Silicon og dets forbindelser. Silicium i naturen. Anvendelse af silicium

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

Silicon er et af de mest efterspurgte elementer inden for teknologi og industri. Det skylder den sine usædvanlige egenskaber. I dag er der mange forskellige forbindelser af dette grundstof, der spiller en vigtig rolle i syntesen og skabelsen af tekniske produkter, fade, glas, udstyr, bygge- og efterbehandlingsmaterialer, smykker og andre industrier.

Generelle karakteristika for silicium

Hvis vi betragter siliciums position i det periodiske system, kan vi sige dette:

1. Placeret i gruppe IV i hovedundergruppen.
2. Ordinal nummer 14.
3. Atommasse 28, 086.
4. Kemisk symbol Si.
5. Navn - silicium eller på latin - silicium.
6. Elektronisk konfiguration af ydre lag 4e:2e:8e.

Krystalgitteret af silicium ligner det for diamant. Atomer er placeret ved noderne, dens type er ansigtscentreret kubisk. Men på grund af den længere bindingslængde er siliciums fysiske egenskaber meget forskellige fra egenskaberne for den allotrope modifikation af kulstof.

Fysiske og kemiske egenskaber

Der er toallotropiske modifikationer af dette element: amorf og krystallinsk. De er meget ens. Men som med andre stoffer er den største forskel mellem dem krystalgitteret af silicium.

I dette tilfælde er begge modifikationer pulvere i forskellige farver.

1. Krystallinsk silicium er et mørkegrå skinnende metallignende pulver. Dens struktur svarer til diamant, men egenskaberne er forskellige. Han har:

• fragility;
• lav hårdhed;
• halvlederegenskaber;
• smeltepunkt 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• kogepunkt 2700⁰C.

Dens kemiske aktivitet er lav sammenlignet med andre allotropiske former.

2. Amorft silicium - brunbrunt pulver, har strukturen af meget uordnet diamant. Den kemiske aktivitet er ret høj.

Generelt skal det bemærkes, at silicium ikke kan lide at reagere. For at få det til at reagere skal du have en temperatur på mindst 400-500⁰C. Under disse forhold dannes forskellige kemiske forbindelser af silicium. Såsom:

• oxides;
• halogenider;
• silicider;
• nitrider;
• borides;
• carbider.

Mulig interaktion mellem silicium og salpetersyre eller alkali, som kaldes ætseprocessen. Organosiliciumforbindelser er udbredte og bliver mere og mere almindelige i dag.

At være i naturen

Silicium findes i naturen i en ret betydelig mængde. Det er på andenpladsen efter ilt med hensyn til prævalens. Dens massefraktion er omkring 30%. Havvand indeholder også dette grundstof i en omtrentlig koncentration på 3 mg/l. Derfor kan det ikke siges, at silicium er et sjældent grundstof i naturen.

Tværtimod er der mange forskellige bjergarter og mineraler, hvori det forekommer, og hvorfra det kan udvindes. De mest almindelige naturlige siliciumforbindelser er som følger:

1. Silica. Den kemiske formel er SiO₂. Der er et ret stort udvalg af former for mineraler og sten baseret på det: sand, flint, feldspat, kvarts, bjergkrystal, ametyst, kalcedon, karneol, opal, jaspis og andre.
2. Silikater og aluminiumsilikater. Kaolin, sparre, glimmer, kiselsyres alte, asbest, talkum.

Silicium er således udbredt i naturen, og dets forbindelser er populære og efterspurgte blandt folk til tekniske applikationer.

Silicon og dets forbindelser

Da det pågældende grundstof ikke kan eksistere i sin rene form, er dets forskellige forbindelser derfor vigtige. Fra et kemisk synspunkt kan det udvise tre oxidationstilstande: +2, +4, -4. Ud fra dette såvel som fra dets træghed, men specielt i krystalgitterets struktur, danner det følgende hovedtyper af stoffer:

• binære forbindelser med ikke-metaller (silan, carbid, nitrid, phosphid og så videre;
• oxides;
• siliciumsyre;
• metalsilikater.

Lad os se nærmere på betydningen af silicium og dets forbindelser, som er de mest almindelige og efterspurgte for mennesker.

Siliconoxider

Der er to varianter af dette stof, udtrykt ved formlerne:

• SiO;
• SiO₂.

Den mest udbredte er dog dioxid. Den findes i naturen i form af meget smukke halvædelsten:

• agate;
• kalcedon;
• opal;
• carnelian;
• jasper;
• ametyst;
• rhinestone.

Brugen af silicium i denne form har fundet sin anvendelse i fremstillingen af smykker. Utroligt smukke guld- og sølvsmykker er lavet med disse halvædel- og halvædelsten.

Et par flere varianter af siliciumdioxid:

• quartz;
• flod- og kvartssand;
• flint;
• feldspat.

Brugen af silicium i disse typer er implementeret i konstruktionsarbejde, teknik, radioelektronik, den kemiske industri og metallurgi. Tilsammen hører de anførte oxider til et enkelt stof - silica.

siliciumcarbid og dets anvendelser

Silicon og dets forbindelser er fremtidens og nutidens materialer. Et af disse materialer er carborundum eller carbid af dette element. Kemisk formel for SiC. Opstår naturligt som mineralet moissanite.

I sin rene form er blandingen af kulstof og silicium smukgennemsigtige krystaller, der ligner diamantstrukturer. Grøn og sort farvede stoffer bruges dog til tekniske formål.

De vigtigste egenskaber ved dette stof, der tillader dets anvendelse i metallurgi, ingeniørvirksomhed, kemisk industri, er som følger:

• wide gap semiconductor;
• meget høj styrke (7 på Mohs-skalaen);
• modstandsdygtig over for høje temperaturer;
• fremragende elektrisk modstand og termisk ledningsevne.

Alt dette gør det muligt at bruge carborundum som et slibende materiale i metallurgi og kemisk syntese. Og også på grundlag af dets produktion af bredspektrede LED'er, dele til glassmelteovne, dyser, fakler, smykker (moissanite værdsættes mere end cubic zirconia).

Silan og dens betydning

Hydrogenforbindelsen af silicium kaldes silan og kan ikke opnås ved direkte syntese fra udgangsmaterialer. For at opnå det bruges silicider af forskellige metaller, som behandles med syrer. Som et resultat frigives gasformig silan, og der dannes et metals alt.

Interessant nok er den pågældende forbindelse aldrig dannet alene. Altid som følge af reaktionen opnås en blanding af mono-, di- og trisilan, hvor siliciumatomer er forbundet i kæder.

På deres egenskaber er disse forbindelser stærke reduktionsmidler. Samtidig oxideres de selv let af ilt, nogle gange med en eksplosion. Med halogener er reaktionerne altid voldsomme med en stor emissionenergi.

Anvendelser af silaner er som følger:

1. Reaktioner af organisk syntese, som resulterer i dannelsen af vigtige organiske siliciumforbindelser - silikoner, gummier, tætningsmidler, smøremidler, emulsioner og andre.
2. Mikroelektronik (LCD-skærme, integrerede tekniske kredsløb osv.).
3. Opnåelse af ultrarent polysilicium.
4. Tandpleje med proteser.

Således er betydningen af silaner i den moderne verden stor.

Kiselsyre og silikater

Hydroxidet af det pågældende grundstof er forskellige kiselsyrer. Fremhæv:

• meta;
• ortho;
• polykiselsyre og andre syrer.

Alle er forenet af fælles egenskaber - ekstrem ustabilitet i den frie stat. De nedbrydes let under indflydelse af temperatur. Under normale forhold eksisterer de ikke længe, de bliver først til en sol og derefter til en gel. Efter tørring kaldes sådanne strukturer silicageler. De bruges som adsorbenter i filtre.

Vigtigt, set fra industriens synspunkt, er s alte af kiselsyrer - silikater. De ligger til grund for produktionen af stoffer som:

• glas;
• beton;
• cement;
• zeolit;
• kaolin;
• porcelæn;
• fajance;
• krystal;
• keramik.

Alkalimetalsilikater er opløselige, alle andre er ikke. Derfor kaldes natrium- og kaliumsilikat flydende glas. Almindelig gejstlig lim - dette er natriumkiselsyres alt.

Men de mest interessante forbindelser er stadig briller. Uanset hvor mange varianter af dette stof de fandt på! I dag får de farve, optiske, matte muligheder. Glasvarer er slående i sin pragt og variation. Ved at tilsætte visse metal- og ikke-metaloxider til blandingen kan der fremstilles en lang række glastyper. Nogle gange fører endda den samme sammensætning, men en anden procentdel af komponenterne til en forskel i stoffets egenskaber. Et eksempel er porcelæn og fajance, hvis formel er SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvartsglas er en form for højrent produkt, hvis sammensætning beskrives som siliciumdioxid.

Opdagelser i siliciumforbindelser

I løbet af de seneste par års forskning er det blevet bevist, at silicium og dets forbindelser er de vigtigste deltagere i den normale tilstand af levende organismer. Med mangel på eller overskud af dette element, sygdomme som:

• kræft;
• tuberkulose;
• gigt;
• grå stær;
• spedalskhed;
• dysenteri;
• rheumatism;
• hepatitis og andre.

Selve ældningsprocessen er også forbundet med det kvantitative indhold af silicium. Talrige eksperimenter på pattedyr har bevist, at med mangel på et element opstår hjerteanfald, slagtilfælde, kræft, og hepatitisvirus aktiveres.