Mga katangian ng silikon sa kimika. Silicon (chemical element): mga katangian, katangian, formula

Ang nilalaman ng artikulo

SILIKON, Si (silicium), elemento ng kemikal ng subgroup IVA (C, Si, Ge, Sn at Pb) ng periodic table ng mga elemento, non-metal. Ang silikon sa libreng anyo ay ibinukod noong 1811 nina J. Gay-Lussac at L. Thénard sa pamamagitan ng pagpasa ng silicon fluoride vapor sa metal na potassium, ngunit hindi ito inilarawan ng mga ito bilang isang elemento. Ang Swedish chemist na si J. Berzelius noong 1823 ay nagbigay ng paglalarawan ng silikon na nakuha niya sa pamamagitan ng pagtrato sa potassium salt K 2 SiF 6 na may potassium metal sa mataas na temperatura, ngunit noong 1854 lamang nakuha ang silikon sa kristal na anyo ni A. Deville. Ang silikon ay ang pangalawang pinakamaraming elemento (pagkatapos ng oxygen) sa crust ng lupa, kung saan ito ay bumubuo ng higit sa 25% (wt.). Ito ay nangyayari sa kalikasan pangunahin sa anyo ng buhangin, o silica, na silikon dioxide, at sa anyo ng silicates (feldspars M (M = Na, K, Ba), kaolinite Al 4 (OH) 8, micas). Maaaring makuha ang silikon sa pamamagitan ng pag-calcine ng durog na buhangin na may aluminyo o magnesiyo; sa huling kaso, ito ay nahihiwalay mula sa nagresultang MgO sa pamamagitan ng pagtunaw ng magnesium oxide sa hydrochloric acid. Ang teknikal na silikon ay ginawa sa malalaking dami sa mga electric furnace sa pamamagitan ng pagbabawas ng silica na may karbon o coke. Ang semiconductor silicon ay ginawa sa pamamagitan ng pagbabawas ng SiCl 4 o SiHCl 3 na may hydrogen, na sinusundan ng decomposition ng nagresultang SiH 4 sa 400-600 ° C. Ang high-purity na silicon ay nakukuha sa pamamagitan ng pagpapalaki ng isang kristal mula sa isang natutunaw na semiconductor silicon gamit ang ang Czochralski method o sa pamamagitan ng crucible-free zone na pagtunaw ng mga silicon rods. Ang elemental na silikon ay pangunahing ginawa para sa teknolohiya ng semiconductor, sa ibang mga kaso ito ay ginagamit bilang isang haluang metal na additive sa paggawa ng mga bakal at non-ferrous na haluang metal (halimbawa, upang makabuo ng ferrosilicon FeSi, na nabuo sa pamamagitan ng calcining ng pinaghalong buhangin, coke at iron oxide sa isang electric furnace at ginagamit bilang isang deoxidizer at alloying additive sa paggawa ng mga bakal at bilang isang reducing agent sa produksyon ng ferroalloys).

Aplikasyon.

Ang silikon ay pinakamalawak na ginagamit sa paggawa ng mga haluang metal para sa pagbibigay ng lakas sa aluminyo, tanso at magnesiyo at para sa produksyon ng mga ferrosilicida, na mahalaga sa produksyon ng mga bakal at teknolohiyang semiconductor. Ang mga silikon na kristal ay ginagamit sa mga solar cell at mga aparatong semiconductor - mga transistor at diode. Ang Silicon ay nagsisilbi rin bilang isang hilaw na materyal para sa paggawa ng mga organosilicon compound, o siloxane, na nakuha sa anyo ng mga langis, pampadulas, plastik at sintetikong goma. Ang mga inorganic na silicon compound ay ginagamit sa ceramic at glass technology, bilang isang insulating material at piezocrystals.

MGA KATANGIAN NG SILICON

Atomic number 14
Mass ng atom 28,086
Isotopes
matatag 28, 29, 30
hindi matatag 25, 26, 27, 31, 32, 33
Natutunaw na punto, °C 1410
Boiling point, °C 2355
Densidad, g/cm 3 2,33
Katigasan (Mohs) 7,0
Nilalaman sa crust ng lupa, % (mass.) 27,72
Mga estado ng oksihenasyon –4, +2, +4

Ari-arian.

Ang Silicon ay isang madilim na kulay abo, makintab na mala-kristal na substansiya, malutong at napakatigas, na nagki-kristal sa brilyante na sala-sala. Ito ay isang tipikal na semiconductor (ito ay nagsasagawa ng kuryente na mas mahusay kaysa sa isang insulator tulad ng goma, at mas masahol pa kaysa sa isang konduktor tulad ng tanso). Sa mataas na temperatura, ang silicon ay lubos na reaktibo at tumutugon sa karamihan ng mga elemento upang bumuo ng mga silicide, tulad ng magnesium silicide Mg 2 Si, at iba pang mga compound tulad ng SiO 2 (silicon dioxide), SiF 4 (silicon tetrafluoride) at SiC (silicon carbide, carborundum ). Ang silikon ay natutunaw sa isang mainit na solusyon sa alkali na may paglabas ng hydrogen: Si + NaOH ® Na 4 SiO 4 + 2H 2. 4 (silicon tetrachloride) ay nakuha mula sa SiO 2 at CCl 4 sa mataas na temperatura; ito ay isang walang kulay na likido, kumukulo sa 58 ° C, madaling mag-hydrolyze, na bumubuo ng hydrochloric (hydrochloric) acid HCl at orthosilicic acid H 4 SiO 4 (ang ari-arian na ito ay ginagamit upang lumikha ng mga inskripsiyon ng usok: ang inilabas na HCl sa presensya ng ammonia ay bumubuo ng isang puti ulap ng ammonium chloride NH 4 Cl) . Ang Silicon tetrafluoride SiF 4 ay nabuo sa pamamagitan ng pagkilos ng hydrofluoric (hydrofluoric) acid sa salamin:

Na 2 SiO 3 + 6HF ® 2NaF + SiF 4 + 3H 2 O

Nag-hydrolyze ang SiF 4, na bumubuo ng mga orthosilicic at hexafluorosilicon (H 2 SiF 6) acid. Ang H 2 SiF 6 ay malapit sa lakas sa sulfuric acid. Maraming metal fluorosilicates ang natutunaw sa tubig (sodium, barium, potassium, rubidium, at cesium salts ay bahagyang natutunaw), kaya ang HF ay ginagamit upang ilipat ang mga mineral sa solusyon kapag nagsasagawa ng mga pagsusuri. Ang acid mismo H 2 SiF 6 at ang mga asin nito ay nakakalason.

Mga silicic acid.

Dalawang silicon oxoacids, H 4 SiO 4 (ortho-silicon) at H 2 SiO 3 (metasilicon, o silicon), ang umiiral lamang sa solusyon at hindi na mababawi sa SiO 2 kung ang tubig ay sumingaw. Ang iba pang silicic acid ay nakukuha dahil sa magkakaibang dami ng tubig sa kanilang komposisyon: H 6 Si 2 O 7 (pyrosilicic acid mula sa dalawang molekula ng orthosilicic acid), H 2 Si 2 O 5 at H 4 Si 3 O 8 (di- at ​​tri). -silicic acid mula sa dalawa at, nang naaayon, tatlong molekula ng metasilicon acid). Ang lahat ng mga silicon acid ay mahina. Kapag ang sulfuric acid silicate ay idinagdag sa isang solusyon, isang gel (gelatin-like substance) ay nabuo, kapag pinainit at pinatuyo, ang isang solidong porous na produkto ay nananatili - silica gel, na may binuo na ibabaw at ginagamit bilang isang gas adsorbent, desiccant, catalyst at catalyst carrier.

Mga katangian ng elemento

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



Isotopes: 28 Si (92.27%); 29 Si (4.68%); 30 Si (3.05%)



Ang silikon ay ang pangalawang pinakamaraming elemento sa crust ng lupa pagkatapos ng oxygen (27.6% ng masa). Ito ay hindi matatagpuan sa isang libreng estado sa kalikasan; ito ay matatagpuan higit sa lahat sa anyo ng SiO 2 o silicates.


Ang mga compound ng Si ay nakakalason; Ang paglanghap ng maliliit na particle ng SiO 2 at iba pang mga silicon compound (halimbawa, asbestos) ay nagdudulot ng mapanganib na sakit - silicosis


Sa ground state, ang silicon atom ay may valence = II, at sa excited state = IV.


Ang pinaka-matatag na estado ng oksihenasyon ng Si ay +4. Sa mga compound na may mga metal (silicids) S.O. -4.

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng silikon

Ang pinakakaraniwang likas na silikon na tambalan ay silica (silicon dioxide) SiO 2 . Ito ang pangunahing hilaw na materyal para sa paggawa ng silikon.


1) Pagbawas ng SiO 2 na may carbon sa mga arc furnace sa 1800 "C: SiO 2 + 2C = Si + 2CO


2) Ang mataas na kadalisayan Si mula sa isang teknikal na produkto ay nakuha ayon sa pamamaraan:


a) Si → SiCl 2 → Si


b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Mga pisikal na katangian ng silikon. Mga allotropic na pagbabago ng silikon

1) Crystalline silicon - isang silver-grey na substance na may metal na kinang, isang diamond-type na kristal na sala-sala; m.p. 1415"C, kumukulo na punto 3249"C, density 2.33 g/cm3; ay isang semiconductor.


2) Amorphous silicon - kayumanggi pulbos.

Mga kemikal na katangian ng silikon

Sa karamihan ng mga reaksyon, ang Si ay gumaganap bilang isang ahente ng pagbabawas:

Sa mababang temperatura, ang silikon ay chemically inert kapag pinainit, ang reaktibiti nito ay tumataas nang husto.


1. Tumutugon sa oxygen sa mga temperaturang higit sa 400°C:


Si + O 2 = SiO 2 silikon oksido


2. Tumutugon sa fluorine na nasa temperatura ng silid:


Si + 2F 2 = SiF 4 silikon tetrafluoride


3. Ang mga reaksyon sa iba pang mga halogen ay nangyayari sa temperatura = 300 - 500°C


Si + 2Hal 2 = SiHal 4


4. Sa sulfur vapor sa 600°C ito ay bumubuo ng disulfide:



5. Ang reaksyon sa nitrogen ay nangyayari sa itaas ng 1000°C:


3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 silikon nitride


6. Sa temperatura = 1150°C ay tumutugon sa carbon:


SiO 2 + 3С = SiС + 2СО


Ang Carborundum ay malapit sa brilyante sa tigas.


7. Ang Silicon ay hindi direktang tumutugon sa hydrogen.


8. Ang silikon ay lumalaban sa mga acid. Nakikipag-ugnayan lamang sa pinaghalong nitric at hydrofluoric (hydrofluoric) acids:


3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O


9. tumutugon sa mga solusyon sa alkali upang bumuo ng mga silicate at maglalabas ng hydrogen:


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


10. Ang mga nagpapababang katangian ng silikon ay ginagamit upang ihiwalay ang mga metal mula sa kanilang mga oxide:


2MgO = Si = 2Mg + SiO 2

Sa mga reaksyon sa mga metal, ang Si ay isang oxidizing agent:

Ang silikon ay bumubuo ng mga silicid na may mga s-metal at karamihan sa mga d-metal.


Ang komposisyon ng silicide ng isang ibinigay na metal ay maaaring mag-iba. (Halimbawa, FeSi at FeSi 2 ; Ni 2 Si at NiSi 2 .) Ang isa sa mga pinakakilalang silicide ay magnesium silicide, na maaaring makuha sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan ng mga simpleng sangkap:


2Mg + Si = Mg 2 Si

Silane (monosilane) SiH 4

Silanes (hydrogen silicas) Si n H 2n + 2, (cf. alkanes), kung saan n = 1-8. Ang mga silanes ay mga analogue ng mga alkanes;


Ang Monosilane SiH 4 ay isang walang kulay na gas na may hindi kanais-nais na amoy; natutunaw sa ethanol, gasolina.


Mga paraan ng pagkuha:


1. Decomposition ng magnesium silicide na may hydrochloric acid: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4


2. Pagbawas ng Si halides na may lithium aluminum hydride: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3


Mga katangian ng kemikal.


Ang Silane ay isang malakas na ahente ng pagbabawas.


Ang 1.SiH 4 ay na-oxidize ng oxygen kahit na sa napakababang temperatura:


SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O


2. Ang SiH 4 ay madaling ma-hydrolyzed, lalo na sa isang alkaline na kapaligiran:


SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2


SiH 4 + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 4H 2

Silicon (IV) oxide (silica) SiO 2

Ang silica ay umiiral sa iba't ibang anyo: mala-kristal, walang hugis at malasalamin. Ang pinakakaraniwang mala-kristal na anyo ay kuwarts. Kapag ang mga bato ng kuwarts ay nawasak, ang mga buhangin ng kuwarts ay nabuo. Ang quartz single crystals ay transparent, walang kulay (rock crystal) o may kulay na may mga impurities sa iba't ibang kulay (amethyst, agate, jasper, atbp.).


Ang amorphous SiO 2 ay matatagpuan sa anyo ng opal mineral: ang silica gel ay artipisyal na ginawa, na binubuo ng mga koloidal na particle ng SiO 2 at pagiging isang napakahusay na adsorbent. Ang malasalamin na SiO 2 ay kilala bilang quartz glass.

Mga katangiang pisikal

Ang SiO 2 ay natutunaw nang bahagya sa tubig, at halos hindi matutunaw sa mga organikong solvent. Ang silica ay isang dielectric.

Mga katangian ng kemikal

1. Ang SiO 2 ay isang acidic oxide, samakatuwid ang amorphous silica ay dahan-dahang natutunaw sa may tubig na mga solusyon ng alkalis:


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


2. Nakikipag-ugnayan din ang SiO 2 sa mga pangunahing oksido kapag pinainit:


SiO 2 + K 2 O = K 2 SiO 3;


SiO 2 + CaO = CaSiO 3


3. Bilang isang non-volatile oxide, pinapalitan ng SiO 2 ang carbon dioxide mula sa Na 2 CO 3 (sa panahon ng pagsasanib):


SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2


4. Ang silica ay tumutugon sa hydrofluoric acid, na bumubuo ng hydrofluorosilicic acid H 2 SiF 6:


SiO 2 + 6HF = H 2 SiF 6 + 2H 2 O


5. Sa 250 - 400°C, nakikipag-ugnayan ang SiO 2 sa gaseous na HF at F 2, na bumubuo ng tetrafluorosilane (silicon tetrafluoride):


SiO 2 + 4HF (gas.) = SiF 4 + 2H 2 O


SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + O 2

Mga silicic acid

Kilala:


Orthosilicic acid H 4 SiO 4 ;


Metasilicon (silicic) acid H 2 SiO 3 ;


Mga di- at ​​polysilicic acid.


Ang lahat ng silicic acid ay bahagyang natutunaw sa tubig at madaling bumubuo ng mga colloidal na solusyon.

Mga paraan ng pagtanggap

1. Pag-ulan na may mga acid mula sa mga solusyon ng alkali metal silicates:


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


2. Hydrolysis ng chlorosilanes: SiCl 4 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4HCl

Mga katangian ng kemikal

Ang mga silicic acid ay napakahinang mga acid (mas mahina kaysa sa carbonic acid).


Kapag pinainit, nagde-dehydrate sila upang bumuo ng silica bilang huling produkto.


H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Silicates - mga asing-gamot ng silicic acids

Dahil ang mga silicic acid ay napakahina, ang kanilang mga asing-gamot sa may tubig na mga solusyon ay lubos na na-hydrolyzed:


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


SiO 3 2- + H 2 O = HSiO 3 - + OH - (alkaline medium)


Para sa parehong dahilan, kapag ang carbon dioxide ay dumaan sa mga silicate na solusyon, ang silicic acid ay inilipat mula sa kanila:


K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + K 2 CO 3


SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + CO 3


Ang reaksyong ito ay maaaring ituring bilang isang husay na reaksyon sa mga silicate na ion.


Sa mga silicate, tanging ang Na 2 SiO 3 at K 2 SiO 3 lamang ang lubos na natutunaw, na tinatawag na natutunaw na baso, at ang kanilang mga may tubig na solusyon ay tinatawag na likidong baso.

Salamin

Ang ordinaryong salamin sa bintana ay may komposisyon na Na 2 O CaO 6 SiO 2, ibig sabihin, ito ay pinaghalong sodium at calcium silicates. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagsasama ng Na 2 CO 3 soda, CaCO 3 limestone at SiO 2 na buhangin;


Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2SO 2

Semento

Isang pulbos na materyal na nagbubuklod na, kapag nakikipag-ugnayan sa tubig, ay bumubuo ng isang plastic na masa na lumiliko sa paglipas ng panahon sa isang solid, parang bato na katawan; pangunahing materyales sa gusali.


Ang kemikal na komposisyon ng pinakakaraniwang semento ng Portland (sa % ng timbang) ay 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1-5% MgO.

Ang Silicon (Si) ay ang pangalawang elemento ng pangunahing (A) subgroup ng pangkat 4 ng Periodic Table, na itinatag ni Dmitry Ivanovich Mendeleev. Ang Silicon ay napaka-pangkaraniwan sa kalikasan, kaya ito ay pumapangalawa (pagkatapos ng oxygen) sa kasaganaan. Kaya, kung walang silikon at mga compound nito, ang crust ng Earth, na higit sa isang-kapat ay binubuo ng mga compound ng kemikal na elementong ito, ay hindi iiral. Ano ang mga katangian ng silikon? Ano ang mga formula ng mga compound nito at ang mga gamit nito? Anong mahahalagang sangkap ang naglalaman ng silikon? Subukan nating malaman ito.

Ang elemento ng silikon at mga katangian nito

Ang silikon ay umiiral sa kalikasan sa ilang mga allotropic na pagbabago - ang pinakakaraniwan ay mala-kristal na silikon at amorphous na silikon. Isaalang-alang natin ang bawat isa sa mga pagbabagong ito nang hiwalay.

Mala-kristal na silikon

Ang silikon sa pagbabagong ito ay isang madilim na kulay abo, medyo matigas at malutong na substansiya na may makinis na ningning. Ang nasabing silikon ay isang semiconductor; Ang kapaki-pakinabang na ari-arian nito ay, hindi katulad ng mga metal, ang kondaktibiti ng kuryente nito ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ang natutunaw na punto ng naturang silikon ay 1415 °C. Bilang karagdagan, ang mala-kristal na silikon ay hindi natutunaw sa tubig at iba't ibang mga acid.

Ang paggamit ng silikon at ang mga compound nito sa pagbabago ng kristal ay hindi kapani-paniwalang magkakaibang. Halimbawa, ang mala-kristal na silicon ay bahagi ng mga solar panel na naka-install sa mga spaceship at rooftop. Ang Silicon ay isang semiconductor at may kakayahang mag-convert ng solar energy sa electrical energy.

Bilang karagdagan sa mga solar cell, ang mala-kristal na silikon ay ginagamit upang lumikha ng maraming mga elektronikong aparato at mga bakal na silikon.

Amorphous na silikon


Ang amorphous silicon ay isang kayumanggi/maitim na kayumangging pulbos na may istrakturang parang diyamante. Hindi tulad ng mala-kristal na silikon, ang allotropic na pagbabagong ito ng elemento ay walang mahigpit na inutos na kristal na sala-sala. Sa kabila ng katotohanan na ang amorphous na silikon ay natutunaw sa isang temperatura na humigit-kumulang 1400 ° C, ito ay mas aktibo kumpara sa mala-kristal na silikon. Ang amorphous silicon ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang at may density na humigit-kumulang 2 g/cm³.

Ang ganitong uri ng silikon ay kadalasang ginagamit sa industriya ng pagkain at sa paggawa ng mga gamot.

Mga kemikal na katangian ng silikon

    Ang pangunahing kemikal na pag-aari ng silikon ay pagkasunog sa oxygen, na nagreresulta sa pagbuo ng isang napaka-karaniwang tambalan - silikon oksido:

Si + O2 → SiO2 (sa temperatura).

    Kapag pinainit, ang silicon bilang isang non-metal ay bumubuo ng mga compound na may iba't ibang mga metal. Ang mga naturang compound ay tinatawag na silicides. Halimbawa:

2Ca + Si → Ca2Si (sa temperatura).

    Ang mga silicide, sa turn, ay nabubulok nang walang kahirapan sa tulong ng tubig o ilang mga acid. Bilang resulta ng reaksyong ito, nabuo ang isang espesyal na hydrogen compound ng silikon - silane gas (SiH4):

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.

    Ang Silicon ay nagagawa ring makipag-ugnayan sa fluorine (sa ilalim ng normal na mga kondisyon):

Si + 2F2 → SiF4.

    At kapag pinainit, nakikipag-ugnayan ang silikon sa iba pang hindi metal:

Si + 2Cl2 → SiCl4 (400–600°).

3Si + 2N2 → Si3N4 (1000°).

Si + C → SiC (2000°).

    Gayundin, ang silikon, na nakikipag-ugnayan sa alkalis at tubig, ay bumubuo ng mga asing-gamot na tinatawag na silicates at hydrogen gas:

Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2.

Gayunpaman, susuriin namin ang karamihan sa mga kemikal na katangian ng elementong ito sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa silikon at mga compound nito, dahil sila ang mga pangunahing sangkap kung saan nakabatay ang paggamit at pakikipag-ugnayan ng silikon sa iba pang mga elemento ng kemikal. Kaya, ano ang pinakakaraniwang mga compound ng silikon?

Mga compound ng silikon


Noong nakaraan, nalaman namin kung ano ang elemento ng silikon at kung ano ang mga katangian nito. Ngayon tingnan natin ang mga formula ng mga compound ng silikon.

Sa pakikilahok ng silikon, isang malaking bilang ng iba't ibang mga compound ang nabuo. Ang unang lugar sa pagkalat ay inookupahan ng mga compound ng oxygen ng silikon. Kasama sa kategoryang ito ang SiO2 at hindi matutunaw na silicic acid.

Ang acidic na nalalabi ng silicic acid ay bumubuo ng iba't ibang silicates (halimbawa, CaSiO3 o Al2O3 SiO2). Sa ganitong mga asing-gamot at ang mga compound ng silikon na may oxygen na ipinakita sa itaas, ang elemento ay may tipikal na estado ng oksihenasyon na +4.

Ang mga silikon na asin ay karaniwan din - silicides (Mg2Si, NaSi, CoSi) at mga silikon na compound na may hydrogen (halimbawa, silane gas). Ang Silane, gaya ng nalalaman, ay kusang nag-aapoy sa hangin na may nakabulag na flash, at ang mga silicid ay madaling nabulok ng tubig at iba't ibang mga acid.

Tingnan natin ang silikon at ang mga compound nito, na itinuturing na pinakakaraniwan.

Silica

Ang isa pang pangalan para sa oxide na ito ay silica. Ito ay isang solid at refractory substance na hindi matutunaw sa tubig at acids at may atomic crystal lattice. Sa kalikasan, ang silicon oxide ay bumubuo ng mga mineral at mahalagang bato tulad ng quartz, amethyst, opal, agata, chalcedony, jasper, flint at ilang iba pa.

Kapansin-pansin na mula sa silikon na ginawa ng mga primitive na tao ang kanilang mga tool sa paggawa at pangangaso. Minarkahan ng Flint ang simula ng tinatawag na Panahon ng Bato dahil sa malawakang kakayahang magamit at kakayahang lumikha ng matatalim na mga gilid kapag naputol.

Ito ay silicon oxide na nagpapatibay sa mga tangkay ng mga halaman tulad ng mga tambo, mga tambo at mga buntot ng kabayo, mga dahon ng sedge at mga tangkay ng cereal. Ang mga proteksiyon na panlabas na takip ng ilang mga hayop ay naglalaman din ng silica.

Bilang karagdagan, ito ay bumubuo ng batayan ng silicate na pandikit, na lumilikha ng silicone sealant at silicone goma.

Mga kemikal na katangian ng silicon oxide

Ang Silicon dioxide ay nakikipag-ugnayan sa isang malaking bilang ng mga elemento ng kemikal - parehong mga metal at hindi metal. Halimbawa:

    Sa mataas na temperatura, ang silica ay tumutugon sa alkalis, na bumubuo ng mga asing-gamot:

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O (sa temperatura).

    Bilang isang tipikal na acidic oxide, ang tambalang ito ay gumagawa ng mga silicate sa pamamagitan ng pagtugon sa iba't ibang mga metal oxide:

SiO2 + CaO → CaSiO3 (sa temperatura).

    O may carbonate salts:

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2 (sa temperatura).

    Ang isa sa pinakamahalagang kemikal na katangian ng silicon dioxide ay ang kakayahang makakuha ng purong silikon mula dito. Magagawa ito sa dalawang paraan - sa pamamagitan ng pagtugon sa dioxide sa magnesium o carbon:

SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (sa temperatura).

SiO2 + 2C → Si + 2CO (sa temperatura)

Silicic acid


Ang silicic acid ay napakahina. Ito ay hindi matutunaw sa tubig at sa panahon ng mga reaksyon ito ay bumubuo ng isang gelatinous precipitate, na kung minsan ay maaaring punan ang buong dami ng solusyon. Kapag natuyo ang halo na ito, makikita mo ang nabuong silica gel, na ginagamit bilang isang adsorbent (sumisipsip ng iba pang mga sangkap).

Ang pinaka-naa-access at karaniwang paraan upang makakuha ng silicic acid ay maaaring ipahayag gamit ang formula:

K2SiO3 + 2HCl → 2KCl + H2SiO3↓.

Silicide

Kung isasaalang-alang ang silikon at ang mga compound nito, napakahalagang pag-usapan ang tungkol sa mga asing-gamot nito tulad ng silicide. Ang Silicon ay bumubuo ng mga naturang compound na may mga metal, nakakakuha, bilang panuntunan, isang estado ng oksihenasyon ng -4. Gayunpaman, ang mga metal tulad ng mercury, zinc, beryllium, ginto at pilak ay hindi kayang makipag-ugnayan sa silikon at bumubuo ng mga silicid.

Ang pinakakaraniwang silicide ay Mg2Si, Ca2Si, NaSi at ilang iba pa.

Silicates

Ang mga compound tulad ng silicates ay pangalawa sa kasaganaan pagkatapos ng silicon dioxide. Ang silicate salts ay itinuturing na medyo kumplikadong mga sangkap, dahil mayroon silang isang kumplikadong istraktura, at bahagi din sila ng karamihan sa mga mineral at bato.

Ang pinakakaraniwang silicates sa kalikasan - aluminosilicates - ay kinabibilangan ng granite, micas, at iba't ibang uri ng clay. Ang isa pang kilalang silicate ay asbestos, kung saan ginawa ang mga tela na lumalaban sa sunog.

Mga Aplikasyon ng Silicon


Pangunahin, ginagamit ang silikon upang makagawa ng mga materyales na semiconductor at mga haluang metal na lumalaban sa acid. Ang Silicon carbide (SiC) ay kadalasang ginagamit upang patalasin ang mga kagamitan sa makina at polish ang mahahalagang bato.

Ang molten quartz ay ginagamit upang gumawa ng stable at strong quartz cookware.

Ang mga silikon na compound ay sumasailalim sa paggawa ng salamin at semento.


Ang mga baso ay naiiba sa bawat isa sa komposisyon, na kinakailangang naglalaman ng silikon. Halimbawa, bilang karagdagan sa salamin sa bintana, mayroong matigas na ulo, kristal, kuwarts, kulay, photochromic, optical, salamin at iba pang mga baso.

Kapag ang semento ay halo-halong tubig, ang isang espesyal na sangkap ay nabuo - semento mortar, mula sa kung saan ang mga materyales sa gusali tulad ng kongkreto ay kasunod na nakuha.

Ang paggawa ng mga sangkap na ito ay isinasagawa ng industriya ng silicate. Bilang karagdagan sa salamin at semento, ang industriya ng silicate ay gumagawa ng brick, porselana, earthenware at iba't ibang mga produkto na ginawa mula sa kanila.

Konklusyon

Kaya, nalaman namin na ang silikon ang pinakamahalagang elemento ng kemikal, na laganap sa kalikasan. Ginagamit ang silikon sa mga gawaing konstruksyon at masining, at kailangan din para sa mga buhay na organismo. Maraming mga sangkap, mula sa simpleng salamin hanggang sa pinakamahalagang porselana, ay naglalaman ng silikon at mga compound nito.

Ang pag-aaral ng kimika ay nagbibigay-daan sa amin na maunawaan ang mundo sa paligid natin at maunawaan na hindi lahat ng bagay sa paligid natin, kahit na ang pinakakahanga-hanga at mahal, ay kasing misteryoso at misteryoso gaya ng maaaring tila. Nais naming tagumpay ka sa kaalamang pang-agham at pag-aaral ng napakagandang agham gaya ng kimika!

2349.85 °C (2623 K)

Ud. init ng pagsasanib

50.6 kJ/mol

Ud. init ng singaw

383 kJ/mol

Kapasidad ng init ng molar Crystal lattice ng isang simpleng substance Istraktura ng sala-sala

kubiko, brilyante

Mga parameter ng sala-sala Temperatura ni Debye Iba pang mga katangian Thermal conductivity

(300 K) 149 W/(mK)

Emission spectrum
14
3s 2 3p 2

pinagmulan ng pangalan

Kadalasan sa kalikasan, ang silikon ay matatagpuan sa anyo ng silica - mga compound batay sa silicon dioxide (IV) SiO 2 (mga 12% ng masa ng crust ng lupa). Ang mga pangunahing mineral at bato na nabuo ng silica ay buhangin (ilog at kuwarts), kuwarts at quartzites, flint, feldspars. Ang pangalawang pinakakaraniwang grupo ng mga silikon compound sa kalikasan ay silicates at aluminosilicates.

Ang mga nakahiwalay na kaso ng paghahanap ng purong silikon sa katutubong anyo ay nabanggit.

Resibo

Ang libreng silikon ay nakukuha sa pamamagitan ng pag-calcine ng pinong puting buhangin (silicon dioxide) na may magnesium:

\mathsf(SiO_2+2Mg \ \rightarrow \ 2MgO+Si)

Lumilikha ito walang hugis silikon, pagkakaroon ng hitsura ng isang kayumanggi pulbos.

Sa industriya, ang silicon ng teknikal na kadalisayan ay nakukuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng SiO 2 na natutunaw sa coke sa temperatura na humigit-kumulang 1800 °C sa shaft-type ore-thermal furnaces. Ang kadalisayan ng silikon na nakuha sa ganitong paraan ay maaaring umabot sa 99.9% (ang pangunahing mga impurities ay carbon at metal).

Ang karagdagang paglilinis ng silikon mula sa mga impurities ay posible.

  • Ang paglilinis sa mga kondisyon ng laboratoryo ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng unang pagkuha ng magnesium silicide Mg 2 Si. Susunod, ang gaseous monosilane SiH 4 ay nakuha mula sa magnesium silicide gamit ang hydrochloric o acetic acids. Ang Monosilane ay dinadalisay sa pamamagitan ng rectification, sorption at iba pang mga pamamaraan, at pagkatapos ay nabubulok sa silicon at hydrogen sa temperatura na humigit-kumulang 1000 °C.
  • Ang paglilinis ng silikon sa isang pang-industriya na sukat ay isinasagawa sa pamamagitan ng direktang chlorination ng silikon. Sa kasong ito, ang mga compound ng komposisyon na SiCl 4, SiHCl 3 at SiH 2 Cl 2 ay nabuo. Ang mga ito ay dinadalisay mula sa mga impurities sa iba't ibang paraan (karaniwan ay sa pamamagitan ng distillation at disproportionation) at sa huling yugto sila ay nababawasan ng purong hydrogen sa temperatura mula 900 hanggang 1100 °C.
  • Ang mas mura, mas malinis at mas mahusay na mga teknolohiyang pang-industriya para sa paglilinis ng silikon ay binuo. Noong 2010, kabilang dito ang mga teknolohiya sa paglilinis ng silicon gamit ang fluorine (sa halip na chlorine); mga teknolohiyang kinasasangkutan ng distillation ng silicon monoxide; mga teknolohiyang batay sa pag-ukit ng mga impurities na puro sa intercrystalline na mga hangganan.

Ang nilalaman ng karumihan sa post-purified silicon ay maaaring bawasan sa 10 −8 -10 −6% ayon sa timbang. Ang mga isyu sa pagkuha ng ultra-pure silicon ay tinalakay nang mas detalyado sa artikulong Polycrystalline silicon.

Ang isang paraan para sa pagkuha ng silikon sa dalisay nitong anyo ay binuo ni Nikolai Nikolaevich Beketov.

Mga katangiang pisikal

Ang kristal na sala-sala ng silikon ay kubiko na nakasentro sa mukha tulad ng diyamante, parameter a = 0.54307 nm (nakuha ang iba pang polymorphic na pagbabago ng silikon sa mataas na presyon), ngunit dahil sa mas mahabang haba ng bono sa pagitan ng mga atomo ng Si-Si kumpara sa haba ng C-C bond, ang tigas ng silikon ay mas mababa sa isang brilyante. Ang silikon ay marupok; kapag pinainit sa itaas ng 800 °C, ito ay nagiging isang plastic substance. Ito ay transparent sa infrared radiation na nagsisimula sa wavelength na 1.1 microns. Ang intrinsic na konsentrasyon ng mga tagadala ng singil ay 5.81·10 15 m−3 (para sa temperaturang 300 K).

Mga katangian ng electrophysical

Ang elemental na silicon sa monocrystalline form ay isang indirect-gap semiconductor. Ang band gap sa room temperature ay 1.12 eV, at sa T = 0 K - 1.21 eV. Ang konsentrasyon ng mga intrinsic charge carrier sa silicon sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay humigit-kumulang 1.5·10 10 cm−3.

Ang mga de-koryenteng katangian ng mala-kristal na silikon ay lubos na naiimpluwensyahan ng mga impurities na nilalaman nito. Upang makakuha ng mga kristal na silikon na may kondaktibiti ng butas, ang mga atomo ng mga elemento ng pangkat III, tulad ng boron, aluminyo, gallium, at indium, ay ipinapasok sa silikon. Upang makakuha ng mga kristal na silikon na may elektronikong kondaktibiti, ang mga atomo ng mga elemento ng pangkat V, tulad ng phosphorus, arsenic, at antimony, ay ipinapasok sa silikon.

Kapag lumilikha ng mga elektronikong device na nakabatay sa silicon, kadalasan ay isang malapit-ibabaw na layer ng isang kristal (hanggang sampu-sampung microns ang kapal) ang ginagamit, kaya ang kalidad ng ibabaw ng kristal ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa mga electrical properties ng silicon at, nang naaayon. , sa mga katangian ng nilikhang elektronikong aparato. Kapag lumilikha ng ilang mga aparato, ginagamit ang teknolohiya upang baguhin ang ibabaw ng isang kristal, halimbawa, paggamot sa ibabaw ng silikon na may iba't ibang mga kemikal na reagents at pag-irradiate nito.

Mga katangian ng kemikal

Tulad ng mga carbon atom, ang mga silicon na atom ay nailalarawan sa pamamagitan ng estado ng sp 3 hybridization ng mga orbital. Dahil sa hybridization, ang purong mala-kristal na silikon ay bumubuo ng mala-brilyante na sala-sala kung saan ang silikon ay tetravalent. Sa mga compound, kadalasang lumilitaw din ang silicon bilang isang elementong tetravalent na may estado ng oksihenasyon na +4 o −4. Mayroong divalent silicon compounds, halimbawa, silicon (II) oxide - SiO.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang silicon ay hindi aktibo sa kemikal at aktibong tumutugon lamang sa fluorine gas, na nagreresulta sa pagbuo ng volatile silicon tetrafluoride SiF 4 . Ang "inactivity" ng silicon ay dahil sa passivation ng ibabaw ng isang nano-sized na layer ng silicon dioxide, na agad na nabuo sa pagkakaroon ng oxygen, hangin o tubig (singaw ng tubig).

oxygen na may pagbuo ng dioxide SiO 2, ang proseso ay sinamahan ng isang pagtaas sa kapal ng dioxide layer sa ibabaw, ang rate ng proseso ng oksihenasyon ay limitado sa pamamagitan ng pagsasabog ng atomic oxygen sa pamamagitan ng dioxide film.

Kapag pinainit sa temperatura na higit sa 400-500 °C, ang silikon ay tumutugon sa chlorine, bromine at yodo - na may pagbuo ng katumbas na highly volatile tetrahalides SiHal 4 at, posibleng, halides ng isang mas kumplikadong komposisyon.

Ang mga compound ng metal na may silicon - silicide - ay malawakang ginagamit sa industriya (halimbawa, electronic at nuclear) na mga materyales na may malawak na hanay ng mga kapaki-pakinabang na kemikal, elektrikal at nuklear na katangian (paglaban sa oksihenasyon, neutron, atbp.). Ang mga silicide ng isang bilang ng mga elemento ay mahalagang thermoelectric na materyales.

Ang mga silicone compound ay nagsisilbing batayan para sa paggawa ng salamin at semento. Ang industriya ng silicate ay gumagawa ng salamin at semento. Gumagawa din ito ng silicate ceramics - brick, porcelain, earthenware at mga produktong gawa mula sa kanila.

Ang silicate glue ay malawak na kilala, ginagamit sa konstruksiyon bilang isang patuyuan, at sa pyrotechnics at sa pang-araw-araw na buhay para sa gluing paper.

Ang mga silicone oils at silicones - mga materyales na batay sa mga organosilicon compound - ay naging laganap.

Biyolohikal na papel

Para sa ilang mga organismo, ang silikon ay isang mahalagang biogenic na elemento. Ito ay bahagi ng mga sumusuportang istruktura sa mga halaman at mga istruktura ng kalansay sa mga hayop. Ang Silicon ay puro sa malalaking dami ng mga organismo ng dagat - diatoms, radiolarians, sponges. Ang malalaking halaga ng silicon ay puro sa horsetails at cereal, pangunahin sa mga subfamilies ng Bamboo at Rice, kabilang ang bigas. Ang tissue ng kalamnan ng tao ay naglalaman ng (1-2)·10−2% silikon, tissue ng buto - 17·10−4%, dugo - 3.9 mg/l. Hanggang sa 1 g ng silikon ang pumapasok sa katawan ng tao kasama ng pagkain araw-araw.

Ang mga pamantayan para sa pinakamataas na pinahihintulutang konsentrasyon ng silikon ay nakatali sa nilalaman ng alikabok ng silikon dioxide sa hangin. Ito ay dahil sa mga kakaibang kimika ng silikon:

  • Ang purong silikon, pati na rin ang silikon na karbid, sa pakikipag-ugnay sa tubig o atmospheric oxygen ay bumubuo ng isang hindi malalampasan na pelikula ng silikon dioxide (SiO 2) sa ibabaw, na nagpapalipat-lipat sa ibabaw;
  • Maraming mga organosilicon compound na nakikipag-ugnayan sa atmospheric oxygen at water vapor ay na-oxidized o hydrolyzed, sa huli ay bumubuo ng silicon dioxide;
  • Ang Silicon monoxide (SiO) sa hangin ay may kakayahang (minsan ay may pagsabog) na mag-oxidize sa mataas na dispersed na silicon dioxide.

Ang Silicon dioxide sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay palaging isang solid, bioinert, hindi nabubulok na sangkap, madaling kapitan ng pagbuo ng alikabok, na binubuo ng mga particle na may matalim na mga gilid ng pagputol. Ang nakakapinsalang epekto ng silicon dioxide at karamihan sa mga silicides at silicates ay batay sa isang nanggagalit at fibrogenic na epekto, sa akumulasyon ng sangkap sa tissue ng baga, na nagiging sanhi ng isang malubhang sakit - silicosis. Ang mga dust respirator ay ginagamit upang protektahan ang sistema ng paghinga mula sa mga particle ng alikabok. Gayunpaman, kahit na sa paggamit ng mga personal na kagamitan sa proteksiyon, ang nasopharynx at lalamunan ng mga taong sistematikong nagtatrabaho sa maalikabok na mga kondisyon na may mga silikon na compound at lalo na ang silicon monoxide ay nagpapakita ng mga palatandaan ng mga nagpapaalab na proseso sa mga mucous membrane.

Tingnan din

Sumulat ng isang pagsusuri tungkol sa artikulong "Silicon"

Mga komento

Mga Tala

Panitikan

  • Samsonov. G.V. Silicide at ang kanilang paggamit sa teknolohiya. - Kyiv, Publishing House ng Academy of Sciences ng Ukrainian SSR, 1959. - 204 p. mula sa illus.

Mga link

Ang Silicon ay ang pangalawang pinaka-sagana sa Earth (pagkatapos ng oxygen). Ito ay bihirang matatagpuan sa dalisay nitong anyo - sa mga kristal na mas madalas na makikita ito bilang bahagi ng iba't ibang mga compound at mineral - spar, flint, quartz sand.

Upang ihiwalay ang purong silikon, ang mga chemist ay nagre-react sa quartz sand na may magnesium. Ang silikon ay natutunaw din sa mataas na temperatura at kahit na "lumago." Gumagamit ang pamamaraang Czochralski ng presyon, temperatura at mga silikon na compound upang makagawa ng mga kristal ng isang purong sangkap.

Buhay

Ang mga silicone compound ay aktibong ginagamit sa pang-araw-araw na buhay, sambahayan ng tao, at sa industriya. Ginagamit ang quartz sand sa paggawa ng salamin at semento. Ang industriya ng silicate ay pinangalanan pagkatapos ng silikon, na ang gitnang pangalan ay silicium. Ang silicates ay ginagamit sa agrikultura upang patabain ang lupa. Ang silicate glue ay ginawa din batay sa mga silikon na compound.

Radioelectronics

Ang Silicon ay may natatanging mga katangian ng radioelectronic. Ang purong silikon ay isang semiconductor. Nangangahulugan ito na maaari itong magsagawa ng kasalukuyang sa ilalim ng ilang mga kundisyon kapag maliit ang banda ng pagpapadaloy. Kung ang rehiyon ng pagpapadaloy ay malaki, ang semiconductor silicon ay nagiging insulating silicon.

Ang mga katangian ng semiconducting ng non-metal na silikon ay humantong sa paglikha ng transistor. Ang transistor ay isang aparato na nagpapahintulot sa iyo na kontrolin ang boltahe at kasalukuyang. Hindi tulad ng mga linear conductor, ang mga transistor ng silikon ay may tatlong pangunahing elemento - isang kolektor, na "kumokolekta" ng kasalukuyang, isang base at isang emitter, na nagpapalaki sa kasalukuyang. Ang hitsura ng transistor ay naging sanhi ng "electronic boom" at humantong sa paglikha ng mga unang computer at mga gamit sa bahay.

Mga kompyuter

Ang mga tagumpay ng silikon sa electronics ay hindi napapansin sa teknolohiya ng computer. Sa una, gusto nilang gumawa ng mga processor mula sa "mahal" na tipikal na semiconductors, halimbawa. Gayunpaman, ang mataas na presyo nito ay hindi pinahintulutan ang paggawa ng mga germanium circuit board na mailagay sa produksyon. Pagkatapos ay nagpasya ang mga daredevils mula sa IBM na makipagsapalaran at subukan ang silikon bilang isang materyal para sa "puso" ng isang computer system. Hindi nagtagal dumating ang mga resulta.

Ang mga silikon na board ay naging medyo mura, na kung saan ay lalong mahalaga sa pinakadulo simula ng industriya ng computer, kapag mayroong maraming mga depekto at kakaunti ang mga potensyal na mamimili.

Ngayon, nangingibabaw ang silicon chips sa industriya ng kompyuter. Natutunan nilang palaguin ang mga purong kristal na silikon para sa mga processor at controller sa mga kondisyon ng pabrika ang materyal ay madaling gamitin. At ang pinakamahalaga, pinahintulutan ng silikon ang bilang ng mga elemento sa isang processor na doble bawat dalawang taon (Moore's Law). Kaya, mayroong higit at higit pang mga transistor at iba pang mga elemento ng lohika sa parehong laki ng silikon na circuit. Ginawang posible ng Silicon na gawing episyente ang teknolohiya ng impormasyon hangga't maaari.



error: Protektado ang nilalaman!!