Silicon și compușii săi. Siliciu în natură. Aplicarea siliciului

Una dintre cele mai solicitate în tehnologia și elementele industriei este siliciul. Acest lucru îi datorează proprietățile neobișnuite. Astăzi, există mulți compuși diferiți ai acestui element care joacă un rol important în sinteza și crearea de produse tehnice, sticlă, echipamente, materiale de construcție și finisare, bijuterii și alte industrii.

Caracteristici generale ale siliciului

Dacă luăm în considerare poziția siliciului într-un sistem periodic, putem spune:

1. Se află în grupa IV a subgrupului principal.
2. Numărul de serie este 14.
3. Masa atomică este 28,086.
4. Simbolul chimic Si.
5. Numele este silicon, sau în latină - siliciu.
6. Configurația electronică a stratului exterior 4e: 2e: 8e.

Grinzile de cristal din siliciu sunt similare cu laturile unui diamant. La noduri există atomi, tipul lor - cubic față-centrat. Cu toate acestea, datorită lungimii lungi a legăturii, proprietățile fizice ale siliciului sunt foarte diferite de cele ale modificării alotropice a carbonului.

Proprietăți fizice și chimice

Sunt două modificări alotropice din acest element: amorf și cristalin. Ele sunt foarte asemănătoare. Cu toate acestea, ca și în cazul altor substanțe, diferența principală dintre ele este reticul de cristal al siliciului.

În acest caz, ambele modificări sunt pulberi de diferite culori.

1. Siliciul cristalin este o pulbere strălucitoare, gri închis, similar metalului. Structura sa corespunde unui diamant, însă proprietățile sunt diferite. El are:

• fragilitate;
• duritate scăzută;
• proprietăți semiconductoare;
• punctul de topire 1415⁰C;
• densitate de 2,33 g / cm³;
• punctul de fierbere 2700⁰S.

Activitatea sa chimică este scăzută în comparație cu alte forme alotropice.

2. Siliconul amorf este o pulbere brun-maro, cu o structură de diamant puternic dezordonat. Activitatea chimică este destul de ridicată.

În general, trebuie remarcat faptul că siliciul nu-i place să se alăture reacției. Pentru a reacționa, aveți nevoie de o temperatură de cel puțin 400-500⁰C. În aceste condiții, se formează diferiți compuși chimici de siliciu. Cum ar fi:

• oxizi;
• halogenuri;
• sinucideri;
• nitruri;
• boruri;
• carburilor.

Poate interacțiunea siliciului cu acidul azotic sau cu alcaline, care se numește procesul de gravare. Componentele de silicon sunt larg răspândite, care devin din ce în ce mai răspândite astăzi.

Fiind în natură

Siliciul din natură este conținut într-o cantitate destul de mare. Este pe locul al doilea după prevalența oxigenului. Fracțiunea de masă este de aproximativ 30%. Apa de mare conține, de asemenea, acest element într-o concentrație aproximativă de 3 mg / l. Prin urmare, nu putem spune că siliciul din natură este un element rar.

Dimpotrivă, există o mulțime de roci și minerale diferite în compoziția din care se găsește și din care poate fi extrasă. Cele mai frecvente compuși de siliciu natural sunt după cum urmează:

1. Dioxid de siliciu. Formula chimică SiO₂. Există o varietate destul de mare de forme de minerale și de pietre pe care se bazează: nisip, pietriș, feldspat, cuart, stras, ametist, chalcedon, carnelian, opal, jasper și altele.
2. Silicate și aluminosilicați. Caolin, spar, mica, săruri ale acidului silicic, azbest, talc.

Astfel, răspândirea în natură a siliciului este larg răspândită, iar compușii săi sunt populați și solicitați printre oameni pentru utilizare în scopuri tehnice.

Silicon și compușii săi

Întrucât, în forma sa pură, elementul în cauză nu poate exista, prin urmare, diversele sale legături sunt de o mare importanță. Din punct de vedere chimic, poate prezenta trei stări de oxidare: +2, +4, -4. Datorită acestui fapt și, de asemenea, din inerția sa, dar specifică în structura rețelei cristaline, ea formează următoarele tipuri principale de substanțe:

• Compuși binari cu nemetale (silan, carbură, nitruri, fosfide și așa mai departe;
• oxizi;
• acidul silicic;
• silicate de metale.

Să analizăm în detaliu importanța siliciului și a compușilor săi, care sunt cele mai frecvente și revendicate pentru oameni.

Oxizi de siliciu

Există două soiuri ale acestei substanțe, exprimate prin formule:

• dioxid de siliciu;
• dioxid de siliciu₂.

Cu toate acestea, cea mai comună este dioxidul. Există în natură sub formă de pietre semiprețioase foarte frumoase:

• agat;
• calcedonie;
• opal;
• carneol;
• jasp;
• ametist;
• strasuri.

Aplicarea siliciului în această formă și-a găsit aplicația în fabricarea bijuteriilor. Incredibil de frumoase aur și argint ornamente sunt făcute cu aceste semi-prețioase și pietre ornamentale.

Alte câteva variații ale dioxidului de siliciu:

• cuarț;
• râu și cuarț nisip;
• sticlos;
• feldspat.

Utilizarea siliciului în astfel de tipuri se realizează în construcții, inginerie, electronică radio, industria chimică și metalurgie. Toți acești oxizi se referă la o singură substanță - silice.

Carbid de siliciu și aplicarea acestuia

Siliconul și compușii săi sunt materialele viitorului și în prezent. Un astfel de material este carborundul sau carbura acestui element. Formula chimică este SiC. Apare în natură sub forma unui mineral moissanite.

În formă pură, combinația de carbon și siliciu este o cristale transparente frumoase asemănătoare structurilor diamante. Cu toate acestea, în scopuri tehnice, substanțele vopsite în verde și negru sunt folosite.

Principalele caracteristici ale acestei substanțe, care permit utilizarea acesteia în metalurgie, inginerie, industria chimică, sunt următoarele:

• semiconductori cu bandă largă;
• grad foarte ridicat de rezistență (7 pe scara Mohs);
• rezistente la temperaturi ridicate;
• excelenta stabilitate electrica si conductivitate termica.

Toate acestea fac posibilă utilizarea carborundului ca material abraziv în metalurgia și sinteza chimică. Și, de asemenea, pe baza sa pentru a produce LED-uri de o gamă largă de acțiune, detalii pentru cuptoare de topire de sticlă, duze, torțe, bijuterii (moissanite este evaluat de mai sus phianite).

Silan și semnificația acestuia

Compusul de hidrogen din siliciu se numește silan și nu poate fi obținut prin sinteza directă din materiile prime. Pentru a-l produce, se folosesc silicide din diverse metale, tratate cu acizi. Ca rezultat, se eliberează un silan gazos și se formează o sare de metal.

Interesant, compusul în cauză nu se formează niciodată singur. Întotdeauna ca urmare a reacției, se obține un amestec de mono-, di- și trisilan, în care atomii de siliciu sunt uniți în lanțuri.

Prin proprietățile lor, acești compuși sunt agenți reducători puternici. Ele se oxidează ușor cu oxigen, uneori cu o explozie. Cu halogeni, reacțiile turbulente sunt întotdeauna, cu o eliberare mare de energie.

Domeniile de aplicare a silanelor sunt următoarele:

1. Reacțiile de sinteze organice, care au ca rezultat formarea unor compuși organosilici importanți - siliconi, cauciuc, agenți de etanșare, lubrifianți, emulsii și altele.
2. Microelectronică (monitoare cu cristale lichide, scheme tehnice integrate etc.).
3. Producerea de polisilicon ultrapure.
4. Stomatologie în proteză.

Astfel, importanța silanelor în lumea modernă este ridicată.

Acid silicic și silicați

Hidroxidul elementului în cauză este diferit de acizi siliciici. distins:

• meta;
• o;
• polisiliciu și alți acizi.

Toate acestea au proprietăți comune - instabilitate extremă în starea liberă. Se descompun cu ușurință sub influența temperaturii. În condiții normale, nu este prea mult timp, transformându-se mai întâi într-un sol și apoi într-un gel. După uscare, aceste structuri se numesc geluri de silice. Ele sunt folosite ca adsorbanți în filtre.

Importante din punct de vedere industrial sunt sărurile de acizi siliciici - silicați. Acestea constituie baza pentru obținerea unor astfel de substanțe, cum ar fi:

• sticlă;
• beton;
• ciment;
• zeolitul;
• caolin;
• porțelan;
• faianță;
• cristal;
• ceramică.

Silicatele metalice alcaline sunt solubile, toate celelalte nu sunt. Prin urmare, silicatul de sodiu și potasiu se numește sticlă lichidă. Adezivul obișnuit este sarea de sodiu a acidului silicic.

Dar compușii cei mai interesanți sunt toți aceiași sticlă. Care sunt singurele variante ale acestei substanțe inventate! Astăzi, ele primesc opțiuni color, optice și mat. Sticla uimeste cu splendoarea si varietatea sa. Atunci când anumiți oxizi de metale și nemetale sunt adăugați la amestec, pot fi produse o varietate de tipuri de sticlă. Uneori, chiar aceeași compoziție, dar un procent diferit de componente conduce la o diferență în proprietățile substanței. Un exemplu este porțelanul și faianța, a cărui formulă este SiO₂* AL₂O₃* K₂O.

Sticla de cuarț este o formă de produs deosebit de pur, a cărui compoziție este descrisă ca dioxid de siliciu.

Descoperiri în domeniul compușilor de siliciu

În ultimii ani de cercetare, sa dovedit că siliciul și compușii săi sunt cei mai importanți participanți la starea normală a organismelor vii. Cu o deficiență sau exces de acest element, boli, cum ar fi:

• cancer;
• tuberculoza;
• artrita;
• cataracta;
• lepra;
• dizenterie;
• reumatism;
• hepatita și altele.

Îmbătrânirea corpului în sine este, de asemenea, asociată cu conținutul cantitativ de siliciu. Numeroase experimente efectuate pe mamifere au arătat că, dacă elementele lipsesc, atacurile de cord, accidentele vasculare cerebrale, cancerul apar și virusul hepatitei devine activ.