Silicon: permohonan, kimia dan sifat-sifat fizikal

Salah satu elemen yang paling biasa dalam alam semula jadi - ia adalah silicium, atau silikon. pengedaran yang luas itu menunjukkan betapa pentingnya perkara itu. Ia dengan cepat difahami dan dipelajari orang yang belajar bagaimana untuk mengeksploitasi silikon. penggunaannya adalah berdasarkan sifat-sifat khas yang kita akan bercakap lanjut.

Silicon - unsur kimia

Jika anda memberikan penerangan item ini mengenai keadaan dalam sistem berkala, ia adalah mungkin untuk mengenal pasti perkara penting berikut:

1. nombor siri - 14.
2. Tempoh - kecil ketiga.
3. Group - IV.
4. Subkumpulan - rumah.
5. Struktur shell elektron luar dinyatakan oleh formula ² 3s 3p ^2.
6. unsur kimia silikon Si ditandakan dengan simbol, yang disebut sebagai "Silicium".
7. Pengoksidaan negeri yang ia mempamerkan: -4; 2; 4.
8. Valens atom adalah IV.
9. Silikon berat atom adalah 28,086.
10. Secara semula jadi, terdapat tiga isotop stabil unsur dengan nombor jisim 28, 29 dan 30.

Oleh itu, atom silikon dari sudut kimia pandangan - elemen yang cukup belajar, menyifatkan pelbagai ciri-ciri yang berbeza.

Sejarah penemuan

Sejak sifat daripada kandungan popular dan jisim adalah sebatian yang berbeza unsur, sejak zaman purba, orang digunakan untuk mengetahui tentang sifat-sifat dan nama-nama kepada kebanyakan mereka. silikon tulen lama kekal luar batas-batas pengetahuan manusia dalam bidang kimia.

Sebatian yang paling popular, yang telah digunakan di negara-negara domestik dan industri budaya kuno (Mesir, Rom, rusichi Cina, Parsi dan lain-lain) adalah berharga dan batu permata berdasarkan silikon oksida. Ini termasuk:

• opal;
• rock Kristal;
• topaz;
• chrysoprase;
• onyx;
• chalcedony dan lain-lain.

Juga menggunakan kuarza lama dan pasir kuarza dalam perniagaan pembinaan. Walau bagaimanapun, silikon unsur kekal tidak dapat diselesaikan sehingga abad ke XIX, walaupun ramai ahli-ahli sains telah cuba sia-sia untuk membezakannya daripada sebatian yang berbeza, menggunakan dan pemangkin, dan suhu yang tinggi, dan juga elektrik. Ini adalah fikiran yang terang, seperti:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Gemfri Devi;
• Antuan Lavuaze.

Melaksanakan berjaya mendapatkan silikon tulen berjaya Jens Jacobs Berzelius pada tahun 1823. Untuk ini beliau menghabiskan pengalaman fluorida wap pengaloian silikon dan kalium logam. Hasilnya, pengubahsuaian amorfus unsur. Para saintis yang sama telah dijemput untuk nama Latin untuk atom terbuka.

Masih kemudian, pada tahun 1855, seorang lagi ahli sains - St. Claire Deville - berjaya mensintesis pelbagai alotrop berbeza - silikon kristal. Kerana ilmu unsur ini dan sifat-sifatnya menjadi sangat cepat diisi semula. Orang telah sedar bahawa ia mempunyai ciri-ciri unik yang boleh dengan baik digunakan untuk memenuhi keperluan mereka sendiri. Oleh itu, hari ini salah satu yang paling dicari item dalam elektronik dan teknologi - adalah silikon. Penggunaannya hanya memperluaskan sempadannya setiap tahun.

Nama Rusia diberikan atom saintis Hess pada tahun 1831. Ia adalah ini dan melekat pada hari ini.

Kandungan dalam alam semula jadi

Kelaziman dalam alam semula jadi, silikon adalah kedua hanya untuk oksigen. peratusannya berbanding dengan atom lain yang terdiri daripada kerak - 29.5%. Di samping itu, karbon dan silikon - dua elemen khas yang boleh membentuk satu litar yang menghubungkan satu sama lain. Sebab itulah bagi yang lepas adalah lebih daripada 400 mineral semula jadi yang berbeza, sebagai sebahagian daripada yang dia dijumpai di dalam litosfera, hidrosfera dan biojisim.

Di mana sebenarnya terkandung silikon?

1. Di dalam lapisan tanah.
2. Batu-batu, takungan dan array.
3. Di bahagian bawah badan-badan air, terutama lautan dan laut.
4. Dalam tumbuh-tumbuhan dan hidupan laut dalam alam haiwan.
5. Pada manusia dan haiwan darat.

Anda boleh menandakan sebahagian daripada mineral yang paling biasa dan batu-batu sebagai sebahagian daripada yang hadir dalam jumlah yang besar daripada silikon. Bahan kimia mereka adalah seperti yang kandungan berat unsur tulen di dalamnya mencapai 75%. Walau bagaimanapun, angka sebenar bergantung kepada jenis bahan. Jadi, batu-batu dan mineral dengan kandungan silikon:

• feldspar;
• mika;
• amfibol;
• opal;
• chalcedony;
• silikat;
• batu pasir;
• silikat aluminium;
• tanah liat dan lain-lain.

Terkumpul dalam cengkerang dan exoskeletons haiwan marin, silikon akhirnya membentuk deposit silika yang kuat di bahagian bawah kolam. Ini adalah salah satu daripada sumber semula jadi unsur ini.

Tambahan pula, didapati bahawa Silicium mungkin wujud dalam bentuk asal tulin - dalam bentuk kristal. Tetapi deposit itu amat jarang berlaku.

Sifat-sifat fizikal silikon

Jika anda memberikan pencirian unsur set ciri-ciri fizikal dan kimia, pertama sekali ia adalah perlu untuk menetapkan parameter fizikal. Berikut adalah beberapa asas:

1. Ia wujud dalam dua pengubahsuaian allotropic - amorfus dan kristal, yang berbeza dalam semua hartanah.
2. Kristal kekisi adalah sangat serupa dengan berlian, kerana karbon dan silikon dalam hal ini adalah hampir serupa. Walau bagaimanapun, jarak antara atom yang berbeza (lebih daripada itu silikon), oleh itu berlian jauh lebih sukar dan kuat. jenis kekisi - wajah yang berpusatkan padu.
3. Produk ini adalah sangat rapuh, menjadi plastik pada suhu tinggi.
4. Suhu lebur adalah 1415˚S.
5. Takat didih - 3250˚S.
6. Bahan Ketumpatan - 2.33 g / cm ^3.
7. Warna Connection - kelabu perak, dinyatakan logam berselerak ciri.
8. Ia mempunyai ciri-semiconducting baik, yang mampu untuk mengubah dengan tambahan pelbagai agen.
9. Tidak larut dalam air, pelarut organik dan asid.
10. Khususnya larut dalam alkali.

Merujuk kepada sifat-sifat fizikal silikon membolehkan orang untuk mengurus dan menggunakannya untuk membuat pelbagai produk. Sebagai contoh, ciri-ciri berdasarkan penggunaan semiconductivity elektronik silikon tulen.

sifat kimia

sifat kimia silikon sangat bergantung kepada keadaan tindak balas. Jika kita bercakap mengenai bahan tulen pada tetapan standard, anda perlu menunjukkan aktiviti yang sangat rendah. Kedua-dua kristal dan silikon amorfus sangat lengai. Tidak berinteraksi dengan mana-mana agen pengoksidaan yang kuat (selain daripada fluorin) atau dengan agen penurunan yang kuat.

Ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa permukaan filem oksida bahan SiO ₂ terbentuk serta-merta, yang menghalang interaksi lanjut. Ia dapat dibentuk di bawah pengaruh air, udara dan wap.

Jika syarat-syarat standard tukar dan buat pemanasan silikon pada suhu di atas 400-an, kereaktifan akan meningkat dengan kukuh. Dalam kes ini, ia akan bertindak balas dengan:

• oksigen;
• semua jenis halogen;
• hidrogen.

Dengan peningkatan dalam suhu, pembentukan produk oleh tindak balas dengan boron, nitrogen dan karbon. Yang penting ialah karbida silikon - SiC, kerana ia adalah bahan kasar yang baik.

Juga, sifat kimia silikon dapat dilihat dengan jelas dalam tindak balas dengan logam. Terhadap mereka pengoksida dia, jadi produk yang dipanggil silicide. sebatian tersebut terkenal dengan:

• alkali;
• alkali;
• logam peralihan.

Kompaun mempunyai ciri-ciri yang luar biasa diperolehi apabila pengaloian besi dan silikon. Ia mengandungi nama seramik ferrosilicon dan telah berjaya digunakan dalam industri.

Dengan bahan-bahan kompleks bertindak balas silikon tidak masuk, jadi semua spesies mereka mampu untuk membubarkan sahaja:

• aqua regia (campuran nitrik dan asid hidroklorik);
• alkali kaustik.

Oleh itu suhu penyelesaian harus tidak kurang daripada 60 ° C. Semua ini mengesahkan bahan asas fizikal - berlian stabil kekisi kristal, memberikan kekuatan dan inertness.

Kaedah untuk penyediaan

Penyediaan silikon dalam bentuk tulen - proses ini agak mahal dari segi ekonomi. Tambahan pula, menurut sifat-sifat sama ada kaedah yang memberikan produk tulen hanya 90-99%, manakala kekotoran dalam bentuk logam dan karbon kekal masih. Jadi hanya mendapatkan barangan yang tidak mencukupi. Ia juga perlu kualitatif jelas unsur-unsur asing.

Secara umum, pengeluaran silikon dijalankan dalam dua cara utama:

1. pasir putih, yang merupakan silikon oksida tulen SiO _2. Calcining dengan logam aktif (biasanya magnesium) terbentuk dalam bentuk bebas dalam bentuk suatu pengubahsuaian amorfus. Kesucian kaedah ini adalah tinggi, produk ini diperolehi dengan hasil sebanyak 99.9 peratus.
2. Kaedah yang lebih biasa pada skala industri - pasir mencairkan pensinteran dengan kok dalam tanur terma khusus. Kaedah ini telah dibangunkan oleh saintis Rusia Beketovym N. N.

rawatan lanjut adalah pendedahan kepada pembersihan kaedah produk. Untuk tujuan ini, asid atau halogen (chloro, fluoro).

silikon amorfus

Silikon ciri akan lengkap jika kita tidak menganggap berasingan setiap yang pengubahsuaian allotropic. Yang pertama daripada mereka - adalah amorfus. Dalam bahan perhubungan negeri dianggap ini adalah serbuk coklat coklat, halus tersebar. Sangat hygroscopic, ia mempamerkan kereaktifan yang cukup tinggi apabila dipanaskan. Di bawah keadaan standard, mampu berinteraksi hanya dengan kuat pengoksida - fluorin.

Dipanggil silikon amorfus adalah sejenis kristal tidak sepenuhnya betul. kekisi menunjukkan bahawa bahan itu - adalah satu bentuk silikon halus yang sedia ada dalam bentuk kristal. Oleh itu, oleh itu, ini pengubahsuaian - kawasan yang sama.

Walau bagaimanapun, harta mereka berbeza-beza, jadi untuk bercakap tentang alotrop. Dengan sendirinya, silikon amorfus mempunyai kemampuan yang tinggi untuk svetopoglotitelnoy. Di samping itu, di bawah keadaan tertentu, penunjuk ini adalah lebih cepat daripada dari bentuk kristal yang sama. Oleh itu, ia digunakan untuk tujuan industri. Dalam bentuk ini (serbuk) kompaun adalah mudah digunakan untuk mana-mana permukaan, sama ada ia adalah plastik atau kaca. Oleh itu, ia adalah sesuai untuk digunakan adalah silikon amorfus. Aplikasi ini adalah berdasarkan kepada pengeluaran sel solar saiz yang berbeza.

Walaupun memakai bateri jenis ini agak cepat, disebabkan oleh lelasan bahan filem nipis, tetapi penggunaan dan permintaan hanya berkembang. Lagipun, walaupun dalam kehidupan yang singkat sel-sel solar berdasarkan silikon amorfus dapat membekalkan tenaga untuk keseluruhan perusahaan. Di samping itu, pengeluaran bahan itu tanpa sisa, yang menjadikan ia sangat menjimatkan.

Disediakan oleh pengurangan pengubahsuaian sebatian logam aktif, cth, sodium atau magnesium.

silikon kristal

Berkilat pengubahsuaian perak-kelabu unsur. Ia adalah bentuk ini adalah yang paling biasa dan paling popular. Ini dijelaskan oleh satu set ciri-ciri kualitatif dimiliki oleh bahan.

Ciri-ciri kekisi hablur silikon termasuk jenis klasifikasi, kerana beberapa daripada mereka:

1. kualiti elektronik - yang paling bersih dan yang paling tinggi. Ini adalah jenis yang digunakan dalam elektronik untuk membina instrumen yang sangat sensitif.
2. gred solar. Nama itu sendiri mentakrifkan kawasan penggunaan. Ia juga merupakan silikon ketulenan agak tinggi, yang penggunaannya adalah perlu untuk mewujudkan berkualiti tinggi dan lama berjalan panel solar. penukar fotoelektrik yang berdasarkan struktur kristal yang lebih kualitatif dan tahan daripada yang dibuat menggunakan pengubahsuaian amorfus oleh sputtering atas pelbagai jenis substrat.
3. silikon teknikal. Dalam jenis ini bahan-bahan adalah termasuk orang-orang sampel, yang mengandungi kira-kira 98% unsur tulen. Semua yang lain pergi ke pelbagai jenis kekotoran:

• boron;
• aluminium;
• chloro;
• karbon;
• fosforus dan lain-lain.

Jenis kedua bahan itu dalam soalan digunakan untuk mendapatkan polycrystals silikon. Untuk melakukan ini, menjalankan proses penghabluran semula. Akibatnya, kesucian yang diperolehi oleh produk itu, yang boleh dikaitkan dengan kumpulan kualiti solar dan elektronik.

Oleh polisilikon alam semula jadi - ia adalah pertengahan antara pengubahsuaian amorfus dan kristal. Dengan penjelmaan yang lebih mudah untuk bekerja, ia adalah lebih baik untuk boleh dikitar semula dan pembersihan fluorin dan klorin.

Produk yang hasilnya boleh dikategorikan seperti berikut:

• multisilicon;
• monocrystalline;
• kristal berbentuk;
• sekerap silikon;
• silikon teknikal;
• pengeluaran sisa dalam bentuk serpihan dan sisa bahan.

Setiap daripada mereka yang digunakan dalam industri dan digunakan oleh orang yang sama sekali. Oleh itu, proses pengeluaran, pada silikon, dianggap tidak sisa. Ini ketara mengurangkan nilai ekonominya, tanpa menjejaskan kualiti.

Menggunakan silikon tulen

industri pembuatan silikon mantap, dan skala adalah agak besar. Ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa elemen sebagai kosong, dan dalam bentuk pelbagai sebatian, adalah meluas dan permintaan dalam pelbagai bidang sains dan teknologi.

Di mana ia digunakan kristal dan silikon amorfus dalam bentuk yang paling tulen?

1. Dalam metalurgi sebagai tambahan pengaloian, keupayaan untuk mengubah sifat-sifat logam dan aloi mereka. Oleh itu, ia digunakan dalam peleburan keluli dan besi tuang.
2. jenis bahan meninggalkan penjelmaan pembuatan cleaner - polisilikon.
3. sebatian silikon dengan bahan organik - adalah industri kimia, yang amat popular hari ini. bahan silikon digunakan dalam perubatan, dalam pembuatan peralatan, alat dan banyak lagi.
4. Pengeluaran pelbagai panel solar. Kaedah mendapatkan tenaga adalah salah satu yang paling menjanjikan di masa akan datang. Mesra alam, kos efektif dan tahan lasak - kelebihan utama elektrik itu.
5. pemetik api silikon yang digunakan untuk masa yang sangat lama. Malah pada zaman purba manusia menggunakan percikan batu api bagi penyalaan api. Prinsip ini adalah asas bagi pengeluaran pelbagai jenis pemetik api. Hari ini, terdapat spesies di mana batu api digantikan dengan aloi komposisi tertentu, yang memberikan lebih banyak keputusan pantas (pengarkaan).
6. Elektronik dan tenaga solar.
7. zerkalets pengeluaran pada peranti laser gas.

Oleh itu, silikon tulen mempunyai banyak ciri-ciri berfaedah dan khas yang membolehkan untuk menggunakannya untuk mencipta produk yang penting dan perlu.

Penggunaan sebatian silikon

Selain daripada bahan yang mudah adalah sebatian silikon digunakan dan pelbagai yang sangat meluas. Terdapat keseluruhan industri yang dipanggil silikat. Ia adalah berdasarkan kepada penggunaan pelbagai bahan, termasuk item ini hebat. Apa yang berkaitan dan yang dihasilkan?

1. pasir kuarza atau sungai - SiO _2. Ia digunakan untuk membuat bangunan dan bahan-bahan hiasan, seperti simen dan kaca. Menggunakan bahan-bahan seperti yang diketahui umum. Tiada pembinaan tidak tanpa komponen data, yang mengesahkan kepentingan sebatian silikon.
2. seramik silikat, termasuk bahan-bahan seperti tembikar, porselin, bata dan produk berasaskan kepada mereka. Komponen ini digunakan dalam bidang perubatan, dalam pembuatan pinggan mangkuk, hiasan, barangan rumah, pembinaan dan bidang dalam negara lain aktiviti manusia.
3. sebatian silikon - silikon, silika, minyak silikon.
4. gam silikat - digunakan sebagai pejabat, dalam piroteknik dan pembinaan.

Silikon, harga yang berbeza-beza di pasaran dunia, tetapi tidak melintasi tanda menurun daripada 100 Rubles Rusia per kilogram (kristal) adalah bahan yang popular dan berharga. Secara semula jadi, sebatian unsur ini juga dan digunakan secara meluas.

Peranan biologi silikon

Dari segi kepentingan untuk badan silikon tanpa makna. kandungan dan pengedarannya ke tisu adalah seperti berikut:

• 0.002% - otot;
• 0.000017% - tulang;
• Darah - 3.9 mg / l.

Setiap hari perlu jatuh ke dalam kira-kira satu gram silikon, atau akan mendapat penyakit tersebut. Maut bukan di kalangan mereka, bagaimanapun berpanjangan kebuluran silikon membawa kepada:

• kehilangan rambut;
• kemunculan jerawat dan jerawat;
• kerapuhan dan kerapuhan tulang;
• cahaya kebolehtelapan kapilari;
• keletihan dan sakit kepala;
• kemunculan banyak lebam dan lebam.

Untuk tumbuh-tumbuhan, silikon - elemen surih yang penting yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan yang normal. kajian haiwan telah menunjukkan bahawa orang-orang individu berkembang lebih baik, yang setiap hari mengambil jumlah yang mencukupi daripada silikon.