Silicijev (kemijski element): lastnosti, značilnosti, formula. Zgodovina odkrivanja silicija

Zaradi edinstvenih lastnosti snovi, ki so v naravi, smo ustvarili številne sodobne tehnološke naprave in aparate. Človeštvo eksperimentalno in skrbno proučuje okoliške elemente nenehno posodablja svoje izume - ta proces se imenuje tehnološki napredek. Temelji na osnovnih, dostopnih vsem, ki nas obkrožajo v vsakdanjem življenju. Na primer, pesek: kaj je lahko presenetljivo in nenavadno v njej? Znanstveniki so lahko ločili od njega silikon - kemični element, brez katerega ne bi bilo računalniške tehnologije. Področje uporabe se razlikuje po raznolikosti in se nenehno širi. To je doseženo zaradi edinstvenih lastnosti silicijevega atoma, njegove strukture in možnosti spojin z drugimi preprostimi snovmi.

Značilnosti

V Ljubljani periodični sistem, ki ga je razvil DI Mendeleev, silicij (kemijski element) označuje s. Nanaša se na nekovine, se nahaja v glavni četrti skupini tretjega obdobja, ima atomsko število 14. Njegova bližina ogljika ni naključna: v mnogih pogledih so njihove lastnosti primerljive. V naravi se ne pojavlja v čisti obliki, ker je aktivni element in ima dovolj močne vezi s kisikom. Glavna snov je kremen, ki je oksid in silikati (pesek). V tem primeru je silicij (njegove naravne spojine) eden najpogostejših kemičnih elementov na Zemlji. Po masni vsebnosti se uvršča na drugo mesto po kisiku (več kot 28%). Zgornji sloj zemeljske skorje vsebuje silikon v obliki dioksida (to je kremena), različnih vrst gline in peska. Druga najpogostejša skupina so silikati. Na globini približno 35 km od površine so plasti granita in bazaltov, ki vsebujejo silikatne spojine. Odstotek vsebnosti v Zemljinem jedru še ni bil izračunan, toda najbližje plasti plašča (do 900 km) vsebujejo silikate. V sestavi morske vode je koncentracija silicija 3 mg / l, Luninasta tla 40% sestavljajo njegove spojine. Vesoljski prostori, ki jih je človeštvo že preučevalo, vsebujejo ta kemični element v velikih količinah. Na primer, spektralna analiza meteoriti, ki se približujejo Zemlji na razdalji, dostopni raziskovalcem, so pokazali, da jih sestavlja 20% silicija. Obstaja verjetnost oblikovanja življenja na podlagi tega elementa v naši galaksiji.

Raziskovalni proces

Zgodovina odkrivanja kemijskega elementa silicija ima več stopenj. Veliko snovi, ki jih sistematizira Mendeleev, je že več stoletij uporabljalo človeštvo. Hkrati so bili elementi v naravni obliki, tj. v spojinah, ki niso bile kemično obdelane, in vse njihove lastnosti niso bile znane ljudem. V procesu preučevanja vseh značilnosti snovi je imel nove uporabe. Lastnosti silicija do danes še niso bila raziskana do konca - ta element je dovolj širok in raznolik spekter uporabe pušča prostor za nova odkritja za prihodnje generacije znanstvenikov. Sodobne tehnologije bodo močno pospešile ta proces. V XIX stoletju so mnogi znani kemiki poskušali dobiti silicij v svoji čisti obliki. Za prvič je bilo mogoče, da bi Tenaru L. in J. Gay-Lussac leta 1811, vendar pa odkritje elementa pripada J. Berzelius, ki je sposoben, ne samo identifikacijo snovi, ampak tudi, da ga opisati. Kemik iz Švedske je leta 1823 dobil silicij, zato je uporabil kovinsko kalijevo in kalijevo sol. Reakcija je nastala pri katalizatorju kot visoka temperatura. Nastala preprosta sivo-rjava snov je bila amorfni silicij. Kristalinični čisti element je leta 1855 dobil Saint Clair Deville. Kompleksnost izolacije je neposredno povezana z visoko jakostjo atomskih vezi. V obeh primerih je kemijska reakcija usmerjena v postopek čiščenja nečistoč, amorfni in kristalni modeli pa imajo različne lastnosti.

Silicon: izgovorjava kemijskega elementa

Berzelius je predlagal prvo ime prejetega praška - kizel. V Združenem kraljestvu in Združenih državah se silicij še vedno imenuje Silicijev ali Silicijev. Izraz izhaja iz latinske besede "kremen" (ali "kamen"), in v večini primerov je to povezano s pojmom "zemlje", zaradi širokega razpona v naravi. Ruski izgovor te kemije je drugačen, vse je odvisno od vira. On je bil imenovan silicijev dioksid (Zakharov uporabil izraz leta 1810), Sicilija (1824, Dvigubsky, Solovjov), silicijev dioksid (1825, strah) in šele leta 1834, ruski kemik Germain Henri Hess uvaja ime, ki do sedaj uporablja v večini virov - silicij. V Ljubljani periodični sistem Mendelejeva označen s simbolom Si. Kako je kemijski element silicija berljiv? Mnogi znanstveniki iz angleško govorečih držav izgovarjajo ime kot "si" ali uporabljajo besedo "silikon". Od tu prihaja svetovno znano ime doline, ki je raziskovalno in proizvodno mesto za računalniško opremo. Rusko govoreče prebivalstvo imenuje element silicij (iz grške besede "cliff, mountain").

Iskanje v naravi: vloge

Celotna gorski sistemi sestavljen iz silicijevih spojin, ki se ne pojavljajo v čisti obliki, saj so vsi znani minerali dioksidov ali silikati (aluminosilikati). Neverjetno lepoto kamnov, ki jih ljudje uporabljajo kot okrasno materiala - to Opals, amethysts, tip kremen, Jasper, kalcedona, ahata, rock kristali, karneol in mnoge druge. Nastali so zaradi vključitve različnih snovi v silikonsko sestavo, ki določajo njihovo gostoto, strukturo, barvo in smer uporabe. Pregled anorgansko svet je lahko povezano z istim kemijskega elementa, pri kateri okolja tvori močne vezi z kovine ali kovin (cink, magnezij, kalcij, mangan, titana in tako naprej. D.). V primerjavi z drugimi snovmi je silikon na voljo za proizvodnjo na proizvodni lestvici: najdemo ga v večini vrst rude in mineralov. Zato so aktivno razvite depozite bolj vezane na cenovno ugodne vire energije kot na teritorialne grozde snovi. Kremen in kremenov pesek so v vseh državah sveta. Večina večjih proizvajalcev in dobaviteljev silicija so: Kitajska, Francija, Norveška, Združene države Amerike (Zahodna Virginia, Ohio, Alabama, New York), Avstralija, Južna Afrika, Kanada, Brazilija. Vsi proizvajalci uporabljajo različne metode, ki so odvisne od vrste proizvodnje (tehnični, polprevodniški, visokofrekvenčni silicij). Kemični element, dodatno obogaten ali, nasprotno, očiščen iz vseh vrst nečistoč, ima individualne lastnosti, na katerih je odvisna njegova nadaljnja uporaba. To velja za to snov. Struktura silicija določa obseg njegove uporabe.

Zgodovina uporabe

Zelo pogosto, zaradi podobnosti imen, ljudje zmedejo silicij in kremena, vendar ti pojmi niso enaki. Pojdimo. Kot smo že omenili, v naravi silikon ne najdemo v njegovi čisti obliki, ki je ni mogoče reči za njegove spojine (isti silikagel). Glavni minerali in kamnine, ki jih tvori dioksid snovi, ki jo obravnavamo, so pesek (rečni in kremen), kremenov in kvarcitov, feldspars in kremena. Glede zadnjega slišati mora biti vse, ker je v zgodovini razvoja človeštva zelo pomembno. S tem kamnom so povezana prva orodja dela, ki so jih ustvarili ljudje v kameni dobi. Njegovi ostri robovi, ki so nastali pri odrezovanju od glavne skale, so močno olajšali delo starih gospodinjstev in možnost ostrenja - lovci in ribiči. Flint ni imel moči kovinskih izdelkov, toda neuspešna orodja so bila enostavno zamenjana z novimi. Njegova uporaba kot kremenje se je nadaljevala že več stoletij - do izuma alternativnih virov.

Kar se tiče sodobne realnosti, lastnosti silicija omogočajo, da izkoristite snov za dekoriranje sob ali ustvarjanje keramičnih jedi, poleg lepega estetskega videza pa ima veliko odličnih funkcionalnih lastnosti. Posebna usmeritev njegove uporabe je povezana z izumom stekla pred 3000 leti. Ta dogodek je omogočil izdelavo ogledal, posod in vitražov iz mozaika iz spojin, ki vsebujejo silikon. Formula začetne snovi je bila dopolnjena s potrebnimi komponentami, kar je omogočilo, da je proizvodu dalo želeno barvo in vplivalo na trdnost stekla. Presenetljivo v lepoti in raznolikosti umetniških del je izdelal človek iz mineralov in kamnov, ki vsebujejo silikon. Zdravilne lastnosti tega elementa so opisali znanstveniki iz antike in se uporabljajo v zgodovini človeštva. Postavili so vodnjake za pitno vodo, skladišča za shranjevanje hrane, ki se uporabljajo v vsakdanjem življenju in v medicini. Prah, dobljen kot rezultat mletja, smo uporabili pri ranah. Posebna pozornost je bila namenjena vodi, ki je bila dodana v posode iz spojin, ki vsebujejo silikon. Kemični element je interagiral s svojo sestavo, kar je omogočilo uničenje številnih patogenih bakterij in mikroorganizmov. In to niso vse veje, kjer je snov, ki jo razmišljamo, zelo, zelo zahtevna. Struktura silicija določa njegovo večfunkcionalnost.

Lastnosti

Za natančnejše poznavanje lastnosti snovi je treba upoštevati vse možne lastnosti. Načrt element silicij kemijske lastnosti vključujejo fizikalne lastnosti, električnimi parametri študija spojine in reakcijske pogoje, in tako njunim prehodom. G. Silicij v kristalinični obliki ima temno sivo barvo s kovinskim sijajem. Kockasta mreža, osredotočena na obraz, spominja na ogljikovo mrežo (diamant), vendar zaradi daljših dolžin vezi ni tako močna. Plastika segreva do 800 ^oC, v drugih primerih ostaja krhka. Zaradi fizikalnih lastnosti silicija je ta snov resnično edinstvena: prozorna je za infrardeče sevanje. Tališče: 1410 ⁰C, vrelišče - 2600 ⁰C, gostota pri normalnih pogojih - 2330 kg / m³. Toplotna prevodnost ni konstantna, pri različnih vzorcih pa se vzame s približno vrednostjo 25 ⁰C. Lastnosti atoma silicija omogočajo njegovo uporabo kot polprevodnik. Ta smer uporabe je najbolj zahtevna v sodobnem svetu. V obsegu električne prevodnosti vpliva sestava silicija in elementi, ki so povezani z njim. Torej za povečano elektronsko prevodnost uporabimo antimon, arzen, fosfor, za perforiran aluminij, galij, bor in indij. Pri izdelavi naprav s silicijevim prevodnikom se uporablja površinska obdelava s strani določenega sredstva, kar vpliva na delovanje aparata.

Lastnosti silicija kot odličnega prevodnika se pogosto uporabljajo v sodobnem izdelovanju instrumentov. Zlasti pomembna je njegova uporaba pri izdelavi kompleksne opreme (na primer, sodobnih računalniških naprav, računalnikov).

Silikon: značilnost kemičnega elementa

V večini primerov je silicij tetravalenten, obstajajo tudi vezi, v katerih lahko ima vrednost +2. V normalnih pogojih je neaktivna, ima močne spojine pri sobni temperaturi le reagira s fluorom v stanju plinastega agregata. To je posledica učinka blokiranja površine dioksidnega filma, ki jo opazimo pri interakciji z okoliškim kisikom ali vodo. Da bi spodbudili reakcije, je treba uporabiti katalizator: povišanje temperature je idealno za snovi, kot je silicij. Kemični element interagira s kisikom pri 400-500 ⁰C, zato se zviša dioksidni film, nadaljuje proces oksidacije. S povečanjem temperature na 50 ⁰C je opaziti reakcijo z bromom, klorom, jodom, kar ima za posledico tvorbo hlapnih tetrahalidov. S kislinami silikon ne deluje, razen da gre za mešanico fluorovodikove in dušikove snovi, pri čemer je kakršna koli alkalija v segretem stanju topila. Vodikov sulfid se tvori le z razgradnjo silicidov, ne pride v reakcijo z vodikom. Največja jakost in kemijska pasivnost odlikujejo spojine z borom in ogljikom. Visoka odpornost na alkalije in kisline ima spojino z dušikom, ki se pojavlja pri temperaturah nad 1000 ⁰C. Silicidi se pridobivajo z reakcijo s kovinami, pri čemer je valenca, ki jo kaže silicij, odvisna od dodatnega elementa. Formula snovi, ki nastane s sodelovanjem prehodne kovine, je odporna proti kislinam. Struktura silicijevega atoma neposredno vpliva na njegove lastnosti in sposobnost za interakcijo z drugimi elementi. Postopek oblikovanja vezi v naravi in ​​pod vplivom snovi (v laboratoriju, industrijskih pogojih) se močno razlikuje. Struktura silicija pomeni njegovo kemijsko delovanje.

Struktura

Struktura silicijevega atoma ima lastne posebnosti. Zaračunavanje jedra je +14, kar ustreza redni številki v periodni tabeli. Število nabitih delcev: protonov - elektroni 14 - 14- nevtrone - 14. Struktura vezje silicijevih atomov, je naslednja: Si 14) 2) 8) 4. Na zadnji (zunanje) ravni elektronov so 4, ki določa stopnjo oksidacije z znakom "+" Ali ";". Silicijev oksid ima formulo SiO₂ (valenca 4+), hlapna vodikova spojina - SiH₄ (valenca -4). Velika količina silicijevimi atomi v nekaterih spojin imajo številne koordinacijske 6, kot je spojina s fluorom. Molska masa je 28, radij atomov je 132, konfiguracija elektronske lupine je 1S²2S²2P⁶3S²3P².

Uporaba

Površinsko ali popolnoma dopirani silicij se uporablja kot polprevodnik ob ustvarjanju mnogih, vključno z natančnostjo, napravami (npr sončne celice, tranzistorji, usmernika t. D.). Super čisti silikon se uporablja za izdelavo sončnih celic (energije). Za izdelavo ogledal in plinskega laserja se uporablja enokristalni pogled. Iz silikonskih spojin se proizvajajo steklo, keramične ploščice, posode, porcelan in faience. Različnih vrst blaga, proizvedenega, je težko opisati, njihovo izkoriščanje pojavlja v vsakdanjem življenju, v umetnosti in znanosti, na delovnem mestu. Nastali cement služi kot surovina za gradnjo malte in opeke ter za dodelavo materiala. Porazdelitev olja, lahko maziva na osnovi silikona spojin znatno zmanjša trenje v gibljivih delov številni mehanizmi. Silicidi zaradi edinstvene lastnosti v agresivnih medijih števec (kisline, temperatura) se pogosto uporabljajo v industriji. Njihovi električni, jedrski in kemični kazalniki upoštevajo strokovnjake v zapletenih industrijah, od katerih nima vsaj strukture silicijevega atoma.

Našteli smo najbolj znana in napredna področja uporabe do danes. Najpogostejši, proizvedeni v velikih količinah tehničnega silicija, se uporablja na več načinov:

1. Kot surovina za proizvodnjo čistejše snovi.
2. Za legiranje metalurgiji: prisotnost silicija povečuje neodzivnost, izboljša korozijsko odpornost in mehansko trdnost (s prebitkom tega elementa, lahko zlitina preveč krhki).
3. Kot deoksidizator odstranite presežek kisika iz kovine.
4. Surovine za proizvodnjo silanov (spojine silicija z organskimi snovmi).
5. Za proizvodnjo vodika iz zlitine silicija z železom.
6. Proizvodnja sončnih kolektorjev.

Vrednost te snovi je prav tako dobra za normalno delovanje človeškega telesa. Struktura silicija, njegove lastnosti so v tem primeru odločilne. Vendar pa preveliko ali pomanjkanje vode povzroči hude bolezni.

V človeškem telesu

Zdravilo je dolgo uporabljalo silicij kot baktericidno in antiseptično sredstvo. Toda za vse prednosti zunanje uporabe je treba ta element nenehno prenoviti v človeškem telesu. Običajni nivo vsebine bo izboljšal življenje na splošno. V primeru pomanjkanja več kot 70 elementov v sledovih in vitaminov, ki jih presnavlja v telesu, ki je bistveno nižja odpornost na različne bolezni. Največji odstotek silicija opazimo v kosteh, koži in tetivah. Igra vlogo strukturnega elementa, ki ohranja moč in daje elastičnost. Vsa skeletna trdna tkiva tvorijo njegove spojine. Kot posledica nedavnih študij je bila ugotovljena vsebnost silicija v ledvicah, trebušni slinavki in veznih tkivih. Vloga teh organov v delovanje telesa, je precej velik, tako da zmanjšuje njeno vsebino, je škodljivo vpliva na številnih ključnih kazalnikih preživetje. Dan s hrano in vodo telesa morajo dobiti 1 gram silicija - to bo pomagalo izognili morebitnim bolezni, kot so vnetja kože, mehčanje kosti, nastanek kamnov v jetrih, ledvicah, zamegljen vid, las in pogoje za nohte, ateroskleroza. Ko zadostna stopnja vsebine tega poveča element imunitete, normalizira metabolizem, izboljšuje absorpcijo številnih elementov, potrebnih za zdravje ljudi. Največja količina silicija - v žitih, redkev, ajde. Pomembne koristi bodo pridobili iz silicijeve vode. Za določitev števila in pogostosti njegove uporabe je bolje, da se posvetujete s strokovnjakom.