Silikon in njegove spojine. Silikon v naravi. Uporaba silicija

Eden od najbolj zahtevanih elementov tehnologije in industrije je silicij. To dolguje njegove nenavadne lastnosti. Danes obstaja veliko različnih spojin tega elementa, ki igrajo pomembno vlogo pri sintezi in izdelavi tehničnih izdelkov, steklovine, opreme, gradbenih in končnih materialov, nakita in drugih industrij.

Splošne značilnosti silicija

Če upoštevamo položaj silicija v periodičnem sistemu, potem lahko rečemo:

1. Nahaja se v skupini IV glavne podskupine.
2. Serijska številka je 14.
3. Atomska masa je 28.086.
4. Kemijski simbol Si.
5. Ime je silicij, ali v latinščini - silicij.
6. Elektronska konfiguracija zunanje plasti 4e: 2e: 8e.

Kristalna mreža silicija je podobna rešetki diamanta. Na vozliščih so atomi, njegov tip - kubični obraz usmerjen. Vendar se zaradi daljše dolžine vezi fizikalne lastnosti silicija zelo razlikujejo od lastnosti alotropne modifikacije ogljika.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Obstajata dve alotropne spremembe tega elementa: amorfni in kristalni. So zelo podobni. Vendar, kot v primeru drugih snovi, je glavna razlika med njimi kristalna mreža silicija.

V tem primeru sta obe spremembi praški različnih barv.

1. Kristalinični silikon je temno sivo svetleč prah podoben kovinam. Njegova struktura ustreza diamantu, vendar lastnosti so drugačne. Ima:

• krhkost;
• nizka trdota;
• polprevodniške lastnosti;
• tališče 1415⁰C;
• gostota 2,33 g / cm³;
• vrelišče 2700⁰C.

Njegova kemična aktivnost je nizka v primerjavi z drugimi alotropnimi oblikami.

2. Amorfni silicij je rjavo-rjav prah s strukturo močno neurejenih diamantov. Kemična aktivnost je precej visoka.

Na splošno je treba opozoriti, da se silikon ne želi pridružiti reakciji. Če želite reagirati, potrebujete temperaturo najmanj 400-500⁰C. Pod temi pogoji se oblikujejo različne kemične spojine silicija. Kot so:

• oksidi;
• halidi;
• silicidi;
• nitridi;
• boride;
• karbidi.

Morda je interakcija silicija z dušikovo kislino ali alkalijo, ki se imenuje proces jedkanja. Silikonske spojine so široko razširjene, ki danes postajajo vse bolj razširjene.

Biti v naravi

Silikon v naravi je v precej veliki količini. Na drugem mestu je po razširjenosti kisika. Njegova masna frakcija je približno 30%. Morski vodi vsebuje ta element tudi v približni koncentraciji 3 mg / l. Zato ne moremo reči, da je silicija v naravi redek element.

Nasprotno, obstaja veliko različnih kamnin in mineralov v sestavi, ki jo najdemo in iz katerih ga je mogoče izvleči. Najpogostejše naravne silicijeve spojine so naslednje:

1. Silikat. Kemijska formula SiO₂. Obstaja precej raznolikih oblik minerala in kamnin na podlagi tega: peska, kremena, feldspars, kremen, rhinestone, ametist, kalcedon, carnelian, opal, jasper in drugi.
2. Silikati in aluminosilikati. Kaolin, spar, sljuda, soli silicijeve kisline, azbesta, smukca.

Tako je širjenje v naravi silicija razširjeno in njegove spojine so priljubljene in zahtevajo med ljudmi za uporabo v tehničnih namenih.

Silikon in njegove spojine

Ker v svoji čisti obliki zadevnega elementa ne more obstajati, zato so njene različne povezave zelo pomembne. S kemičnega vidika lahko kaže tri oksidacijske stopnje: +2, +4, -4. Izhajajoč iz tega, pa tudi iz njegove inertnosti, vendar pa je značilna struktura kristalne rešetke, tvorijo naslednje glavne vrste snovi:

• Binarne spojine z nekovinami (silan, karbid, nitrid, fosfid in tako naprej;
• oksidi;
• silicijeva kislina;
• silikati kovin.

Podrobneje bomo podrobneje preučili pomen silicija in njegovih spojin, ki so najpogostejši in zahtevajo ljudje.

Silicijevi oksidi

Obstajajo dve različici te snovi, izraženi s formulami:

• SiO;
• SiO₂.

Najpogostejši pa je dioksid. Obstaja v naravi v obliki zelo lepih poludragih kamnov:

• agate;
• kalcedon;
• opal;
• karnelij;
• jasper;
• ametist;
• rhinestone.

Uporaba silicija v tej obliki je našel svojo uporabo pri izdelavi nakita. Izjemno lepe zlate in srebrne okraske so izdelane s temi poldragi in okrasni kamni.

Še nekaj variacij silicijevega dioksida:

• kremen;
• reka in kremenov pesek;
• kremena;
• feldspar.

Uporaba silicija v takšnih vrstah se uresničuje v gradbeništvu, inženiringu, radijski elektroniki, kemični industriji in metalurgiji. Vsi ti oksidi se nanašajo na eno snov - silikagel.

Silicijev karbid in njegova uporaba

Silikon in njegove spojine so materiali prihodnosti in sedanjost. En tak material je karborund ali karbid tega elementa. Kemična formula je SiC. V naravi se pojavlja v obliki moissanita mineralov.

V čisti obliki je kombinacija ogljika in silicija lep prozoren kristal, ki spominja na diamantne strukture. Vendar se za tehnične namene uporabljajo snovi, ki so pobarvane v zeleni in črni barvi.

Glavne značilnosti te snovi, ki omogočajo njegovo uporabo v metalurgiji, inženirstvu, kemični industriji, so naslednje:

• širokopasovni polprevodnik;
• zelo visoka stopnja moči (7 na lestvici Mohs);
• odporen proti visokim temperaturam;
• odlična električna stabilnost in toplotna prevodnost.

Vse to omogoča uporabo karborunda kot abrazivnega materiala v metalurgiji in kemični sintezi. LED Prav tako je osnovan proizvajajo širok spekter delovanja, deli na steklo peči, šobe, svetilke, nakit (moissanite cenijo FIANITE zgoraj).

Silan in njegov pomen

Vodikov spojina silicija se imenuje silan in je ni mogoče pridobiti z neposrednim sintezo iz izhodnih materialov. Za izdelavo se uporabljajo silicidi različnih kovin, ki se obdelujejo s kislinami. Posledično se sprošča plinast silan in nastane kovinska sol.

Zanimivo je, da zadevna spojina ni nikoli oblikovana samostojno. Vedno kot rezultat reakcije dobimo zmes mono-, di- in trisilana, v kateri so atomi silicija združeni v verige.

Po njihovih lastnostih so te spojine močna reducenta. Sami se oksidirajo s kisikom, včasih z eksplozijo. S halogeni so turbulentne reakcije vedno z velikim sproščanjem energije.

Področja uporabe silanov so:

1. Reakcije organskih sintez, kar povzroči nastanek pomembnih organosilikonskih spojin - silikonov, gume, tesnilnih sredstev, maziv, emulzij in drugih.
2. Mikroelektronika (monitorji s tekočimi kristali, integrirane tehnične sheme itd.).
3. Proizvodnja ultrazvočnega polisilicija.
4. Zobozdravstvo v protetiki.

Tako je pomen silanov v sodobnem svetu visok.

Silicinska kislina in silikati

Hidroksid zadevnega elementa je različna silikinska kislina. Dodeli:

• meta;
• orto;
• polisilicija in druge kisline.

Vsi imajo skupne lastnosti - izjemno nestabilnost v prostem stanju. Lahko se razgradijo pod vplivom temperature. V normalnih pogojih ni veliko časa, najprej se obrne v sol in nato v gel. Po sušenju se te strukture imenujejo silikageli. Uporabljajo se kot adsorbenti v filtrih.

Z industrijskega vidika so pomembne soli silicnih kislin - silikatov. So osnova za pridobivanje takšnih snovi, kot so:

• steklo;
• beton;
• cement;
• zeolit;
• kaolin;
• porcelan;
• faience;
• kristal;
• keramika.

Alkalijski kovinski silikati so topni, vsi ostali niso. Zato so natrij in kalijev silikat imenovani tekoče steklo. Običajno lepilno lepilo je natrijeva sol silicijeve kisline.

Toda najbolj zanimive spojine so enako steklo. Katere so edine različice te snovi izumljene! Danes prejmejo barvne, optične, matične možnosti. Stekleni izdelki presenetijo s svojo razkošje in raznolikostjo. Ko se k mešanici dodajo določeni kovinski oksidi in nekovine, se lahko proizvajajo različne vrste stekla. Včasih celo enaka sestava, vendar različen odstotek sestavnih delov, vodi do razlike v lastnostih snovi. Primer je porcelan in faience, katerega formula je SiO₂* AL₂O₃* K₂O.

Kvarčno steklo je oblika posebej čistega izdelka, katerega sestava je opisana kot silicijev dioksid.

Odkritja na področju silicija

V zadnjih nekaj letih raziskav je bilo dokazano, da so silicij in njegove spojine najpomembnejši udeleženci normalnega stanja živih organizmov. Ob pomanjkanju ali presežku tega elementa, bolezni, kot so:

• rak;
• tuberkuloza;
• artritis;
• katarakta;
• gobavost;
• dizenterija;
• revmatizem;
• hepatitis in drugi.

Staranje samega telesa je povezano tudi s količinsko vsebnostjo silicija. Številni poskusi na sesalcih so pokazali, da v primeru pomanjkanja elementa, srčnega napada, kapi, raka pride in postane aktiven virus hepatitisa.