Силиций (химически елемент): свойства, характеристики, формула. История на откриването на силиций

Много съвременни технологични устройства и апарати са създадени благодарение на уникалните свойства на веществата, които са в природата. Човечеството експериментално и внимателно изучава околните елементи непрекъснато модернизира собствените си изобретения - този процес се нарича технологичен прогрес. Тя се основава на елементарни, достъпни за всички неща, които ни заобикалят в ежедневието. Например, пясък: какво може да бъде изненадващо и необичайно в него? Учените са успели да отделят от него силиций - химичен елемент, без който няма компютърна технология. Областите на приложение се различават по разнообразие и непрекъснато се разширяват. Това се постига благодарение на уникалните свойства на силициевия атом, неговата структура и възможността за съединенията с други прости вещества.

особеност

В периодична система, разработен от Джи Менделеев, силиций (химически елемент) се обозначава от Si. Отнася се за неметали, се намира в основната четвърта група на третия период, има атомно число 14. Неговата близост до въглерод не е случайно: в много отношения техните свойства са сравними. В природата не се среща в чиста форма, тъй като е активен елемент и има достатъчно здрави връзки с кислорода. Основното вещество е силиций, който е оксид, и силикати (пясък). В този случай, силиций (неговите естествени съединения) е един от най-често срещаните химически елементи на Земята. По масово съдържание той се нарежда на второ място след кислород (над 28%). Горният слой на земната кора съдържа силиций под формата на диоксид (това е кварц), различни видове глини и пясък. Втората най-често срещана група са нейните силикати. На дълбочина около 35 километра от повърхността има слоеве от гранит и базалт, които съдържат силикатни съединения. Процентът на съдържанието в ядрото на Земята все още не е изчислен, но най-близките слоеве на мантията (до 900 км) съдържат силикати. В състава на морска вода концентрацията на силиций е 3 mg / l, лунна почва 40% се състои от неговите съединения. Пространствените пространства, които човечеството е проучило досега, съдържат този химичен елемент в големи количества. Например, спектрален анализ метеоритите, които се приближават до Земята на разстояние, достъпно за изследователите, показват, че те се състоят от 20% силиций. Има вероятност да се формира живот въз основа на този елемент в нашата галактика.

Проучвателен процес

Историята на откриването на химическия елемент на силиций има няколко етапа. Много от веществата, систематизирани от Менделеев, са били използвани от човечеството от векове. В същото време елементите са в естествена форма, т.е. в съединения, които не са били подложени на химическо третиране и всички техни свойства не са били известни на хората. В процеса на изучаване на всички свойства на веществото, той има нови употреби. Характеристиките на силиций за днес не са изучени до края - този елемент, с достатъчно широка и разнообразна гама от приложения, оставя място за нови открития за бъдещите поколения учени. Съвременните технологии значително ще ускорят този процес. В XIX век много известни химици се опитват да получат силиций в чиста форма. Това е направено за пръв път от Л. Тенар и Г. Гей-Лусак през 1811 г., но откриването на елемента принадлежи на Й. Берзилий, който е способен не само да изолира веществото, но и да го опише. Химик от Швеция е получил силиций през 1823 г., поради което използва метална калиева и калиева сол. Реакцията протича при катализатора като висока температура. Получената проста сиво-кафява субстанция е аморфен силиций. Кристален чист елемент е получен през 1855 г. от Сен Клер Девил. Сложността на изолацията е пряко свързана с високата якост на атомните връзки. И в двата случая химическата реакция е насочена към процеса на пречистване от примеси, а аморфните и кристалните модели имат различни свойства.

Силикон: произношението на химически елемент

Първото име на получения прах - kizel - е предложено от Berzelius. В Обединеното кралство и Съединените щати силиконът все още се нарича силиций или силиций. Терминът произлиза от латинската дума "кремък" (или "камък"), и в повечето случаи е свързано с понятието "земя" се дължи на широко разпространени в природата. Руското произношение на това химично вещество е различно, всичко зависи от източника. Той е наречен силициев диоксид (Захаров прилага термина през 1810 г.), Сицилия (1824, Dvigubsky, Соловьов), силициев диоксид (1825, страх) и само през 1834 г., руският химик Жермен Анри Хес въвежда име, което до сега се използва в повечето източници - силиций. В периодична система на Менделеев тя се обозначава със символа Si. Как се чете химическият елемент на силиций? Много учени от англоезичните държави се произнасят като "si" или използват думата "silicone". Оттук идва световноизвестното име на долината, която е изследователска и производствена площадка за компютърно оборудване. Рускоезичното население нарича елемент силиций (от гръцката дума "скала, планина").

Намиране в природата: депозити

Цели планински системи, съставени от силициеви съединения, които не се намират в чиста форма, защото всички известни минерали са диоксиди или силикати (алуминосиликати). Невероятната красота на камъните, използвани от хора като декоративно материал - опал, Аметистът, кварц тип, яспис, халцедон, ахат, планински кристал, карнеол и много други. Те се образуват поради появата на различни силициеви съединения, които определят плътността, структурата, цвят и посоката на употреба. Преглед неорганичен свят може да бъде свързана със същия химичен елемент, в който околната среда формира силни връзки с метали или метали (цинк, магнезий, калций, магнезий, титан и др. Г.). За сравнение с други вещества, силиций сравнително лесно достъпен за добив в индустриален мащаб: тя се намира в повечето видове руди и минерали. Ето защо активно развитите депозити са свързани повече с достъпни източници на енергия, отколкото с териториалните клъстери на материята. Кварцовите и кварцовите пясъци са във всички страни по света. Повечето големи производители и доставчици силициеви са: Китай, Франция, Норвегия, САЩ (Западна Вирджиния, Охайо, Алабама, Ню Йорк), Австралия, Южна Африка, Канада, Бразилия. Всички производители използват различни методи, които зависят от типа продукция (технически, полупроводников, високочестотен силиций). Химическа елемент обогатени допълнително или алтернативно, пречистен от всички видове примеси има индивидуални свойства на които зависи от неговото по-нататъшно използване. Това важи за това вещество. Структурата на силиций определя обхвата на неговото приложение.

Употреба история

Много често, поради сходството на имената, хората объркват силикона и крема, но тези концепции не са идентични. Нека да изясним. Както вече беше споменато, в природата силиций не се намира в неговата чиста форма, което не може да се каже за неговите съединения (същия силициев диоксид). Основните минерали и скали, образувани от диоксида на веществото, което разглеждаме, са пясък (речен и кварц), кварц и кварцити, фелдшпатите и кремък. За последното чуто, трябва да бъде всичко, защото в историята на развитието на човечеството се отдава голямо значение. С този камък са свързани първите инструменти на труда, създадени от хората през каменната ера. Неговите остри ръбове, образувани при откъсване от основната скала, значително улесняват работата на древните домакини и възможността за заточване - ловци и рибари. Флинт не притежаваше силата на металните продукти, но неуспешните инструменти бяха лесно заменени с нови. Използването му като кремък продължава много векове - до изобретяването на алтернативни източници.

Що се отнася до съвременните реалности, свойствата на силиций позволяват да се използва веществото за декориране на помещения или за създаване на керамични чинии, а в допълнение към красивия естетичен външен вид има много отлични функционални качества. Отделно направление на приложението му е свързано с изобретяването на стъкло около 3000 години. Това събитие направи възможно създаването на огледала, чинии, мозаечни стъкла от съединения, съдържащи силикон. Формулата на началната субстанция беше допълнена с необходимите компоненти, които дадоха възможност за придаване на желания цвят на продукта и повлияха на якостта на стъклото. Изненадващо в красотата и разнообразието на произведения на изкуството са направени от човек от минерали и камъни, съдържащи силиций. Лечебните свойства на този елемент са описани от древните учени и използвани в историята на човечеството. Те разполагат с кладенци за питейна вода, складове за съхранение на храна, използвани в ежедневието и в медицината. Прахът, получен в резултат на смилането, се нанася върху раните. Особено внимание се отделя на водата, която се влива в съдове, направени от съединения, съдържащи силиций. Химическият елемент взаимодейства със своя състав, който направи възможно унищожаването на редица патогенни бактерии и микроорганизми. И това не са всички отрасли, където веществото, което обмисляме, е много, много търсено. Структурата на силиций определя неговата многофункционалност.

свойства

За по-подробно запознаване с характеристиките на веществото трябва да се вземат предвид всички възможни свойства. Планът за характеристиките на химическия елемент на силиций включва физични свойства, електрофизични индекси, изследване на съединенията, реакции и условия на тяхното преминаване и т.н. Силиций в кристална форма има тъмно сиво с метален изтичане на цвят. Лицевата централна решетка прилича на въглеродна решетка (диамант), но поради по-дългите дължини на връзките тя не е толкова силна. От пластмаса се загрява до 800 ^заC, в други случаи тя остава крехка. Физическите свойства на силиций правят това вещество наистина уникално: то е прозрачно за инфрачервеното лъчение. Точка на топене: 1410 ° С ⁰С, точка на кипене - 2600 ⁰C, плътност при нормални условия - 2330 кг / м³. Термичната проводимост не е постоянна, при различни проби се взема при приблизителна стойност 25 ⁰В. Свойствата на силициевия атом правят възможно използването му като полупроводник. Тази посока на приложение е най-търсена в съвременния свят. Количеството електрическа проводимост се влияе от състава на силиций и елементите, които са във връзка с него. Така че за повишена електропроводимост се използват антимон, арсен, фосфор, за перфориран алуминий, галий, бор и индий. При създаването на устройства със силикон като проводник се използва повърхностно третиране с определен агент, което влияе върху работата на апарата.

Свойствата на силиций като отличен проводник се използват широко в модерното производство на инструменти. Особено важно е използването му при производството на сложно оборудване (например модерни изчислителни устройства, компютри).

Силикон: характеристика на химически елемент

В повечето случаи, силицийът е четиривалентен, има и връзки, в които може да има стойност +2. При нормални условия, тя е неактивна, има силни съединения, при стайна температура може да реагира само с флуор в газообразно агрегатно състояние. Това се дължи на ефекта от блокиране на повърхността на фолиото от диоксиди, което се наблюдава при взаимодействие с околния кислород или вода. За да се стимулират реакциите, е необходимо да се използва катализатор: повишаването на температурата е идеално за вещество като силиций. Химическият елемент взаимодейства с кислорода при 400-500 ⁰С, в резултат на това фолиото на диоксид се увеличава, процесът на окисление продължава. При повишаване на температурата до 50 ⁰С реакция с бром, хлор, йод, което води до образуване на летливи тетрахалиди. При киселините силицийът не взаимодейства, с изключение на това, че е смес от флуороводородна и азотна, като всеки алкал в загрятото състояние е разтворител. Водородните сулфиди се образуват само чрез разграждане на силициди, не влизат в реакция с водород. Най-голямата сила и химическата пасивност се отличават със съединения с бор и въглерод. Високата устойчивост на алкали и киселини има съединение с азот, което се получава при температури над 1000 ⁰В. Силициди се получават чрез реакция с метали, в който случай валентността, която силиций показва, зависи от допълнителния елемент. Формулата на вещество, образувано с участието на преходен метал, е устойчиво на киселини. Структурата на силициевия атом влияе пряко върху неговите свойства и способността да взаимодействат с други елементи. Процесът на образуване на връзки в природата и под влияние върху материята (в лабораторни, промишлени условия) се различава значително. Структурата на силиций предполага неговата химическа активност.

структура

Структурата на силициевия атом има своите особености. Зарядът на ядрото е +14, което съответства на редовния номер в периодичната таблица. Броят на заредени частици: протони - електроните 14 - 14- неутрони - 14. Структурата на схема на силициеви атоми е следното: Si +14) 2) 8) 4. В последния (външна) нивото на електрони са 4, който определя степента на окисление със знак "+" Или ";". Силициевият оксид има формулата SiO₂ (валентност 4+), летливо водородно съединение - SiH₄ (валентност -4). Големият обем на силициевия атом позволява в някои съединения да имат координационен номер 6, например, когато се комбинират с флуор. Молната маса е 28, радиусът на атома е 132 pm, конфигурацията на електронната обвивка е 1S²2S²2P⁶3S²3P².

приложение

Повърхностно активни вещества или напълно легиран силиций се използва като полупроводника при създаването на много, включително точност, устройства (например, слънчеви клетки, транзистори, токоизправител и т. Д). Супер чистият силиций се използва за създаване на слънчеви клетки (енергия). Еднокристален изглед се използва за производство на огледала и газов лазер. От силициеви съединения, стъкло, керамични плочки, съдове, порцелан и фаянс се произвеждат. Разнообразието от получените стоки е трудно описано, експлоатацията им се осъществява на ежедневието, в изкуството и науката и в производството. Полученият цимент служи като суровина за строителството на строителни разтвори и тухли, както и за довършителни материали. Размножаването на масла, смазочни материали на базата на органо-силициеви съединения може значително да намали силата на триене в движещите се части на много механизми. Силицидите, дължащи се на уникални свойства в областта на противодействието на агресивни среди (киселини, температури), се използват широко в промишлеността. Техните електрически, ядрени и химически показатели отчитат специалисти в сложните отрасли, не на последно място от които е структурата на силициевия атом.

Ние изброихме най-интензивните и напреднали области на приложение до момента. Най-често срещаните, произведени в големи количества технически силиций, се използват по няколко начина:

1. Като суровина за производството на по-чисто вещество.
2. За легиращи металургичната промишленост: наличието на силициев увеличава огнеупорността, подобрява корозионната устойчивост и механична якост (с излишък на този елемент, сплавта може да стане твърде крехък).
3. Като дезоксидатор за отстраняване на излишния кислород от метала.
4. Суровини за производство на силиани (съединения на силиций с органични вещества).
5. За производството на водород от сплав от силиций с желязо.
6. Производство на слънчеви панели.

Стойността на това вещество е също така чудесно за нормалното функциониране на човешкото тяло. Структурата на силиций, неговите свойства в този случай са решаващи. Обаче, изобилието или липсата на това води до сериозни заболявания.

В човешкото тяло

Медицината отдавна използва силиций като бактерициден и антисептичен агент. Но за всички предимства на външното приложение този елемент трябва непрекъснато да се подновява в човешкото тяло. Нормалното ниво на съдържанието му ще подобри живота като цяло. В случай на липса, повече от 70 микроелемента и витамини няма да се абсорбират от организма, което значително ще намали съпротивлението на различни заболявания. Най-висок процент силиций се наблюдава в костите, кожата и сухожилията. Той играе ролята на структурен елемент, който поддържа силата и дава еластичност. Всички скелетни твърди тъкани се образуват от неговите съединения. В резултат на скорошни изследвания е открито съдържанието на силиций в бъбреците, панкреаса и съединителната тъкан. Ролята на тези органи във функционирането на организма е достатъчно голяма, така че намаляването на съдържанието му ще бъде катастрофално за много основни показатели за подкрепа на живота. В деня с храна и вода, тялото трябва да получи 1 грам силикон - това ще помогне да се избегнат възможни заболявания, като възпаление на кожата, омекотяване на костите, образуването на камъни в черния дроб, бъбреците, замъглено зрение, косата и условията за нокти, атеросклероза. Когато достатъчно ниво на съдържанието на този елемент се увеличава имунитета, нормализира обмяната на веществата, подобрява усвояването на много елементи, необходими за здравето на човека. Най-голямо количество силиций - в зърнени храни, репички, елда. Значителни ползи ще дойдат от силиконовата вода. За да определите броя и честотата на използването му, по-добре е да се консултирате с специалист.