Ce element este siliciul? Structura atomului de siliciu. Caracterizarea chimică generală a siliciului

În această lecție, veți studia subiectul „Siliciu”. Luați în considerare informații despre siliciu: structura sa electronică, unde se găsește siliciul în natură, studiați alotropia siliciului, explicați proprietățile sale fizice și chimice. Veți afla unde este utilizat siliciul în industrie și în alte domenii, cum se obține. Veți face cunoștință cu dioxidul de siliciu, acidul silicic și sărurile sale - silicații.

Subiect: Metale de bază și nemetale

Lecție: Siliciu. gaze nobile

Siliciul este unul dintre cele mai comune elemente chimice din scoarța terestră. Conținutul său este de aproape 30%. În natură, se găsește în principal sub formă diferite forme dioxid de siliciu, silicati si aluminosilicati.

În aproape toți compușii săi, siliciul este tetravalent. Atomii de siliciu sunt în stare excitată. Orez. unu.

Orez. unu

Pentru a intra într-o astfel de stare, unul dintre electronii 3s ocupă o poziție liberă în orbitalul 3p. În acest caz, în loc de 2 electroni nepereche în starea fundamentală, atomul de siliciu în starea excitată va avea 4 electroni nepereche. Acesta va putea forma 4 prin mecanismul de schimb.

Orez. 2

Orez. 3

Atomii de siliciu nu sunt predispuși la formarea de legături multiple, dar formează compuși cu legături simple -Si-O-. Siliciul, spre deosebire de carbon, nu are alotropie.

Unul dintre modificări alotropice este siliciul cristalin, în care fiecare atom de siliciu este în hibridizare sp 3. Orez. 2, 3. Siliciul cristalin este o substanță cristalină dură, refractară și durabilă, de culoare gri închis, cu un luciu metalic. În condiții normale - un semiconductor. Uneori, siliciul amorf este izolat ca o altă modificare alotropică a siliciului. Este o pulbere maro închis, mai activă din punct de vedere chimic decât siliciul cristalin. Dacă este o modificare alotropică, este un punct discutabil.

Proprietăți chimice siliciu

1. Interacțiunea cu halogenii

Si + 2F 2 → SiF 4

2. Când este încălzit, siliciul arde în oxigen, se formează oxid de siliciu (IV).

Si + O 2 → SiO 2

3. La temperaturi ridicate, siliciul interacționează cu azotul sau carbonul.

3Si + 2N 2 → Si 3 N 4

4. Siliciul nu reacționează cu soluțiile apoase de acizi. Dar se dizolvă în alcalii.

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Când siliciul este fuzionat cu metale, se formează siliciuri.

Si + 2Mg → Mg 2 Si

6. Siliciul nu interacționează direct cu hidrogenul, dar compușii hidrogen siliciu pot fi obținuți prin reacția siliciurilor cu apa.

Mg2Si + 4H2O → 2Mg(OH)2 + SiH4 (silan)

Silanii sunt similari structural cu alcanii, dar sunt foarte reactivi. Cel mai stabil monosilan se aprinde în aer.

SiH4+2O2 → SiO2 + 2H2O

Obține siliciu

Siliciul se obține prin reducerea din oxidul de siliciu (IV)

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Una dintre sarcini este obținerea de siliciu de înaltă puritate. Pentru a face acest lucru, siliciul tehnic este transformat în tetraclorură de siliciu. Tetraclorura rezultată este redusă la silan, iar silanul se descompune la încălzire în siliciu și hidrogen.

Siliciul este capabil să formeze doi oxizi: SiO 2 - oxid de siliciu (IV) și SiO - oxid de siliciu (II).

Orez. 4

SiO - oxid de siliciu (II) - este o substanță amorfă maro închis, care se formează prin interacțiunea siliciului cu oxidul de siliciu (IV)

Si + SiO 2 → 2 SiO.

În ciuda stabilității, această substanță nu este aproape niciodată folosită.

SiO 2 - oxid de siliciu (IV)

Orez. cinci

Orez. 6

Această substanță reprezintă 12% din scoarța terestră. Orez. 4. Este reprezentat de minerale precum cristalul de stâncă, cuarțul, ametist, citrin, jasp, calcedonie. Orez. cinci.

SiO 2 - oxid de siliciu (IV) - o substanță cu structură nemoleculară.

Rețeaua sa cristalină este atomică. Orez. 6. Cristalele de SiO 2 au forma unui tetraedru, care sunt interconectate prin atomi de oxigen. Mai corectă ar fi formula moleculei (SiO 2) n. Deoarece SiO 2 formează o substanță structura atomica, și CO 2 - structura moleculară, atunci diferența dintre proprietățile lor este evidentă. CO 2 este un gaz, iar SiO 2 este o substanță cristalină solidă, transparentă, insolubilă în apă și refractară.

Proprietăți chimiceSiCam 2

1. Oxid de siliciu (IV) SiO 2 este un oxid acid. Nu reacționează cu apa. Acidul silicic nu poate fi obținut prin hidratarea SiO 2. Sărurile sale - silicații - pot fi obținute prin reacția SiO 2 cu soluții alcaline fierbinți.

SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O

2. Reacționează cu carbonați de metale alcaline și alcalino-pământoase.

CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2

3. Interacționează cu metalele.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

4. Reacția cu acidul fluorhidric.

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O

Teme pentru acasă

1. Nr 2-4 (p. 138) Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele Chimiei Generale. Clasa a 11-a: manual pentru institutii de invatamant: nivel de baza / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - Ed. a XIV-a. - M.: Educație, 2012.

2. Numiți domeniile de aplicare ale poliorganosiloxanilor.

3. Comparați proprietățile modificărilor alotropice ale siliciului.

Siliciu (Si) - al doilea cel mai frecvent în Scoarta terestra nemetal după oxigen. În natură, se găsește în compuși; se găsește rar în forma sa pură. Structura atomului de siliciu determină proprietățile elementului.

Structura

Siliciul este al 14-lea element al tabelului periodic al lui Mendeleev, situat în a treia perioadă, în grupa IV. Masa atomică relativă - 28.

Orez. 1. Poziția în tabelul periodic.

Nucleul unui atom de siliciu conține 14 protoni și 14 neuroni și are o sarcină pozitivă de +14. Nucleul este înconjurat de trei învelișuri de electroni care conțin 14 electroni. Nivelul de energie exterior este ocupat de patru electroni care determină valența elementului. Siliciul prezintă o stare de oxidare de +2 deoarece nivelul 3p are doi electroni nepereche. Un element poate intra într-o stare excitată din cauza unui orbital 3d vacant, prezentând o stare de oxidare de +4.

Orez. 2. Structura atomului.

Schema structurii atomului de siliciu - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 sau +14 Si) 2) 8) 4.

Proprietăți fizice

Siliciul este un element dur, gri închis, cu un luciu metalic. Este un semiconductor. Are o modificare, similară ca structură cu modificarea alotropică a carbonului - diamant. Cu toate acestea, legăturile dintre atomii de siliciu nu sunt la fel de puternice ca cele dintre atomii de carbon.

Orez. 3. Siliciu.

Siliciul se găsește în natură în compoziția de nisip, argilă, cuarț, silicați. Dioxid de siliciu (SiO 2) - nisip. Siliciul se obține prin calcinarea nisipului cu carbon (cărbune) sau metale:

• 2C + Si02 t˚→ Si + 2CO;
• 3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3;
• 2Mg + SiO2 t˚ → Si + 2MgO.

Siliciul este utilizat pentru producerea de radioelemente, celule solare, la producerea de materiale rezistente la căldură.

Proprietăți chimice

Datorită structurii sale electronice, siliciul este capabil să reacționeze cu alte elemente, acceptând sau donând electroni. În reacțiile cu metale, acționează ca agent reducător, cu nemetale - ca agent oxidant. În condiții optime, siliciul reacționează numai cu fluor:

Si + 2F 2 → SiF 4 .

Când este încălzit, reacţionează:

• cu oxigen (600°C) - Si + O2 → SiO2;
• cu clor (400°C) - Si + 2Cl 2 → SiCl 4;
• cu carbon (2000°C) - Si + C → SiC;
• cu azot (1000 ° C) - 3Si + 2N 2 → Si 3 N 4.

Este un agent oxidant în reacții cu metale:

Si + 2Mg → Mg 2 Si.

Poate reacționa cu alcaline concentrate pentru a elibera hidrogen:

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2.

Siliciul nu reacționează direct cu hidrogenul și acizii, cu excepția acidului fluorhidric HF: Si + 6HF → H 2 + 2H 2 sau Si + 4HF → SiF 4 + 2H 2. Un compus hidrogen - silan (SiH 4) - se obține prin descompunerea unei sări cu un acid - Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 - + 2MgSO 4.

Ce am învățat?

Siliciul este un nemetal din al patrulea grup al sistemului periodic. Pe dinafara nivel de energie un atom are patru electroni. Are o stare de oxidare de +2. În natură, se găsește în compuși sub formă de argilă, nisip, cuarț și alte substanțe. Există o singură modificare a siliciului, similară cu diamantul. Siliciul se obține prin încălzirea nisipului cu cărbune sau metale. Elementul reacționează cu nemetale, metale și alcalii. Nu reacționează cu hidrogenul și acizii (cu excepția HF).

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: 4.6. Evaluări totale primite: 215.

Multe dispozitive și dispozitive tehnologice moderne au fost create datorită proprietăților unice ale substanțelor găsite în natură. Omenirea, prin experimentarea și studiul atent al elementelor din jurul nostru, își modernizează constant propriile invenții - acest proces se numește progres tehnic. Se bazează pe lucruri elementare, accesibile tuturor, în care ne înconjoară Viata de zi cu zi. De exemplu, nisip: ce poate fi surprinzător și neobișnuit în el? Oamenii de știință au reușit să izoleze siliciul din el - element chimic fără de care computerele nu ar exista. Domeniul de aplicare al acestuia este divers și în continuă expansiune. Acest lucru se realizează datorită proprietăților unice ale atomului de siliciu, structurii sale și posibilității compușilor cu alte substanțe simple.

Caracteristică

În cel dezvoltat de D. I. Mendeleev, siliciul este desemnat prin simbolul Si. Aparține nemetalelor, este situat în a patra grupă principală a celei de-a treia perioade, are număr atomic 14. Apropierea sa de carbon nu este întâmplătoare: în multe privințe proprietățile lor sunt comparabile. Nu apare în natură în forma sa pură, deoarece este un element activ și are legături destul de puternice cu oxigenul. Substanța principală este silicea, care este un oxid, și silicații (nisip). În același timp, siliciul (compușii săi naturali) este unul dintre cele mai comune elemente chimice de pe Pământ. În ceea ce privește fracția de masă a conținutului, se află pe locul doi după oxigen (mai mult de 28%). Stratul superior al scoarței terestre conține dioxid de siliciu (acesta este cuarț), diverse tipuri de argile și nisip. Al doilea grup cel mai comun este silicații săi. La o adâncime de aproximativ 35 km de la suprafață se găsesc straturi de depozite de granit și bazalt, care includ compuși silicios. Procentul de conținut din miezul pământului nu a fost încă calculat, dar straturile mantalei cele mai apropiate de suprafață (până la 900 km) conțin silicați. În compoziția apei de mare, concentrația de siliciu este de 3 mg / l, 40% constă din compușii săi. Întinderile de spațiu pe care omenirea le-a studiat până în prezent conțin acest element chimic în cantități mari. De exemplu, meteoriții care s-au apropiat de Pământ la o distanță accesibilă cercetătorilor au arătat că sunt formați din 20% siliciu. Există o posibilitate de formare a vieții pe baza acestui element în galaxia noastră.

Proces de cercetare

Istoria descoperirii elementului chimic siliciu are mai multe etape. Multe substanțe sistematizate de Mendeleev au fost folosite de omenire de secole. În același timp, elementele erau în forma lor naturală, adică. în compuși care nu au fost supuși prelucrării chimice și toate proprietățile lor nu erau cunoscute oamenilor. În procesul de studiu a tuturor caracteristicilor substanței, au apărut noi direcții de utilizare pentru aceasta. Proprietățile siliciului nu au fost pe deplin studiate până în prezent - acest element, cu o gamă destul de largă și variată de aplicații, lasă loc unor noi descoperiri pentru viitoarele generații de oameni de știință. Tehnologii moderne accelerează semnificativ acest proces. În secolul al XIX-lea, mulți chimiști celebri au încercat să obțină siliciu pur. Pentru prima dată, L. Tenard și J. Gay-Lussac au reușit să facă acest lucru în 1811, dar descoperirea elementului îi aparține lui J. Berzelius, care a putut nu numai să izoleze substanța, ci și să o descrie. Un chimist suedez a obținut siliciu în 1823 folosind potasiu metal și sare de potasiu. Reacția a avut loc cu un catalizator sub formă de temperatură ridicată. Substanța simplă cenușiu-maro obținută a fost siliciul amorf. Elementul cristalin pur a fost obținut în 1855 de St. Clair Deville. Dificultatea de izolare este direct legată de rezistența ridicată legături atomice. În ambele cazuri reactie chimica are ca scop procesul de purificare de impurități, în timp ce modelele amorfe și cristaline au proprietăți diferite.

Pronunțarea siliciului a elementului chimic

Prenumele pulberii rezultate - kisel - a fost propus de Berzelius. În Marea Britanie și SUA, siliciul nu mai este numit decât siliciu (Silicium) sau silicon (Siliciu). Termenul provine din latinescul „cremen” (sau „piatră”), iar în cele mai multe cazuri este legat de conceptul de „pământ” datorită răspândirii sale largi în natură. pronunție rusă dat chimic diferit, totul depinde de sursă. Se numea silice (Zakharov a folosit acest termen în 1810), sicilia (1824, Dvigubsky, Solovyov), silice (1825, Strahov) și abia în 1834 chimistul rus german Ivanovici Hess a introdus numele care este folosit și astăzi. majoritatea surselor - siliciu. În el este notat cu simbolul Si. Cum se citește elementul chimic siliciu? Mulți oameni de știință din țările vorbitoare de limbă engleză îi pronunță numele „si” sau folosesc cuvântul „silicone”. De aici provine numele de renume mondial al văii, care este un loc de cercetare și producție pentru tehnologia computerelor. Populația de limbă rusă numește elementul siliciu (din cuvântul grecesc antic pentru „stâncă, munte”).

Găsirea în natură: zăcăminte

Sistemele montane întregi sunt compuse din compuși de siliciu, care nu se găsesc în forma lor pură, deoarece toate mineralele cunoscute sunt dioxizi sau silicați (aluminosilicați). Pietrele de o frumusețe uimitoare sunt folosite de oameni ca material ornamental - acestea sunt opale, ametist, diverse tipuri de cuarț, jasp, calcedonie, agat, cristal de stâncă, carnelian și multe altele. S-au format datorită includerii în compoziția siliciului diverse substante, care le-a determinat densitatea, structura, culoarea și direcția de utilizare. Întreaga lume anorganică poate fi asociată cu acest element chimic, care în mediul natural formează legături puternice cu metale și nemetale (zinc, magneziu, calciu, mangan, titan etc.). În comparație cu alte substanțe, siliciul este ușor disponibil pentru minerit la scară industrială: se găsește în majoritatea tipurilor de minereuri și minerale. Prin urmare, depozitele dezvoltate activ sunt legate mai degrabă de sursele de energie disponibile decât de acumulări teritoriale de materie. Cuarțitele și nisipurile de cuarț se găsesc în toate țările lumii. Cei mai mari producători și furnizori de siliciu sunt: ​​China, Norvegia, Franța, SUA (West Virginia, Ohio, Alabama, New York), Australia, Africa de Sud, Canada, Brazilia. Toți producătorii folosesc metode diferite, care depind de tipul de produs fabricat (tehnic, semiconductor, siliciu de înaltă frecvență). Un element chimic, îmbogățit suplimentar sau, dimpotrivă, purificat de toate tipurile de impurități, are proprietăți individuale de care depinde utilizarea lui ulterioară. Acest lucru este valabil și pentru această substanță. Structura siliciului determină domeniul de aplicare al acestuia.

Istoricul utilizării

Foarte des, din cauza asemănării numelor, oamenii confundă siliciu și silex, dar aceste concepte nu sunt identice. Să aducem claritate. După cum sa menționat deja, siliciul în forma sa pură nu se găsește în natură, ceea ce nu se poate spune despre compușii săi (aceeași siliciu). Principalele minerale și roci formate de dioxidul substanței pe care o luăm în considerare sunt nisipul (râu și cuarț), cuarț și cuarțit și silex. Toată lumea trebuie să fi auzit despre acesta din urmă, pentru că i se acordă o mare importanță în istoria dezvoltării omenirii. Primele unelte create de oameni în timpul epocii de piatră sunt asociate cu această piatră. Marginile sale ascuțite, formate la desprinderea din stânca principală, au facilitat foarte mult munca vechilor gospodine și posibilitatea de ascuțire - vânători și pescari. Flint nu avea rezistența produselor din metal, dar uneltele eșuate erau ușor de înlocuit cu altele noi. Utilizarea sa ca silex și oțel a continuat multe secole - până la inventarea surselor alternative.

În ceea ce privește realitățile moderne, proprietățile siliciului fac posibilă utilizarea substanței pentru decorarea interioară sau crearea de vase ceramice, în timp ce, pe lângă un aspect estetic frumos, are multe calități funcționale excelente. O direcție separată a aplicării sale este asociată cu inventarea sticlei în urmă cu aproximativ 3000 de ani. Acest eveniment a făcut posibilă crearea de oglinzi, vase, vitralii din mozaic din compuși care conțin siliciu. Formula substanței inițiale a fost completată cu componentele necesare, ceea ce a făcut posibilă darea produsului la culoarea necesară și a influențat rezistența sticlei. Operele de artă de o frumusețe și varietate uimitoare au fost realizate de om din minerale și pietre care conțin siliciu. Proprietățile vindecătoare ale acestui element au fost descrise de oamenii de știință antici și au fost folosite de-a lungul istoriei omenirii. Au amenajat fântâni pentru apă potabilă, cămare pentru depozitarea alimentelor, folosite atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în medicină. Pulberea obținută în urma măcinarii a fost aplicată pe răni. O atenție deosebită a fost acordată apei, care a fost infuzată în vase făcute din compuși care conțin siliciu. Elementul chimic a interacționat cu compoziția sa, ceea ce a făcut posibilă distrugerea unui număr de bacterii și microorganisme patogene. Și aceasta este departe de toate industriile în care substanța pe care o luăm în considerare este foarte, foarte solicitată. Structura siliciului determină versatilitatea acestuia.

Proprietăți

Pentru o cunoaștere mai detaliată a caracteristicilor unei substanțe, trebuie luată în considerare luând în considerare toate proprietățile posibile. Planul de caracterizare a elementului chimic al siliciului include proprietăți fizice, indicatori electrofizici, studiul compușilor, reacții și condiții de trecere a acestora etc. Siliciul în formă cristalină are o culoare gri închis cu o strălucire metalică. Rețeaua cubică centrată pe față este similară cu cea de carbon (diamant), dar datorită legăturilor mai lungi, nu este atât de puternică. Încălzirea până la 800 ° C îl face plastic, în alte cazuri rămâne fragil. Proprietăți fizice Siliciul face ca această substanță să fie cu adevărat unică: este transparentă la radiația infraroșie. Punct de topire - 1410 0 C, punctul de fierbere - 2600 0 C, densitate în condiții normale - 2330 kg / m 3. Conductivitatea termică nu este constantă, pentru diverse probe se prelevează la o valoare aproximativă de 25 0 C. Proprietățile atomului de siliciu fac posibilă utilizarea lui ca semiconductor. Această direcție de aplicare este cea mai solicitată în lumea modernă. Mărimea conductivității electrice este influențată de compoziția siliciului și de elementele care sunt în combinație cu acesta. Deci, pentru o conductivitate electronică crescută, se utilizează antimoniu, arsen, fosfor, pentru perforate - aluminiu, galiu, bor, indiu. Când se creează dispozitive cu siliciu ca conductor, se utilizează un tratament de suprafață cu un anumit agent, care afectează funcționarea dispozitivului.

Proprietățile siliciului ca un conductor excelent sunt utilizate pe scară largă în instrumentația modernă. Utilizarea sa în producția de echipamente complexe (de exemplu, dispozitive de calcul moderne, calculatoare) este deosebit de relevantă.

Siliciu: caracteristicile unui element chimic

În cele mai multe cazuri, siliciul este tetravalent, există și legături în care poate avea o valoare de +2. În condiții normale, este inactiv, are compuși puternici, iar la temperatura camerei poate reacționa numai cu fluor, care se află în stare gazoasă de agregare. Acest lucru se datorează efectului de blocare a suprafeței cu o peliculă de dioxid, care se observă atunci când interacționează cu oxigenul ambiental sau apa. Pentru a stimula reacțiile, trebuie folosit un catalizator: creșterea temperaturii este ideală pentru o substanță precum siliciul. Elementul chimic interacționează cu oxigenul la 400-500 0 C, ca urmare, pelicula de dioxid crește, și are loc procesul de oxidare. Când temperatura crește la 50 0 C se observă o reacție cu brom, clor, iod, rezultând formarea de tetrahalogenuri volatile. Siliciul nu interacționează cu acizii, cu excepția unui amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic, în timp ce orice alcali în stare încălzită este un solvent. Hidrogenul de siliciu se formează numai prin descompunerea siliciurilor; nu reacționează cu hidrogenul. Compușii cu bor și carbon se disting prin cea mai mare rezistență și pasivitate chimică. Rezistența ridicată la alcalii și acizi are o legătură cu azotul, care apare la temperaturi peste 1000 0 C. Siliciurile se obțin prin reacția cu metalele, iar în acest caz, valența arătată de siliciu depinde de elementul suplimentar. Formula substanței formate cu participarea metalului de tranziție este rezistentă la acizi. Structura atomului de siliciu îi afectează direct proprietățile și capacitatea de a interacționa cu alte elemente. Procesul de formare a legăturilor în natură și sub influențe asupra unei substanțe (în laborator, condiții industriale) diferă semnificativ. Structura siliciului sugerează activitatea sa chimică.

Structura

Siliciul are propriile sale caracteristici. Sarcina nucleului este +14, ceea ce corespunde numărului de serie în sistem periodic. Număr de particule încărcate: protoni - 14; electroni - 14; neutroni - 14. Schema structurii atomului de siliciu are următoarea formă: Si +14) 2) 8) 4. Sunt 4 electroni la ultimul nivel (extern), ceea ce determină gradul de oxidare cu „+ semnul ” sau “-”. Oxidul de siliciu are formula SiO2 (valenta 4+), compusul hidrogen volatil este SiH4 (valenta -4). Volumul mare al atomului de siliciu face posibil ca unii compuși să aibă un număr de coordonare de 6, de exemplu, atunci când sunt combinați cu fluor. Masă molară- 28, raza atomică - 132 pm, configurația învelișului de electroni: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2 .

Aplicație

Siliciul de suprafață sau complet dopat este folosit ca semiconductor în crearea multor dispozitive, inclusiv de înaltă precizie (de exemplu, fotocelule solare, tranzistoare, redresoare de curent etc.). Siliciul ultra-pur este folosit pentru a crea celule solare (energie). Tipul cu un singur cristal este folosit pentru a face oglinzi și un laser cu gaz. Din compuși de siliciu se obțin sticlă, plăci ceramice, vase, porțelan, faianță. Este dificil de descris varietatea de tipuri de bunuri primite, funcționarea lor are loc la nivel de gospodărie, în artă și știință, și în producție. Cimentul rezultat servește ca materie primă pentru crearea amestecurilor de construcție și cărămizi, materiale de finisare. Distribuția uleiurilor, pe bază de lubrifianți, poate reduce semnificativ forța de frecare în părțile mobile ale multor mecanisme. Siliciurile sunt utilizate pe scară largă în industrie datorită proprietăților lor unice în domeniul rezistenței la medii agresive (acizi, temperaturi). Caracteristicile lor electrice, nucleare și chimice sunt luate în considerare de specialiștii din industrii complexe, iar structura atomului de siliciu joacă și ea un rol important.

Am enumerat cele mai avansate domenii de aplicare până în prezent. Cel mai comun siliciu comercial produs în cantități mari este utilizat în mai multe domenii:

1. Ca materie primă pentru producerea unei substanțe mai pure.
2. Pentru aliajele de aliaj din industria metalurgică: prezența siliciului crește refractaritatea, crește rezistența la coroziune și rezistența mecanică (cu un exces al acestui element, aliajul poate fi prea fragil).
3. Ca dezoxidant pentru a elimina excesul de oxigen din metal.
4. Materii prime pentru producerea silanilor (compuși de siliciu cu substanțe organice).
5. Pentru producerea hidrogenului dintr-un aliaj de siliciu cu fier.
6. Fabricarea panourilor solare.

Valoarea acestei substanțe este mare și pentru funcționarea normală a corpului uman. Structura siliciului, proprietățile sale sunt decisive în acest caz. În același timp, excesul sau lipsa acestuia duce la boli grave.

În corpul uman

Medicina a folosit mult timp siliciul ca agent bactericid și antiseptic. Dar cu toate beneficiile utilizării externe, acest element trebuie reînnoit constant în corpul uman. Un nivel normal al conținutului său va îmbunătăți viața în general. În cazul deficienței sale, peste 70 de oligoelemente și vitamine nu vor fi absorbite de organism, ceea ce va reduce semnificativ rezistența la o serie de boli. Cel mai mare procent de siliciu se observă în oase, piele, tendoane. Joacă rolul unui element structural care menține rezistența și conferă elasticitate. Toate țesuturile scheletice dure sunt formate din compușii săi. Ca rezultat al unor studii recente, conținutul de siliciu a fost găsit în rinichi, pancreas și țesuturi conjunctive. Rolul acestor organe în funcționarea organismului este destul de mare, astfel încât o scădere a conținutului său va avea un efect dăunător asupra multor indicatori de bază ai suportului vieții. Organismul ar trebui să primească 1 gram de siliciu pe zi cu alimente și apă - acest lucru va ajuta la evitarea posibilelor boli, cum ar fi inflamația pielii, înmuierea oaselor, formarea de pietre în ficat, rinichi, tulburări de vedere, păr și unghii, ateroscleroza. Cu un nivel suficient al acestui element, imunitatea crește, procesele metabolice se normalizează și se îmbunătățește asimilarea multor elemente necesare sănătății umane. Cea mai mare cantitate de siliciu este în cereale, ridichi, hrișcă. Apa cu silicon va aduce beneficii semnificative. Pentru a determina cantitatea și frecvența utilizării sale, este mai bine să consultați un specialist.

Siliciu(lat. siliciu), si, un element chimic din grupa a IV-a 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%).

Referință istorică . Compușii K., 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 K. asociați cu prelucrarea lor este fabricarea sticlă - a început în jurul anului 3000 î.Hr. e. (în Egiptul antic). Cel mai vechi compus cunoscut K. este dioxidul de sio2 (silice). În secolul al XVIII-lea silicea a fost considerată un corp simplu și denumit „pământuri” (care se reflectă în numele său). Complexitatea compoziției silicei a fost stabilită de I. Ya. Berzelius. Pentru prima dată, în 1825, a obţinut K. elementar din fluorură de siliciu sif 4, 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. hessîn 1834.

Distribuția în natură . În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, oxigenul este al doilea element (după oxigen), conținutul său mediu în litosferă este de 29,5% (în greutate). În scoarța terestră, carbonul joacă același rol primar ca și carbonul la animale și floră. Pentru geochimia oxigenului, legătura sa excepțional de puternică cu oxigenul este importantă. Aproximativ 12% din litosferă este silice sio 2 sub formă de mineral cuarţși soiurile sale. 75% din litosferă este compusă din diverse silicatiȘi aluminosilicati(feldspați, mica, amfiboli etc.). Numărul total de minerale care conțin silice depășește 400 .

În timpul proceselor magmatice are loc o diferențiere slabă a rocii: se acumulează atât în ​​granitoide (32,3%), cât și în roci ultrabazice (19%). La temperaturi ridicate și presiune ridicată, solubilitatea sio 2 crește. De asemenea, poate migra cu vapori de apă; prin urmare, pegmatitele filoanelor hidrotermale se caracterizează prin concentrații semnificative de cuarț, cu care sunt adesea asociate elementele de minereu (aur-cuarț, cuarț-cassiterit și alte filoane).

Proprietati fizice si chimice. K. formează cristale gri închis cu luciu metalic, având o rețea cubică centrată pe fețe de tip diamant cu o perioadă a = 5,431 a și o densitate de 2,33 g/cm 3 . La presiuni foarte mari s-a obţinut o nouă modificare (probabil hexagonală) cu o densitate de 2,55 g/cm3. 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? deg); 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? deg). Coeficientul de temperatură al expansiunii liniare 2,33? 10-6 K-1; sub 120k devine negativ. K. este transparent la razele infraroșii cu undă lungă; indicele de refracție (pentru l = 6 μm) 3,42; constantă dielectrică 11.7. K. susceptibilitate diamagnetică, magnetică atomică -0,13? 10 -6 . Duritate K. conform Mohs 7,0, conform Brinell 2,4 Gn / m 2 (240 kgf / mm 2), modul de elasticitate 109 Gn / m 2 (10890 kgf / mm 2), coeficient de compresibilitate 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. material fragil; deformarea plastică vizibilă începe la temperaturi peste 800°C.

K. este un semiconductor care este din ce în ce mai utilizat. Proprietățile electrice ale K. depind foarte puternic de impurități. Rezistența electrică volumetrică specifică intrinsecă a lui K. la temperatura camerei se presupune a fi 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Semiconductor K. cu conductivitate R-tip (aditivi B, al, in sau ga) si n-tip (aditivi P, bi, as sau sb) are o rezistenta semnificativ mai mica. Intervalul de bandă conform măsurătorilor electrice este de 1,21 ev la 0 LAși scade la 1.119 ev la 300 LA.

În conformitate cu poziția lui K. în sistemul periodic al lui Mendeleev, 14 electroni ai atomului K. sunt distribuiți pe trei învelișuri: în primul (din nucleu) 2 electroni, în al doilea 8, în al treilea (valență) 4; configurația învelișului de electroni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potențiale succesive de ionizare ( ev): 8,149; 16,34; 33.46 și 45.13. Raza atomică 1,33 a, rază covalentă 1,17 a, raze ionice si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

În compuși K. (similar carbonului) este 4-valent. Cu toate acestea, spre deosebire de carbon, împreună cu un număr de coordonare de 4, carbonul prezintă un număr de coordonare de 6, care se explică prin volumul mare al atomului său (silicofluorurile care conțin grupa 2 sunt un exemplu de astfel de compuși).

legătură chimică Atomul K. cu alți atomi este de obicei realizat datorită orbitalilor hibrizi sp 3, dar este, de asemenea, posibil să se implice doi dintre cei cinci (vacante) ai săi 3 d- orbitali, mai ales când K. are șase coordonate. Deținând o valoare scăzută a electronegativității de 1,8 (față de 2,5 pentru carbon; 3,0 pentru azot etc.), K. în compușii cu nemetale este electropozitiv, iar acești compuși sunt de natură polară. Energie mare de legătură cu oxigenul si-o, egală cu 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , determină rezistența compușilor săi oxigenați (sio 2 și silicați). Energia de legare si-si este mică, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; spre deosebire de carbon, formarea de lanțuri lungi și o dublă legătură între atomii de si nu este caracteristică carbonului. Datorită formării unei pelicule de oxid de protecție, oxigenul este stabil în aer chiar și la temperaturi ridicate. Se oxidează în oxigen începând de la 400°C, formând dioxid de siliciu sio 2 . Cunoscut si monoxid sio, stabil la temperaturi ridicate sub forma unui gaz; ca urmare a răcirii rapide se poate obţine un produs solid, care se descompune uşor într-un amestec subţire de si şi sio 2 . K. este rezistent la acizi si se dizolva numai intr-un amestec de acizi azotic si fluorhidric; se dizolva usor in solutii alcaline fierbinti cu degajare de hidrogen. K. reacţionează cu fluorul la temperatura camerei, cu alţi halogeni - când este încălzit pentru a forma compuşi formula generala sase 4 . Hidrogenul nu reacționează direct cu oxigenul și hidrogeni de siliciu(silanii) se obțin prin descompunerea siliciurilor (vezi mai jos). Hidrogenii de siliciu sunt cunoscuți de la sih 4 la si 8 h 18 (similar ca compoziție cu hidrocarburile saturate). K. formeaza 2 grupe de silani care contin oxigen - siloxanii si siloxene. K. reacţionează cu azotul la temperaturi peste 1000°C. De mare importanță practică este nitrura de si 3 n 4, care nu se oxidează în aer nici la 1200°C, este rezistentă la acizi (cu excepția acidului azotic) și alcalii, precum și la metale topite și zgură, ceea ce o face un material valoros. pentru industria chimică, pentru producția de materiale refractare etc. Duritatea mare, precum și rezistența termică și chimică, se disting prin compușii de K. cu carbon ( carbură de siliciu sic) și cu bor (sib 3, sib 6, sib 12). Când este încălzit, K. reacționează (în prezența catalizatorilor metalici, cum ar fi cuprul) cu compuși organoclorați (de exemplu, cu ch 3 cl ) pentru a forma organohalosilani [de exemplu, si (ch 3) 3 ci], care sunt utilizați pentru sinteza a numeroase compuși organosilicici.

K. formează compuși cu aproape toate metalele - siliciuri(nu au fost găsite doar conexiuni la bi, tl, pb, hg). S-au obţinut peste 250 de siliciuri, a căror compoziţie (mesi, mesi 2 , me 5 si 3 , me 3 si, me 2 si etc.) nu corespunde de regulă cu valenţele clasice. Siliciurile se disting prin infuzibilitate și duritate; de cea mai mare importanță practică sunt ferosiliciul și siliciura molibdenului mosi 2 (încălzitoarele electrice pentru cuptor, paletele turbinei cu gaz etc.).

Chitanța și cererea. K. de puritate tehnică (95-98%) se obţin în arc electric prin reducerea silicei sio 2 între electrozii de grafit. În legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor s-au dezvoltat metode de obţinere a potasiului pur şi mai ales pur, care necesită sinteza prealabilă a celor mai puri compuşi iniţiali ai potasiului, din care potasiul este extras prin reducere sau descompunere termică.

Cristalele semiconductoare pure se obțin în două forme: policristaline (prin reducerea sici 4 sau sihcl 3 cu zinc sau hidrogen, descompunere termică a sil 4 și sih 4) și monocristaline (prin topirea zonei fără creuzet și „tragerea” unui singur cristal din cristale topite – metoda Czochralski).

K. special aliat este utilizat pe scară largă ca material pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare (tranzistoare, termistoare, redresoare de putere, diode controlabile - tiristoare; fotocelule solare utilizate în navele spațiale etc.). Deoarece K. este transparent la razele cu lungimea de undă de la 1 la 9 micron, este folosit în optică în infraroșu .

K. are domenii de aplicare diverse și în continuă expansiune. În metalurgie, oxigenul este folosit pentru a îndepărta oxigenul dizolvat în metalele topite (dezoxidare). K. este parte integrantă a unui număr mare de aliaje de fier și metale neferoase. K. De obicei conferă aliajelor rezistență sporită la coroziune, îmbunătățește proprietățile lor de turnare și crește rezistența mecanică; cu toate acestea, cu un conținut mai mare de K., poate provoca fragilitate. Fier, cupru și aliaje de aluminiu care conțin acid sulfuric sunt de cea mai mare importanță.O cantitate din ce în ce mai mare de acid sulfuric este folosită pentru sinteza compușilor organosiliciului și a siliciurilor. Siliciul și mulți silicați (argile, feldspați, mici, talcuri etc.) sunt prelucrați de sticlă, ciment, ceramică, inginerie electrică și alte ramuri ale industriei.

V. P. Barzakovsky.

Siliciul din organism se găsește sub formă de diferiți compuși, care sunt implicați în principal în formarea părților solide ale scheletului și a țesuturilor. Anumite plante marine (de exemplu, diatomee) și animale (de exemplu, bureți cu coarne de siliciu și radiolari) pot acumula cantități deosebit de mari de oxigen, care, atunci când mor, formează depozite groase de dioxid de siliciu pe fundul oceanului. În mările şi lacurile reci predomină nămolurile biogene îmbogăţite cu calciu; în mările tropicale predomină nămolurile calcaroase cu un conţinut scăzut de calciu. La vertebrate, conținutul de dioxid de siliciu în substanțe de cenușă este de 0,1-0,5%. În cele mai mari cantități, K. se găsește în țesutul conjunctiv dens, rinichi și pancreas. Dieta zilnică a omului conține până la 1 G K. Cu un conținut ridicat de praf de dioxid de siliciu în aer, intră în plămânii unei persoane și provoacă boli - silicoză.

V. V. Kovalsky.

Lit.: Berezhnoy AS, Siliciu și sistemele sale binare. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Semiconductori - germaniu și siliciu, M., 1961; Renyan V. R., Tehnologia siliciului semiconductor, trad. din engleză, M., 1969; Sally I. V., Falkevich E. S., Producția de siliciu semiconductor, M., 1970; siliciu si germaniu. sat. Art., ed. E. S. Falkevich, D. I. Levinson, c. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E. I., Crystal chemistry of siliciures and germanides, M., 1971; wolf H. f., date semiconductoare de siliciu, oxf. - n. a., 1965.

descărcați rezumat

Siliciul este un nemetal dur care se găsește în roci. În condiții normale, este inert, dar când este încălzit, prezintă proprietăți oxidante și reducătoare. Proprietățile chimice ale siliciului sunt folosite de industria silicaților pentru fabricarea sticlei, oglinzilor, electronicelor și materialelor de construcție.

Descrierea generală a elementului

Siliciul este situat în a patra grupă și a treia perioadă a tabelului periodic. Nucleul atomului de siliciu are o sarcină pozitivă de +14. Există 14 electroni încărcați negativ care se mișcă în jurul nucleului.

Un atom poate intra într-o stare excitată datorită subnivelului d liber. Prin urmare, elementul prezintă două stări de oxidare pozitive (+2 și +4) și una negativă (-4). Configurația electronică este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 .

Orez. 1. Structura atomului de siliciu.

Siliciul este un semiconductor fragil cu placă mare și puncte de fierbere. Nemetal relativ ușor: densitatea este de 2,33 g/cm3.

Siliciul nu se găsește în forma sa pură. Face parte din nisip, cuarț, agat, ametist și alte roci.

Orez. 2. Agat.

Reacții cu nemetale

Când interacționează cu nemetale, siliciul prezintă proprietăți reducătoare - renunță la electroni. Reacțiile sunt posibile numai cu încălzire puternică. În condiții normale, siliciul reacționează numai cu fluor. Reacțiile cu nemetale de bază sunt date în tabel.

Hidrura de siliciu - silan (SiH 4) - poate fi obtinuta prin descompunerea siliciurilor cu acid. De exemplu, Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4 - + 2MgS04.

Interacțiunea cu metalele

Siliciul prezintă proprietăți oxidante numai în reacțiile cu metalele. La topire, se formează săruri - siliciuri:

• Si + 2Mg → Mg2Si;
• Si + 2Ca → Ca 2Si;
• Si + Na → NaSi;
• 2Si + Fe → FeSi 2 .

Siliciurile sunt folosite în industrie pentru producerea de aliaje și materiale. Siliciura de vanadiu (V 3 Si) este folosit ca supraconductor, siliciura de reniu (ReSi) este folosit ca semiconductor.

Reacții cu substanțe complexe

Pe lângă substanțele simple, siliciul reacționează cu compuși complecși - acizi și alcalii. Principalele reacții sunt descrise în tabel.

La 1200°C, siliciul reacţionează cu dioxidul pentru a forma un monoxid: Si + SiO 2 → SiO.

Orez. 3. Utilizarea siliciului.

Ce am învățat?

Siliciul este un nemetal fragil care interacționează cu metale, nemetale și substanțe complexe. În reacțiile cu metale, prezintă proprietățile unui agent oxidant, cu nemetale - un agent reducător. Reacționează în condiții normale numai cu fluor, acid fluorhidric (inclusiv împreună cu acid azotic), cu alcalii. Reacțiile rămase au loc la temperaturi ridicate.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: 4.6. Evaluări totale primite: 197.