Silicium: anvendelsesområder, kemiske og fysiske egenskaber

En af de mest almindelige elementer i naturen - det er silicium eller silicium. En sådan bred fordeling indikerer vigtigheden og betydningen af sagen. Det forstod hurtigt og lærte folk, der lærte at udnytte silicium. Dens anvendelse er baseret på de særlige egenskaber, som vi vil tale videre.

Silicium - et grundstof

Hvis du giver en beskrivelse af denne vare om situationen i det periodiske system, er det muligt at identificere følgende vigtige punkter:

1. Serienummer - 14.
2. Periode - en tredje lille.
3. Gruppe - IV.
4. Undergruppe - hjem.
5. Strukturen af den ydre elektronskal er udtrykt ved formel ² 3s 3p ^2.
6. Grundstof silicium Si er betegnet med et symbol, der udtales som "Silicium".
7. Oxidationstrin som den udviser: -4; 2; 4.
8. Valensen af atomet er IV.
9. Silicium atomvægt er 28,086.
10. I naturen er der tre stabile isotoper af elementet med massetal 28, 29 og 30.

Således siliciumatomer fra kemisk synspunkt - elementet tilstrækkeligt undersøgt, er beskrevet en række forskellige egenskaber.

Historien om opdagelsen

Da selve karakteren af populære og masse indhold var forskellige forbindelser elementet, siden oldtiden, folk bruges til at vide om de egenskaber og navnene på mange af dem. Ren silicium er længe holdt sig ud over grænserne for menneskelig viden i kemi.

De mest populære forbindelser, som blev anvendt i indenlandske og industrielle nationer gamle kulturer (egyptere, romere, kinesiske rusichi, persiske og andre) var kostbar og halvædelsten baseret på siliciumoxid. Disse omfatter:

• opal;
• bjergkrystal;
• topas;
• krysopras;
• onyx;
• chalcedony og andre.

Også gjort brug af gamle kvarts og kvartssand i byggebranchen. Men den elementært silicium forblev uløst indtil det XIX århundrede, selv om mange forskere har forgæves forsøgt at skelne det fra forskellige forbindelser, hjælp og katalysatorer, og høje temperaturer, og endda elektricitet. Det er de lyse sind, såsom:

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

Implement held opnå silicium ren lykkedes Jens Jacobs Berzelius i 1823. Til dette brugte han erfaring genfluoriddamp legerende silicium og metallisk kalium. Som følge heraf en amorf modifikation af elementet. De samme forskere blev inviteret til det latinske navn for den åbne atom.

Stadig senere, i 1855, en anden forsker - St. Claire Deville - lykkedes at syntetisere en række forskellige allotropes - krystallinsk silicium. Da kendskab til dette element og dens egenskaber blev meget hurtigt genopfyldes. Folk har indset, at det har unikke egenskaber, der kunne meget vel bruges til at opfylde deres egne behov. Derfor er i dag en af de mest eftertragtede poster i elektronik og teknologi - er silicium. Dens anvendelse er kun udvide sine grænser hvert år.

Russisk navn givet atom videnskabsmand Hess i 1831. Det er dette, og holdt sig til denne dag.

Indhold i naturen

Prævalens i naturen, silicium er kun overgået oxygen. Dens procentdel sammenlignet med andre atomer bestående af skorpe - 29,5%. Desuden carbon og silicium - to specielt element, der kan danne et kredsløb forbinder med hinanden. Det er grunden til det sidste er mere end 400 forskellige naturlige mineraler, som en del af, som han fandt i lithosfæren, hydrosfæren og biomassen.

Præcis hvor er indeholdt silicium?

1. I de dybere jordlag.
2. De klipper, reservoirer og arrays.
3. I bunden af vandmasser, især havene.
4. I planter og marine liv i dyreriget.
5. Hos mennesker og landdyr.

Du kan markere nogle af de mest almindelige mineraler og klipper som en del af som er til stede i store mængder silicium. Kemikalier dem er således, at vægtforholdet indholdet af det rene element deri når 75%. Men det nøjagtige tal afhænger af den slags materiale. Så sten og mineraler med indhold af silicium:

• feldspars;
• glimmer;
• amfibol;
• opaler;
• chalcedony;
• silicater;
• sandsten;
• aluminiumsilicater;
• ler og andre.

Akkumulere i skallerne og exoskeletter af havdyr, silicium vinder danner en stærk silicaaflejringer på bunden af damme. Dette er en af de naturlige kilder til dette element.

Desuden blev det konstateret, at Silicium kan eksistere i ren nativ form - i form af krystaller. Men sådanne indskud er meget sjældne.

De fysiske egenskaber af silicium

Hvis du giver en karakteristik af den del af sæt af fysiske og kemiske egenskaber, først og fremmest er det nødvendigt at udpege de fysiske parametre. Her er et par grundlæggende:

1. Det eksisterer i to allotrope modifikationer - amorft og krystallinsk, som afviger på alle ejendomme.
2. Krystalgitteret er meget lig den af diamant, fordi kulstof og silicium i denne henseende er næsten identiske. Imidlertid er afstanden mellem atomerne i forskellige (mere end silicium), derfor diamanten meget hårdere og stærkere. gittertypen - fladecentreret kubisk.
3. Produktet er meget skørt, bliver plastisk ved høje temperaturer.
4. Smeltetemperaturen er 1415˚S.
5. Kogepunkt - 3250˚S.
6. Stof massefylde - 2,33 g / ^cm3.
7. Color Connection - sølvgrå, udtrykte den karakteristiske metalglans.
8. Det har gode halvledende egenskaber, som er i stand til at variere med tilsætning af forskellige midler.
9. Uopløselig i vand, organiske opløsningsmidler og syrer.
10. Specifikt opløselig i alkalier.

Der henvises til de fysiske egenskaber af silicium give folk mulighed for at styre den og bruge den til at skabe en bred vifte af produkter. For eksempel egenskaber baseret på anvendelsen semiconductivity rene silicium elektronik.

kemiske egenskaber

Kemiske egenskaber af silicium afhænger i høj grad af reaktionsbetingelserne. Hvis vi taler om det rene stof ved standardindstillinger, skal du angive meget lav aktivitet. Både krystallinsk og amorf silicium er meget inerte. Må ikke interagerer med nogen stærke oxidationsmidler (andre end fluor) eller med stærke reduktionsmidler.

Dette skyldes det faktum, at overfladen af oxidfilmen materiale _SiO2 dannes øjeblikkeligt, hvilket forhindrer yderligere interaktioner. Det er i stand til at blive dannet under påvirkning af vand, luft og dampe.

Hvis standardbetingelser ændre, og foretag opvarmning af silicium til en temperatur over 400s, vil dens reaktivitet stige kraftigt. I dette tilfælde vil det reagere med:

• oxygen;
• alle former for halogen;
• hydrogen.

Med yderligere stigning i temperatur, dannelsen af produkter ved omsætning med bor, nitrogen og carbon. Af særlig betydning er den siliciumkarbid - SiC, da det er en god slibende materiale.

Desuden er de kemiske egenskaber af silicium tydeligt ses i reaktioner med metaller. Imod dem han iltningsmiddel, så produkterne bliver kaldt silicid. Sådanne forbindelser er kendt for:

• alkalisk;
• alkalisk;
• overgangsmetaller.

Forbindelsen har usædvanlige egenskaber, der opnås, når legere af jern og silicium. Det bærer navnet på ferrosilicium keramik og har været anvendt med succes i branchen.

Med komplekse stoffer omsætte silicium ikke ind, så alle deres arter stand til kun at opløse:

• kongevand (en blanding af salpetersyre og saltsyre);
• kaustiske alkalier.

opløsningens temperatur bør således være mindst 60 ° C. Alt dette bekræfter den fysiske basis materiale - diamant-stabil krystallinsk gitter, giver det styrke og træghed.

Fremgangsmåder til fremstilling

Fremstilling af silicium i ren form - processen er meget dyrt økonomisk. Endvidere i kraft af dets egenskaber enten metode giver kun 90-99% rent produkt, mens urenhederne i form af metaller og carbon forbliver stadig. Så bare få ting er ikke nok. Det bør også kvalitativt fri af fremmede elementer.

Generelt er produktionen af silicium udføres på to måder:

1. Hvidt sand, der er en ren siliciumoxid _SiO2. Kalcinering det med aktive metaller (normalt magnesium) er dannet et frit element i form af en amorf modifikation. Renheden af denne metode er høj, opnås produktet med et udbytte på 99,9 procent.
2. En mere almindelig fremgangsmåde i industriel skala - en smelte sintring sand med koks i specialiserede termiske ovne. Denne metode blev udviklet af russiske videnskabsmænd Beketovym N. N.

Yderligere behandling er udsat for rengøringsmidler metoder. Til dette formål, syrer eller halogener (chlor, fluor).

amorf silicium

Silicon karakteristik vil være ufuldstændig, hvis vi ikke mente, særskilt hver af sine allotrope modifikationer. Den første af dem - er amorf. I denne tilstand betragtes kontaktmaterialet er et brunt pulver brun, fint dispergeret. Er stærkt hygroskopisk, udviser en tilstrækkelig høj reaktivitet ved opvarmning. Under standardbetingelser, er i stand til kun at interagere med den stærkeste iltningsmiddel - fluor.

Kaldet amorf silicium er en slags krystal ikke er helt korrekt. Dens gitter viser, at stoffet - er en form af findelt silicium eksistere i form af krystaller. Derfor, som sådan, skal disse ændringer - den samme forbindelse.

Men deres egenskaber varierer, så at sige af allotropes. I sig selv den amorfe silicium har en høj evne til at svetopoglotitelnoy. Desuden under visse omstændigheder denne indikator er meget hurtigere end fra en tilsvarende krystallinsk form. Derfor er det anvendes til industrielle formål. I denne form (pulver) forbindelsen nemt anvendes på enhver overflade, hvad enten det er plast eller glas. Det er derfor egnet til anvendelse, er amorft silicium. Ansøgningen er baseret på fremstillingen af solceller i forskellige størrelser.

Selv slid på batterier af denne type ganske hurtige, på grund af slid af tynde filmmateriale, men brugen af og efterspørgsel er kun vokser. Efter alt, selv i en kort levetid på solceller baseret på amorf silicium er i stand til at give energi til hele virksomheden. Hertil kommer, at produktionen af sådant materiale uden spild, hvilket gør det meget økonomisk.

Fremstilles ved reduktion af en modifikation af forbindelserne aktive metaller, fx natrium eller magnesium.

krystallinsk silicium

Skinnende sølv-grå modifikation af elementet. Det er denne form, er den mest almindelige og mest populære. Dette forklares ved en række kvalitative egenskaber, som stoffet.

Karakteristik af silicium krystalgitter indeholder sin klassificering typer, som er flere af dem:

1. Elektronisk kvalitet - den reneste og mest højt. Det er den art, der anvendes i elektronik til at bygge meget følsomme instrumenter.
2. Solar klasse. Navnet i sig selv definerer anvendelsesområde. Det er også en temmelig høj renhed silicium, hvis anvendelse er nødvendig for at skabe en høj kvalitet og lang kører solpaneler. Fotoelektriske omformere, der er baseret på krystalstrukturen er mere kvalitativ og slidstærk end dem, der foretages under anvendelse af amorft modifikation ved forstøvning på forskellige typer underlag.
3. Teknisk silicium. I denne form for medtages de prøver, som indeholder ca. 98% ren element. Alt det andet går til forskellige typer af urenheder:

• bor;
• aluminium;
• chlor;
• carbon;
• phosphor og andre.

Sidstnævnte form for det pågældende stof anvendes til at opnå silicium polykrystaller. For at gøre dette, udføre processen med omkrystallisering. Følgelig renheden opnået ved sådanne produkter, der kan henføres til grupperne af sol- og elektronisk kvalitet.

Af natur polysilicium - det er mellemliggende mellem den amorfe og krystalmodifikation. Med en sådan udførelsesform er lettere at arbejde, er det bedre at kunne genanvendes og rengøring fluor og chlor.

Produkter, der er resultatet kan kategoriseres som følger:

• multisilicon;
• monokrystallinske;
• formede krystaller;
• silicium skrot;
• Teknisk silicium;
• produktion af affald i form af fragmenter og stumper af materiale.

Hver af dem bliver brugt i industrien og bruges af en person helt. Derfor, produktionsprocesser, for silicium anses ikke-affald. Dette reducerer dets økonomiske værdi, uden at det påvirker kvaliteten.

Ved anvendelse af ren silicium

silicium fremstillingsindustrien er veletableret, og dens omfang er ganske omfangsrigt. Dette skyldes det faktum, at elementet som en tom, og i form af forskellige forbindelser, er udbredt og efterspørgsel på forskellige områder inden for videnskab og teknologi.

Hvis det bruges krystallinsk og amorf silicium i sin reneste form?

1. I metalindustrien som en legering tilføjelse, evnen ændre egenskaberne for metaller og legeringer heraf. Således anvendes det i smeltning af stål og støbejern.
2. Forskellige typer af stoffer, der udføres fremstillingen renere udførelsesform - polysilicium.
3. Siliciumforbindelser med organisk materiale - er en kemisk industri, som var særligt populære i dag. Silikone materialer anvendes i medicin, til fremstilling af redskaber, værktøj og meget mere.
4. Produktion af forskellige solpaneler. Denne metode til at opnå energi er en af de mest lovende i fremtiden. Miljøvenlige, omkostningseffektiv og slidstærkt - de vigtigste fordele ved denne type elektricitet.
5. Silicon lightere, der anvendes i meget lang tid. Selv i oldtiden folk brugte flint gnist til tænding af brand. Dette princip er grundlaget for produktion af forskellige typer af lightere. I dag er der arter, hvor flint er erstattet af en legering af et bestemt præparat, som giver flere hurtige resultater (lysbuedannelse).
6. Elektronik og solenergi.
7. Produktionsanlæg zerkalets i gas laserenheder.

Således rent silicium har en masse fordelagtige og særlige egenskaber, der tillader at bruge det til at skabe vigtige og nødvendige produkter.

Anvendelsen af siliciumforbindelser

Ud over en simpel stof er brugt og forskellige siliciumforbindelser, som er meget bredt. Der er en hel industri, der kaldes silikat. Den er baseret på brugen af forskellige stoffer, som omfatter denne awesome element. Hvad er forbindelsen og som er produceret?

1. Kvartssand eller flod - _SiO2. Det anvendes til fremstilling af bygge- og dekorative materialer, såsom cement og glas. Anvendelse af sådanne materialer er velkendt. Ingen af konstruktionen er ikke uden datakomponenter, hvilket bekræfter betydningen af siliciumforbindelser.
2. Silikat keramik, som omfatter materialer som keramik, porcelæn, mursten og produkter baseret på dem. Disse komponenter anvendes i medicin, til fremstilling af service, dekorationer, husholdningsartikler, byggeri og andre indenlandske områder af menneskelig aktivitet.
3. Siliconeforbindelser - silicone, silica, siliconeolie.
4. Silikat lim - anvendes som et kontor, i fyrværkeri og konstruktion.

Silicium, at prisen varierer på verdensmarkedet, men ikke krydser nedadgående mærket af 100 russiske rubler per kilogram (af krystal) er en populær og værdifuld substans. Naturligvis forbindelserne ifølge element såvel og bredt anvendelige.

Den biologiske rolle af silicium

Med hensyn til betydning for kroppen af silicium uden betydning. Dens indhold og fordeling til væv er som følger:

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

Hver dag skulle falde i omkring et gram silicium, eller vil udvikle sygdommen. Deadly er ikke blandt dem, men langvarig sult silicium fører til:

• hårtab;
• forekomsten af acne og bumser;
• skrøbelighed og skørhed af knogler;
• lys kapillarpermeabilitet;
• træthed og hovedpine;
• fremkomsten af talrige blå mærker og skrammer.

For planter, silicium - essentielt sporstof, der er nødvendige for normal vækst og udvikling. Dyreforsøg har vist, at disse individer bliver bedre, som dagligt indtager en tilstrækkelig mængde af silicium.