For å isolere rent silisium reagerer kjemikere kvartssand med magnesium. Silisium blir også smeltet ved høye temperaturer og til og med "dyrket". Czochralski-metoden bruker trykk, temperatur og silisiumforbindelser for å produsere krystaller av et rent stoff.
Liv
Silisiumforbindelser brukes aktivt i hverdagen, menneskelige husholdninger og i industrien. Kvartssand brukes til produksjon av glass og sement. Silikatindustrien er oppkalt etter silisium, hvis mellomnavn er silisium. Silikater brukes i landbruket for å gjødsle jorda. Silikatlim produseres også basert på silisiumforbindelser.Radioelektronikk
Silisium har unike radioelektroniske egenskaper. Rent silisium er en halvleder. Dette betyr at den kan lede strøm under visse forhold når ledningsbåndet er lite. Hvis ledningsområdet er stort, blir halvledersilisium til isolerende silisium.De halvledende egenskapene til ikke-metall silisium førte til opprettelsen av transistoren. En transistor er en enhet som lar deg kontrollere spenning og strøm. I motsetning til lineære ledere, har silisiumtransistorer tre hovedelementer - en kollektor, som "samler" strømmen, en base og en emitter, som forsterker strømmen. Transistorens utseende forårsaket den "elektroniske boomen" og førte til opprettelsen av de første datamaskinene og husholdningsapparater.
Datamaskiner
Suksessen til silisium i elektronikk har ikke gått upåaktet hen i datateknologien. Først ønsket de å lage prosessorer av "dyre" typiske halvledere, for eksempel. Den høye prisen tillot imidlertid ikke produksjonen av germanium-kretskort å settes i produksjon. Så bestemte de modige sjelene fra IBM å ta en risiko og prøve silisium som et materiale for "hjertet" i et datasystem. Resultatene lot ikke vente på seg.Silisiumplater viste seg å være ganske billige, noe som var spesielt viktig helt i begynnelsen av dataindustrien, da det var mange feil og få potensielle kjøpere.
I dag dominerer silisiumbrikker dataindustrien. De har lært å dyrke rene silisiumkrystaller for prosessorer og kontrollere under fabrikkforhold; materialet er enkelt å bruke. Og viktigst av alt, silisium tillot antall elementer på en prosessor å dobles hvert annet år (Moores lov). Dermed er det flere og flere transistorer og andre logiske elementer på samme størrelse silisiumkrets. Silisium har gjort det mulig å gjøre informasjonsteknologien så effektiv som mulig.
Etter oksygen silisium er det mest tallrike grunnstoffet i jordskorpen. Den har 2 stabile isotoper: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Silisium forekommer ikke i fri form i naturen.
De vanligste: kiselsyresalter og silisiumoksid (kisel, sand, kvarts). De er en del av mineralsalter, glimmer, talkum, asbest.
Allotropi av silisium.
U silisium Det er 2 allotropiske modifikasjoner:
Krystallinsk (lysegrå krystaller. Strukturen ligner på diamantkrystallgitteret, hvor silisiumatomet er kovalent bundet til 4 identiske atomer, og selv er i sp3 - hybridisering);
Amorf (brunt pulver, mer aktiv form enn krystallinsk).
Egenskaper til silisium.
Ved temperatur reagerer silisium med oksygen i luften:
Si + O 2 = SiO 2 .
Hvis det ikke er nok oksygen (mangel på oksygen), kan følgende reaksjon oppstå:
2 Si + O 2 = 2 SiO,
Hvor SiO- monoksid, som også kan dannes under reaksjonen:
Si + SiO 2 = 2 SiO.
Under normale forhold silisium kan reagere med F 2 , ved oppvarming - med Cl 2 . Øker du temperaturen ytterligere, da Si vil kunne samhandle med N Og S:
4Si + S8 = 4SiS2;
Si + 2F 2 = SiF 4.
Silisium er i stand til å reagere med karbon og gi karborundum:
Si + C = SiC.
Silisium er løselig i en blanding av konsentrert salpetersyre og flussyre:
3Si + 4HNO3 + 12HF = 3SiF4 + 4NO + 8H2O.
Silisium oppløses i vandige løsninger av alkalier:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2.
Når det varmes opp med oksider, vil silisium være uforholdsmessig:
2 MgO + 3 Si = Mg 2 Si + 2 SiO.
Ved interaksjon med metaller fungerer silisium som et oksidasjonsmiddel:
2 Mg + Si = Mg 2 Si.
Påføring av silisium.
Silisium er mest brukt i produksjon av legeringer for å gi styrke til aluminium, kobber og magnesium og for produksjon av ferrosilicider, som er viktige i produksjon av stål og halvlederteknologi. Silisiumkrystaller brukes i solceller og halvlederenheter - transistorer og dioder.
Silisium fungerer også som råstoff for produksjon av silisiumorganiske forbindelser, eller siloksaner, oppnådd i form av oljer, smøremidler, plast og syntetisk gummi. Uorganiske silisiumforbindelser brukes i keramikk- og glassteknologi, som isolasjonsmateriale og piezokrystaller.
Silisium(lat. silicium), si, kjemisk element av gruppe IV i det periodiske systemet til Mendeleev; atomnummer 14, atommasse 28.086. I naturen er grunnstoffet representert av tre stabile isotoper: 28 si (92,27 %), 29 si (4,68 %) og 30 si (3,05 %).
Historisk referanse . K-forbindelser, utbredt på jorden, har vært kjent for mennesket siden steinalderen. Bruken av steinredskaper til arbeid og jakt fortsatte i flere årtusener. Bruken av K-forbindelser knyttet til deres prosessering - produksjon glass - begynte rundt 3000 f.Kr. e. (i det gamle Egypt). Den tidligste kjente forbindelsen av K. er dioksid sio 2 (silika). På 1700-tallet silika ble ansett som en enkel kropp og referert til som "jordarter" (som reflektert i navnet). Kompleksiteten til sammensetningen av silika ble etablert av I. Ya. Berzelius. For første gang, i 1825, oppnådde han elementært kalsium fra silisiumfluorid sif 4, og reduserte sistnevnte med kaliummetall. Det nye elementet fikk navnet "silisium" (fra det latinske silex - flint). Det russiske navnet ble introdusert av G.I. Hess i 1834.
Utbredelse i naturen . Når det gjelder utbredelse i jordskorpen, er oksygen det andre elementet (etter oksygen), dets gjennomsnittlige innhold i litosfæren er 29,5 % (i masse). I jordskorpen spiller karbon den samme primære rollen som karbon i dyre- og planteverdenen. For geokjemien til oksygen er dens ekstremt sterke forbindelse med oksygen viktig. Omtrent 12 % av litosfæren er silika sio 2 i mineralform kvarts og dens varianter. 75 % av litosfæren består av ulike silikater Og aluminiumsilikater(feltspat, glimmer, amfibol osv.). Det totale antallet mineraler som inneholder silika overstiger 400 .
Under magmatiske prosesser oppstår svak differensiering av kalsium: det akkumuleres både i granitoider (32,3%) og i ultrabasiske bergarter (19%). Ved høye temperaturer og høyt trykk øker løseligheten av sio 2. Dens migrering med vanndamp er også mulig, derfor er pegmatitter av hydrotermiske årer preget av betydelige konsentrasjoner av kvarts, som ofte er assosiert med malmelementer (gullkvarts, kvarts-cassiteritt, etc. årer).
Fysiske og kjemiske egenskaper. Karbon danner mørkegrå krystaller med en metallisk glans, med et ansiktssentrert kubisk diamantgitter med en periode a = 5,431 a, og en tetthet på 2,33 g/cm 3 . Ved svært høye trykk ble det oppnådd en ny (tilsynelatende sekskantet) modifikasjon med en tetthet på 2,55 g/cm3. K. smelter ved 1417°C, koker ved 2600°C. Spesifikk varmekapasitet (ved 20-100°C) 800 J/ (kg? K), eller 0,191 cal/ (g? grader); termisk ledningsevne selv for de reneste prøvene er ikke konstant og er i området (25°C) 84-126 W/ (m? K), eller 0,20-0,30 cal/ (cm? sek? grader). Temperaturkoeffisient for lineær ekspansjon 2,33? 10-6 K-1; under 120k blir det negativt. K. er gjennomsiktig for langbølget infrarøde stråler; brytningsindeks (for 1 = 6 µm) 3,42; dielektrisk konstant 11,7. K. er diamagnetisk, atommagnetisk følsomhet er -0,13? 10 -6. K. hardhet i henhold til Mohs 7,0, i henhold til Brinell 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), elastisitetsmodul 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), kompressibilitetskoeffisient 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. sprøtt materiale; merkbar plastisk deformasjon begynner ved temperaturer over 800°C.
K. er en halvleder som får stadig større bruk. De elektriske egenskapene til kobber er svært avhengig av urenheter. Den iboende spesifikke volumetriske elektriske resistiviteten til en celle ved romtemperatur antas å være 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .
Halvlederkrets med ledningsevne R-type (tilsetningsstoffer B, al, in eller ga) og n-type (tilsetningsstoffer P, bi, as eller sb) har betydelig lavere motstand. Båndgapet i henhold til elektriske målinger er 1,21 ev på 0 TIL og synker til 1.119 ev på 300 TIL.
I samsvar med posisjonen til ringen i det periodiske systemet til Mendeleev, er de 14 elektronene til ringatomet fordelt over tre skall: i det første (fra kjernen) 2 elektroner, i det andre 8, i det tredje (valens) 4; elektronskallkonfigurasjon 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Suksessive ioniseringspotensialer ( ev): 8,149; 16,34; 33.46 og 45.13. Atomradius 1,33 a, kovalent radius 1,17 a, ionisk radius si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.
I karbonforbindelser (lik karbon) 4-valenten. Imidlertid, i motsetning til karbon, viser silika, sammen med et koordinasjonstall på 4, et koordinasjonstall på 6, som forklares av det store volumet av atomet (et eksempel på slike forbindelser er silikofluorider som inneholder 2-gruppen).
Den kjemiske bindingen til et karbonatom med andre atomer utføres vanligvis på grunn av hybrid sp 3 orbitaler, men det er også mulig å involvere to av dets fem (ledige) 3 d- orbitaler, spesielt når K. er seks-koordinat. Med en lav elektronegativitetsverdi på 1,8 (mot 2,5 for karbon; 3,0 for nitrogen osv.), er karbon elektropositivt i forbindelser med ikke-metaller, og disse forbindelsene er polare av natur. Høy bindingsenergi med oksygen si-o, lik 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , bestemmer stabiliteten til oksygenforbindelsene (sio 2 og silikater). Si-si bindingsenergi er lav, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; I motsetning til karbon er karbon ikke preget av dannelsen av lange kjeder og dobbeltbindinger mellom Si-atomer. I luft, på grunn av dannelsen av en beskyttende oksidfilm, er karbon stabil selv ved høye temperaturer. I oksygen oksiderer det fra 400°C og dannes silisiumdioksid sio 2. Siomonoksid er også kjent, stabilt ved høye temperaturer i form av en gass; som et resultat av plutselig avkjøling kan det oppnås et fast produkt som lett brytes ned til en tynn blanding av si og sio 2. K. er motstandsdyktig mot syrer og løses kun i en blanding av salpeter- og flussyre; løses lett i varme alkaliske løsninger med frigjøring av hydrogen. K. reagerer med fluor ved romtemperatur og med andre halogener ved oppvarming for å danne forbindelser med den generelle formel seks 4 . Hydrogen reagerer ikke direkte med karbon, og kiselsyrer(silaner) oppnås ved dekomponering av silicider (se nedenfor). Hydrogensilikoner er kjent fra sih 4 til si 8 h 18 (sammensetningen ligner på mettede hydrokarboner). K. danner 2 grupper av oksygenholdige silaner - siloksaner og siloksener. K reagerer med nitrogen ved temperaturer over 1000°C. Av stor praktisk betydning er si 3 n 4 nitrid, som ikke oksiderer i luft selv ved 1200°C, er motstandsdyktig mot syrer (unntatt salpeter) og alkalier, samt smeltede metaller og slagger, noe som gjør det til et verdifullt materiale for kjemisk industri, for produksjon av ildfaste materialer, etc. Forbindelser av karbon med karbon utmerker seg ved deres høye hardhet, samt termisk og kjemisk motstand ( silisiumkarbid sic) og med bor (sib 3, sib 6, sib 12). Ved oppvarming reagerer klor (i nærvær av metallkatalysatorer, som kobber) med organoklorforbindelser (for eksempel ch 3 cl) for å danne organohalosilaner [for eksempel si (ch 3) 3 ci], som brukes til syntesen av mange organiske silisiumforbindelser.
K. danner forbindelser med nesten alle metaller - silicider(kun forbindelser med bi, tl, pb, hg ble ikke oppdaget). Mer enn 250 silicider er oppnådd, hvis sammensetning (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si, etc.) vanligvis ikke tilsvarer klassiske valenser. Silicider er ildfaste og harde; Ferrosilisium og molybden silicid mosi 2 er av størst praktisk betydning (elektriske ovnsvarmere, gassturbinblader, etc.).
Kvittering og søknad. K. teknisk renhet (95-98%) oppnås i en elektrisk lysbue ved reduksjon av silika sio 2 mellom grafittelektroder. I forbindelse med utviklingen av halvlederteknologi er det utviklet metoder for å oppnå rent og spesielt rent kobber.Dette krever en forsyntese av de reneste utgangsforbindelsene av kobber, hvorfra kobber utvinnes ved reduksjon eller termisk dekomponering.
Rent halvlederkobber oppnås i to former: polykrystallinsk (ved reduksjon av sici 4 eller sihcl 3 med sink eller hydrogen, termisk dekomponering av sil 4 og sih 4) og enkeltkrystallinsk (digelfri sone som smelter og "trekker" en enkelt krystall fra smeltet kobber - Czochralski-metoden).
Spesielt dopet kobber er mye brukt som materiale for fremstilling av halvlederenheter (transistorer, termistorer, strømlikerettere, kontrollerte dioder - tyristorer; solfotoceller brukt i romfartøy, etc.). Siden K. er gjennomsiktig for stråler med bølgelengder fra 1 til 9 µm, den brukes i infrarød optikk .
K. har mangfoldige og stadig voksende bruksområder. I metallurgi brukes oksygen til å fjerne oksygen oppløst i smeltede metaller (deoksidasjon). K. er en komponent i et stort antall legeringer av jern og ikke-jernholdige metaller. Vanligvis gir karbon legeringer økt motstand mot korrosjon, forbedrer deres støpeegenskaper og øker mekanisk styrke; men med et høyere innhold av K. kan det forårsake skjørhet. De viktigste er jern-, kobber- og aluminiumlegeringer som inneholder kalsium.En økende mengde karbon brukes til syntese av organosilisiumforbindelser og silicider. Silika og mange silikater (leire, feltspat, glimmer, talkum, etc.) blir behandlet av glass, sement, keramikk, elektro og andre industrier.
V. P. Barzakovsky.
Silisium finnes i kroppen i form av ulike forbindelser, hovedsakelig involvert i dannelsen av harde skjelettdeler og vev. Noen marine planter (for eksempel kiselalger) og dyr (for eksempel silisiumholdige svamper, radiolarier) kan akkumulere spesielt store mengder silisium, og danner tykke avsetninger av silisiumdioksid på havbunnen når de dør. I kalde hav og innsjøer dominerer biogen silt anriket på kalium, i tropisk hav dominerer kalkholdig silt med lavt innhold av kalium.Blant landplanter samler korn, kisel, palmer og kjerringrokk mye kalium. Hos virveldyr er innholdet av silisiumdioksid i askestoffer 0,1-0,5 %. I de største mengder finnes K. i tett bindevev, nyrer og bukspyttkjertel. Den daglige menneskelige dietten inneholder opptil 1 G K. Når det er et høyt innhold av silisiumdioksidstøv i luften, kommer det inn i menneskelungene og forårsaker sykdom - silikose.
V.V. Kovalsky.
Litt.: Berezhnoy A.S., Silisium og dets binære systemer. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Halvledere - germanium og silisium, M., 1961; Renyan V.R., teknologi for halvledersilisium, trans. fra engelsk, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Produksjon av halvledersilisium, M., 1970; Silisium og germanium. Lør. Art., red. E.S. Falkevich, D.I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Crystal chemistry of silicides and germanides, M., 1971; ulv N. f., silisium halvlederdata, oxf. - n. år, 1965.
last ned abstrakt
Silisium
SILICON-JEG; m.[fra gresk krēmnos - klippe, stein] Kjemisk grunnstoff (Si), mørkegrå krystaller med metallisk glans finnes i de fleste bergarter.
◁ Silisium, å, å. K salter. Kiselholdig (se 2.K.; 1 mark).
silisium(lat. Silicium), kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske system. Mørkegrå krystaller med en metallisk glans; tetthet 2,33 g/cm 3, t pl 1415ºC. Motstandsdyktig mot kjemiske påvirkninger. Det utgjør 27,6 % av massen til jordskorpen (2. plass blant grunnstoffene), de viktigste mineralene er silika og silikater. Et av de viktigste halvledermaterialene (transistorer, termistorer, fotoceller). En integrert del av mange stål og andre legeringer (øker mekanisk styrke og korrosjonsbestandighet, forbedrer støpeegenskaper).
SILICONSILICON (lat. Silicium fra silex - flint), Si (les "silisium", men i dag ganske ofte som "si"), et kjemisk grunnstoff med atomnummer 14, atommasse 28,0855. Det russiske navnet kommer fra det greske kremnos - klippe, fjell.
Naturlig silisium består av en blanding av tre stabile nuklider (cm. NUKLID) med massetall 28 (råder i blandingen, den inneholder 92,27 vekt%), 29 (4,68%) og 30 (3,05%). Konfigurasjon av det ytre elektroniske laget til et nøytralt ueksitert silisiumatom 3 s 2
R 2
. I forbindelser viser den vanligvis en oksidasjonstilstand på +4 (valens IV) og svært sjelden +3, +2 og +1 (henholdsvis valens III, II og I). I det periodiske systemet til Mendeleev er silisium plassert i gruppe IVA (i karbongruppen), i den tredje perioden.
Radien til et nøytralt silisiumatom er 0,133 nm. De sekvensielle ioniseringsenergiene til silisiumatomet er 8,1517, 16,342, 33,46 og 45,13 eV, og elektronaffiniteten er 1,22 eV. Radiusen til Si 4+-ionet med et koordinasjonsnummer på 4 (det vanligste når det gjelder silisium) er 0,040 nm, med et koordinasjonstall på 6 - 0,054 nm. I følge Pauling-skalaen er elektronegativiteten til silisium 1,9. Selv om silisium vanligvis er klassifisert som et ikke-metall, inntar det i en rekke egenskaper en mellomposisjon mellom metaller og ikke-metaller.
I fri form - brunt pulver eller lysegrå kompakt materiale med en metallisk glans.
Oppdagelseshistorie
Silisiumforbindelser har vært kjent for mennesker siden uminnelige tider. Men mennesket ble kjent med det enkle stoffet silisium for bare rundt 200 år siden. Faktisk var de første forskerne som fikk tak i silisium franskmannen J. L. Gay-Lussac (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis) og L.J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). De oppdaget i 1811 at oppvarming av silisiumfluorid med kaliummetall fører til dannelsen av et brunbrunt stoff:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, men forskerne selv trakk ikke den riktige konklusjonen om å få et nytt enkelt stoff. Æren av å oppdage et nytt grunnstoff tilhører den svenske kjemikeren J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob), som også varmet opp en forbindelse med sammensetning K 2 SiF 6 med kaliummetall for å produsere silisium. Han oppnådde det samme amorfe pulveret som de franske kjemikerne, og kunngjorde i 1824 et nytt elementært stoff, som han kalte "silisium." Krystallinsk silisium ble oppnådd først i 1854 av den franske kjemikeren A. E. Sainte-Clair Deville (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Å være i naturen
Når det gjelder overflod i jordskorpen, er silisium nummer to blant alle grunnstoffer (etter oksygen). Silisium utgjør 27,7 % av massen til jordskorpen. Silisium er en komponent i flere hundre forskjellige naturlige silikater (cm. SILIKATER) og aluminiumsilikater (cm. ALUMINIUMSILIKATER). Silisiumdioksyd, eller silisiumdioksid, er også utbredt (cm. SILICONDIOKSID) SiO 2 (elvesand (cm. SAND), kvarts (cm. KVARTS), flint (cm. FLINT) etc.), som utgjør omtrent 12 % av jordskorpen (i masse). Silisium forekommer ikke i fri form i naturen.
Kvittering
I industrien produseres silisium ved å redusere SiO 2-smelten med koks ved en temperatur på ca. 1800°C i lysbueovner. Renheten til silisiumet oppnådd på denne måten er ca. 99,9%. Siden silisium av høyere renhet er nødvendig for praktisk bruk, er det resulterende silisium klorert. Det dannes forbindelser med sammensetningen SiCl 4 og SiCl 3 H. Disse kloridene renses videre på forskjellige måter fra urenheter og i sluttfasen reduseres de med rent hydrogen. Det er også mulig å rense silisium ved først å skaffe magnesiumsilisid Mg 2 Si. Deretter oppnås flyktig monosilan SiH 4 fra magnesiumsilisid ved bruk av saltsyre eller eddiksyre. Monosilan renses videre ved rektifisering, sorpsjon og andre metoder, og spaltes deretter til silisium og hydrogen ved en temperatur på ca. 1000°C. Urenhetsinnholdet i silisium oppnådd ved disse metodene reduseres til 10-8-10-6 vekt%.
Fysiske og kjemiske egenskaper
Krystallgitter av silisium ansiktssentrert kubisk diamanttype, parameter a = 0,54307 nm (andre polymorfe modifikasjoner av silisium er oppnådd ved høye trykk), men på grunn av den lengre bindingslengden mellom Si-Si-atomer sammenlignet med lengden på C-C-bindingen, er hardheten til silisium betydelig mindre enn for diamant.
Silisiumtettheten er 2,33 kg/dm3. Smeltepunkt 1410°C, kokepunkt 2355°C. Silisium er skjørt, først når det varmes opp over 800°C blir det et plastisk stoff. Interessant nok er silisium gjennomsiktig for infrarød (IR) stråling.
Elementært silisium er en typisk halvleder (cm. HALVLEDERE). Båndgapet ved romtemperatur er 1,09 eV. Konsentrasjonen av strømbærere i silisium med egen ledningsevne ved romtemperatur er 1,5·10 16 m -3. De elektriske egenskapene til krystallinsk silisium er sterkt påvirket av mikrourenhetene det inneholder. For å oppnå silisiumenkrystaller med hullledningsevne, introduseres tilsetningsstoffer av gruppe III-elementer - bor i silisium. (cm. BOR (kjemisk grunnstoff)), aluminium (cm. ALUMINIUM), gallium (cm. GALLIUM) og India (cm. INDIUM), med elektronisk ledningsevne - tilsetninger av elementer fra gruppe V - fosfor (cm. FOSFOR), arsenikk (cm. ARSENIKK) eller antimon (cm. ANTIMON). De elektriske egenskapene til silisium kan varieres ved å endre prosessforholdene til enkeltkrystaller, spesielt ved å behandle silisiumoverflaten med forskjellige kjemiske midler.
Kjemisk er silisium inaktivt. Ved romtemperatur reagerer den bare med fluorgass, noe som resulterer i dannelsen av flyktig silisiumtetrafluorid SiF 4 . Når det varmes opp til en temperatur på 400-500°C, reagerer silisium med oksygen for å danne dioksyd SiO 2, med klor, brom og jod for å danne de tilsvarende svært flyktige tetrahalogenidene SiHal 4.
Silisium reagerer ikke direkte med hydrogen; silisiumforbindelser med hydrogen er silaner (cm. SILANS) med den generelle formelen Si n H 2n+2 - oppnådd indirekte. Monosilane SiH 4 (ofte kalt ganske enkelt silan) frigjøres når metallsilicider reagerer med syreløsninger, for eksempel:
Ca 2 Si + 4 HCl = 2 CaCl 2 + SiH 4
Silan SiH 4 dannet i denne reaksjonen inneholder en blanding av andre silaner, spesielt disilan Si 2 H 6 og trisilan Si 3 H 8, der det er en kjede av silisiumatomer forbundet med enkeltbindinger (-Si-Si-Si -).
Med nitrogen danner silisium ved en temperatur på ca. 1000°C nitridet Si 3 N 4, med bor - de termisk og kjemisk stabile boridene SiB 3, SiB 6 og SiB 12. En forbindelse av silisium og dens nærmeste analog i henhold til det periodiske system - karbon - silisiumkarbid SiC (karborundum) (cm. CARBORUNDUM)) er preget av høy hardhet og lav kjemisk reaktivitet. Karborundum er mye brukt som et slipende materiale.
Når silisium varmes opp med metaller, dannes silicider (cm. SILISIDER). Silicider kan deles inn i to grupper: ionisk-kovalente (silicider av alkali, jordalkalimetaller og magnesium som Ca 2 Si, Mg 2 Si, etc.) og metalllignende (silicider av overgangsmetaller). Silicider av aktive metaller brytes ned under påvirkning av syrer; silicider av overgangsmetaller er kjemisk stabile og brytes ikke ned under påvirkning av syrer. Metalllignende silicider har høye smeltepunkter (opptil 2000°C). Metalllignende silicider av sammensetningene MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 og MSi 2 dannes oftest. Metalllignende silicider er kjemisk inerte og motstandsdyktige mot oksygen selv ved høye temperaturer.
Silisiumdioksid SiO 2 er et surt oksid som ikke reagerer med vann. Eksisterer i form av flere polymorfer (kvarts (cm. KVARTS), tridymitt, cristobalitt, glassaktig SiO 2). Av disse modifikasjonene er kvarts av størst praktisk betydning. Kvarts har piezoelektriske egenskaper (cm. PIESOELEKTRISKE MATERIALER), den er gjennomsiktig for ultrafiolett (UV) stråling. Den er preget av en veldig lav termisk ekspansjonskoeffisient, så retter laget av kvarts sprekker ikke under temperaturendringer på opptil 1000 grader.
Kvarts er kjemisk motstandsdyktig mot syrer, men reagerer med flussyre:
Si02 + 6HF =H2 + 2H2O
og hydrogenfluoridgass HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Disse to reaksjonene er mye brukt til glassetsing.
Når SiO 2 smelter sammen med alkalier og basiske oksider, samt med karbonater av aktive metaller, dannes silikater (cm. SILIKATER)- salter av svært svake vannuløselige kiselsyrer som ikke har en konstant sammensetning (cm. KILISSYRER) generell formel xH 2 O ySiO 2 (ganske ofte i litteraturen skriver de ikke særlig nøyaktig ikke om kiselsyrer, men om kiselsyre, selv om de faktisk snakker om det samme). For eksempel kan natriumortosilikat oppnås:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
kalsiummetasilikat:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
eller blandet kalsium og natriumsilikat:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Vindusglass er laget av Na 2 O·CaO·6SiO 2-silikat.
Det skal bemerkes at de fleste silikater ikke har en konstant sammensetning. Av alle silikater er det kun natrium- og kaliumsilikater som er løselige i vann. Løsninger av disse silikatene i vann kalles løselig glass. På grunn av hydrolyse er disse løsningene preget av et svært alkalisk miljø. Hydrolyserte silikater er preget av dannelsen av ikke sanne, men kolloidale løsninger. Når løsninger av natrium- eller kaliumsilikater surgjøres, faller det ut et gelatinøst hvitt bunnfall av hydratiserte kiselsyrer.
Det viktigste strukturelle elementet i både fast silisiumdioksid og alle silikater er gruppen, der silisiumatomet Si er omgitt av et tetraeder med fire oksygenatomer O. I dette tilfellet er hvert oksygenatom forbundet med to silisiumatomer. Fragmenter kan kobles til hverandre på forskjellige måter. Blant silikatene, i henhold til arten av forbindelsene i deres fragmenter, er de delt inn i øy, kjede, bånd, lagdelt, ramme og andre.
Når SiO 2 reduseres med silisium ved høye temperaturer, dannes silisiummonoksid av sammensetningen SiO.
Silisium er preget av dannelsen av organosilisiumforbindelser (cm. ORGANOSILON FORBINDELSER), hvor silisiumatomer er forbundet i lange kjeder på grunn av brodannende oksygenatomer -O-, og til hvert silisiumatom, i tillegg til to O-atomer, ytterligere to organiske radikaler R 1 og R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6 er festet H 5, CH 2 CH 2 CF 3, etc.
applikasjon
Silisium brukes som halvledermateriale. Kvarts brukes som piezoelektrisk, som materiale for fremstilling av varmebestandige kjemiske (kvarts) kokekar og UV-lamper. Silikater er mye brukt som byggematerialer. Vindusglass er amorfe silikater. Organosilisiummaterialer kjennetegnes ved høy slitestyrke og er mye brukt i praksis som silikonoljer, lim, gummi og lakk.
Biologisk rolle
For noen organismer er silisium et viktig biogent element (cm. BIOGENE ELEMENTER). Det er en del av bærende strukturer i planter og skjelettstrukturer hos dyr. Silisium konsentreres i store mengder av marine organismer - kiselalger. (cm. DIATOMALGER), radiolariere (cm. RADIOLARIA), svamper (cm. SVAMPER). Menneskelig muskelvev inneholder (1-2)·10 -2 % silisium, beinvev - 17·10 -4 %, blod - 3,9 mg/l. Opptil 1 g silisium kommer inn i menneskekroppen med mat hver dag.
Silisiumforbindelser er ikke giftige. Men innånding av sterkt dispergerte partikler av både silikater og silisiumdioksid, dannet for eksempel under sprengningsoperasjoner, ved meisling av stein i gruver, under drift av sandblåsemaskiner etc., er svært farlig SiO 2 mikropartikler som kommer inn i lungene krystalliserer i dem, og de resulterende krystallene ødelegger lungevevet og forårsaker en alvorlig sykdom - silikose (cm. SILIKOSE). For å forhindre at dette farlige støvet kommer inn i lungene dine, bør du bruke en respirator for å beskytte luftveiene.
encyklopedisk ordbok. 2009 .
Synonymer:Se hva "silisium" er i andre ordbøker:
- (symbol Si), et utbredt grått kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske system, ikke-metall. Det ble først isolert av Jens BERZELIUS i 1824. Silisium finnes bare i forbindelser som SILICA (silisiumdioksid) eller i... ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok
Silisium- produseres nesten utelukkende ved karbotermisk reduksjon av silika ved bruk av lysbueovner. Det er en dårlig leder av varme og elektrisitet, hardere enn glass, vanligvis i form av et pulver eller oftere formløse deler... ... Offisiell terminologi
SILICON- kjemi. grunnstoff, ikke-metall, symbol Si (lat. Silicium), kl. n. 14, kl. m. 28,08; amorft og krystallinsk silisium (som er bygget av samme type krystaller som diamant) er kjent. Amorft K. brunt pulver med kubisk struktur i svært spredt... ... Big Polytechnic Encyclopedia
- (Silisium), Si, kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske system, atomnummer 14, atommasse 28,0855; ikke-metall, smeltepunkt 1415°C. Silisium er det nest mest tallrike grunnstoffet på jorden etter oksygen, innholdet i jordskorpen er 27,6 vektprosent. … … Moderne leksikon
Si (lat. Silicium * a. silicium, silisium; n. Silizium; f. silicium; i. siliseo), kjemisk. element av gruppe IV periodisk. Mendeleev-systemet, kl. n. 14, kl. m. 28.086. Det finnes 3 stabile isotoper i naturen: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Geologisk leksikon
- (Si), syntetisk monokrystall, halvleder. Punktsymmetrigruppe m3m, tetthet 2,33 g/cm3, Tsmelte=1417°C. Hardhet på Mohs skala 7, sprø, merkbar duktilitet. deformasjon begynner ved T>800°C. Termisk ledende, temperaturkoeffisient. lineær ... ... Fysisk leksikon
Silicium Dictionary of Russian synonyms. silisium substantiv, antall synonymer: 6 leucon (1) mineral ... Synonymordbok
Silisium- (Silisium), Si, kjemisk element av gruppe IV i det periodiske systemet, atomnummer 14, atommasse 28,0855; ikke-metall, smeltepunkt 1415°C. Silisium er det nest mest tallrike grunnstoffet på jorden etter oksygen, innholdet i jordskorpen er 27,6 vektprosent. … … Illustrert encyklopedisk ordbok
- (lat. Silicium) Si, kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske system, atomnummer 14, atommasse 28,0855. Mørkegrå krystaller med en metallisk glans; tetthet 2,33 g/cm³, smeltepunkt 1415.C. Motstandsdyktig mot kjemiske påvirkninger. Gjør opp... ... Stor encyklopedisk ordbok
SILICON, silisium, mange. nei, mann (kjemikalier). Et kjemisk grunnstoff som finnes i de fleste bergarter. Ushakovs forklarende ordbok. D.N. Ushakov. 1935 1940 … Ushakovs forklarende ordbok
Silisium (Si) – står i periode 3, gruppe IV av hovedundergruppen av det periodiske systemet. Fysiske egenskaper: silisium finnes i to modifikasjoner: amorf og krystallinsk. Amorft silisium er et brunt pulver med en tetthet på 2,33 g/cm3, løselig i metallsmelter. Krystallinsk silisium er mørkegrå krystaller med stålglans, harde og sprø, med en tetthet på 2,4 g/cm3. Silisium består av tre isotoper: Si (28), Si (29), Si (30).
Kjemiske egenskaper: elektronisk konfigurasjon: 1s22s22p63 s23p2 . Silisium er et ikke-metall. På det ytre energinivået har silisium 4 elektroner, som bestemmer oksidasjonstilstandene: +4, -4, -2. Valens – 2.4 Amorft silisium har større reaktivitet enn krystallinsk silisium. Under normale forhold interagerer det med fluor: Si + 2F2 = SiF4. Ved 1000 °C reagerer Si med ikke-metaller: CL2, N2, C, S.
Av syrene reagerer silisium bare med en blanding av salpetersyre og flussyre:
Det oppfører seg annerledes i forhold til metaller: i smeltet Zn, Al, Sn, Pb løses det godt opp, men reagerer ikke med dem; Silisium interagerer med andre metallsmelter - med Mg, Cu, Fe - for å danne silicider: Si + 2Mg = Mg2Si. Silisium brenner i oksygen: Si + O2 = SiO2 (sand).
Silisiumdioksid eller silika– stabil forbindelse Si, vidt distribuert i naturen. Den reagerer ved å smelte den sammen med alkalier og basiske oksider, og danner kiselsyresalter - silikater. Kvittering: I industrien oppnås silisium i sin rene form ved å redusere silisiumdioksid med koks i elektriske ovner: SiO2 + 2C = Si + 2CO?.
I laboratoriet oppnås silisium ved kalsinering av hvit sand med magnesium eller aluminium:
Si02 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.
Silisium danner syrer: H2 SiO3 - meta-kiselsyre; H2 Si2O5 er dimetasilisic syre.
Å finne i naturen: kvartsmineral – SiO2. Kvartskrystaller er formet som et sekskantet prisme, fargeløse og gjennomsiktige, og kalles bergkrystall. Ametyst er en bergkrystall farget lilla med urenheter; røykfylt topas er brunaktig i fargen; agat og jaspis er krystallinske varianter av kvarts. Amorf silika er mindre vanlig og eksisterer i form av opalmineralet SiO2 nH2O. Kiselgur, tripoli eller kiselgur (kiselgur) er jordnære former av amorft silisium.
42. Konseptet med kolloidale løsninger
Kolloide løsninger– sterkt dispergerte tofasesystemer, bestående av et dispersjonsmedium og en dispergert fase. Partikkelstørrelsene ligger mellom sanne løsninger, suspensjoner og emulsjoner. U kolloidale partikler molekylær eller ionisk sammensetning.
Det er tre typer indre struktur av primærpartikler.
1. Suspensoider (eller irreversible kolloider)– heterogene systemer, hvis egenskaper kan bestemmes av den utviklede interfaseoverflaten. Sammenlignet med suspensjoner er de mer spredt. De kan ikke eksistere i lang tid uten en dispersjonsstabilisator. De kalles irreversible kolloider på grunn av at sedimentene deres ikke danner soler igjen etter fordampning. Konsentrasjonen deres er lav - 0,1%. De skiller seg litt fra viskositeten til det dispergerte mediet.
Suspensoider kan fås:
1) metoder for spredning (knusing av store kropper);
2) kondensasjonsmetoder (produksjon av uløselige forbindelser ved bruk av utvekslingsreaksjoner, hydrolyse, etc.).
Den spontane reduksjonen i dispersitet i suspensjoner avhenger av den frie overflateenergien. For å oppnå en langvarig suspensjon er det nødvendig med betingelser for å stabilisere den.
Stabile spredningssystemer:
1) dispersjonsmedium;
2) dispergert fase;
3) stabilisator av det dispergerte systemet.
Stabilisatoren kan være ionisk, molekylær, men oftest høymolekylær.
Beskyttende kolloider– høymolekylære forbindelser som tilsettes for stabilisering (proteiner, peptider, polyvinylalkohol, etc.).
2. Assosiative (eller micellære kolloider) – semikolloider som oppstår når det er tilstrekkelig konsentrasjon av molekyler som består av hydrokarbonradikaler (difile molekyler) av lavmolekylære stoffer når de assosieres til aggregater av molekyler (miceller). Miceller dannes i vandige løsninger av vaskemidler (såper), organiske fargestoffer.
3. Molekylære kolloider (reversible eller lyofile kolloider) – naturlige og syntetiske høymolekylære stoffer med høy molekylvekt. Molekylene deres har størrelsen på kolloidale partikler (makromolekyler).
Fortynnede løsninger av kolloider av høymolekylære forbindelser er homogene løsninger. Når de er sterkt fortynnede, følger disse løsningene lovene for fortynnede løsninger.
Ikke-polare makromolekyler oppløses i hydrokarboner, polare - i polare løsningsmidler.
Reversible kolloider– stoffer hvis tørre rester, ved tilsetning av en ny del av løsningsmidlet, går i løsning igjen.
Laster inn...
