A szabad formában lévő szilíciumot 1811-ben J. Gay-Lussac és L. Tenard izolálta szilícium-fluorid gőzeinek fémes káliumon való átengedésével, de ők nem írták le elemként. J. Berzelius svéd kémikus 1823-ban leírta a szilíciumot, amelyet a K 2 SiF 6 káliumsó magas hőmérsékleten fémkáliummal való kezelésével kapott. Az új elem a "szilícium" nevet kapta (a latin silex - kovakőből). Az orosz "szilícium" nevet 1834-ben német Ivanovics Hess orosz kémikus vezette be. Más görögből fordítva. krhmnoz- "szikla, hegy".

A természetben való tartózkodás:

A természetben a szilícium dioxid és különféle összetételű szilikátok formájában található. A természetes szilícium-dioxid főleg kvarc formájában fordul elő, bár léteznek más ásványok is - krisztobalit, tridimit, kitit, couzit. Az amorf szilícium-dioxid a tengerek és óceánok fenekén található kovaalma-lerakódásokban található – ezek a lerakódások SiO 2-ből jöttek létre, amely a kovamoszat és néhány csillós test része volt.
Finom fehér homok magnéziummal való égetésével szabad szilíciumot nyerhetünk, ami kémiai összetételében szinte tiszta szilícium-oxid, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Ipari minőségű szilíciumot úgy állítanak elő, hogy a SiO 2 olvadékot koksszal redukálják ívkemencékben körülbelül 1800 °C hőmérsékleten. Az így nyert szilícium tisztasága elérheti a 99,9%-ot (a fő szennyeződések a szén, fémek).

Fizikai tulajdonságok:

Az amorf szilícium barna por alakú, amelynek sűrűsége 2,0 g/cm 3 . Kristályos szilícium - sötétszürke, fényes kristályos anyag, törékeny és nagyon kemény, a gyémántrácsban kristályosodik. Ez egy tipikus félvezető (jobban vezeti az elektromosságot, mint a gumi típusú szigetelő, és rosszabb, mint a vezető - réz). A szilícium törékeny, csak 800 °C fölé melegítve válik képlékenysé. Érdekes módon a szilícium átlátszó az 1,1 mikrométeres hullámhossztól induló infravörös sugárzás számára.

Kémiai tulajdonságok:

Kémiailag a szilícium inaktív. Szobahőmérsékleten csak gázhalmazállapotú fluorral reagál, és így illékony szilícium-tetrafluorid SiF 4 képződik. 400-500 °C-ra hevítve a szilícium oxigénnel dioxidot, klórral, brómmal és jóddal reagálva a megfelelő könnyen illékony tetrahalogenideket, SiHal 4-et képez. Körülbelül 1000°C hőmérsékleten a szilícium nitrogénnel reagálva nitrid Si 3 N 4 képződik, bór-termikusan és kémiailag stabil boridokkal SiB 3, SiB 6 és SiB 12 . A szilícium nem lép közvetlenül reakcióba hidrogénnel.
A szilícium maratásához a hidrogén-fluorid és a salétromsav keverékét használják legszélesebb körben.
A szilícium forró lúgos oldatokban oldódik: Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2
A szilíciumot +4 vagy -4 oxidációs állapotú vegyületek jellemzik.

A legfontosabb kapcsolatok:

Szilícium-dioxid, SiO 2- (kovasav-anhidrid), színtelen. crist. anyag, tűzálló (1720 C), nagy keménységű. A kémiailag inaktív savas oxid kölcsönhatásba lép hidrogén-fluoriddal és lúgoldatokkal, ez utóbbi esetben kovasav-sókat - szilikátokat képezve. Szilikátok képződnek akkor is, ha a szilícium-oxidot lúgokkal, bázikus oxidokkal és egyes sókkal olvasztják össze.
SiO 2 + 4NaOH = Na 4 SiO 4 + 2H 2 O; SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3;
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 CaSi 6 O 14 + 2CO 2 (vegyes nátrium-kalcium-szilikát, üveg)
Kovasavak- gyenge, oldhatatlan, úgy keletkezik, hogy egy szilikát oldathoz savat adnak gél (zselatinszerű anyag) formájában. A H 4 SiO 4 (ortoszilícium) és a H 2 SiO 3 (metaszilícium vagy szilícium) csak oldatban létezik, és hevítés és szárítás hatására visszafordíthatatlanul SiO 2 -dá alakul. A kapott szilárd porózus termék - szilikagél, fejlett felületű, gázadszorbensként, szárítószerként, katalizátorként és katalizátorhordozóként használják.
szilikátok- a kovasav sói nagyrészt (a nátrium- és kálium-szilikátok kivételével) vízben oldhatatlanok. Az oldható szilikátok az oldatban erős hidrolízisen mennek keresztül.
Hidrogénvegyületek- szénhidrogének analógjai, szilánok olyan vegyületek, amelyekben a szilícium atomok egyetlen kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, Silenes ha a szilícium atomok kettős kötésűek. A szénhidrogénekhez hasonlóan ezek a vegyületek láncokat és gyűrűket alkotnak. Minden szilán spontán meggyulladhat, robbanékony keveréket képezhet a levegővel és könnyen reagálhat vízzel: SiH 4 + 2H 2 O \u003d SiO 2 + 4H 2
Szilícium-tetrafluorid SiF 4, kellemetlen szagú, mérgező gáz, amely a hidrogén-fluorid (hidrogén-fluorid) szilíciumon és számos vegyületén, köztük az üvegen képződik:
Na 2 SiO 3 + 6HF = 2NaF + SiF 4 + 3H 2 O
Vízzel reagálva szilícium-dioxid és hexafluor-szilícium(H 2 SiF 6) savak:
3SiF 4 + 3H 2 O \u003d 2H 2 SiF 6 + H 2 SiO 2
A H 2 SiF 6 erőssége közel áll a kénsavhoz, a sók fluor-szilikátok.

Alkalmazás:

A szilíciumot az acélgyártásban és a félvezetőtechnológiában fontos alumínium-, réz- és magnézium-szilárdító ötvözetek, valamint ferroszilicidek gyártásában használják a legnagyobb mértékben. A szilíciumkristályokat napelemekben és félvezető eszközökben - tranzisztorokban és diódákban - használják. A szilícium nyersanyagként szolgál szerves szilíciumvegyületek vagy sziloxánok előállításához is, amelyeket olajok, kenőanyagok, műanyagok és szintetikus gumik formájában állítanak elő. A szervetlen szilíciumvegyületeket a kerámia- és üvegtechnológiában, szigetelőanyagként és piezokristályokként használják.

Egyes szervezetek számára a szilícium fontos biogén elem. A növényekben a tartószerkezetek és az állatok csontvázának része. Nagy mennyiségben a szilíciumot tengeri élőlények - kovamoszatok, radioláriumok, szivacsok - koncentrálják. Nagy mennyiségű szilícium koncentrálódik a zsurlókban és a gabonafélékben, elsősorban a bambusz és a rizs alcsaládban, beleértve a közönséges rizst is. Az emberi izomszövet (1-2) 10 -2% szilíciumot tartalmaz, a csontszövet - 17 10 -4%, a vér - 3,9 mg / l. Élelmiszerrel naponta akár 1 g szilícium is bejut az emberi szervezetbe.

Antonov S.M., Tomilin K.G.
KhF Tyumen Állami Egyetem, 571 csoport.

Források: Szilícium. Wikipédia; Szilícium a "Krugosvet" online enciklopédiában , ;
Szilícium oldal

Szilícium (Si) - periódusos rendszer fő alcsoportjának IV. csoportjában, a 3. periódusban áll. Fizikai tulajdonságok: A szilícium két változatban létezik: amorf és kristályos. Az amorf szilícium 2,33 g/cm3 sűrűségű barna por, amely fémolvadékokban oldódik. A kristályos szilícium sötétszürke, acélfényű, kemény és törékeny kristályok, 2,4 g/cm3 sűrűséggel. A szilícium három izotópból áll: Si (28), Si (29), Si (30).

Kémiai tulajdonságok: elektronikus konfiguráció: 1s22s22p63 s23p2 . A szilícium nem fém. Külső energiaszinten a szilíciumnak 4 elektronja van, ami meghatározza oxidációs állapotát: +4, -4, -2. Vegyérték - 2, 4. Az amorf szilícium reaktivitása nagyobb, mint a kristályosé. Normál körülmények között kölcsönhatásba lép a fluorral: Si + 2F2 = SiF4. 1000 °C-on a Si reagál nemfémekkel: CL2, N2, C, S.

A savak közül a szilícium csak salétromsav és hidrogén-fluorid keverékével lép kölcsönhatásba:

Fémek tekintetében másként viselkedik: jól oldódik olvadt Zn-ben, Al-ban, Sn-ben, Pb-ben, de nem lép reakcióba velük; más fémolvadékokkal - Mg, Cu, Fe, a szilícium kölcsönhatásba lép szilicidek képződésével: Si + 2Mg = Mg2Si. A szilícium oxigénben ég: Si + O2 = SiO2 (homok).

Szilícium-dioxid vagy szilícium-dioxid- stabil kapcsolat Si, széles körben elterjedt a természetben. Lúgokkal, bázikus oxidokkal való fúziójával reagál, kovasav sóit képezve - szilikátokat. Nyugta: az iparban a tiszta szilíciumot a szilícium-dioxid koksszal történő redukálásával nyerik elektromos kemencékben: SiO2 + 2С = Si + 2СO?.

A laboratóriumban a szilíciumot fehér homok magnéziummal vagy alumíniummal történő égetésével állítják elő:

SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.

3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.

A szilícium savakat képez: H2 SiO3 - meta-kovasav; H2 A Si2O5 két metakovasav.

Megtalálás a természetben: kvarc ásvány - SiO2. A kvarckristályok hatszögletű prizma alakúak, színtelenek és átlátszóak, amelyet hegyikristálynak neveznek. Ametiszt - hegyikristály, lilára festett szennyeződésekkel; a füstös topáz barnára van festve; Az achát és a jáspis a kvarc kristályos változatai. Az amorf szilícium-dioxid kevésbé elterjedt, opál ásványi anyag, SiO2 nH2O formájában létezik. A kovaföld, a tripolit vagy a kovaföld (kovaföld) az amorf szilícium földes formái.

42. A kolloid oldatok fogalma

Kolloid oldatok– nagy diszperzitású kétfázisú rendszerek, amelyek egy diszperziós közegből és egy diszpergált fázisból állnak. A részecskeméret a valódi oldatok, szuszpenziók és emulziók között közepes. Nál nél kolloid részecskék molekuláris vagy ionos összetétel.

Az elsődleges részecskék belső szerkezetének három típusa van.

1. Szuszpenzoidok (vagy irreverzibilis kolloidok)– heterogén rendszerek, amelyek tulajdonságait fejlett határfelületi felület határozza meg. A szuszpenziókhoz képest jobban diszpergáltak. Nem létezhetnek sokáig diszperzióstabilizátor nélkül. Hívták őket irreverzibilis kolloidok amiatt, hogy a párolgás utáni kiválásuk ismét nem képez szolokat. Koncentrációjuk alacsony - 0,1%. Kissé eltérnek a diszpergált közeg viszkozitásától.

A szuszpenzoidok beszerezhetők:

1) diszperziós módszerek (nagy testek köszörülése);

2) kondenzációs módszerek (oldhatatlan vegyületek kinyerése cserereakciókkal, hidrolízissel stb.).

A szuszpenzoidok diszperziójának spontán csökkenése a szabad felületi energiától függ. A hosszú élettartamú szuszpenzió eléréséhez a stabilizálás feltételei szükségesek.

Stabil diszperz rendszerek:

1) diszperziós közeg;

2) diszpergált fázis;

3) a diszperz rendszer stabilizátora.

A stabilizátor lehet ionos, molekuláris, de leggyakrabban nagy molekulájú.

Védőkolloidok- stabilizálás céljából hozzáadott makromolekuláris vegyületek (fehérjék, peptidek, polivinil-alkohol stb.).

2. asszociatív (vagy micellás kolloidok) - olyan szemikolloidok, amelyek megfelelő koncentrációjú molekulákban keletkeznek, amelyek kis molekulatömegű anyagok szénhidrogén-gyökeiből (amfifil molekulákból) állnak, miközben molekula-aggregátumokká (micellákká) kapcsolódnak. Micellák mosószerek (szappanok), szerves színezékek vizes oldataiban keletkeznek.

3. Molekuláris kolloidok (reverzibilis vagy liofil kolloidok) - természetes és szintetikus nagy molekulatömegű anyagok. Molekuláik kolloid részecskék (makromolekulák) méretűek.

A makromolekuláris vegyületek kolloidjainak híg oldatai homogén oldatok. Erősen hígítva ezek az oldatok betartják a híg oldatok törvényeit.

A nem poláris makromolekulák szénhidrogénekben oldódnak, a polárisak - poláris oldószerekben.

Reverzibilis kolloidok- olyan anyagok, amelyek száraz maradéka az oldószer új adagjának hozzáadásakor ismét feloldódik.

szilikátok. Közülük az alumínium-szilikátok a leggyakoribbak (egyértelmű, hogy ezek a szilikátok alumíniumot tartalmaznak). Az alumínium-szilikátok közé tartozik a gránit, különböző típusú agyagok és csillám. Az alumíniummentes szilikát például az azbeszt.

A SiO2-oxid nélkülözhetetlen a növények és állatok életében. Erőt ad a növények szárának és az állatok védőtakarójának. A halpikkelyek, a rovarhéjak, a pillangók szárnyai, a madártollak és az állati szőrzet erősek, mert szilícium-dioxidot tartalmaznak.

3) Strasszkő

A hegyikristály színtelen, átlátszó, általában vegytiszta, szinte szennyeződésektől mentes, a kvarc - SiO2 egyfajta alacsony hőmérsékletű módosulata, amely trigonális rendszerben kristályosodik. Egyszeres vagy prizmás-hatszögletű kristályok formájában fordul elő, amelyeket drúzokban gyűjtenek össze, néha egy tonnát vagy többet nyomnak.

A kvarc a földkéreg egyik leggyakoribb ásványa, a legtöbb magmás és metamorf kőzet kőzetképző ásványa. Kémiai képlet: SiO2.

A kvarc fajtái: színtelen, rózsakvarc, "szőrös", karneol, achát, "tigrisszem", csiszolt kavics.

5) Karneol képlet – SiO2, egyfajta kalcedon. Kémiai összetétel - SiO2 tartalom - 90-99%; Fe2O3, Al2O3, MgO, CaO, H2O szennyeződések vannak feljegyezve. A karneol, az acháthoz hasonlóan, lényegében kalcedon összetételű, összetett szerkezetű aggregátum.

A jáspis a kvarc - szilícium-dioxid SiO2 - átlátszatlan változata, rostos szerkezetű, amely ásványi anyagok széles skáláját tartalmazza: gránátot, hematitot, piritet stb. Ezért a jáspis nagyon sokféle színben különbözik, beleértve az összes tónust, kivéve a tiszta kék.

7) Ametiszt

Az ametiszt lila vagy vöröses kvarckristály, amely szilícium-dioxid és a trigonális rendszerhez tartozik.

Az opál a kvarc SiO2 amorf változata, változó víztartalommal (6-10%). Az Opál kémiai neve szilícium-dioxid-polihidrát. Az opál fő előnye, hogy a napfény hatására egymás után különböző sugarakat bocsát ki, így változatos színjátékot idéz elő. Háromféle opál ismert: fekete opál, amely nagyon sötétkék színű, színek "villogásával"; narancsvörös tűzopál és fehér opál.

7) Citrin A kő neve, amely a citreus - "citrom" szóból származik, ennek a kvarcfajtának a sárga árnyalatát jelzi, amelyet a vas vas szennyeződései adnak a citrinnek. A citrin jó a koncentrációra, a koncentrációra.

A jade fehér és zöld színű áttetsző ásvány. Ásványtani szempontból a jade szilícium-dioxid vegyület.

9) Az achát egyfajta áttetsző kvarc. Kémiai képlet: SiO2.

Szilíciumvegyületek alkalmazása:

A szilíciumot a szilikátiparban használják:

Természetes szilíciumvegyületeket - homokot (SiO2) és szilikátokat használnak kerámia, üveg és cement gyártásához.

A szilikát ragasztó széles körben ismert, az építőiparban szárítószerként, valamint a pirotechnikában és a mindennapi életben papír ragasztására használják.

Széles körben elterjedtek a szilikonolajok és szilikonok, amelyek szerves szilíciumvegyületeken alapulnak.

54) Betonok és ásványi anyagok korróziójának fizikai és kémiai alapjai.

A betonkorrózió minden ásványi építőanyag és szerkezet (beton, vasbeton, tégla, azbesztcement, szilikát, habbeton és pórusbeton blokkok) fő ellensége. A legsúlyosabb probléma a légköri-kémiai tényező hatása - az agresszív légköri anyagok (karbonátok, szulfátok, kloridok) hatása, valamint a gyakori fagyasztási-olvadási ciklusok.

Az ásványi alapú építőanyagok kapilláris-porózusak. Az agresszív légköri hatás következtében a porózus szerkezet belsejében kristályok képződnek, amelyek növekedése repedések megjelenéséhez vezet. Víznek, sóknak és szén-dioxidnak való kitettség következtében - a beton korróziója és az épületszerkezetek tönkremenetele.

Az ásványi felületek védelme globális feladat minden létesítmény tervezése, kivitelezése és üzemeltetése során. A modern építésben használt minden típusú épületre, szerkezetre és szerkezetre vonatkozik.

A szilícium (Si) a periódusos rendszer 4. csoportjának fő (A) alcsoportjának második eleme, amelyet Dmitrij Ivanovics Mengyelejev hozott létre. A szilícium nagyon elterjedt a természetben, ezért a második helyen áll (az oxigén után). Tehát szilícium és vegyületei nélkül nem létezne a földkéreg, amely több mint egynegyedében ennek a kémiai elemnek a vegyületeiből áll. Mik a szilícium tulajdonságai? Mi a vegyületeinek képlete és felhasználása? Melyek a legfontosabb szilíciumot tartalmazó anyagok? Próbáljuk meg kitalálni.

Szilícium elem és tulajdonságai

A szilícium a természetben számos allotróp módosulatban létezik – a leggyakoribb a kristályos szilícium és az amorf szilícium. Vizsgáljuk meg ezeket a módosításokat külön-külön.

Kristályos szilícium

A szilícium ebben a módosításban egy sötétszürke, meglehetősen kemény és törékeny anyag, acélfényű. Az ilyen szilícium félvezető; hasznos tulajdonsága, hogy a fémekkel ellentétben elektromos vezetőképessége a hőmérséklet emelkedésével nő. Az ilyen szilícium olvadáspontja 1415 °C. Ezenkívül a kristályos szilícium nem képes feloldódni vízben és különféle savakban.

A szilícium és vegyületeinek felhasználása a kristálymódosításban hihetetlenül sokrétű. Például a kristályos szilícium az űrhajókra és a háztetőkre felszerelt napelemek része. A szilícium egy félvezető, és képes a napenergiát elektromos energiává alakítani.

A napelemeken kívül a kristályos szilíciumot számos elektronikai eszköz és szilíciumacél előállítására használják.

Amorf szilícium

Az amorf szilícium egy barna/sötétbarna por, gyémántszerű szerkezettel. A kristályos szilíciummal ellentétben az elemnek ez az allotróp módosulata nem rendelkezik szigorúan rendezett kristályrácstal. Bár az amorf szilícium körülbelül 1400 °C-on olvad, sokkal reaktívabb, mint a kristályos szilícium. Az amorf szilícium nem vezet áramot, sűrűsége körülbelül 2 g/cm³.

Az ilyen szilíciumot leggyakrabban az élelmiszeriparban és a gyógyszerek gyártásában használják.

A szilícium kémiai tulajdonságai

A szilícium fő kémiai tulajdonsága az oxigénben való égés, ami egy rendkívül gyakori vegyület, a szilícium-oxid képződését eredményezi:

Si + O2 → SiO2 (hőmérsékleten).

Hevítéskor a szilícium, mint nemfém, vegyületeket képez különféle fémekkel. Az ilyen vegyületeket szilicideknek nevezik. Például:

2Ca + Si → Ca2Si (hőmérsékleten).

A szilicidek pedig víz vagy valamilyen sav segítségével nehézség nélkül lebomlanak. A reakció eredményeként a szilícium speciális hidrogénvegyülete képződik - szilángáz (SiH4):

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.

A szilícium a fluorral is kölcsönhatásba léphet (normál körülmények között):

Si + 2F2 → SiF4.

Melegítéskor a szilícium kölcsönhatásba lép más nemfémekkel:

Si + 2Cl2 → SiCl4 (400-600°).

3Si + 2N2 → Si3N4 (1000°).

Si + C → SiC (2000°).

Ezenkívül a szilícium lúgokkal és vízzel kölcsönhatásba lépve szilikátoknak nevezett sókat és hidrogéngázt képez:

Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2.

Ennek az elemnek a legtöbb kémiai tulajdonságait azonban a szilícium és vegyületeinek figyelembevételével elemezzük, mivel ezek a fő anyagok, amelyeken a szilícium felhasználása és más kémiai elemekkel való kölcsönhatása alapul. Tehát melyek a leggyakoribb szilíciumvegyületek?

Szilícium vegyületek

Korábban megtudtuk, mi az a szilícium elem, és milyen tulajdonságai vannak. Most nézzük meg a szilíciumvegyületek képleteit.

A szilícium részvételével hatalmas számú különböző vegyület képződik. Az elterjedtség tekintetében az első helyet a szilícium oxigénvegyületei foglalják el. Ebbe a kategóriába tartozik a SiO2 és az oldhatatlan kovasav.

A kovasav savas maradéka különféle szilikátokat képez (pl. CaSiO3 vagy Al2O3 SiO2). Az ilyen sókban és a fent bemutatott szilícium-oxigén-vegyületekben az elem tipikus oxidációs állapota +4.

A szilíciumsók is meglehetősen gyakoriak - szilicidek (Mg2Si, NaSi, CoSi) és hidrogénnel alkotott szilíciumvegyületek (például szilángáz). A szilánról ismert, hogy vakító villanással spontán meggyullad a levegőben, és a szilicidek vízzel és különféle savakkal egyaránt könnyen lebomlanak.

Tekintsük részletesebben a szilíciumot és vegyületeit, amelyek a leggyakoribbak.

Szilícium-dioxid

Ennek az oxidnak egy másik neve szilícium-dioxid. Ez egy szilárd és tűzálló anyag, amely nem oldódik vízben és savakban, és atomos kristályrácsa van. A természetben a szilícium-oxid olyan ásványi anyagokat és drágaköveket mint a kvarc, ametiszt, opál, achát, kalcedon, jáspis, kovakő és néhány más.

Meg kell jegyezni, hogy szilíciumból készült primitív emberek maguk készítettek munka- és vadászeszközeiket. Flint megalapozta az ún kőkorszak mindenütt elérhetősége és a forgácsoláskor éles vágóélek kialakítására való képessége miatt.

Ez a szilícium-oxid, amely erőssé teszi a növények, például a nád, a nád és a zsurló, a sás leveleit és a fű szárát. Egyes állatok külső védőburkolata is tartalmaz szilícium-dioxidot.

Ezenkívül ez a szilikát ragasztó alapja, amely szilikon tömítőanyagot és szilikongumit hoz létre.

A szilícium-oxid kémiai tulajdonságai

A szilícium-dioxid számos kémiai elemmel lép kölcsönhatásba - fémekkel és nemfémekkel egyaránt. Például:

Magas hőmérsékleten a szilícium-dioxid kölcsönhatásba lép lúgokkal, sókat képezve:

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O (hőmérsékleten).

Ez a vegyület tipikus savas oxidként szilikátokat ad különféle fémek oxidjaival való kölcsönhatás eredményeként:

SiO2 + CaO → CaSiO3 (hőmérsékleten).

Vagy karbonátsókkal:

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2 (hőmérsékleten).

A szilícium-dioxid egyik legfontosabb kémiai tulajdonsága, hogy képes tiszta szilíciumot nyerni belőle. Ezt kétféleképpen lehet megtenni - dioxidot magnéziummal vagy szénnel reagáltatva:

SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (hőmérsékleten).

SiO2 + 2C → Si + 2CO (hőmérsékleten)

Kovasav

A kovasav nagyon gyenge. Vízben nem oldódik, és a reakciók során kocsonyás csapadék képződik, amely néha képes kitölteni az oldat teljes térfogatát. Amikor ez a keverék megszárad, látható a kialakult szilikagél, amelyet adszorbensként (más anyagok abszorbensként) használnak.

A kovasav előállításának legelérhetőbb és legáltalánosabb módja a következő képlettel fejezhető ki:

K2SiO3 + 2HCl → 2KCl + H2SiO3↓.

Szilicidek

Figyelembe véve a szilíciumot és vegyületeit, nagyon fontos az olyan sókról beszélni, mint a szilicidek. A szilícium ilyen vegyületeket képez fémekkel, és általában -4 oxidációs állapotot ér el. Az olyan fémek azonban, mint a higany, a cink, a berillium, az arany és az ezüst, nem képesek kölcsönhatásba lépni a szilíciummal és szilicideket képezni.

A leggyakoribb szilicidek a Mg2Si, Ca2Si, NaSi és néhány más.

szilikátok

Az olyan vegyületek, mint a szilikátok, a második leggyakoribbak a szilícium-dioxid után. A sók-szilikátok meglehetősen összetett anyagoknak számítanak, mivel összetett szerkezetűek, és a legtöbb ásványnak és kőzetnek is részei.

A természetben legelterjedtebb szilikátok - alumínium-szilikátok - a gránit, csillám, különféle agyagfajták. Egy másik jól ismert szilikát az azbeszt, amelyből tűzálló szöveteket készítenek.

Szilícium alkalmazása

Mindenekelőtt a szilíciumot félvezető anyagok és saválló ötvözetek előállítására használják. A szilícium-karbidot (SiC) gyakran használják szerszámgépek élezésére és drágakövek polírozására.

Az olvadt kvarcból stabil és erős kvarc edényeket készítenek.

A szilíciumvegyületek az üveg- és cementgyártás alapját képezik.

Az üvegek összetételében különböznek egymástól, amelyben szükségszerűen jelen van a szilícium. Például az ablaküvegek mellett vannak tűzálló, kristály, kvarc, színes, fotokróm, optikai, tükör és egyéb üvegek.

Amikor a cementet vízzel keverik, speciális anyag képződik - cementhabarcs, amelyből építőanyagot, például betont nyernek.

A szilikátipar ezen anyagok előállításával foglalkozik. A szilikátipar az üvegen és a cementen kívül téglát, porcelánt, cserépedényt és ezekből készült különféle tárgyakat gyárt.

Következtetés

Tehát rájöttünk, hogy a szilícium a legfontosabb kémiai elem, amely széles körben elterjedt a természetben. A szilíciumot az építőiparban és művészi tevékenységés az élő szervezetek számára is nélkülözhetetlen. Az egyszerű üvegtől a legértékesebb porcelánig számos anyag tartalmaz szilíciumot és vegyületeit.

A kémia tanulmányozása lehetővé teszi, hogy megismerjük a minket körülvevő világot, és megértsük, hogy nem minden, még a legcsodálatosabb és legdrágább is, olyan titokzatos és titokzatos, mint amilyennek tűnhet. Sok sikert kívánunk a tudományos ismeretek terén és egy olyan kiváló tudomány tanulmányozásában, mint a kémia!

SZILÍCIUM

(Szilícium), Si - chem. a periódusos elemrendszer IV. csoportjának eleme; nál nél. n. 14, at. m. 28.086. A kristályos szilícium egy sötétszürke anyag, gyantás fényű. A legtöbb vegyületben - 4, +2 és +4 - oxidációs állapotot mutat. A természetes szilícium stabil izotópokból áll: 28Si (92,28%), 29Si (4,67%) és 30Si (3,05%). A radioaktív 27Si-t, a 31Si-t és a 32Si-t 4,5 másodperc, 2,62 óra és 700 év felezési idővel kapták. A K.-t először 1811-ben a franciák azonosították. kémikus és fizikus J. L. Gay-Lussac és fr. L. J. Tenar vegyész, de csak 1823-ban azonosította a svéd J. J. Berzelius vegyész és ásványkutató.

A földkéregben való elterjedtségét tekintve (27,6%) a szilícium a második (az oxigén után) elem. Helyszín preim. szilícium-dioxid Si02 és egyéb oxigéntartalmú anyagok (szilikátok, alumínium-szilikátok stb.) formájában. Normál körülmények között a gyémánt stabil félvezető módosulata képződik, amelyet a gyémánt típusú lapközpontú köbös szerkezet jellemez, a periódus a = 5,4307 A. Az atomok közötti távolság 2,35 A. Sűrűség 2,328 g/cm. Nagy nyomáson (120-150 kbar) sűrűbb félvezető és fémes módosulatokká alakul át. A fémmódosítás egy szupravezető, amelynek átmeneti hőmérséklete 6,7 K. A nyomás növekedésével az olvadáspont 1 bar nyomáson 1415 ± 3 °C-ról 15 104 bar nyomáson 810 °C-ra csökken (a hármaspont félvezető, fém és folyadék együttélése K. ). Az olvadás során az atomközi kötések koordinációs számának növekedése és fémesedése következik be. Az amorf szilícium a kis hatótávolságú rend jellegében közel áll a folyékonyhoz, ami egy erősen torz testközpontú kockaszerkezetnek felel meg. Debye t-ra közel 645 K. Coeff. a hőmérséklet lineáris tágulása t-ry változásával szélsőséges törvény szerint változik, t-ry 100 K alatt negatívvá válik, t-re 80 K-en elérve a minimális (-0,77 10 -6) fok -1 fokot; t-re 310 K-en egyenlő 2,33 10 -6 fok -1, t-re 1273 K -4,8 10 fok -1 értékkel. Olvadáshő 11,9 kcal/g-atom; forráspont 3520 K.

Az olvadásponti szublimációs hő 110, illetve 98,1 kcal/g-atom. A szilícium hő- és elektromos vezetőképessége a kristályok tisztaságától és tökéletességétől függ. A t-ry együttható növekedésével. A tiszta K hővezető képessége először növekszik (8,4 cal/cm XX mp-ig t-re 35 K-en), majd csökken, elérve a 0,36 és 0,06 cal/cm s-ot t-re 300 és 1200 K-en. A K. entalpiája, entrópiája és hőkapacitása normál körülmények között 770 cal/g-atom, 4,51 és 4,83 cal/g-atom-fok. A szilícium diamágneses, a szilárd (-1,1 10 -7 emu/g) és a folyadék (-0,8 10 -7 emu/g) mágneses szuszceptibilitása. A szilícium gyengén függ a t-ry-től. A folyadék K. felületi energiája, sűrűsége és kinematikai viszkozitása az olvadásponton 737 erg/cm2, 2,55 g/cm3 és 3 x 10 m2/sec. A kristályos szilícium egy tipikus félvezető, amelynek sávszélessége 0 K hőmérsékleten 1,15 eV, 300 K hőmérsékleten 1,08 eV. Szobahőmérsékleten a belső töltéshordozók koncentrációja megközelíti az 1,4 10 10 cm - 3 értéket, a Az elektronok és lyukak effektív mobilitása 1450, illetve 480 cm 2 /v sec, elektromos ellenállása 2,5 105 ohm cm. A t-ry növekedésével exponenciálisan változnak.

A szilícium elektromos tulajdonságai a szennyeződések természetétől és koncentrációjától, valamint a kristály tökéletességétől függenek. Általában a p- és n-típusú vezetőképességű K. félvezető előállításához a IIIb (bór, alumínium, gallium) és Vb (foszfor, arzén, antimon, bizmut) alcsoportokkal adalékolják, létrehozva az akceptor és donor szintek halmazát. , illetve a zónák határainak közelében található. A doppingoláshoz más elemeket is használnak (például), amelyek ún. mély szintek, to-rozs határozza meg a töltéshordozók befogását és rekombinációját. Ez lehetővé teszi a magas elektromos értékű anyagok előállítását. ellenállás (1010 ohm cm t-re 80 K-en) és a kisebbségi töltéshordozók rövid fennállása, ami a különféle eszközök teljesítményének növelése szempontjából fontos. Coeff. a szilícium termoelektromos ereje alapvetően a hőmérséklettől és a szennyeződésektől függ, az elektromos ellenállás növekedésével növekszik (p = 0,6 ohm - cm, a = 103 μV / fok mellett). A szilícium dielektromos állandója (11-15) gyengén függ az egykristályok összetételétől és tökéletességétől. A szilícium optikai abszorpciójának mintázata erősen változik a tisztaság, a koncentráció és a szerkezeti hibák természetének, valamint a hullámhossznak a változásával.

Az elektromágneses rezgések közvetett abszorpciójának határa közel 1,09 eV, a közvetlen abszorpcióé - 3,3 eV. A spektrum látható tartományában a komplex törésmutató (n - ik) paraméterei igen jelentős mértékben függnek a felület állapotától és a szennyeződések jelenlététől. Különösen tiszta K.-nek (atλ \u003d 5461 A és t-re 293 K) n \u003d 4,056 és k = 0,028. Az elektronmunka függvény közel 4,8 eV. A szilícium törékeny. Keménysége (t-ra 300 K) Mohs szerint - 7; HB = 240; HV y \u003d 103; És \u003d 1250 kgf / mm2; normamodulus, rugalmasság (polikristály) 10 890 kgf/mm2. A szakítószilárdság a kristály tökéletességétől függ: hajlításhoz 7-től 14-ig, összenyomáshoz 49-től 56 kgf/mm2-ig; együttható összenyomhatóság 0,325 1066 cm2/kg.

Szobahőmérsékleten a szilícium gyakorlatilag nem lép kölcsönhatásba gáznemű (kivéve) és szilárd reagensekkel, kivéve a lúgokat. Emelkedett t-re aktívan kölcsönhatásba lép fémekkel és nemfémekkel. Különösen SiC-karbidot (1600 K feletti t-re), Si3N4-nitridet (1300 K feletti t-re), SiP-foszfidot (1200 K feletti t-re) és arzenideket Si As, SiAS2 (t-re) képez. 1000 K felett). 700 K feletti t-re hőmérsékleten oxigénnel reagál, Si02-dioxidot képezve, halogénekkel - SiF4-fluoriddal (300 K feletti t-re), SiCl4-kloriddal (500 K feletti t-re), SiBr4-bromiddal (t-re-nél) 700 K) és SiI4 csomópont (t-re 1000 K-en). Intenzíven reagál sok mással. fémek, szilárd szubsztitúciós oldatokat képezve bennük vagy kémiailag. vegyületek - szilicidek. A szilárd oldatok homogenitásának koncentrációtartománya az oldószer jellegétől függ (pl. germániumban 0-100%, vasban legfeljebb 15%, alfa-cirkóniumban kevesebb, mint 0,1%).

A kemény kovakőben sokkal kevesebb fém és nem fém található, és általában retrográd. Ugyanakkor a K.-ban sekély szinteket létrehozó szennyeződések korlátozó tartalma eléri a maximumot ( 2 10 18 , 10 19 , 2 10 19 , 1021 . terület t-r 1400-1600 K. A mélyszintű szennyeződések lényegesen kevésbé oldódnak (a szelén esetében 1015-ről és a vasnál 5 10 16-ról a nikkelre 7 10 17-re és a rézre 10,18 cm-3-re). Folyékony állapotban a szilícium korlátlan ideig keveredik az összes fémmel, gyakran nagyon nagy hőleadás mellett. A tiszta szilíciumot 99% Si-t és 0,03% Fe-t, Al-t és Co-t tartalmazó műszaki termékből állítják elő, amelyet elektromos kemencékben a kvarc szénnel történő redukálásával nyernek. Először a szennyeződéseket kimossák belőle (sósav és kénsav, majd hidrogén-fluorsav és kénsav keverékével), majd a kapott terméket (99,98%) klórral kezelik. Szintetizálva, desztillációval tisztítva.

A félvezető szilíciumot SiCl4 (vagy SiHCl3) klorid hidrogénnel történő redukálásával vagy SiH4-hidrid hőbontásával állítják elő. Az egykristályok végső tisztítását és szaporítását tégelymentes zónával sima vagy Czochralski-módszerrel végezzük, így különösen tiszta tuskót kapunk (szennyezőanyag-tartalom 1010-1013 cm-3-ig) cp > 10 3 ohm cm. A K. célja a kloridok előállítása során vagy az egykristályok növekedése során a szükséges szennyeződések adagolt mennyiségét juttatják beléjük. Így készülnek a 2-4 átmérőjű és 3-10 cm hosszúságú hengeres bugák Különleges. a célpontok nagyobb egykristályokat is termelnek. A műszaki szilíciumot és különösen a vasat acél deoxidálószerként és redukálószerként, valamint ötvöző adalékként használják. Különböző elemekkel adalékolt egykristályos K. különösen tiszta mintáit használják különféle gyengeáramú (különösen termoelektromos, rádiós, fény- és fototechnikai) és nagyáramú (egyenirányítók, átalakítók) berendezések alapjául.

Szilícium vagy szilícium

A szilícium nemfém, atomjai 4 elektronból állnak a külső energiaszinten. Képes adományozni őket, megmutatva az oxidációs állapotot + 4, és elektronokat kötni, amelyek az oxidációs állapotot mutatják - 4. A szilícium elektronfogadó képessége azonban sokkal kisebb, mint a széné. A szilícium atomok sugara nagyobb, mint a szénatomoké.

Szilícium megtalálása a természetben

A szilícium nagyon elterjedt a természetben. a földkéreg tömegének több mint 26%-át teszi ki. Elterjedtségét tekintve a második helyen áll (az oxigén után). A szénnel ellentétben a C nem fordul elő szabad állapotban a természetben. Különféle kémiai vegyületek része, főleg a szilícium-oxid (IV) különféle módosításai és a kovasavak sói (szilikátok).

Szilícium beszerzése

Az iparban a műszaki tisztaságú (95-98%) szilíciumot SiO helyreállításával nyerik 2 koksz elektromos kemencében kalcinálás közben:

SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

SiO 2 + 2Mg \u003d Si + 2MgO

Ily módon amorf barna szilíciumport kapunk szennyeződésekkel. Olvadt fémekből (Zn, Al) átkristályosítva kristályos állapotba vihető át.

A félvezető technológiához a szilícium nagyon Nagy tisztaságú 1000°C-on szilícium-tetraklorid SiCl redukciójával nyerjük 4 pár cink:

SiCl 4 + 2Zn \u003d Si + 2ZnCl 2

és ezt követően speciális módszerekkel megtisztítva.

A szilícium fizikai és kémiai tulajdonságai

A tiszta kristályos szilícium törékeny és kemény, karcolódik. A gyémánthoz hasonlóan ennek is van egy köbös kristályrácsa kovalens kötéstípussal. Olvadáspontja 1423 °C. Normál körülmények között a szilícium inaktív elem, csak a fluorral egyesül, de hevítve különféle kémiai reakciókba lép.

Értékes anyagként használják a félvezető technológiában. Más félvezetőkkel összehasonlítva jelentős savakkal szembeni ellenállása és magas elektromos ellenállásának képessége 300°C-ig. A műszaki szilíciumot és a ferroszilíciumot a kohászatban hőálló, saválló és szerszámacélok, öntöttvasak és sok más ötvözet előállítására is használják.

A fémekkel a szilícium szilicideknek nevezett kémiai vegyületeket képez, magnéziummal hevítve magnézium-szilicid keletkezik:

Si + 2Mg = Mg 2 Si

A fém-szilicidek szerkezetükben és tulajdonságaiban a karbidokra hasonlítanak, ezért a fémszerű szilicidek, valamint a fémszerű karbidok nagy keménységükkel, magas olvadáspontjukkal és jó elektromos vezetőképességükkel tűnnek ki.

Amikor a homok és a koksz keverékét elektromos kemencékben kalcinálják, szilícium-vegyületek képződnek szénnel - szilícium-karbid vagy karborund:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO

A karborundum tűzálló, színtelen szilárd anyag, értékes koptató- és hőálló anyag. A karborundumhoz hasonlóan atomi kristályrácsa van. Tiszta állapotában szigetelő, de szennyeződések jelenlétében félvezetővé válik.

szilícium, valamint , két oxidot képez: szilícium-oxid (II) SiO és szilícium-oxid (IV) SiO 2 . A szilícium-oxid (IV) szilárd, tűzálló anyag, szabad állapotban széles körben elterjedt a természetben. Ez a kémiailag stabil anyag csak fluorral és gázhalmazállapotú hidrogén-fluoriddal vagy hidrogén-fluoriddal lép kölcsönhatásba:

SiO 2 + 2F 2 \u003d SiF 4 + O 2

SiO 2 + 4HF \u003d SiF 4 + 2H 2 O

A reakciók adott irányát az magyarázza, hogy a szilícium nagy affinitású a fluorhoz. Ezenkívül a szilícium-tetrafluorid illékony anyag.

Technológiában átlátszó SiO 2 stabil tűzálló kvarcüveg gyártására használják, amely jól átereszti az ultraibolya sugarakat, nagy a tágulási együtthatója, ezért ellenáll a jelentős pillanatnyi hőmérsékletváltozásoknak. A szilícium-oxid (II) tripoli amorf módosítása - nagy porozitású. Hő- és hangszigetelőként használják, dinamit (robbanóhordozó) előállításához stb. A szilícium-oxid (IV) közönséges homok formájában az egyik fő építőanyag. Tűz- és saválló anyagok, üveg, kohászat folyasztószerként stb. gyártásához használják.

Összehasonlítható molekulaképletek, kémiai és fizikai tulajdonságok szén-monoxid (IV) és szilícium-oxid (IV), könnyen belátható, hogy ezeknek a kémiailag hasonló vegyületeknek a tulajdonságai eltérőek. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a szilícium (IV)-oxid nem egyszerűen SiO molekulákból áll 2 , hanem társaiktól, amelyekben a szilícium atomokat oxigénatomok kapcsolják össze. Szilícium(IV)-oxid (SiO 2 )n . Képe a síkon:

¦ ¦ ¦

o o o

¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦

o o o

¦ ¦ ¦

— O — Si — O — Si — O — Si — O —

¦ ¦ ¦

o o o

¦ ¦ ¦

A szilícium atomok a tetraéder közepén, az oxigénatomok a sarkaiban helyezkednek el. A Si-O kötések nagyon erősek, ez magyarázza a szilícium-oxid (IV) nagy keménységét.

Kémiai tulajdonságai szerint a szilícium (IV)-oxid savas oxid. Vízzel közvetlenül nem lép reakcióba, ezért kovasav csak közvetve nyerhető, a kovasav sóira só- vagy kénsavval hatva.