Таза кремнийді бөліп алу үшін химиктер кварц құмын магниймен әрекеттеседі. Кремний де жоғары температурада балқытылады және тіпті «өсіріледі». Чохральский әдісі қысым, температура және кремний қосылыстары арқылы таза заттың кристалдарын алады.
Өмір
Кремний қосылыстары күнделікті өмірде, адам шаруашылығында және өнеркәсіпте белсенді қолданылады. Кварц құмы шыны және цемент өндірісінде қолданылады. Силикат өнеркәсібі кремнийдің атымен аталған, оның әкесінің аты кремний. Силикаттар ауыл шаруашылығында топырақты құнарландыру үшін қолданылады. Силикатты желім кремний қосылыстары негізінде де шығарылады.Радиоэлектроника
Кремнийдің бірегей радиоэлектрондық қасиеттері бар. Таза кремний жартылай өткізгіш болып табылады. Бұл оның өткізгіштік диапазоны аз болған кезде белгілі бір жағдайларда ток өткізе алатынын білдіреді. Егер өткізгіштік аймағы үлкен болса, жартылай өткізгіш кремний оқшаулағыш кремнийге айналады.Металл емес кремнийдің жартылай өткізгіштік қасиеттері транзистордың пайда болуына әкелді. Транзистор - кернеу мен токты басқаруға мүмкіндік беретін құрылғы. Сызықтық өткізгіштерден айырмашылығы, кремний транзисторларында үш негізгі элемент бар - токты «жиналатын» коллектор, база және токты күшейтетін эмитент. Транзистордың пайда болуы «электрондық бумды» тудырды және алғашқы компьютерлер мен тұрмыстық техниканың пайда болуына әкелді.
Компьютерлер
Кремнийдің электроникадағы жетістіктері компьютерлік технологияда да назардан тыс қалмады. Бастапқыда олар, мысалы, «қымбат» типтік жартылай өткізгіштерден процессорлар жасағысы келді. Алайда оның жоғары бағасы германий тақталарын өндіруді өндіріске енгізуге мүмкіндік бермеді. Содан кейін IBM компаниясының батыл жандары тәуекелге барып, кремнийді компьютерлік жүйенің «жүрегі» үшін материал ретінде сынап көруді шешті. Нәтижелері көп күттірмеді.Кремний тақталары өте арзан болып шықты, бұл әсіресе компьютерлік индустрияның басында, ақаулар көп және әлеуетті сатып алушылар аз болған кезде маңызды болды.
Бүгінгі таңда кремний чиптері компьютерлік индустрияда үстемдік етеді. Олар зауыт жағдайында процессорлар мен контроллерлерге арналған таза кремний кристалдарын өсіруді үйренді, материалды пайдалану оңай. Ең бастысы, кремний процессордағы элементтердің санын екі жыл сайын екі еселеуге мүмкіндік берді (Мур заңы). Осылайша, бірдей өлшемдегі кремний тізбегінде транзисторлар мен басқа логикалық элементтер барған сайын көбірек. Кремний ақпараттық технологияны барынша тиімді етуге мүмкіндік берді.
Оттегінен кейін кремнийжер қыртысында ең көп таралған элемент. Оның 2 тұрақты изотоптары бар: 28 Си, 29 Си, 30 Си. Кремний табиғатта бос күйінде кездеспейді.
Ең көп таралған: кремний қышқылының тұздары және кремний оксиді (кремний, құм, кварц). Олар минералды тұздар, слюда, тальк, асбест құрамына кіреді.
Кремнийдің аллотропиясы.
У кремний 2 аллотропиялық модификация бар:
Кристаллдық (ашық сұр кристалдар. Құрылымы алмаз кристалдық торға ұқсас, мұнда кремний атомы 4 бірдей атоммен ковалентті байланысқан және өзі sp3 - будандастыру);
Аморфты (қоңыр ұнтақ, кристалдан гөрі белсенді түрі).
Кремнийдің қасиеттері.
Температурада кремний ауадағы оттегімен әрекеттеседі:
Си + О 2 = SiO 2 .
Егер оттегі жеткіліксіз болса (оттегі жетіспесе), онда келесі реакция пайда болуы мүмкін:
2 Си + О 2 = 2 SiO,
Қайда SiO- реакция кезінде де түзілуі мүмкін монооксид:
Си + SiO 2 = 2 SiO.
Қалыпты жағдайда кремний-мен әрекеттесуі мүмкін Ф 2 , қыздырғанда - бірге Cl 2 . Температураны одан әрі арттырсаңыз, онда Сиөзара әрекеттесе алатын болады НЖәне С:
4Si + S 8 = 4SiS 2 ;
Si + 2F 2 = SiF 4.
Кремний көміртегімен әрекеттесуге, беруге қабілетті карборунд:
Си + C = SiC.
Кремний концентрлі азот және фторлы қышқылдар қоспасында ериді:
3Si + 4HNO 3 + 12HF = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O.
Кремний сілтілердің сулы ерітінділерінде ериді:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2.
Оксидтермен қыздырғанда кремний диспропорцияланады:
2 MgO + 3 Си = Mg 2 Си + 2 SiO.
Металдармен әрекеттескен кезде кремний тотықтырғыш ретінде әрекет етеді:
2 Mg + Си = Mg 2 Си.
Кремнийді қолдану.
Кремний алюминий, мыс және магнийге беріктік беретін қорытпалар өндірісінде және болаттар өндірісінде және жартылай өткізгіш технологиясында маңызды болып табылатын ферросилицидтер алу үшін кеңінен қолданылады. Кремний кристалдары күн батареялары мен жартылай өткізгіш құрылғыларда – транзисторлар мен диодтарда қолданылады.
Кремний сонымен қатар майлар, майлау материалдары, пластмассалар және синтетикалық каучуктар түрінде алынатын кремнийорганикалық қосылыстарды немесе силоксандарды өндіру үшін шикізат ретінде қызмет етеді. Бейорганикалық кремний қосылыстары керамика және шыны технологиясында, оқшаулағыш материал және пьезокристалдар ретінде қолданылады.
Кремний(лат. silicium), si, Менделеевтің периодтық жүйесінің IV тобының химиялық элементі; атомдық нөмірі 14, атомдық массасы 28,086. Табиғатта элемент үш тұрақты изотоппен ұсынылған: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) және 30 si (3,05%).
Тарихи анықтама . Жер бетінде кең таралған К қосылыстары адамға тас дәуірінен бері белгілі. Тас құралдарды еңбекке және аңшылыққа пайдалану бірнеше мыңжылдықтар бойы жалғасты. Оларды өңдеуге байланысты К қосылыстарды пайдалану – өндіру шыны -б.з.б. 3000 жылдар шамасында басталды. e. (Ежелгі Египетте). К.-ның ең ерте белгілі қосылысы sio 2 диоксиді (кремний диоксиді). 18 ғасырда кремний диоксиді қарапайым дене болып саналды және «жер» деп аталды (оның атауында көрсетілгендей). Кремний диоксиді құрамының күрделілігін И.Я. Берцелиус.Алғаш рет 1825 жылы кремний фторидінен элементарлы кальцийді sif 4 алып, соңғысын калий металымен тотықсыздандырды. Жаңа элементке «кремний» (латын тілінен silex – шақпақтас) деген атау берілді. Орыс атауын Г.И. Гесс 1834 жылы.
Табиғатта таралуы . Жер қыртысында таралуы бойынша оттегі екінші элемент (оттегіден кейін), оның литосферадағы орташа мөлшері 29,5% (масса бойынша). Жер қыртысында көміртегі жануарлар мен өсімдіктер әлеміндегі көміртегі сияқты негізгі рөл атқарады. Оттегінің геохимиясы үшін оның оттегімен өте күшті байланысы маңызды. Литосфераның шамамен 12%-ы минералды түрдегі кремний диоксиді сио 2 кварцжәне оның сорттары. Литосфераның 75%-ы әртүрлі силикаттарЖәне алюмосиликаттар(далалық шпаттар, слюдалар, амфиболдар және т.б.). Құрамында кремнезем бар минералдардың жалпы саны 400-ден асады .
Магматикалық процестер кезінде кальцийдің әлсіз дифференциациясы жүреді: ол гранитоидтарда да (32,3%), сондай-ақ ультра негізді жыныстарда да (19%) жиналады. Жоғары температурада және жоғары қысымда sio 2 ерігіштігі артады. Оның су буымен миграциясы да мүмкін, сондықтан гидротермиялық веналардың пегматиттері кварцтың айтарлықтай шоғырлануымен сипатталады, ол көбінесе кен элементтерімен (алтын-кварц, кварц-касситерит және т.б. тамырлар) байланысты.
Физикалық және химиялық қасиеттері. Көміртек периоды a = 5,431 а және тығыздығы 2,33 г/см 3 болатын бетке бағытталған текше гауһар түріндегі торы бар, металдық жылтырлығы бар қара сұр кристалдарды құрайды. Өте жоғары қысымда 2,55 г/см 3 тығыздығы бар жаңа (шамасы алтыбұрышты) модификация алынды. К. 1417°С-та балқиды, 2600°С-та қайнайды. Меншікті жылу сыйымдылығы (20-100°С кезінде) 800 Дж/ (кг? К), немесе 0,191 кал/ (г? градус); Тіпті ең таза үлгілер үшін жылу өткізгіштік тұрақты емес және (25°C) 84-126 Вт/ (м? К) немесе 0,20-0,30 кал/ (см? сек? градус) диапазонында болады. Сызықтық кеңеюдің температуралық коэффициенті 2,33? 10 -6 К -1 ; 120к төмен ол теріс болады. К. ұзын толқынды инфрақызыл сәулелерге мөлдір; сыну көрсеткіші (l =6 мкм үшін) 3,42; диэлектрлік өтімділік 11.7. К. диамагнитті, атомдық магниттік қабылдағыштық -0,13? 10 -6. Mohs 7,0 бойынша K. қаттылық, Бринел бойынша 2,4 Гн/м2 (240 кгс/мм2), серпімділік модулі 109 Гн/м2 (10890 кгс/мм2), сығылу коэффициенті 0,325? 10 -6 см 2 /кг. K. сынғыш материал; байқалатын пластикалық деформация 800°С жоғары температурада басталады.
К. - жартылай өткізгіш, ол өсіп келе жатыр. Мыстың электрлік қасиеттері қоспаларға өте тәуелді. Бөлме температурасындағы ұяшықтың меншікті меншікті көлемдік электрлік кедергісі 2,3 деп алынады? 10 3 ом? м(2,3 ? 10 5 ом? см) .
Өткізгіштігі бар жартылай өткізгішті тізбек Р-түрі (B, al, in немесе ga қоспалары) және n-түрі (қоспалар P, bi, as немесе sb) айтарлықтай төмен қарсылыққа ие. Электрлік өлшемдер бойынша жолақ аралық 1,21 ев 0-де TOжәне 1,119 дейін төмендейді ев 300-де TO.
Менделеевтің периодтық жүйесіндегі сақинаның орнына сәйкес сақина атомының 14 электроны үш қабықшаға бөлінген: біріншіде (ядродан) 2 электрон, екіншісінде 8, үшіншіде (валенттілік) 4; электрондық қабық конфигурациясы 1с 2 2с 2 2п 6 3с 2 3п 2. Кезекті иондану потенциалдары ( ев): 8.149; 16,34; 33.46 және 45.13. Атом радиусы 1,33 а, коваленттік радиусы 1,17 а, иондық радиус si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.
Көміртекті қосылыстарда (көміртекке ұқсас) 4-валентин. Алайда, көміртектен айырмашылығы, кремний диоксиді 4 координациялық санымен бірге 6 координациялық санын көрсетеді, бұл оның атомының үлкен көлемімен түсіндіріледі (мұндай қосылыстардың мысалы ретінде 2- тобы бар кремний фторидтері).
Көміртек атомының басқа атомдармен химиялық байланысы әдетте гибридті sp 3 орбитальдарының арқасында жүзеге асады, бірақ оған оның бес (бос) 3 екеуінің де қатысуы мүмкін. d-орбитальдар, әсіресе К. алты координаталы болғанда. Электртерістігінің төмен мәні 1,8 (көміртегі үшін 2,5-ке қарсы; азот үшін 3,0 және т.б.) бар көміртек бейметалдармен қосылыстарда электропозитивті болып табылады және бұл қосылыстар табиғатта полярлы. Оттегімен жоғары байланысу энергиясы si-o, 464-ке тең кДж/моль(111 ккал/моль) , оның оттегі қосылыстарының (sio 2 және силикаттардың) тұрақтылығын анықтайды. Si-si байланыс энергиясы төмен, 176 кДж/моль (42 ккал/моль) ; Көміртектен айырмашылығы, көміртек Si атомдары арасында ұзын тізбектер мен қос байланыстардың түзілуімен сипатталмайды. Ауада қорғаныш оксидті қабықшаның түзілуіне байланысты көміртегі жоғары температурада да тұрақты болады. Оттегіде 400°С-тан бастап тотығады, түзеді кремний диоксиді sio 2. Sio оксиді де белгілі, газ түрінде жоғары температурада тұрақты; кенеттен салқындату нәтижесінде si және sio 2 жұқа қоспасына оңай ыдырайтын қатты өнім алуға болады. К. қышқылдарға төзімді және тек азот пен фторсутек қышқылдарының қоспасында ериді; сутегінің бөлінуімен ыстық сілті ерітінділерінде оңай ериді. К. бөлме температурасында фтормен және қыздырғанда басқа галогендермен әрекеттесіп, жалпы формула алты 4 қосылыстарын түзеді. . Сутегі көміртекпен тікелей әрекеттеспейді, және кремний қышқылдары(силандар) силицидтердің ыдырауы арқылы алынады (төменде қараңыз). Сутегі силикондары sih 4-тен si 8 h 18-ге дейін белгілі (құрамы қаныққан көмірсутектерге ұқсас). К. құрамында оттегі бар силандардың 2 тобын құрайды - силоксандаржәне силоксендер. К азотпен 1000°С жоғары температурада әрекеттеседі. Үлкен практикалық маңызы бар si 3 n 4 нитриді, тіпті 1200 ° C ауада тотықпайды, қышқылдарға (азоттан басқа) және сілтілерге, сондай-ақ балқытылған металдар мен шлактарға төзімді, бұл оны қышқылды өңдеу үшін бағалы материал етеді. химия өнеркәсібі, отқа төзімді материалдар өндіру үшін және т.б. Көміртектің көміртегімен қосылыстары жоғары қаттылығымен, сонымен қатар термиялық және химиялық төзімділігімен ерекшеленеді ( кремний карбиді sic) және бормен (sib 3, sib 6, sib 12). Қыздырған кезде хлор хлорорганикалық қосылыстармен (мысалы, ch 3 cl) әрекеттеседі (мысалы, мыс сияқты металл катализаторларының қатысуымен) синтез үшін қолданылатын органохалозиландарды [мысалы, si (ch 3) 3 ci] түзеді. санынан кремнийорганикалық қосылыстар.
К. барлық дерлік металдармен қосылыстар түзеді - силицидтер(тек bi, tl, pb, hg байланыстары анықталмады). 250-ден астам силицидтер алынды, олардың құрамы (меси, меси 2, ме 5 си 3, ме 3 си, ме 2 си және т.б.) әдетте классикалық валенттіліктерге сәйкес келмейді. Силицидтер отқа төзімді және қатты; Ең үлкен практикалық маңызы бар ферросилиций және молибден кремний моси 2 (электр пештері, газ турбиналық қалақтары және т.б.).
Қолхат және өтініш. K. техникалық тазалығы (95-98%) электр доғасында графит электродтары арасында кремний диоксиді sio 2 тотықсыздандырылуы арқылы алынады. Жартылай өткізгіштер технологиясының дамуына байланысты таза және ерекше таза мысты алу әдістері жасалды.Ол үшін мыстың ең таза бастапқы қосылыстарын алдын ала синтездеу қажет, одан мыс қалпына келтіру немесе термиялық ыдырау арқылы алынады.
Таза жартылай өткізгіш мыс екі түрде алынады: поликристалды (sici 4 немесе sihcl 3-ті мырышпен немесе сутегімен тотықсыздандыру, sil 4 және sih 4 термиялық ыдырауы арқылы) және бір кристалды (тигельсіз аймақты балқыту және монокристалды «тарту» арқылы). балқытылған мыстан – Чохральский әдісі).
Арнайы легирленген мыс жартылай өткізгіш құрылғыларды (транзисторлар, термисторлар, күштік түзеткіштер, басқарылатын диодтар – тиристорлар; ғарыш аппараттарында қолданылатын күн фотоэлементтері және т.б.) жасау үшін материал ретінде кеңінен қолданылады. К. толқын ұзындығы 1-ден 9-ға дейінгі сәулелерге мөлдір болғандықтан мкм,ол инфрақызыл оптикада қолданылады .
К.-ның қолдану аясы алуан түрлі және үнемі кеңеюде. Металлургияда оттегі балқытылған металдарда еріген оттегін алу үшін қолданылады (тотықсыздану). К. - темір және түсті металдардың көптеген қорытпаларының құрамдас бөлігі. Әдетте көміртегі қорытпаларға коррозияға төзімділікті арттырады, олардың құю қасиеттерін жақсартады және механикалық беріктігін арттырады; дегенмен, K. жоғары мазмұнымен ол сынғыштық тудыруы мүмкін. Ең маңыздылары – құрамында кальцийі бар темір, мыс, алюминий қорытпалары.Кремнийорганикалық қосылыстар мен силицидтерді синтездеу үшін көміртегінің мөлшері артып келеді. Кремний тотығын және көптеген силикаттарды (саздар, дала шпаттары, слюда, тальк және т.б.) шыны, цемент, керамика, электротехника және басқа да өнеркәсіптер өңдейді.
В.П.Барзаковский.
Кремний организмде әртүрлі қосылыстар түрінде кездеседі, негізінен қатты қаңқа бөліктері мен ұлпаларының түзілуіне қатысады. Кейбір теңіз өсімдіктері (мысалы, диатомдылар) және жануарлар (мысалы, кремнийлі губкалар, радиоляриялар) өлген кезде мұхит түбінде кремний диоксидінің қалың шөгінділерін түзе отырып, кремнийдің әсіресе көп мөлшерін жинақтай алады. Суық теңіздер мен көлдерде калиймен байытылған биогенді тұнбалар, тропиктік теңіздерде құрамында калий мөлшері аз әкті шөгінділер басым болады.Құрлық өсімдіктерінің ішінде дәнді дақылдар, қырық, пальмалар, қырықбуындарда калий көп жиналады. Омыртқалы жануарларда күлді заттардың құрамында кремний диоксидінің мөлшері 0,1-0,5% құрайды. Ең көп мөлшерде К. тығыз дәнекер тінінде, бүйректе, ұйқы безінде кездеседі. Адамның күнделікті рационында 1-ге дейін бар ГК.Ауада кремний диоксиді шаңы көп болса, ол адамның өкпесіне еніп, ауру туғызады – силикоз.
В.В.Ковальский.
Лит.:Бережной А.С., Кремний және оның екілік жүйелері. Қ., 1958; Красюк Б.А., Грибов А.И., Жартылай өткізгіштер – германий және кремний, М., 1961; Ренян В.Р., Жартылай өткізгіш кремний технологиясы, транс. ағылшын тілінен, М., 1969; Салли И.В., Фалькевич Е.С., Жартылай өткізгіш кремний өндірісі, М., 1970; Кремний және германий. Сенбі. Арт., ред. Е.С.Фалькевич, Д.И.Левинзон, В. 1-2, М., 1969-70; Гладышевский Е.И., Силицидтер мен германидтердің кристалдық химиясы, М., 1971; қасқыр N. f., кремний жартылай өткізгіш деректері, oxf. - n. ж., 1965 ж.
реферат жүктеп алыңыз
Кремний
КРЕМНИЙ-Мен; м.[грек тілінен krēmnos - жар, жартас] Химиялық элемент (Si), металдық жылтырлығы бар қара сұр кристалдар тау жыныстарының көпшілігінде кездеседі.
◁ Кремний, о, о. K тұздары.Кремнийлі (2.К. қараңыз; 1 балл).
кремний(лат. Silicium), периодтық жүйенің IV тобының химиялық элементі. Металл жылтырлығы бар қара сұр кристалдар; тығыздығы 2,33 г/см 3, тжоғары 1415ºC. Химиялық әсерлерге төзімді. Ол жер қыртысы массасының 27,6% құрайды (элементтер арасында 2-орын), негізгі минералдары кремний диоксиді мен силикаттар. Ең маңызды жартылай өткізгіш материалдардың бірі (транзисторлар, термисторлар, фотоэлементтер). Көптеген болаттар мен басқа қорытпалардың құрамдас бөлігі (механикалық беріктігі мен коррозияға төзімділігін арттырады, құю қасиеттерін жақсартады).
КРЕМНИЙКРЕМНИЙ (лат. Silicium silex – шақпақ тас), Si («силиций» деп оқылады, бірақ қазір «si» деп жиі кездеседі), атомдық нөмірі 14, атомдық массасы 28,0855 химиялық элемент. Орысша атауы грек тілінен шыққан кремнос – жар, тау.
Табиғи кремний үш тұрақты нуклидтердің қоспасынан тұрады (см.НУКЛИД)массалық сандармен 28 (қоспада басым, оның құрамында 92,27% массалық), 29 (4,68%) және 30 (3,05%). Нейтралды қозбаған кремний атомының сыртқы электрондық қабатының конфигурациясы 3 с 2
Р 2
. Қосылыстарда ол әдетте +4 (IV валенттілік) және өте сирек +3, +2 және +1 тотығу дәрежесін көрсетеді (тиісінше III, II және I валенттілігі). Менделеевтің периодтық жүйесінде кремний IVA тобында (көміртек тобында), үшінші периодта орналасқан.
Бейтарап кремний атомының радиусы 0,133 нм. Кремний атомының дәйекті иондану энергиялары 8,1517, 16,342, 33,46 және 45,13 эВ, ал электрондардың жақындығы 1,22 эВ. Координациялық саны 4 (кремний жағдайында ең көп таралған) Si 4+ ионының радиусы 0,040 нм, координациялық саны 6 - 0,054 нм. Полинг шкаласы бойынша кремнийдің электртерістігі 1,9. Кремний әдетте бейметал ретінде жіктелсе де, бірқатар қасиеттері бойынша ол металдар мен бейметалдар арасында аралық орынды алады.
Еркін түрінде - қоңыр ұнтақ немесе металл жылтырлығы бар ашық сұр ықшам материал.
Ашылу тарихы
Кремний қосылыстары адамға ежелден белгілі. Бірақ адам кремний деген қарапайым затпен шамамен 200 жыл бұрын ғана таныс болды. Шындығында кремнийді алғаш алған зерттеушілер француз Ж.Л.Гей-Люссак болды (см.ГЕЙ ЛЮССАК Джозеф Луи)және Л.Дж.Тенард (см.ТЕНАР Луи Жак). Олар 1811 жылы кремний фторидін калий металымен қыздыру қоңыр-қоңыр заттың түзілуіне әкелетінін анықтады:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, дегенмен зерттеушілердің өздері жаңа қарапайым затты алу туралы дұрыс қорытынды жасамады. Жаңа элементті ашу құрметі швед химигі Й.Берцелиусқа тиесілі (см. BERZELIUS Йенс Джейкоб), ол сондай-ақ кремний алу үшін құрамы K 2 SiF 6 қосылысын калий металымен қыздырды. Ол француз химиктері сияқты аморфты ұнтақты алды және 1824 жылы ол «кремний» деп атаған жаңа элементтік затты жариялады. Кристалдық кремнийді тек 1854 жылы француз химигі А.Э.Сент-Клэр Девилл алған. (см.СЕНТ-КЛЕР ДЕВИЛЬ Анри Этьен) .
Табиғатта болу
Жер қыртысындағы көптігі бойынша кремний барлық элементтер арасында (оттегіден кейін) екінші орында. Кремний жер қыртысының массасының 27,7% құрайды. Кремний бірнеше жүздеген түрлі табиғи силикаттардың құрамдас бөлігі болып табылады (см.СИЛИКАТТАР)және алюмосиликаттар (см.Алюминий силикаттары). Кремний тотығы немесе кремний диоксиді де кең таралған (см.кремний диоксиді) SiO 2 (өзен құмы (см.ҚҰМ), кварц (см.КВАРЦ), шақпақ тас (см.ФЛИНТ)т.б.), жер қыртысының шамамен 12% құрайды (масса бойынша). Кремний табиғатта бос күйінде кездеспейді.
Түбіртек
Өнеркәсіпте кремнийді доғалы пештерде шамамен 1800°С температурада кокспен SiO 2 балқымасын тотықсыздандыру арқылы алады. Осы жолмен алынған кремнийдің тазалығы шамамен 99,9% құрайды. Практикалық қолдану үшін тазалығы жоғары кремний қажет болғандықтан, алынған кремний хлорланады. SiCl 4 және SiCl 3 H құрамды қосылыстар түзіледі.Бұл хлоридтер әр түрлі тәсілдермен қоспалардан әрі қарай тазартылады және соңғы сатысында таза сутегімен тотықсызданады. Сондай-ақ кремнийді алдымен Mg 2 Si магний силицидін алу арқылы тазартуға болады. Содан кейін ұшпа моносилан SiH 4 магний силицидінен тұз немесе сірке қышқылдары арқылы алынады. Моносилан одан әрі ректификация, сорбция және басқа әдістермен тазартылады, содан кейін шамамен 1000 ° C температурада кремний мен сутегіге ыдырайды. Осы әдістермен алынған кремнийдегі қоспалар салмағы бойынша 10 -8 -10 -6% дейін төмендейді.
Физикалық және химиялық қасиеттері
Кремний бет центрленген текше алмаз түрінің кристалдық торы, параметрі a = 0,54307 нм (жоғары қысымда кремнийдің басқа полиморфты модификациялары алынды), бірақ Си-Si атомдары арасындағы байланыстың ұзындығы С-С байланысының ұзындығымен салыстырғанда ұзағырақ болғандықтан, кремнийдің қаттылығы алмазға қарағанда айтарлықтай аз.
Кремнийдің тығыздығы 2,33 кг/дм3. Балқу температурасы 1410°С, қайнау температурасы 2355°С. Кремний нәзік, тек 800°С-тан жоғары қыздырғанда ғана пластикалық затқа айналады. Бір қызығы, кремний инфрақызыл (ИК) сәулеленуге мөлдір.
Элементтік кремний типтік жартылай өткізгіш болып табылады (см.Жартылай өткізгіштер). Бөлме температурасындағы жолақ аралық 1,09 эВ. Бөлме температурасында меншікті өткізгіштігі бар кремнийдегі ток тасымалдаушылардың концентрациясы 1,5·10 16 м -3. Кристалды кремнийдің электрлік қасиеттеріне оның құрамындағы микроқоспалар үлкен әсер етеді. Тесік өткізгіштігі бар кремний монокристалдарын алу үшін кремнийге ІІІ топ элементтерінің қоспалары – бор енгізіледі. (см. BOR (химиялық элемент)), алюминий (см.АЛЮМИНИЯ), галий (см.ГАЛИЙ)және Үндістан (см.ИНДИУМ), электронды өткізгіштігімен - V топ элементтерінің қосындылары - фосфор (см.ФОСФОР), мышьяк (см.МҮШӘН)немесе сурьма (см.СУРМА). Кремнийдің электрлік қасиеттерін монокристалдардың өңдеу шарттарын өзгерту арқылы, атап айтқанда кремний бетін әртүрлі химиялық заттармен өңдеу арқылы өзгертуге болады.
Химиялық тұрғыдан кремний белсенді емес. Бөлме температурасында ол тек фтор газымен әрекеттеседі, нәтижесінде ұшпа кремний тетрафториді SiF 4 түзіледі. 400-500°С температураға дейін қыздырған кезде кремний оттегімен әрекеттесіп, SiO 2 диоксиді, хлор, бром және йодпен әрекеттесіп, сәйкес өте ұшқыш тетрагалидтер SiHal 4 түзеді.
Кремний сутегімен тікелей әрекеттеспейді, кремнийдің сутегімен қосылыстары силандар болып табылады (см.СИЛАНС)жалпы формуласымен Si n H 2n+2 – жанама жолмен алынған. Моносилан SiH 4 (көбінесе жай силан деп аталады) металл силицидтері қышқыл ерітінділерімен әрекеттескенде шығарылады, мысалы:
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
Бұл реакцияда түзілген SiH 4 силанының құрамында басқа силандардың қоспасы бар, атап айтқанда дисилан Si 2 H 6 және трисилан Si 3 H 8, оларда бір байланыспен (-Si-Si-Si) байланысқан кремний атомдарының тізбегі бар. -) .
Азотпен кремний шамамен 1000°С температурада Si 3 N 4 нитриді, бормен - термиялық және химиялық тұрақты боридтер SiB 3, SiB 6 және SiB 12 түзеді. Кремний қосылысы және оның периодтық жүйе бойынша ең жақын аналогы – көміртек – кремний карбиді SiC (карборунд) (см.КАРБОРУНД)) жоғары қаттылықпен және төмен химиялық реактивтілігімен сипатталады. Карборунд абразивті материал ретінде кеңінен қолданылады.
Кремнийді металдармен қыздырғанда силицидтер түзіледі (см.СИЛИЦИДТЕР). Силицидтерді екі топқа бөлуге болады: иондық-ковалентті (сілтінің, сілтілі жер металдарының және магнийдің Ca 2 Si, Mg 2 Si және т.б. силицидтері) және метал тәрізді (өтпелі металдардың силицидтері). Белсенді металдардың силицидтері қышқылдардың әсерінен ыдырайды, өтпелі металдардың силицидтері химиялық тұрақты және қышқылдардың әсерінен ыдырамайды. Металл тәрізді силицидтердің балқу температурасы жоғары (2000°С дейін). MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 және MSi 2 композицияларының металл тәрізді силицидтері жиі түзіледі. Металл тәрізді силицидтер химиялық инертті және тіпті жоғары температурада оттегіге төзімді.
Кремний диоксиді SiO 2 сумен әрекеттеспейтін қышқыл оксид болып табылады. Бірнеше полиморфтар түрінде болады (кварц (см.КВАРЦ), тридимит, кристобалит, шыны тәрізді SiO 2). Осы модификациялардың ішінде кварцтың практикалық маңызы зор. Кварц пьезоэлектрлік қасиетке ие (см.ПИЗОЭЛЕКТРІК МАТЕРИАЛДАР), ол ультракүлгін (УК) сәулеленуге мөлдір. Ол термиялық кеңеюдің өте төмен коэффициентімен сипатталады, сондықтан кварцтан жасалған ыдыстар 1000 градусқа дейін температураның өзгеруі кезінде жарылып кетпейді.
Кварц қышқылдарға химиялық төзімді, бірақ фторсутек қышқылымен әрекеттеседі:
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
және фторид сутегі газы HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Бұл екі реакция шыны ою үшін кеңінен қолданылады.
SiO 2 сілтілермен және негізгі оксидтермен, сондай-ақ белсенді металдардың карбонаттарымен балқытылғанда силикаттар түзіледі. (см.СИЛИКАТТАР)- тұрақты құрамы жоқ өте әлсіз суда ерімейтін кремний қышқылдарының тұздары (см.кремний қышқылдары) xH 2 O ySiO 2 жалпы формуласы (көбінесе әдебиетте олар кремний қышқылдары туралы емес, кремний қышқылы туралы дәл жазады, бірақ іс жүзінде олар бірдей нәрсе туралы айтады). Мысалы, натрий ортосиликатын алуға болады:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
кальций метасиликаты:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
немесе аралас кальций мен натрий силикаты:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Терезе әйнегі Na 2 O·CaO·6SiO 2 силикаттан жасалған.
Айта кету керек, көптеген силикаттардың тұрақты құрамы жоқ. Барлық силикаттардың ішінде тек натрий және калий силикаттары суда ериді. Бұл силикаттардың судағы ерітінділері еритін шыны деп аталады. Гидролизге байланысты бұл ерітінділер жоғары сілтілі ортамен сипатталады. Гидролизденген силикаттар шынайы емес, коллоидты ерітінділердің түзілуімен сипатталады. Натрий немесе калий силикаттарының ерітінділері қышқылдандырылған кезде гидратталған кремний қышқылдарының желатинді ақ тұнбалары тұнбаға түседі.
Қатты кремний диоксидінің де, барлық силикаттардың да негізгі құрылымдық элементі топ болып табылады, онда кремний атомы Si төрт оттегі атомынан тұратын тетраэдрмен қоршалған O. Бұл жағдайда әрбір оттегі атомы екі кремний атомымен байланысқан. Фрагменттерді бір-бірімен әртүрлі тәсілдермен қосуға болады. Силикаттар ішінде фрагменттеріндегі байланыстардың сипатына қарай аралдық, тізбекті, таспалы, қабатты, рамалық және т.б.
SiO 2 кремниймен жоғары температурада тотықсыздандырылғанда SiO құрамының кремний тотығы түзіледі.
Кремнийге кремнийорганикалық қосылыстардың түзілуі тән (см.ОРГАНозилон қосылыстары), онда кремний атомдары оттегі атомдарының -O- көпірленуіне байланысты ұзын тізбектермен байланысады және әрбір кремний атомына екі О атомынан басқа тағы екі органикалық радикал R 1 және R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6 бекітіледі H 5, CH 2 CH 2 CF 3 және т.б.
Қолдану
Жартылай өткізгіш материал ретінде кремний қолданылады. Кварц пьезоэлектрлік ретінде, ыстыққа төзімді химиялық (кварц) ыдыстарды және ультракүлгін шамдарды жасау үшін материал ретінде қолданылады. Силикаттар құрылыс материалдары ретінде кеңінен қолданылады. Терезе әйнектері аморфты силикаттар болып табылады. Кремнийорганикалық материалдар жоғары тозуға төзімділігімен ерекшеленеді және практикада силикон майлары, желімдер, каучуктар, лактар ретінде кеңінен қолданылады.
Биологиялық рөл
Кейбір организмдер үшін кремний маңызды биогендік элемент болып табылады (см.БИОГЕНДЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕР). Ол өсімдіктердегі тірек құрылымдардың және жануарлардың қаңқалық құрылымдарының бөлігі болып табылады. Кремнийді теңіз организмдері – диатомдылар көп мөлшерде шоғырланған. (см.ДИАТОМ балдырлары), радиоляриялар (см.РАДИОЛАРИЯ), губкалар (см.СПОНГТАР). Адамның бұлшықет тінінде (1-2)·10 -2% кремний, сүйек ұлпасында - 17·10 -4%, қанда - 3,9 мг/л. Күн сайын тамақпен бірге адам ағзасына 1 г кремний түседі.
Кремний қосылыстары улы емес. Бірақ силикаттардың да, кремний диоксидінің де жоғары дисперсті бөлшектерін ингаляциялау, мысалы, жару жұмыстары кезінде, шахталарда тау жыныстарын қашау кезінде, құм үрлеу машиналарының жұмысы кезінде және т.б., өте қауіпті.Өкпеге түскен SiO 2 микробөлшектері кристалданады. оларда, ал пайда болған кристалдар өкпе тінін бұзады және ауыр ауруды - силикозды тудырады (см.СИЛИКОЗ). Бұл қауіпті шаңның өкпеңізге енуіне жол бермеу үшін тыныс алу жүйесін қорғау үшін респираторды пайдалану керек.
энциклопедиялық сөздік. 2009 .
Синонимдер:Басқа сөздіктерде «кремний» деген не екенін қараңыз:
- (си символы), периодтық жүйенің IV тобындағы кең таралған сұр химиялық элемент, бейметал. Оны алғаш рет 1824 жылы Йенс BERZELIUS бөліп алды. Кремний тек SILICA (кремний диоксиді) сияқты қосылыстарда немесе... ... Ғылыми-техникалық энциклопедиялық сөздік
Кремний- электр доғалы пештерді қолдану арқылы кремнеземді карботермиялық тотықсыздандыру арқылы дерлік өндіріледі. Ол жылу мен электр тогын нашар өткізеді, шыныдан қаттырақ, әдетте ұнтақ түрінде немесе көбінесе пішінсіз бөліктер түрінде болады... ... Ресми терминология
КРЕМНИЙ- хим. элемент, металл емес, таңбасы Si (лат. Silicium), ат. n. 14, сағ. м 28.08; аморфты және кристалды кремний (ол алмаз сияқты кристалдардың бір түрінен жасалған) белгілі. Аморфты К. қоңыр ұнтақ текше құрылымы жоғары дисперсті... ... Үлкен политехникалық энциклопедия
- (Силиций), Si, периодтық жүйенің IV тобының химиялық элементі, атомдық нөмірі 14, атомдық массасы 28,0855; металл емес, балқу температурасы 1415°C. Кремний - жер бетіндегі оттегіден кейінгі екінші элемент, оның жер қыртысындағы мөлшері салмағы бойынша 27,6% құрайды.… … Қазіргі энциклопедия
Si (лат. Silicium * а. кремний, кремний; н. Silizium; f. silicium; i. siliseo), химиялық. IV топтың периодтық элементі. Менделеев жүйесі, ат. n. 14, сағ. 28 086 м. Табиғатта 3 тұрақты изотоптар кездеседі: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Геологиялық энциклопедия
- (Si), синтетикалық монокристалл, жартылай өткізгіш. Нүктелік симметрия тобы м3м, тығыздығы 2,33 г/см3, Тбалқыма=1417°С. Мох шкаласы бойынша қаттылық 7, сынғыш, байқалатын икемділік. деформация T>800°C температурада басталады. Жылу өткізгіштік, температуралық коэффициент. сызықтық...... Физикалық энциклопедия
Орыс синонимдерінің кремний сөздігі. кремний зат есім, синонимдер саны: 6 лейкон (1) минералды ... Синонимдік сөздік
Кремний- (Силиций), Si, периодтық жүйенің IV тобының химиялық элементі, атомдық нөмірі 14, атомдық массасы 28,0855; металл емес, балқу температурасы 1415°C. Кремний - жер бетіндегі оттегіден кейінгі екінші элемент, оның жер қыртысындағы мөлшері салмағы бойынша 27,6% құрайды.… … Иллюстрацияланған энциклопедиялық сөздік
- (лат. Silicium) Si, периодтық жүйенің IV тобының химиялық элементі, атомдық нөмірі 14, атомдық массасы 28,0855. Металл жылтырлығы бар қара сұр кристалдар; тығыздығы 2,33 г/см&суп3, балқу температурасы 1415.С. Химиялық әсерлерге төзімді. Жасайды...... Үлкен энциклопедиялық сөздік
КРЕМНИЙ, кремний, көп. жоқ, күйеу (хим.). Көптеген тау жыныстарында кездесетін химиялық элемент. Ушаковтың түсіндірме сөздігі. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 ... Ушаковтың түсіндірме сөздігі
Кремний (Si) –периодтық жүйенің негізгі топшасының IV тобының 3 периодында тұр. Физикалық қасиеттері:кремний екі модификацияда болады: аморфты және кристалды. Аморфты кремний – қоңыр түсті ұнтақ, тығыздығы 2,33 г/см3, металл балқымаларында ериді. Кристалдық кремний - бұл болат жылтыр, қатты және сынғыш, тығыздығы 2,4 г/см3 болатын қара сұр кристалдар. Кремний үш изотоптан тұрады: Si (28), Si (29), Si (30).
Химиялық қасиеттері:электрондық конфигурация: 1s22s22p63 s23p2 . Кремний – металл емес. Сыртқы энергетикалық деңгейде кремнийде 4 электрон бар, ол оның тотығу дәрежелерін анықтайды: +4, -4, -2. Валенттілік – 2.4 Аморфты кремний кристалды кремнийге қарағанда үлкен реактивтілікке ие. Қалыпты жағдайда фтормен әрекеттеседі: Si + 2F2 = SiF4. 1000 °C Si металл еместермен әрекеттеседі: CL2, N2, C, S.
Қышқылдардың ішінен кремний тек азот және фторлы қышқылдар қоспасымен әрекеттеседі:
Ол металдарға қатысты өзін басқаша көрсетеді: балқытылған Zn, Al, Sn, Pb-де жақсы ериді, бірақ олармен әрекеттеспейді; Кремний басқа металдар балқымаларымен - Mg, Cu, Fe - - әрекеттесіп, силицидтер түзеді: Si + 2Mg = Mg2Si. Кремний оттегіде жанады: Si + O2 = SiO2 (құм).
Кремний диоксиді немесе кремний диоксиді– тұрақты байланыс Си, табиғатта кең таралған. Оны сілтілермен және негіздік оксидтермен балқыту арқылы әрекеттеседі, кремний қышқылының тұздары – силикаттар түзеді. Түбіртек:өнеркәсіпте кремнийдің таза күйінде кремний диоксидін электр пештерінде кокспен тотықсыздандыру арқылы алады: SiO2 + 2C = Si + 2CO?.
Зертханада кремнийді ақ құмды магниймен немесе алюминиймен күйдіру арқылы алады:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.
Кремний қышқылдар түзеді: H2 SiO3 – мета кремний қышқылы; H2 Si2O5 - диметазил қышқылы.
Табиғатта табу:кварц минералы – SiO2. Кварц кристалдарының пішіні алтыбұрышты призма тәрізді, түссіз және мөлдір, оларды тау кристалы деп атайды. Аметист - қоспалары бар күлгін түсті рок-кристалды; түтін топаз қоңыр түсті; агат пен яшма кварцтың кристалды сорттары болып табылады. Аморфты кремнезем сирек кездеседі және опал минералы – SiO2 nH2O түрінде болады. Диатомит, триполи немесе диатомды жер (диатомды жер) аморфты кремнийдің жердегі формалары болып табылады.
42. Коллоидтық ерітінділер туралы түсінік
Коллоидты ерітінділер– дисперстік орта мен дисперсті фазадан тұратын жоғары дисперсті екі фазалы жүйелер. Бөлшектердің өлшемдері шынайы ерітінділер, суспензиялар және эмульсиялар арасында аралық болып табылады. У коллоидтық бөлшектермолекулалық немесе иондық құрамы.
Алғашқы бөлшектердің ішкі құрылымының үш түрі бар.
1. Суспенсоидтар (немесе қайтымсыз коллоидтар)– гетерогенді жүйелер, олардың қасиеттері дамыған фазааралық бет арқылы анықталуы мүмкін. Суспензиялармен салыстырғанда олардың дисперстілігі жоғары. Олар дисперсиялық тұрақтандырғышсыз ұзақ уақыт өмір сүре алмайды. Олар деп аталады қайтымсыз коллоидтаролардың шөгінділері буланғаннан кейін қайтадан золь түзбейтіндігіне байланысты. Олардың концентрациясы төмен – 0,1%. Олар дисперсті ортаның тұтқырлығынан аздап ерекшеленеді.
Суспенсоидтарды алуға болады:
1) дисперсия әдістері (ірі денелерді ұсақтау);
2) конденсациялау әдістері (алмасу реакцияларының көмегімен ерімейтін қосылыстарды алу, гидролиз және т.б.).
Суспензиялардағы дисперстіліктің өздігінен төмендеуі бос беттік энергияға байланысты. Ұзақ уақытқа созылатын суспензия алу үшін оны тұрақтандыру үшін жағдайлар қажет.
Тұрақты дисперстік жүйелер:
1) дисперсиялық орта;
2) дисперстік фаза;
3) дисперсті жүйенің тұрақтандырғышы.
Тұрақтандырғыш иондық, молекулалық, бірақ көбінесе жоғары молекулалы болуы мүмкін.
Қорғаныс коллоидтары– тұрақтандыру үшін қосылатын жоғары молекулалы қосылыстар (белоктар, пептидтер, поливинил спирті және т.б.).
2. Ассоциативті (немесе мицеллярлы коллоидтар) –жартылай коллоидтар төмен молекулалы заттардың көмірсутекті радикалдарынан (дифильді молекулалардан) тұратын молекулалардың жеткілікті концентрациясы болғанда, олар молекулалардың агрегаттарына (мицеллалар) байланысқан кезде пайда болады. Мицеллаларжуғыш заттардың (сабындардың), органикалық бояғыштардың сулы ерітінділерінде түзіледі.
3. Молекулалық коллоидтар (қайтымды немесе лиофильді коллоидтар) –жоғары молекулалық салмағы бар табиғи және синтетикалық жоғары молекулалы заттар. Олардың молекулалары коллоидтық бөлшектердің (макромолекулалардың) өлшеміне ие.
Жоғары молекулалық қосылыстардың коллоидтарының сұйылтылған ерітінділері біртекті ерітінділер болып табылады. Жоғары сұйылтылған кезде бұл ерітінділер сұйылтылған ерітінділердің заңдарына бағынады.
Полярлы емес макромолекулалар көмірсутектерде, полярлылары полярлы еріткіштерде ериді.
Қайтымды коллоидтар– еріткіштің жаңа бөлігін қосқанда құрғақ қалдығы ерітіндіге қайта түсетін заттар.
Жүктелуде...
