הסיליקון ותרכובותיו. הסיליקון בטבע. יישום של סיליקון

אחד הפופולריים ביותר בתחום הטכנולוגיהאלמנטי תעשייה הוא סיליקון. זה חייב לו את המאפיינים המיוחדים שלו. כיום ישנן תרכובות רבות שונות של אלמנט זה, אשר ממלאות תפקיד חשוב בסינתזה ויצירת מוצרים טכניים, כלי זכוכית, זכוכית, ציוד, חומרי בניין, תכשיטים ותעשיות אחרות.

מאפיינים כלליים של סיליקון

אם ניקח בחשבון את המיקום של סיליקון במערכת מחזורית, אז נוכל לומר את זה:

1. הוא ממוקם בקבוצת IV של תת הקבוצה הראשית.
2. המספר הסידורי הוא 14.
3. המסה האטומית היא 28,086.
4. סמל כימי.
5. השם הוא סיליקון, או בלטינית - סיליקון.
6. תצורה אלקטרונית של השכבה החיצונית 4e: 2e: 8e.

הסריג הגבישי של הסיליקון דומה לסריגיהלום. ב הצמתים יש אטומים, סוג שלה - מעוקב הפנים מרוכז. עם זאת, בשל אורך האג"ח ארוך יותר, התכונות הפיסיקליות של סיליקון שונים מאוד מאלו של שינוי allotropic של פחמן.

תכונות פיסיקליות וכימיות

ישנם שני שינויים allotropic של זהאלמנט: אמורפי וגבישי. הם דומים מאוד. עם זאת, כמו במקרה של חומרים אחרים, ההבדל העיקרי ביניהם הוא סריג קריסטל של סיליקון.

במקרה זה, שני השינויים הם אבקות בצבעים שונים.

1. סיליקון גבישי הוא אבקה מבריקה אפורה כהה, דומה מתכת. המבנה שלה מתאים יהלום, אבל המאפיינים שונים. יש לו:

• שבירות;
• קשיות נמוכה;
• תכונות מוליכים למחצה;
• נקודת התכה 1415⁰C;
• צפיפות של 2.33 גרם / ס"מ³;
• נקודת רתיחה 2700⁰C

הפעילות הכימית שלו נמוכה בהשוואה לצורה אלטרופית אחרת.

2. סיליקון אמורפי הוא חום חום אבקה עם מבנה של יהלום disordered חזק. הפעילות הכימית גבוהה למדי.

באופן כללי, יש לציין כי סיליקון לא אוהב להצטרף לתגובה. כדי לגרום לזה להגיב, אתה צריך טמפרטורה של לפחות 400-500⁰ג. בתנאים אלה נוצרים תרכובות כימיות שונות של סיליקון. כגון:

• תחמוצות;
• halides;
• סיליצידים;
• ניטרידים;
• borides;
• קרבידים.

אינטראקציה של סיליקון עם חנקתיחומצה או אלקלי, אשר יש את השם של תהליך תחריט. תרכובות סיליקון מופצות באופן נרחב, אשר הופכים נפוצים יותר היום.

להיות בטבע

הסיליקון בטבע מכיל די כבדכמות. זה במקום השני לאחר חמצן בשכיחות. חלק המסה שלה הוא כ -30%. מי הים מכילים גם אלמנט זה בריכוז משוער של 3 מ"ג / ליטר. לכן, אנחנו לא יכולים לומר כי סיליקון בטבע הוא מרכיב נדיר.

נהפוך הוא, יש הרבה סלעים ומינרלים שונים בהרכב שבו הוא נמצא וממנו ניתן לחלץ. תרכובות הסיליקון הטבעיות הנפוצות ביותר הן כדלקמן:

1. סיליקה. נוסחה כימית SiO₂. יש די מגוון של צורות של מינרלים וסלעים על בסיסו: חול, אבן צור, פצלת השדה, קוורץ, אבן קריסטל, אחלמה, שוהם, קרנליאן, אופל, ישפה, ואחרים.
2. סיליקטים ו aluminosilicates. קאולין, ספאר, נציץ, מלחים של חומצה סיליקית, אסבסט, טלק.

לפיכך, התפשטות בטבע של סיליקון נפוץ, תרכובות שלה פופולריים בביקוש בקרב אנשים לשימוש למטרות טכניות.

הסיליקון ותרכובותיו

מאחר שבצורה הטהורה האלמנט הנדוןזה לא יכול להתקיים, ולכן, קשרים שונים שלה הם בעלי חשיבות רבה. מנקודת מבט כימית, הוא יכול להציג שלוש מדינות חמצון: +2, +4, -4. כתוצאה מכך, וגם מן האינרטיביות שלו, אבל מוזר במבנה של סריג קריסטל, הוא יוצר את הסוגים העיקריים של חומרים עיקריים:

• תרכובות בינאריות עם לא מתכות (silane, קרביד, ניטריד, פוספיד וכן הלאה;
• תחמוצות;
• חומצה סילית;
• סיליקטים של מתכות.

הבה נבחן ביתר פירוט את החשיבות של הסיליקון ותרכובותיו, שהן הנפוצות ביותר ונטענו עבור אנשים.

תחמוצות הסיליקון

ישנם שני סוגים של חומר זה, לידי ביטוי נוסחאות:

• SiO;
• סו₂.

עם זאת, הנפוץ ביותר הוא דו חמצני. הוא קיים בטבע בצורה של אבנים חצי יקרות מאוד יפה:

• אֶגֶט;
• חולשה;
• אופל;
• קרנליאן;
• ג'ספר;
• אמטיסט;
• ריינסטון.

השימוש בסיליקון בצורה זו מצא את שלויישום בייצור של תכשיטים. תכשיטי זהב ותכשיטים יפים להפליא נעשים באבנים חצי יקרות וקישוטיות.

עוד כמה וריאציות של דו תחמוצת הסיליקון:

• קוורץ;
• נהר וחול קוורץ;
• צור;
• פלדספאר.

השימוש בסיליקון במינים כאלה הוא הביןעבודות בנייה, הנדסה, אלקטרוניקה אלקטרונית, תעשייה כימית, מטלורגיה. כל תחמוצות אלה מופנים חומר אחד - סיליקה.

סיליקון קרביד ויישומה

הסיליקון ותרכובותיו הם החומרים של העתידואת ההווה. חומר אחד כזה הוא carborundum או קרביד של אלמנט זה. הנוסחה הכימית היא SiC. מתרחשת בטבע בצורה של מינרל moissanite.

בצורה טהורה, השילוב של פחמן וסיליקון הוא גבישים שקופים ויפים הדומים למבני יהלומים. עם זאת, למטרות טכניות, החומרים צבועים ירוק ושחור משמשים.

המאפיינים העיקריים של חומר זה, המאפשר לו לשמש מטלורגיה, הנדסה, התעשייה הכימית, הן כדלקמן:

• מוליך למחצה רחב;
• דרגה גבוהה מאוד של כוח (7 בסולם המוס);
• עמיד בפני טמפרטורות גבוהות;
• יציבות חשמלית מעולה מוליכות תרמית.

כל זה מאפשר להשתמש carborundum באיכות החומר שוחקים במטלורגיה וסינתזה כימית. וגם על בסיס שלה לייצר נוריות של מגוון רחב של פעולה, פרטים עבור הכבשן כור זכוכית, חרירי, לפידים, תכשיטים (moissanite מוערך מעל phianite).

סילאן ומשמעותו

מתחם המימן של הסיליקון יש את השםsilane ולא ניתן להשיג על ידי סינתזה ישירה מהחומרים המוצא. כדי לייצר את זה, silicides של מתכות שונות משמשים, אשר מטופלים עם חומצות. כתוצאה מכך, silane גזי הוא משוחרר מלח מתכת נוצר.

מעניין, המתחם המדוברהוא מעולם לא נוצר בבידוד. תמיד כתוצאה מהתגובה, מתקבלת תערובת של מונו-די-טריסילן, שבה אטומי הסיליקון קשורים זה לזה בשרשראות.

על ידי המאפיינים שלהם, תרכובות אלה הם סוכנים צמצום חזק. הם עצמם חמצון בקלות על ידי חמצן, לפעמים עם פיצוץ. עם הלוגנים, תגובות סוערות הן תמיד, עם שחרור גדול של אנרגיה.

תחומי היישום של silanes הם כדלקמן:

1. תגובות של סינתזות אורגניות, אשר לגרום להיווצרות של תרכובות organosilicon חשוב - סיליקונים, גומי, חומרי איטום, חומרי סיכה, תחליבים ועוד.
2. מיקרואלקטרוניקה (צגים גבישיים נוזליים, תוכניות טכניות משולבות, וכו ').
3. ייצור של polysilicon ultrapure.
4. רפואת שיניים בתותבות.

לכן, חשיבותה של silanes בעולם המודרני הוא גבוה.

חומצה סיליקית וסיליקטים

הידרוקסיד של האלמנט המדובר הוא חומצות סיליות שונות. הקצה:

• meta;
• אוטו;
• פולסיליקון וחומצות אחרות.

כולם חולקים מאפיינים משותפים - קיצונייםחוסר יציבות במדינה החופשית. הם בקלות להתפרק תחת השפעת הטמפרטורה. בתנאים רגילים, אין הרבה זמן, הופך הראשון לתוך סול, ולאחר מכן לתוך ג'ל. לאחר ייבוש, מבנים אלה נקראים ג'לי סיליקה. הם משמשים adsorbents במסננים.

חשוב מנקודת מבט תעשייתית הם מלחים של חומצות סיליקון - silicates. הם הבסיס לקבלת חומרים כגון:

• זכוכית;
• בטון;
• מלט;
• זאוליט;
• קאולין;
• חרסינה;
• faience;
• קריסטל;
• קרמיקה.

סיליקטים ממתכת אלקלי הם מסיסים, כל האחרים אינם. לכן, נתרן ואשלגן סיליקט נקראים זכוכית נוזלית. הדבק הכנסייתי הרגיל הוא מלח הנתרן של חומצה סילית.

אבל התרכובות המעניינות ביותר הן כולןאותו זכוכית. מה הם וריאנטים רק של החומר הזה המציא! כיום, הם מקבלים אפשרויות צבע, אופטי, מט. כלי זכוכית מדהימה עם הפאר שלה מגוון. כאשר תחמוצות מתכת מסוימים שאינם מתכות מתווספים לתערובת, מגוון של סוגי זכוכית יכול להיות מיוצר. לפעמים אפילו את אותו הרכב, אבל אחוז שונה של מרכיבים מוביל הבדל המאפיינים של החומר. דוגמה היא חרסינה ופיינס, הנוסחה של אשר הוא SiO₂* AL₂הו₃* K₂O.

זכוכית קוורץ הוא סוג של מוצר טהור במיוחד, הרכב אשר מתואר כמו דו תחמוצת הסיליקון.

תגליות בתחום תרכובות הסיליקון

במהלך השנים האחרונות, המחקר כברהוכח כי סיליקון ותרכובותיו הם המשתתפים החשובים ביותר במצב הרגיל של אורגניזמים חיים. עם מחסור או עודף של אלמנט זה, מחלות כגון:

• סרטן;
• שחפת;
• דלקת פרקים;
• קטרקט;
• צרעת;
• דיזנטריה;
• שיגרון;
• הפטיטיס ואחרים.

תהליכי ההזדקנות של האורגניזם קשורים גם הםתוכן כמותי של סיליקון. ניסויים רבים על יונקים הראו כי אם אלמנט חסר, התקפי לב, שבץ, סרטן לפתח וירוס הפטיטיס הופך פעיל.