Kremík vo voľnej forme izolovali v roku 1811 J. Gay-Lussac a L. Tenard prechodom pár fluoridu kremíka cez kovový draslík, ale nepopísali ho ako prvok. Švédsky chemik J. Berzelius v roku 1823 opísal kremík, ktorý získal úpravou draselnej soli K 2 SiF 6 kovovým draslíkom pri vysokej teplote. Nový prvok dostal názov „kremík“ (z latinského silex – pazúrik). Ruský názov „kremík“ zaviedol v roku 1834 ruský chemik German Ivanovič Hess. Preložené z inej gréčtiny. krhmnoz- "útes, hora".

Byť v prírode, získať:

V prírode sa kremík nachádza vo forme oxidu a kremičitanov rôzneho zloženia. Prírodný oxid kremičitý sa vyskytuje hlavne vo forme kremeňa, hoci existujú aj iné minerály - cristobalit, tridymit, kitit, kuzit. Amorfný oxid kremičitý sa nachádza v ložiskách rozsievok na dne morí a oceánov – tieto ložiská vznikli zo SiO 2, ktorý bol súčasťou rozsievok a niektorých nálevníkov.
Voľný kremík je možné získať kalcináciou jemného bieleho piesku horčíkom, čo je v chemickom zložení takmer čistý oxid kremičitý, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Priemyselný kremík sa získava redukciou taveniny Si02 koksom pri teplote asi 1800 °C v oblúkových peciach. Čistota takto získaného kremíka môže dosiahnuť 99,9 % (hlavné nečistoty sú uhlík, kovy).

Fyzikálne vlastnosti:

Amorfný kremík má formu hnedého prášku, ktorého hustota je 2,0 g/cm3. Kryštalický kremík - v diamantovej mriežke kryštalizuje tmavošedá, lesklá kryštalická látka, krehká a veľmi tvrdá. Je to typický polovodič (vedie elektrinu lepšie ako izolant gumového typu a horšie ako vodič - meď). Kremík je krehký, až pri zahriatí nad 800 °C sa stáva plastickým. Zaujímavosťou je, že kremík je transparentný pre infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou 1,1 mikrometra.

Chemické vlastnosti:

Chemicky je kremík neaktívny. Pri izbovej teplote reaguje iba s plynným fluórom za vzniku prchavého fluoridu kremičitého SiF 4 . Pri zahriatí na teplotu 400-500 °C kremík reaguje s kyslíkom za vzniku oxidu, s chlórom, brómom a jódom - za vzniku zodpovedajúcich ľahko prchavých tetrahalogenidov SiHal 4 . Pri teplote okolo 1000°C kremík reaguje s dusíkom za vzniku nitridu Si 3 N 4, s bórom tepelne a chemicky stabilných boridov SiB 3, SiB 6 a SiB 12. Kremík priamo nereaguje s vodíkom.
Na leptanie kremíka sa najčastejšie používa zmes kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej.
Kremík sa rozpúšťa v horúcich alkalických roztokoch: Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2
Kremík je charakterizovaný zlúčeninami s oxidačným stavom +4 alebo -4.

Najdôležitejšie spojenia:

Oxid kremičitý, SiO2- (anhydrid kyseliny kremičitej), bezfarebný. krist. látka, žiaruvzdorná (1720 C), s vysokou tvrdosťou. Oxid kyseliny, chemicky neaktívny, interaguje s roztokmi kyseliny fluorovodíkovej a zásad, pričom v druhom prípade tvoria soli kyselín kremičitých - kremičitany. Silikáty vznikajú aj pri fúzii oxidu kremičitého s alkáliami, zásaditými oxidmi a niektorými soľami.
Si02 + 4NaOH = Na4Si04 + 2H20; Si02 + CaO \u003d CaSi03;
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 CaSi 6 O 14 + 2CO 2 (zmes kremičitan sodnovápenatý, sklo)
Kyseliny kremičité- slabý, nerozpustný, vzniká pridaním kyseliny do roztoku kremičitanu vo forme gélu (želatínovej hmoty). H 4 SiO 4 (ortosilikón) a H 2 SiO 3 (metasilikón alebo kremík) existujú iba v roztoku a po zahriatí a vysušení sa nevratne menia na SiO 2 . Výsledný pevný porézny produkt - silikagél, má vyvinutý povrch a používa sa ako adsorbent plynu, sušidlo, katalyzátor a nosič katalyzátora.
silikáty- soli kyselín kremičitých sú väčšinou (okrem kremičitanov sodných a draselných) nerozpustné vo vode. Rozpustné kremičitany v roztoku podliehajú silnej hydrolýze.
Zlúčeniny vodíka- analógy uhľovodíkov, silány zlúčeniny, v ktorých sú atómy kremíka spojené jednoduchou väzbou, Silenes ak sú atómy kremíka viazané dvojitou väzbou. Podobne ako uhľovodíky, aj tieto zlúčeniny tvoria reťazce a kruhy. Všetky silány sa môžu spontánne vznietiť, vytvárať výbušné zmesi so vzduchom a ľahko reagovať s vodou: SiH 4 + 2H 2 O \u003d SiO 2 + 4H 2
Fluorid kremičitý SiF 4, plyn s nepríjemným zápachom, jedovatý, vznikajúci pôsobením kyseliny fluorovodíkovej (fluorovodíkovej) na kremík a mnohé jeho zlúčeniny vrátane skla:
Na2Si03 + 6HF = 2NaF + SiF4 + 3H20
Reaguje s vodou za vzniku oxidu kremičitého a hexafluorokremík(H2SiF6) kyseliny:
3SiF4 + 3H20 \u003d 2H2SiF6 + H2Si02
H 2 SiF 6 je svojou silou blízka kyseline sírovej, soli sú fluorokremičitany.

Aplikácia:

Najväčšie využitie nachádza kremík pri výrobe zliatin na dodávanie pevnosti hliníku, medi a horčíku a na výrobu ferosilicídov, ktoré sú dôležité pri výrobe ocelí a polovodičovej technológii. Kremíkové kryštály sa používajú v solárnych článkoch a polovodičových zariadeniach – tranzistoroch a diódach. Kremík slúži aj ako surovina na výrobu organokremičitých zlúčenín, čiže siloxánov, získavaných vo forme olejov, mazív, plastov a syntetických kaučukov. Anorganické zlúčeniny kremíka sa používajú v keramickej a sklárskej technike, ako izolačný materiál a piezokryštály.

Pre niektoré organizmy je kremík dôležitým biogénnym prvkom. Je súčasťou nosných štruktúr u rastlín a kostrových štruktúr u zvierat. Vo veľkých množstvách kremík koncentrujú morské organizmy - rozsievky, rádiolárie, huby. Veľké množstvo kremíka sa koncentruje v prasličkách a obilninách, predovšetkým v podčeľade bambusu a ryže, vrátane obyčajnej ryže. Ľudské svalové tkanivo obsahuje (1-2) 10 -2% kremíka, kostné tkanivo - 17 10 -4%, krv - 3,9 mg / l. S jedlom sa denne dostáva do ľudského tela až 1 g kremíka.

Antonov S.M., Tomilin K.G.
Štátna univerzita KhF Tyumen, 571 skupín.

Zdroje: Silicon. Wikipedia; Kremík v online encyklopédii "Krugosvet" , ;
Silikónová stránka

Kremík (Si) - stojí v perióde 3, IV. skupine hlavnej podskupiny periodickej sústavy. Fyzikálne vlastnosti: kremík existuje v dvoch modifikáciách: amorfný a kryštalický. Amorfný kremík je hnedý prášok s hustotou 2,33 g/cm3, ktorý sa rozpúšťa v tavenine kovov. Kryštalický kremík sú tmavosivé kryštály s oceľovým leskom, tvrdé a krehké, s hustotou 2,4 g/cm3. Kremík pozostáva z troch izotopov: Si (28), Si (29), Si (30).

Chemické vlastnosti: elektronická konfigurácia: 1s22s22p63 s23p2 . Kremík je nekov. Na vonkajšej energetickej úrovni má kremík 4 elektróny, čo určuje jeho oxidačné stavy: +4, -4, -2. Valencia - 2, 4. Amorfný kremík má väčšiu reaktivitu ako kryštalický. Za normálnych podmienok interaguje s fluórom: Si + 2F2 = SiF4. Si pri 1000 °C reaguje s nekovmi: s CL2, N2, C, S.

Z kyselín interaguje kremík iba so zmesou kyseliny dusičnej a kyseliny fluorovodíkovej:

S ohľadom na kovy sa správa inak: dobre sa rozpúšťa v roztavenom Zn, Al, Sn, Pb, ale nereaguje s nimi; s inými taveninami kovov - s Mg, Cu, Fe, kremík interaguje za vzniku silicídov: Si + 2Mg = Mg2Si. Kremík horí v kyslíku: Si + O2 = SiO2 (piesok).

Oxid kremičitý alebo oxid kremičitý- stabilné pripojenie Si, je v prírode široko rozšírený. Svojou fúziou reaguje s alkáliami, zásaditými oxidmi, pričom vznikajú soli kyseliny kremičitej – kremičitany. Potvrdenie: v priemysle sa čistý kremík získava redukciou oxidu kremičitého koksom v elektrických peciach: SiO2 + 2С = Si + 2СO?.

V laboratóriu sa kremík získava kalcináciou bieleho piesku horčíkom alebo hliníkom:

Si02 + 2Mg = 2MgO + Si.

3Si02 + 4Al = Al203 + 3Si.

Kremík tvorí kyseliny: H2 Si03 - kyselina metakremičitá; H2 Si2O5 sú dve kyseliny metakremičité.

Nález v prírode: kremeňový minerál - SiO2. Kryštály kremeňa majú tvar šesťhranného hranolu, bezfarebný a priehľadný, nazývaný horský krištáľ. Ametyst - horský krištáľ, farbený na fialovo s nečistotami; dymový topaz je natretý hnedou farbou; achát a jaspis sú kryštalické odrody kremeňa. Amorfný oxid kremičitý je menej bežný a existuje vo forme minerálu opálu SiO2 nH2O. Kremelina, tripolit alebo kremelina (kremelina) sú zemité formy amorfného kremíka.

42. Koncept koloidných roztokov

Koloidné roztoky– vysoko disperzné dvojfázové systémy pozostávajúce z disperzného média a disperznej fázy. Veľkosti častíc sú medzi skutočnými roztokmi, suspenziami a emulziami. O koloidné častice molekulové alebo iónové zloženie.

Existujú tri typy vnútornej štruktúry primárnych častíc.

1. Suspenzoidy (alebo ireverzibilné koloidy)– heterogénne systémy, ktorých vlastnosti môžu byť určené vyvinutým medzifázovým povrchom. V porovnaní so suspenziami sú viac rozptýlené. Bez stabilizátora disperzie nemôžu dlhodobo existovať. Volajú sa ireverzibilné koloidy z dôvodu, že ich vyzrážanie po odparení opäť netvorí sóly. Ich koncentrácia je nízka – 0,1 %. Mierne sa líšia od viskozity dispergovaného média.

Suspenzoidy je možné získať:

1) disperzné metódy (brúsenie veľkých telies);

2) kondenzačné metódy (získanie nerozpustných zlúčenín pomocou výmenných reakcií, hydrolýzy atď.).

Spontánny pokles disperzie v suspenzoidoch závisí od voľnej povrchovej energie. Na získanie dlhotrvajúcej suspenzie sú potrebné podmienky na jej stabilizáciu.

Stabilné disperzné systémy:

1) disperzné médium;

2) dispergovaná fáza;

3) stabilizátor disperzného systému.

Stabilizátor môže byť iónový, molekulárny, ale najčastejšie vysokomolekulárny.

Ochranné koloidy- makromolekulárne zlúčeniny, ktoré sa pridávajú na stabilizáciu (proteíny, peptidy, polyvinylalkohol atď.).

2. Asociatívne (alebo micelárne koloidy) - semikoloidy vznikajúce pri dostatočnej koncentrácii molekúl pozostávajúcich z uhľovodíkových radikálov (amfifilných molekúl) látok s nízkou molekulovou hmotnosťou pri ich spájaní do agregátov molekúl (micely). Micely vznikajú vo vodných roztokoch detergentov (mydiel), organických farbív.

3. Molekulové koloidy (reverzibilné alebo lyofilné koloidy) - prírodné a syntetické látky s vysokou molekulovou hmotnosťou. Ich molekuly majú veľkosť koloidných častíc (makromolekúl).

Zriedené roztoky koloidov makromolekulových zlúčenín sú homogénne roztoky. Pri silnom zriedení sa tieto roztoky riadia zákonmi zriedených roztokov.

Nepolárne makromolekuly sa rozpúšťajú v uhľovodíkoch, polárne - v polárnych rozpúšťadlách.

Reverzibilné koloidy- látky, ktorých suchý zvyšok po pridaní novej časti rozpúšťadla opäť prechádza do roztoku.

silikáty. Medzi nimi sú najbežnejšie hlinitokremičitany (je zrejmé, že tieto kremičitany obsahujú hliník). Hlinitokremičitany zahŕňajú žulu, rôzne druhy ílov a sľudu. Kremičitanom bez obsahu hliníka je napríklad azbest.

Oxid SiO2 je nevyhnutný pre život rastlín a živočíchov. Dodáva silu stonkám rastlín a ochranným krytom zvierat. Rybie šupiny, ulity hmyzu, motýlie krídla, vtáčie perie a zvieracia srsť sú silné, pretože obsahujú oxid kremičitý.

3) Štrasový kameň

Horský krištáľ je bezfarebná, priehľadná, zvyčajne chemicky čistá, takmer bez nečistôt, druh nízkoteplotnej modifikácie kremeňa - SiO2, ktorý kryštalizuje v trigonálnej sústave. Vyskytuje sa vo forme jednotlivých alebo hranolovo-šesťhranných kryštálov zhromaždených v drúzach, niekedy vážiacich tonu alebo viac.

Kremeň je jedným z najbežnejších minerálov v zemskej kôre, horninotvorný minerál väčšiny magmatických a metamorfovaných hornín. Chemický vzorec: SiO2.

Odrody kremeňa: bezfarebný, ružový kremeň, "chlpatý", karneol, achát, "tigrie oko", leštené kamienky.

5) Karneolový vzorec - SiO2, druh chalcedónu. Chemické zloženie - obsah SiO2 - 90-99%; Zaznamenajú sa nečistoty Fe2O3, Al2O3, MgO, CaO, H2O. Karneol, podobne ako achát, je agregát v podstate chalcedónového zloženia s komplexnou štruktúrou.

Jaspis je nepriehľadná odroda kremeňa - oxidu kremičitého SiO2 - s vláknitou štruktúrou, ktorá zahŕňa širokú škálu minerálov: granáty, hematit, pyrit atď. Jaspis sa preto vyznačuje veľkou rozmanitosťou farieb, vrátane všetkých tónov okrem čistých Modrá.

7) Ametyst

Ametysty sú fialové alebo červenkasté kryštály kremeňa, ktoré sú oxidom kremičitým a patria do trigonálneho systému.

Opál je amorfná odroda kremeňa SiO2 s premenlivým obsahom vody (6-10%). Chemický názov opálu je polyhydrát oxidu kremičitého. Hlavnou výhodou opálu je schopnosť postupne vyžarovať rôzne lúče pod vplyvom slnečného žiarenia, čo spôsobuje pestrú hru farieb. Sú známe tri druhy opálu: čierny opál, ktorý má veľmi tmavomodrú farbu s "zábleskmi" farieb; oranžovo-červený ohnivý opál a biely opál.

7) Citrín Názov kameňa, odvodený od slova citreus – „citrón“, označuje žltý odtieň tejto odrody kremeňa, ktorý citrínu dodávajú nečistoty trojmocného železa. Citrín je dobrý na koncentráciu, koncentráciu.

Jadeit je priesvitný minerál bielej a zelenej farby. Z mineralogického hľadiska je jadeit zlúčenina oxidu kremičitého.

9) Achát je druh priesvitného kremeňa. Chemický vzorec: SiO2.

Aplikácia zlúčenín kremíka:

Kremík sa používa v silikátovom priemysle:

Prírodné zlúčeniny kremíka - piesok (SiO2) a silikáty sa používajú na výrobu keramiky, skla a cementu.

Silikátové lepidlo je široko známe, používa sa v stavebníctve ako vysúšadlo, v pyrotechnike a v každodennom živote na lepenie papiera.

Silikónové oleje a silikóny, materiály na báze organokremičitých zlúčenín, sa rozšírili.

54) Fyzikálne a chemické základy korózie betónu a minerálnych materiálov.

Korózia betónu je hlavným nepriateľom všetkých minerálnych stavebných materiálov a konštrukcií (betón, železobetón, tehla, azbestocement, silikát, penobetón a pórobetónové tvárnice). Najzávažnejším problémom je vplyv atmosféricko-chemického faktora - vplyv agresívnych atmosférických látok (uhličitany, sírany, chloridy), ako aj časté cykly zmrazovania a rozmrazovania.

Stavebné materiály na minerálnej báze sú kapilárne porézne. V dôsledku agresívneho atmosférického pôsobenia sa vo vnútri poréznej štruktúry vytvárajú kryštály, ktorých rast vedie k vzniku trhlín. V dôsledku pôsobenia vody, solí a oxidu uhličitého - korózia betónu a deštrukcia stavebných konštrukcií.

Ochrana minerálnych povrchov je globálnou úlohou pri projektovaní, výstavbe a prevádzke akýchkoľvek zariadení. Je relevantný pre všetky typy budov, konštrukcií a konštrukcií používaných v modernej výstavbe.

Kremík (Si) je druhým prvkom hlavnej (A) podskupiny 4. skupiny periodickej tabuľky, ktorú založil Dmitrij Ivanovič Mendelejev. Kremík je v prírode veľmi bežný, preto je na druhom mieste (po kyslíku) v hojnosti. Takže bez kremíka a jeho zlúčenín by neexistovala zemská kôra, ktorá pozostáva zo zlúčenín tohto chemického prvku z viac ako štvrtiny. Aké sú vlastnosti kremíka? Aké sú vzorce jeho zlúčenín a ich použitie? Aké sú najdôležitejšie látky obsahujúce kremík? Skúsme na to prísť.

Kremíkový prvok a jeho vlastnosti

Kremík sa v prírode vyskytuje vo viacerých alotropných modifikáciách – najčastejšie sú kremík v kryštalickej forme a amorfný kremík. Zvážme každú z týchto úprav samostatne.

Kryštalický kremík

Kremík v tejto modifikácii je tmavošedá pomerne tvrdá a krehká látka s oceľovým leskom. Takýto kremík je polovodič; jeho užitočný majetok je, že na rozdiel od kovov sa jeho elektrická vodivosť zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Teplota topenia takéhoto kremíka je 1415 °C. Okrem toho kryštalický kremík nie je schopný rozpúšťať sa vo vode a rôznych kyselinách.

Využitie kremíka a jeho zlúčenín v kryštalickej modifikácii je neskutočne rozmanité. Napríklad kryštalický kremík je súčasťou solárnych panelov inštalovaných na kozmických lodiach a na strechách. Kremík je polovodič a je schopný premieňať slnečnú energiu na elektrickú energiu.

Okrem solárnych článkov sa kryštalický kremík používa na výrobu mnohých elektronických zariadení a kremíkových ocelí.

Amorfný kremík

Amorfný kremík je hnedý/tmavohnedý prášok so štruktúrou podobnou diamantu. Na rozdiel od kryštalického kremíka táto alotropická modifikácia prvku nemá striktne usporiadanú kryštálovú mriežku. Hoci sa amorfný kremík topí pri približne 1400 °C, je oveľa reaktívnejší ako kryštalický kremík. Amorfný kremík nevedie prúd a má hustotu asi 2 g/cm³.

Takýto kremík sa najčastejšie používa v potravinárskom priemysle a pri výrobe liekov.

Chemické vlastnosti kremíka

Hlavnou chemickou vlastnosťou kremíka je spaľovanie v kyslíku, ktorého výsledkom je vznik mimoriadne bežnej zlúčeniny - oxidu kremičitého:

Si + O2 → SiO2 (pri teplote).

Kremík ako nekov tvorí pri zahrievaní zlúčeniny s rôznymi kovmi. Takéto zlúčeniny sa nazývajú silicidy. Napríklad:

2Ca + Si → Ca2Si (pri teplote).

Silicídy sa zasa bez problémov rozložia pomocou vody alebo niektorých kyselín. V dôsledku tejto reakcie vzniká špeciálna vodíková zlúčenina kremíka - silánový plyn (SiH4):

Mg2Si + 4HCl -> 2MgCl2 + SiH4.

Kremík je tiež schopný interagovať s fluórom (za normálnych podmienok):

Si + 2F2 → SiF4.

A pri zahrievaní kremík interaguje s inými nekovmi:

Si + 2Cl2 -> SiCl4 (400-600°).

3Si + 2N2 → Si3N4 (1000°).

Si + C -> SiC (2000°).

Kremík, ktorý interaguje s alkáliami a vodou, vytvára soli nazývané kremičitany a plynný vodík:

Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2.

Väčšinu chemických vlastností tohto prvku však budeme analyzovať s ohľadom na kremík a jeho zlúčeniny, pretože sú to hlavné látky, na ktorých je založené použitie a interakcia kremíka s inými chemickými prvkami. Aké sú teda najbežnejšie zlúčeniny kremíka?

Zlúčeniny kremíka

Už skôr sme zistili, aký prvok je kremík a aké má vlastnosti. Teraz zvážte vzorce zlúčenín kremíka.

Za účasti kremíka sa vytvára obrovské množstvo rôznych zlúčenín. Prvé miesto z hľadiska prevalencie zaujímajú kyslíkaté zlúčeniny kremíka. Do tejto kategórie patrí SiO2 a nerozpustná kyselina kremičitá.

Kyslý zvyšok kyseliny kremičitej tvorí rôzne kremičitany (napr. CaSiO3 alebo Al2O3 SiO2). V takýchto soliach a vyššie uvedených zlúčeninách kremíka s kyslíkom má prvok typický oxidačný stav +4.

Celkom bežné sú aj kremíkové soli – silicidy (Mg2Si, NaSi, CoSi) a zlúčeniny kremíka s vodíkom (napríklad silánový plyn). Je známe, že silán sa na vzduchu samovoľne vznieti oslepujúcim zábleskom a silicidy sa ľahko rozložia vodou aj rôznymi kyselinami.

Pozrime sa podrobnejšie na kremík a jeho zlúčeniny, ktoré sa považujú za najbežnejšie.

Silica

Ďalším názvom tohto oxidu je oxid kremičitý. Je to pevná a žiaruvzdorná látka, ktorá sa nerozpúšťa vo vode a kyselinách a má atómovú kryštálovú mriežku. V prírode oxid kremičitý tvorí také minerály a drahokamy ako kremeň, ametyst, opál, achát, chalcedón, jaspis, pazúrik a niektoré ďalšie.

Treba poznamenať, že je z kremíka primitívnych ľudí vyrábali si vlastné pracovné a lovecké nástroje. Flint položil základ pre tzv doba kamenná vďaka svojej všadeprítomnej dostupnosti a schopnosti vytvárať ostré rezné hrany pri štiepaní.

Je to oxid kremičitý, ktorý robí stonky rastlín, ako je trstina, trstina a prasličky, listy ostrice a stonky tráv silnými. Ochranné vonkajšie obaly niektorých zvierat tiež obsahujú oxid kremičitý.

Okrem toho je základom silikátového lepidla, ktoré vytvára silikónový tmel a silikónovú gumu.

Chemické vlastnosti oxidu kremičitého

Oxid kremičitý interaguje s obrovským množstvom chemických prvkov – kovmi aj nekovmi. Napríklad:

Pri vysokých teplotách oxid kremičitý interaguje s alkáliami a vytvára soli:

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O (pri teplote).

Ako typický kyslý oxid poskytuje táto zlúčenina silikáty v dôsledku interakcie s oxidmi rôznych kovov:

SiO2 + CaO → CaSiO3 (pri teplote).

Alebo s uhličitanovými soľami:

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2 (pri teplote).

Jednou z najdôležitejších chemických vlastností oxidu kremičitého je schopnosť získať z neho čistý kremík. To sa dá dosiahnuť dvoma spôsobmi - reakciou oxidu uhličitého s horčíkom alebo uhlíkom:

SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (pri teplote).

SiO2 + 2C → Si + 2CO (pri teplote)

Kyselina kremičitá

Kyselina kremičitá je veľmi slabá. Je nerozpustný vo vode a pri reakciách tvorí želatínovú zrazeninu, ktorá je niekedy schopná vyplniť celý objem roztoku. Keď táto zmes zaschne, môžete vidieť vytvorený silikagél, ktorý sa používa ako adsorbent (absorbent iných látok).

Najdostupnejší a najbežnejší spôsob získania kyseliny kremičitej možno vyjadriť pomocou vzorca:

K2SiO3 + 2HCl -> 2KCl + H2SiO3↓.

Silicídy

Vzhľadom na kremík a jeho zlúčeniny je veľmi dôležité hovoriť o takých soliach, ako sú silicidy. Kremík tvorí takéto zlúčeniny s kovmi, pričom spravidla získava oxidačný stav -4. Kovy ako ortuť, zinok, berýlium, zlato a striebro však nie sú schopné interagovať s kremíkom a vytvárať silicidy.

Najbežnejšie silicidy sú Mg2Si, Ca2Si, NaSi a niektoré ďalšie.

silikáty

Zlúčeniny ako silikáty sú po oxide kremičitom druhé najbežnejšie. Soli-kremičitany sa považujú za pomerne zložité látky, pretože majú zložitú štruktúru a sú tiež súčasťou väčšiny minerálov a hornín.

Medzi najbežnejšie silikáty v prírode - hlinitokremičitany - patrí žula, sľudy, rôzne druhy ílov. Ďalším známym silikátom je azbest, z ktorého sa vyrábajú ohňovzdorné tkaniny.

Aplikácia kremíka

V prvom rade sa kremík používa na získanie polovodičových materiálov a zliatin odolných voči kyselinám. Karbid kremíka (SiC) sa často používa na ostrenie obrábacích strojov a leštenie drahých kameňov.

Roztavený kremeň sa používa na výrobu stabilného a pevného kremenného riadu.

Základom výroby skla a cementu sú zlúčeniny kremíka.

Okuliare sa od seba líšia zložením, v ktorom je nutne prítomný kremík. Napríklad okrem okenného skla existujú žiaruvzdorné, krištáľové, kremenné, farebné, fotochromatické, optické, zrkadlové a iné sklá.

Pri zmiešaní cementu s vodou vzniká špeciálna látka - cementová malta, z ktorej sa následne získava stavebný materiál, akým je betón.

Výrobou týchto látok sa zaoberá silikátový priemysel. Okrem skla a cementu vyrába silikátový priemysel tehly, porcelán, kameninu a rôzne výrobky z nich.

Záver

Tak sme zistili, že kremík je najdôležitejší chemický prvok, rozšírený v prírode. Kremík sa používa v stavebníctve a umeleckej činnosti a je tiež nevyhnutný pre živé organizmy. Mnoho látok, od jednoduchého skla až po najcennejší porcelán, obsahuje kremík a jeho zlúčeniny.

Štúdium chémie vám umožňuje spoznať svet okolo nás a pochopiť, že nie všetko naokolo, aj to najveľkolepejšie a najdrahšie, je také tajomné a tajomné, ako by sa mohlo zdať. Prajeme vám veľa úspechov vo vedeckom poznaní a štúdiu tak vynikajúcej vedy, akou je chémia!

SILICON

(Silicium), Si - chem. prvok IV. skupiny periodickej sústavy prvkov; pri. n. 14, o. m, 28,086. Kryštalický kremík je tmavošedá látka so živicovým leskom. Vo väčšine zlúčenín vykazuje oxidačné stavy - 4, +2 a +4. Prírodný kremík pozostáva zo stabilných izotopov 28Si (92,28 %), 29Si (4,67 %) a 30Si (3,05 %). Rádioaktívne 27Si, 31Si a 32Si boli získané s polčasmi 4,5 s, 2,62 h a 700 rokov. K. prvýkrát identifikovali v roku 1811 Francúzi. chemik a fyzik J. L. Gay-Lussac a fr. chemik L. J. Tenar, ale identifikovaný až v roku 1823 Švédom, chemikom a mineralógom J. J. Berzeliusom.

Z hľadiska prevalencie v zemskej kôre (27,6 %) je kremík druhým (po kyslíku) prvkom. Nachádza sa preim. vo forme oxidu kremičitého Si02 a iných látok obsahujúcich kyslík (kremičitany, hlinitokremičitany atď.). Za normálnych podmienok vzniká stabilná polovodičová modifikácia diamantu, ktorá sa vyznačuje plošne centrovanou kubickou štruktúrou typu diamant, s periódou a = 5,4307 A. Medziatómová vzdialenosť je 2,35 A. Hustota je 2,328 g/cm . Pri vysokom tlaku (120-150 kbar) sa transformuje na hustejšie polovodičové a kovové modifikácie. Kovová modifikácia je supravodič s teplotou prechodu 6,7 K. So zvyšujúcim sa tlakom klesá bod topenia z 1415 ± 3 °C pri tlaku 1 bar na 810 °C pri tlaku 15 104 bar (trojný bod koexistencia polovodičového, kovového a tekutého K. ). Pri tavení dochádza k zvýšeniu koordinačného čísla a metalizácii medziatómových väzieb. Amorfný kremík je svojím charakterom rádu krátkeho dosahu blízky kvapaline, čo zodpovedá silne deformovanej kubickej štruktúre sústredenej na telo. Debye t-ra sa blíži k 645 K. Coeff. teplota lineárna expanzia sa mení so zmenou t-ry podľa extrémneho zákona, pod t-ry 100 K sa stáva negatívnou, pričom dosahuje minimum (-0,77 10 -6) deg -1 pri t-re 80 K; pri t-re 310 K sa rovná 2,33 10 -6 stupňom -1 a pri t-re 1273 K -4,8 10 stupňom -1. Teplota topenia 11,9 kcal/g-atóm, var 3520 K.

Teplo sublimácie a odparovania pri teplote topenia je 110 a 98,1 kcal/g-atóm. Tepelná a elektrická vodivosť kremíka závisí od čistoty a dokonalosti kryštálov. S rastom koeficientu t-ry. Tepelná vodivosť čistého K. sa najprv zvyšuje (až 8,4 cal/cm X X sec stupňa pri t-re 35 K) a potom klesá, pričom dosahuje 0,36 a 0,06 cal/cm sec stupňa pri t-re, respektíve 300 a 1200 K Entalpia, entropia a tepelná kapacita K. za štandardných podmienok sú 770 cal/g-atóm, 4,51 a 4,83 cal/g-atóm-deg. Kremík je diamagnetický, magnetická susceptibilita pevnej látky (-1,1 10 -7 emu/g) a kvapaliny (-0,8 10 -7 emu/g). Kremík slabo závisí od t-ry. Povrchová energia, hustota a kinematická viskozita kvapalného K. pri teplote topenia sú 737 erg/cm2, 2,55 g/cm3 a 3 x 10 m2/s. Kryštalický kremík je typický polovodič s zakázaným pásmom 1,15 eV pri teplote 0 K a 1,08 eV pri teplote 300 K. Pri izbovej teplote je koncentrácia nosičov vlastného náboja blízka 1,4 10 10 cm - 3, resp. efektívna pohyblivosť elektrónov a dier je 1450 a 480 cm 2 /v sec a elektrický odpor je 2,5 105 ohm cm.S rastúcim t-ry sa menia exponenciálne.

Elektrické vlastnosti kremíka závisia od povahy a koncentrácie nečistôt, ako aj od dokonalosti kryštálu. Zvyčajne sa na získanie polovodiča K. ​​s vodivosťou typu p a n dopuje podskupinami prvkov IIIb (bór, hliník, gálium) a Vb (fosfor, arzén, antimón, bizmut), čím sa vytvorí súbor akceptorových a donorových úrovní. , respektíve nachádzajúce sa v blízkosti hraníc zón. Na doping sa používajú aj iné prvky (napríklad), ktoré tvoria tzv. hlboké hladiny, až žito určujú zachytenie a rekombináciu nosičov náboja. To umožňuje získať materiály s vysokým elektr. odpor (1010 ohm cm pri t-re 80 K) a krátke trvanie existencie menšinových nosičov náboja, čo je dôležité pre zvýšenie výkonu rôznych zariadení. Coeff. termoelektrický výkon kremíka v podstate závisí od teploty a obsahu nečistôt, pričom sa zvyšuje so zvyšujúcim sa elektrickým odporom (pri p \u003d 0,6 ohm - cm, \u003d 103 mikrovoltov / stupeň). Dielektrická konštanta kremíka (od 11 do 15) slabo závisí od zloženia a dokonalosti monokryštálov. Vzory optickej absorpcie kremíka sa silne menia so zmenou jeho čistoty, koncentrácie a povahy štrukturálnych defektov, ako aj vlnovej dĺžky.

Hranica nepriamej absorpcie elektromagnetických kmitov je blízka 1,09 eV, priamej absorpcie - 3,3 eV. Vo viditeľnej oblasti spektra parametre komplexného indexu lomu (n - ik) veľmi výrazne závisia od stavu povrchu a prítomnosti nečistôt. Pre obzvlášť čisté K. (atλ \u003d 5461 A a t-re 293 K) n \u003d 4,056 a k \u003d 0,028. Funkcia práce elektrónov je blízka 4,8 eV. Kremík je krehký. Jeho tvrdosť (t-ra 300 K) podľa Mohsa - 7; HB = 240; HV y \u003d 103; A \u003d 1250 kgf / mm2; modul normy, elasticita (polykryštál) 10 890 kgf/mm2. Pevnosť v ťahu závisí od dokonalosti kryštálu: pre ohyb od 7 do 14, pre stlačenie od 49 do 56 kgf/mm2; koeficient stlačiteľnosť 0,325 1066 cm2/kg.

Pri izbovej teplote kremík prakticky neinteraguje s plynnými (okrem) a pevnými činidlami, s výnimkou zásad. Pri zvýšenom t-re aktívne interaguje s kovmi a nekovmi. Tvorí najmä karbid SiC (pri t-re nad 1600 K), nitrid Si3N4 (pri t-re nad 1300 K), SiP fosfid (pri t-re nad 1200 K) a arzenidy Si As, SiAS2 (pri t- nad 1000 K). Reaguje s kyslíkom pri t-re nad 700 K za vzniku oxidu Si02, s halogénmi - fluorid SiF4 (pri t-re nad 300 K), chlorid SiCl4 (pri t-re nad 500 K), bromid SiBr4 (pri t-re 700 K) a uzol SiI4 (pri t-re 1000 K). Intenzívne reaguje s mnohými ďalšími. kovy, tvoriace v nich tuhé roztoky substitúcie alebo chemické. zlúčeniny - silicidy. Koncentračné rozsahy homogenity tuhých roztokov závisia od povahy rozpúšťadla (napr. v germániu od 0 do 100 %, v železe do 15 %, v alfa zirkóniu menej ako 0,1 %).

V tvrdom pazúriku je oveľa menej kovov a nekovov a je zvyčajne retrográdny. Zároveň limitné obsahy nečistôt, ktoré vytvárajú plytké hladiny v kryštáloch, dosahujú maximum (2 10 18, 10 19, 2 10 19, 1021. plocha t-r od 1400 do 1600 K. Nečistoty s hlbokými hladinami sú zreteľne menej rozpustné (od 1015 pre selén a 5 10 16 pre železo do 7 10 17 pre nikel a 10 18 cm-3 pre meď). V tekutom stave sa kremík neobmedzene mieša so všetkými kovmi, často s veľmi veľkým uvoľňovaním tepla. Čistý kremík sa pripravuje z technického produktu z 99 % Si a 0,03 % Fe, Al a Co, ktorý sa získa redukciou kremeňa uhlíkom v elektrických peciach. Najprv sa z neho vymyjú nečistoty (zmesou chlorovodíkovej a sírovej a potom fluorovodíkovej a sírovej), po čom sa výsledný produkt (99,98 %) spracuje chlórom. Syntetizovaný čistený destiláciou.

Polovodičový kremík sa získava redukciou chloridu SiCl4 (alebo SiHCl3) vodíkom alebo tepelným rozkladom hydridu SiH4. Konečné čistenie a rast monokryštálov sa vykonáva bezkelímkovou zónou hladkou alebo Czochralského metódou, čím sa získajú obzvlášť čisté ingoty (obsah nečistôt do 1010-1013 cm-3) cp > 10 3 ohm cm.V závislosti od účelu použitia K. pri procese prípravy chloridov alebo pri raste monokryštálov sa do nich zavádzajú dávkované množstvá potrebných nečistôt. Takto sa pripravujú valcové ingoty s priemerom 2-4 a dĺžkou 3-10 cm.Pre špeciál. terče tiež produkujú väčšie monokryštály. Technický kremík a najmä so železom sa používa ako dezoxidačné a redukčné činidlá ocele, ako aj legujúce prísady. Vysoko čisté vzorky monokryštálu K., dopované rôznymi prvkami, sa používajú ako základ pre rôzne slaboprúdové (najmä termoelektrické, rádiové, osvetľovacie a fototechnické) a silnoprúdové (usmerňovače, meniče) zariadenia.

Kremík alebo kremík

Kremík je nekov, jeho atómy majú na vonkajšej energetickej úrovni 4 elektróny. Môže ich darovať s oxidačným stavom + 4 a pripojiť elektróny s oxidačným stavom - 4. Schopnosť kremíka prijímať elektróny je však oveľa menšia ako schopnosť uhlíka. Atómy kremíka majú väčší polomer ako atómy uhlíka.

Nájdenie kremíka v prírode

Kremík je v prírode veľmi bežný. tvorí viac ako 26 % hmotnosti zemskej kôry. Z hľadiska prevalencie je na druhom mieste (po kyslíku). Na rozdiel od uhlíka sa C v prírode nevyskytuje vo voľnom stave. Je súčasťou rôznych chemických zlúčenín, najmä rôznych modifikácií oxidu kremičitého (IV) a solí kyselín kremičitých (kremičitany).

Získanie kremíka

V priemysle sa obnovovaním SiO získava kremík technickej čistoty (95 - 98 %) 2 koks v elektrických peciach počas kalcinácie:

Si02 + 2C \u003d Si + 2CO

Si02 + 2Mg \u003d Si + 2MgO

Týmto spôsobom sa získa amorfný hnedý kremíkový prášok s nečistotami. Rekryštalizáciou z roztavených kovov (Zn, Al) sa môže preniesť do kryštalického stavu.

Pre polovodičovú technológiu je kremík veľmi vysoká čistota získaný redukciou pri 1000 °C chlorid kremičitý SiCl 4 páry zinku:

SiCl4 + 2Zn \u003d Si + 2ZnCl2

a potom ju očistiť špeciálnymi metódami.

Fyzikálne a chemické vlastnosti kremíka

Čistý kryštalický kremík je krehký a tvrdý, škrabance. Rovnako ako diamant má kubickú kryštálovú mriežku s typom kovalentnej väzby. Jeho teplota topenia je 1423 °C. Kremík je za normálnych podmienok neaktívny prvok, spája sa len s fluórom, no pri zahriatí vstupuje do rôznych chemických reakcií.

Používa sa ako cenný materiál v polovodičovej technike. Oproti iným polovodičom má výraznú odolnosť voči kyselinám a schopnosť udržať si vysoký elektrický odpor až do 300°C. Technický kremík a ferosilícium sa používa aj v metalurgii na výrobu žiaruvzdorných, kyselinovzdorných a nástrojových ocelí, liatiny a mnohých ďalších zliatin.

S kovmi tvorí kremík chemické zlúčeniny nazývané silicidy; pri zahrievaní s horčíkom vzniká silicid horčíka:

Si + 2Mg = Mg2Si

Kovové silicidy svojou štruktúrou a vlastnosťami pripomínajú karbidy, takže silicidy podobné kovom, ako aj karbidy podobné kovom, sa vyznačujú vysokou tvrdosťou, vysokým bodom topenia a dobrou elektrickou vodivosťou.

Keď sa zmes piesku a koksu kalcinuje v elektrických peciach, vytvárajú sa zlúčeniny kremíka s uhlíkom - karbid kremíka alebo karborundum:

Si02 + 3C = SiC + 2CO

Karborundum je žiaruvzdorná, bezfarebná tuhá látka, cenná ako abrazívny a tepelne odolný materiál. Podobne ako karborundum má atómovú kryštálovú mriežku. V čistom stave je to izolant, ale v prítomnosti nečistôt sa stáva polovodičom.

ako aj kremík tvorí dva oxidy: oxid kremičitý (II) SiO a oxid kremičitý (IV) SiO 2 . Oxid kremičitý (IV) je tuhá žiaruvzdorná látka, široko rozšírená v prírode vo voľnom stave. Táto chemicky stabilná látka interaguje iba s fluórom a plynným fluorovodíkom alebo kyselinou fluorovodíkovou:

Si02 + 2F2 \u003d SiF4 + O2

Si02 + 4HF \u003d SiF4 + 2H20

Daný smer reakcií sa vysvetľuje tým, že kremík má vysokú afinitu k fluóru. Okrem toho je fluorid kremičitý prchavá látka.

V technológii transparentný SiO 2 používa sa na výrobu stabilného žiaruvzdorného kremenného skla, ktoré dobre prenáša ultrafialové lúče, má veľký koeficient rozťažnosti, a preto odoláva významným okamžitým zmenám teploty. Amorfná modifikácia oxidu kremičitého (II) tripoli - má veľkú pórovitosť. Používa sa ako tepelný a zvukový izolant, na výrobu dynamitu (nosič výbušnín) a pod. Oxid kremičitý (IV) vo forme obyčajného piesku je jedným z hlavných stavebných materiálov. Používa sa pri výrobe ohňovzdorných a kyselinovzdorných materiálov, skla, ako tavivo v hutníctve a pod.

Porovnateľné molekulové vzorce, chemické a fyzikálne vlastnosti oxid uhoľnatý (IV) a oxid kremičitý (IV), je ľahké vidieť, že vlastnosti týchto chemicky podobných zlúčenín sú odlišné. Je to spôsobené tým, že oxid kremičitý nepozostáva len z molekúl SiO 2 , ale z ich spoločníkov, v ktorých sú atómy kremíka navzájom prepojené atómami kyslíka. Oxid kremičitý (SiO 2 )n . Jeho obraz v rovine je:

¦ ¦ ¦

o o o

¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦

o o o

¦ ¦ ¦

— O — Si — O — Si — O — Si — O —

¦ ¦ ¦

o o o

¦ ¦ ¦

Atómy kremíka sú umiestnené v strede štvorstenu a atómy kyslíka sú umiestnené v jeho rohoch. Si-O väzby sú veľmi silné, čo vysvetľuje vysokú tvrdosť oxidu kremičitého (IV).

Oxid kremičitý (IV) je podľa svojich chemických vlastností kyslý oxid. Nereaguje priamo s vodou, preto je možné kyselinu kremičitú získať len nepriamo, pôsobením na soli kyseliny kremičitej s kyselinou chlorovodíkovou alebo sírovou.