Silisium og dets forbindelser. Silisium i naturen. Påføring av silisium

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Silisium er et av de mest etterspurte elementene innen teknologi og industri. Den skylder dette på sine uvanlige egenskaper. I dag er det mange forskjellige sammensetninger av dette grunnstoffet som spiller en viktig rolle i syntesen og dannelsen av tekniske produkter, servise, glass, utstyr, bygge- og etterbehandlingsmaterialer, smykker og andre industrier.

Generelle egenskaper for silisium

Hvis vi vurderer posisjonen til silisium i det periodiske systemet, kan vi si dette:

1. Ligger i gruppe IV i hovedundergruppen.
2. Ordinal number 14.
3. Atommesse 28, 086.
4. Kjemisk symbol Si.
5. Navn - silisium, eller på latin - silisium.
6. Elektronisk konfigurasjon av ytre lag 4e:2e:8e.

Krystallgitteret til silisium ligner det til diamant. Atomer er lokalisert ved nodene, dens type er ansiktssentrert kubikk. På grunn av den lengre bindingslengden er imidlertid de fysiske egenskapene til silisium svært forskjellige fra de til allotropiske modifikasjoner av karbon.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Det er toallotropiske modifikasjoner av dette elementet: amorf og krystallinsk. De er svært like. Men som med andre stoffer er hovedforskjellen mellom dem krystallgitteret av silisium.

I dette tilfellet er begge modifikasjonene pulver i forskjellige farger.

1. Krystallinsk silisium er et mørkegrått skinnende metalllignende pulver. Strukturen tilsvarer diamant, men egenskapene er forskjellige. Han har:

• fragility;
• lav hardhet;
• halvlederegenskaper;
• smeltepunkt 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• kokepunkt 2700⁰C.

Den kjemiske aktiviteten er lav sammenlignet med andre allotropiske former.

2. Amorft silisium - brunbrunt pulver, har strukturen til svært uordnet diamant. Den kjemiske aktiviteten er ganske høy.

Generelt bør det bemerkes at silisium ikke liker å reagere. For å få den til å reagere trenger du en temperatur på minst 400–500⁰C. Under disse forholdene dannes forskjellige kjemiske forbindelser av silisium. Slik som:

• oxides;
• halogenider;
• silicider;
• nitrider;
• borides;
• karbider.

Mulig interaksjon av silisium med salpetersyre eller alkali, som kalles etseprosessen. Organosilisiumforbindelser er utbredt og blir mer og mer vanlig i dag.

Å være i naturen

Silisium finnes i naturen i en ganske betydelig mengde. Det er på andreplass etter oksygen når det gjelder prevalens. Massefraksjonen er omtrent 30%. Sjøvann inneholder også dette grunnstoffet i en omtrentlig konsentrasjon på 3 mg/l. Derfor kan det ikke sies at silisium er et sjeldent grunnstoff i naturen.

Tvert imot, det er mange forskjellige bergarter og mineraler det forekommer i og som det kan utvinnes fra. De vanligste naturlige silisiumforbindelsene er som følger:

1. Silica. Den kjemiske formelen er SiO₂. Det er et ganske stort utvalg av former for mineraler og bergarter basert på det: sand, flint, feltspat, kvarts, bergkrystall, ametyst, kalsedon, karneol, opal, jaspis og andre.
2. Silikater og aluminosilikater. Kaolin, spars, glimmer, kiselsyres alter, asbest, talkum.

Dermed er silisium vidt distribuert i naturen, og dets forbindelser er populære og etterspurt blant folk for tekniske bruksområder.

Silisium og dets forbindelser

Siden det aktuelle grunnstoffet ikke kan eksistere i sin rene form, er dets ulike sammensetninger viktige. Fra et kjemisk synspunkt kan det vise tre oksidasjonstilstander: +2, +4, -4. Med utgangspunkt i dette, så vel som fra dets treghet, men spesielt i strukturen til krystallgitteret, danner det følgende hovedtyper av stoffer:

• binære forbindelser med ikke-metaller (silan, karbid, nitrid, fosfid og så videre;
• oxides;
• silisiumsyre;
• metallsilikater.

La oss se nærmere på betydningen av silisium og dets forbindelser, som er de vanligste og mest etterspurte for mennesker.

Silisiumoksider

Det finnes to varianter av dette stoffet, uttrykt med formlene:

• SiO;
• SiO₂.

Den mest utbredte er imidlertid dioksid. Den finnes i naturen i form av veldig vakre halvedelstener:

• agate;
• chalcedony;
• opal;
• carnelian;
• jasper;
• ametyst;
• rhinestone.

Bruken av silisium i denne formen har funnet sin anvendelse i produksjon av smykker. Utrolig vakre gull- og sølvsmykker er laget med disse halvedelstenene og halvedelstenene.

Noen flere varianter av silisiumdioksid:

• quartz;
• elv og kvartssand;
• flint;
• feltspat.

Bruken av silisium i disse typene er implementert i byggearbeid, ingeniørfag, radioelektronikk, kjemisk industri og metallurgi. Sammen tilhører de listede oksidene et enkelt stoff - silika.

Silisiumkarbid og dets bruksområder

Silisium og dets forbindelser er fremtidens og nåtidens materialer. Et av disse materialene er karborundum eller karbiden til dette elementet. Kjemisk formel for SiC. Forekommer naturlig som mineralet moissanite.

I sin rene form er sammensetningen av karbon og silisium vakkertransparente krystaller som ligner diamantstrukturer. Grønne og svarte stoffer brukes imidlertid til tekniske formål.

Hovedegenskapene til dette stoffet, som tillater bruk i metallurgi, ingeniørfag, kjemisk industri, er som følger:

• wide gap semiconductor;
• meget høy styrke (7 på Mohs-skalaen);
• bestandig mot høye temperaturer;
• utmerket elektrisk motstand og varmeledningsevne.

Alt dette gjør det mulig å bruke karborundum som et slipende materiale i metallurgi og kjemisk syntese. Og også på grunnlag av å produsere bredspektrede lysdioder, deler til glasssmelteovner, dyser, fakler, smykker (moissanitt verdsettes mer enn cubic zirconia).

Silan og dens betydning

Hydrogenforbindelsen til silisium kalles silan og kan ikke oppnås ved direkte syntese fra utgangsmaterialer. For å få det brukes silicider av forskjellige metaller, som behandles med syrer. Som et resultat frigjøres gassformig silan og det dannes et metalls alt.

Interessant nok blir den aktuelle forbindelsen aldri dannet alene. Alltid som et resultat av reaksjonen oppnås en blanding av mono-, di- og trisilan, hvor silisiumatomer er koblet sammen i kjeder.

På deres egenskaper er disse forbindelsene sterke reduksjonsmidler. Samtidig blir de selv lett oksidert av oksygen, noen ganger med en eksplosjon. Med halogener er reaksjonene alltid voldsomme, med stort utslippenergi.

Anvendelsene av silaner er som følger:

1. Reaksjoner av organisk syntese, som resulterer i dannelse av viktige organiske silisiumforbindelser - silikoner, gummier, tetningsmidler, smøremidler, emulsjoner og andre.
2. Mikroelektronikk (LCD-skjermer, integrerte tekniske kretser osv.).
3. Få ultrarent polysilisium.
4. Tannbehandling med proteser.

Dermed er betydningen av silaner høy i den moderne verden.

Kiselsyre og silikater

Hydroksidet til det aktuelle grunnstoffet er forskjellige kiselsyrer. Høydepunkt:

• meta;
• ortho;
• polykiselsyre og andre syrer.

Alle er forent av felles egenskaper - ekstrem ustabilitet i fristaten. De brytes lett ned under påvirkning av temperatur. Under normale forhold eksisterer de ikke lenge, og blir først til en sol, og deretter til en gel. Etter tørking kalles slike strukturer silikageler. De brukes som adsorbenter i filtre.

Viktig fra industriens synspunkt er s alter av kiselsyrer - silikater. De ligger til grunn for produksjonen av stoffer som:

• glass;
• betong;
• sement;
• zeolitt;
• kaolin;
• porselen;
• fajanse;
• krystall;
• keramikk.

Alkalimetallsilikater er løselige, alle andre er ikke det. Derfor kalles natrium- og kaliumsilikat flytende glass. Vanlig geistlig lim - dette er natriumkiselsyres alt.

Men de mest interessante forbindelsene er fortsatt briller. Uansett hvor mange varianter av dette stoffet de kom opp med! I dag får de farge, optiske, matte alternativer. Glassvarer er slående i sin prakt og variasjon. Ved å tilsette visse metall- og ikke-metalloksider til blandingen, kan et bredt utvalg av glasstyper produseres. Noen ganger fører til og med samme sammensetning, men en annen prosentandel av komponentene til en forskjell i egenskapene til stoffet. Et eksempel er porselen og fajanse, hvis formel er SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvartsglass er en form for høyrent produkt hvis sammensetning er beskrevet som silisiumdioksid.

Oppdagelser i silisiumforbindelser

I løpet av de siste årene med forskning har det blitt bevist at silisium og dets forbindelser er de viktigste deltakerne i den normale tilstanden til levende organismer. Med mangel på eller overskudd av dette elementet, sykdommer som:

• kreft;
• tuberkulose;
• artritt;
• cataract;
• spedalskhet;
• dysenteri;
• revmatisme;
• hepatitt og andre.

Selve aldringsprosessen er også assosiert med det kvantitative innholdet av silisium. Tallrike eksperimenter på pattedyr har vist at med mangel på et element, oppstår hjerteinfarkt, hjerneslag, kreft og hepatittviruset aktiveres.