Силикон и неговите съединения. Силиций в природата. Приложение на силиций

Един от най-търсените в технологичните и индустриални елементи е силиконът. Това дължи необикновените си качества. Днес има много различни съставки на този елемент, които играят важна роля в синтеза и създаването на технически продукти, стъклария, оборудване, строителни и довършителни материали, бижута и други индустрии.

Общи характеристики на силиций

Ако разгледаме позицията на силиций в периодична система, тогава можем да кажем следното:

1. Той се намира в IV групата на основната подгрупа.
2. Серийният номер е 14.
3. Атомната маса е 28,086.
4. Химически символ Si.
5. Името е силиций или в латински - силиций.
6. Електронна конфигурация на външния слой 4e: 2e: 8e.

Кристалната решетка на силиций е подобна на решетката на диаманта. В възлите има атоми, чийто тип е кубичен. Въпреки това, поради по-дългата дължина на връзката, физичните свойства на силиций са много различни от тези на алотропната модификация на въглерода.

Физични и химични свойства

Има два алотропни модификации на този елемент: аморфна и кристална. Те са много сходни. Въпреки това, както в случая с други вещества, основната разлика между тях е кристалната решетка на силиций.

В този случай и двете модификации са прахове от различни цветове.

1. Кристалният силиций е тъмно сив лъскав прах, подобен на метала. Неговата структура съответства на диамант, но свойствата са различни. Той има:

• нестабилност;
• ниска твърдост;
• полупроводникови свойства;
• точка на топене 1415 ° С⁰С;
• плътност от 2.33 g / cm³;
• точка на кипене 2700 ° С⁰S.

Неговата химическа активност е ниска в сравнение с другата алоотропна форма.

2. Аморфният силиций е кафяво-кафяв прах със структура на силно разстроен диамант. Химическата активност е доста висока.

Като цяло, трябва да се отбележи, че силиций не обича да се присъедини към реакцията. За да реагирате, се нуждаете от температура от поне 400-500⁰В тези условия се образуват различни химически съединения на силиция. Такива като:

• оксиди;
• халиди;
• самоубийства;
• нитриди;
• бориди;
• карбиди.

Може би взаимодействието на силиций с азотна киселина или алкали, което се нарича процес на офорт. Силиконовите съединения са широко разпространени, които днес стават все по-разпространени.

Да бъдеш в природата

Силиций в природата се съдържа в доста голяма сума. Той е на второ място след разпространението на кислорода. Масата му е около 30%. Морската вода също съдържа този елемент в приблизителна концентрация от 3 mg / l. Ето защо не можем да кажем, че силиций в природата е рядък елемент.

Напротив, има много различни скали и минерали в състава, от които се намират и от които могат да бъдат извлечени. Най-често срещаните природни силициеви съединения са както следва:

1. Силициев диоксид. Химична формула SiO₂. Налице е доста голямо разнообразие от форми на минерали и скали, базирани на него: пясък, кремък, фелдшпати, кварц, кристал, аметист, халцедон, карнеол, опал, яспис и др.
2. Силикати и алуминосиликати. Каолин, спирт, слюда, соли на силициева киселина, азбест, талк.

По този начин разпространението в природата на силиций е широко разпространено и неговите съединения са популярни и търсени сред хората за използване за технически цели.

Силикон и неговите съединения

Тъй като в чиста форма въпросният елемент не може да съществува, неговите различни връзки са от голямо значение. От химическа гледна точка тя може да проявява три състояния на окисление: +2, +4, -4. Изхождайки от това, а също така и от своята инертност, но характерна за структурата на кристалната решетка, тя формира следните основни видове вещества:

• Бинарни съединения с неметали (силан, карбид, нитрид, фосфид и т.н .;
• оксиди;
• силициева киселина;
• силикати на метали.

Нека разгледаме по-подробно значението на силиций и неговите съединения, които са най-често срещаните и претендирани за хората.

Силиконови оксиди

Има две разновидности на това вещество, изразени чрез формулите:

• SiO;
• SiO₂.

Най-често обаче е диоксидът. Тя съществува в природата под формата на много красиви полускъпоценни камъни:

• ахат;
• халцедон;
• опал;
• карнеол;
• яспис;
• аметист;
• кристал.

Приложение на силиций в тази форма намери своето приложение в производството на бижута. Невероятно красиви златни и сребърни орнаменти са направени с тези полускъпоценни и декоративни камъни.

Още няколко варианта на силициев диоксид:

• кварц;
• река и кварцов пясък;
• кремък;
• фелдшпатите.

Използването на силиций в такива видове се осъществява в строителството, инженерството, радио-електрониката, химическата промишленост и металургията. Всички тези оксиди се отнасят до едно вещество - силициев диоксид.

Силициев карбид и неговото приложение

Силикон и неговите съединения са материали на бъдещето и настоящето. Един такъв материал е carborundum или карбид на този елемент. Химическата формула е SiC. Среща се в природата под формата на молиданитен минерал.

В чиста форма, комбинацията от въглерод и силиций е красив прозрачен кристал, наподобяващ диамантени структури. За технически цели обаче се използват веществата, боядисани в зелено и черно.

Основните характеристики на това вещество, които го позволяват да се използва в металургията, инженерството, химическата промишленост, са както следва:

• широколентов полупроводник;
• много висока степен на якост (7 по скалата на Мос);
• устойчиви на високи температури;
• отлична електрическа стабилност и топлопроводимост.

Всичко това прави възможно използването на карбондум като абразивен материал в металургията и химическия синтез. Също така на основата си да произвежда светодиоди с широка гама от действия, детайли за пещи за топене на стъкло, дюзи, факли, бижута (мосианитът се оценява над фианита).

Силан и значението му

Водородното съединение на силиция се нарича силан и не може да бъде получено чрез директен синтез от изходните материали. За производството му се използват силициди от различни метали, които се обработват с киселини. В резултат на това се освобождава газообразен силан и се образува метална сол.

Интересното е, че въпросното съединение никога не се образува самостоятелно. Винаги в резултат на реакцията се получава смес от моно-, ди- и трисилан, в която силициевите атоми се свързват заедно във вериги.

По свойствата си, тези съединения са силни редуциращи агенти. Самите те са лесно окислени от кислород, понякога с експлозия. При халогени, турбулентните реакции винаги са с голямо освобождаване на енергия.

Областите на приложение на силани са както следва:

1. Реакции на органичните синтези, които водят до образуването на важни органо-силициеви съединения - силикони, каучук, уплътнители, смазващи вещества, емулсии и други.
2. Микроелектроника (монитори с течни кристали, интегрирани технически схеми и т.н.).
3. Производство на ултрачисти полисилиций.
4. Стоматология в протезата.

По този начин важността на силаните в съвременния свят е висока.

Силициева киселина и силикати

Хидроксидът на въпросния елемент е различни силициеви киселини. отличава:

• мета;
• о;
• полисилиций и други киселини.

Всички те споделят общи свойства - крайна нестабилност в свободното състояние. Те лесно се разлагат под въздействието на температурата. При нормални условия няма много време, превръщайки се първо в сол и след това в гел. След изсушаване тези структури се наричат ​​силикагели. Те се използват като адсорбенти в филтрите.

Важно от промишлена гледна точка са солите на силициевите киселини - силикатите. Те са основата за получаване на такива вещества като:

• стъкло;
• бетон;
• цимент;
• зеолит;
• каолин;
• порцелан;
• керамични изделия;
• кристал;
• керамика.

Силикатите на алкалните метали са разтворими, всички останали не са. Ето защо натриевият и калиевият силикат се наричат ​​течно стъкло. Обичайното адхезивно лепило е натриевата сол на силициевата киселина.

Но най-интересните съединения са едно и също стъкло. Какви са единствените варианти на това изобретение? Днес те получават цветни, оптични, матови опции. Стъклените изделия удивляват със своето великолепие и разнообразие. Когато към сместа се прибавят някои метални оксиди и неметали, може да се произвеждат различни видове стъкла. Понякога дори същият състав, но различен процент от компонентите води до разлика в свойствата на веществото. Пример за това е порцелан и фаянс, чиято формула е SiO₂* AL₂О₃* К₂О.

Кварцовото стъкло е форма на особено чист продукт, чийто състав е описан като силициев диоксид.

Открития в областта на силиконовите съединения

През последните няколко години на изследването е доказано, че силицийът и неговите съединения са най-важните участници в нормалното състояние на живите организми. При недостиг или излишък на този елемент, заболявания като:

• рак;
• туберкулоза;
• артрит;
• катаракта;
• проказа;
• дизентерия;
• ревматизъм;
• хепатит и други.

Застаряването на тялото се свързва и с количественото съдържание на силиций. Многобройни експерименти върху бозайници са показали, че ако елементът липсва, сърдечни атаки, инсулти, рак се появяват и хепатитният вирус става активен.