Silicijev: uporaba, kemične in fizikalne lastnosti

Eden najpogostejših elementov v naravi je silicij ali silicij. Taka široka razpršenost govori o pomenu in pomenu te snovi. To so hitro razumeli in naučili ljudje, ki so se naučili, kako pravilno uporabljati silikon za svoje namene. Njegova uporaba temelji na posebnih lastnostih, o katerih se bomo pogovarjali še naprej.

Silikon je kemični element

Če podate značilnost tega elementa s položajem v periodičnem sistemu, lahko označimo naslednje pomembne točke:

1. Serijska številka je 14.
2. Obdobje je tretje majhno.
3. Skupina - IV.
4. Podskupina je glavna podskupina.
5. Struktura zunanje elektronske lupine je izražena s formulo 3s²3p².
6. Element silicija označuje kemijski simbol Si, ki se izgovarja kot "silicij".
7. Stopnje oksidacije, ki jih kaže: -4- + 2- +4.
8. Valenca atoma je IV.
9. Atomska masa silicija je 28.086.
10. V naravi obstajajo trije stabilni izotopi tega elementa z masnimi številkami 28, 29 in 30.

Tako je atom silicija s kemijskega vidika dovolj preučen element, opisani so številni njeni različni lastnosti.

Zgodovina odkritja

Ker je narava zelo priljubljena in množično zadovoljiva z različnimi sestavinami zadevnega elementa, so ga ljudje občasno uporabljali in poznali lastnosti mnogih. Čisti silikon za dolgo časa je ostal izven znanja človeka v kemiji.

Najbolj priljubljene spojine, ki jih ljudje iz starih kultur (npr. Egipčani, Rimljani, Kitajci, Rusi, Perzijci itd.) Uporabljajo v vsakdanjem življenju in industriji, so dragoceni in okrasni kamni, ki temeljijo na silicijevega oksida. Te vključujejo:

• opal;
• rock kristal;
• topaz;
• krizopraza;
• oniks;
• kalcedon in drugi.

Od antičnih časov se uporablja tudi za uporabo kremena in kremenov pesek v gradbeništvu. Vendar pa je elementarni silicij ostal nerešen vse do XIX stoletja, čeprav so mnogi znanstveniki zaman, da se razlikuje od različnih spojin, uporabo in katalizatorji, in visoke temperature, in celo električno energijo. To so tako svetle misli kot:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Uspešno pridobivanje silicija v čisti obliki je dosegel Jens Jacobs Berzelius leta 1823. Za to je opravil eksperiment na fuziji silicijevega fluorida in kovinskih kalijevih hlapov. Posledično smo pridobili amorfno modifikacijo obravnavanega elementa. Istemu znanstveniku je bilo ponujeno latinsko ime za odprt atom.

Malo kasneje, leta 1855, je drugi znanstvenik - Saint Clair-Deville - uspel sintetizirati drugo alotropno sorto - kristalni silicij. Od takrat se znanje o tem elementu in njegovih lastnostih zelo hitro povrne. Ljudje so spoznali, da ima edinstvene funkcije, ki jih je mogoče uporabljati zelo kompetentno, da bi zadovoljili svoje potrebe. Zato je danes eden od najbolj zahtevanih elementov v elektroniki in inženiringu silicij. Njena uporaba širi svoje meje vsako leto.

Rusko ime je atomski atom dala znanstvenik Hess leta 1831. To je tisto, ki je bila pritrjena na ta dan.

Vsebina v naravi

Po razširjenosti v naravi silicij zaseda drugo mesto po kisiku. Njegovo odstotno razmerje v primerjavi z drugimi atomi v sestavi zemeljske skorje je 29,5%. Poleg tega sta ogljik in silicij dva posebna elementa, ki lahko tvorita verige, ki se med seboj povezujejo. Zato je slednje poznano po več kot 400 različnih naravnih mineralih, v katerih je vsebovano v litosferi, hidrosferi in biomasi.

Kje je natančno silicij?

1. V globokih slojih tal.
2. V skalah, nahajališčih in masivah.
3. Na dnu vodnih teles, zlasti morja in oceanov.
4. V rastlinah in morskih prebivalcih živalskega kraljestva.
5. V človeškem telesu in kopenskih živalih.

Določite lahko nekaj najpogostejših mineralov in kamnin, v katerih je veliko silicija. Njihova kemija je taka, da vsebnost čiste snovi v njih doseže 75%. Vendar je specifična številka odvisna od vrste materiala. Torej, kamnine in minerali z vsebnostjo silicija:

• feldspars;
• sljuda;
• amfibole;
• opals;
• kalcedon;
• silikati;
• peščenjaki;
• aluminosilikati;
• gline in drugi.

S kopičenjem v lupinah in zunanjih okostjih morskih živali silicij na koncu oblikuje močne naslage silicijevega dioksida na dnu rezervoarjev. To je eden od naravnih virov tega elementa.

Poleg tega je bilo ugotovljeno, da lahko silicij obstaja v čisti naravni obliki - v obliki kristalov. Toda take depozite so zelo redke.

Fizične lastnosti silicija

Če podamo značilnost obravnavanega elementa v smislu nabora fizikalno-kemijskih lastnosti, je treba najprej določiti fizične parametre. Tukaj je nekaj osnovnih:

1. Obstajajo dve alotropni modifikaciji - amorfni in kristalni, ki se med seboj razlikujejo.
2. Kristalna mreža je zelo podobna kot diamant, saj sta ogljik in silicij v tem pogledu skoraj enaka. Vendar pa je razdalja med atomi različna (silicija ima več), zato je diamant veliko težje in močnejši. Tip rešetke je kubično usmerjen v obraz.
3. Snov je zelo krhka, postane plastika pri visokih temperaturah.
4. Tališče je 1415 ° C.
5. Vrelišče je 3250 ° C.
6. Gostota snovi - 2,33 g / cm³.
7. Barva sklepa je srebrno siva, izražen je značilen kovinski sijaj.
8. Ima dobre polprevodniške lastnosti, ki se lahko razlikujejo z dodatkom določenih sredstev.
9. Ne raztopi v vodi, organskih topilih in kislinah.
10. Specifično topen v alkalijah.

Določene fizikalne lastnosti silicija omogočajo ljudem, da jih upravljajo in ga uporabljajo za ustvarjanje različnih izdelkov. Tako na primer uporaba čistega silicija v elektroniki temelji na lastnostih polprevodništva.

Kemijske lastnosti

Kemijske lastnosti silicija so zelo odvisne od reakcijskih pogojev. Če govorimo o čisti snovi s standardnimi parametri, je treba označiti zelo nizko aktivnost. Tako kristalni kot amorfni silicij sta zelo inertni. Ne delajte z nobenimi močnimi oksidanti (razen fluora), niti z močnimi redukcijskimi sredstvi.

To je posledica dejstva, da je na površini snovi oksidni film SiO₂, ki preprečuje nadaljnje interakcije. Lahko se oblikuje pod vplivom vode, zraka in hlapov.

Če se spremenijo standardni pogoji in silikon segreje na temperaturo nad 400 ° C, se bo njegova kemijska aktivnost znatno povečala. V tem primeru se bo odzval z:

• kisik;
• vse vrste halogenov;
• vodik.

Z nadaljnjim povišanjem temperature je možno med interakcijo z borom, dušikom in ogljikom oblikovati izdelke. Poseben pomen je karborund - SiC, ker je dober abrazivni material.

Tudi kemijske lastnosti silicija so jasno razvidne med reakcijami s kovinami. V zvezi z njimi je oksidant, zato se izdelki imenujejo silicidi. Takšne spojine so znane po:

• alkalno;
• zemeljska zemlja;
• prehodne kovine.

Neobičajne lastnosti imajo spojino, ki jo dobimo s talilnim železom in silicijom. Imenuje se ferosilicija keramika in se uspešno uporablja v industriji.

S kompleksnimi substancami silikon ne vstopa v interakcijo, zato jih je mogoče iz vseh vrst raztopiti samo v:

• kraljevska vodka (mešanica dušikovih in klorovodikova kislina);
• kavstična alkalija.

V tem primeru mora biti temperatura raztopine najmanj 60 ° C. Vse to znova potrjuje fizično osnovo snovi - diamantno stabilno kristalno mrežo, ki ji daje moč in inercijo.

Metode pridobivanja

Pridobivanje silicija v svoji čisti obliki je gospodaren proces. Poleg tega katera koli metoda zaradi svojih lastnosti daje samo 90-99% čistega izdelka, medtem ko nečistoče v obliki kovin in ogljika ostanejo enake. Samo pridobivanje stvari ni dovolj. Prav tako je treba očistiti kakovostno od tujih elementov.

Na splošno se proizvodnja silicija izvaja na dva načina:

1. Belega peska, ki je čista SiO2₂. Ko se vžigajo z aktivnimi kovinami (najpogosteje z magnezijem), se prost element oblikuje v obliki amorfne modifikacije. Čistost te metode je visoka, izdelek dobimo z 99,9-odstotnim pridelkom.
2. Bolj razširjena metoda v industrijskem obsegu je sintranje taline peska s koksom v specialnih termičnih pečeh za praženje. To metodo je razvil ruski znanstvenik N. Beketov.

Nadaljnja obdelava je sestavljena iz izpostavljanja izdelkov metodam čiščenja. Za to se uporabljajo kisline ali halogeni (klor, fluor).

Amorfni silicij

Silicijeva značilnost bo nepopolna, če ne upoštevamo posameznih alotropnih sprememb posebej. Prvi je amorfen. V tem stanju je snov, ki jo razmišljamo, rjavkasto rjav prašek, fino razpršen. Ima visoko stopnjo higroskopnosti, pri segrevanju kaže precej visoko kemijsko aktivnost. V standardnih pogojih je sposoben samo interakcijo z najmočnejšim oksidantom - fluorom.

Če imenujemo amorfni silicij točno nekakšna kristalinična, ni povsem pravilna. Njegova riba kaže, da je ta snov le oblika drobno disperziranega silicija, ki obstaja v obliki kristalov. Zato so kot take takšne spremembe enake povezave.

Vendar pa so njihove lastnosti drugačne in zato je običajno govoriti o alotropiji. Sama po sebi ima amorfni silicij visoko absorpcijsko sposobnost. Poleg tega je pod določenimi pogoji ta indikator večkrat večji od kristalne oblike. Zato se uporablja za tehnične namene. V obravnavani obliki (v prahu) se spojina zlahka nanaša na katero koli površino, bodisi plastiko ali steklo. Zato je amorfni silicij primeren za uporabo. Aplikacija temelji na proizvodnja sončnih kolektorjev različne velikosti.

Čeprav je poslabšanje baterij te vrste zelo hitro, kar je povezano z abrazijo tankega filma snovi, pa se aplikacija in povpraševanje povečujeta. Navsezadnje tudi v kratkem časovnem obdobju lahko sončne celice na osnovi amorfnega silicija zagotavljajo energijo celotnim podjetjem. Poleg tega je proizvodnja takšne snovi ne-odpadek, zaradi česar je zelo ekonomična.

Takšno modifikacijo dobimo z redukcijo spojin z aktivnimi kovinami, na primer natrijem ali magnezijem.

Kristalni silicij

Srebrno-siva svetleča modifikacija obravnavanega elementa. To je najpogostejša in najbolj priljubljena oblika. To pojasnjuje niz kvalitativnih lastnosti, ki jih ima ta snov.

Značilnost silicija s kristalno mrežo vključuje klasifikacijo svoje vrste, saj jih je več:

1. Elektronska kakovost - najčistejša in najvišja kakovost. Ta vrsta se uporablja v elektroniki za ustvarjanje posebno občutljivih instrumentov.
2. Kakovost sončne energije. Samo ime opredeljuje obseg uporabe. Prav tako je dokaj visoke čistosti silicija, katerih uporaba je potrebna za ustvarjanje visoko kakovost in dolgoročno teče sončnih kolektorjev. Optični pretvorniki, ki temeljijo na kristalno strukturo bolj kakovostno in obrabo odporne od tistih, ki uporabljajo amorfno modifikacijo z brizganjem na različne vrste substrata.
3. Tehnični silicij. V tej sorti so vključeni tisti vzorci snovi, ki vsebujejo približno 98% čistega elementa. Vse ostalo porabimo za različne vrste nečistoč:

• bor;
• aluminij;
• klor;
• ogljik;
• fosforja in drugih.

Zadnja sorta zadevne snovi se uporablja za proizvodnjo polikristalov silicija. V ta namen se izvajajo postopki rekristalizacije. Posledično se v smislu čistosti pridobijo proizvodi, ki se lahko nanašajo na skupine sončne in elektronske kakovosti.

Po svoji naravi je polisilikon vmesni produkt med amorfno modifikacijo in kristalinično modifikacijo. S to možnostjo je lažje delati, je bolje obdelati in očistiti s fluorom in klorom.

Izdelke, ki izhajajo iz tega, se lahko razvrstijo na naslednji način:

• več silicija;
• enojni kristal;
• oblikovani kristali;
• silicij ostanki;
• tehnični silicij;
• odpadki v obliki ostankov in odpadnih snovi.

Vsak od njih najde aplikacijo v industriji in ga v celoti uporablja človek. Zato, proizvodnih procesov, ki se nanašajo na silicij, štejejo kot odpadki. To znatno zmanjša svojo ekonomsko vrednost, hkrati pa ne vpliva na kakovost.

Uporaba čistega silicija

Proizvodnja silicija v industriji je dobro uveljavljena, njegova velikost pa je precej velika. To je posledica dejstva, da je ta element, tako čist kot v obliki različnih spojin, široko razširjen in potreben v različnih panogah znanosti in tehnologije.

Kje se uporablja kristalni in amorfni silicij v čisti obliki?

1. V metalurgiji kot legirni aditiv, sposoben spreminjanja lastnosti kovin in njihovih zlitin. Torej se uporablja pri taljenju jekla in litega železa.
2. Različne vrste snovi porabijo za izdelavo čistejše različice - polisilicija.
3. Silicijeve spojine z organske snovi - to je celotna kemična industrija, ki je danes pridobila posebno popularnost. Silikonsko-organski materiali se uporabljajo v medicini, pri proizvodnji posode, orodij in še veliko več.
4. Proizvodnja različnih solarnih baterij. Ta metoda pridobivanja energije je ena najbolj obetavnih v prihodnosti. Ekološko čista, ekonomično donosna in odporna proti obrabi - glavne prednosti takega pridobivanja električne energije.
5. Silikon za vžigalke se že dolgo uporablja. V antičnih časih so ljudje uporabili kremenček, da bi dobili iskro pri vžigu požara. To načelo temelji na proizvodnji različnih vrst vžigalnikov. Danes obstajajo vrste, v katerih se kremena nadomesti z zlitino določene sestave, kar daje še hitrejši rezultat (iskrenje).
6. Elektronika in sončna energija.
7. Proizvodnja ogledal v plinskih laserskih napravah.

Tako ima čisti silikon veliko ugodne in posebne lastnosti, ki omogočajo, da se uporablja za izdelavo pomembnih in potrebnih izdelkov.

Uporaba silicijevih spojin

Poleg enostavne snovi se uporabljajo različne silicijeve spojine in zelo široko. Obstaja cela industrija, imenovana silikat. Temelji na uporabi različnih snovi, ki vključujejo ta neverjeten element. Katere so te spojine in kaj se proizvaja od njih?

1. Quartz ali rečni pesek - SiO₂. Uporablja se za izdelavo takšnih gradbenih in dekorativnih materialov kot cementa in stekla. Vsi vedo, kje se ti materiali uporabljajo. Nobena konstrukcija ni popolna brez teh komponent, kar potrjuje pomen silicija.
2. Silikatna keramika, ki vključuje materiale, kot so faience, porcelan, opeke in izdelki, ki temeljijo na njih. Te komponente se uporabljajo v medicini, pri proizvodnji jedi, dekorativnega nakita, gospodinjskih predmetov, v gradbeništvu in drugih gospodinjskih dejavnostih.
3. Silikonske spojine - silikoni, silikageli, silikonska olja.
4. Silikatno lepilo - uporabljen kot pisatelj, v pirotehniko in gradbeništvu.

Silicon, katerih cena se giblje na svetovnem trgu, vendar ne prečka navzdol oznako 100 ruskih rubljev na kilogram (kristal) je priljubljena in dragocena snov. Seveda so povezave tega elementa tudi široko uporabne in uporabne.

Biološka vloga silicija

V smislu pomena za telo je pomemben silicij. Njena vsebina in porazdelitev na tkiva je naslednja:

• 0,002% je mišičast;
• 0,000017% - kost;
• krvi - 3,9 mg / l.

Vsak dan v notranjosti naj bi dobil približno en gram silicija, sicer se bo bolezen začela razvijati. Smrtonosno med njimi ni, vendar dolgotrajno stres silicija vodi do:

• izguba las;
• videz aken in aken;
• krhkost in krhkost kosti;
• lahka kapilarna prepustnost;
• utrujenost in glavobol;
• pojav številnih modric in modric.

Za rastline je silicij pomemben mikroelement, potreben za normalno rast in razvoj. Poskusi na živalih so pokazali, da posamezniki, ki dnevno porabijo dovolj silicija, rastejo bolje.