Карактеристики и хемија. Силикон метал. Погледнете што е „силикон“ во другите речници

Силиконот (Si) е неметал кој е рангиран на второто место по кислородот во однос на резервите и присуството на Земјата (25,8% во Земјината кора). Практично никогаш не се наоѓа во својата чиста форма, главно е присутна на планетата во форма на соединенија.

Карактеристики на силиконот

Физички својства

Силиконот е кршлив, светло сив материјал со метална нијанса или кафеав прашкаст материјал. Структурата на силиконскиот кристал е слична на онаа на дијамантот, но поради разликите во должината на врската помеѓу атомите, тврдоста на дијамантот е многу поголема.

Силиконот е неметал достапен за електромагнетно зрачење. Поради некои квалитети, тој е во средината помеѓу неметали и метали:

Кога температурата се зголемува до 800 °C, таа станува флексибилна и пластична;

Кога се загрева до 1417 °C се топи;

Почнува да врие на температури над 2600 °C;

Ја менува густината при висок притисок;

Има својство да се магнетизира против насоката на надворешното магнетно поле (дијамагнет).

Силиконот е полупроводник, а нечистотиите вклучени во неговите легури ги одредуваат електричните карактеристики на идните соединенија.

Хемиски својства

Кога се загрева, Si реагира со кислород, бром, јод, азот, хлор и разни метали. Кога се комбинираат со јаглерод, се добиваат тврди легури со топлинска и хемиска отпорност.

Силиконот на никаков начин не комуницира со водородот, па сите можни мешавини со него се добиваат на поинаков начин.

Во нормални услови, слабо реагира со сите супстанции освен со флуор. Со него се формира силициум тетрафлуорид SiF4. Оваа неактивност се објаснува со фактот дека, поради реакцијата со кислородот, водата, нејзината пареа и воздухот, на површината на неметалот се формира филм од силициум диоксид и го обвива. Затоа, хемискиот ефект е бавен и незначителен.

За да го отстраните овој слој, користете мешавина од водород флуорид и азотни киселиниили водени раствори на алкалии. Некои специјални течности за ова бараат додавање на хром анхидрид и други супстанции.

Пронаоѓање силикон во природата

Силиконот е важен за Земјата колку што е јаглеродот за растенијата и животните. Нејзината кора е речиси половина кислород, а ако на ова додадете силициум, ќе добиете 80% од масата. Оваа врска е многу важна за движење хемиски елементи.

75% од литосферата содржи различни соли на силициумски киселини и минерали (песок, кварцити, кремен, мика, фелдспат итн.). За време на формирањето на магма и разни магматски карпи, Si се акумулира во гранити и ултрамафични карпи (плутонски и вулкански).

Во човечкото тело има 1 g силициум. Повеќето се наоѓаат во коските, тетивите, кожата и косата, лимфните јазли, аортата и трахеата. Тој е вклучен во растот на сврзните и коскените ткива, а исто така ја одржува еластичноста на крвните садови.

Дневната стапка на внес за возрасен е 5-20 mg. Вишокот предизвикува силикоза.

Примени на силициум во индустријата

Овој неметал е познат на човекот уште од каменото доба и сè уште е широко користен денес.

Апликација:

Тоа е добро средство за намалување, па затоа се користи во металургијата за производство на метали.

Под одредени услови, силиконот може да спроведе струја, поради што се користи во електрониката.

Силициум оксид се користи во производството на очила и силикатни материјали.

За производство на полупроводнички уреди се користат специјални легури.

Со сите, како што велат, последиците што следуваат. Очигледно, вреди да се разгледа од овие гледни точки силиконот е прилично обичен и прилично извонреден елемент.

Природни силициумски соединенија

„Тие ми покажуваат“, напишал академик А.Е. - обоен опал, чист песок на брегот на морето, тенка нишка од лопен кварц или од него отпорни на топлина садови, прекрасно исечени купишта камени кристали, мистериозен дизајн од фантастичен јаспис, скаменети дрво претворени во камен, грубо обработена врв на стрела антички човек... сето тоа е едно исто хемиско соединение на елементите силициум и кислород“.

Без разлика колку е разновидна оваа листа, таа, се разбира, не ја исцрпува разновидноста на природни силициумски соединенија. Да почнеме, сепак, со споменатите. „Грубо обработената стрела на античкиот човек“ е направена од кремен. Што е кремен? Современиот човек ги видел овие врвови од стрели, како и пиштоли со кремен, можеби само во историски музеј. „Кремите“ вметнати во запалките на пушачите воопшто не се слични по изглед или состав со тие кремени. Сепак, многумина од нас во детството правеа искри удирајќи од камчиња од камчиња, а најверојатно тогаш имавме вистински кремени во рацете.

Значи, што е кремен? Хемичарот ќе одговори на ова прашање буквално според Ферсман: силициум диоксид, силициум диоксид. Можеби тој ќе додаде дека силициум силициум е аморфен, за разлика од кристалниот силициум од кварцен песок и камениот кристал, и дека некои хемичари сметаат дека силиконот е кристален хидрат mSiO 2 -nH 2 O.

Геологот ќе одговори на истото прашање поинаку, но и на генерално секојдневен начин: минерална формација, широко распространета и со мал интерес, слоеви и „јазли“ од кремен обично лежат меѓу наслаги од варовник и креда...

И само хуманист-историчар ќе одговори, мора да одговори, со ентузијазам за кременот, бидејќи тоа беше кремен - незабележлив и не многу издржлив камен - кој во еден момент му помогна на човекот да стане Човек. Каменото доба е доба на кремените алатки. Причината за ова не е само и не толку распространетоста и достапноста на кременот, туку неговата способност да формира остри рабови за сечење кога се чипира.

Сега да се свртиме кон кристалните аналози на кремениот: „прекрасно исечени купишта карпести кристали“, „чист песок на морскиот брег“... Разликата меѓу нив е мала, во суштина само во големината и нечистотиите. Чистиот песок е чист кристален силициум диоксид. Чистиот камен кристал е ист. И она што е исто така многу важно, и двете од овие супстанции се полимери, неоргански полимери.

Еден од првите што ја предложи полимерната структура на силициум диоксид беше Дмитриј Иванович Менделеев. Токму оваа околност ја објасни неиспарливоста и огноотпорноста на супстанциите со составот SiO 2 или, поточно, (SiO 2)n. Структурните студии на Х-зраци на нашите денови ја потврдија точноста на оваа претпоставка. Утврдено е дека кристалниот силициум диоксид е тридимензионален мрежен полимер. Синџирот на силикон-кислород тетраедри е многу силен; врската помеѓу силициумот и кислородот е многу посилна од, на пример, врската помеѓу јаглеродните атоми во синџирите на органски полимери. Силиконско-кислородните синџири исто така имаат доволно флексибилност, но во светот на минералите тие формираат цврсти плексуси во форма на просторни решетки и мрежи, кои се кревки и непопустливи при механичка обработка. За да можат синџирите на силикон-кислород да останат флексибилни и еластични, тие треба да бидат изолирани еден од друг, опкружен со други атоми или групи на атоми. Ова беше направено од хемичари кои ги синтетизираа сега бројните органосилициумски полимери, за кои ќе се дискутира подолу. Сепак, природата, исто така, обезбеди одличен пример за фиброзно полимерно соединение на кислород и силициум - ова е азбест.

Денес е многу тешко да се одговори на прашањето на детето, која од сортите на кристален силициум диоксид - песок или камен кристал - е поважна за модерен човек. Ако го земеме предвид само природниот карпест кристал, чии резерви се речиси исцрпени, тогаш одговорот е јасен: се разбира, песок. Кварцното стакло е направено од кварцен песок, а од него се направени одлични лабораториски стакларија, цилиндри за специјални намени за светилки и многу повеќе. Карпестиот кристал не е само украсен материјал, тој е и пиезоелектрик. На радио инженерството му е потребен во сè поголеми количини, а брзиот развој на оваа индустрија тешко дека би бил возможен доколку луѓето не научеле да одгледуваат вештачки кварц со големи кристали во форма на единечни кристали.

Во 30-тите, Александар Евгениевич Ферсман напиша: „За неколку децении, геолозите повеќе нема да ги ризикуваат своите животи за да се искачуваат на врвовите на Алпите, Урал или Кавказ во потрага по кристали; тие нема да ги минираат во сушните пустини на Јужен Бразил или во седиментите на Мадагаскар. Сигурен сум дека потребните парчиња кварц ќе ги нарачаме телефонски од државната фабрика за кварц“. Фабриките за кварц се појавија уште порано отколку што предвидуваше научникот. Тие произведуваат кварцни кристали, кои во никој случај не се инфериорни во однос на природниот карпест кристал, во количини доволни не само за радио-електронската индустрија, не само за оптика, туку и за накит. Доколку се сомневате во оваа изјава, ви препорачуваме да ја контактирате продавницата за накит најблиску до вашиот дом.

Ние намерно ја ограничивме приказната за природните силициумски соединенија на три супстанции и во суштина едно соединение. Сè уште не можете да кажете сè во краток есеј, но соединенијата со кислород се најважни. Да се ​​вратиме, сепак, на самиот силикон.

И покрај неговата распространетост во природата, овој елемент беше откриен релативно доцна. Во 1825 година, извонредниот шведски хемичар и минералог Јенс Јакоб Берзелиус успеа да изолира не многу чист аморфен силиконво форма на кафеав прав. За да го направите ова, тој намали гасовита супстанција со калиум метал, сега позната како силициум тетрафлуорид SiF 4, и дополнително ја изврши следнава реакција:

K 2 SiF 6 + 4K → 6KF + Si.

Новиот елемент го доби името силициум (од латинскиот silex - кремен). Руското име за овој елемент се појави девет години подоцна, во 1834 година, и среќно преживеа, за разлика од, да речеме, „боротвор“, до денес.

Силиконот, како јаглеродот, формира различни алотропни модификации. Кристалниот силициум е малку сличен на аморфниот силициум како што е дијамантот со графитот. Тоа е челично-сива цврстина со метален сјај и кристална решетка насочена кон лицето од ист тип како дијамант. Сепак, аморфниот силикон, како што се испостави, исто така не е аморфен, туку ситно кристален.

Првиот индустриски метод за производство на силициум, измислен во втората половина на 19 век. познатиот руски хемичар Н.Н.Бекетов, се заснова на редукција на силициум тетрахлорид SiCl 4 со цинкова пареа. Технички чист силициум (95-98% Si) сега се произведува главно со редукција на силициум диоксид во електричен лак помеѓу графитните електроди. Сè уште се користи методот на редукција на силициум диоксид со кокс во електрични печки, измислен уште во минатиот век. Овој метод, исто така, произведува технички силициум, кој и е потребен на металургијата како деоксидатор кој го врзува и отстранува кислородот од металот и како додаток за легирање кој ја зголемува цврстината и отпорноста на корозија на челиците и многу легури базирани на обоени метали. Сепак, важно е да не се претера овде: вишокот силикон може да доведе до кршливост.

Методот на Бекет за производство на силициум (во реакцијата помеѓу цинковата пареа и силициум тетрахлорид, испарлива безбојна течност со точка на вриење од само 57,6 ° C) не стана минато. Ова е еден од начините за добивање на полупроводнички силициум со висока чистота.

Се верува дека при апсолутна нула, идеално чист и идеално редовен монокристален силициум треба да биде идеален електричен изолатор. Но, идеалната чистота е недостижна како апсолутната нула. Во нашиот случај, тоа е она што се нарекува добро. Не е идеален, туку едноставно силиконот со висока чистота и ултра чист стана најважниот полупроводнички материјал. На температура различна од апсолутната нула, во неа се јавува сопствена спроводливост, а носители на електрична струја не се само слободните електрони, туку и таканаречените дупки - места напуштени од електроните.

Со воведување на одредени легирани адитиви во ултра чист силициум (во микро количини; тоа обично се прави со употреба на инсталации со јонски зраци), во него се создава спроводливост од еден или друг тип. Дополнувањата на елементите од третата група на периодниот систем доведуваат до создавање на спроводливост на дупката, а петтата - електронска. Што ни значат денес полупроводниците веројатно е непотребно да се објаснува. Ајде да зборуваме накратко за методите за производство на полупроводнички силициум.

Еден од овие методи е споменат погоре. Забележуваме само дека реакцијата на цинковата пареа со висока чистота со многу чист силициум тетрахлорид се изведува на температура од 950°C во тубуларен реактор направен од фузиран кварц. Елементарниот силициум се формира во форма на кристали во облик на игла, кои потоа се дробат и се мијат со хлороводородна киселина, се разбира, исто така многу чисти. Потоа следи уште еден чекор на прочистување - зонско топење и само после ова поликристалната силициумска маса се претвора во единечни кристали.

Постојат и други реакции кои произведуваат полупроводнички силициум со висока чистота. Ова е редукција на трихлоросилан SiHCl 3 или силициум тетрахлорид SiCl 4 со водород и термичко распаѓање на моносилан, силициум хидрид SiH 4 или тетрајодид SiJ 4 . Во вториот случај, распаѓањето на соединението се случува на танталова лента загреана на 1000°C. Дополнително прочистување со зонско топење следи секоја од овие реакции. Во полупроводнички силициум, содржината на нечистотија е исклучително мала - 10-5-10-6% и уште помалку.

Органосилициум

Прво органско соединение, кој содржи силициум, е добиен уште во 1845 година при реакција на етил алкохол со силициум тетрахлорид: SiCl 4 + 4C 2 H 5 OH → Si(OC 2 H 5) 4 + 4HCl. Но, ова не беше прва синтеза на органосилициумско соединение во смисла дека модерната наука го разбира овој концепт. хемиска номенклатура. Само оние соединенија кои содржат јаглерод-силициумска врска сега се препознаваат како органосилициум. Така, првото органосилициумско соединение - тетраетилсилициум Si (C 2 H 5) 4 - е добиено дури во 1863 година.

Се разбира, во тоа време никој не замислуваше дека 100 години подоцна органосилициумот ќе се развие во независна и важна гранка на хемиската наука, дека органосилициумските соединенија, особено полимерните, ќе станат од огромно значење за многу видови индустрија, за транспорт и градежништво, дури и за секојдневниот живот.

Пред миење, искусна домаќинка ќе ги подмачка рацете со силиконски крем, кој ќе ги заштити не само од вода, туку и од корозивни ефекти на сода или прашок за перење. Кога предаваме фустан или костум за чистење, доброволно плаќаме дополнително за преклопување отпорно на туткање и за „импрегнација“, благодарение на што фустанот ќе стане помалку валкан. Во двата случаи, нашата облека во фабриката за хемиско чистење ќе се третира со органосилициумски течности...

Оваа иста гранка на хемиската наука ни ги даде најотпорните на топлина и во исто време најотпорните синтетички гуми. Опсегот на работна температура на органосилициумските гуми е од -80 до +260°C, а овие гуми одамна постоеле не во форма на егзотични лабораториски примероци, туку во форма на масовни индустриски производи.

Органосилициумските лакови, кои се раствори на органосилициумски полимери, се многу важни за современото електротехника. Тие имаат одлични електрични изолациски својства и се отпорни на атмосферски влијанија, температурни промени и сончево зрачење. Еве само еден пример за ефикасноста на таквите материјали во технологијата. Пред воведувањето на органосилициумските лакови, изолацијата на електромоторот на машина за сечење во рудник траеше во просек по 5 месеци. Кога органосилициумскиот лак се користел како изолација, работниот век на моторот пред првата поправка се зголемил на 3 години.

Може да се наведат десетици слични примери, а нивниот број ќе се множи секоја година: се појавуваат нови супстанции, кои заедно со силициумот и традиционалните елементи, органски светвклучува алуминиум, титаниум и други метали. Секој носи нешто различно во молекулата, а во одредена фаза квантитетот се претвора во квалитет.

Силициум во микроорганизми

Многу познати научници работеле и продолжуваат да работат во оваа област од хемијата. Советското училиште за органосилициумска хемија го основал академик К.А.

Во една статија за преглед на силикон напишана пред десет години, таков дел не би бил неопходен. Науката знаеше премногу малку за улогата на силиконот во животот на повисоките животни и луѓето. Беше познато дека силиконот (неговиот диоксид) ја формира основата на скелетите на некои морски организми - радиоларии, дијатоми, некои сунѓери, морски ѕвезди. Исто така, познато е дека тоа им е потребно на растенијата: од житарици и сечи до палми и бамбус. Колку е поцврсто стеблото на растението, толку повеќе силициум се наоѓа во неговата пепел. Растенијата, како морските животни, земаат силициум од водата. Околу 3 mg/l силициум се раствора и во свежа и во солена вода (во форма на силициум киселини и нивни соли). Улогата на силиконот во животот на повисоките животни и луѓето остана нејасна долго време. Нашироко се веруваше дека силициумските соединенија се биолошки инертни и бескорисни.

Но, од друга страна, одамна е позната сериозна болест - силикоза, предизвикана од продолжено вдишување на прашина која содржи слободен силициум диоксид. Некои органосилициумски соединенија - арилсилатрони - се покажаа токсични за сите топлокрвни животни. Во исто време, познато е дека силиконот се наоѓа речиси насекаде во човечкото тело, најмногу во коските, кожата, сврзното ткиво, како и кај некои жлезди. Кога коските се скршени, содржината на силикон на местото на фрактурата се зголемува речиси 50 пати. Минерална водасо висока содржина на силициум (на пример, познатата кавкаска вода „Јермук“) имаат корисен ефект врз здравјето на луѓето, особено на постарите лица.

Не може да се каже дека улогата на силиконот во животот е целосно разјаснета - напротив: појавата на нови информации сè повеќе ја комплицира сликата. Многу лаборатории ширум светот сега се занимаваат со синтеза и проучување на биолошки активни силициумски соединенија. Персоналот на Институтот Иркутск работи многу активно на збир на проблеми, кои накратко може да се наречат исто како што е именувано ова поглавје, т.е. силикон и живот органска хемијапредводена од дописниот член на Академијата на науките на СССР М.Г. Воронков. Во една од неговите написи, тој напиша: „Бројните опсервации кои се веќе достапни ни овозможуваат да дојдеме до заклучок за потребата од опсежно и темелно истражување (вклучувајќи молекуларно ниво) улогата на силиконот во живите организми и истражувањето на можностите за користење соединенија од овој елемент за лекување и превенција на разни болести и повреди, како и за борба против стареењето. Веројатно само последната теза бара објаснување овде. Поентата е дека тие се инсталирани возрасни карактеристикиСиликонски метаболизам во организмот: со возраста, содржината на овој елемент во коскеното ткиво, артериите, кожата значително се намалува...

Овој дел од нашето знаење за елементот бр. 14 сè уште не станал тело од општоприфатени, утврдени вистини. Но, очигледно, токму тука се одвива деновиве во првите редови на борбата за знаење на силиконот, најблискиот аналог на јаглеродот, витален елемент.

Силиконот (Si) е вториот елемент од главната (А) подгрупа од групата 4 Периодичен систем, основана од Дмитриј Иванович Менделеев. Силиконот е многу чест во природата, па затоа е на второ место (по кислородот) во изобилство. Така, без силициумот и неговите соединенија, не би постоела Земјината кора, која повеќе од една четвртина се состои од соединенија на овој хемиски елемент. Кои се карактеристиките на силиконот? Кои се формулите на неговите соединенија и нивната употреба? Кои важни материи содржат силициум? Ајде да се обидеме да го сфатиме.

Елементот силикон и неговите својства

Силиконот постои во природата во неколку алотропни модификации - најчести се кристалниот силикон и аморфниот силициум. Ајде да ја разгледаме секоја од овие модификации одделно.

Кристален силициум

Силиконот во оваа модификација е темно сива, прилично тврда и кршлива материја со челичен сјај. Таквиот силикон е полупроводник; неговиот корисно својствое тоа што, за разлика од металите, неговата електрична спроводливост се зголемува со зголемување на температурата. Точката на топење на таквиот силициум е 1415 °C. Покрај тоа, кристалниот силициум не е во состојба да се раствори во вода и разни киселини.

Употребата на силициум и неговите соединенија во кристалната модификација е неверојатно разновидна. На пример, кристалниот силикон е дел од соларни панели инсталирани на вселенски бродови и покриви. Силиконот е полупроводник и е способен да ја претвора сончевата енергија во електрична енергија.

Покрај соларните ќелии, кристалниот силициум се користи за создавање на многу електронски уреди и силиконски челици.

Аморфен силициум

Аморфниот силициум е кафеав/темно кафеав прав со структура слична на дијамант. За разлика од кристалниот силициум, оваа алотропна модификација на елементот нема строго подредена кристална решетка. И покрај фактот дека аморфниот силициум се топи на температура од приближно 1400 ° C, тој е многу поактивен во споредба со кристалниот силициум. Аморфниот силициум не спроведува струја и има густина од околу 2 g/cm³.

Овој тип на силициум најчесто се користи во Прехранбена индустријаи во производството на лекови.

Хемиски својства на силициумот

Главното хемиско својство на силициумот е согорувањето во кислород, што резултира со формирање на исклучително вообичаено соединение - силициум оксид:

Si + O2 → SiO2 (на температура).

Кога се загрева, силициумот како неметал формира соединенија со различни метали. Таквите соединенија се нарекуваат силициди. На пример:

2Ca + Si → Ca2Si (на температура).

Силицидите, пак, без тешкотии се распаѓаат со помош на вода или некои киселини. Како резултат на оваа реакција, се формира специјално водородно соединение на силициум - гас силилан (SiH4):

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.

Силиконот е исто така способен да комуницира со флуор (во нормални услови):

Si + 2F2 → SiF4.

И кога се загрева, силиконот комуницира со други неметали:

Si + 2Cl2 → SiCl4 (400–600°).

3Si + 2N2 → Si3N4 (1000°).

Si + C → SiC (2000°).

Исто така, силициумот, во интеракција со алкали и вода, формира соли наречени силикати и водороден гас:

Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2.

Сепак, ќе ги анализираме повеќето хемиски својства на овој елемент со разгледување на силициумот и неговите соединенија, бидејќи тие се главните супстанции на кои се заснова употребата и интеракцијата на силициумот со другите хемиски елементи. Значи, кои се најчестите силиконски соединенија?

Силиконски соединенија

Претходно дознавме што е елемент силикон и какви својства има. Сега да ги погледнеме формулите на силициумските соединенија.

Со учество на силициум, се формираат огромен број различни соединенија. Првото место по распространетост го заземаат кислородните соединенија на силициумот. Оваа категорија вклучува SiO2 и нерастворлива силициумска киселина.

Киселиот остаток на силициумовата киселина формира различни силикати (на пример, CaSiO3 или Al2O3 SiO2). Во таквите соли и соединенијата на силициум со кислород претставени погоре, елементот има типична состојба на оксидација од +4.

Силиконските соли се исто така доста чести - силициди (Mg2Si, NaSi, CoSi) и силициумски соединенија со водород (на пример, силилански гас). Силанот, како што е познато, спонтано се запали во воздухот со заслепувачки блесок, а силицидите лесно се разложуваат и од вода и од разни киселини.

Ајде внимателно да го разгледаме силиконот и неговите соединенија, кои се сметаат за најчести.

Силика

Друго име за овој оксид е силика. Тоа е цврста и огноотпорна супстанција која е нерастворлива во вода и киселини и има атомска кристална решетка. Во природата, силициум оксид формира минерали и скапоцени камења како што се кварц, аметист, опал, агат, халцедон, јаспис, кремен и некои други.

Вреди да се напомене дека е од силикон примитивни луѓеизработувале свои алатки за труд и лов. Флинт го означи почетокот на таканареченото камено доба поради неговата широка достапност и способност да создава остри рабови за сечење кога се чипира.

Тоа е силициум оксид што ги прави стеблата на растенијата како што се трска, трска и коњско опавче, лисјата на острицата и стеблата од житни култури. Заштитните надворешни облоги на некои животни исто така содржат силициум диоксид.

Покрај тоа, таа ја формира основата на силикатен лепак, кој создава силиконски заптив и силиконска гума.

Хемиски својства на силициум оксид

Силикон диоксидот е во интеракција со огромен број хемиски елементи - и метали и неметали. На пример:

На високи температури, силициум диоксид реагира со алкалии, формирајќи соли:

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O (на температура).

Како типичен кисел оксид, ова соединение произведува силикати со реакција со различни метални оксиди:

SiO2 + CaO → CaSiO3 (на температура).

Или со карбонатни соли:

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2 (на температура).

Едно од најважните хемиски својства на силициум диоксидот е способноста да се добие чист силициум од него. Ова може да се направи на два начина - со реакција на диоксид со магнезиум или јаглерод:

SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (на температура).

SiO2 + 2C → Si + 2CO (на температура)

Силициумска киселина

Силициумската киселина е многу слаба. Нерастворлив е во вода и за време на реакциите формира желатинозен талог, кој понекогаш може да го пополни целиот волумен на растворот. Кога оваа смеса ќе се исуши, можете да го видите формираниот силика гел, кој се користи како адсорбент (апсорбира на други супстанции).

Најпристапниот и најчестиот начин за добивање силициумска киселина може да се изрази со формулата:

K2SiO3 + 2HCl → 2KCl + H2SiO3↓.

Силициди

Кога се размислува за силикон и неговите соединенија, многу е важно да се зборува за неговите соли како што се силицидите. Силиконот формира такви соединенија со метали, добивајќи, по правило, состојба на оксидација од -4. Меѓутоа, металите како живата, цинкот, берилиумот, златото и среброто не се во можност да комуницираат со силициумот и да формираат силициди.

Најчести силициди се Mg2Si, Ca2Si, NaSi и некои други.

Силикати

Соединенијата како силикатите се втори по изобилство по силициум диоксидот. Силикатните соли се сметаат за доста сложени материи, бидејќи имаат сложена структура, а исто така се дел од повеќето минерали и карпи.

Најчестите силикати во природата - алумосиликати - вклучуваат гранит, мика, различни видовиглина Друг добро познат силикат е азбестот, од кој се прават огноотпорни ткаенини.

Силиконски апликации

Првенствено, силиконот се користи за производство на полупроводнички материјали и легури отпорни на киселина. Силициум карбид (SiC) често се користи за острење на машински алати и полирање вредни камења.

Растопениот кварц се користи за правење стабилни и силни садови за готвење од кварц.

Силиконските соединенија се во основата на производството на стакло и цемент.

Чашите се разликуваат едни од други по состав, кој нужно содржи силициум. На пример, покрај прозорското стакло, има огноотпорни, кристални, кварцни, обоени, фотохромни, оптички, огледални и други очила.

Кога цементот се меша со вода, се формира посебна супстанца - цементен малтер, од кој последователно се добиваат градежни материјали како бетон.

Производството на овие супстанции го врши силикатна индустрија. Покрај стаклото и цементот, силикатната индустрија произведува тули, порцелан, глинени садови и разни производи направени од нив.

Заклучок

Така, дознавме дека силиконот е најважниот хемиски елемент, широко распространет во природата. Силиконот се користи во градежништвото и уметничките активности, а е незаменлив и за живите организми. Многу супстанции, од едноставно стакло до највредниот порцелан, содржат силициум и неговите соединенија.

Изучувањето на хемијата ни овозможува да го разбереме светот околу нас и да разбереме дека сè околу нас, дури и највеличественото и најскапото, не е толку мистериозно и енигматично колку што може да изгледа. Ви посакуваме успех во научни сознанијаи проучување на таква прекрасна наука како што е хемијата!

Силикон (Si) -стои во период 3, група IV од главната подгрупа на периодичниот систем. Физички својства:силиконот постои во две модификации: аморфен и кристален. Аморфниот силициум е кафеав прав со густина од 2,33 g/cm3, растворлив во метални топи. Кристалниот силициум е темно сиви кристали со челичен сјај, тврд и кршлив, со густина од 2,4 g/cm3. Силиконот се состои од три изотопи: Si (28), Si (29), Si (30).

Хемиски својства:електронска конфигурација: 1s22s22p63 s23p2 . Силиконот е неметал. На надворешното енергетско ниво, силиконот има 4 електрони, што ги одредува неговите оксидациски состојби: +4, -4, -2. Валентност – 2.4 Аморфниот силициум има поголема реактивност од кристалниот силициум. Во нормални услови, тој комуницира со флуор: Si + 2F2 = SiF4. На 1000 °C Si реагира со неметали: CL2, N2, C, S.

Од киселините, силициумот реагира само со мешавина од азотни и флуороводоводни киселини:

Во однос на металите се однесува поинаку: во стопениот Zn, Al, Sn, Pb добро се раствора, но не реагира со нив; Силиконот е во интеракција со други метални топи - со Mg, Cu, Fe - за да формира силициди: Si + 2Mg = Mg2Si. Силиконот гори во кислород: Si + O2 = SiO2 (песок).

Силициум диоксид или силициум диоксид– стабилна врска Си, широко распространета во природата. Тој реагира така што го спојува со алкали и базични оксиди, формирајќи соли на силициумова киселина - силикати. Потврда:во индустријата, силициумот во чиста форма се добива со редуцирање на силициум диоксид со кокс во електрични печки: SiO2 + 2C = Si + 2CO?.

Во лабораторија, силициумот се добива со калцинирање на бел песок со магнезиум или алуминиум:

SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.

3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.

Силиконот формира киселини: H2 SiO3 – мета-силициумска киселина; H2 Si2O5 е диметасилица киселина.

Наоѓање во природата:кварцен минерал – SiO2. Кварцните кристали имаат облик на хексагонална призма, безбојни и проѕирни и се нарекуваат карпести кристали. Аметист е карпест кристал со виолетова боја со нечистотии; чадениот топаз има кафеава боја; агат и јаспис се кристални сорти на кварц. Аморфната силициум диоксид е поретка и постои во форма на опал минерал - SiO2 nH2O. Дијатомит, триполи или дијатомејска земја (дијатомејска земја) се земјени форми на аморфен силициум.

42. Концептот на колоидни решенија

Колоидни раствори– високо дисперзирани двофазни системи, составени од дисперзивен медиум и дисперзирана фаза. Големините на честичките се средни помеѓу вистински раствори, суспензии и емулзии. У колоидни честичкимолекуларен или јонски состав.

Постојат три типа на внатрешна структура на примарните честички.

1. Суспензоиди (или неповратни колоиди)– хетерогени системи, чии својства може да се утврдат со развиената меѓуфазна површина. Во споредба со суспензиите, тие се повисоко дисперзирани. Тие не можат да постојат долго време без стабилизатор за дисперзија. Тие се нарекуваат неповратни колоидипоради фактот што нивните седименти не формираат сол повторно по испарувањето. Нивната концентрација е ниска - 0,1%. Тие малку се разликуваат од вискозноста на дисперзираниот медиум.

Суспензоиди може да се добијат:

1) методи на дисперзија (дробење големи тела);

2) методи на кондензација (производство на нерастворливи соединенија со помош на реакции на размена, хидролиза итн.).

Спонтаното намалување на дисперзноста во суспензиите зависи од енергијата на слободната површина. За да се добие долготрајна суспензија, неопходни се услови за нејзино стабилизирање.

Стабилни дисперзни системи:

1) медиум за дисперзија;

2) дисперзирана фаза;

3) стабилизатор на дисперзираниот систем.

Стабилизаторот може да биде јонски, молекуларен, но најчесто високомолекуларен.

Заштитни колоиди– високомолекуларни соединенија кои се додаваат за стабилизација (протеини, пептиди, поливинил алкохол и сл.).

2. Асоцијативни (или мицеларни колоиди) -полуколоиди кои настануваат кога има доволна концентрација на молекули кои се состојат од јаглеводородни радикали (дифилни молекули) на супстанции со мала молекуларна тежина кога тие се поврзуваат во агрегати на молекули (мицели). Мицелисе формираат во водени раствори на детергенти (сапуни), органски бои.

3. Молекуларни колоиди (реверзибилни или лиофилни колоиди) -природни и синтетички високомолекуларни супстанции со висока молекуларна тежина. Нивните молекули имаат големина на колоидни честички (макромолекули).

Разредените раствори на колоиди на соединенија со висока молекуларна тежина се хомогени раствори. Кога се многу разредени, овие раствори ги почитуваат законите на разредените раствори.

Неполарните макромолекули се раствораат во јаглеводороди, поларните - во поларни растворувачи.

Реверзибилни колоиди– супстанции од кои сувиот остаток, при додавање на нов дел од растворувачот, се враќа во раствор.

Во оваа лекција ќе ја проучувате темата „Силикон“. Размислете за информациите за силиконот: неговата електронска структура, каде што силициумот се наоѓа во природата, проучете ја алотропијата на силиконот, објаснете ги неговите физички и хемиски својства. Ќе дознаете каде силиконот се користи во индустријата и други области и како се произведува. Ќе се запознаете со силициум диоксиди, силициумова киселина и нејзините соли - силикати.

Тема: Основни метали и неметали

Лекција: силикон. Благородни гасови

Силиконот е еден од најчестите хемиски елементи во земјината кора. Неговата содржина е речиси 30%. Во природата главно се наоѓа во различни форми на силика, силикати и алумосиликати.

Во речиси сите негови соединенија, силиконот е четиривалентен. Во овој случај, атомите на силициумот се во возбудена состојба. Ориз. 1.

Ориз. 1

За да премине во оваа состојба, еден од електроните 3s зазема празна позиција во орбиталата 3p. Во овој случај, наместо 2 неспарени електрони во основната состојба, силициумскиот атом во возбудена состојба ќе има 4 неспарени електрони. Ќе може да формира 4 со механизмот за размена.

Ориз. 2

Ориз. 3

Атомите на силиконот не се склони кон формирање на повеќе врски, туку формираат соединенија со единечни врски -Si-O-. Силиконот, за разлика од јаглеродот, не се карактеризира со алотропија.

Еден од алотропски модификации е кристален силициум, во која секој силикон атом е во сп 3 хибридизација. Ориз. 2, 3. Кристалниот силициум е тврда, огноотпорна и издржлива кристална материја со темно сива боја со метален сјај. Во нормални услови - полупроводник. Понекогаш аморфниот силициум се изолира како друга алотропна модификација на силициумот. Тоа е темно кафеав прав кој е хемиски поактивен од кристалниот силициум. Дали се работи за алотропна модификација е контроверзно прашање.

Хемиски својствасиликон

1. Интеракција со халогени

Si + 2F 2 → SiF 4

2. Кога се загрева, силициумот согорува во кислород, формирајќи силициум (IV) оксид.

Si + O 2 → SiO 2

3. На високи температури силициумот реагира со азот или јаглерод.

3Si + 2N 2 → Si 3 N 4

4. Силиконот не реагира со водени раствори на киселини. Но, се раствора во алкали.

Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Кога силициумот се спојува со метали, се формираат силициди.

Si + 2Mg → Mg 2 Si

6. Силиконот не комуницира директно со водородот, но водородните соединенија на силициумот може да се добијат со реакција на силициди со вода.

Mg 2 Si + 4H 2 O → 2Mg (OH) 2 + SiH 4 (силан)

Силаните се слични по структура на алканите, но се значително реактивни. Најстабилниот моносилан се запали во воздухот.

SiH 4 +2 O 2 → SiO 2 + 2H 2 O

Добивање силикон

Силиконот се добива со редукција од силициум(IV) оксид

SiO 2 + 2Mg → Si + 2MgO

Една од задачите е да се добие силикон со висока чистота. За таа цел, технички силициум се претвора во силициум тетрахлорид. Добиениот тетрахлорид се сведува на силин, а силинот се распаѓа кога се загрева на силициум и водород.

Силиконот е способен да формира два оксиди: SiO 2 - силициум оксид (IV) и SiO - силициум оксид (II).

Ориз. 4

СиО - силициум оксид (II) - тоа е аморфна темно кафеава супстанција која се формира кога силиконот реагира со силициум (IV) оксид

Си + SiO 2 → 2 SiO.

И покрај неговата стабилност, оваа супстанца речиси никогаш не се користи.

СиО 2 - силициум оксид (IV)

Ориз. 5

Ориз. 6

Оваа супстанца сочинува 12% од земјината кора. Ориз. 4. Претставен е со минерали како камен кристал, кварц, аметист, цитрин, јаспис, халцедон. Ориз. 5.

SiO 2 - силициум оксид (IV) е супстанца со немолекуларна структура.

Неговиот кристална ќелија- атомски. Ориз. 6. Кристалите SiO 2 имаат облик на тетраедар, кои меѓусебно се поврзани со атоми на кислород. Формулата на молекулата (SiO 2)n би била поточна. Бидејќи SiO 2 формира супстанција атомска структура, а CO 2 е со молекуларна структура, тогаш разликата во нивните својства е очигледна. CO 2 е гас, а SiO 2 е цврста транспарентна кристална супстанција, нерастворлива во вода и огноотпорна.

Хемиски својстваСиО 2

1. Силициум (IV) оксид SiO 2 е кисел оксид. Не реагира со вода. Силициумската киселина не може да се добие со хидратација на SiO 2. Нејзините соли - силикати - може да се добијат со реакција на SiO 2 со топли алкални раствори.

SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O

2. Реагира со карбонати на алкални и земноалкални метали.

CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2

3. Соработува со метали.

SiO 2 + 2Mg → Si + 2MgO

4. Реакција со флуороводородна киселина.

SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O

Домашна работа

1. бр.2-4 (стр. 138) Руџитис Г.Е. Хемија. Основи на општа хемија. 11 одделение: учебник за образовните институции: основно ниво на/ Г.Е. Руџитис, Ф.Г. Фелдман. - 14-ти изд. - М.: Образование, 2012 година.

2. Наведете ги областите на примена на полиорганосилоксаните.

3. Споредете ги својствата на алотропните модификации на силициумот.