redus cu aluminiu metal, se obține siliciu cristalin. O metodă de reducere a metalelor din oxizii lor cu aluminiu metalic a fost descoperită de fizicianul rus N.N. Beketov în 1865. Când oxidul de siliciu este redus de aluminiu, căldura eliberată nu este suficientă pentru a topi produsele de reacție - siliciu și oxid de aluminiu, care se topește la 205°C. Pentru a reduce punctul de topire al produselor de reacție, la amestecul de reacție se adaugă sulf și aluminiu în exces. Reacția produce sulfură de aluminiu cu punct de topire scăzut:

2Al + 3S = Al2 S 3

Picături de siliciu topit cad pe fundul creuzetului.

Siliciul de puritate tehnică (95-98%) se obține într-un arc electric prin reducerea silicei SiO 2între electrozii de grafit.

2+2C=Si+2CO

În legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor, au fost dezvoltate metode pentru producerea de siliciu pur și foarte pur. Aceasta necesită sinteza preliminară a celor mai puri compuși inițiali de siliciu, din care siliciul este extras prin reducere sau descompunere termică.

Siliciul semiconductor pur se obține în două forme: policristalin (prin reducerea SiCl 4sau SiHCl 3zinc sau hidrogen, descompunere termică a SiCl 4și SiH 4) și monocristal (topirea zonei fără creuzet și „tragerea” unui singur cristal din siliciu topit - metoda Czochralski).

Prin clorurarea siliciului tehnic se obține tetraclorura de siliciu. Cea mai veche metodă de descompunere a tetraclorurii de siliciu este metoda remarcabilului chimist rus Academician N.N. Beketova. Această metodă poate fi reprezentată prin ecuația:

4+Zn=Si+2ZnCI 2.

Aici, vaporii de tetraclorură de siliciu, care fierb la o temperatură de 57,6°C, interacționează cu vaporii de zinc.

În prezent, tetraclorura de siliciu este redusă cu hidrogen. Reacția se desfășoară conform ecuației:

SiCl 4+2H 2=Si+4HCI.

Siliciul se obține sub formă de pulbere. De asemenea, se utilizează o metodă cu iodură pentru producerea siliciului, similară metodei cu iodură descrisă anterior pentru producerea titanului pur.

Pentru a obține siliciu pur, acesta este purificat de impurități prin topire zonală în același mod în care se obține titanul pur.

Pentru un număr de dispozitive semiconductoare, sunt preferate materialele semiconductoare obținute sub formă de monocristale, deoarece în materialul policristalin apar modificări necontrolate ale proprietăților electrice.

La rotirea monocristalelor, ele folosesc metoda Czochralski, care constă în următoarele: o tijă este coborâtă în materialul topit, la capătul căreia se află un cristal din acest material; servește ca embrion al viitorului monocristal. Tija este scoasă din topitură cu o viteză mică de până la 1-2 mm/min. Ca rezultat, un singur cristal de dimensiunea necesară este crescut treptat. Plăcile utilizate în dispozitivele semiconductoare sunt tăiate din acesta.

. Aplicație

Siliciul dopat special este utilizat pe scară largă ca material pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare (tranzistoare, termistoare, redresoare de putere, diode controlate - tiristoare; fotocelule solare utilizate în nave spațiale etc.). Deoarece siliciul este transparent la razele cu lungimi de undă de la 1 la 9 microni, este utilizat în optică în infraroșu.

Siliciul are aplicații diverse și în continuă expansiune. În metalurgie, siliciul este folosit pentru a îndepărta oxigenul dizolvat în metalele topite (dezoxidare). Siliciul este o componentă a unui număr mare de aliaje de fier și metale neferoase. De obicei, siliciul conferă aliajelor o rezistență sporită la coroziune, le îmbunătățește proprietățile de turnare și crește rezistența mecanică; cu toate acestea, la un conținut mai mare de siliciu poate provoca fragilitate. Cele mai importante sunt aliajele de fier, cupru și aluminiu care conțin siliciu. O cantitate din ce în ce mai mare de siliciu este utilizată pentru sinteza compușilor organosiliciului și a siliciurilor. Siliciul și mulți silicați (argile, feldspați, mica, talc etc.) sunt prelucrați de sticlă, ciment, ceramică, electrică și alte industrii.

Siliconizarea, suprafața sau saturația volumetrică a unui material cu siliciu. Este produs prin prelucrarea materialului în vapori de siliciu formați la temperaturi ridicate deasupra umpluturii cu siliciu sau într-un mediu gazos care conține clorosilani, care sunt reduse de hidrogen, de exemplu, prin reacție.

l 4+ 2H2 = Si + 4HC1.

Este folosit în primul rând ca mijloc de protejare a metalelor refractare (W, Mo, Ta, Ti etc.) de oxidare. Rezistența la oxidare este determinată de formarea în timpul S. a acoperirilor de siliciu „auto-vindecătoare” cu difuzie densă (WSi 2,MoSi 2si etc.). Grafitul siliconat este utilizat pe scară largă.

. Conexiuni

Siliciuri

Siliciuri (din latinescul Silicium - siliciu), compuși chimici ai siliciului cu metale și unele nemetale. Siliciurile pot fi împărțite în trei grupe principale în funcție de tipul de legătură chimică: ionic-covalent, covalent și metal-like. Siliciurile ionic-covalente sunt formate din metale alcaline (cu excepția sodiului și potasiului) și alcalino-pământoase, precum și din metale din subgrupele de cupru și zinc; covalent - bor, carbon, azot, oxigen, fosfor, sulf, se mai numesc boruri, carburi, nitruri de siliciu) etc.; asemănătoare metalelor - metale de tranziție.

Siliciurile se obțin prin topirea sau sinterizarea unui amestec de pulbere de Si și metalul corespunzător: încălzirea oxizilor metalici cu Si, SiC, SiO 2si silicati naturali sau sintetici (uneori amestecati cu carbon); interacțiunea metalului cu un amestec de SiCl 4si H 2; electroliza topiturii constând din K 2SiF 6și oxidul metalului corespunzător. Siliciurile covalente și asemănătoare metalelor sunt refractare, rezistente la oxidare, la acțiunea acizilor minerali și a diferitelor gaze agresive. Siliciurile sunt utilizate în materiale compozite metal-ceramice rezistente la căldură pentru aviație și tehnologia rachetelor. MoSi 2utilizat pentru producerea de încălzitoare pentru cuptoare cu rezistență care funcționează în aer la temperaturi de până la 1600 °C. FeSi 2, Fe 3Si 2, Fe 2Si face parte din ferosiliciu, utilizat pentru dezoxidarea și alierea oțelurilor. Carbura de siliciu este unul dintre materialele semiconductoare.

Grafit siliconat

Grafit siliconat, grafit saturat cu siliciu. Este produs prin prelucrarea grafitului poros într-o umplutură de siliciu la 1800-2200 ° C (în acest caz, în pori se depun vapori de siliciu). Constă dintr-o bază de grafit, carbură de siliciu și siliciu liber. Combină rezistența ridicată la căldură și rezistența caracteristică grafitului la temperaturi ridicate cu densitatea, impermeabilitatea la gaz, rezistența ridicată la oxidare la temperaturi de până la 1750°C și rezistența la eroziune. Folosit pentru căptușirea cuptoarelor de înaltă temperatură, în dispozitive de turnare a metalului, în elemente de încălzire, pentru fabricarea de piese pentru aviație și tehnologie spațială care funcționează în condiții de temperatură ridicată și eroziune.

Silal

Silal (din latină Silicium - siliciu și aliaj englezesc - aliaj), fontă termorezistentă cu un conținut ridicat de siliciu (5-6%). Silal este folosit pentru a face piese turnate relativ ieftine care funcționează la temperaturi ridicate (800-900 °C), de exemplu, ușile cuptorului cu vatră deschisă, barele grătarului și părțile cazanelor cu abur.

Silumin

Silumin (din latinescul Silicium - siliciu și Aluminiu - aluminiu), denumirea generală a unui grup de aliaje de turnare pe bază de aluminiu care conțin siliciu (4-13%, în unele mărci până la 23%). În funcție de combinația dorită de proprietăți tehnologice și operaționale, siluminul este aliat cu Cu, Mn, Mg, uneori Zn, Ti, Be și alte metale. Siluminii au o turnare ridicată și proprietăți mecanice destul de ridicate, cu toate acestea, sunt inferioare ca proprietăți mecanice față de aliajele turnate bazate pe sistemul Al - Cu. Avantajele siluminilor includ rezistența crescută la coroziune în atmosfere umede și maritime. Siluminii sunt utilizați la fabricarea pieselor cu configurații complexe, în principal în industria auto și aeronautică.

Silicomangan

Siliciul manganul este un feroaliaj ale cărui componente principale sunt siliciul și manganul; topit în cuptoare de minereu termic folosind un proces de reducere a cărbunelui. Silicomanganul cu 10-26% Si (restul Mn, Fe și impurități), obținut din minereu de mangan, zgură de mangan și cuarțit, este utilizat în topirea oțelului ca dezoxidant și aditiv de aliere, precum și pentru topirea feromanganului cu conținut redus de carbon prin procedeul silicotermic. Siliciu mangan cu 28-30% Si (materia primă pentru care se obține special zgura cu conținut ridicat de mangan și puțin fosfor) este utilizat la producerea manganului metalic.

Silicocrom

Crom de siliciu, crom ferosilico, feroaliaj, ale căror componente principale sunt siliciul și cromul; Este topit într-un cuptor termic cu minereu folosind un proces de reducere a cărbunelui din cuarțit și ferocrom de porc granulat sau minereu de crom. Cromul siliciu cu 10-46% Si (restul Cr, Fe si impuritati) este folosit la topirea otelului slab aliat, precum si la producerea ferocromului cu continut redus de carbon prin procedeul silicotermic. Siliciul crom cu 43-55% Si este utilizat la producerea ferocromului fără carbon și la topirea oțelului inoxidabil.

Silchrome (din latinescul Silicium - siliciu și Chromium - crom), denumirea generală a unui grup de oțeluri termorezistente și rezistente la căldură aliate cu Cr (5-14%) și Si (1-3%). În funcție de nivelul necesar de proprietăți de performanță, cromul de siliciu este aliat suplimentar cu Mo (până la 0,9%) sau Al (până la 1,8%). Silchromele sunt rezistente la oxidare în aer și în medii care conțin sulf până la 850-950 °C; sunt utilizate în principal pentru fabricarea supapelor pentru motoarele cu ardere internă, precum și a pieselor instalațiilor cazanelor, gratarului etc. Sub sarcini mecanice crescute, piesele din silcrom funcționează fiabil pentru o lungă perioadă de timp la temperaturi de până la 600-800 °C .

Halogenuri de siliciu

Halogenuri de siliciu, compuși ai siliciului cu halogeni. Sunt cunoscute următoarele tipuri de halogenuri de siliciu (X-halogen): SiX 4, SiH n X 4-n (halosilani), Si n X 2n+2 și halogenuri amestecate cum ar fi SiClBr 3. În condiţii normale SiF 4- gaz, SiCl 4şi SiBr 4- lichide (topite - 68,8 si 5°C), SiI 4- solid (tnl 124°C). Şase conexiuni 4sunt usor hidrolizate:

Şase 4+2 ore 2O=SiO 2+4HX;

fum în aer datorită formării de particule foarte fine de SiO 2; Tetrafluorura de siliciu reacţionează diferit:

SiF 4+2 ore 2O=SiO 2 +2H 2SiF 6

Clorosilani (SiH n X 4-n ), de exemplu SiHCl 3(obținute prin acțiunea HCl gazos asupra Si), atunci când sunt expuse la apă, formează compuși polimerici cu un lanț siloxan puternic Si-O-Si. Distinși prin reactivitatea lor ridicată, clorosilanii servesc ca materii prime pentru producerea compușilor organosiliciului. Conexiuni de tip Si n X2 n+2 , care conțin lanțuri de atomi de Si, cu X - clor, dau o serie, inclusiv Si 6Cl 14(tnl 320°C); halogenii rămași formează doar Si 2X 6. Tip conexiuni obținute (Șase 2)n și (Șase) n . Șase molecule 2și SiX există la temperaturi ridicate sub formă de gaz și, la răcirea rapidă (cu azot lichid), formează substanțe polimerice solide care sunt insolubile în solvenți organici obișnuiți.

Tetraclorura de siliciu SiCl4 este utilizată în producția de uleiuri lubrifiante, izolații electrice, lichide de răcire, lichide de hidroizolație etc. cristal de cuarț silicat de siliciu

Carbură de siliciu

Carbură de siliciu, carborundum, SiC, compus siliciu-carbon; una dintre cele mai importante carburi folosite în tehnologie. În forma sa pură, carbura de siliciu este un cristal incolor cu un luciu de diamant; produs tehnic verde sau albastru-negru. Carbura de siliciu există în două modificări cristaline principale - hexagonale (a-SiC) și cubice (b-SiC), iar cea hexagonală este o „moleculă uriașă”, construită pe principiul unei polimerizări specifice structurate a moleculelor simple. Straturile de atomi de carbon și siliciu din a-SiC sunt aranjate unul față de celălalt în moduri diferite, formând multe tipuri structurale. Tranziția b-SiC la a-SiC are loc la o temperatură de 2100-2300°C (tranziția inversă nu este de obicei observată). Carbura de siliciu este refractară (se topește cu descompunere la 2830°C), are o duritate excepțional de mare (microduritate 33400 Mn/m ² sau 3,34 tf/mm ² ), al doilea după diamant și carbură de bor B4 C; fragil; densitate 3,2 g/cm ³ . Carbura de siliciu este stabilă în diferite medii chimice, inclusiv la temperaturi ridicate.

Carbura de siliciu este produsă în cuptoare electrice la 2000-2200°C dintr-un amestec de nisip de cuarț (51-55%), cocs (35-40%) cu adaos de NaCl (I-5%) și rumeguș (5-10). %). Datorită durității sale ridicate, rezistenței chimice și rezistenței la uzură, carbura de siliciu este utilizată pe scară largă ca material abraziv (pentru șlefuire), pentru tăierea materialelor dure, pentru unelte de tăiere, precum și pentru fabricarea diferitelor părți ale echipamentelor chimice și metalurgice care funcționează. în condiţii dificile de temperaturi ridicate. Carbura de siliciu, dopată cu diverse impurități, este folosită în tehnologia semiconductoarelor, în special la temperaturi ridicate. Este interesant să se utilizeze carbura de siliciu în inginerie electrică - pentru fabricarea de încălzitoare pentru cuptoare cu rezistență electrică de înaltă temperatură (tige de silit), paratrăsnet pentru liniile de transmisie a curentului electric, rezistențe neliniare, ca parte a dispozitivelor de izolare electrică etc.

Dioxid de siliciu

Dioxid de siliciu (silice), SiO 2, cristale. Cel mai comun mineral este cuarțul; nisipul obișnuit este și dioxid de siliciu. Folosit în producția de sticlă, porțelan, faianță, beton, cărămidă, ceramică, ca umplutură de cauciuc, adsorbant în cromatografie, în electronică, acusto-optică etc. Minerale de siliciu, o serie de specii minerale care sunt modificări polimorfe ale dioxidului de siliciu ; stabil la anumite intervale de temperatură în funcție de presiune.

Baza structurii cristaline a silicei este un cadru tridimensional construit din tetraedre (5104) care se conectează prin oxigeni comuni. Cu toate acestea, simetria aranjamentului lor, densitatea de ambalare și orientarea reciprocă sunt diferite, ceea ce se reflectă în simetria cristalelor mineralelor individuale și în proprietățile lor fizice. O excepție este stishovitul, a cărui structură se bazează pe octaedre (SiO 6), formând o structură asemănătoare rutilului. Toate silicele (cu excepția unor soiuri de cuarț) sunt de obicei incolore. Duritatea pe scara mineralogica variaza: de la 5,5 (a-tridimit) la 8-8,5 (stishovit).

Siliciul se găsește de obicei sub formă de boabe foarte mici, fibroase criptocristaline (a-cristobalit, așa-numita lussatită) și uneori formațiuni sferoidale. Mai rar - sub formă de cristale cu aspect tabular sau lamelar (tridimit), octaedric, dipiramidal (a- și b-cristobalit), fin în formă de ac (coesit, stishovit). Majoritatea siliciului (cu excepția cuarțului) este foarte rar și instabil în condițiile zonelor de suprafață ale scoarței terestre. Modificări ale temperaturii ridicate ale SiO 2- b-tridimit, b-cristobalit - se formează în goluri mici ale rocilor efuzive tinere (dacite, bazalt, liparite etc.). A-cristobalitul la temperatură scăzută, împreună cu a-tridimita, este una dintre componentele agatelor, calcedoniei și opalelor; depus din soluții apoase fierbinți, uneori din SiO coloidal 2. Stishovitul si coesitul se gasesc in gresiile craterului meteoric Devil's Canyon din Arizona (SUA), unde s-au format din cuart la presiune ultra-inalta instantanee si cu o crestere a temperaturii in timpul caderii meteoritului. De asemenea, în natură se găsesc: sticla de cuarț (așa-numita lechatelierită), formată ca urmare a topirii nisipului de cuarț de la o lovitură de fulger, și melanoflogitul - sub formă de cristale și cruste cubice mici (pseudomorfoze formate din opal). și cuarț asemănător calcedoniei) crescut pe sulf nativ în zăcămintele din Sicilia (Italia). Pisitul nu se găsește în natură.

Cuarț (cuarț german), mineral; Două modificări cristaline ale dioxidului de siliciu SiO sunt cunoscute sub denumirea de cuarț 2: cuarț hexagonal (sau a-quartz), stabil la o presiune de 1 atm (sau 100 kN/m ² ) în intervalul de temperatură 870-573 °C și trigonal (b-quartz), stabil la temperaturi sub 573 °C. b-cuarțul este cel mai răspândit în natură. Se cristalizează în clasa trapezoedrului trigonal a sistemului trigonal. Structura cristalină de tip cadru este construită din tetraedre de siliciu-oxigen dispuse elicoidal (cu o rotire la dreapta sau la stânga a șurubului) față de axa principală a cristalului. În funcție de aceasta, se disting forme structurale și morfologice din dreapta și din stânga ale cristalelor, care diferă în exterior prin simetria aranjamentului unor fețe (de exemplu, trapezoedrul etc.). Absența planurilor și a centrului de simetrie în cristalele de cuarț determină prezența proprietăților piezoelectrice și piroelectrice.

Cel mai adesea, cristalele de cuarț au un aspect prismatic alungit cu dezvoltarea predominantă a fețelor unei prisme hexagonale și a doi romboedri (cap de cristal). Mai rar, cristalele iau forma unei dipiramide pseudohexagonale. Cristalele de cuarț obișnuite sunt de obicei complex îngemănate, cel mai adesea formând zone îngemănate conform așa-numitelor. legi braziliene sau dauphine. Acestea din urmă apar nu numai în timpul creșterii cristalelor, ci și ca rezultat al rearanjamentului structural intern în timpul tranzițiilor termice a - b însoțite de compresie, precum și în timpul deformărilor mecanice. Culoarea cristalelor, boabelor și agregatelor de cuarț este foarte diversă: cuarțul incolor, alb lăptos sau gri sunt cele mai comune. Cristalele transparente sau translucide frumos colorate sunt numite în mod specific: incolore, transparente - cristal de stâncă; violet - ametist; afumat - rauchtopaz; negru - morion; galben auriu - citrin. Culorile diferite se datorează de obicei defectelor structurale la înlocuirea Si 4+pe Fe 3+sau Al 3+cu intrare simultană în rețeaua Na 1+, Li 1+sau (OH) 1-. Există și cuarț colorat complex datorită microincluziunilor de minerale străine: prazeme verde - incluziuni de microcristale de actinolit sau clorit; Aventurin auriu strălucitor - incluziuni de mica sau hematit etc. Varietăți criptocristaline de cuarț - agat și calcedonie - constau din cele mai fine formațiuni fibroase. Cuarțul este optic uniaxial, pozitiv. Indicele de refracție (pentru lumina zilei l=589,3): ne=1,553; nr=1,544. Transparent la razele ultraviolete și parțial infraroșii. Când un fascicul de lumină polarizat plan este trecut de-a lungul axei optice, cristalele de cuarț din stânga rotesc planul de polarizare spre stânga, iar cele din dreapta rotesc planul de polarizare spre dreapta. În partea vizibilă a spectrului, valoarea unghiului de rotație (pe grosimea unei plăci de cuarț de 1 mm) variază de la 32,7 (pentru l 486 nm) la 13,9° (728 nm). Valorile constantei dielectrice (eij), modulului piezoelectric (djj) și coeficienților elastici (Sij) sunt următoarele (la temperatura camerei): e11 = 4,58; e33 = 4,70; d11 = -6,76*10-8; d14 = 2,56*10-8; S11 = 1,279; S12 = - 0,159; S13 = -0,110; S14 = -0,446; S33 = 0,956; S44 = 1,978. Coeficienții de dilatare liniară sunt: ​​perpendiculari pe axa de ordinul 3 13,4*10 -6si paralel cu axa 8*10 -6. Căldura de transformare b - a K. este egală cu 2,5 kcal/mol (10,45 kJ/mol). Duritatea la scara mineralogica 7; densitate 2650 kg/m ³ . Se topește la o temperatură de 1710 ° C și se solidifică atunci când este răcit în așa-numita. sticlă de cuarț. Siliciul topit este un bun izolator; rezistenta unui cub cu muchia de 1 cm la 18 °C este de 5*10 18ohm/cm, coeficient de dilatare liniar 0,57*10 -6cm/°C. A fost dezvoltată o tehnologie rentabilă pentru creșterea monocristalelor de siliciu sintetic, care sunt obținute din soluții apoase de SiO2 la presiuni și temperaturi ridicate (sinteză hidrotermală). Cristalele sintetice au proprietăți piezoelectrice stabile, rezistență la radiații, omogenitate optică ridicată și alte proprietăți tehnice valoroase.

Cuarțul natural este un mineral foarte răspândit și este o componentă esențială a multor roci, precum și a zăcămintelor minerale de cea mai diversă origine. Cele mai importante materiale de cuarț pentru industrie sunt nisipurile de cuarț, cuarțitele și cuarțul monocristalin cristalin. Acesta din urmă este rar și foarte apreciat. Principalele depozite de cristale de cuarț sunt în Urali, Pamir și în bazinul râului. Aldan; în străinătate - depozite în Brazilia și Republica Malagasy. Nisipurile de cuarț sunt o materie primă importantă pentru industria ceramică și a sticlei. Monocristalele de cuarț sunt utilizate în inginerie radio (stabilizatoare de frecvență piezoelectrice, filtre, rezonatoare, plăci piezoelectrice în instalații cu ultrasunete etc.); în instrumentația optică (prisme pentru spectrografe, monocromatoare, lentile pentru optica ultravioletă etc.). Cuarțul topit este folosit pentru a face obiecte speciale de sticlă chimică. K. se mai foloseste la obtinerea de siliciu chimic pur. Soiurile transparente, frumos colorate de cuarț sunt pietre semiprețioase și sunt utilizate pe scară largă în bijuterii.

Sticlă de cuarț, o sticlă de silicat monocomponentă obținută prin topirea soiurilor naturale de silice - cristal de rocă, cuarț filonat și nisip de cuarț, precum și dioxid de siliciu sintetic. Există două tipuri de sticlă industrială de cuarț: transparentă (optic și tehnic) și opac. Opacitatea sticlei de cuarț se datorează numărului mare de bule mici de gaz distribuite în ea (cu un diametru de 0,03 până la 0,3 microni), care împrăștie lumina. Sticla de cuarț optic transparentă, obținută prin topirea cristalului de rocă, este complet omogenă și nu conține bule de gaz vizibile; are cel mai mic indice de refracție dintre sticlele de silicat (nD = 1,4584) și cea mai mare transmisie a luminii, în special pentru razele ultraviolete. Sticla de cuarț se caracterizează prin rezistență termică și chimică ridicată; temperatura de înmuiere K. s. 1400 °C. Sticla de cuarț este un bun dielectric, conductivitatea electrică la 20 °C este 10 -14 - 10-16ohm -1m -1, tangentă de pierdere dielectrică la o temperatură de 20 ° C și o frecvență de 106 Hz - 0,0025-0,0006. Sticla de cuarț este utilizată pentru fabricarea de sticlă de laborator, creuzete, instrumente optice, izolatoare (în special pentru temperaturi ridicate) și produse rezistente la fluctuațiile de temperatură.

Silani

Silani (din latină Silicium - siliciu), compuși ai siliciului cu hidrogen cu formula generală Si n H2 n+2 . S-au obținut silani până la Si octasilane 8H 18. La temperatura camerei, primii doi compuși de siliciu sunt monosilan SiH 4si disilane Si 2H 6- sunt gazoase, restul sunt lichide volatile. Toți compușii de siliciu au un miros neplăcut și sunt otrăvitori. Silanii sunt mult mai puțin stabili decât alcanii și se aprind spontan în aer, de exemplu

Si 2H 6+7O 2=4SiO2 +6H 2O.

Se descompune cu apa:

3H 8+6H 2O=3SiO2 +10 ore 2

Silanii nu se găsesc în natură. În laborator, prin acțiunea acizilor diluați asupra siliciurului de magneziu, se obține un amestec de diverși compuși, se răcește puternic și se separă (prin distilare fracționată în absența completă a aerului).

Acizi silicici

Acizi silicici, derivați ai anhidridei de siliciu SiO 2; acizi foarte slabi, usor solubili in apa. Acidul metasilicic H a fost obținut în forma sa pură 2SiO 3(mai precis, forma sa polimerică H 8Si 4O 12) si H 2Si 2O 5. Dioxidul de siliciu amorf (silice amorf) în soluție apoasă (solubilitate aproximativ 100 mg în 1 l) formează predominant acid ortosilicic H 4SiO 4. În soluțiile suprasaturate obținute prin diverse metode, acizii silicici se modifică odată cu formarea de particule coloidale (masă molară până la 1500), pe suprafața cărora se află grupe OH. Educat astfel. Solul, în funcție de valoarea pH-ului, poate fi stabil (pH aproximativ 2) sau se poate agrega, transformându-se într-un gel (pH 5-6). Solurile de acid silicic stabile, foarte concentrate, care conțin substanțe speciale - stabilizatori, sunt utilizate în producția de hârtie, în industria textilă și pentru purificarea apei. Acidul hidrofluorosilic, H 2SiF 6, un acid anorganic puternic. Există numai în soluție apoasă; în formă liberă se descompune în tetrafluorură de siliciu SiF 4şi fluorură de hidrogen HF. Este folosit ca dezinfectant puternic, dar în principal pentru producerea de săruri de acid silicic - silicofluoruri.

Silicati

Silicați, săruri ale acizilor de siliciu. Cel mai larg răspândit în scoarța terestră (80% din masă); Sunt cunoscute peste 500 de minerale, printre care pietre prețioase, precum smaraldul, berilul și acvamarinul. Silicatii stau la baza cimenturilor, ceramicii, emailurilor, sticlei silicate; materii prime în producția multor metale, adezivi, vopsele etc.; materiale electronice radio etc. Silicofluoruri, fluorosilicați, săruri ale acidului hidrofluorosilic H 2SiF 6. Când sunt încălzite, se dezintegrează, de exemplu

6= CaF2 + SiF 4

Sărurile Na, K, Rb, Cs și Ba sunt puțin solubile în apă și formează cristale caracteristice, care sunt utilizate în analiza cantitativă și microchimică. Silicofluorura de sodiu Na este de cea mai mare importanță practică 2SiF 6(în special, în producția de cimenturi rezistente la acizi, emailuri etc.). O proporție semnificativă de Na 2SiF 6procesate pe NaF. Ia Na 2SiF 6de a conţine SiF 4deșeuri de la plantele de superfosfat. Silicofluorurile de Mg, Zn și Al (nume tehnic fluate), care sunt foarte solubile în apă, sunt folosite pentru a face piatra de construcție impermeabilă. Toți silicații (precum și H 2SiF6 ) sunt otrăvitoare.

Aplicație

Fig.1 Cuarț dreapta și stânga.

Fig.2 Minerale de siliciu.

Fig.3 Cuarț (structură)

Îndrumare

Ai nevoie de ajutor pentru a studia un subiect?

Specialiștii noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe teme care vă interesează.
Trimiteți cererea dvs indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.

Carbonul este capabil să formeze mai multe modificări alotropice. Acestea sunt diamantul (cea mai inertă modificare alotropică), grafitul, fullerena și carbina.

Cărbunele și funinginea sunt carbon amorf. Carbonul în această stare nu are o structură ordonată și constă de fapt din fragmente minuscule de straturi de grafit. Cărbunele amorf tratat cu abur de apă fierbinte se numește cărbune activ. 1 gram de cărbune activ, datorită prezenței multor pori în el, are o suprafață totală de peste trei sute de metri pătrați! Datorită capacității sale de a absorbi diferite substanțe, cărbunele activ este utilizat pe scară largă ca umplutură de filtru, precum și ca enterosorbent pentru diferite tipuri de otrăvire.

Din punct de vedere chimic, carbonul amorf este forma sa cea mai activă, grafitul prezintă o activitate moderată, iar diamantul este o substanță extrem de inertă. Din acest motiv, proprietățile chimice ale carbonului discutate mai jos ar trebui în primul rând atribuite carbonului amorf.

Proprietăți reducătoare ale carbonului

Ca agent reducător, carbonul reacționează cu nemetale precum oxigenul, halogenii și sulful.

În funcție de excesul sau lipsa de oxigen în timpul arderii cărbunelui, este posibilă formarea de monoxid de carbon CO sau dioxid de carbon CO 2:

Când carbonul reacţionează cu fluorul, se formează tetrafluorura de carbon:

Când carbonul este încălzit cu sulf, se formează disulfură de carbon CS2:

Carbonul este capabil să reducă metalele după aluminiu din seria de activitate din oxizii lor. De exemplu:

Carbonul reacționează și cu oxizii metalelor active, dar în acest caz, de regulă, nu se observă reducerea metalului, ci formarea carburii sale:

Interacțiunea carbonului cu oxizii nemetalici

Carbonul intră într-o reacție de coproporționare cu dioxidul de carbon CO 2:

Unul dintre cele mai importante procese din punct de vedere industrial este așa-numitul conversia cărbunelui cu abur. Procesul se realizează prin trecerea vaporilor de apă prin cărbune fierbinte. Are loc următoarea reacție:

La temperaturi ridicate, carbonul este capabil să reducă chiar și un astfel de compus inert precum dioxidul de siliciu. În acest caz, în funcție de condiții, este posibilă formarea de siliciu sau carbură de siliciu ( carborundum):

De asemenea, carbonul ca agent reducător reacționează cu acizii oxidanți, în special cu acizii sulfuric și azotic concentrați:

Proprietățile oxidative ale carbonului

Elementul chimic carbon nu este foarte electronegativ, astfel încât substanțele simple pe care le formează prezintă rareori proprietăți oxidante față de alte nemetale.

Un exemplu de astfel de reacții este interacțiunea carbonului amorf cu hidrogenul atunci când este încălzit în prezența unui catalizator:

și, de asemenea, cu siliciu la o temperatură de 1200-1300 o C:

Carbonul prezintă proprietăți oxidante în raport cu metalele. Carbonul este capabil să reacționeze cu metale active și unele metale cu activitate intermediară. Reacțiile apar la încălzire:

Proprietățile chimice ale siliciului

Siliciul poate exista, ca și carbonul, într-o stare cristalină și amorfă și, ca și în cazul carbonului, siliciul amorf este semnificativ mai activ din punct de vedere chimic decât siliciul cristalin.

Uneori, siliciul amorf și cristalin sunt numite modificări alotropice, ceea ce, strict vorbind, nu este în întregime adevărat. Siliciul amorf este în esență un conglomerat de particule minuscule de siliciu cristalin situate aleatoriu unul față de celălalt.

Interacțiunea siliciului cu substanțe simple

nemetale

În condiții normale, siliciul, datorită inerției sale, reacționează numai cu fluor:

Siliciul reacționează cu clorul, bromul și iodul numai atunci când este încălzit. Este caracteristic că, în funcție de activitatea halogenului, este necesară o temperatură diferită în mod corespunzător:

Deci, cu clor, reacția are loc la 340-420 o C:

Cu brom – 620-700 o C:

Cu iod – 750-810 o C:

Are loc reacția siliciului cu oxigenul, dar necesită o încălzire foarte puternică (1200-1300 o C) datorită faptului că pelicula puternică de oxid îngreunează interacțiunea:

La o temperatură de 1200-1500 o C, siliciul interacționează lent cu carbonul sub formă de grafit pentru a forma carborundum SiC - o substanță cu o rețea cristalină atomică similară cu diamantul și aproape deloc inferioară acestuia ca rezistență:

Siliciul nu reacționează cu hidrogenul.

metale

Datorită electronegativității sale scăzute, siliciul poate prezenta proprietăți oxidante numai față de metale. Dintre metale, siliciul reacţionează cu metale active (alcaline şi alcalino-pământoase), precum şi cu multe metale cu activitate intermediară. Ca rezultat al acestei interacțiuni, se formează siliciuri:

Interacțiunea siliciului cu substanțe complexe

Siliciul nu reacționează cu apa chiar și atunci când este fiert, totuși, siliciul amorf interacționează cu vaporii de apă supraîncălziți la o temperatură de aproximativ 400-500 o C. În acest caz, se formează hidrogen și dioxid de siliciu:

Dintre toți acizii, siliciul (în stare amorfă) reacționează numai cu acidul fluorhidric concentrat:

Siliciul se dizolvă în soluții alcaline concentrate. Reacția este însoțită de eliberarea de hidrogen.

Unul dintre cele mai comune elemente din natură este siliciul sau siliciul. O distribuție atât de largă indică importanța și semnificația acestei substanțe. Acest lucru a fost înțeles și învățat rapid de oamenii care au învățat cum să folosească corect siliciul în scopurile lor. Utilizarea sa se bazează pe proprietăți speciale, despre care vom discuta în continuare.

Siliciu - element chimic

Dacă caracterizăm un element dat prin poziție în tabelul periodic, putem identifica următoarele puncte importante:

1. Număr de serie - 14.
2. Perioada este a treia mică.
3. Grupa - IV.
4. Subgrupul este cel principal.
5. Structura învelișului electronic exterior este exprimată prin formula 3s 2 3p 2.
6. Elementul siliciu este reprezentat de simbolul chimic Si, care se pronunță „siliciu”.
7. Stările de oxidare pe care le prezintă sunt: ​​-4; +2; +4.
8. Valența atomului este IV.
9. Masa atomică a siliciului este 28.086.
10. În natură, există trei izotopi stabili ai acestui element cu numere de masă 28, 29 și 30.

Astfel, din punct de vedere chimic, atomul de siliciu este un element destul de studiat; multe dintre proprietățile sale diferite au fost descrise.

Istoria descoperirii

Deoarece diferiți compuși ai elementului în cauză sunt foarte populari și abundenți în natură, din cele mai vechi timpuri oamenii au folosit și știut despre proprietățile multora dintre ei. Siliciul pur a rămas mult timp dincolo de cunoștințele umane în chimie.

Cei mai populari compuși folosiți în viața de zi cu zi și în industrie de către popoarele culturilor antice (egipteni, romani, chinezi, ruși, perși și alții) au fost pietrele prețioase și ornamentale pe bază de oxid de siliciu. Acestea includ:

• opal;
• stras;
• topaz;
• crisoprază;
• onix;
• calcedonie și altele.

De asemenea, se obișnuiește utilizarea cuarțului în construcții încă din cele mai vechi timpuri. Cu toate acestea, siliciul elementar în sine a rămas nedescoperit până în secolul al XIX-lea, deși mulți oameni de știință au încercat în zadar să-l izoleze de diferiți compuși, folosind catalizatori, temperaturi ridicate și chiar curent electric. Acestea sunt minți atât de strălucitoare ca:

• Karl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Palmă a mâinii;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius a reușit să obțină siliciu în forma sa pură în 1823. Pentru a face acest lucru, el a efectuat un experiment privind fuziunea vaporilor de fluorură de siliciu și potasiu metal. Ca urmare, am obținut o modificare amorfă a elementului în cauză. Aceiași oameni de știință au propus un nume latin pentru atomul descoperit.

Puțin mai târziu, în 1855, un alt om de știință - Sainte-Clair-Deville - a reușit să sintetizeze o altă varietate alotropă - siliciul cristalin. De atunci, cunoștințele despre acest element și proprietățile sale au început să se extindă foarte repede. Oamenii și-au dat seama că are caracteristici unice care pot fi folosite foarte inteligent pentru a-și satisface propriile nevoi. Prin urmare, astăzi unul dintre cele mai populare elemente din electronică și tehnologie este siliciul. Utilizarea sa își extinde limitele doar în fiecare an.

Numele rusesc pentru atom a fost dat de omul de știință Hess în 1831. Aceasta este ceea ce a rămas până în ziua de azi.

În ceea ce privește abundența în natură, siliciul ocupă locul al doilea după oxigen. Procentul său în comparație cu alți atomi din scoarța terestră este de 29,5%. În plus, carbonul și siliciul sunt două elemente speciale care pot forma lanțuri prin legarea unul cu celălalt. De aceea, pentru acestea din urmă sunt cunoscute peste 400 de minerale naturale diferite, în care se găsește în litosferă, hidrosferă și biomasă.

Unde se găsește mai exact siliciul?

1. În straturile adânci ale solului.
2. În roci, depozite și masive.
3. Pe fundul corpurilor de apă, în special al mărilor și oceanelor.
4. În plante și viața marina din regnul animal.
5. În corpul uman și animalele terestre.

Putem identifica câteva dintre cele mai comune minerale și roci care conțin cantități mari de siliciu. Chimia lor este de așa natură încât conținutul de masă al elementului pur din ele ajunge la 75%. Cu toate acestea, cifra specifică depinde de tipul de material. Deci, roci și minerale care conțin siliciu:

• feldspați;
• mica;
• amfiboli;
• opale;
• calcedonie;
• silicati;
• gresii;
• aluminosilicați;
• argile si altele.

Acumulându-se în cochiliile și exoscheletele animalelor marine, siliciul formează în cele din urmă depozite puternice de siliciu pe fundul corpurilor de apă. Aceasta este una dintre sursele naturale ale acestui element.

În plus, s-a constatat că siliciul poate exista în forma sa nativă pură - sub formă de cristale. Dar astfel de depozite sunt foarte rare.

Proprietățile fizice ale siliciului

Dacă caracterizăm elementul luat în considerare în funcție de un set de proprietăți fizice și chimice, atunci în primul rând este necesar să se desemneze parametrii fizici. Iată câteva dintre cele principale:

1. Există sub forma a două modificări alotrope - amorfe și cristaline, care diferă în toate proprietățile.
2. Rețeaua cristalină este foarte asemănătoare cu cea a diamantului, deoarece carbonul și siliciul sunt practic la fel în acest sens. Cu toate acestea, distanța dintre atomi este diferită (siliciul este mai mare), astfel încât diamantul este mult mai dur și mai puternic. Tip zăbrele - cubică centrată pe față.
3. Substanța este foarte fragilă și devine plastică la temperaturi ridicate.
4. Punctul de topire este de 1415°C.
5. Punct de fierbere - 3250˚С.
6. Densitatea substanței este de 2,33 g/cm3.
7. Culoarea compusului este gri-argintiu, cu un luciu metalic caracteristic.
8. Are proprietăți semiconductoare bune, care pot varia odată cu adăugarea anumitor agenți.
9. Insolubil în apă, solvenți organici și acizi.
10. Solubil în mod specific în alcalii.

Proprietățile fizice identificate ale siliciului permit oamenilor să-l manipuleze și să-l folosească pentru a crea diverse produse. De exemplu, utilizarea siliciului pur în electronică se bazează pe proprietățile semiconductivității.

Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale siliciului sunt foarte dependente de condițiile de reacție. Dacă vorbim despre parametri standard, atunci trebuie să indicăm o activitate foarte scăzută. Atât siliciul cristalin, cât și cel amorf sunt foarte inert. Nu interacționează cu agenți oxidanți puternici (cu excepția fluorului) sau cu agenți reducători puternici.

Acest lucru se datorează faptului că pe suprafața substanței se formează instantaneu o peliculă de oxid de SiO 2, ceea ce previne interacțiunile ulterioare. Se poate forma sub influența apei, a aerului și a vaporilor.

Dacă modificați condițiile standard și încălziți siliciul la o temperatură de peste 400˚C, atunci activitatea sa chimică va crește foarte mult. În acest caz, va reacționa cu:

• oxigen;
• toate tipurile de halogeni;
• hidrogen.

Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, este posibilă formarea de produse prin interacțiunea cu borul, azotul și carbonul. Carborundum - SiC - este de o importanță deosebită, deoarece este un bun material abraziv.

De asemenea, proprietățile chimice ale siliciului sunt clar vizibile în reacțiile cu metalele. În raport cu acestea, este un agent oxidant, motiv pentru care produsele se numesc siliciuri. Compuși similari sunt cunoscuți pentru:

• alcalin;
• alcalino-pământos;
• metale de tranziție.

Compusul obținut prin topirea fierului și a siliciului are proprietăți neobișnuite. Se numește ceramică ferosilicioasă și este folosită cu succes în industrie.

Siliciul nu interacționează cu substanțe complexe, prin urmare, din toate soiurile lor, se poate dizolva numai în:

• aqua regia (un amestec de acizi azotic și clorhidric);
• alcalii caustici.

În acest caz, temperatura soluției trebuie să fie de cel puțin 60˚C. Toate acestea confirmă încă o dată baza fizică a substanței - o rețea cristalină stabilă asemănătoare unui diamant, care îi conferă rezistență și inerție.

Metode de obținere

Obținerea siliciului în forma sa pură este un proces destul de costisitor din punct de vedere economic. În plus, datorită proprietăților sale, orice metodă dă doar un produs pur 90-99%, în timp ce impuritățile sub formă de metale și carbon rămân toate la fel. Prin urmare, simpla obținere a substanței nu este suficientă. De asemenea, trebuie curățat bine de elemente străine.

În general, producția de siliciu se realizează în două moduri principale:

1. Din nisip alb, care este oxid de siliciu pur SiO2. Când este calcinat cu metale active (cel mai adesea magneziu), se formează un element liber sub forma unei modificări amorfe. Puritatea acestei metode este ridicată, produsul se obține cu un randament de 99,9 la sută.
2. O metodă mai răspândită la scară industrială este sinterizarea nisipului topit cu cocs în cuptoare termice specializate. Această metodă a fost dezvoltată de omul de știință rus N. N. Beketov.

Prelucrarea ulterioară implică supunerea produselor la metode de purificare. În acest scop se folosesc acizi sau halogeni (clor, fluor).

Siliciu amorf

Caracterizarea siliciului va fi incompletă dacă fiecare dintre modificările sale alotropice nu este luată în considerare separat. Prima dintre ele este amorfă. În această stare, substanța pe care o luăm în considerare este o pulbere maro-maroniu, fin dispersată. Are un grad ridicat de higroscopicitate și prezintă o activitate chimică destul de mare când este încălzit. În condiții standard, este capabil să interacționeze numai cu cel mai puternic agent oxidant - fluorul.

Nu este în întregime corect să numim siliciul amorf un tip de siliciu cristalin. Rețeaua sa arată că această substanță este doar o formă de siliciu fin dispersat, existent sub formă de cristale. Prin urmare, ca atare, aceste modificări sunt unul și același compus.

Cu toate acestea, proprietățile lor diferă, motiv pentru care se obișnuiește să se vorbească despre alotropie. Siliciul amorf în sine are o capacitate mare de absorbție a luminii. În plus, în anumite condiții, acest indicator este de câteva ori mai mare decât cel al formei cristaline. Prin urmare, este utilizat în scopuri tehnice. Sub această formă (pulbere), compusul se aplică cu ușurință pe orice suprafață, fie ea din plastic sau sticlă. Acesta este motivul pentru care siliciul amorf este atât de convenabil de utilizat. Aplicație bazată pe diferite dimensiuni.

Deși bateriile de acest tip se uzează destul de repede, ceea ce este asociat cu abraziunea unei pelicule subțiri a substanței, utilizarea și cererea lor sunt în creștere. La urma urmei, chiar și pe o durată scurtă de viață, bateriile solare bazate pe siliciu amorf pot furniza energie întregi întreprinderi. În plus, producția unei astfel de substanțe este fără deșeuri, ceea ce o face foarte economică.

Această modificare se obține prin reducerea compușilor cu metale active, de exemplu, sodiu sau magneziu.

Siliciu cristalin

Modificare strălucitoare gri-argintie a elementului în cauză. Această formă este cea mai comună și cea mai solicitată. Acest lucru se explică prin setul de proprietăți calitative pe care le posedă această substanță.

Caracteristicile siliciului cu o rețea cristalină includ clasificarea tipurilor sale, deoarece există mai multe dintre ele:

1. Calitate electronică - cea mai pură și cea mai înaltă calitate. Acest tip este folosit în electronică pentru a crea dispozitive deosebit de sensibile.
2. Calitate însorită. Numele în sine determină zona de utilizare. Este, de asemenea, siliciu de puritate destul de ridicată, a cărui utilizare este necesară pentru a crea celule solare de înaltă calitate și de lungă durată. Convertizoarele fotoelectrice create pe baza unei structuri cristaline sunt de calitate superioară și rezistente la uzură decât cele create folosind o modificare amorfă prin pulverizare pe diferite tipuri de substraturi.
3. Siliciu tehnic. Această varietate include acele mostre de substanță care conțin aproximativ 98% din elementul pur. Orice altceva merge la diferite tipuri de impurități:

• aluminiu;
• clor;
• carbon;
• fosfor și altele.

Ultimul tip de substanță în cauză este utilizat pentru a obține policristale de siliciu. În acest scop, se efectuează procese de recristalizare. Drept urmare, din punct de vedere al purității, se obțin produse care pot fi clasificate ca calitate solară și electronică.

Prin natura sa, polisiliciul este un produs intermediar între modificările amorfe și cristaline. Această opțiune este mai ușor de lucrat, este mai bine procesată și curățată cu fluor și clor.

Produsele rezultate pot fi clasificate după cum urmează:

• multisiliciu;
• monocristalin;
• cristale profilate;
• resturi de siliciu;
• siliciu tehnic;
• deșeuri de producție sub formă de fragmente și resturi de materie.

Fiecare dintre ele își găsește aplicație în industrie și este utilizat pe deplin de oameni. Prin urmare, cei care ating siliciul sunt considerați non-deșeuri. Acest lucru reduce semnificativ costul său economic fără a afecta calitatea.

Folosind siliciu pur

Producția industrială de siliciu este destul de bine stabilită, iar scara sa este destul de mare. Acest lucru se datorează faptului că acest element, atât pur, cât și sub formă de diverși compuși, este larg răspândit și solicitat în diferite ramuri ale științei și tehnologiei.

Unde se folosește siliciul cristalin și amorf în forma sa pură?

1. În metalurgie, ca aditiv de aliere capabil să modifice proprietățile metalelor și aliajelor acestora. Astfel, se folosește la topirea oțelului și a fontei.
2. Diferite tipuri de substanțe sunt utilizate pentru a face o versiune mai pură - polisiliciu.
3. Compușii de siliciu reprezintă o întreagă industrie chimică care a câștigat o popularitate deosebită astăzi. Materialele organosilicioase sunt folosite în medicină, la fabricarea de vase, unelte și multe altele.
4. Fabricarea diverselor panouri solare. Această metodă de obținere a energiei este una dintre cele mai promițătoare în viitor. Ecologic, benefic din punct de vedere economic și rezistent la uzură sunt principalele avantaje ale acestui tip de generare de energie electrică.
5. Siliciul a fost folosit pentru brichete de foarte mult timp. Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii foloseau silex pentru a produce o scânteie atunci când aprindeau focul. Acest principiu stă la baza producerii diferitelor tipuri de brichete. Astăzi există tipuri în care silexul este înlocuit cu un aliaj cu o anumită compoziție, care dă un rezultat și mai rapid (scântei).
6. Electronică și energie solară.
7. Fabricarea de oglinzi în dispozitive cu laser cu gaz.

Astfel, siliciul pur are o mulțime de proprietăți avantajoase și speciale care îi permit să fie folosit pentru a crea produse importante și necesare.

Aplicarea compușilor de siliciu

Pe lângă substanța simplă, sunt utilizați și diverși compuși de siliciu, și pe scară largă. Există o întreagă industrie numită silicat. Se bazează pe utilizarea diferitelor substanțe care conțin acest element uimitor. Care sunt acești compuși și ce se produce din ei?

1. Cuarț sau nisip de râu - SiO2. Folosit la fabricarea materialelor de construcție și decorative precum ciment și sticlă. Toată lumea știe unde sunt folosite aceste materiale. Nicio construcție nu poate fi finalizată fără aceste componente, ceea ce confirmă importanța compușilor de siliciu.
2. Ceramica de silicat, care include materiale precum faianța, porțelanul, cărămida și produse pe bază de acestea. Aceste componente sunt utilizate în medicină, în fabricarea de vase, bijuterii decorative, articole de uz casnic, în construcții și în alte domenii de zi cu zi ale activității umane.
3. - siliconi, silicageluri, uleiuri siliconice.
4. Adeziv silicat - folosit ca papetărie, în pirotehnică și construcții.

Siliciul, al cărui preț variază pe piața mondială, dar nu trece de sus în jos marca de 100 de ruble rusești pe kilogram (pe cristalin), este o substanță căutată și valoroasă. Desigur, compușii acestui element sunt, de asemenea, răspândiți și aplicabili.

Rolul biologic al siliciului

Din punctul de vedere al importanței sale pentru organism, siliciul este important. Conținutul și distribuția sa în țesuturi sunt după cum urmează:

• 0,002% - mușchi;
• 0,000017% - os;
• sânge - 3,9 mg/l.

Aproximativ un gram de siliciu trebuie ingerat în fiecare zi, altfel bolile vor începe să se dezvolte. Niciuna dintre ele nu este mortal, dar foamea prelungită de siliciu duce la:

• Pierderea parului;
• apariția acneei și a cosurilor;
• fragilitatea și fragilitatea oaselor;
• permeabilitate capilară ușoară;
• oboseală și dureri de cap;
• apariția a numeroase vânătăi și vânătăi.

Pentru plante, siliciul este un microelement important necesar pentru creșterea și dezvoltarea normală. Experimentele pe animale au arătat că acei indivizi care consumă zilnic cantități suficiente de siliciu cresc mai bine.