Процесор? Пісок? А які у вас з цим словом асоціації? А може Кремнієва долина?
Як би там не було, з кремнієм ми стикаємося щодня і якщо вам цікаво дізнатися що таке Si і з чим його їдять, прошу під кат.

Вступ

Будучи студентом, одного з московських вузів, з спеціальністю «Наноматеріали», я хотів познайомити тебе, дорогий читачу, з найважливішими хімічними елементами нашої планети. Я довго вибирав з чого почати, вуглець або кремній, і все таки вирішив зупинитися саме на Si, тому що серце будь-якого сучасного гаджета засноване саме на ньому, якщо можна так висловитися звичайно. Викладати думки постараюся гранично просто і доступно, написавши цей матеріал я розраховував, в основному на новачків, але і більш просунуті люди зможуть почерпнути щось цікаве, так само хотілося б сказати, що стаття написана виключно для розширення кругозору зацікавилися. І так приступимо.

Silicium

Кремній (лат. Silicium), Si, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 14, атомна маса 28,086.
У природі елемент представлений трьома стабільними ізотопами: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) і 30Si (3,05%).
Щільність (при н.у.) 2,33 г / см?
Температура плавлення тисячі шістсот вісімдесят вісім K


порошковий Si

Історична довідка

З'єднання кремнію, широко поширені на землі, були відомі людині з кам'яного віку. Використання кам'яних знарядь для праці і полювання тривало кілька тисячоліть. Застосування сполук кремнію, пов'язане з їх переробкою, - виготовлення скла - почалося близько 3000 років до н. е. (в Стародавньому Єгипті). раніше інших відоме з'єднання Кремнію - оксид SiO2 (кремнезем). У 18 столітті кремнезем вважали простим тілом і відносили до «земель» (що й відображено в його назві). Складність складу кремнезему встановив І. Я. Берцеліус. Він же вперше, в 1825, отримав елементарний Кремній з фтористого кремнію SiF4, відновлюючи останній металевим калієм. Новому елементу було дано назву «силіцій» (від лат. Silex - кремінь). Російська назва ввів Г. І. Гесс в 1834.

Кремній дуже поширений в природі в складі звичайного піску

Поширення Кремнію в природі

За поширеністю в земній корі Кремній - другий (після кисню) елемент, його середній вміст в літосфері 29,5% (по масі). У земній корі Кремній відіграє таку ж першорядну роль, як вуглець в тваринний і рослинний світ. Для геохімії Кремнію важлива виключно міцний зв'язок його з киснем. Близько 12% літосфери складає кремнезем SiO2 у формі мінералу кварцу і його різновидів. 75% літосфери складають різні силікати і алюмосилікати (польові шпати, слюди, амфіболи і т. Д.). Загальна кількість мінералів, що містять кремнезем, перевищує 400.

Фізичні властивості кремнію

Думаю тут зупинятися особливо не варто, все фізичні властивості є у вільному доступі, а я ж перерахую найосновніші.
Температура кипіння 2600 ° С
Кремній прозорий для довгохвильових ІЧ-променів
Діелектрична проникність 11,7
Твердість Кремнію по Моосу 7,0
Хотілося б сказати, що кремній крихкий матеріал, помітна пластична деформація починається при температурі вище 800 ° С.
Кремній - напівпровідник, саме тому він знаходити велике застосування. Електричні властивості кремнію дуже сильно залежать від домішок.

Хімічні властивості кремнію

Тут багато звичайно можна сказати, але зупинюся на самому цікавому. У з'єднаннях Si (аналогічно вуглецю) 4-валентний.
На повітрі кремній завдяки утворенню захисної оксидної плівки стійкий навіть при підвищених температурах. У кисні окислюється починаючи з 400 ° С, утворюючи оксид кремнію (IV) SiO2.
Кремній стійкий до кислот і розчиняється тільки в суміші азотної і фтористоводородной кислот, легко розчиняється в гарячих розчинах лугів з виділенням водню.
Кремній утворює 2 групи кисневмісних силанов - силоксани і сілоксени. З азотом Кремній реагує при температурі вище 1000 ° С, Важливе практичне значення має нітрид Si3N4, не окислюється на повітрі навіть при 1200 ° С, стійкий по відношенню до кислот (крім азотної) і лугів, а також до розплавленим металам і шлакам, що робить його цінним матеріалом для хімічної промисловості, а так само для виробництва вогнетривів. Високою твердістю, а також термічної і хімічної стійкістю відрізняються з'єднання кремнію з вуглецем (карбід кремнію SiC) та з бором (SiB3, SiB6, SiB12).

отримання Кремнію

Я думаю це найцікавіша частина, тут зупинимося детальніше.
Залежно від призначення розрізняють:
1. Кремній електронного якості (Т. Зв. «Електронний кремній») - найбільш якісний кремній з вмістом кремнію понад 99,999% за вагою, питомий електричний опір кремнію електронного якості може перебувати в інтервалі приблизно від 0,001 до 150 Ом см, але при цьому величина опору повинна бути забезпечена виключно заданої домішкою т. е. потрапляння в кристал інших домішок, хоча б і забезпечують заданий питомий електричний опір, як правило, неприпустимо.
2. Кремній сонячного якості (Т. Зв. «Сонячний кремній») - кремній з вмістом кремнію понад 99,99% за вагою, який використовується для виробництва фотоелектричних перетворювачів (сонячних батарей).


3. технічний кремній - блоки кремнію полікристалічної структури, отриманого методом карботермічним відновлення з чистого кварцового піску; містить 98% кремнію, основна домішка - вуглець, відрізняється високим вмістом легуючих елементів - бору, фосфору, алюмінію; в основному використовується для отримання полікристалічного кремнію.

Кремній технічної чистоти (95-98%) отримують в електричній дузі відновленням кремнезему SiO2 між графітовими електродами. У зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки розроблені методи отримання чистого і особливо чистого кремнію. Це вимагає попереднього синтезу найчистіших вихідних сполук кремнію, з яких кремній витягають шляхом відновлення або термічного розкладання.
Полікристалічний кремній ( «полікремній») - найбільш чиста форма промислово виробленого кремнію - напівфабрикат, одержуваний очищенням технічного кремнію хлоридними і фторидно методами і використовується для виробництва моно- та мультикристалічних кремнію.
Традиційно полікристалічний кремній отримують з технічного кремнію шляхом переведення його в леткі сила (моносилан, Хлорсилани, фторсілани) з наступними поділом утворюються силанов, ректифікаційної очищенням обраного силану і відновленням силану до металевого кремнію.
Чистий напівпровідниковий кремній отримують в двох видах: полікристалічний (Відновленням SiCl4 або SiHCl3 цинком або воднем, термічним розкладанням SiI4 і SiH4) і монокристаллический (Бестигельной зонної плавкою і «витягуванням» монокристала з розплавленого кремнію - метод Чохральського).

Тут можна побачити процес вирощування кремнію, методом Чохральського.

метод Чохральського - метод вирощування кристалів шляхом витягування їх вгору від вільної поверхні великого обсягу розплаву з ініціацією початку кристалізації шляхом приведення затравочного кристала (або декількох кристалів) заданої структури і кристалографічної орієнтації в контакт з вільною поверхнею розплаву.

застосування кремнію

Спеціально легований кремній широко застосовується як матеріал для виготовлення напівпровідникових приладів (транзистори, термістори, силові випрямлячі струму, тиристори; сонячні фотоелементи, використовувані в космічних кораблях, А так само багато всякої всячини).
Оскільки кремній прозорий для променів з довжиною хвилі від 1 до 9 мкм, його застосовують в інфрачервоній оптиці.
Кремній має різноманітні і все розширюються області застосування. У металургії Si
використовується для видалення розчиненого в розплавлених металах кисню (розкислення).
кремній є складовою частиною великого числа сплавів заліза і кольорових металів.
Зазвичай Кремній надає сплавів підвищену стійкість до корозії, покращує їх ливарні властивості і підвищує механічну міцність; однак при більшому його зміст Кремній може викликати крихкість.
Найбільше значення мають залізні, мідні та алюмінієві сплави, що містять rремній.
Кремнезем переробляються скляної, цементної, керамічної, електротехнічної та інших галузями промисловості.
Надчистий кремній переважно використовується для виробництва одиночних електронних приладів (наприклад процесор твого комп'ютера) і однокристальних мікросхем.
Чистий кремній, відходи надчистого кремнію, очищений металургійний кремній у вигляді кристалічного кремнію є основним сировинним матеріалом для сонячної енергетики.
Монокристалічний кремній - крім електроніки і сонячної енергетики використовується для виготовлення дзеркал газових лазерів.

Надчистий кремній і продукт його виробництва

Кремній в організмі

Кремній в організмі знаходиться у вигляді різних сполук, що беруть участь головним чином в утворенні твердих скелетних частин і тканин. Особливо багато кремнію можуть накопичувати деякі морські рослини (наприклад, діатомові водорості) і тварини (наприклад, кремнероговиє губки, радіолярії), що утворюють при відмирання на дні океану потужні відкладення оксиду кремнію (IV). У холодних морях і озерах переважають біогенні мули, збагачені кремнієм, в тропічних морях - вапняні мули з низьким вмістом кремнію. Серед наземних рослин багато кремнію накопичують злаки, осоки, пальми, хвощі. У хребетних тварин вміст оксиду кремнію (IV) в зольних речовинах 0,1-0,5%. В найбільших кількостях кремній виявлений в щільної сполучної тканини, нирках, підшлунковій залозі. У добовому раціоні людини міститься до 1 г кремнію. При високому вмісті в повітрі пилу оксиду кремнію (IV) вона потрапляє в легені людини і викликає захворювання - силікоз.

висновок

Ну ось і все, якщо ви дочитали до кінця і трохи вникли, то ви на крок ближче до успіху. Сподіваюся писав я не дарма і пост сподобався хоч комусь. Дякуємо за увагу.

Кремній у вільному вигляді був виділений в 1811 Ж.Гей-Люссак і Л.Тенаром при пропущенні парів фториду кремнію над металевим калієм, однак він не був описаний ними як елемент. Шведський хімік Й. Берцеліусом в 1823 дав опис кремнію, отриманого ним при обробці калієвої солі K 2 SiF 6 металевим калієм при високій температурі. Новому елементу було дано назву "силіцій" (від лат. Silex - кремінь). Російська назва "кремній" введено в 1834 році російським хіміком Германом Івановичем Гессом. У перекладі c грец. krhmnoz - "скеля, гора".

Знаходження в природі, одержання:

У природі кремній знаходиться у вигляді діоксиду і силікатів різного складу. Природний діоксид кремнію зустрічається переважно в формі кварцу, хоча існують і інші мінерали - кристобалит, тридимит, кітіт, Коусо. Аморфний кремнезем зустрічається в діатомових відкладеннях на дні морів і океанів - ці відкладення утворилися з SiO 2, що входив до складу діатомових водоростей і деяких інфузорій.
Вільний кремній може бути отриманий прожарюванням з магнієм дрібного білого піску, який за хімічним складом є майже чистим оксидом кремнію, SiO 2 + 2Mg \u003d 2MgO + Si. У промисловості кремній технічної чистоти отримують, відновлюючи розплав SiO 2 коксом при температурі близько 1800 ° C в дугових печах. Чистота отриманого таким чином кремнію може досягати 99,9% (основні домішки - вуглець, метали).

Фізичні властивості:

Аморфний кремній має вигляд бурого порошку, щільність якого дорівнює 2.0г / см3. Кристалічний кремній - темно-сіре, блискуче кристалічна речовина, крихке і дуже тверде, кристалізується в решітці алмазу. Це типовий напівпровідник (проводить електрику краще, ніж ізолятор типу каучуку, і гірше провідника - міді). Кремній крихкий, тільки при нагріванні вище 800 ° C він стає пластичним речовиною. Цікаво, що кремній прозорий до інфрачервоного випромінювання, починаючи з довжини хвилі 1.1 мікрометр.

Хімічні властивості:

Хімічно кремній малоактивний. При кімнатній температурі реагує тільки з газоподібним фтором, при цьому утворюється летючий тетрафторид кремнію SiF 4. При нагріванні до температури 400-500 ° C кремній реагує з киснем з утворенням діоксиду, з хлором, бромом і йодом - з утворенням відповідних легко летючих тетрагалогеніди SiHal 4. При температурі близько 1000 ° C кремній реагує з азотом утворюючи нітрид Si 3 N 4, з бором - термічно і хімічно стійкі бориди SiB 3, SiB 6 і SiB 12. З воднем кремній безпосередньо не реагує.
Для травлення кремнію найбільш широко використовують суміш плавикової та азотної кислот.
Кремній розчиняється в гарячих розчинах лугів: Si + 2KOH + H 2 O \u003d K 2 SiO 3 + 2H 2
Для кремнію характерні з'єднання зі ступенем окислення +4 або -4.

Найважливіші сполуки:

Діоксид кремнію, SiO 2 - (кремнієвий ангідрид), бесцв. крист. речовина, тугоплавкое (1720 С), з високою твердістю. Кислотний оксид, хімічно малоактивний, взаємодіє з плавиковою кислотою і розчинами лугів, утворюючи в останньому випадку солі кремнієвих кислот - силікати. Силікати також утворюються при сплаву оксиду кремнію з лугами, основними оксидами і деякими солями
SiO 2 + 4NaOH \u003d Na 4 SiO 4 + 2H 2 O; SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3;
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 \u003d Na 2 CaSi 6 O 14 + 2CO 2 (змішаний силікат натрію-кальцію, скло)
кремнієві кислоти - слабкі, нерозчинні, утворюються при додаванні кислоти в розчин силікату у вигляді гелю (желатинообразное речовина). H 4 SiO 4 (ортокремнієвої) і H 2 SiO 3 (метакремнієва, або кремнієва) існують тільки в розчині і необоротно перетворюються в SiO 2 при нагріванні і висушуванні. Добутий твердий пористий продукт - силікагель, Має розвинену поверхню і використовується як адсорбент газів, осушувач, каталізатор і носій каталізаторів.
силікати - солі кремнієвих кислот в більшості своїй (крім силікатів натрію і калію) нерозчинні у воді. Розчинні силікати в розчині піддаються сильному гідролізу.
водневі сполуки - аналоги вуглеводнів, силани, З'єднання, в яких атоми кремнію з'єднані одинарним зв'язком, силени, Якщо атоми кремнію з'єднані подвійним зв'язком. Подібно вуглеводнів ці сполуки утворюють ланцюги і кільця. Все силани можуть самозайматися, утворюють вибухові суміші з повітрям і легко реагують з водою: SiH 4 + 2H 2 O \u003d SiO 2 + 4H 2
Тетрафторид кремнію SiF 4, Газ з неприємним запахом, отруйний, утворюється при дії фтороводородной (плавиковою) кислоти на кремній і багато його сполуки, в тому числі і на скло:
Na 2 SiO 3 + 6HF \u003d 2NaF + SiF 4 + 3H 2 O
Реагує з водою, утворюючи кремнієву та гексафторокремніевую (H 2 SiF 6) кислоти:
3SiF 4 + 3H 2 O \u003d 2H 2 SiF 6 + H 2 SiO 2
H 2 SiF 6 по силі близька до сірчаної кислоти, солі - фторсилікат.

застосування:

Найбільше застосування кремній знаходить у виробництві сплавів для додання міцності алюмінію, міді і магнію і для отримання ферросіліцідов, що мають важливе значення у виробництві сталей і напівпровідникової техніки. Кристали кремнію застосовують в сонячних батареях і напівпровідникових приладах - транзисторах і діодах. Кремній служить також сировиною для виробництва кремнійорганічних сполук, або сілоксанов, одержуваних у вигляді масел, мастил, пластмас і синтетичних каучуків. неорганічні сполуки кремнію використовують в технології кераміки і скла, як ізоляційний матеріал і пьезокрісталли

Для деяких організмів кремній є важливим біогенних елементом. Він входить до складу опорних утворень у рослин і скелетних - у тварин. У великих кількостях кремній концентрують морські організми - діатомові водорості, радіолярії, губки. Великі кількості кремнію концентрують хвощі і злаки, в першу чергу - підродини Бамбук і Рісовідних, в тому числі - рис посівний. М'язова тканина людини містить (1-2) · 10 -2% кремнію, кісткова тканина - 17 · 10 -4%, кров - 3,9 мг / л. З їжею в організм людини щодня надходить до 1 г кремнію.

Антонов С.М., Томілін К.Г.
ХФ ТюмГУ, 571 група.

Джерела: Кремній. вікіпедія; Кремній в Онлайн Енциклопедії "Кругосвет",;
Кремній на сайті

Кремній (Si) - другий за поширеністю в земній корі неметалл після кисню. У природі знаходиться в складі з'єднань, в чистому вигляді зустрічається рідко. Будова атома кремнію визначає властивості елемента.

будова

Кремній - 14 елемент періодичної таблиці Менделєєва, розташований в третьому періоді, в IV групі. Відносна атомна маса - 28.

Мал. 1. Положення в таблиці Менделєєва.

Ядро атома кремнію містить 14 протонів і 14 нейронів і має позитивний заряд +14. Навколо ядра розташовується три електронні оболонки, На яких знаходиться 14 електронів. Зовнішній енергетичний рівень займають чотири електрона, що визначають валентність елемента. Кремній проявляє ступінь окислення +2, тому що 3р-рівень має два неспарених електрона. Елемент може переходити в збуджений стан за рахунок вакантної 3d-орбіталі, проявляючи ступінь окислення +4.

Мал. 2. Будова атома.

Схема будови атома кремнію - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 або +14 Si) 2) 8) 4.

Фізичні властивості

Кремній - твердий темно-сірий елемент з металевим блиском. Є напівпровідником. Має одну модифікацію, схожу за структурою з аллотропной модифікацією вуглецю - алмазом. Однак зв'язку між атомами кремнію Не такі міцні, як між атомами вуглецю.

Мал. 3. Кремній.

Кремній зустрічається в природі в складі піску, глини, кварцу, силікатів. Діоксид кремнію (SiO 2) - пісок. Отримують кремній шляхом прожарювання піску з вуглецем (вугіллям) або металами:

• 2C + SiO 2 t˚ → Si + 2CO;
• 3SiO 2 + 4Al → 3Si + 2Al 2 O 3;
• 2Mg + SiO 2 t˚ → Si + 2MgO.

Кремній використовують для виробництва радіоелементів, фотоелементів, при виробництві жаротривких матеріалів.

Хімічні властивості

Завдяки електронному будовою кремній здатний реагувати з іншими елементами, приймаючи або віддаючи електрони. У реакціях з металами виступає в ролі відновника, з неметалами - окислювача. За оптимальних умов кремній реагує тільки з фтором:

Si + 2F 2 → SiF 4.

При нагріванні реагує:

• з киснем (600 ° C) - Si + O 2 → SiO 2;
• з хлором (400 ° C) - Si + 2Cl 2 → SiCl 4;
• з вуглецем (2000 ° C) - Si + C → SiC;
• з азотом (1000 ° C) - 3Si + 2N 2 → Si 3 N 4.

Є окислювачем в реакціях з металами:

Si + 2Mg → Mg 2 Si.

Може реагувати з концентрованими лугами з виділенням водню:

Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2.

Кремній не реагує безпосередньо з воднем і кислотами, крім плавикової кислоти HF: Si + 6HF → H 2 + 2H 2 або Si + 4HF → SiF 4 + 2H 2. З'єднання з воднем - силан (SiH 4) - отримують розкладанням солі кислотою - Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 - + 2MgSO 4.

Що ми дізналися?

Кремній - неметалл четвертої групи періодичної системи. На зовнішньому енергетичному рівні атома розташовується чотири електрона. Має ступінь окислення +2. У природі знаходиться в сполуках у вигляді глини, піску, кварцу та інших речовин. Існує тільки одна модифікація кремнію, схожа з алмазом. Отримують кремній шляхом нагрівання піску з вугіллям або металами. Реагує елемент з неметалами, металами та лугами. З воднем і кислотами (виняток - HF) не реагує.

характеристика елемента

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

Ізотопи: 28 Si (92.27%); 29 Si (4.68%); 30 Si (3,05%)

Кремній - другий після кисню за поширеністю в земній корі елемент (27,6% по масі). У вільному стані в природі не зустрічається, знаходиться переважно у вигляді SiO 2 або силікатів.

З'єднання Si токсичні; вдихання найдрібніших частинок SiO 2 і ін. З'єднань кремнію (наприклад, азбесту) викликає небезпечну хворобу - силікоз

В основному стані атом кремнію має валентність \u003d II, а в збудженому стані \u003d IV.

Найбільш стійкою ступенем окислення Si є +4. У з'єднаннях з металами (силіциди) С.О. -4.

Способи отримання кремнію

Найпоширенішим природною сполукою кремнію є кремнезем (діоксид кремнію) SiО 2. Він є основною сировиною для отримання кремнію.

1) Відновлення SiO 2 вуглецем в дугових печах при 1800 "З: SiO 2 + 2С \u003d Si + 2СО

2) Високочистий Si з технічного продукту отримують згідно зі схемою:

a) Si → SiCl 2 → Si

б) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Фізичні властивості кремнію. Алотропні модифікації кремнію

1) Кристалічний кремній - речовина сріблясто - сірого кольору з металевим блиском, кристалічна решітка типу алмаза; т. пл. 1415 "З, т. Кип. 3249" З, щільність 2,33 г / см3; є напівпровідником.

2) Аморфний кремній - порошок бурого кольору.

Хімічні властивості кремнію

У більшості реакцій Si виступає в ролі відновника:

При низьких температурах кремній хімічно інертний, при нагріванні його реакційна здатність різко зростає.

1. З киснем взаємодіє при Т вище 400 ° С:

Si + О 2 \u003d SiO 2 оксид кремнію

2. З фтором реагує вже при кімнатній температурі:

Si + 2F 2 \u003d SiF 4 тетрафторид кременю

3. З іншими галогенами реакції йдуть при температурі \u003d 300 - 500 ° С

Si + 2Hal 2 \u003d SiHal 4

4. З парами сірки при 600 ° С утворює дисульфид:

5. Реакція з азотом відбувається понад 1000 ° С:

3Si + 2N 2 \u003d Si 3 N 4 нітрид кремнію

6. При температурі \u003d 1150 ° С реагує з вуглецем:

SiO 2 + 3С \u003d siс + 2СО

По твердості карборунд близький до алмазу.

7. З воднем кремній безпосередньо не реагує.

8. Кремній стійкий до дії кислот. Взаємодіє тільки з сумішшю азотної і фтороводородной (плавиковою) кислот:

3Si + 12HF + 4HNO 3 \u003d 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O

9. реагує з розчинами лугів з утворенням силікатів і виділенням водню:

Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2

10. Відновлювальні властивості кремнію використовують для виділення металів з їх оксидів:

2MgO \u003d Si \u003d 2Mg + SiO 2

У реакціях з металами Si - окислювач:

Кремній утворює силіциди з s-металами і більшістю d-металів.

Склад силіцидів даного металу може бути різний. (Наприклад, FeSi і FeSi 2; Ni 2 Si і NiSi 2.) Один з найбільш відомих силіцидів - силицид магнію, який можна отримувати прямим взаємодією простих речовин:

2Mg + Si \u003d Mg 2 Si

Сілан (моносилан) SiH 4

Сила (кремневодороди) Si n H 2n + 2, (пор. З алканами), де п \u003d 1-8. Сілани - аналоги алканів, відрізняються від них нестійкістю ланцюгів -Si-Si-.

Моносилан SiH 4 - безбарвний газ з неприємним запахом; розчиняється в етанолі, бензині.

Способи отримання:

1. Розпад силіциду магнію соляною кислотою: Mg 2 Si + 4HCI \u003d 2MgCI 2 + SiH 4

2. Відновлення галогенідів Si алюмогідрідом літію: SiCl 4 + LiAlH 4 \u003d SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Хімічні властивості.

Сілан - сильний відновник.

1.SiH 4 окислюється киснем навіть при дуже низьких температурах:

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2Н 2 О

2. SiH 4 легко гідролізується, особливо в лужному середовищі:

SiH 4 + 2Н 2 О \u003d SiO 2 + 4Н 2

SiH 4 + 2NaOH + Н 2 О \u003d Na 2 SiO 3 + 4Н 2

Оксид кремнію (IV) (кремнезем) SiO 2

Кремнезем існує у вигляді різних форм: Кристалічної, аморфної і стеклообразной. Найбільш поширеною кристалічною формою є кварц. При руйнуванні кварцових гірських порід утворюються кварцові піски. Монокристали кварцу - прозорі, безбарвні (гірський кришталь) або пофарбовані домішками в різні кольори (аметист, агат, яшма та ін.).

Аморфний SiO 2 зустрічається у вигляді мінералу опала: штучно отримують силікагель, що складається з колоїдних частинок SiO 2 і є дуже хорошим адсорбентом. Стеклообразний SiO 2 відомий як кварцове скло.

Фізичні властивості

У воді SiO 2 розчиняється дуже незначно, в органічних розчинниках також практично не розчиняється. Кремнезем є діелектриком.

Хімічні властивості

1. SiO 2 - кислотний оксид, тому аморфний кремнезем повільно розчиняється у водних розчинах лугів:

SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + Н 2 О

2. SiO 2 взаємодіє також при нагріванні з основними оксидами:

SiO 2 + К 2 О \u003d K 2 SiO 3;

SiO 2 + СаО \u003d CaSiO 3

3. Будучи нелетучим оксидом, SiO 2 витісняє вуглекислий газ з Na 2 CO 3 (при сплаву):

SiO 2 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 SiO 3 + CO 2

4. Кремнезем реагує з фтороводородной кислотою, утворюючи кремнефтористоводнева кислоту H 2 SiF 6:

SiO 2 + 6HF \u003d H 2 SiF 6 + 2Н 2 О

5. При 250 - 400 ° С SiO 2 взаємодіє з газоподібним HF і F 2, утворюючи тетрафторсілан (тетрафторид кремнію):

SiO 2 + 4HF (газ.) \u003d SiF 4 + 2Н 2 О

SiO 2 + 2F 2 \u003d SiF 4 + O 2

кремнієві кислоти

відомі:

Ортокремнієвої кислота H 4 SiО 4;

Метакремнієва (кремнієва) кислота H 2 SiO 3;

Ді-і полікремнієві кислоти.

Все кремнієві кислоти малорастворіми в воді, легко утворюють колоїдні розчини.

Способи по-лучения

1. Осадження кислотами з розчинів силікатів лужних металів:

Na 2 SiO 3 + 2HCl \u003d H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

2. Гідроліз хлорсиланов: SiCl 4 + 4Н 2 О \u003d H 4 SiO 4 + 4HCl

Хімічні властивості

Кремнієві кислоти - дуже слабкі кислоти (слабше вугільної кислоти).

При нагріванні вони дегидратируются з утворенням в якості кінцевого продукту кремнезему

H 4 SiО 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Силікати - солі кремнієвих кислот

Оскільки кремнієві кислоти надзвичайно слабкі, їх солі у водних розчинах сильно гідро лізованних:

Na 2 SiO 3 + Н 2 О \u003d NaHSiO 3 + NaOH

SiO 3 2- + Н 2 О \u003d HSiO 3 - + ОН - (лужне середовище)

З цієї ж причини при пропущенні вуглекислого газу через розчини силікатів відбувається витіснення з них кремнієвої кислоти:

K 2 SiO 3 + СО 2 + Н 2 О \u003d H 2 SiO 3 ↓ + K 2 СО 3

SiO 3 + СО 2 + Н 2 О \u003d H 2 SiO 3 ↓ + СO 3

Дану реакцію можна розглядати як якісну реакцію на силікат-іони.

Серед силікатів добре розчинними є тільки Na 2 SiO 3 і K 2 SiO 3, які називаються розчинним склом, а їх водні розчини - рідким склом.

Скло

Звичайне віконне скло має склад Na 2 O СаО 6SiO 2, т. Е. Є сумішшю силікатів натрію і кальцію. Його отримують сплавом соди Na 2 CO 3, вапняку СаСO 3 і піску SiO 2;

Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 \u003d Na 2 O СаО 6SiO 2 + 2СO 2

цемент

Порошкоподібний в'яжучий матеріал, який утворює при взаємодії з водою пластичну масу, що перетворюється з часом в тверде камневидное тіло; основний будівельний матеріал.

Хімічний склад найбільш поширеного портланд-цементу (в% по масі) - 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% СаО; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1 5% МgО.

Опис і властивості кремнію

Кремній - елемент, Чётвёртая група, третій період в таблиці елементів. Атомний номер 14. Формула кремнію- 3s2 3p2. Визначено як елемент, в 1811 р, а в 1834 р отримав російська назва «Кремній», замість колишнього «сіцілій». Плавиться при 1414º С, закипає при 2349º С.

Молекулярною будовою він нагадує, але поступається йому по твердості. Досить крихкий, в нагрітому стані (не менше 800º С) набуває пластичність. Просвічується інфрачервоним випромінюванням. Монокристалічний тип кремнію володіє напівпровідниковими властивостями. За деякими характеристиками атом кремніюсхожий з атомарним будовою вуглецю. електрони кремнію мають таке ж валентное число, як і при вуглецевому будові.

робочі властивості кремнію залежать від вмісту в ньому певних змістів. У кремнію допустимо різний тип провідності. Зокрема це «дірковий» і «електронний» тип. Для отримання першого в кремній додається бор. якщо додати фосфор, кремній набуває другий тип провідності. Якщо кремній нагрівати разом з іншими металами, утворюються специфічні сполуки, які називаються «силіцидом», наприклад, при реакції « магній-кремній«.

Кремній, що йде на потреби електроніки, в першу чергу оцінюється за характеристиками його верхніх шарів. Тому необхідно звертати увагу саме на їх якість, воно безпосередньо відбивається на загальних показниках. Від них залежить робота виробленого приладу. Для отримання найбільш прийнятних показників верхніх шарів кремнію, їх обробляють різними хімічними способами або піддають опроміненню.

з'єднання «Сірка-кремній», утворює сульфід кремнію, легко взаємодіє з водою і киснем. При реакції з киснем, в температурних умовах вище 400º С, виходить діоксид кремнію. При цій же температурі стають можливими реакції з хлором і йодом, а також з бромом, під час цього утворюються летючі речовини - тетрагалогеніди.

З'єднати кремній і водень, шляхом прямого контакту, не вийде, для цього існують методи непрямого характеру. При 1000º З можлива реакція з азотом, а також бором, при цьому виходить нітрид і борід кремнію. При цій же температурі, з'єднавши кремній з вуглецем, можна зробити карбід кремнію, Так званий «карборунд». Даний склад має твердою структурою, хімічна активність млява. Використовується як абразив.

У поєднанні з залізом, кремній утворює особливу суміш, це допускає плавлення цих елементів, при якому утворюється ферросіліціевая кераміка. Причому температура її плавлення набагато нижче, ніж якщо їх плавити окремо. При температурному режимі вище 1200º С, з елемента починається утворення оксиду кремнію, Також при певних умовах виходить гідроксид кремнію. При травленні кремнію застосовуються лужні розчини на водній основі. Їх температура повинна бути не менше 60º С.

Родовища і видобуток кремнію

Елемент - друге за поширення на планеті речовина. кремній становить майже третину обсягу земної кори. Найбільш поширеним є тільки кисень. Переважно виражений кремнеземом - з'єднанням у своїй основі містить діоксид кремнію. Головні похідні діоксиду кремнію - кремінь, різні піски, кварц, а також польові. Після них йдуть силікатні сполуки кремнію. Самородної для кремнію - рідкісне явище.

застосування кремнію

кремній, хімічні властивості якого визначають область його застосування, ділиться на кілька видів. Менш чистий кремній йде на металургійні потреби: на, наприклад для добавки в алюміній, кремній активно змінює його властивості, раскислители, і т.д. Він активно модифікує властивості металів, за допомогою добавки в їх склад. кремній Легуючі їх, змінюючи робочі характеристики, кремнію досить при цьому зовсім невеликої кількості.

Також з неочищеного кремнію виробляють більш якісні похідні, зокрема, моно і полікристалічний кремній, а також кремнієві органіки - це силікони і різні органічні масла. Також він знайшов своє застосування при виробництві цементу і скляної промисловості. Не оминув він і цегляна виробництво, фабрики виробляють фарфор і також без нього не обходяться.

Кремній входить до складу всім відомого силікатного клею, який йде на ремонтні роботи, а раніше він використовувався в канцелярських потреби, поки не з'явилися більш практичні замінники. До складу деяких піротехнічних виробів також входь кремній. З нього і його залізних сплавів можна отримувати водень на відкритому повітрі.

На що йде більш якісний кремній? пластини сонячних батарей теж включають до складу кремній, природно не технічний. Для цих потреб необхідний кремній ідеальної чистоти або хоча б технічний кремній вищого ступеня очищення.

Так званий «Електронний кремній», який містить кремній майже на 100%, володіє набагато кращими показниками. Тому його краще при виробництві надточних електронних приладів і складних мікросхем. При їх виготовленні потрібна якісна виробнича схема, кремнійдля якої повинен йти тільки вищої категорії. Робота цих пристроїв залежить від того, скільки містить кремній небажаних домішок.

Кремній займає важливе місце в природі, і більшість живих істот, постійно відчувають в ньому потребу. Для них це своєрідний будівельний склад, тому - що він вкрай важливий для здоров'я опорно-рухового апарату. Щодня людина поглинає до 1 г з'єднань кремнію.

Чи може кремній бути шкідливим?

Так, з тієї причини що, діоксид кремнію вкрай розташований до пилоутворення. Вона має подразнюючу дію на слизові поверхні організму і здатна активно накопичуватися в легенях, викликаючи силікоз. Для цього на виробництві пов'язаного з переробкою кремнієвих елементів, обов'язкове застосування респіраторів. Особливо важливо їх наявність, якщо мова йде про моноксиду кремнію.

Ціна кремнію

Як відомо вся сучасна електронна техніка, починаючи від телекомунікацій і закінчуючи комп'ютерними технологіями, грунтується на застосуванні кремнію, використовуючи його напівпровідникові властивості. Його інші аналоги застосовуються в набагато меншому ступені. унікальні властивості кремнію і його похідних поки поза конкуренцією, на довгі роки вперед. Незважаючи на спад цін в 2001 р на кремній, продажу швидко прийшли в норму. І вже в 2003 р товарообіг склав 24 тисячі тонн за рік.

Для новітніх технологій, що вимагають майже кришталевої чистоти кремнію, його технічні аналоги не підходять. А за рахунок його складної системи очищення ціна відповідно в рази зростає. Більш поширеним є полікристалічний тип кремнію, дещо меншим попитом користується його монокристаллический прототип. При цьому частка використання кремнію для напівпровідників займає левову частину товарообігу.

Ціни на продукцію варіюються в залежності від чистоти і призначення кремнію, купити який, можна починаючи від 10 центів за кг неочищеного сировини і до 10 $ і вище за «електронний» кремній.