Doğada en yaygın elementlerden biri silisyum veya silikondur. Bu kadar geniş bir dağılım, bu maddenin önemini ve önemini göstermektedir. Bu, silikonun amaçlarına uygun şekilde nasıl kullanılacağını öğrenen insanlar tarafından hızla anlaşıldı ve öğrenildi. Kullanımı, daha sonra tartışacağımız özel özelliklere dayanmaktadır.

Silikon - kimyasal element

Belirli bir elementi periyodik tablodaki konumuna göre karakterize edersek aşağıdaki önemli noktaları tespit edebiliriz:

1. Seri numarası - 14.
2. Dönem üçüncü küçük dönemdir.
3. Grup - IV.
4. Alt grup ana gruptur.
5. Dış elektron kabuğunun yapısı 3s 2 3p 2 formülüyle ifade edilir.
6. Silisyum elementi, "silisyum" olarak telaffuz edilen kimyasal sembol Si ile temsil edilir.
7. Sergilediği oksidasyon durumları şunlardır: -4; +2; +4.
8. Atomun değerliği IV'tür.
9. Silisyumun atom kütlesi 28.086'dır.
10. Doğada bu elementin kütle numaraları 28, 29 ve 30 olan üç kararlı izotopu vardır.

Dolayısıyla kimyasal açıdan bakıldığında silikon atomu üzerinde oldukça çalışılmış bir elementtir; birçok farklı özelliği açıklanmıştır.

Keşif tarihi

Söz konusu elementin çeşitli bileşikleri çok popüler olduğundan ve doğada bol miktarda bulunduğundan, eski çağlardan beri insanlar bunların çoğunu kullanmış ve özelliklerini bilmişlerdir. Saf silikon uzun süre kimya alanında insan bilgisinin ötesinde kaldı.

Eski kültürlerin (Mısırlılar, Romalılar, Çinliler, Ruslar, Persler ve diğerleri) halkları tarafından günlük yaşamda ve endüstride kullanılan en popüler bileşikler değerliydi ve süs taşları silikon oksit bazlı. Bunlar şunları içerir:

• opal;
• yapay elmas;
• topaz;
• krisopraz;
• oniks;
• kalsedon ve diğerleri.

Ayrıca eski çağlardan beri kuvarsın inşaatlarda kullanılması da gelenekseldir. Bununla birlikte, elementel silikonun kendisi 19. yüzyıla kadar keşfedilmeden kaldı, ancak birçok bilim adamı katalizörler, yüksek sıcaklıklar ve hatta elektrik akımı kullanarak onu çeşitli bileşiklerden izole etmeye boşuna çalıştı. Bunlar o kadar parlak beyinler ki:

• Karl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Thenar;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius, 1823 yılında silikonu saf haliyle elde etmeyi başardı. Bunu yapmak için silikon florür ve potasyum metal buharlarının kaynaştırılması üzerine bir deney yaptı. Sonuç olarak, söz konusu elementin amorf bir modifikasyonunu elde ettim. Aynı bilim adamları, keşfedilen atom için Latince bir isim önerdiler.

Kısa bir süre sonra, 1855'te başka bir bilim adamı - Sainte-Clair-Deville - başka bir allotropik çeşidi - kristalin silikonu sentezlemeyi başardı. O zamandan beri bu element ve özellikleri hakkındaki bilgiler hızla genişlemeye başladı. İnsanlar onun kendi ihtiyaçlarını karşılamak için çok akıllıca kullanılabilecek benzersiz özelliklere sahip olduğunu fark etti. Bu nedenle günümüzde elektronik ve teknolojideki en popüler unsurlardan biri silikondur. Kullanımı her yıl sınırlarını genişletiyor.

Atomun Rusça adı 1831'de bilim adamı Hess tarafından verildi. Bu güne kadar gelen de budur.

Doğadaki bolluk açısından silikon oksijenden sonra ikinci sırada yer almaktadır. Yer kabuğundaki diğer atomlara göre yüzdesi %29,5'tir. Ayrıca karbon ve silikon birbirine bağlanarak zincir oluşturabilen iki özel elementtir. Litosferde, hidrosferde ve biyokütlede bulunan ikincisi için 400'den fazla farklı doğal mineralin bilinmesinin nedeni budur.

Silikon tam olarak nerede bulunur?

1. Derin toprak katmanlarında.
2. Kayalarda, birikintilerde ve masiflerde.
3. Su kütlelerinin, özellikle denizlerin ve okyanusların dibinde.
4. Hayvanlar aleminin bitkilerde ve deniz yaşamında.
5. İnsan vücudunda ve karasal hayvanlarda.

Büyük miktarda silikon içeren en yaygın minerallerden ve kayalardan birkaçını tanımlayabiliriz. Kimyaları öyledir ki, içlerindeki saf elementin kütle içeriği %75'e ulaşır. Ancak spesifik rakam malzemenin türüne bağlıdır. Yani silikon içeren kayalar ve mineraller:

• feldispatlar;
• mika;
• amfiboller;
• opallar;
• kalsedon;
• silikatlar;
• kumtaşları;
• alüminosilikatlar;
• kil ve diğerleri.

Deniz hayvanlarının kabuklarında ve dış iskeletlerinde biriken silikon, sonunda su kütlelerinin dibinde güçlü silika birikintileri oluşturur. Bu bir tanesi doğal Kaynaklar bu elementin.

Ek olarak, silikonun saf doğal formunda - kristaller şeklinde - bulunabileceği bulunmuştur. Ancak bu tür mevduatlar çok nadirdir.

Silisyumun fiziksel özellikleri

Söz konusu elemanı kümeye göre karakterize edersek fiziksel ve kimyasal özellikler, o zaman öncelikle fiziksel parametreleri belirlemek gerekir. İşte birkaç ana tanesi:

1. Tüm özelliklerde farklılık gösteren amorf ve kristal olmak üzere iki allotropik modifikasyon formunda mevcuttur.
2. Kristal kafes elmasınkine çok benzer çünkü karbon ve silikon bu bakımdan pratik olarak aynıdır. Ancak atomlar arasındaki mesafe farklıdır (silikon daha büyüktür), dolayısıyla elmas çok daha sert ve güçlüdür. Kafes tipi - kübik yüz merkezli.
3. Bu madde çok kırılgandır ve yüksek sıcaklıklarda plastikleşir.
4. Erime noktası 1415˚C'dir.
5. Kaynama noktası - 3250˚С.
6. Maddenin yoğunluğu 2,33 g/cm3'tür.
7. Bileşiğin rengi karakteristik metalik parlaklığa sahip gümüş grisidir.
8. Bazı ajanların eklenmesiyle değişebilen iyi yarı iletken özelliklere sahiptir.
9. Suda çözünmez organik çözücüler ve asitler.
10. Özellikle alkalilerde çözünür.

Silikonun tanımlanan fiziksel özellikleri, insanların onu manipüle etmesine ve onu yaratmak için kullanmasına olanak tanır. çeşitli ürünler. Örneğin saf silikonun elektronikte kullanımı yarı iletkenlik özelliklerine dayanmaktadır.

Kimyasal özellikler

Silikonun kimyasal özellikleri reaksiyon koşullarına oldukça bağlıdır. Standart parametrelerden bahsedersek çok düşük aktiviteyi belirtmemiz gerekir. Hem kristal hem de amorf silikon çok inerttir. Güçlü oksitleyici maddelerle (flor hariç) veya güçlü indirgeyici maddelerle etkileşime girmezler.

Bunun nedeni, maddenin yüzeyinde anında bir Si02 oksit filminin oluşması ve bu da daha fazla etkileşimi önlemesidir. Su, hava ve buharın etkisi altında oluşturulabilir.

Standart koşulları değiştirirseniz ve silikonu 400˚C'nin üzerindeki bir sıcaklığa ısıtırsanız kimyasal aktivitesi büyük ölçüde artacaktır. Bu durumda şu şekilde tepki verecektir:

• oksijen;
• her türlü halojen;
• hidrojen.

Sıcaklığın daha da artmasıyla bor, nitrojen ve karbon ile etkileşime girerek ürünlerin oluşması mümkündür. Carborundum - SiC - iyi bir aşındırıcı malzeme olduğundan özellikle önemlidir.

Ayrıca metallerle reaksiyonlarda silikonun kimyasal özellikleri açıkça görülmektedir. Bunlarla ilgili olarak oksitleyici bir maddedir, dolayısıyla ürünlere silisitler denir. Benzer bileşikler aşağıdakiler için bilinmektedir:

• alkalin;
• Alkalin toprak;
• geçiş metalleri.

Demir ve silikonun kaynaştırılmasıyla elde edilen bileşik olağandışı özelliklere sahiptir. Ferrosilikon seramikler olarak adlandırılmakta ve endüstride başarıyla kullanılmaktadır.

Silikon karmaşık maddelerle etkileşime girmez, bu nedenle tüm çeşitleri arasında yalnızca aşağıdakilerde çözünebilir:

• kral suyu (nitrik ve hidroklorik asitlerin bir karışımı);
• kostik alkaliler.

Bu durumda çözeltinin sıcaklığı en az 60˚C olmalıdır. Bütün bunlar bir kez daha maddenin fiziksel temelini doğruluyor - ona güç ve hareketsizlik veren elmas benzeri stabil bir kristal kafes.

Elde etme yöntemleri

Silisyumun saf haliyle elde edilmesi ekonomik açıdan oldukça maliyetli bir işlemdir. Ek olarak, özellikleri nedeniyle herhangi bir yöntem yalnızca% 90-99 oranında saf bir ürün verirken, metal ve karbon formundaki safsızlıklar aynı kalır. Bu nedenle sadece maddeyi elde etmek yeterli değildir. Ayrıca yabancı unsurlardan da iyice temizlenmelidir.

Genel olarak silikon üretimi iki ana yolla gerçekleştirilir:

1. İtibaren Beyaz kum saf silikon oksit SiO2'dir. Aktif metallerle (çoğunlukla magnezyum) kalsine edildiğinde, amorf bir modifikasyon şeklinde serbest bir element oluşur. Bu yöntemin saflığı yüksektir, yüzde 99,9 verimle ürün elde edilir.
2. Daha yaygın olarak kullanılan bir yöntem endüstriyel ölçekli- bu, erimiş kumun özel termal fırınlarda kok ile sinterlenmesidir. Bu method Rus bilim adamı N. N. Beketov tarafından geliştirildi.

Daha ileri işlemler, ürünlerin saflaştırma yöntemlerine tabi tutulmasını içerir. Bu amaçla asitler veya halojenler (klor, flor) kullanılır.

Amorf silikon

Allotropik modifikasyonlarının her biri ayrı ayrı dikkate alınmazsa silikonun karakterizasyonu eksik kalacaktır. Bunlardan ilki amorftur. Bu durumda, ele aldığımız madde ince bir şekilde dağılmış kahverengimsi kahverengi bir tozdur. Yüksek derecede higroskopisiteye sahiptir ve ısıtıldığında oldukça yüksek kimyasal aktivite sergiler. Standart koşullar altında, yalnızca en güçlü oksitleyici ajan olan flor ile etkileşime girebilir.

Amorf silikonun bir tür kristal silikon olarak adlandırılması tamamen doğru değildir. Kafesi, bu maddenin kristal formunda bulunan, ince bir şekilde dağılmış silikonun yalnızca bir formu olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla bu modifikasyonlar tek ve aynı bileşiktir.

Ancak özellikleri farklıdır, bu nedenle allotropi hakkında konuşmak gelenekseldir. Amorf silikonun kendisi yüksek ışık emme kapasitesine sahiptir. Ek olarak, belirli koşullar altında bu gösterge kristal formunkinden birkaç kat daha yüksektir. Bu nedenle teknik amaçlarla kullanılır. Bu formda (toz) bileşik, ister plastik ister cam olsun, herhangi bir yüzeye kolaylıkla uygulanır. Amorf silikonun kullanımının bu kadar uygun olmasının nedeni budur. Farklı boyutlara dayalı uygulama.

Her ne kadar bu tip piller, ince bir madde filminin aşınmasıyla ilişkili olarak oldukça çabuk yıpransa da, kullanımları ve talepleri sadece artıyor. Sonuçta, hatta kısa vadeli Hizmetler, amorf silikon bazlı güneş pilleri tüm işletmelere enerji sağlayabilir. Ayrıca böyle bir maddenin üretimi atıksız olduğundan oldukça ekonomiktir.

Bu modifikasyon, bileşiklerin, örneğin sodyum veya magnezyum gibi aktif metallerle indirgenmesiyle elde edilir.

Kristalin silikon

Söz konusu elementin gümüş-gri parlak modifikasyonu. Bu form en yaygın ve en çok talep görendir. Bu, bu maddenin sahip olduğu bir dizi niteliksel özellik ile açıklanmaktadır.

Kristal kafesli silikonun özellikleri, türlerinin sınıflandırılmasını içerir, çünkü bunlardan birkaçı vardır:

1. Elektronik kalite – en saf ve en yüksek kalite. Bu tip elektronikte özellikle hassas cihazlar oluşturmak için kullanılır.
2. Güneşli kalite. İsmin kendisi kullanım alanını belirler. Bu aynı zamanda oldukça yüksek saflıkta bir silikondur ve kullanımı yüksek kaliteli ve uzun ömürlü silikon oluşturmak için gereklidir. Solar paneller. Kristal yapı temelinde oluşturulan fotoelektrik dönüştürücüler, püskürtme yoluyla amorf bir modifikasyon kullanılarak oluşturulanlardan daha kaliteli ve aşınmaya dayanıklıdır. çeşitli türler substratlar.
3. Teknik silikon. Bu çeşitlilik, saf elementin yaklaşık %98'ini içeren madde örneklerini içerir. Geri kalan her şey çeşitli türdeki yabancı maddelere gider:

• alüminyum;
• klor;
• karbon;
• fosfor ve diğerleri.

Söz konusu maddenin son türü silikonun polikristallerini elde etmek için kullanılır. Bu amaçla yeniden kristalleştirme işlemleri gerçekleştirilir. Sonuç olarak saflık açısından solar ve elektronik kalite olarak sınıflandırılabilecek ürünler elde edilir.

Polisilikon doğası gereği amorf ve kristal modifikasyonlar arasında bir ara üründür. Bu seçenekle çalışmak daha kolaydır, flor ve klor ile daha iyi işlenir ve temizlenir.

Ortaya çıkan ürünler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

• multisilikon;
• monokristalin;
• profilli kristaller;
• silikon hurdası;
• teknik silikon;
• parça ve madde artıkları şeklinde üretim atığı.

Her biri endüstride uygulama bulur ve tamamen insanlar tarafından kullanılır. Bu nedenle silikona dokunanlar atık sayılmaz. Bu, kaliteyi etkilemeden ekonomik maliyetini önemli ölçüde azaltır.

Saf silikon kullanma

Endüstriyel silikon üretimi oldukça köklü ve ölçeği oldukça büyüktür. Bunun nedeni, bu elementin hem saf hem de formda olmasıdır. çeşitli bağlantılar bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında yaygındır ve talep görmektedir.

Saf haliyle kristal ve amorf silikon nerede kullanılır?

1. Metalurjide, metallerin ve alaşımlarının özelliklerini değiştirebilen bir alaşım katkı maddesi olarak. Bu nedenle çelik ve dökme demirin eritilmesinde kullanılır.
2. Daha saf bir versiyon olan polisilikon yapmak için farklı türde maddeler kullanılır.
3. Silikon bileşikleri, günümüzde özellikle popülerlik kazanan tam bir kimya endüstrisidir. Organosilikon malzemeleri tıpta, tabakların, aletlerin imalatında ve çok daha fazlasında kullanılmaktadır.
4. Çeşitli güneş panellerinin imalatı. Bu enerji elde etme yöntemi gelecekte en umut verici yöntemlerden biridir. Çevre dostu, ekonomik açıdan faydalı ve aşınmaya dayanıklı olması bu tür elektrik üretiminin başlıca avantajlarıdır.
5. Silikon çok uzun zamandır çakmak yapımında kullanılıyor. Antik çağlarda bile insanlar ateş yakarken kıvılcım çıkarmak için çakmaktaşı kullanıyorlardı. Bu prensip, çeşitli çakmak türlerinin üretiminin temelini oluşturur. Günümüzde çakmaktaşının belirli bir bileşime sahip bir alaşımla değiştirildiği, daha da hızlı sonuç veren (kıvılcım çıkarma) türleri vardır.
6. Elektronik ve güneş enerjisi.
7. Gaz lazer cihazlarında ayna imalatı.

Dolayısıyla saf silikon, önemli ve gerekli ürünler oluşturmak için kullanılmasına olanak tanıyan birçok avantajlı ve özel özelliğe sahiptir.

Silikon bileşiklerinin uygulanması

Basit maddenin yanı sıra çeşitli silikon bileşikleri de çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Silikat denilen bir endüstri var. Kullanıma dayanmaktadır çeşitli maddeler Bu şaşırtıcı unsuru içeren. Bu bileşikler nelerdir ve onlardan neler üretilir?

1. Kuvars veya nehir kumu - SiO 2. Bu tür yapıların imalatında kullanılır ve dekoratif malzemelerçimento ve cam gibi. Bu malzemelerin nerelerde kullanıldığını herkes biliyor. Silikon bileşiklerinin önemini doğrulayan bu bileşenler olmadan hiçbir inşaat tamamlanamaz.
2. Toprak, porselen, tuğla gibi malzemeleri ve bunlara dayalı ürünleri içeren silikat seramikler. Bu bileşenler tıpta, tabakların imalatında kullanılır. dekoratif süsler, ev eşyaları, inşaat ve insan faaliyetinin diğer günlük alanlarında.
3. - silikonlar, silika jelleri, silikon yağları.
4. Silikat tutkalı - kırtasiye malzemesi olarak, piroteknikte ve inşaatta kullanılır.

Fiyatı dünya pazarında değişen, ancak kilogram başına (kristal başına) 100 Rus rublesi sınırını yukarıdan aşağıya geçmeyen silikon, aranan ve değerli bir maddedir. Doğal olarak bu elementin bileşikleri de yaygın ve uygulanabilirdir.

Silikonun biyolojik rolü

Silikonun vücut açısından önemi açısından önemlidir. İçeriği ve dokulardaki dağılımı şu şekildedir:

• %0,002 - kas;
• %0,000017 - kemik;
• kan - 3,9 mg/l.

Her gün yaklaşık bir gram silikon yutulmalıdır, aksi takdirde hastalıklar gelişmeye başlayacaktır. Hiçbiri ölümcül derecede tehlikeli değildir, ancak uzun süreli silikon açlığı şunlara yol açar:

• saç kaybı;
• sivilce ve sivilcelerin görünümü;
• kemiklerin kırılganlığı ve kırılganlığı;
• kolay kılcal geçirgenlik;
• yorgunluk ve baş ağrısı;
• çok sayıda morluk ve morluğun ortaya çıkması.

Bitkiler için silikon gerekli olan önemli bir mikro elementtir. normal boy ve gelişim. Hayvanlar üzerinde yapılan deneyler, her gün yeterli miktarda silikon tüketen bireylerin daha iyi büyüdüğünü göstermiştir.

Eleman özellikleri

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

İzotoplar: 28 Si (%92,27); 29 Si (%4,68); 30 Si (%3,05)

Silikon, yerkabuğunda oksijenden sonra en çok bulunan ikinci elementtir (kütlece %27,6). Doğada serbest halde bulunmaz; esas olarak SiO2 veya silikat formunda bulunur.

Si bileşikleri toksiktir; küçük Si02 parçacıklarının ve diğer silikon bileşiklerinin (örneğin asbest) solunması, tehlikeli hastalık- silikoz

Temel durumda, silikon atomunun değerliği = II ve uyarılmış durumda = IV'tür.

Si'nin en kararlı oksidasyon durumu +4'tür. Metalli bileşiklerde (silisitler) S.O. -4.

Silikon elde etme yöntemleri

En yaygın doğal silikon bileşiği silikadır (silikon dioksit) Si02 . Silikon üretiminin ana hammaddesidir.

1) Ark fırınlarında 1800 "C'de SiO 2'nin karbonla indirgenmesi: SiO 2 + 2C = Si + 2CO

2) Teknik bir üründen yüksek saflıkta Si şemaya göre elde edilir:

a) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Silikonun fiziksel özellikleri. Silisyumun allotropik modifikasyonları

1) Kristalin silikon - metalik parlaklığa sahip gümüş grisi bir madde, elmas tipi bir kristal kafes; e.p. 1415"C, kaynama noktası 3249"C, yoğunluk 2,33 g/cm3; bir yarı iletkendir.

2) Amorf silikon - kahverengi toz.

Silikonun kimyasal özellikleri

Çoğu reaksiyonda Si, indirgeyici bir madde olarak görev yapar:

Düşük sıcaklıklarda silikon kimyasal olarak etkisizdir; ısıtıldığında reaktivitesi keskin bir şekilde artar.

1. 400°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksijenle reaksiyona girer:

Si + O2 = SiO2 silikon oksit

2. Oda sıcaklığında bulunan flor ile reaksiyona girer:

Si + 2F2 = SiF4 silikon tetraflorür

3. Diğer halojenlerle reaksiyonlar = 300 - 500°C sıcaklıkta meydana gelir

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. 600°C'deki kükürt buharı ile bir disülfür oluşturur:

5. Azotla reaksiyon 1000°C'nin üzerinde meydana gelir:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 silikon nitrür

6. = 1150°C sıcaklıkta karbonla reaksiyona girer:

SiO 2 + 3С = SiС + 2СО

Carborundum sertlik bakımından elmasa yakındır.

7. Silikon hidrojenle doğrudan reaksiyona girmez.

8. Silikon asitlere karşı dayanıklıdır. Yalnızca nitrik ve hidroflorik (hidroflorik) asitlerin bir karışımı ile etkileşime girer:

3Si + 12HF + 4HNO3 = 3SiF4 + 4NO + 8H2O

9. silikatlar oluşturmak ve hidrojen açığa çıkarmak için alkali çözeltilerle reaksiyona girer:

Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2

10. Silikonun indirgeyici özellikleri metalleri oksitlerinden izole etmek için kullanılır:

2MgO = Si = 2Mg + SiO2

Metallerle reaksiyonlarda Si oksitleyici bir maddedir:

Silikon, s-metaller ve çoğu d-metal ile silisitler oluşturur.

Belirli bir metalin silisitlerinin bileşimi değişebilir. (Örneğin, FeSi ve FeSi 2 ; Ni 2 Si ve NiSi 2 .) En iyi bilinen silisitlerden biri, basit maddelerin doğrudan etkileşimi ile elde edilebilen magnezyum silisittir:

2Mg + Si = Mg2Si

Silan (monosilan) SiH 4

Silanlar (hidrojen silikalar) Si n H 2n + 2, (bkz. alkanlar), burada n = 1-8. Silanlar alkanların analoglarıdır; -Si-Si- zincirlerinin kararsızlığı bakımından onlardan farklılık gösterirler.

Monosilan SiH 4 renksiz bir gazdır. hoş olmayan koku; etanol ve benzinde çözünür.

Elde etme yöntemleri:

1. Magnezyum silisitin hidroklorik asit ile ayrışması: Mg2Si + 4HCI = 2MgCI2 + SiH4

2. Si halojenürlerin lityum alüminyum hidrit ile indirgenmesi: SiCl4 + LiAlH4 = SiH4 + LiCl + AlCl3

Kimyasal özellikler.

Silan güçlü bir indirgeyici ajandır.

1.SiH 4 çok düşük sıcaklıklarda bile oksijen tarafından oksitlenir:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O

2. SiH 4, özellikle alkali bir ortamda kolayca hidrolize edilir:

SiH4 + 2H20 = SiO2 + 4H2

SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2

Silikon (IV) oksit (silika) SiO2

Silika formda mevcut çeşitli formlar: kristal, amorf ve camsı. En yaygın kristal form kuvarstır. Kuvars kayaları yok edildiğinde kuvars kumları oluşur. Kuvars tek kristalleri şeffaf, renksiz (kaya kristali) veya safsızlıklarla çeşitli renklerde (ametist, akik, jasper vb.) renklendirilmiştir.

Amorf Si02, opal minerali formunda bulunur: silika jeli yapay olarak üretilir, koloidal Si02 parçacıklarından oluşur ve çok iyi bir adsorbandır. Camsı SiO 2 kuvars camı olarak bilinir.

Fiziki ozellikleri

Si02 suda çok az çözünür ve ayrıca organik çözücülerde pratik olarak çözünmez. Silika bir dielektriktir.

Kimyasal özellikler

1. Si02 asidik bir oksittir, bu nedenle amorf silika, alkalilerin sulu çözeltilerinde yavaş yavaş çözünür:

SiO2 + 2NaOH = Na2Si03 + H20

2. SiO2 ayrıca ısıtıldığında bazik oksitlerle de etkileşime girer:

Si02 + K20 = K2Si03;

SiO2 + CaO = CaSiO3

3. Uçucu olmayan bir oksit olan Si02, karbondioksiti Na2C03'ten (füzyon sırasında) değiştirir:

SiO2 + Na2C03 = Na2Si03 + C02

4. Silika hidroflorik asit ile reaksiyona girerek hidroflorosilikik asit H2SiF6 oluşturur:

SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O

5. 250 - 400°C'de Si02, gaz halindeki HF ve F2 ile etkileşime girerek tetraflorosilan (silikon tetraflorür) oluşturur:

SiO2 + 4HF (gaz.) = SiF4 + 2H2O

SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2

Silisik asitler

Bilinen:

Ortosilikik asit H4Si04;

Metasilikon (silisik) asit H2Si03;

Di- ve polisilisik asitler.

Tüm silisik asitler suda az çözünür ve kolaylıkla kolloidal çözeltiler oluşturur.

Makbuz yöntemleri

1. Alkali metal silikat çözeltilerinden asitlerle çökeltme:

Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

2. Klorosilanların hidrolizi: SiCl4 + 4H20 = H4SiO4 + 4HCl

Kimyasal özellikler

Silisik asitler çok zayıf asitlerdir (karbonik asitten daha zayıf).

Isıtıldığında, nihai ürün olarak silika oluşturmak üzere dehidrate olurlar.

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Silikatlar - silisik asitlerin tuzları

Silisik asitler son derece zayıf olduğundan sulu çözeltilerdeki tuzları yüksek oranda hidrolize edilir:

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

SiO 3 2- + H 2 O = HSiO 3 - + OH - (alkali ortam)

Aynı nedenden dolayı, karbondioksit silikat çözeltilerinden geçirildiğinde silisik asit bunlardan yer değiştirir:

K 2 SiO 3 + C02 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + K 2 C03

SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3 ↓ + CO3

Bu reaksiyon silikat iyonlarına karşı kalitatif bir reaksiyon olarak düşünülebilir.

Silikatlar arasında yalnızca Na 2 SiO 3 ve K 2 SiO 3 yüksek oranda çözünür, bunlara çözünür cam denir ve bunların sulu çözeltileri sıvı cam.

Bardak

Normal pencere camı Na20 CaO6Si02 bileşimine sahiptir, yani. sodyum ve kalsiyum silikatların bir karışımıdır. Na2C03 soda, CaCO3 kireçtaşı ve Si02 kumunun eritilmesiyle elde edilir;

Na 2 C03 + CaC03 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2СO 2

Çimento

Suyla etkileşime girdiğinde zamanla katı, taş benzeri bir gövdeye dönüşen plastik bir kütle oluşturan, toz halinde bir bağlayıcı malzeme; ana yapı malzemesi.

En yaygın Portland çimentosunun kimyasal bileşimi (ağırlıkça % olarak) %20 - 23 Si02'dir; %62 - 76 CaO; %4 - 7 Al203; %2-5 Fe203; %1-5 MgO.

• Tanım - Si (Silikon);
• Dönem - III;
• Grup - 14 (IVa);
• Atom kütlesi - 28.0855;
• Atom numarası - 14;
• Atom yarıçapı = 132 pm;
• Kovalent yarıçap = 111 pm;
• Elektron dağılımı - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2;
• erime sıcaklığı = 1412°C;
• kaynama noktası = 2355°C;
• Elektronegatiflik (Pauling'e göre/Alfred ve Rochow'a göre) = 1,90/1,74;
• Oksidasyon durumu: +4, +2, 0, -4;
• Yoğunluk (sayı) = 2,33 g/cm3;
• Molar hacim = 12,1 cm3 /mol.

Silikon bileşikleri:

Silikon ilk kez 1811'de saf haliyle izole edildi (Fransız J. L. Gay-Lussac ve L. J. Tenard). Saf elemental silikon 1825'te elde edildi (İsveçli J. J. Berzelius). Kimyasal element, 1834'te (Rus kimyager G. I. Hess) “silikon” adını (eski Yunancadan dağ olarak tercüme edilmiştir) almıştır.

Silikon, Dünya üzerindeki en yaygın (oksijenden sonra) kimyasal elementtir (yer kabuğundaki içerik ağırlıkça %28-29'dur). Doğada silikon çoğunlukla silika (kum, kuvars, çakmaktaşı, feldispat) ve ayrıca silikatlar ve alüminosilikatlar halinde bulunur. Saf haliyle silikon son derece nadirdir. Pek çok doğal silikat saf formdadır. değerli taşlar: zümrüt, topaz, akuamarin - hepsi silikon. Saf kristalin silikon (IV) oksit, kaya kristali ve kuvars formunda oluşur. Çeşitli safsızlıklar içeren silikon oksit, değerli ve yarı değerli taşları (ametist, akik, jasper) oluşturur.

Pirinç. Silikon atomunun yapısı.

Silisyumun elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2'dir (bkz. Atomların elektronik yapısı). Dışarıda enerji seviyesi Silikonun 4 elektronu vardır: 2 tanesi 3s alt seviyesinde eşleşmiş + 2 tanesi p-orbitallerinde eşlenmemiş. Bir silikon atomu uyarılmış bir duruma geçtiğinde, s-alt seviyesinden bir elektron çiftini "terk eder" ve bir serbest yörüngenin bulunduğu p-alt seviyesine hareket eder. Böylece uyarılmış durumda silikon atomunun elektronik konfigürasyonu şu formu alır: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Pirinç. Silikon atomunun uyarılmış duruma geçişi.

Bu nedenle bileşiklerdeki silikon, 4 (çoğunlukla) veya 2 (bakınız Değerlik) değerinde bir değer sergileyebilir. Diğer elementlerle reaksiyona giren silikon (aynı zamanda karbon), hem elektronlarını bırakıp hem de kabul edebileceği kimyasal bağlar oluşturur, ancak silikon atomlarında elektronları kabul etme yeteneği, karbon atomlarına göre daha az belirgindir. daha büyük boyut silikon atomu.

Silikon oksidasyon durumları:

• -4 : SiH4 (silan), Ca2Si, Mg2Si (metal silikatlar);
• +4 - en kararlı olanı: Si02 (silikon oksit), H2Si03 (silisik asit), silikatlar ve silikon halojenürler;
• 0 : Si (basit madde)

Basit bir madde olarak silikon

Silikon, metalik parlaklığa sahip koyu gri kristal bir maddedir. Kristalin silikon bir yarı iletkendir.

Silikon, elmasa benzeyen ancak onun kadar güçlü olmayan tek bir allotropik modifikasyon oluşturur, çünkü Si-Si bağları elmas karbon molekülündeki kadar güçlü değildir (Bakınız Elmas).

Amorf silikon- erime noktası 1420°C olan kahverengi toz.

Kristalin silikon, amorf silikonun yeniden kristalleştirilmesiyle elde edilir. Oldukça aktif olan amorf silikonun aksine kimyasal Kristalin silikon diğer maddelerle etkileşimi açısından daha inerttir.

Silikonun kristal kafesinin yapısı elmasın yapısını tekrarlar - her atom, bir tetrahedronun köşelerinde bulunan diğer dört atomla çevrilidir. Atomlar, elmastaki karbon bağları kadar güçlü olmayan kovalent bağlarla bir arada tutulur. Bu nedenle hayırda bile. Kristalin silikondaki bazı kovalent bağlar kırılır, bu da bazı elektronların salınmasına neden olur ve silikonun çok az elektrik iletkenliğine sahip olmasına neden olur. Silikon ısındıkça, ışık altında veya belirli yabancı maddeler eklendiğinde kırılan kovalent bağların sayısı artar, bunun sonucunda serbest elektron sayısı artar ve dolayısıyla silikonun elektriksel iletkenliği de artar.

Silikonun kimyasal özellikleri

Karbon gibi silikon da reaksiyona girdiği maddeye bağlı olarak hem indirgeyici hem de oksitleyici bir madde olabilir.

Hayır. silikon yalnızca flor ile etkileşime girer ve bu, silikonun oldukça güçlü kristal kafesi ile açıklanır.

Silikon, 400°C'yi aşan sıcaklıklarda klor ve brom ile reaksiyona girer.

Silikon, karbon ve nitrojenle yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda etkileşime girer.

• Ametallerle reaksiyonlarda silikon aşağıdaki gibi davranır: indirgen madde:
  • normal koşullar altında, metal olmayanlardan silikon yalnızca flor ile reaksiyona girerek silikon halojenür oluşturur:
    Si + 2F2 = SiF4
  • yüksek sıcaklıklarda silikon, klor (400°C), oksijen (600°C), nitrojen (1000°C), karbon (2000°C) ile reaksiyona girer:
    • Si + 2Cl2 = SiCl4 - silikon halojenür;
    • Si + O2 = Si02 - silikon oksit;
    • 3Si + 2N2 = Si3N4 - silikon nitrür;
    • Si + C = SiC - karborundum (silisyum karbür)
• Metallerle reaksiyonlarda silikon oksitleyici ajan(oluşturulan salisidler:
  Si + 2Mg = Mg 2 Si
• Konsantre alkali çözeltileri ile reaksiyonlarda silikon, hidrojen salınımıyla reaksiyona girerek, silisik asidin çözünebilir tuzlarını oluşturur. silikatlar:
  Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2
• Silikon asitlerle reaksiyona girmez (HF hariç).

Silikonun hazırlanması ve kullanımı

Silikonun elde edilmesi:

• laboratuvarda - silikadan (alüminyum tedavisi):
  3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al203
• endüstride - yüksek sıcaklıkta silikon oksidin kok (teknik olarak saf silikon) ile indirgenmesiyle:
  SiO2 + 2C = Si + 2CO
• En saf silikon, silikon tetraklorürün yüksek sıcaklıkta hidrojen (çinko) ile indirgenmesiyle elde edilir:
  SiCl4 +2H2 = Si+4HCl

Silikon Uygulaması:

• yarı iletken radyo elemanlarının üretimi;
• ısıya dayanıklı ve aside dayanıklı bileşiklerin üretiminde metalurjik katkı maddeleri olarak;
• güneş pilleri için fotosel üretiminde;
• AC redresörleri olarak.

Silikon(lat. silisyum), si, Mendeleev'in periyodik sisteminin IV. grubunun kimyasal elementi; atom numarası 14, atom kütlesi 28.086. Doğada element üç kararlı izotopla temsil edilir: 28 si (%92,27), 29 si (%4,68) ve 30 si (%3,05).

Tarihsel referans . Yeryüzünde yaygın olarak bulunan K bileşikleri, Taş Devri'nden beri insanoğlu tarafından bilinmektedir. Taş aletlerin işçilik ve avcılık için kullanımı birkaç bin yıl boyunca devam etti. İşleme - üretim ile ilgili K bileşiklerinin kullanımı bardak - MÖ 3000 civarında başladı. e. (Eski Mısır'da). K.'nın bilinen en eski bileşiği dioksit sio 2'dir (silika). 18. yüzyılda silika olarak kabul edilir basit vücut ve (adından da anlaşılacağı üzere) “araziler” olarak sınıflandırılmıştır. Silika bileşiminin karmaşıklığı I. Ya. Berzelius.İlk kez 1825'te silikon florür sif 4'ten elementel kalsiyum elde etti ve ikincisini potasyum metali ile indirgedi. Yeni elemente “silikon” adı verildi (Latince silex - çakmaktaşından). Rus ismi G.I. Hess 1834'te.

Doğada yaygınlık . Yer kabuğundaki yaygınlık açısından oksijen ikinci elementtir (oksijenden sonra), litosferdeki ortalama içeriği% 29,5'tir (kütle olarak). Yerkabuğunda karbon, hayvanlardaki karbonla aynı temel rolü oynar ve bitki örtüsü. Oksijenin jeokimyası açısından oksijenle son derece güçlü bağlantısı önemlidir. Litosferin yaklaşık %12'si mineral formunda silika sio 2'dir kuvars ve çeşitleri. Litosferin %75'i çeşitli kayalardan oluşur. silikatlar Ve alüminosilikatlar(feldspatlar, mikalar, amfiboller vb.). Toplam sayısı silika içeren mineraller 400'ü aşıyor .

Magmatik süreçler sırasında kalsiyumun zayıf farklılaşması meydana gelir: hem granitoidlerde (%32,3) hem de ultrabazik kayalarda (%19) birikir. Yüksek sıcaklıklarda ve yüksek basınçta sio 2'nin çözünürlüğü artar. Su buharı ile göçü de mümkündür, bu nedenle hidrotermal damarların pegmatitleri, genellikle cevher elementleriyle (altın-kuvars, kuvars-kasiterit vb. damarlar) ilişkili olan önemli miktarda kuvars konsantrasyonuyla karakterize edilir.

Fiziksel ve kimyasal özellikler. Karbon, a = 5,431 a periyoduna ve 2,33 g/cm3 yoğunluğa sahip yüzey merkezli kübik elmas tipi bir kafese sahip, metalik parlaklığa sahip koyu gri kristaller oluşturur. çok yüksek basınçlar 2,55 g/cm3 yoğunluğa sahip yeni (görünüşe göre altıgen) bir modifikasyon elde edildi. K. 1417°C'de eriyor, 2600°C'de kaynıyor. Özgül ısı kapasitesi (20-100°C'de) 800 J/ (kg?K) veya 0.191 cal/ (g?deg); en saf numuneler için bile termal iletkenlik sabit değildir ve (25°C) 84-126 W/ (m?K) veya 0.20-0.30 cal/ (cm? sn? derece) aralığındadır. Sıcaklık katsayısı doğrusal genişleme 2.33? 10-6K-1; 120k'nin altında negatif olur. K. uzun dalga kızılötesi ışınlara karşı şeffaftır; kırılma indisi (l =6 µm için) 3,42; dielektrik sabiti 11.7. K. diyamanyetiktir, atomik manyetik duyarlılık -0,13 mü? 10-6. K. sertliği Mohs 7.0'a göre, Brinell'e göre 2.4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), elastik modül 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), sıkıştırılabilirlik katsayısı 0.325? 10 -6 cm2/kg. K. kırılgan malzeme; gözle görülür plastik deformasyon 800°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda başlar.

K. giderek kullanım alanı bulan bir yarı iletkendir. Bakırın elektriksel özellikleri yabancı maddelere çok bağlıdır. Bir hücrenin oda sıcaklığında içsel özgül hacimsel elektrik direnci 2,3? 10 3 ohm? M(2,3 ? 10 5 ohm? santimetre) .

İletkenliğe sahip yarı iletken devre R-tipi (katkı maddeleri B, al, in veya ga) ve N tipi (katkı maddeleri P, bi, as veya sb) önemli ölçüde daha düşük dirence sahiptir. Elektriksel ölçümlere göre bant aralığı 1,21'dir. ev 0'da İLE ve 1.119'a düşüyor ev 300'de İLE.

Mendeleev'in periyodik tablosundaki halkanın konumuna göre, halka atomunun 14 elektronu üç kabuğa dağıtılmıştır: ilkinde (çekirdekten) 2 elektron, ikincisinde 8, üçüncüsünde (değerlik) 4; elektron kabuğu konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Ardışık iyonizasyon potansiyelleri ( ev): 8.149; 16.34; 33.46 ve 45.13. Atom yarıçapı 1,33 a, kovalent yarıçap 1,17 a, iyon yarıçapı si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

Karbon bileşiklerinde (karbona benzer) 4-valenten. Bununla birlikte, karbondan farklı olarak silika, 4'lük koordinasyon numarasıyla birlikte, atomunun büyük hacmiyle açıklanan 6'lık bir koordinasyon numarası sergiler (bu tür bileşiklerin bir örneği, 2- grubunu içeren silikoflorürlerdir).

Bir karbon atomunun diğer atomlarla kimyasal bağı genellikle hibrit sp3 yörüngeleri nedeniyle gerçekleştirilir, ancak beş (boş) 3'ünden ikisinin dahil edilmesi de mümkündür. D-özellikle K. altı koordinatlı olduğunda yörüngeler. 1,8 gibi düşük bir elektronegatiflik değerine sahip olan (karbon için 2,5; nitrojen için 3,0 vb.) karbon, metal olmayan bileşiklerde elektropozitiftir ve bu bileşikler doğası gereği polardır. Oksijen si-o ile yüksek bağlanma enerjisi, 464'e eşit kJ/mol(111 kcal/mol) , oksijen bileşiklerinin (sio 2 ve silikatlar) stabilitesini belirler. Si-si bağlanma enerjisi düşüktür, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Karbonun aksine karbon, Si atomları arasında uzun zincirlerin ve çift bağların oluşmasıyla karakterize edilmez. Havada koruyucu bir oksit filminin oluşması nedeniyle karbon, yüksek sıcaklıklarda bile stabildir. Oksijende 400°C'den başlayarak oksitlenir ve silikon dioksit sio 2. Yüksek sıcaklıklarda gaz halinde stabil olan Sio monoksit de bilinmektedir; ani soğutma sonucunda kolayca ince bir si ve sio 2 karışımına ayrışan katı bir ürün elde edilebilir. K. asitlere karşı dayanıklıdır ve yalnızca nitrik ve hidroflorik asitlerin bir karışımında çözünür; hidrojenin salınmasıyla sıcak alkali çözeltilerde kolayca çözünür. K. oda sıcaklığında flor ile ve ısıtıldığında diğer halojenlerle reaksiyona girerek altı 4 genel formülüne sahip bileşikler oluşturur. . Hidrojen karbonla doğrudan reaksiyona girmez ve silisik asitler(silanlar) silisitlerin ayrışmasıyla elde edilir (aşağıya bakınız). Hidrojen silikonları sih 4 ila si 8 h 18 arasında bilinmektedir (bileşim doymuş hidrokarbonlara benzerdir). K. 2 grup oksijen içeren silan oluşturur - siloksanlar ve siloksenler. K, 1000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda nitrojenle reaksiyona girer. 1200°C'de bile havada oksitlenmeyen, asitlere (nitrik hariç) ve alkalilerin yanı sıra erimiş metallere ve cüruflara karşı dirençli olan si 3 n 4 nitrürün pratik önemi büyüktür. değerli malzeme kimya endüstrisi için, refrakter üretimi vb. için. Karbonlu karbon bileşikleri, yüksek sertliklerinin yanı sıra termal ve kimyasal dirençleriyle de ayırt edilir ( silisyum karbür sic) ve bor ile (sib 3, sib 6, sib 12). Isıtıldığında, klor (bakır gibi metal katalizörlerin varlığında) organoklorin bileşikleri (örneğin, ch 3 cl) ile reaksiyona girerek sentez için kullanılan organohalosilanlar [örneğin, si (ch 3) 3 ci] oluşturur. sayısız organosilikon bileşikleri.

K. hemen hemen tüm metallerle bileşikler oluşturur - silisitler(yalnızca bi, tl, pb, hg ile bağlantılar tespit edilmedi). Bileşimi (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si, vb.) genellikle klasik değerlere karşılık gelmeyen 250'den fazla silisit elde edilmiştir. Silisitler refrakter ve serttir; Ferrosilikon ve molibden silisit mosi 2 pratik açıdan en büyük öneme sahiptir (elektrikli fırın ısıtıcıları, gaz türbini kanatları vb.).

Kabul ve başvuru. K. teknik saflık (%95-98) elde edilir elektrik arkı Grafit elektrotlar arasında silika sio 2'nin azaltılması. Yarı iletken teknolojisinin gelişmesiyle bağlantılı olarak, saf ve özellikle saf bakır elde etmek için yöntemler geliştirilmiştir. Bu, bakırın indirgeme veya termal ayrışma yoluyla ekstrakte edildiği en saf başlangıç ​​​​bakır bileşiklerinin ön sentezini gerektirir.

Saf yarı iletken bakır iki formda elde edilir: polikristal (sici 4 veya sihcl 3'ün çinko veya hidrojen ile indirgenmesi, sil 4 ve sih 4'ün termal ayrışması ile) ve tek kristalli (potasız bölgenin eritilmesi ve tek bir kristalin "çekilmesi") erimiş bakırdan - Czochralski yöntemi).

Özel katkılı bakır, yarı iletken cihazların (transistörler, termistörler, güç redresörleri, kontrollü diyotlar - tristörler; güneş fotoselleri) üretiminde bir malzeme olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. uzay gemileri, vesaire.). K., dalga boyları 1'den 9'a kadar olan ışınlara karşı şeffaf olduğundan µm, kızılötesi optiklerde kullanılır .

K.'nin çeşitli ve sürekli genişleyen uygulama alanları vardır. Metalurjide oksijen, erimiş metallerde çözünmüş oksijeni uzaklaştırmak için kullanılır (deoksidasyon). K. ayrılmaz parçaçok sayıda demir ve demir dışı metal alaşımı. Genellikle karbon, alaşımlara korozyona karşı daha fazla direnç kazandırır, döküm özelliklerini geliştirir ve mekanik mukavemeti arttırır; ancak daha yüksek K. içeriği kırılganlığa neden olabilir. En yüksek değer demir, bakır ve var alüminyum alaşımları potasyum içeren Organosilisyum bileşiklerinin ve silisitlerin sentezi için artan miktarda potasyum kullanılır. Silika ve birçok silikat (kil, feldispat, mika, talk vb.) cam, çimento, seramik, elektrik ve diğer endüstriler tarafından işlenir.

V. P. Barzakovsky.

Silikon vücutta çeşitli bileşikler halinde bulunur ve esas olarak sert iskelet parçalarının ve dokularının oluşumunda rol oynar. Bazı deniz bitkileri (örneğin diatomlar) ve hayvanlar (örneğin silisli süngerler, radyolaryanlar) özellikle büyük miktarlarda silikon biriktirebilir ve öldüklerinde okyanus tabanında kalın silikon dioksit birikintileri oluşturabilir. Soğuk denizlerde ve göllerde, potasyum bakımından zengin biyojen siltler baskındır; tropik denizlerde, düşük potasyum içeriğine sahip kireçli siltler hakimdir. Kara bitkileri arasında tahıllar, sazlar, palmiyeler ve at kuyrukları çok fazla potasyum biriktirir. Omurgalılarda kül maddelerindeki silikon dioksit içeriği% 0,1-0,5'tir. İÇİNDE en büyük miktarlar K. yoğun bağ dokusunda, böbreklerde ve pankreasta bulunur. Günlük insan diyeti en fazla 1 içerir G K.Ne zaman yüksek içerik Havadaki silikon dioksit tozu insanın akciğerlerine girer ve hastalığa neden olur. silikoz.

V. V. Kovalsky.

Aydınlatılmış.: Berezhnoy A.S., Silikon ve ikili sistemleri. K., 1958; Krasyuk B.A., Gribov A.I., Yarı İletkenler - germanyum ve silikon, M., 1961; Renyan V.R., Yarı iletken silikon teknolojisi, çev. İngilizce'den, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Yarı iletken silikon üretimi, M., 1970; Silikon ve germanyum. Doygunluk. Sanat, ed. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Silisitler ve germanitlerin kristal kimyası, M., 1971; wolf N. f., silikon yarı iletken verileri, oxf. - N. y., 1965.

özeti indir

Silikon. Silisyumun fiziksel ve kimyasal özellikleri

Silikon, D.I. tarafından kimyasal elementlerin periyodik tablosunun üçüncü periyodunun dördüncü grubunun ana alt grubunun bir elementidir. Mendeleev, atom numarası 14. Metal olmayan Si (enlem. Silisyum) sembolüyle gösterilir. Fiziksel özellikler: kristalin silikon metalik bir parlaklığa sahiptir, refrakterdir, çok serttir, yarı iletkendir. 2. Kimyasal özellikler: silikon aktif değildir: a) yüksek sıcaklıklarda (400-600

• b) itibaren karmaşık maddeler silikon alkalilerle reaksiyona girer
• c) metallerle reaksiyona girerek silisitler oluşturur

Silika, özellikleri ve uygulamaları. Doğal ve endüstriyel silikatlar. İnşaatta kullanımları

Silikon(IV) oksit (silikon dioksit, silika SiO2) - renksiz kristaller, erime noktası 1713-1728 °C, yüksek sertliğe ve dayanıklılığa sahiptir.

Silikon dioksit cam, seramik, aşındırıcılar, beton ürünlerin üretiminde, silikon üretiminde, kauçuk üretiminde dolgu maddesi olarak, silika refrakter üretiminde, kromatografide vb. Kullanılır. Kuvars kristalleri piezoelektrik özelliklere sahiptir ve bu nedenle radyo mühendisliğinde, ultrasonik kurulumlarda ve çakmaklarda kullanılır. Silika - ana bileşen hemen hemen tüm karasal kayalar, özellikle kieselguhr. Litosferin kütlesinin %87'si silika ve silikatlardan oluşur. Amorf gözeneksiz silika, gıda endüstrisinde topaklanmayı ve topaklanmayı önleyen bir yardımcı madde E551 olarak, parafarmasötikler (diş macunları), ilaç endüstrisinde bir yardımcı madde olarak (çoğu Farmakopede listelenmiştir) ve aynı zamanda kullanılır. Gıda katkı maddeleri veya tıbbi ürün bir enterosorbent olarak. Yapay olarak üretilen silikon dioksit filmleri, mikro devrelerin ve diğer elektronik bileşenlerin üretiminde yalıtkan olarak kullanılır. Ayrıca fiber optik kabloların üretiminde de kullanılır. Saf erimiş silika, içine bazı özel bileşenler eklenerek kullanılır. Silika filament, sıvıyı iyi emdiği ve bobinin ısınması altında çökmediği için elektronik sigaraların ısıtma elemanlarında da kullanılır. Büyük şeffaf kuvars kristalleri kullanılır yarı değerli taşlar; Renksiz kristallere kaya kristali, mor kristallere ametist, sarı kristallere ise sitrin adı verilir. Mikroelektronikte silikon dioksit ana malzemelerden biridir. Yalıtım katmanı olarak kullanıldığı gibi aynı zamanda koruyucu kaplama. Silikonun termal oksidasyonu, kimyasal buhar biriktirme ve magnetron püskürtme yoluyla ince filmler halinde elde edilir. Silikon dioksit SiO2 suyla reaksiyona girmeyen asidik bir oksittir. Asitlere kimyasal olarak dayanıklıdır ancak hidrojen florür gazıyla reaksiyona girer

ve hidroflorik asit:

Bu iki reaksiyon cam aşındırmada yaygın olarak kullanılmaktadır. SiO2'yi alkaliler ve bazik oksitlerin yanı sıra karbonatlarla alaşımlarken aktif metaller silikatlar oluşur - xH2O·ySiO2 genel formülüne sahip sabit bir bileşime sahip olmayan, çok zayıf, suda çözünmeyen silisik asitlerin tuzları (literatürde silisik asitten sıklıkla bahsedilmez, ancak silisik asitten bahsedilmesine rağmen aslında aynı şeyden bahsediyoruz) madde).

Örneğin sodyum ortosilikat elde edilebilir:

kalsiyum metasilikat:

veya karışık kalsiyum ve sodyum silikat:

Silikattan

Na2CaSi6O14 (Na2O CaO 6SiO2)

pencere camı üretiyoruz. Çoğu silikat sabit bir bileşime sahip değildir. Tüm silikatlardan yalnızca sodyum ve potasyum silikatlar suda çözünür. Bu silikatların sudaki çözeltilerine sıvı cam denir. Hidroliz nedeniyle bu çözeltiler oldukça alkali bir ortamla karakterize edilir. Hidrolize silikatlar, doğru olmayan ancak kolloidal çözeltilerin oluşumu ile karakterize edilir. Sodyum veya potasyum silikat çözeltileri asitleştirildiğinde, hidratlı silisik asitlerin jelatinimsi beyaz bir çökeltisi çöker. Hem katı silikon dioksitin hem de tüm silikatların ana yapısal elemanı, silikon atomu Si'nin dört oksijen atomu O'dan oluşan bir tetrahedron ile çevrelendiği gruptur. Bu durumda, her oksijen atomu iki silikon atomuna bağlanır. Parçalar birbirine farklı şekillerde bağlanabilir. Silikatlar arasında fragmanlarındaki bağlantıların niteliğine göre ada, zincir, şerit, katmanlı, çerçeve ve diğerlerine ayrılırlar. Silikatlar, silikon dioksit (silika) ve diğer elementlerin oksitlerinden oluşan geniş bir bileşik sınıfıdır. DOĞADAKİ SİLİSATLAR. Silikatların insan yaşamındaki rolünü anlamak için öncelikle yerkürenin yapısına bakalım. Modern kavramlara göre dünya bir dizi kabuktan oluşur. Dünyanın dış kabuğu, yerkabuğu veya litosfer, granit ve bazalt kabukları ve ince bir tortul tabakadan oluşur. Granit kabuk esas olarak granitten - feldispat, mika, amfibol ve piroksenlerin yoğun iç içe büyümelerinden ve bazalt kabuğundan - gabro, diyabaz ve bazalt gibi granit benzeri ancak daha ağır silikat kayalardan oluşur. Tortul kayaçlar, Dünya yüzeyinin karakteristik koşullarının etkisi altında diğer kayaların tahrip edilmesiyle oluşur. Sedimanter tabakanın bir bileşeni özellikle silikat minerali kaolinit olan kildir. Ağırlıkça 95 oranında litosfer. % silikatlardan oluşur. Kıtasal alanda ortalama kalınlığı 30-40 km'dir. Daha sonra mineralleri muhtemelen demir ve magnezyum silikatların hakim olduğu simatic kabuk veya üst manto var. Bu kabuk tüm dünyayı kaplar ve 1200 km derinliğe kadar uzanır. 1200'den 2900 km'ye kadar bir ara kabuk var. Bileşimi tartışmalıdır, ancak içinde silikatların varlığı varsayılmaktadır. Bu kabuğun altında 2900 ila 6370 km derinlikte çekirdek bulunmaktadır. Son zamanlarda çekirdeğin de silikat bileşimine sahip olduğu öne sürülüyor. Dünyanın yüzeyinden merkezine doğru hareket ederken, kurucu kayaların yoğunluğu ve bazlığı artar (metal oksit ve silika içeriği arasındaki oran), basınç ve sıcaklık artar. En eski aletler insan tarafından yoğun bir kalsedon, kuvars ve opal topluluğu (MÖ 800-60 bin yıl) olan çakmaktaşından yapılmıştır. Daha sonra bunun için jasper, kaya kristali, akik, obsidiyen (volkanik silikat camı), yeşim kullanılmaya başlandı. Silikat mineralleri için genel kabul görmüş bir sınıflandırma (mineralolojik isimlendirme) yoktur; isimleri çoğunlukla kristallerin görünümünden gelir; onların fiziki ozellikleri bunları keşfeden bilim adamının yeri veya adı. Yunancadan tercüme edilen plajiyoklaz, eğik olarak bölünmüş anlamına gelir ve piroksen, bu minerallerin özelliklerine karşılık gelen refrakter anlamına gelir. Kuvars mineralleri, safsızlıkların doğasına bağlı olarak, adlarını belirleyen geniş bir renk yelpazesine sahiptir: ametist - mor, sitrin - sarı, kaya kristali - buz. Silika stişovit ve koezit ile biyotit mineralinin modifikasyonları, bunları keşfeden bilim adamlarının isimlerinden kaynaklanmaktadır: S.M. Stishov, L. Koes ve Zh.B. Bio ve kaolinit minerali adını, porselen üretimi için uzun süredir kilin çıkarıldığı Çin'deki Kaoling Dağı'ndan alıyor. Doğal silikatlar ve silikanın kendisi önemli rol Endüstriyel proseslerde hammadde ve son ürün olarak. Alüminosilikatlar - plajiyoklaz, potasyum feldspat ve silika, seramik, cam ve çimento endüstrilerinde hammadde olarak kullanılmaktadır. Yanmaz ve elektriksel olarak yalıtkan tekstil ürünlerinin (kumaşlar, kordonlar, halatlar) üretimi için, hidrosilikatlara (amfiboller) ait asbest yaygın olarak kullanılmaktadır. Bazı asbest türleri yüksek asit direncine sahiptir ve kimya endüstrisinde kullanılır. Mika grubunun temsilcileri olan biyotitler elektrik ve ısı yalıtım malzemeleri inşaat ve alet yapımında. Piroksenler metalurji ve taş dökümhanesi üretiminde kullanılır ve LiAl piroksen, lityum metali üretmek için kullanılır. Piroksenler, yüksek fırın cüruflarının ve demir dışı metalurji cüruflarının bir bileşenidir ve bunlar da ayrıca kullanılır. ulusal ekonomi. Granitler, bazaltlar, gabrolar ve diyabazlar gibi kayalar mükemmel yapı malzemeleridir. YAPAY KÖKENLİ SİLİSATLAR. Silikat malzemeleri olmadan - çeşitli çimento, beton, cüruf betonu, seramik, cam, emaye ve sır formundaki kaplamalar - hayal bile edilemez. günlük hayat. Silikat malzemelerin üretim ölçeği etkileyici rakamlar gibi görünüyor. Bu yazımızda camın doğasına ve kullanımına değinmeyeceğiz. Bu konular zaten tartışılmıştır. En eski silikat malzemeleri, kilden ve bunların çeşitli mineral katkı maddeleri ile karışımlarından elde edilen, taş benzeri bir duruma gelene kadar pişirilen seramiktir. Antik dünyada seramik ürünler Dünya'nın her yerine dağılmıştı. İkinciden 19. yüzyılın yarısı yüzyıldan bugüne endüstriyel seramik endüstrisi, seramik üretimini ve yelpazesini ölçülemeyecek kadar genişletti. Yapay silikat malzemesinin bir örneği, en yaygın mineral bağlayıcı türlerinden biri olan Portland çimentosudur. Çimento, masif yapı blokları, levhalar, borular ve tuğlalar üretmek için yapı parçalarını birbirine bağlamak için kullanılır. Çimento bu kadar yaygın olarak kullanılanların temelidir. Yapı malzemeleri Beton, cüruf beton, betonarme gibi. Çimento olmadan hiçbir ölçekte inşaat yapılamaz. Kimyadaki okul dersi, çimentonun kimyasal bileşimi ve teknolojisi hakkında temel fikirler verir, bu nedenle sadece bazı açıklayıcı ayrıntılar üzerinde duracağız. Her şeyden önce, çimento klinkeri kil ve kireçtaşı karışımının pişirilmesinin ürünüdür ve çimento, özelliklerini düzenleyen mineral katkı maddeleri ile ince öğütülmüş klinkerdir. Çimento kum ve su ile karıştırılarak kullanılır. Büzücü özellikleri, çimento minerallerinin H2O ve SiO2 ile etkileşime girme ve aynı zamanda sertleşerek güçlü bir taş benzeri yapı oluşturma yeteneğinden kaynaklanmaktadır. Çimento sertleştiğinde, karmaşık süreçler: Hidrosilikatlar ve hidroalüminatların oluşumu ile minerallerin hidrasyonu, hidroliz, kolloidal çözeltilerin oluşumu ve bunların kristalleşmesi. Sertleşme süreçleri üzerine araştırma çimento harcı ve oynanan çimento klinker mineralleri büyük rol silikat biliminin ve teknolojisinin geliştirilmesinde. Şantiyelerimizde büyük miktarlarda çimento, tuğla, kaplama levhası, fayans, Kanalizasyon boruları, cam ve çeşitli doğal yapı malzemeleri.