Silisium: søknad, kjemiske og fysikalske egenskaper

En av de vanligste elementene i naturen er silisium eller silisium. En slik bred spredning snakker om betydningen og betydningen av dette stoffet. Dette ble raskt forstått og lært av folk som lærte å riktig bruke silisium til eget bruk. Programmet er basert på spesielle egenskaper, som vi snakker om senere.

Silisium er et kjemisk element

Hvis vi gir en egenskap av dette elementet etter posisjon i det periodiske systemet, kan vi utpeke følgende viktige punkter:

1. Serienummeret er 14.
2. Perioden er den tredje små.
3. Gruppe - IV.
4. Undergruppen er hovedundergruppen.
5. Strukturen av det ytre elektronskallet uttrykkes av formelen 3s ² 3p ² .
6. Element silisium er betegnet med kjemisk symbol Si, som er uttalt "silisium".
7. Graden av oksidasjon som den viser: -4; 2; 4.
8. Atomenes valens er IV.
9. Atommassen av silisium er 28,086.
10. I naturen er det tre stabile isotoper av dette elementet med massenummer 28, 29 og 30.

Silisiumatomet fra kjemisk synspunkt er således et tilstrekkelig studert element, mange av dets forskjellige egenskaper er beskrevet.

Historien om oppdagelsen

Siden naturen er veldig populær og massivt tilfredsstilt, er det nettopp de forskjellige forbindelsene til elementet som gjelder som folk brukte fra tid til annen og visste om egenskapene til mange av dem. Ren silisium i lang tid forblir utover kunnskap om mann i kjemi.

De mest populære stoffene som brukes i hverdagen og industrien av folkene fra gamle kulturer (f.eks. Egyptere, romere, kinesere, Rusich, persere osv.) Var verdifulle og prydende steiner basert på silisiumoksid. Disse inkluderer:

• opal;
• Rock krystall;
• topas;
• krysopras;
• onyx;
• Chalcedony og andre.

Det har også blitt brukt siden antikken å bruke kvarts og kvarts sand i byggebransjen. Det elementære silisiumet forblir imidlertid ukjent frem til 1800-tallet, selv om mange forskere forsøkte forgjeves å isolere det fra forskjellige forbindelser, ved hjelp av disse katalysatorene og høye temperaturer, og til og med elektrisk strøm. Disse er så lyse sinn som:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Vellykket oppnådd silisium i sin rene form ble oppnådd av Jens Jacobs Berzelius i 1823. For å gjøre dette gjennomførte han et forsøk på sammensmelting av silisiumfluorid og metallisk kaliumdamp. Som et resultat ble det oppnådd den amorfe modifikasjon av elementet som ble vurdert. Den samme forskeren ble tilbudt et latinsk navn for det åpne atom.

Litt senere, i 1855, var en annen forsker - Saint Clair-Deville - i stand til å syntetisere et annet allotropisk utvalg - krystallinsk silisium. Siden da har kunnskap om dette elementet og dets egenskaper blitt svært raskt etterfylt. Folk innså at det har unike funksjoner som kan brukes svært kompetent for å møte sine egne behov. Derfor er i dag en av de mest etterspurte elementene i elektronikk og ingeniørbruk silisium. Dens søknad utvider bare sine grenser hvert år.

Det russiske navnet ble gitt til forskeren ved Hess i 1831. Det er dette som har blitt løst til denne dagen.

Innhold i naturen

Ved utbredelsen i naturen opptar silisium det andre stedet etter oksygen. Dens prosentandel i forhold til andre atomer i jordskorpenes sammensetning er 29,5%. I tillegg er karbon og silisium to spesielle elementer som er i stand til å danne kjeder, forbinder med hverandre. Det er derfor sistnevnte er kjent for mer enn 400 forskjellige naturlige mineraler, der det er inneholdt i litosfæren, hydrokfæren og biomassen.

Hvor nøyaktig inneholder silisium?

1. I dype lag av jord.
2. I bergarter, innskudd og massiver.
3. På bunnen av vannkroppene, spesielt hav og hav.
4. I planter og marine innbyggere i dyreriket.
5. I menneskekroppen og jorddyr.

Du kan identifisere flere av de vanligste mineraler og bergarter, der det er et stort antall silisium. Deres kjemi er slik at masseinnholdet i et rent element i dem når 75%. Den bestemte figuren avhenger imidlertid av typen materiale. Så, steiner og mineraler med silisiuminnhold:

• feltspat;
• glimmer;
• amphibole;
• opaler;
• kalsedon;
• silikater;
• sandstein;
• aluminiumsilikater;
• Leire og andre.

Akkumulerer i skallene og ytre skjelettene av marine dyr, danner silisium til slutt kraftige forekomster av silika på bunnen av reservoarene. Dette er en av de naturlige kildene til dette elementet.

I tillegg ble det funnet at silisiumet kan eksistere i ren innfødt form - i form av krystaller. Men slike innskudd er svært sjeldne.

Fysiske egenskaper av silisium

Hvis vi gir karakteristikk for elementet som vurderes i form av et sett med fysisk-kjemiske egenskaper, så er det først og fremst nødvendig å utpeke fysiske parametere. Her er noen grunnleggende:

1. Det er to allotrope modifikasjoner - amorfe og krystallinske, som varierer i alle egenskaper.
2. Krystallgitteret ligner på en diamant, fordi karbon og silisium er nesten identiske i denne forbindelse. Imidlertid er avstanden mellom atomer forskjellig (silisium har mer), så diamanten er mye vanskeligere og sterkere. Gittertypen er kubisk ansikts-sentrert.
3. Stoffet er svært skjøre, det blir plast ved høye temperaturer.
4. Smeltepunktet er 1415 ° C.
5. Kokepunktet er 3250 ° C.
6. Tettheten av stoffet er 2,33 g / cm3.
7. Fugen på fugen er silverygrå, en karakteristisk metallisk glans er uttrykt.
8. Har gode halvlederegenskaper, som kan variere ved tilsetning av visse midler.
9. Det oppløses ikke i vann, organiske løsemidler og syrer.
10. Spesielt løselig i alkalier.

De utpekte fysiske egenskapene til silisium tillater at folk administrerer det og bruker det til å skape forskjellige produkter. Så, for eksempel, er bruken av rent silisium i elektronikk basert på egenskapene til halvledningsevne.

Kjemiske egenskaper

De kjemiske egenskapene til silisium avhenger veldig mye av reaksjonsbetingelsene. Hvis vi snakker om det rene stoffet ved standardparametere, er det nødvendig å utpeke svært lav aktivitet. Både krystallinsk og amorft silisium er meget inert. Ikke interagere med sterke oksidanter (unntatt fluor), eller med sterke reduksjonsmidler.

Dette skyldes det faktum at en oksidfilm av SiO _{2 er} umiddelbart dannet på overflaten av stoffet, som forhindrer ytterligere interaksjoner. Det er i stand til å danne under påvirkning av vann, luft, damp.

Hvis imidlertid standardbetingelsene endres og silisium oppvarmes til en temperatur over 400 ° C, vil dens kjemiske aktivitet øke kraftig. I dette tilfellet reagerer han med:

• oksygen;
• En rekke halogener;
• hydrogen.

Med en ytterligere temperaturøkning er det mulig å danne produkter ved samhandling med bor, nitrogen og karbon. Spesiell betydning er karborundum-SiC, da det er et godt slipemiddel.

Også de kjemiske egenskapene til silisium er tydelig spores i reaksjoner med metaller. I forhold til dem er det et oksidasjonsmiddel, derfor kalles produktene silikider. Slike forbindelser er kjent for:

• alkalisk;
• Alkalisk jord;
• Overgangsmetaller.

Uvanlige egenskaper har en forbindelse oppnådd ved smelting av jern og silisium. Det kalles ferrosilisium keramikk og brukes med suksess i industrien.

Med komplekse stoffer kommer ikke silisium inn i samspillet, derfor av alle deres varianter kan det bare oppløses i:

• Royal vodka (en blanding av salpetersyre og saltsyre);
• Caustiske alkalier.

I dette tilfellet må temperaturen på løsningen være minst 60 ° C. Alt dette bekrefter igjen stoffets fysiske grunnlag - et diamantlignende stabilt krystallgitter som gir styrke og treghet.

Metoder for å oppnå

Å få silisium i ren form er en kostnadskrevende prosess økonomisk. I tillegg, på grunn av egenskapene, gir enhver metode kun 90-99% rent produkt, mens forurensninger i form av metaller og karbon forblir de samme. Så bare å få ting er ikke nok. Det bør også rengjøres kvalitativt fra fremmede elementer.

Generelt utføres produksjonen av silisium på to hovedveier:

1. Av hvit sand, som er rent silisiumoksid SiO ₂ . Når det kalsineres med aktive metaller (oftest med magnesium), dannes et fritt element i form av en amorf modifikasjon. Renheten av denne metoden er høy, produktet er oppnådd med 99,9 prosent utbytte.
2. En mer utbredt metode i industriell skala er sintringen av en smelte av sand med koks i spesialiserte termiske ovner for steking. Denne metoden ble utviklet av den russiske forskeren N. Beketov.

Videre bearbeiding består i å utsette produktene for rengjøringsmetoder. For dette brukes syrer eller halogener (klor, fluor).

Amorf silisium

Silisiumkarakteristikken vil være ufullstendig hvis man ikke separat vurderer hver av sine allotrope modifikasjoner. Den første av disse er amorf. I denne tilstanden er stoffet vi vurderer et bruntbrunt pulver, fint dispergert. Har en høy grad av hygroskopisitet, utviser ganske høy kjemisk aktivitet ved oppvarming. Under standardbetingelser er det kun i stand til å samhandle med den sterkeste oksidanten - fluor.

Å ringe amorft silisium bare en slags krystallinsk er ikke helt riktig. Gitteret viser at dette stoffet bare er en form for fint dispergert silisium, som eksisterer i form av krystaller. Derfor er disse endringene som den samme forbindelsen.

Imidlertid er deres egenskaper forskjellige, og derfor er det vanlig å snakke om allotropi. I seg selv har amorft silisium en høy lysabsorberende kapasitet. I tillegg er denne indikatoren under visse forhold flere ganger større enn den for en krystallinsk form. Derfor brukes den til tekniske formål. I formet som vurderes (pulver), blir forbindelsen lett påført på en hvilken som helst overflate, enten plast eller glass. Derfor er amorft silisium så praktisk for bruk. Søknaden er basert på produksjon av solbatterier av forskjellige størrelser.

Selv om forringelsen av batterier av denne typen er ganske rask, noe som er forbundet med slitasje av en tynn film av materie, øker søknaden og etterspørselen imidlertid bare. Tross alt, selv om kort tid, kan solceller basert på amorft silisium gi energi til hele virksomheten. I tillegg er produksjonen av et slikt stoff ikke-avfall, noe som gjør det svært økonomisk.

En slik modifikasjon oppnås ved å redusere forbindelsene med aktive metaller, for eksempel natrium eller magnesium.

Krystallinsk silisium

Silverygrå skinnende modifikasjon av elementet i spørsmålet. Det er dette skjemaet som er det vanligste og mest populære. Dette forklares av settet av kvalitative egenskaper som dette stoffet har.

Karakteristisk for silisium med krystallgitter inkluderer klassifisering av arten sin, siden det er flere av dem:

1. Elektronisk kvalitet - den reneste og høyeste kvaliteten. Denne typen brukes i elektronikk for å skape spesielt sensitive instrumenter.
2. Solkvalitet. Navnet i seg selv definerer bruksomfanget. Det er også ganske høyt i renhets silisium, som er nødvendig for å skape høyverdige og langvarige solceller. Fotoelektriske omformere opprettet på grunnlag av en krystallstruktur er mer kvalitative og slitesterke enn de som er opprettet ved hjelp av amorf modifikasjon ved forstøvning på en annen type substrat.
3. Teknisk silisium. I denne versjonen er disse stoffprøver som inneholder ca 98% av det rene elementet inkludert. Alt resten er brukt på ulike typer urenheter:

• bor;
• aluminium;
• klor;
• karbon;
• Fosfor og andre.

Den siste varianten av stoffet i spørsmålet benyttes til fremstilling av polykrystaller av silisium. Omkrystalliseringsprosesser utføres for dette formål. Som en konsekvens, når det gjelder renhet, oppnås produkter som kan henvises til grupper av sol og elektronisk kvalitet.

Av sin natur er polysilikon et mellomprodukt mellom en amorf modifikasjon og en krystallinsk. Med dette alternativet er det lettere å jobbe, det er bedre behandlet og rengjort med fluor og klor.

Produkter som følger av dette kan klassifiseres som følger:

• Multisilicium;
• Enkelt krystall;
• Formede krystaller;
• Silisiumskrot;
• Teknisk silisium;
• Avfallsprodukter i form av rusk og skrapmateriale.

Hver av dem finner søknad i industrien og brukes av mannen helt. Derfor anses produksjonsprosessene knyttet til silisium som ikke-avfall. Dette reduserer signifikant sin økonomiske verdi, men påvirker ikke kvaliteten.

Bruken av rent silisium

Produksjonen av silisium i industrien er godt etablert, og omfanget er ganske stor. Dette skyldes det faktum at dette elementet, både rent og i form av forskjellige forbindelser, er bredt distribuert og etterspurt i ulike grener av vitenskap og teknologi.

Hvor er krystallinsk og amorft silisium brukt i ren form?

1. I metallurgi som legeringsadditiv, som er i stand til å forandre egenskapene til metaller og deres legeringer. Så brukes den i smeltingen av stål og støpejern.
2. Ulike typer stoffer brukes til å lage en renere versjon - polysilikon.
3. Forbindelser av silisium med organiske stoffer - dette er en hel kjemisk industri, som har fått spesiell popularitet i dag. Silisium-organiske materialer brukes i medisin, i produksjon av retter, verktøy og mye mer.
4. Produksjon av ulike solbatterier. Denne metoden for å skaffe energi er en av de mest lovende i fremtiden. Økologisk rent, økonomisk levedyktig og slitesterk - de viktigste fordelene ved slik elektrisitet.
5. Silikon for tennere har vært brukt i lang tid. Selv i oldtiden brukte folk flint til å få en gnist når de tenner en brann. Dette prinsippet er basert på produksjon av lightere av ulike slag. I dag finnes det arter der flinten er erstattet av en legering av en viss sammensetning, noe som gir et enda raskere resultat (gnistdannelse).
6. Elektronikk og solenergi.
7. Produksjon av speil i gasslaserinnretninger.

Således har rent silisium en rekke fordelaktige og spesielle egenskaper, slik at den kan brukes til å skape viktige og nødvendige produkter.

Påføring av silisiumforbindelser

I tillegg til en enkel substans som brukes og forskjellige silisiumforbindelser som er svært utbredt. Det er en hel industri som kalles silikat. Den er basert på bruk av ulike stoffer, som inkluderer denne awesome elementet. Hva er sammenhengen og som er produsert?

1. Kvartssand eller elv - SiO _2. Den brukes til fremstilling av bygningen og dekorative materialer, slik som sement og glass. Ved hjelp av slike materialer er velkjent. Ingen av konstruksjonen er ikke uten datakomponenter, noe som bekrefter viktigheten av silisiumforbindelser.
2. Silikat keramikk, som omfatter materialer slik som steingods, porselen, stein og produkter basert på disse. Disse komponentene er brukt i medisin, i produksjon av servise, dekorasjoner, husholdningsartikler, bygging og andre innenlandske områder av menneskelig aktivitet.
3. Silikonforbindelser - silikon, silika, silikonolje.
4. Silikat lim - brukes som et kontor, i pyroteknikk og konstruksjon.

Silicon, prisen som varierer på verdensmarkedet, men ikke krysser nedover mark på 100 russiske rubler per kilo (krystall) er en populær og verdifull substans. Naturligvis, kan forbindelsene med dette elementet, så vel og mye brukt.

Den biologiske rolle av silisium

I form av betydning for den gjenstand av silicium uten betydning. Dets innhold og fordeling til vev er som følger:

• 0,002% - muskel;
• 0.000017% - ben;
• Blod - 3,9 mg / l.

Hver dag skulle falle i omtrent ett gram av silisium, eller vil utvikle sykdommen. Dødelig er ikke blant dem, men forlenget sult silisium fører til:

• hårtap;
• utseendet på akne og kviser;
• skjørhet og skjørhet av bein;
• lys kapillær permeabilitet;
• tretthet og hodepine;
• fremveksten av en rekke blåmerker og blåmerker.

For planter, silisium - essensielle sporelementer som er nødvendig for normal vekst og utvikling. Dyrestudier har vist at disse individene blir bedre, som daglig bruker en tilstrekkelig mengde av silisium.