Silicij i njegovi spojevi. Silicij u prirodi. Primjena silicija

Jedan od najpopularnijih u tehnologiji iIndustrija elementa je silicij. Ovo mu duguje neobična svojstva. Danas postoji mnogo različitih spojeva ovog elementa koji igraju važnu ulogu u sintezi i stvaranju tehničkih proizvoda, stakla, opreme, materijala za zgrade i dorade, nakita i drugih industrija.

Opće značajke silicija

Ako uzmemo u obzir poziciju silicija u periodičkom sustavu, možemo reći:

1. Nalazi se u IV grupi glavne podskupine.
2. Serijski broj je 14.
3. Atomska masa iznosi 28.086.
4. Kemijski simbol Si.
5. Ime je silicij, ili latinski - silicium.
6. Elektronska konfiguracija vanjskog sloja 4e: 2e: 8e.

Kristalna rešetka od silicija slična je rešetkidijamant. Na čvorištima postoje atomi, svoj tip - kubni, lice usmjereni. Međutim, zbog duže duljine veze, fizička svojstva silicija su vrlo različita od onih alotropnih modifikacija ugljika.

Fizička i kemijska svojstva

Postoje dvije alotropne izmjeneelement: amorfan i kristaliničan. Vrlo su slični. Međutim, kao u slučaju drugih tvari, glavna razlika između njih je kristalna rešetka silicija.

U ovom slučaju, obje izmjene su prašci različitih boja.

1. Kristalni silicij je tamnosivi sjajni prah, sličan metalu. Njegova struktura odgovara dijamantu, ali svojstva su drugačija. On ima:

• krhkost;
• niska tvrdoća;
• svojstva poluvodiča;
• talište 1415⁰C;
• gustoća od 2,33 g / cm³;
• vrelište 2700⁰S.

Njegova kemijska aktivnost je niska u usporedbi s drugim alotropnim oblikom.

2. Amorfni silicij je smeđi-smeđi prah s strukturom snažno poremećenog dijamanta. Kemijska aktivnost je prilično visoka.

Općenito, valja napomenuti da se silicij ne želi pridružiti reakciji. Da biste reagirali, potrebna vam je temperatura od najmanje 400-500⁰Pod ovim uvjetima, formiraju se razni kemijski spojevi silicija. Kao što su:

• oksidi;
• halida;
• samoubojstva;
• nitrida;
• boridi;
• karbida.

Interakcija silicija s dušikomkiselina ili lužina, koja ima naziv postupka etkaniranja. Silikonski spojevi su široko rasprostranjeni, koji danas postaju sve rasprostranjeniji.

Biti u prirodi

Silicij u prirodi je sadržan u dovoljno težakiznos. To je na drugom mjestu nakon što je kisik prevaljen. Njezina masena frakcija iznosi oko 30%. Morska voda također sadrži ovaj element približne koncentracije od 3 mg / l. Stoga ne možemo reći da je silicij u prirodi rijedak element.

Naprotiv, postoji mnogo različitih stijena i minerala u sastavu koji se nalaze i iz kojih se može izvući. Najčešći prirodni silicijski spojevi su sljedeći:

1. Silica. Kemijska formula SiO₂, Postoji dosta različitih oblika minerala i stijena na svojoj bazi: pijesak, kremena, feldspata, kvarca, kamenog kristala, ametista, kalcedona, karneol, opal, jaspis, i drugi.
2. Silikati i aluminosilikati. Kaolin, spar, tinjac, sol silicijske kiseline, azbest, talk.

Dakle, širenje u prirodi silicija je široko rasprostranjeno, a njegovi su spojevi popularni i zahtijevani među ljudima za upotrebu u tehničkim svrhama.

Silicij i njegovi spojevi

Budući da je u čistom obliku element koji se razmatraNe može postojati, dakle, njegove različite veze od velike su važnosti. Iz kemijske točke gledišta može pokazati tri oksidacijska stanja: +2, +4, -4. Polazeći od toga, ali i zbog svoje inertnosti, ali specifične u strukturi kristalne rešetke, čini sljedeće glavne vrste supstancija:

• Binarni spojevi s ne-metalom (silan, karbid, nitrid, fosfid i tako dalje;
• oksidi;
• silicijska kiselina;
• silikati metala.

Pokušajmo detaljnije ispitati važnost silicija i njegovih spojeva, koji su najčešći i tvrdili za ljude.

Silicijevi oksidi

Postoje dvije vrste ove tvari, izražene formulama:

• SiO;
• SiO₂.

Međutim, najčešći je dioksid. Postoji u prirodi u obliku vrlo lijepih poludragog kamenja:

• ahat;
• kalcedona;
• opal;
• karneol;
• jaspisa
• leca;
• vještački dijamant.

Uporaba silicija u ovom obliku je pronašla svojprimjenu u proizvodnji nakita. Nevjerojatno lijep zlatni i srebrni nakit izrađeni su s tim poludnevnim i ukrasnim kamenjem.

Još nekoliko varijacija silicijevog dioksida:

• kvarc;
• riječni i kvarcni pijesak;
• kremen;
• Feldspati.

Uporaba silicija u takvim vrstama realizirana je ugrađevinskih radova, inženjerstva, radio elektronike, kemijske industrije, metalurgije. Svi ovi oksidi spadaju u jednu tvar - silicijev dioksid.

Silicij karbid i njegova primjena

Silicij i njegovi spojevi su materijali budućnostii sadašnjosti. Jedan takav materijal je karbborund ili karbid ovog elementa. Kemijska formula je SiC. Pojavljuje se u prirodi u obliku moissanita minerala.

U čistom obliku, kombinacija ugljika i silicija je prekrasan transparentni kristal koji podsjeća na dijamantne strukture. Ipak, za tehničke svrhe koriste se tvari zelene i crne boje.

Glavne karakteristike ove tvari, koje omogućuju korištenje metalurgije, inženjeringa, kemijske industrije, su sljedeće:

• širokopojasni poluvodič;
• vrlo visok stupanj čvrstoće (7 na Mohsovoj ljestvici);
• otporne na visoke temperature;
• izvrsnu električnu stabilnost i toplinsku vodljivost.

Sve to omogućava upotrebu karborunduma uKvaliteta abrazivnog materijala u metalurškoj i kemijskoj sintezi. I na svojoj osnovi za proizvodnju LED dioda širokog spektra djelovanja, detalji za peći, mlaznice, baklje, nakit (moissanite se vrednuje iznad phianitea).

Silan i njeno značenje

Imenik vodika od silicijasilana i ne može se dobiti direktnom sintezom iz polaznih materijala. Kako bi se to proizvele, koriste se silicidi različitih metala, koji se tretiraju s kiselinama. Kao rezultat, otpušta se plinoviti silan i nastaje metalna sol.

Zanimljivo, predmetni spojnikada se ne formira u izolaciji. Uvijek kao rezultat reakcije, dobiva se mješavina mono-, di- i trisilana, u kojoj su silicijski atomi spojeni zajedno u lance.

Po svojim svojstvima, ti spojevi jesu jaki redukcijski agensi. Oni se lako oksidiraju kisikom, ponekad s eksplozijom. S halogenom, turbulentne reakcije su uvijek, s velikim oslobađanjem energije.

Područja primjene silana su kako slijedi:

1. Reakcije organskih sinteza, što rezultira stvaranjem važnih organosilikonskih spojeva - silikona, gume, brtvila, maziva, emulzija i drugih.
2. Mikroelektronika (monitor s tekućim kristalima, integrirane tehničke sheme itd.).
3. Proizvodnja ultrapure polisilikona.
4. Stomatologija u protetici.

Dakle, važnost silana u suvremenom svijetu je visoka.

Silicijska kiselina i silikati

Hidroksid elementa u pitanju je različite silicijeve kiseline. razlikuju se:

• meta;
• o;
• polisilikona i drugih kiselina.

Svi oni dijele zajednička svojstva - ekstremnonestabilnost u slobodnoj državi. Oni se lako raspadaju pod utjecajem temperature. U normalnim uvjetima, nema puno vremena, prvo se okreće u sol, a zatim u gel. Nakon sušenja, ove se strukture nazivaju silika gelovima. Koriste se kao adsorbenti u filtrima.

Važno je sa industrijskog gledišta soli silikonskih kiselina - silikata. Oni su osnova za dobivanje takvih tvari kao što su:

• stakla;
• beton;
• cement;
• zeolita;
• kaolin;
• porculan;
• zemljani;
• kristal;
• keramika.

Silikati alkalijskih metala su topivi, svi drugi nisu. Dakle, natrij i kalij silikat se nazivaju tekuće staklo. Uobičajena klerikalna ljepila su natrijeva sol silikonske kiseline.

Ali najzanimljiviji su svi spojeviisto staklo. Koje su jedine varijante ove tvari izumljene! Danas dobivaju boje, optičke i matte mogućnosti. Staklo iznenađuje svojom raskošnošću i raznolikošću. Kada se u smjesu dodaju određeni metalni oksidi i nemetali, mogu se proizvesti razne vrste stakla. Ponekad čak i isti sastav, ali drugi postotak komponenata dovodi do razlike u svojstvima tvari. Primjer je porculan i fajanca, čija je formula SiO₂* AL₂O₃* K₂O.

Kvarcno staklo je oblik naročito čistog produkta čiji je sastav opisan kao silikon dioksid.

Otkrića na području silikonskih spojeva

Tijekom posljednjih nekoliko godina istraživanja su biladokazano je da su silicij i njegovi spojevi najvažniji sudionici u normalnom stanju živih organizama. S nedostatkom ili suviškom ovog elementa, bolesti kao što su:

• rak;
• tuberkuloze;
• artritis;
• katarakta;
• leprozu;
• dizenterija;
• reumatizam;
• hepatitisa i drugih.

Također su povezani procesi starenja organizmakvantitativni sadržaj silicija. Brojni pokusi na sisavcima pokazali su da ako nema elementa, srčani udar, moždani udar, rak nastaje i virus hepatitisa postaje aktivan.