הסיליקון ותרכובותיו. הסיליקון בטבע. יישום של סיליקון

אחד המבוקשים ביותר של הטכנולוגיה והאלמנטים בתעשייה הוא סיליקון. זה חייב לו את המאפיינים המיוחדים שלו. כיום, ישנם תרכובות שונות של אלמנט זה אשר ממלאים תפקיד חשוב בסינתזה ויצירה של מוצרים טכניים, כלי זכוכית, ציוד, חומרי בניין וגימור, 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.

קריסטל הסריגון דומה לסריג של היהלום. ב הצמתים הם אטומים, אשר סוג מעוקב הפנים מרוכז. עם זאת, בשל אורך האג"ח ארוך יותר, התכונות הפיסיקליות של סיליקון שונים מאוד מן המאפיינים של שינוי allotropic של פחמן.

תכונות פיסיקליות וכימיות

ישנם שני שינויים allotropic של אלמנט זה: אמורפי גבישי. 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 תואם יהלום, אבל המאפיינים שונים. יש לו:

• שבירות;
• קשיות נמוכה;
• תכונות מוליכים למחצה;
• נקודת היתוך 1415 ⁰ С;
• צפיפות של 2.33 גרם / ס"מ ³ ;
• נקודת הרתיחה היא 2700 ^° C.

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 להפוך אותו להגיב, טמפרטורה של לפחות 400-500 ^° C. יש צורך.במצבים אלה, חומרים כימיים שונים של סיליקון נוצרים. כגון:

• תחמוצות;
• Halides;
• סיליצידים;
• Nitrides;
• Borides;
• קרבידס.

אולי אינטראקציה של סיליקון עם חומצה חנקתית או אלקלי, אשר נקרא תהליך תחריט. תרכובות סיליקון מופצות באופן נרחב, אשר הופכים נפוצים יותר היום.

להיות בטבע

הסיליקון בטבע מכיל כמות גדולה למדי. 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, לא ניתן 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 של SiO ₂ . יש מגוון רחב למדי של צורות של מינרלים וסלעים המבוססים על זה: חול, צור, פלדספאר, קוורץ, סלע רוק, אמטיסט, chalcedony, קרנליאן, אופל, ג 'ספר ועוד.
2. סיליקטים ו aluminosilicates. קאולין, ספאר, נציץ, מלחים של חומצה סיליקית, אסבסט, טלק.

לכן, התפשטות בטבע של סיליקון נפוץ, תרכובות שלה פופולריים ופופולריים עם אנשים לשימוש למטרות טכניות.

הסיליקון ותרכובותיו

מאחר שבצורה הטהורה, אלמנט הנדון אינו יכול להתקיים, אם כן, לקשריו השונים חשיבות רבה. מנקודת מבט כימית, הוא יכול להציג שלוש מדינות חמצון: +2, +4, -4. כתוצאה מכך, וגם מן האינרטיביות שלה, אבל מוזר במבנה של סריג קריסטל, הוא יוצר את הסוגים העיקריים של חומרים עיקריים:

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

הבה נבחן ביתר פירוט את חשיבות הסיליקון ותרכובותיו, שהן הנפוצות ביותר ונטענות עבור אנשים.

תחמוצות הסיליקון

ישנם שני סוגים של חומר זה, לידי ביטוי נוסחאות:

• SiO;
• SiO2.

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

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

השימוש בסיליקון בצורה זו מצא את היישום שלה 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 מסוגים אלה מתממש בבנייה, הנדסה, אלקטרוניקה אלקטרונית, תעשייה כימית ומטלורגיה. כל תחמוצות אלה מופנים חומר אחד - סיליקה.

סיליקון קרביד ויישומה

הסיליקון ותרכובותיו הם חומרים של העתיד וההווה. חומר אחד כזה הוא carborundum או קרביד של אלמנט זה. הנוסחה הכימית היא SiC. מתרחשת בטבע בצורה של מינרל moissanite.

בצורתה הטהורה, 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 ומוליכות תרמית.

כל זה מאפשר להשתמש carborundum כחומר שוחקים במטלורגיה סינתזה 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

תרכובת מימן של סיליקון נקרא silane ולא ניתן להשיג על ידי סינתזה ישירה מחומרים המוצא. כדי לייצר את זה, silicides של מתכות שונות משמשים, אשר מטופלים עם חומצות. כתוצאה מכך, סיליקון גזי הוא שוחרר מלח מתכת נוצר.

מעניין, המתחם המדובר הוא מעולם לא נוצר לבד. תמיד כתוצאה מהתגובה, מתקבלת תערובת של מונו-די-טריסילן, שבה אטומי הסיליקון מתחברים לרשתות.

במאפיינים 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 גביש נוזלי, תוכניות טכניות משולבות, וכו ').
3. ייצור של polysilicon אולטרה טהור.
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;
• אורתו;
• פולסיליקון וחומצות אחרות.

כולם חולקים מאפיינים משותפים - אי יציבות קיצונית 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 מבחינת התעשייה הם מלחים של חומצות סיליקיות - silicates. הם הבסיס לקבלת חומרים כגון:

• זכוכית;
• בטון;
• מלט;
• זאוליט;
• קאולין;
• פורצלן;
• פיאנס;
• קריסטל;
• קרמיקה.

מתכת סיליקון 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 כולן זכוכית. מה הם וריאנטים רק של החומר הזה המציא! היום הם מקבלים אופציות צבעוניות, אופטיים, מט. כלי זכוכית מדהימה עם פאר שלה מגוון. כאשר תחמוצות מתכת מסוימים שאינם מתכות מתווספים לתערובת, מגוון רחב של סוגי זכוכית ניתן לייצר. לפעמים אפילו את אותו הרכב, אבל אחוז שונה של רכיבים מוביל הבדל את המאפיינים של החומר. דוגמה היא חרסינה ופיינס, הנוסחה של אשר הוא SiO ₂ * AL ₂ O ₃ * K ₂ O.

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

תגליות בתחום תרכובות הסיליקון

בשנים האחרונות של המחקר, הוכח 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 לתוכן הכמותי של הסיליקון. ניסויים רבים על יונקים הראו כי אם אלמנט חסר, התקפי לב, שבץ, סרטן להתרחש וירוס הפטיטיס הופך פעיל.