Prepararea oxidului de siliciu din acid silicic. Subiect: oxid de siliciu (VI). Acid silicic. În majoritatea reacțiilor, Si acționează ca un agent reducător

Caracteristicile elementului

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2



Izotopi: 28 Si (92,27%); 29 Si (4,68%); 30 Si (3,05%)



Siliciul este al doilea element cel mai abundent din scoarța terestră după oxigen (27,6% din masă). Nu se găsește în stare liberă în natură, se găsește în principal sub formă de SiO 2 sau silicați.


Compușii Si sunt toxici; inhalarea particulelor mici de SiO 2 și a altor compuși de siliciu (de exemplu, azbest) cauzează boala periculoasa- silicoza


În starea fundamentală, atomul de siliciu are valență = II, iar în stare excitată = IV.


Cea mai stabilă stare de oxidare a Si este +4. În compuși cu metale (siliciuri) S.O. -4.

Metode de obținere a siliciului

Cel mai comun compus natural de siliciu este silice (dioxid de siliciu) SiO 2 . Este principala materie primă pentru producerea siliciului.


1) Reducerea SiO 2 cu carbon în cuptoare cu arc la 1800 "C: SiO 2 + 2C = Si + 2CO


2) Si de înaltă puritate dintr-un produs tehnic se obține conform schemei:


a) Si → SiCl 2 → Si


b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Proprietățile fizice ale siliciului. Modificări alotropice ale siliciului

1) Siliciu cristalin - o substanță argintie - gri cu un luciu metalic, rețea cristalină de tip diamant; p.p. 1415"C, punct de fierbere 3249"C, densitate 2,33 g/cm3; este un semiconductor.


2) Siliciu amorf - pulbere maro.

Proprietățile chimice ale siliciului

În majoritatea reacțiilor, Si acționează ca un agent reducător:

La temperaturi scăzute Siliciul este inert din punct de vedere chimic când este încălzit, reactivitatea acestuia crește brusc.


1. Reacţionează cu oxigenul la temperaturi peste 400°C:


Si + O 2 = SiO 2 oxid de siliciu


2. Reacţionează cu fluorul deja la temperatura camerei:


Si + 2F2 = SiF4 tetrafluorura de siliciu


3. Reactiile cu alti halogeni au loc la temperatura = 300 - 500°C


Si + 2Hal 2 = SiHal 4


4. Cu vaporii de sulf la 600°C formează o disulfură:



5. Reacția cu azotul are loc peste 1000°C:


3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 nitrură de siliciu


6. La temperatura = 1150°C reactioneaza cu carbonul:


Si02 + 3C = SiC + 2CO


Carborundum este aproape de diamant în duritate.


7. Siliciul nu reacționează direct cu hidrogenul.


8. Siliciul este rezistent la acizi. Interacționează numai cu un amestec de acizi azotic și fluorhidric (fluorhidric):


3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O


9. reacționează cu soluțiile alcaline pentru a forma silicați și eliberează hidrogen:


Si + 2NaOH + H20 = Na2SiO3 + 2H2


10. Proprietățile reducătoare ale siliciului sunt folosite pentru a izola metalele de oxizii lor:


2MgO = Si = 2Mg + SiO2

În reacțiile cu metale, Si este un agent oxidant:

Siliciul formează siliciuri cu metalele s și majoritatea metalelor d.


Compoziția siliciurilor a acestui metal poate fi diferit. (De exemplu, FeSi și FeSi 2 ; Ni 2 Si și NiSi 2 .) Una dintre cele mai cunoscute siliciuri este siliciura de magneziu, care poate fi obținut prin interacțiunea directă a unor substanțe simple:


2Mg + Si = Mg2Si

Silan (monosilan) SiH 4

Silani (silici hidrogen) Si n H 2n + 2, (cf. alcani), unde n = 1-8. Silanii sunt analogi ai alcanilor se deosebesc de ei prin instabilitatea lanțurilor -Si-Si-.


Monosilanul SiH 4 este un gaz incolor cu miros neplăcut; solubil în etanol, benzină.


Modalitati de obtinere:


1. Descompunerea siliciurului de magneziu cu acid clorhidric: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4


2. Reducerea halogenurilor de Si cu hidrură de litiu aluminiu: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3


Proprietăți chimice.


Silanul este un agent reducător puternic.


1.SiH 4 este oxidat de oxigen chiar și la temperaturi foarte scăzute:


SiH4 + 2O2 = Si02 + 2H2O


2. SiH 4 este ușor hidrolizat, mai ales într-un mediu alcalin:


SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2


SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2

Oxid de siliciu (IV) (silice) SiO2

Siliciul există sub formă diverse forme: cristalin, amorf si sticlos. Cea mai comună formă cristalină este cuarțul. Când rocile de cuarț sunt distruse, se formează nisipuri de cuarț. Monocristalele de cuarț sunt transparente, incolore (cristal de rocă) sau colorate cu impurități în diverse culori (ametist, agat, jasp etc.).


SiO 2 amorf se gaseste sub forma mineralului opal: gelul de silice este produs artificial, format din particule coloidale de SiO 2 si fiind un foarte bun adsorbant. SiO 2 sticlos este cunoscut sub numele de sticla de cuarț.

Proprietăți fizice

SiO 2 se dizolvă foarte puțin în apă și este practic insolubil în solvenți organici. Siliciul este un dielectric.

Proprietăți chimice

1. SiO 2 este un oxid acid, prin urmare silicea amorfă se dizolvă lent în soluții apoase de alcalii:


SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O


2. SiO 2 interacționează și cu oxizii bazici atunci când este încălzit:


Si02 + K20 = K2Si03;


SiO2 + CaO = CaSiO3


3. Fiind un oxid nevolatil, SiO 2 înlocuiește dioxidul de carbon din Na 2 CO 3 (în timpul fuziunii):


SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2


4. Siliciul reacţionează cu acidul fluorhidric, formând acid hidrofluorosilic H 2 SiF 6:


Si02 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O


5. La 250 - 400°C, SiO 2 interacționează cu HF gazos și F 2, formând tetrafluorosilan (tetrafluorura de siliciu):


Si02 + 4HF (gaz.) = SiF4 + 2H20


SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2

Acizi silicici

Cunoscut:


acid ortosilicic H4Si04;


Acid metasilicic (silicic) H2Si03;


Acizi di- și polisilicici.


Toți acizii silicici sunt ușor solubili în apă și formează ușor soluții coloidale.

Metode de primire

1. Precipitarea cu acizi din soluții de silicați de metale alcaline:


Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl


2. Hidroliza clorosilanilor: SiCl 4 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4HCl

Proprietăți chimice

Acizii silicici sunt acizi foarte slabi (mai slabi decât acidul carbonic).


Când sunt încălzite, se deshidratează pentru a forma silice ca produs final.


H4SiO4 → H2SiO3 → SiO2

Silicati - saruri ale acizilor silicici

Deoarece acizii silicici sunt extrem de slabi, sărurile lor din soluții apoase sunt puternic hidrolizate:


Na2Si03 + H20 = NaHSi03 + NaOH


SiO 3 2- + H 2 O = HSiO 3 - + OH - (mediu alcalin)


Din același motiv, atunci când dioxidul de carbon este trecut prin soluții de silicați, acidul silicic este deplasat din acestea:


K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + K 2 CO 3


SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + CO 3


Această reacție poate fi considerată ca o reacție calitativă la ionii de silicat.


Dintre silicați, numai Na 2 SiO 3 și K 2 SiO 3 sunt foarte solubili, care se numesc sticlă solubilă, iar soluțiile lor apoase sunt numite sticlă lichidă.

Sticlă

Geamul obișnuit are compoziția Na 2 O CaO 6 SiO 2, adică este un amestec de silicați de sodiu și calciu. Se obtine prin topirea Na 2 CO 3 soda, CaCO 3 calcar si nisip SiO 2;


Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2СO 2

Ciment

Un material de legare sub formă de pulbere care, atunci când interacționează cu apa, formează o masă de plastic care se transformă în timp într-un corp solid asemănător pietrei; materialul principal de construcție.


Compoziția chimică a celui mai comun ciment Portland (în % din greutate) este de 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al203; 2-5% Fe203; 1-5% MgO.

Cuarț, cristal de stâncă, ametist, calcedonie, topaz, onix... Este greu de crezut, dar toate acestea și multe alte „miracole ale lumii interlope” constau din aceeași substanță - silice sau oxid de siliciu (IV) SiO 2.

Ipotezele că siliciul conține un element nou, încă necunoscut, au fost exprimate de oamenii de știință deja în secolul al XVIII-lea. Cu toate acestea, siliciul a fost izolat sub formă de substanță simplă abia în secolul al XIX-lea. J. Da Berzelius. Mai întâi, a încălzit un amestec de silice cu pulbere de fier și cărbune la 1500 0 C, dar siliciul pur nu a putut fi obținut: în prezența fierului, se formează ferosiliciu - un aliaj care conține ambele elemente. După ce și-a dat seama care era greșeala, Berzelius a schimbat metoda de sinteză. În 1823, când a trecut peste vapori de fluorură de siliciu (IV), norocul i-a zâmbit în cele din urmă. Conform reacției SiF 4 + 4K = Si + 4KF, s-a obținut pulbere de siliciu amorf. Berzelius a mai demonstrat că atunci când siliciul arde în aer, se transformă în silice.


Stras

K 2 O∙Al 2 O 3 ∙6SiO 2 + 3H 2 O + 2CO 2 = Al 2 O 3 ∙2SiO 2 ∙2H 2 O + 2KHCO 3 + 4SiO 2

Cuarț curcubeu

Chitanță

În industrie, nisipul pur este folosit pentru a obține siliciu. SiO2. ÎN cuptoare electrice La temperaturi ridicate, siliciul este redus din oxidul său:

Si02 + 2C = Si + 2CO

În laborator, ca agenți reducători se folosesc următoarele:

Si02 + 2Mg = Si + 2MgO

3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3

Cel mai pur siliciu se obține prin reducerea tetraclorurii de siliciu sau:

SiCI4 + 2H2 = Si + 4HCI

SiCl4 + 2Zn = Si + 2ZnCl2

Proprietăți fizice


Siliciu

Obținut prin metodele de mai sus siliciu amorf este o pulbere maro cu un punct de topire de 1420 0 C. Există o altă modificare alotropică a siliciului - siliciu cristalin. Acest solid gri închis cu un luciu metalic slab, are conductivitate termică și electrică. Siliciul cristalin se obține prin recristalizarea siliciului amorf. Siliciul amorf este mai reactiv decât siliciul cristalin mai degrabă inert din punct de vedere chimic. Siliciul cristalin este un semiconductor, conductivitatea sa electrică crește atunci când este iluminat și încălzit. Acest lucru se datorează structurii cristalelor. Structura siliciului cristalin este similară cu cea a diamantului. În cristalul său, fiecare atom este înconjurat tetraedric de alți patru și este conectat la aceștia printr-o legătură covalentă, deși această legătură este mult mai slabă decât între atomii din diamant. Într-un cristal de siliciu, chiar și cu conditii normale Legăturile covalente sunt parțial distruse, deci există electroni liberi în ea, care provoacă o conductivitate electrică scăzută. Când este iluminat, încălzit și, de asemenea, în prezența anumitor impurități, numărul de legături rupte crește, ceea ce înseamnă că crește numărul de electroni liberi și crește conductivitatea electrică.

Proprietăți chimice și aplicare

De proprietăți chimice siliciul este în multe privințe similar cu, ceea ce se explică prin aceeași structură a stratului electronic exterior. În condiții normale, siliciul este destul de inert, datorită rezistenței rețelei sale cristaline. Direct la temperatura camerei interactioneaza numai cu. La o temperatură de 400 - 600 0 C, siliciul reacționează cu și și arde în siliciu zdrobit. Siliciul reacționează cu carbonul și la temperaturi foarte ridicate. În toate aceste reacții, siliciul joacă rolul unui agent reducător.

Si + 2F 2 = SiF 4

Si + 2Cl 2 = SiCl 4

Si + 2Br 2 = SiBr 4

Si + O2 = SiO2

3Si + 2N2 = Si3N4

Siliciul, ca agent reducător, interacționează și cu unele substanțe complexe, de exemplu cu:

Si + 4HF = SiF4 + 2H2

Nu reacționează cu alte halogenuri de hidrogen.

Siliciul nu se dizolvă nici măcar în el, deoarece pe suprafața sa se formează o peliculă densă de oxid (SiO 2), care împiedică reacția. Totuși, siliciul reacționează cu un amestec de HNO3 și HF deoarece acidul fluorhidric dizolvă SiF4:

3Si + 12HF + 4HNO3 + 3SiF4 + 4NO + 8H2O

Si + 2NaOH + H20 = Na2SiO3 + 2H2

Proprietățile reducătoare ale siliciului sunt folosite pentru a obține unele dintre ele. De exemplu:

2MgO + Si = 2Mg + SiO2

Atunci când interacționează cu metalele, siliciul joacă rolul unui agent oxidant. Compușii cu siliciu se numesc siliciuri:

Si + 2Mg = Mg2Si

În industrie, cimentul este produs prin sinterizarea argilei și calcarului CaCO 3 . Dacă pulberea rezultată este amestecată cu apă, se obține o masă care se întărește treptat în aer. Când se adaugă nisip sau piatră zdrobită la ciment ca umplutură, se obține beton, care este utilizat pe scară largă în construcții. Rezistența betonului crește dacă în el este introdus un cadru de tije de fier. Panouri din beton armat, blocurile de podea stau la baza constructiei moderne.

Descărcați:

Puteți descărca rezumate pe alte subiecte

* în imaginea de înregistrare este o fotografie a unui ametist

Introducere

Apartamentul tau este in renovare si trebuie sa cumperi placi ceramice. În magazin, în căutarea de mult timp diverse opțiuni forme și culori, ai găsit-o pe cea potrivită și, îndreptându-te spre casă, ai aruncat o privire spre partea din pachet cu plăcile unde este scrisă compoziția acestuia. Aproape toate ingredientele sunt familiare, dar unul dintre ele te poate surprinde: oxidul de siliciu. Desigur, veți dori să aflați mai multe despre el. Astăzi voi încerca să vă satisfac interesul.

Definiţie

Siliciul are o valență variabilă și, din această cauză, doi dintre compușii săi cu oxigen sunt cunoscuți în chimie. Astăzi ne vom uita la oxidul de siliciu superior, în care acesta din urmă are valență IV.

Nume

ÎN surse diferite poate fi numit dioxid de siliciu, silice sau oxid de siliciu.

Proprietăți

Este un oxid acid, care se caracterizează prin duritate și rezistență. Dacă îl încălziți și orice oxid alcalin/bazic, acestea vor reacționa între ele. Acest compus de siliciu formează sticlă, adică poate produce o topitură suprarăcită - sticlă.

De asemenea (în forma sa pură) nu permite trecerea curentului electric (este un dielectric). Oxidul de siliciu are o rețea cristalină atomică. Este rezistent la acizi, cu excepția acidului fluorhidric și a acidului fluorhidric gazos. Produșii de reacție cu acesta din urmă sunt fluorura de siliciu și apa. Dacă al doilea reactiv este o soluție de fluorură de hidrogen, atunci produsele sale vor fi acid hexafluorosilic și aceeași apă. Dacă oxidul de siliciu (IV) este fuzionat cu un alcalin/oxid bazic/carbonat al oricărui metal activ, produsul de reacție va fi o sare a acizilor silicici - un silicat, din care numai silicații de potasiu și sodiu sunt solubili. Produsele de interacțiune a oricăruia dintre acestea din urmă cu apa se numesc sticla lichida. Au un mediu foarte alcalin, motivul pentru care este hidroliza. Silicații hidrolizați nu formează soluții adevărate, ci coloidale. Dacă soluțiile de silicați de potasiu sau de sodiu sunt ușor oxidate, se va forma un precipitat alb gelatinos, care constă din acizi silicici hidratați.

Chitanță

În industrie, oxidul de siliciu este produs prin încălzirea siliciului într-un mediu cu oxigen. Se oxidează și formează produsul dorit. De asemenea, se extrage prin oxidare termică. În laborator, oxidul de siliciu este obținut prin acțiunea oricărui acid asupra unui silicat solubil, chiar și acidul acetic slab este potrivit. De exemplu, dacă îl combinați cu silicatul de sodiu, produsul de reacție va fi acetat de sodiu și acid silicic. Acesta din urmă se va descompune imediat, iar produșii descompunerii sale vor fi apa și oxidul dorit.

Aplicație

Oxidul de siliciu este utilizat pentru a produce sticlă, ceramică, abrazive, produse din beton și, de asemenea, siliciul în sine. De asemenea, servește ca umplutură în industria cauciucului. Cristalele unei modificări amorfe a oxidului de siliciu - sticla de cuarț - au proprietăți piezoelectrice, iar aceasta este folosită de creatorii ingineriei radio, instalatii cu ultrasuneteși brichete. Silicații și silicele reprezintă aproape 90% din masa litosferei. Oxidul de siliciu este cunoscut și ca aditiv alimentar E551. Acesta este soiul său amorf, neporos. Previne aglomerarea și aglomerarea alimentelor în produse farmaceutice este utilizat ca excipient și medicament enterosorbent. Filmele din acest oxid servesc ca izolator atunci când produc microcircuite și alte componente electronice. De asemenea, sunt folosite pentru a crea cabluri de fibră optică. O elemente de încălzire tigara electronica ar fi fost imposibil fără filamentul de silice.

Concluzie

Acesta este cât de larg este utilizat acest oxid. Și pentru a-l vedea, nu trebuie să alergi la magazin și să te uiți la ciment și beton de dragul curiozității. Oxidul natural de siliciu se găsește sub picioarele noastre - este nisip obișnuit. Se dovedește că poate fi și util.

Al doilea reprezentant al elementelor subgrupului principal al grupului IV (grupul IVA) al Tabelului periodic al lui D.I Mendeleev este siliciul Si.

În natură, siliciul este al doilea cel mai abundent după oxigen. element chimic. Mai mult de un sfert din scoarța terestră este formată din compușii săi. Cel mai comun compus de siliciu este oxidul de siliciu (IV) SiO2, celălalt nume este silice.

În natură, formează cuarțul mineral (Fig. 158), dintre care multe soiuri - cristalul de stâncă și celebra sa formă violetă - ametist, precum și agat, opal, jasp, calcedonie, carnelian, sunt cunoscute ca ornamentale și semiprețioase. pietre. Nisipul obișnuit și de cuarț constă și din oxid de siliciu (IV).

Orez. 158.
Cristale de cuarț încorporate în dolomit

Oamenii primitivi făceau unelte din varietăți de minerale pe bază de oxid de siliciu (IV) (slex, calcedonie etc.). A fost silexul, această piatră discretă și nu foarte durabilă, care a marcat începutul epocii de piatră - epoca uneltelor de silex (Fig. 159). Există două motive pentru aceasta: prevalența și disponibilitatea silexului, precum și capacitatea sa de a forma muchii tăietoare ascuțite atunci când este ciobită.

Orez. 159.
Unelte din epoca de piatră

Al doilea tip de compuși naturali de siliciu sunt silicații. Dintre aceștia, cei mai des întâlniți sunt aluminosilicații (este clar că acești silicați conțin elementul chimic aluminiu). Aluminosilicații includ granit, diverse tipuri argila, mica. Un silicat care nu conține aluminiu este, de exemplu, azbestul, din care sunt fabricate țesături rezistente la foc.

Oxidul de siliciu (IV) SiO 2 este esențial pentru viața vegetală și animală. Conferă rezistență tulpinilor plantelor și învelișurilor de protecție ale animalelor (Fig. 160). Datorită lui, stuf, stuf și coada calului stau la fel de tari ca baionetele, frunzele ascuțite de rogoz tăiate ca la cuțite, miriștea pe câmpul cosit înțeapă ca ace, iar tulpinile cerealelor sunt atât de puternice încât nu permit câmpurilor din câmp culcați de ploaie și vânt. Solzii de pește, scoici de insecte, aripi de fluturi, pene de păsări și blana de animale sunt durabile, deoarece conțin silice.

Orez. 160.
Oxidul de siliciu (IV) conferă rezistență tulpinilor plantelor și învelișurilor de protecție a animalelor

Compușii de silicon oferă netezime și rezistență părului și unghiilor umane.

Siliciul face, de asemenea, parte din organismele vii inferioare - diatomee și radiolari, cele mai delicate bulgări de materie vie care își creează scheletele de frumusețe de neegalat din silice (Fig. 161).

Orez. 161.
Scheletele diatomeelor ​​(a) și radiolariilor (b) sunt formate din silice

Proprietățile siliciului. Utilizați un microcalculator cu o baterie solară și, prin urmare, înțelegeți siliciul cristalin. Acesta este un semiconductor. Spre deosebire de metale, conductivitatea sa electrică crește odată cu creșterea temperaturii. Pe sateliți, nave spațiale, stații și acoperișuri ale caselor (Fig. 162) sunt instalate panouri solare care convertesc energie solară la electric. Ei folosesc cristale semiconductoare, în principal siliciu. Celulele solare din siliciu pot transforma până la 10% din energia solară absorbită în energie electrică.

Orez. 162.
Baterie solară pe acoperișul unei case

Siliciul arde în oxigen, formând deja cunoscutul oxid de siliciu (IV):

Fiind un nemetal, atunci când este încălzit, siliciul se combină cu metale pentru a forma siliciuri, de exemplu:

Siliciurile sunt ușor descompuse de apă sau acizi, eliberând un compus hidrogen gazos de siliciu - silan:

Spre deosebire de hidrocarburi, silanul se aprinde spontan în aer și arde pentru a forma oxid de siliciu (IV) și apă:

Reactivitatea crescută a silanului în comparație cu metanul CH4 se explică prin faptul că dimensiunea atomică a siliciului este mai mare decât cea a carbonului, prin urmare legăturile chimice Si-H sunt mai puțin puternice decât legăturile C-H.

Siliciul reacţionează cu soluţii apoase concentrate de alcalii, formând silicaţi şi hidrogen:

Siliciul se obține prin reducerea lui din oxidul de siliciu (IV) cu magneziu sau carbon:

Oxidul de siliciu (IV), sau dioxidul de siliciu, sau siliciul SiO2, ca CO2, este un oxid acid. Cu toate acestea, spre deosebire de CO2, acesta nu are o rețea cristalină moleculară, ci atomică. Prin urmare, SiO 2 este o substanță solidă și refractară. Nu se dizolvă în apă și acizi, cu excepția, după cum știți, acidul fluorhidric, dar reacționează la temperaturi ridicate cu alcalii pentru a forma săruri de acid silicic - silicați:

Silicații pot fi obținuți și prin topirea oxidului de siliciu (IV) cu oxizi sau carbonați metalici:

Silicații de sodiu și potasiu se numesc sticlă solubilă. Soluțiile lor apoase sunt binecunoscutul adeziv silicat.

Din soluții de silicați, prin acțiunea acizilor mai tari asupra acestora - clorhidric, sulfuric, acetic și chiar carbonic, se obține acid silicic H 2 SiO 3 (Fig. 163):


Orez. 163. Reacția calitativă la ionul silicat

Prin urmare, H2SiO3 este un acid foarte slab. Este insolubil în apă și cade din amestecul de reacție sub formă de precipitat gelatinos, umplând uneori compact întregul volum al soluției, transformându-l într-o masă semisolidă asemănătoare jeleului sau jeleului. Când această masă se usucă, se formează o substanță foarte poroasă - gel de silice, care este utilizat pe scară largă ca adsorbant - un absorbant al altor substanțe.

Experimentul de laborator nr. 40
Prepararea acidului silicic și studiul proprietăților acestuia

Aplicații de silicon. Știți deja că siliciul este folosit pentru a produce materiale semiconductoare, precum și aliaje rezistente la acizi. Când nisipul de cuarț este topit cu cărbunele la temperaturi ridicate, se formează carbură de siliciu SiC, care este pe locul doi după duritatea diamantului. Prin urmare, este folosit pentru ascuțirea frezelor mașinilor de tăiat metal și lustruirea pietrelor prețioase.

Cuarțul topit este folosit pentru a face diverse articole din sticlă chimică de cuarț, care pot rezista temperatură ridicatăși nu crapă în timpul răcirii bruște.

Compușii de siliciu servesc ca bază pentru producția de sticlă și ciment.

Geamul obișnuit are o compoziție care poate fi exprimată prin formula Na 2 O CaO 6 SiO 2. Este produs în cuptoare speciale din sticlă prin topirea unui amestec de sodă, calcar și nisip.

O caracteristică distinctivă a sticlei este capacitatea de a se înmuia și, în stare topită, de a lua orice formă care se păstrează atunci când sticla se întărește. Producția de veselă și alte produse din sticlă se bazează pe aceasta.

Diferiți aditivi dau calități suplimentare sticlei. Astfel, prin introducerea de oxid de plumb se obtine sticla cristalina, oxidul de crom coloreaza sticla in verde, oxid de cobalt - albastru etc. (Fig. 164).

Orez. 164.
Produse din sticla colorata

Sticla este una dintre cele mai vechi invenții ale omenirii. În urmă cu 3-4 mii de ani, producția de sticlă a fost dezvoltată în Egipt, Siria, Fenicia și regiunea Mării Negre.

Sticla este un material nu numai pentru meșteri, ci și pentru artiști. Maeștrii Romei Antice au atins o perfecțiune ridicată, care au știut să obțină sticlă colorată și să facă mozaicuri din piesele lor.

Orez. 165.
Vitraliul din Catedrala Notre Dame, Chartres

Operele de artă din sticlă sunt atribute obligatorii ale oricărui muzeu mare, iar vitraliile colorate ale bisericilor și panourile de mozaic sunt exemple vii în acest sens (Fig. 165). Într-unul din incintele filialei din Sankt Petersburg Academia RusăȘtiințe există un portret mozaic al lui Petru I, realizat de M. V. Lomonosov (Fig. 166).

Orez. 166.
Portretul în mozaic al lui Petru I

Domeniile de aplicare a sticlei sunt foarte largi. Aceasta este fereastra, sticla, lampă, oglindă; sticlă optică - de la ochelari la ochelari de cameră; lentile de nenumărate instrumente optice - de la microscoape la telescoape.

Un alt material important obținut din compușii de siliciu este cimentul. Se obține prin sinterizarea argilei și calcarului în cuptoare rotative speciale.

Dacă pulberea de ciment este amestecată cu apă, se formează o pastă de ciment sau, așa cum o numesc constructorii, „ mortar de ciment„, care se întărește treptat. Când nisip sau piatră zdrobită este adăugată la ciment ca umplutură, se obține beton. Rezistența betonului crește dacă se introduce un cadru de fier în el - se obține beton armat, din care panouri de perete, blocuri de podea, ferme de pod etc.

Industria silicaților produce sticlă și ciment. De asemenea, produce ceramică de silicat - cărămidă, porțelan (Fig. 167), faianță și produse realizate din acestea.

Orez. 167.
Porţelan

Descoperirea siliciului. Deși deja în antichitate oamenii foloseau pe scară largă compușii de siliciu în viața de zi cu zi, siliciul în sine a fost obținut pentru prima dată în 1824 de chimistul suedez J. Ya. Totuși, cu 12 ani înaintea lui, siliciul a fost obținut de J. Gay-Lussac și L. Thénard, dar era foarte contaminat cu impurități.

Numele latin silicium provine din cuvântul latin silex - „flent”. Numele rusesc „siliciu” provine din grecescul krimnos - „stâncă, stâncă”.

Cuvinte și concepte noi

  1. Compuși naturali de siliciu: siliciu, cuarț și soiurile sale, silicați, aluminosilicați, azbest.
  2. Semnificația biologică a siliciului.
  3. Proprietățile siliciului: semiconductor, interacțiune cu oxigenul, metalele, alcalii.
  4. Silan.
  5. Oxid de siliciu (IV). Structura și proprietățile sale: interacțiune cu alcalii, oxizi bazici, carbonați și magneziu.
  6. Acid silicic și sărurile sale. Sticlă solubilă.
  7. Aplicarea siliciului și a compușilor acestuia.
  8. Sticlă.
  9. Ciment.

Sarcini pentru munca independentă

CPU? Nisip? Ce asocieri ai cu acest cuvânt? Sau poate Silicon Valley?
Oricum ar fi, întâlnim zilnic siliciu, iar dacă ești interesat să afli ce este Si și cu ce se mănâncă, te rog să te referi la pisică.

Introducere

Ca student la una dintre universitățile din Moscova, cu specialitatea Nanomateriale, am vrut să vă prezint, dragă cititor, cele mai importante elemente chimice ale planetei noastre. Am petrecut mult timp alegând de unde să încep, carbon sau siliciu, și totuși am decis să mă opresc la Si, pentru că inima oricărui gadget modern bazată tocmai pe ea, ca să spunem așa, desigur. Voi încerca să-mi exprim gândurile într-un mod extrem de simplu și accesibil Scriind acest material, m-am bazat în principal pe începători, dar și cei mai avansați vor putea învăța ceva interesant scris doar pentru a lărgi orizonturile celor interesați. Și deci să începem.

Siliciu

Siliciu (lat. Siliciu), Si, element chimic din grupa IV a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 14, masa atomică 28.086.
În natură, elementul este reprezentat de trei izotopi stabili: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) și 30Si (3,05%).
Densitate (la nr.) 2,33 g/cm?
Punct de topire 1688 K


Pulbere Si

Context istoric

Compușii de siliciu, larg răspândiți pe pământ, sunt cunoscuți omului încă din epoca de piatră. Folosirea uneltelor de piatră pentru muncă și vânătoare a continuat timp de câteva milenii. Utilizarea compușilor de siliciu asociați cu prelucrarea lor - producția de sticlă - a început în jurul anului 3000 î.Hr. e. (V Egiptul antic). Cel mai vechi compus cunoscut de siliciu este oxidul de SiO2 (silice). În secolul al XVIII-lea, siliciul era considerat un solid simplu și clasificat drept „pământ” (așa cum se reflectă în numele său). Complexitatea compoziției silicei a fost stabilită de I. Ya Berzelius. Pentru prima dată, în 1825, a obținut siliciu elementar din fluorură de siliciu SiF4, reducându-l pe acesta din urmă cu potasiu metal. Noului element i s-a dat numele de „siliciu” (din latinescul silex - silex). Numele rusesc a fost introdus de G. I. Hess în 1834.


Siliciul este foarte comun în natură ca parte a nisipului obișnuit.

Distribuția siliciului în natură

Siliciul este al doilea element cel mai abundent din scoarța terestră (după oxigen), conținutul său mediu în litosferă este de 29,5% (din masă). În scoarța terestră, siliciul joacă același rol principal ca și carbonul la animale și floră. Pentru geochimia siliciului, legătura sa extrem de puternică cu oxigenul este importantă. Aproximativ 12% din litosferă este silice SiO2 sub formă de cuarț mineral și soiurile sale. 75% din litosferă este compusă din diverși silicați și aluminosilicați (feldspați, mica, amfiboli etc.). Număr total mineralele care conțin silice depășesc 400.

Proprietățile fizice ale siliciului

Cred că nu are rost să locuim aici, toate proprietățile fizice sunt disponibile gratuit, dar le voi enumera pe cele mai elementare.
Punct de fierbere 2600 °C
Siliciul este transparent la razele infraroșii cu unde lungi
Constanta dielectrica 11.7
Duritate Silicon Mohs 7.0
Aș dori să spun că siliciul este un material fragil, deformarea plastică vizibilă începe la temperaturi peste 800°C.
Siliciul este un semiconductor, motiv pentru care este utilizat pe scară largă. Proprietățile electrice ale siliciului sunt foarte dependente de impurități.

Proprietățile chimice ale siliciului

Sunt multe de spus aici, desigur, dar mă voi concentra pe cele mai interesante. În compușii Si (similar cu carbonul) 4-valentenă.
În aer, siliciul, datorită formării unei pelicule de oxid de protecție, este stabil chiar și la temperaturi ridicate. În oxigen se oxidează începând de la 400 °C, formând oxid de siliciu (IV) SiO2.
Siliciul este rezistent la acizi și se dizolvă numai într-un amestec de acizi azotic și fluorhidric și se dizolvă ușor în soluții alcaline fierbinți cu eliberarea de hidrogen.
Siliciul formează 2 grupe de silani care conțin oxigen - siloxani și siloxeni. Siliciul reacționează cu azotul la temperaturi peste 1000 °C De mare importanță practică este nitrura Si3N4, care nu se oxidează în aer nici la 1200 °C, este rezistentă la acizi (cu excepția azotului) și la alcalii, precum și la metalele topite. zgură, ceea ce o face să fie un material valoros pentru industria chimică, precum și pentru producția de materiale refractare. Compușii de siliciu cu carbon (carbură de siliciu SiC) și bor (SiB3, SiB6, SiB12) se caracterizează prin duritate ridicată, precum și rezistență termică și chimică.

Obținerea Siliciului

Cred că aceasta este cea mai interesantă parte, haideți să aruncăm o privire mai atentă aici.
In functie de scop exista:
1. Siliciu electronic de calitate(așa-numitul „siliciu electronic”) - siliciul de cea mai bună calitate cu un conținut de siliciu de peste 99,999% din greutate, rezistivitatea electrică a siliciului de calitate electronică poate fi în intervalul de aproximativ 0,001 până la 150 Ohm cm, dar valoarea rezistenței trebuie să fie să se asigure exclusiv o anumită impuritate, adică intrarea altor impurități în cristal, chiar dacă acestea asigură o rezistivitate electrică dată, este, de regulă, inacceptabilă.
2. Siliciu de calitate solară(așa-numitul „siliciu solar”) - siliciu cu un conținut de siliciu de peste 99,99% din greutate, utilizat pentru producția de convertoare fotovoltaice ( panouri solare).


3. Siliciu tehnic- blocuri de siliciu cu structura policristalina obtinute prin reducere carbotermica din nisip cuarcios pur; conține 98% siliciu, principala impuritate este carbonul, caracterizat printr-un conținut ridicat de elemente de aliere - bor, fosfor, aluminiu; folosit în principal pentru a produce siliciu policristalin.

Siliciul de puritate tehnică (95-98%) se obține în arc electric reducerea silicei SiO2 între electrozii de grafit. În legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor, au fost dezvoltate metode de producere a siliciului pur și foarte pur. Aceasta necesită sinteza preliminară a celor mai puri compuși inițiali de siliciu, din care siliciul este extras prin reducere sau descompunere termică.
Siliciul policristalin („polisiliciul”) este cea mai pură formă de siliciu produs industrial - un produs semifabricat obținut prin purificarea siliciului tehnic prin metode cu clorură și fluorură și utilizat pentru producerea siliciului mono- și multicristalin.
În mod tradițional, siliciul policristalin este obținut din siliciul tehnic prin transformarea acestuia în silani volatili (monosilan, clorosilani, fluorosilani) cu separarea ulterioară a silanilor rezultați, purificarea prin rectificare a silanului selectat și reducerea silanului la silan metalic.
Siliciul semiconductor pur se obține în două forme: policristalin(reducerea SiCl4 sau SiHCl3 cu zinc sau hidrogen, descompunerea termică a SiI4 și SiH4) și monocristalină(topirea zonei fără creuzet și „tragerea” unui singur cristal din siliciu topit - metoda Czochralski).

Aici puteți vedea procesul de creștere a siliciului folosind metoda Czochralski.

metoda Czochralski- o metodă de creștere a cristalelor prin tragerea lor în sus de pe suprafața liberă a unui volum mare de topitură cu inițierea cristalizării prin punerea în contact a unui cristal sămânță (sau a mai multor cristale) cu o anumită structură și orientare cristalografică în contact cu suprafața liberă a cristalului. topi.

Aplicarea siliconului

Siliciul dopat special este utilizat pe scară largă ca material pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare (tranzistoare, termistoare, redresoare de putere, tiristoare; fotocelule solare utilizate în nave spațiale, precum și multe alte lucruri).
Deoarece siliciul este transparent la razele cu lungimi de undă de la 1 la 9 microni, este folosit în optică în infraroșu.
Siliciul are aplicații diverse și în expansiune. In metalurgie Si
folosit pentru îndepărtarea oxigenului dizolvat în metalele topite (dezoxidare).
Siliciul este parte integrantă un număr mare de aliaje de fier și metale neferoase.
De obicei, Siliciul conferă aliajelor rezistență sporită la coroziune, îmbunătățește proprietățile lor de turnare și crește rezistența mecanică; cu toate acestea, la niveluri mai mari, siliciul poate provoca fragilitate.
Cele mai importante sunt aliajele de fier, cupru și aluminiu care conțin siliciu.
Siliciul este prelucrat de sticlă, ciment, ceramică, electrică și alte industrii.
Siliciul ultra-pur este utilizat în principal pentru producerea de dispozitive electronice individuale (de exemplu, procesorul computerului) și microcircuite cu un singur cip.
Siliciul pur, deșeurile de siliciu ultrapur, siliciul metalurgic purificat sub formă de siliciu cristalin sunt principalele materii prime pentru energia solară.
Siliciul monocristalin – pe lângă electronică și energia solară, este folosit pentru a face oglinzi cu laser cu gaz.



Siliciu ultrapur și produsele acestuia

Siliciu în corp

Siliciul se găsește în organism sub formă de diferiți compuși, implicați în principal în formarea părților dure ale scheletului și a țesuturilor. Unele plante marine (de exemplu, diatomee) și animale (de exemplu, bureți siliciu, radiolari) pot acumula cantități deosebit de mari de siliciu, formând depozite groase de oxid de siliciu (IV) atunci când mor pe fundul oceanului. În mările și lacuri reci predomină nămolurile biogene îmbogățite cu siliciu, predomină nămolurile calcaroase cu conținut scăzut de siliciu; Printre plantele terestre, cerealele, rogojii, palmierii și coada-calului acumulează mult siliciu. La vertebrate, conținutul de oxid de siliciu (IV) în substanțele de cenușă este de 0,1-0,5%. ÎN cele mai mari cantitati siliciul se găsește în țesutul conjunctiv dens, rinichi și pancreas. Dieta zilnică a omului conține până la 1 g de siliciu. Când există un conținut ridicat de praf de oxid de siliciu (IV) în aer, acesta pătrunde în plămânii oamenilor și provoacă boala silicoză.

Concluzie

Ei bine, asta e tot, dacă citești până la sfârșit și aprofundezi puțin, atunci ești cu un pas mai aproape de succes. Sper ca nu am scris degeaba si macar cuiva i-a placut postarea. Vă mulțumim pentru atenție.