Silicis ir jo junginiai. Silicis gamtoje. Silicio panaudojimas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Silicis yra vienas paklausiausių elementų technologijose ir pramonėje. Tai lėmė neįprastos savybės. Šiandien yra daug įvairių šio elemento junginių, kurie atlieka svarbų vaidmenį gaminant ir gaminant techninius gaminius, indus, stiklą, įrangą, statybines ir apdailos medžiagas, papuošalus ir kitas pramonės šakas.

Bendrosios silicio charakteristikos

Jei atsižvelgsime į silicio padėtį periodinėje sistemoje, galime pasakyti taip:

1. Yra pagrindinio pogrupio IV grupėje.
2. Eilinis skaičius 14.
3. Atominė masė 28, 086.
4. Cheminis simbolis Si.
5. Pavadinimas – silicis, arba lotyniškai – silicium.
6. Elektroninė išorinio sluoksnio konfigūracija 4e:2e:8e.

Silicio kristalinė gardelė panaši į deimanto. Atomai išsidėstę mazguose, jo tipas yra į veidą orientuotas kubinis. Tačiau dėl ilgesnio jungties ilgio silicio fizinės savybės labai skiriasi nuo alotropinės anglies modifikacijos savybių.

Fizikinės ir cheminės savybės

Yra dušio elemento alotropinės modifikacijos: amorfinės ir kristalinės. Jie labai panašūs. Tačiau, kaip ir kitų medžiagų, pagrindinis skirtumas tarp jų yra silicio kristalinė gardelė.

Šiuo atveju abi modifikacijos yra skirtingų spalvų milteliai.

1. Kristalinis silicis yra tamsiai pilki blizgūs metalą primenantys milteliai. Jo struktūra atitinka deimantą, tačiau savybės skiriasi. Jis turi:

• trapumas;
• mažas kietumas;
• puslaidininkio savybės;
• lydymosi temperatūra 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• virimo temperatūra 2700⁰C.

Jo cheminis aktyvumas yra mažas, palyginti su kita alotropine forma.

2. Amorfinis silicis – rudai rudi milteliai, turi labai netvarkingo deimanto struktūrą. Cheminis aktyvumas yra gana didelis.

Apskritai reikia pažymėti, kad silicis nemėgsta reaguoti. Kad jis sureaguotų, reikia bent 400-500⁰C temperatūros. Tokiomis sąlygomis susidaro įvairūs cheminiai silicio junginiai. Pavyzdžiui:

• oksidai;
• halogenidai;
• silicidai;
• nitridai;
• borides;
• karbidai.

Galima silicio sąveika su azoto rūgštimi arba šarmu, kuri vadinama ėsdinimo procesu. Organiniai silicio junginiai yra plačiai paplitę ir šiandien vis labiau paplitę.

Būti gamtoje

Gamtoje silicio randama gana didelis kiekis. Pagal paplitimą ji yra antroje vietoje po deguonies. Jo masės dalis yra apie 30%. Jūros vandenyje šio elemento taip pat yra maždaug 3 mg/l. Todėl negalima teigti, kad silicis yra retas elementas gamtoje.

Priešingai, yra daug įvairių uolienų ir mineralų, kuriuose jis atsiranda ir iš kurių jį galima išgauti. Labiausiai paplitę natūralūs silicio junginiai yra šie:

1. Silicis. Cheminė formulė yra SiO₂. Jo pagrindu yra gana daug įvairių mineralų ir uolienų formų: smėlis, titnagas, lauko špatas, kvarcas, kalnų krištolas, ametistas, chalcedonas, karneolis, opalas, jaspis ir kt.
2. Silikatai ir aliumosilikatai. Kaolinas, špagai, žėrutis, silicio rūgšties druskos, asbestas, talkas.

Taigi silicis yra plačiai paplitęs gamtoje, o jo junginiai yra populiarūs ir paklausūs tarp žmonių techniniams tikslams.

Silicis ir jo junginiai

Kadangi aptariamas elementas negali egzistuoti gryna forma, todėl svarbūs įvairūs jo junginiai. Cheminiu požiūriu jis gali turėti tris oksidacijos būsenas: +2, +4, -4. Remdamasis tuo, taip pat dėl savo inertiškumo, tačiau ypatingos kristalinės gardelės struktūra, jis sudaro šias pagrindines medžiagų rūšis:

• dvejetainiai junginiai su nemetalais (silanas, karbidas, nitridas, fosfidas ir kt.);
• oksidai;
• silicisrūgštis;
• metalo silikatai.

Pažvelkime atidžiau į silicio ir jo junginių, kurie yra labiausiai paplitę ir paklausiausi žmonėms, svarbą.

Silicio oksidai

Yra dvi šios medžiagos rūšys, išreikštos formulėmis:

• SiO;
• SiO₂.

Tačiau labiausiai paplitęs yra dioksidas. Gamtoje jis yra labai gražių pusbrangių akmenų pavidalu:

• agatas;
• chalcedonas;
• opalas;
• karneolis;
• jaspis;
• ametistas;
• kalnų krištolas.

Šios formos silicio naudojimas buvo pritaikytas papuošalų gamyboje. Neįtikėtinai gražūs aukso ir sidabro papuošalai yra pagaminti iš šių pusbrangių ir pusbrangių akmenų.

Dar keli silicio dioksido variantai:

• kvarcas;
• upė ir kvarcinis smėlis;
• titnagas;
• lauko špatai.

Šių tipų silicis naudojamas statybose, inžinerijoje, radijo elektronikoje, chemijos pramonėje ir metalurgijoje. Kartu išvardyti oksidai priklauso vienai medžiagai – silicio dioksidui.

Silicio karbidas ir jo pritaikymas

Silicis ir jo junginiai yra ateities ir dabarties medžiagos. Viena iš šių medžiagų yra karborundas arba šio elemento karbidas. Cheminė SiC formulė. Natūraliai atsiranda kaip mineralinis moissanitas.

Gryna forma anglies ir silicio junginys yra gražusskaidrūs kristalai, primenantys deimantų struktūras. Tačiau techniniais tikslais naudojamos žalios ir juodos spalvos medžiagos.

Pagrindinės šios medžiagos, leidžiančios ją naudoti metalurgijoje, inžinerijoje, chemijos pramonėje, savybės yra šios:

• plataus tarpo puslaidininkis;
• labai stiprus (7 pagal Moso skalę);
• atsparus aukštai temperatūrai;
• puikus elektros varža ir šilumos laidumas.

Visa tai leidžia naudoti karborundą kaip abrazyvinę medžiagą metalurgijoje ir cheminėje sintezėje. Taip pat jo pagrindu gaminti plataus spektro šviesos diodus, stiklo lydymo krosnių dalis, purkštukus, degiklius, papuošalus (moissanitas vertinamas daugiau nei kubinis cirkonis).

Silanas ir jo reikšmė

Silicio vandenilio junginys vadinamas silanu ir jo negalima gauti tiesioginės sintezės būdu iš pradinių medžiagų. Jai gauti naudojami įvairių metalų silicidai, kurie apdorojami rūgštimis. Dėl to išsiskiria dujinis silanas ir susidaro metalo druska.

Įdomu, kad aptariamas ryšys niekada nesusiformuoja vienas. Visada dėl reakcijos gaunamas mono-, di- ir trisilano mišinys, kuriame silicio atomai yra tarpusavyje sujungti grandinėmis.

Pagal savo savybes šie junginiai yra stiprūs reduktoriai. Tuo pačiu metu jie patys lengvai oksiduojasi deguonimi, kartais su sprogimu. Su halogenais reakcijos visada yra smarkios ir išsiskiria dideliu kiekiuenergija.

Silanų panaudojimas yra toks:

1. Organinės sintezės reakcijos, kurių metu susidaro svarbūs organiniai silicio junginiai – silikonai, gumos, sandarikliai, tepalai, emulsijos ir kt.
2. Mikroelektronika (LCD monitoriai, integruotos techninės grandinės ir kt.).
3. Ypatingai gryno polisilicio gavimas.
4. Odontologija su protezavimu.

Taigi silanų svarba šiuolaikiniame pasaulyje yra didelė.

Silicio rūgštis ir silikatai

Aptariamo elemento hidroksidas yra skirtingos silicio rūgštys. Pabrėžkite:

• meta;
• ortho;
• polisilicio ir kitos rūgštys.

Visus juos vienija bendros savybės – ekstremalus nestabilumas laisvoje būsenoje. Jie lengvai suyra veikiami temperatūros. Normaliomis sąlygomis jie ilgai neegzistuoja, iš pradžių virsta zoliu, o paskui – geliu. Po džiovinimo tokios struktūros vadinamos silikageliais. Jie naudojami kaip adsorbentai filtruose.

Pramonės požiūriu svarbios yra silicio rūgščių druskos – silikatai. Jie yra medžiagų, tokių kaip:

gamybos pagrindas.

• stiklas;
• betonas;
• cementas;
• ceolitas;
• kaolinas;
• porcelianas;
• fajansas;
• kristalas;
• keramika.

Šarmų metalų silikatai yra tirpūs, visi kiti ne. Todėl natrio ir kalio silikatas vadinamas skystuoju stiklu. Paprasti kanceliariniai klijai – tai natrissilicio rūgšties druska.

Tačiau įdomiausi junginiai vis tiek yra akiniai. Nesvarbu, kiek šios medžiagos variantų jie sugalvojo! Šiandien jie gauna spalvotus, optinius, matinius variantus. Stiklo dirbiniai stebina savo puošnumu ir įvairove. Į mišinį pridedant tam tikrų metalų ir nemetalų oksidų, galima pagaminti įvairiausių rūšių stiklo. Kartais net ta pati sudėtis, bet skirtingas komponentų procentas lemia medžiagos savybių skirtumus. Pavyzdys yra porcelianas ir fajansas, kurių formulė yra SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvarcinis stiklas yra labai grynas produktas, kurio sudėtis apibūdinama kaip silicio dioksidas.

Atradimai silicio junginiuose

Per pastaruosius keletą metų tyrimų buvo įrodyta, kad silicis ir jo junginiai yra svarbiausi normalios gyvų organizmų būklės dalyviai. Esant šio elemento trūkumui arba pertekliui, atsiranda tokios ligos kaip:

• vėžys;
• tuberkuliozė;
• artritas;
• katarakta;
• raupsai;
• dizenterija;
• reumatas;
• hepatitas ir kiti.

Pats senėjimo procesas taip pat susijęs su kiekybiniu silicio kiekiu. Daugybė eksperimentų su žinduoliais įrodė, kad trūkstant elemento ištinka širdies priepuoliai, insultai, vėžys ir suaktyvėja hepatito virusas.