Siliciul și proprietățile sale ale compușilor de siliciu. Siliciu și compușii săi - Knowledge Hypermarket. Proprietățile fizice și chimice ale siliciului
SILICON (Siliciu latin), Si, element chimic Grupa IV din forma scurtă (grupa 14 din forma lungă) sistem periodic; numărul atomic 14, masa atomică 28,0855. Siliciul natural este format din trei izotopi stabili: 28 Si (92,2297%), 29 Si (4,6832%), 30 Si (3,0872%). Radioizotopii cu numere de masă 22-42 sunt obținuți artificial.
Referință istorică. Compușii de siliciu, larg răspândiți pe pământ, au fost folosiți de om încă din epoca de piatră; de exemplu, din cele mai vechi timpuri până în epoca fierului, silexul a fost folosit pentru a face unelte de piatră. Prelucrarea compușilor de siliciu - fabricarea sticlei - a început în mileniul al IV-lea î.Hr. în Egiptul antic. Siliciul elementar a fost obţinut în 1824-25 de către J. Berzelius în timpul reducerii fluorurii SiF 4 cu potasiu metalic. Numele „silicon” a fost dat noului element (din latinescul silex – silex; denumirea rusă „silicon”, introdusă în 1834 de G. I. Hess, provine și de la cuvântul „flent”).
Distribuție în natură. În ceea ce privește prevalența în Scoarta terestra siliciul este al doilea element chimic (după oxigen): conținutul de siliciu din litosferă este de 29,5% în greutate. Nu apare în stare liberă în natură. Cele mai importante minerale care conțin siliciu sunt aluminosilicații și silicații naturali (amfiboli naturali, feldspați, mica etc.), precum și mineralele de siliciu (cuarț și alte modificări polimorfe ale dioxidului de siliciu).
Proprietăți. Configurație externă învelișul de electroni atom de siliciu 3s 2 3p 2 . În compuși, prezintă o stare de oxidare de +4, rar +1, +2, +3, -4; electronegativitatea conform lui Pauling 1,90, potențialele de ionizare Si 0 → Si + → Si 2+ → Si 3+ → Si 4+, respectiv, sunt 8,15, 16,34, 33,46 și, respectiv, 45,13 eV; raza atomică 110 pm, raza ionului Si 4+ 40 pm (numărul de coordonare 4), 54 pm (numărul de coordonare 6).
Siliciul este o substanță cristalină dură, fragilă, gri închis, cu un luciu metalic. Rețeaua cristalină este centrată pe față cubică; t pl 1414 ° С, t kip 2900 ° С, densitate 2330 kg / m 3 (la 25 ° С). Capacitate termică 20,1 J/(mol∙K), conductivitate termică 95,5 W/(m∙K), constantă dielectrică 12; Duritate Mohs 7. În condiții normale, siliciul este un material fragil; se observă o deformare plastică vizibilă la temperaturi peste 800 °C. Siliciul este transparent la radiația infraroșie cu o lungime de undă mai mare de 1 micron (indice de refracție 3,45 la o lungime de undă de 2-10 microni). Diamagnetic (susceptibilitate magnetică - 3,9∙10 -6). Siliciul este un semiconductor, banda interzisă este de 1,21 eV (0 K); rezistivitate electrică 2,3 10 3 Ohm ∙ m (la 25 ° C), mobilitatea electronilor 0,135-0,145, găuri - 0,048-0,050 m 2 / (V s). Proprietățile electrice ale siliciului depind în mare măsură de prezența impurităților. Pentru obtinerea monocristalelor de siliciu cu conductivitate de tip p se folosesc dopanti B, Al, Ga, In (impuritati acceptoare), cu conductivitate de tip n - P, As, Sb, Bi (impuritati donatoare).
Siliciul din aer este acoperit cu o peliculă de oxid, prin urmare, la temperaturi scăzute, este inert chimic; când este încălzit peste 400 ° C, interacționează cu oxigenul (se formează oxid de SiO și dioxid de SiO 2), halogeni (halogenuri de siliciu), azot (nitrură de siliciu Si 3 N 4), carbon (carbură de siliciu SiC), etc. Compuși de siliciu cu hidrogen - silanii se obţin indirect. Siliciul interacționează cu metalele pentru a forma siliciuri.
Siliciul fin dispersat este un agent reducător: atunci când este încălzit, interacționează cu vaporii de apă pentru a elibera hidrogen, reduce oxizii metalici la metale libere. Acizii neoxidanți pasivează siliciul datorită formării unui film de oxid insolubil în acid pe suprafața acestuia. Siliciul se dizolvă într-un amestec de HNO 3 concentrat cu HF și se formează acid fluorosilicic: 3Si + 4HNO 3 + 18HF \u003d 3H 2 + 4NO + 8H 2 O. Siliciul (în special dispersat fin) interacționează cu alcalii pentru a elibera hidrogen, de exemplu : Si + 2NaOH + H2O \u003d Na2SiO3 + 2H2. Siliciul formează diverși compuși organosiliciici.
rol biologic. Siliciul aparține microelementelor. Necesarul uman zilnic de siliciu este de 20-50 mg (un element este necesar pentru creșterea corectă a oaselor și a țesuturilor conjunctive). Siliciul intră în corpul uman cu alimente, precum și cu aerul inhalat sub formă de SiO 2 praf. La inhalarea prelungită a prafului care conține SiO2 liber, apare silicoza.
chitanta. Siliciul de puritate tehnică (95-98%) se obţine prin reducerea SiO 2 cu carbon sau metale. Siliciul policristalin de înaltă puritate se obține prin reducerea SiCl 4 sau SiHCl 3 cu hidrogen la o temperatură de 1000-1100 ° C, descompunerea termică a Sil 4 sau SiH 4; siliciu monocristal de înaltă puritate - prin topire zonală sau prin metoda Czochralski. Volumul producției mondiale de siliciu este de aproximativ 1600 mii tone/an (2003).
Aplicație. Siliciul este principalul material al dispozitivelor microelectronice și semiconductoare; utilizate la fabricarea ochelarilor care sunt transparente la radiațiile infraroșii. Siliciul este o componentă a aliajelor de fier și metale neferoase (în concentrații scăzute, siliciul crește rezistența la coroziune și rezistența mecanică a aliajelor, îmbunătățește proprietățile lor de turnare; în concentrații mari, poate provoca fragilitate); Aliajele care conțin siliciu din fier, cupru și aluminiu sunt de cea mai mare importanță. Siliciul este utilizat ca materie primă pentru producerea de compuși organosilici și siliciuri.
Lit.: Baransky P. I., Klochkov V. P., Potykevich I. V. Electronica semiconductoare. Proprietățile materialelor: Manual. K., 1975; Drozdov A. A., Zlomanov V. P., Mazo G. N., Spiridonov F. M. Chimie anorganică. M., 2004. T. 2; Shriver D., Atkins P. Chimie anorganică. M., 2004. T. 1-2; Siliciu și aliajele sale. Ekaterinburg, 2005.
Siliciul este unul dintre cele mai solicitate elemente în tehnologie și industrie. Acest lucru se datorează proprietăților sale neobișnuite. Astăzi, există mulți compuși diferiți ai acestui element, care joacă un rol important în sinteza și crearea de produse tehnice, vase, sticlă, echipamente, materiale de construcție și finisare, bijuterii și alte industrii.
Caracteristicile generale ale siliciului
Dacă luăm în considerare poziția siliciului în sistemul periodic, atunci putem spune așa:
- Este situat în grupa IV a subgrupului principal.
- Numărul ordinal 14.
- Masa atomică 28.086.
- Simbol chimic Si.
- Numele este siliciu, sau în latină - silicium.
- Configurația electronică a stratului exterior este 4e:2e:8e.
Rețeaua cristalină a siliciului este similară cu cea a diamantului. Atomii sunt localizați la noduri, tipul său este cubic centrat pe față. Cu toate acestea, datorită lungimii mai mari a legăturii proprietăți fizice siliciul sunt foarte diferite de proprietățile modificării alotropice a carbonului.
Proprietati fizice si chimice
Încă câteva variante ale dioxidului de siliciu:
- cuarţ;
- râu și;
- cremene;
- feldspați.
Utilizarea siliciului în astfel de forme se realizează în lucrari de constructii, inginerie, electronică radio, industria chimică, metalurgie. Împreună, oxizii enumerați aparțin unei singure substanțe - silice.
Carbură de siliciu și aplicarea acesteia
Siliciul și compușii săi sunt de asemenea prezenți. Unul dintre aceste materiale este carborundum sau carbura acestui element. Formula chimica Sic. Apare în mod natural sub formă de mineral moissanit.
În forma sa pură, compusul de carbon și siliciu este cristale frumoase, transparente, asemănătoare structurilor de diamant. Cu toate acestea, în scopuri tehnice, se folosesc substanțe de culoare verde și negru.
Principalele caracteristici ale acestei substanțe, permițându-i să fie utilizată în metalurgie, inginerie și industria chimică, sunt următoarele:
- semiconductor cu decalaj larg;
- foarte grad înalt puterea (7 pe scara Mohs);
- rezistent la temperaturi ridicate;
- rezistență electrică excelentă și conductivitate termică.
Toate acestea fac posibilă utilizarea carborundumului ca material abraziv în metalurgie și sinteze chimice. Și, de asemenea, pe baza sa pentru a produce LED-uri cu spectru larg, piese pentru cuptoare de topire a sticlei, duze, torțe, bijuterii (moissanitul este apreciat mai mult decât zirconia cubica).
Silanul și semnificația lui
Compusul hidrogen al siliciului se numește silan și nu poate fi obținut prin sinteză directă din materiile prime. Pentru a-l obține se folosesc siliciuri de diferite metale, care sunt tratate cu acizi. Ca rezultat, se eliberează silan gazos și se formează o sare metalică.
Interesant este că compusul în cauză nu se formează niciodată singur. Întotdeauna ca rezultat al reacției se obține un amestec de mono-, di- și trisilan, în care atomii de siliciu sunt interconectați în lanțuri.
După proprietățile lor, acești compuși sunt agenți reducători puternici. În același timp, ei înșiși sunt ușor oxidați de oxigen, uneori cu o explozie. La halogeni, reacțiile sunt întotdeauna violente, cu o eliberare mare de energie.
Domeniile de aplicare a silanilor sunt următoarele:
- Reacții de sinteze organice, în urma cărora se formează compuși organosilici importanți - siliconi, cauciucuri, etanșanți, lubrifianți, emulsii și altele.
- Microelectronica (monitoare LCD, circuite tehnice integrate etc.).
- Obținerea polisiliciului ultrapur.
- Stomatologie în protetică.
Astfel, importanța silanilor în lumea modernă este mare.
Acid silicic și silicați
Hidroxidul elementului în cauză este diverși acizi silicici. Aloca:
- meta;
- orto;
- acizi polisilicici și alți acizi.
Toți sunt uniți proprietăți generale- instabilitate extremă în starea liberă. Se descompun ușor sub influența temperaturii. În condiții normale, ele nu există pentru mult timp, transformându-se mai întâi într-un sol, apoi într-un gel. După uscare, astfel de structuri se numesc silicagels. Sunt folosiți ca adsorbanți în filtre.
Importante, din punct de vedere al industriei, sunt sărurile acizilor silicici – silicații. Ele stau la baza producției de substanțe precum:
- sticlă;
- beton;
- ciment;
- zeolit;
- caolin;
- porţelan;
- faianţă;
- cristal;
- ceramică.
silicati Metale alcaline- solubil, toate celelalte - nu. Prin urmare, silicatul de sodiu și potasiu se numește sticlă lichidă. Adezivul obișnuit pentru papetărie este sarea de sodiu a acidului silicic.
Dar cei mai interesanți compuși sunt totuși ochelarii. Oricat de multe variante ale acestei substante au venit! Astăzi au opțiuni de culoare, optice, mate. Sticlăria este izbitoare prin splendoarea și varietatea sa. Adăugând în amestec anumiți oxizi de metale și nemetale, puteți obține cel mai mult tipuri diferite sticlă. Uneori chiar aceeași compoziție, dar un procent diferit al componentelor duce la o diferență în proprietățile substanței. Un exemplu este porțelanul și faianța, a căror formulă este SiO 2 * AL 2 O 3 * K 2 O.
Aceasta este o formă extrem de pură a produsului, a cărei compoziție este descrisă ca dioxid de siliciu.
Descoperiri în domeniul compușilor de siliciu
În ultimii ani de cercetare, s-a dovedit că siliciul și compușii săi sunt cei mai importanți participanți în starea normală a organismelor vii. Cu lipsa sau excesul acestui element, boli precum:
- tuberculoză;
- artrită;
- cataractă;
- lepră;
- dizenterie;
- reumatism;
- hepatită și altele.
Procesele de îmbătrânire în sine sunt, de asemenea, asociate cu conținutul cantitativ de siliciu. Numeroase experimente pe mamifere au demonstrat că în lipsa unui element apar infarcte, accidente vasculare cerebrale, cancer și se activează virusul hepatitei.
După oxigen siliciu este cel mai abundent element din scoarța terestră. Are 2 izotopi stabili: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Siliciul nu se găsește în formă liberă în natură.
Cele mai frecvente sunt: sărurile acizilor silicici și oxidului de siliciu (silice, nisip, cuarț). Ele fac parte din sarurile minerale, mica, talc, azbest.
Alotropia siliciului.
La siliciu Există 2 modificări alotropice:
Cristaline (cristale gri deschis. Structura este similară cu rețeaua cristalină a diamantului, unde atomul de siliciu este legat covalent la 4 atomi identici și este el însuși în sp3 - hibridizare);
Amorf (pulbere brună, formă mai activă decât cristalină).
proprietățile siliciului.
La temperatură, siliciul reacţionează cu oxigenul atmosferic:
Si + O 2 = SiO 2 .
Dacă nu există suficient oxigen (lipsă), atunci poate avea loc următoarea reacție:
2 Si + O 2 = 2 SiO,
Unde SiO- monoxid, care se poate forma și în timpul reacției:
Si + SiO 2 = 2 SiO.
În condiții normale siliciu poate reactiona cu F 2 , la încălzire - cu Cl 2 . Dacă temperatura crește în continuare, atunci Si va putea interacționa cu NȘi S:
4Si + S8 = 4SiS2;
Si + 2F 2 \u003d SiF 4.
Siliciul este capabil să reacționeze cu carbonul, dând carborundum:
Si + C = Sic.
Siliciul este solubil într-un amestec de acizi azotic și fluorhidric concentrați:
3Si + 4HNO 3 + 12HF = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O.
Siliciul se dizolvă în soluții apoase de alcalii:
Si + 2NaOH + H 2O \u003d Na 2 SiO 3 + H 2.
Când este încălzit cu oxizi, siliciul este disproporționat:
2 MgO + 3 Si = mg 2 Si + 2 SiO.
Când interacționează cu metalele, siliciul acționează ca un agent oxidant:
2 mg + Si = mg 2 Si.
Aplicarea siliciului.
Siliciul găsește cea mai mare utilizare în producția de aliaje pentru a conferi rezistență aluminiului, cuprului și magneziului și pentru producerea de ferosilicide, care sunt importante în producția de oțeluri și tehnologia semiconductoarelor. Cristalele de siliciu sunt folosite în celulele solare și dispozitivele semiconductoare - tranzistoare și diode.
Siliciul servește și ca materie primă pentru producția de compuși organosilicici, sau siloxani, obținuți sub formă de uleiuri, lubrifianți, materiale plastice și cauciucuri sintetice. Compușii anorganici de siliciu sunt utilizați în tehnologia ceramicii și sticlei ca material izolator și piezocristale.
>> Chimie: Siliciu și compușii săi
Al doilea reprezentant al elementelor subgrupului principal al grupului IV este siliciul Si.
În natură siliciu Este al doilea element chimic ca abundență după oxigen. Mai mult de un sfert din scoarța terestră este formată din compușii săi. Cel mai comun compus de siliciu este dioxidul său SiO2, un alt nume pentru acesta este silice. În natură, formează cuarțul mineral (Fig. 46) și multe varietăți, cum ar fi cristalul de stâncă și faimoasa sa formă violetă - ametist, precum și agat, opal, jasp, calcedonie, carnelian, care sunt cunoscute ca ornamentale și semi- pietre pretioase. Dioxidul de siliciu este, de asemenea, comun și nisipul de cuarț.
Dintre varietățile de minerale pe bază de dioxid de siliciu - silex, calcedonie și altele, oamenii primitivi au făcut unelte. A fost silexul, această piatră nedescriptivă și nu foarte durabilă, care a pus bazele Epocii de Piatră - epoca uneltelor de silex. Există două motive pentru aceasta: prevalența și disponibilitatea silexului, precum și capacitatea sa de a forma muchii tăietoare ascuțite atunci când este ciobită.
Orez. 46. Cristal de cuarț natural (stânga) și cultivat artificial (dreapta)
Al doilea tip de compuși naturali de siliciu sunt silicații. Dintre aceștia, aluminosilicații sunt cei mai des întâlniți (este clar că acești silicați conțin aluminiu). Aluminosilicații includ granit, diferite tipuri de argile și mica. Un silicat fără aluminiu este, de exemplu, azbest.
Cel mai important compus de siliciu- Oxidul de SiO2 este necesar pentru viața plantelor și animalelor. Oferă rezistență tulpinilor plantelor și învelișurilor de protecție ale animalelor. Datorită lui, stuf, stuf și coada calului stau puternici ca baionetele, frunzele ascuțite de rogoz tăiate ca cuțitele, miriștea pe câmpul cosit înțepăt ca ace, iar tulpinile de cereale sunt atât de puternice încât nu permit lanului de porumb din câmp să se culce ploaie și vânt. Solzii de pește, scoici de insecte, aripi de fluture, pene de păsări și blana de animale sunt puternice deoarece conțin silice.
Siliciul oferă netezime și rezistență oaselor umane.
Siliciul face, de asemenea, parte din organismele vii inferioare - diatomee și radiolari - cele mai delicate bulgări de materie vie care își creează scheletele de o frumusețe de neegalat din silice.
proprietățile siliciului.
Dacă utilizați un calculator alimentat cu energie solară, probabil că sunteți familiarizat cu siliciul cristalin. Acesta este un semiconductor. Spre deosebire de metale, conductivitatea sa electrică crește odată cu creșterea temperaturii. Pe sateliți, nave spațiale și stații sunt instalate panouri solare care transformă energia solară în energie electrică. În ele funcționează cristale semiconductoare și, în primul rând, siliciu.
Celulele solare din siliciu pot converti până la 10% din energia solară absorbită în energie electrică.
Siliciul arde în oxigen, formând dioxid de siliciu sau oxid de siliciu (IV), deja cunoscut de tine:
Fiind un nemetal, atunci când este încălzit, se combină cu metale pentru a forma siliciuri, de exemplu:
Si + 2Mg = Mg2 Si
Siliciurile sunt ușor descompuse de apă sau acizi și se eliberează un compus gazos de hidrogen de siliciu, silan:
Мg2 Si + 2Н2SO4 = 2MgSO4 + SiH4
Spre deosebire de hidrocarburi, silanul se aprinde spontan în aer și arde pentru a forma dioxid de siliciu și apă:
SiH4 + 202 = Si02 + 2H2O
Reactivitatea crescută a silanului în comparație cu metanul CH4 se explică prin faptul că siliciul are o dimensiune a atomului mai mare decât carbonul, prin urmare legături chimice-N este mai slab decât legăturile S-N.
Siliciul interacționează cu soluții apoase concentrate de alcali, formând silicați și hidrogen:
Si + 2NaOH + H20 = Na2SiO3 + 2H2
Siliciul se obține prin reducerea lui din dioxid de magneziu sau carbon.
Oxidul de siliciu (IV) sau dioxidul de siliciu sau siliciul, precum CO2, este un oxid acid. Cu toate acestea, spre deosebire de CO2, acesta nu are o rețea cristalină moleculară, ci atomică. Prin urmare, SiO2 este o substanță solidă și refractară. Nu se dizolvă în apă și acizi, cu excepția, după cum știți, fluorhidric, ci interacționează la temperaturi ridicate cu alcalii formând săruri ale acidului silicic - silicați.
Silicații pot fi obținuți și prin topirea dioxidului de siliciu cu oxizi sau carbonați metalici:
SiO2 + CaO = CaSiO3
SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2
Silicații de sodiu și potasiu se numesc sticlă solubilă. Soluțiile lor apoase sunt binecunoscutul adeziv silicat.
Din soluțiile de silicați prin acțiunea acizilor mai puternici asupra acestora - clorhidric, sulfuric, acetic și chiar carbonic, se obține acidul silicic H2SiO3:
K2SiO3 + 2HCl = 2KCl + H2SiO3
Prin urmare, H2SiO3 este un acid foarte slab. Este insolubil în apă și precipită din amestecul de reacție sub formă de precipitat gelatinos, umplând uneori compact întregul volum al soluției, transformându-l într-o masă semisolidă, asemănătoare jeleului, jeleului. Când această masă se usucă, se formează o substanță foarte poroasă - gel de silice, care este utilizat pe scară largă ca adsorbant - un absorbant al altor substanțe.
Aplicarea siliciului. Știți deja că siliciul este folosit pentru a obține materiale semiconductoare, precum și aliaje rezistente la acizi. Când nisipul de cuarț este fuzionat cu cărbunele la temperaturi ridicate, se formează carbură de siliciu SiC, care este a doua după diamant ca duritate. Prin urmare, este folosit pentru ascuțirea tăietorilor de mașini-unelte și lustruirea pietrelor prețioase.
Cuarțul topit este folosit pentru a face o varietate de articole din sticlă chimică de cuarț, care pot rezista la temperaturi ridicate și nu se crăpă când sunt răcite brusc.
Compușii de siliciu servesc ca bază pentru producția de sticlă și ciment.
Geam obișnuit are o compoziție care poate fi exprimată prin formula
Na20CaO6SiO2
Se obține în cuptoare speciale din sticlă prin topirea unui amestec de sodă, calcar și nisip.
O caracteristică distinctivă a sticlei este capacitatea de a se înmuia și, în stare topită, de a lua orice formă care se păstrează atunci când sticla se solidifică. Producția de veselă și alte produse din sticlă se bazează pe aceasta.
Sticla este una dintre cele mai vechi invenții ale omenirii. În urmă cu 3-4 mii de ani, producția de sticlă a fost dezvoltată în Egipt, Siria, Fenicia și regiunea Mării Negre. Maeștrii Romei Antice au atins perfecțiunea înaltă în fabricarea sticlei. Ei au știut să obțină sticlă colorată și să facă mozaicuri din bucăți de astfel de sticlă. 
Sticla este un material nu numai pentru artizani, ci și pentru artiști. Operele de artă din sticlă sunt o necesitate pentru orice muzeu important. Iar vitraliile colorate ale bisericilor, panourile de mozaic sunt exemple vii în acest sens. Într-unul din incintele filialei din Sankt Petersburg Academia Rusăștiințe există un portret mozaic al lui Petru I, realizat de M. V. Lomonosov.
Diferiți aditivi dau calități suplimentare sticlei. Astfel, sticla cristalina se obtine prin introducerea de oxid de plumb, culori de oxid de crom sticla verde, albastru de oxid de cobalt etc.
Domeniul de aplicare al sticlei este foarte extins. Aceasta este fereastra, sticla, lampă, oglindă; sticlă optică - de la ochelari de vedere la ochelari de cameră; lentile de nenumărate instrumente optice - de la microscoape la telescoape.
Un alt material important derivat din compusul de siliciu este cimentul. Se obține prin sinterizarea argilei și calcarului în cuptoare rotative speciale. Când pulberea de ciment este amestecată cu apă, se formează o pastă de ciment sau, așa cum o numesc constructorii, un „mortar”, care se întărește treptat. Când se adaugă nisip sau piatră zdrobită la ciment, se obține beton ca umplutură. Rezistența betonului crește dacă se introduce în el un cadru de fier - se obține beton armat, din care se pregătesc panouri de perete, blocuri de podea, ferme de pod etc.
Industria silicaților este angajată în producția de sticlă și ciment. De asemenea, produce ceramica silicata - caramida, portelan, faianta si produse din acestea.
Descoperirea siliciului . Deși deja în antichitate oamenii foloseau pe scară largă compuși de siliciu în viața lor de zi cu zi, siliciul în sine în stare elementară a fost obținut pentru prima dată în 1825 de chimistul suedez J. Ya. Berzelius. Totuși, cu 12 ani înaintea lui, siliciul a fost obținut de J. Gay-Lussac și L. Tenard, dar era foarte contaminat cu impurități.
Numele latin silicium provine din lat. silex - silex. Numele rusesc „silicon” provine din greacă. kremnos - stâncă, stâncă.
1. Compuși naturali de siliciu: siliciu, cuarț și soiurile sale, silicați, aluminosilicați, azbest.
2. semnificație biologică siliciu.
3. Proprietăţile siliciului: semiconductor, interacţiune cu oxigenul, metalele, alcalii.
5. Oxid de siliciu (IV). Structura și proprietățile sale: interacțiune cu alcalii, oxizi bazici, carbonați și magneziu.
6. Acid silicic și sărurile sale. Sticlă solubilă.
7. Aplicarea siliciului și a compușilor acestuia.
8. Sticlă.
9. Ciment.
Indicați asemănările și diferențele dintre monoxidul de carbon (IV) și oxidul de siliciu (IV) în ceea ce privește structura și proprietățile (reacție cu apa, alcalii, oxizi bazici și magneziu). Scrieți ecuațiile de reacție.
De ce carbonul este numit elementul principal al naturii vii, iar siliciul - elementul principal al naturii neînsuflețite?
La reacția unui exces de soluție de hidroxid de sodiu cu 16 g de siliciu, s-au obținut 22,4 litri de hidrogen. Care este fracția de masă a siliciului din proba prelevată? Câte grame de oxid de siliciu conținea? Câte grame de soluție alcalină 60% au fost necesare pentru reacție?
Scrieți ecuațiile de reacție care pot fi folosite pentru a efectua următoarele transformări:
a) SiO2 -> Si -> Ca2Si -> SiH4 -> SiO2 -> Si
b) Si -> SiO2 -> Na2SiO3 -> H2SiO3 -> SiO2 -> Si
Luați în considerare procesele de oxido-reducere.
Celebrul om de știință din domeniul mineralogiei AE Fersman a scris: „Ele arată o mare varietate de obiecte: o minge transparentă care sclipește în soare cu puritatea apei reci de izvor, agat frumos și colorat, un joc strălucitor de opal multicolor, nisip curat pe malul mării, subțire ca mătasea, un fir de cuarț topit sau vase rezistente la căldură făcute din el, grămezi frumos fațetate de cristal de stâncă, un model misterios de jasp fantastic, lemn pietrificat transformat în piatră, un vârf de săgeată aspru om străvechi... toate acestea sunt una și aceeași legătură... „Ce? Termină citatul.
Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, instruiri, cazuri, quest-uri teme pentru acasă întrebări discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase cheat sheets manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment din manualul elementelor de inovare la lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul instrucțiuni programe de discuții Lecții integratePROCESOR? Nisip? Ce asocieri ai cu acest cuvânt? Sau poate Silicon Valley?
Oricum ar fi, întâlnim siliciu în fiecare zi, iar dacă ești interesat să știi ce este Si și cu ce se mănâncă, te rog sub cat.
Introducere
În calitate de student la una dintre universitățile din Moscova cu o diplomă în Nanomateriale, am vrut să vă prezint, dragă cititor, cele mai importante elemente chimice ale planetei noastre. Am ales de mult de unde să încep, carbon sau siliciu, și totuși am decis să mă concentrez pe Si, pentru că pe el se bazează inima oricărui gadget modern, ca să zic așa, desigur. Voi încerca să-mi exprim gândurile într-un mod extrem de simplu și accesibil, prin scrierea acestui material contam în principal pe începători, dar oamenii mai avansați vor putea învăța ceva interesant, aș vrea să mai spun că articolul a fost scris doar pentru a lărgi orizonturile celor interesaţi. Asadar, haideti sa începem.Siliciu
Siliciu (lat. Siliciu), Si, un 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: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) și 30Si (3,05%).
Densitate (N.C.) 2,33 g/cm³
Punct de topire 1688 K
Pulbere Si
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 - fabricarea sticlei - a început în jurul anului 3000 î.Hr. e. (în Egiptul antic). Cel mai vechi compus cunoscut de siliciu este oxidul de SiO2 (silice). În secolul al XVIII-lea, siliciul era considerat un corp simplu și denumit „pământuri” (care se reflectă în numele său). Complexitatea compoziției silicei a fost stabilită de I. Ya. Berzelius. El a fost primul, în 1825, care a obținut siliciu elementar din fluorură de siliciu SiF4, reducându-l pe acesta din urmă cu potasiu metalic. Numele de „siliciu” a fost dat noului element (din latinescul silex - silex). Numele rusesc a fost introdus de G.I. Hess în 1834.
Siliciul este foarte comun în natură în compoziția nisipului obișnuit.
Distribuția siliciului în natură
În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, siliciul este al doilea element (după oxigen), conținutul său mediu în litosferă este de 29,5% (în masă). În scoarța terestră, siliciul joacă același rol primar ca și carbonul la animale și floră. Pentru geochimia siliciului, legătura sa excepțional de puternică cu oxigenul este importantă. Aproximativ 12% din litosferă este silice SiO2 sub formă de cuarț mineral și soiurile sale. 75% din litosferă este compusă din diverși silicați și aluminosilicați (feldspați, mica, amfiboli etc.). Numărul total de minerale care conțin silice depășește 400.Proprietățile fizice ale siliciului
Cred că nu merită să rămânem aici, toate proprietățile fizice sunt disponibile gratuit, dar le voi enumera pe cele mai elementare.Punct de fierbere 2600 °C
Siliciul este transparent la razele infraroșii cu unde lungi
Constanta dielectrica 11.7
Duritate Silicon Mohs 7.0
Aș dori să spun că siliciul este un material fragil, deformarea plastică vizibilă începe la temperaturi peste 800°C.
Siliciul este un semiconductor, motiv pentru care este de mare folos. Proprietățile electrice ale siliciului depind în mare măsură de impurități.
Proprietățile chimice ale siliciului
Sunt multe de spus, desigur, dar mă voi concentra pe cele mai interesante. În compușii Si (similar cu carbonul) este 4-valent.Datorită formării unei pelicule de oxid de protecție, siliciul este stabil în aer chiar și la temperaturi ridicate. În oxigen, se oxidează începând de la 400 °C, formând oxid de siliciu (IV) SiO2.
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 degajare de hidrogen.
Siliciul formează 2 grupe de silani care conțin oxigen - siloxani și siloxeni. Siliciul reacționează cu azotul la temperaturi de peste 1000 ° C. Nitrura de Si3N4, care nu se oxidează în aer nici la 1200 ° C, este rezistentă la acizi (cu excepția acidului azotic) și alcalii, precum și la metalele și zgurii topite, este foarte bună. importanță practică materialul său valoros pentru industria chimică, precum și pentru producția de materiale refractare. Compușii de siliciu cu carbon (carbură de siliciu SiC) și bor (SiB3, SiB6, SiB12) se caracterizează prin duritate ridicată, precum și rezistență termică și chimică.
Obținerea Siliciului
Cred că aceasta este cea mai interesantă parte, aici ne vom opri mai detaliat.În funcție de scop, există:
1. Siliciu de calitate electronică(așa-numitul "siliciu electronic") - siliciu de cea mai înaltă calitate, cu un conținut de siliciu de peste 99,999% în greutate, rezistivitatea electrică a siliciului de calitate electronică poate fi în intervalul de la aproximativ 0,001 până la 150 ohm cm, dar valoarea rezistenței trebuie să fie furnizată exclusiv o anumită impuritate, adică pătrunderea altor impurități în cristal, chiar dacă acestea oferă o anumită rezistivitate electrică, de regulă, este inacceptabilă.
2. Siliciu de calitate solară(așa-numitul „siliciu solar”) - siliciu cu un conținut de siliciu de peste 99,99% din greutate, utilizat pentru producția de convertoare fotovoltaice (baterii solare).
3. Siliciu tehnic- blocuri de siliciu cu structura policristalina obtinute prin reducere carbotermica din nisip cuarcios pur; conține 98% siliciu, principala impuritate este carbonul, are un conținut ridicat de elemente de aliere - bor, fosfor, aluminiu; folosit în principal pentru obținerea siliciului policristalin.
Siliciul de puritate tehnică (95-98%) se obține în arc electric prin reducerea silicei SiO2 între electrozii de grafit. În legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor, s-au dezvoltat metode de obținere a siliciului pur și extrapur. Aceasta necesită o sinteză preliminară a celor mai puri compuși inițiali de siliciu, din care siliciul este extras prin reducere sau descompunere termică.
Siliciu policristalin („polisiliciu”) – cea mai pură formă de siliciu produs industrial – un semifabricat obținut prin curățarea siliciului tehnic prin metode cu clorură și fluorură și utilizat pentru producerea siliciului mono- și multicristalin.
În mod tradițional, siliciul policristalin este obținut din silan tehnic prin transformarea acestuia în silani volatili (monosilan, clorosilani, fluorosilani), urmată de separarea silanilor rezultați, purificarea prin distilare a silanului selectat și reducerea silanului la silan metalic.
Siliciul semiconductor pur se obține în două forme: policristalin(reducerea SiCl4 sau SiHCl3 cu zinc sau hidrogen, descompunerea termică a SiI4 și SiH4) și monocristalină(topirea zonei fără creuzet și „tragerea” unui singur cristal din siliciu topit - metoda Czochralski).
Aici puteți vedea procesul de creștere a siliciului folosind metoda Czochralski.
metoda Czochralski- o metodă de creștere a cristalelor prin tragerea lor în sus de pe suprafața liberă a unui volum mare de topitură cu inițierea debutului cristalizării prin punerea în contact cu un cristal germinativ (sau mai multe cristale) cu o anumită structură și orientare cristalografică. suprafața liberă a topiturii.
Aplicație silicon
Siliciul dopat special este utilizat pe scară largă ca material pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare (tranzistoare, termistoare, redresoare de putere, tiristoare; fotocelule solare utilizate în nave spațiale, precum și multe alte lucruri).Deoarece siliciul este transparent la razele cu o lungime de undă de la 1 la 9 microni, este utilizat în optică în infraroșu.
Siliciul are aplicații diverse și în continuă expansiune. In metalurgie Si
folosit pentru îndepărtarea oxigenului dizolvat în metalele topite (dezoxidare).
Siliciul este o parte integrantă a unui număr mare de aliaje de fier și neferoase.
Siliciul oferă de obicei aliajelor rezistență sporită la coroziune, îmbunătățește proprietățile lor de turnare și crește rezistența mecanică; cu toate acestea, la niveluri mai mari, siliciul poate provoca fragilitate.
Cele mai importante sunt aliajele de fier, cupru și aluminiu care conțin siliciu.
Siliciul este prelucrat de sticlă, ciment, ceramică, electrică și alte industrii.
Siliciul ultra-pur este utilizat în principal pentru producerea de dispozitive electronice individuale (de exemplu, procesorul computerului) și microcircuite cu un singur cip.
Siliciul pur, deșeurile de siliciu ultrapur, siliciul metalurgic rafinat sub formă de siliciu cristalin sunt principalele materii prime pentru energia solară.
Siliciu monocristalin - pe lângă electronică și energia solară, este folosit pentru a face oglinzi pentru laserele cu gaz.
Siliciu ultrapur și produsul acestuia
