خصائص أكسدة السيليكون. الخصائص الكيميائية للسيليكون

السيليكون هو عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من الجدول الدوري للعناصر D.I. مندليف. تم اكتشافه عام 1811 على يد ج. جاي-لوساك وإل. تيرنار. له رقم سري 14 الكتلة الذرية 28.08 الحجم الذري 12.04 10 -6 م3 /مول. السيليكون هو شبه فلز وينتمي إلى مجموعة الكربون الفرعية. تكافؤ الأكسجين هو +2 و +4. من حيث وفرته في الطبيعة، فإن السيليكون يأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين. تبلغ نسبة كتلته في القشرة الأرضية 27.6%. قشرة الأرض، وفقا ل V.I. فيرنادسكي، أكثر من 97٪ يتكون من السيليكا والسيليكات. توجد أيضًا مركبات الأكسجين والسيليكون العضوي في النباتات والحيوانات.

يمكن أن يكون السيليكون المنتج صناعيًا غير متبلور أو بلوري. السيليكون غير المتبلور هو مسحوق بني، مشتت بدقة، عالي الرطوبة؛ وفقا لبيانات حيود الأشعة السينية، فهو يتكون من بلورات السيليكون الصغيرة. يمكن الحصول عليه عن طريق اختزال SiCl 4 ببخار الزنك عند درجات حرارة عالية.

يحتوي السيليكون البلوري على لون رمادي فولاذي وبريق معدني. تبلغ كثافة السيليكون البلوري عند 20 درجة مئوية 2.33 جم/سم 3، والسيليكون السائل عند 1723-2.51، وعند 1903 كلفن - 2.445 جم/سم 3. نقطة انصهار السيليكون هي 1690 كلفن، نقطة الغليان - 3513 كلفن. وفقًا للبيانات، يتم وصف ضغط بخار السيليكون عند T = 2500÷4000 K بواسطة سجل المعادلة p Si = -20130/ T + 7.736، kPa. حرارة تسامي السيليكون 452610، حرارة الانصهار 49790، التبخر 385020 جول/مول.

تتميز بلورات السيليكون بصلابة عالية (عند 20 درجة مئوية HRC = 106). ومع ذلك، السيليكون هش للغاية، وبالتالي فهو يتمتع بقوة ضغط عالية (σ SZh B ≈690 MPa) وقوة شد منخفضة جدًا (σ B ≈ 16.7 MPa).

في درجة حرارة الغرفةالسيليكون خامل، يتفاعل فقط مع الفلور، ويشكل 81P4 المتطاير. من بين الأحماض، يتفاعل فقط مع حمض النيتريك في خليط مع حمض الهيدروفلوريك. ومع ذلك، يتفاعل السيليكون بسهولة مع القلويات. أحد تفاعلاته مع القلويات

Si + NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2

تستخدم لإنتاج الهيدروجين. وفي الوقت نفسه، يمكن للسيليكون أن يشكل عددًا كبيرًا من المركبات القوية كيميائيًا مع اللافلزات. من بين هذه المركبات، من الضروري ملاحظة الهاليدات (من SiX 4 إلى Si n X 2n+2، حيث X عبارة عن هالوجين و n ≥ 25)، ومركباتها المختلطة SiCl 3 B، SiFCl 3، وما إلى ذلك، أوكسيكلوريدات Si 2 OCl 3، سي 3 O2Cl3 وغيرها، نيتريدات Si 3 N 4، Si 2 N 3، Si N والهيدريدات مع صيغة عامة Si n H 2n+2، ومن بين المركبات الموجودة في إنتاج السبائك الحديدية الكبريتيدات المتطايرة SiS وSiS 2 والكربيد الحراري SiC.

كما أن السيليكون قادر على إنتاج مركبات مع المعادن - مبيدات السيليكات، وأهمها سيليكات الحديد والكروم والمنغنيز والموليبدينوم والزركونيوم، بالإضافة إلى المعادن الأرضية النادرة والمعادن القلوية. تُستخدم خاصية السيليكون هذه - القدرة على إنتاج مركبات ومحاليل قوية جدًا كيميائيًا بالمعادن - على نطاق واسع في إنتاج السبائك الحديدية منخفضة الكربون، وكذلك في تقليل التربة القلوية منخفضة الغليان (Ca، Mg، Ba) و المعادن التي يصعب اختزالها (Zr، Al، إلخ).

تمت دراسة سبائك السيليكون مع الحديد بواسطة P.V. جيلد ومدرسته انتباه خاصتم توجيهه إلى جزء نظام Fe-Si المتعلق بالسبائك به محتوى عالي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه، كما يتبين من مخطط Fe-Si (الشكل 1)، يحدث عدد من التحولات في السبائك من هذا التركيب والتي تؤثر بشكل كبير على جودة الفيروسيليكون. ماركات مختلفة. وبالتالي، فإن مبيد FeSi 2 مستقر فقط عند درجات الحرارة المنخفضة (< 918 или 968 °С, см. рисунок 1). При высоких температурах устойчива его высокотемпературная модификация - лебоит. Содержание кремния в этой фазе колеблется в пределах 53-56 %. В дальнейшем лебоит будем обозначать химической формулой Fe 2 Si 5 , что практически соответствует максимальной концентрации кремния в лебоите.

عند تبريد السبائك التي تحتوي على > 55.5% Si، فإن الليبويت عند T< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции

الحديد 2 سي 5 → FeSi 2 + سي (2)

والسبائك 33.86-50.07% Si عند T< 1255 К - по перитектоидной реакции

الحديد 2 سي 5 + فيسي = 3 فيسي 2 (3)

تخضع السبائك ذات التركيب المتوسط ​​(50.15-55.5% Si) لأول مرة لتحولات الصفاقي (3) عند 1255 كلفن، ثم التحولات الأيوتيكتويد (2) عند 1213 كلفن. هذه التحولات لـ Fe 2 Si 5 وفقًا للتفاعلات (2) و (3) تكون مصحوبة بتغيرات في حجم مبيد السيليس. يكون هذا التغيير كبيرًا بشكل خاص أثناء التفاعل (2) - حوالي 14%، وبالتالي فإن السبائك التي تحتوي على الليبويت تفقد الاستمرارية والتشقق وحتى التفتت. مع التبلور البطيء والمتوازن (انظر الشكل 1)، يمكن إطلاق الليبويت أثناء تبلور كل من سبائك FS75 وFS45.

ومع ذلك، فإن التشقق المرتبط بتحلل الليبويت سهل الانصهار ليس سوى أحد أسباب التفكك. السبب الثاني، وهو السبب الرئيسي على ما يبدو، هو أن تشكل الشقوق على طول حدود الحبوب يخلق الفرصة للسوائل المنطلقة على طول هذه الحدود - الفوسفور والزرنيخ وكبريتيد الألومنيوم والكربيدات، وما إلى ذلك - للتفاعل مع رطوبة الهواء في تفاعلات ينتج عن ذلك إطلاق H 2 و PH 3 و PH 4 و AsH 4 وما إلى ذلك في الغلاف الجوي، وفي الشقوق توجد أكاسيد فضفاضة Al 2 O 3 و SiO 2 ومركبات أخرى تفرقها. يمكن منع تفكك السبائك عن طريق تعديلها بالمغنيسيوم، وخلطها مع إضافات من العناصر التي تعمل على تحسين الحبوب (V، Ti، Zg، إلخ) أو جعلها أكثر بلاستيكية. يؤدي صقل الحبوب إلى تقليل تركيز الشوائب ومركباتها عند حدودها ويؤثر على خواص السبائك بنفس الطريقة التي يحدث بها النقصان العام في تركيز الشوائب في السبيكة (P,Al,Ca) التي تساهم في التفكك. تمت دراسة الخصائص الديناميكية الحرارية لسبائك Fe-Si (حرارة الخلط والنشاط وقابلية ذوبان الكربون) بالتفصيل ويمكن العثور عليها في الأعمال. ترد معلومات حول قابلية ذوبان الكربون في سبائك Fe-Si في الشكل 2، وعن نشاط السيليكون - في الجدول 1.

الشكل 1. — مخطط حالة نظام Fe-Si

فيزيائي- الخواص الكيميائيةتمت دراسة مركبات الأكسجين من السيليكون بواسطة P.V. جيلد وموظفيه. على الرغم من أهمية نظام Si-O، إلا أنه لم يتم إنشاء مخططه بعد. حاليًا، هناك مركبان من أكسجين السيليكون معروفان - السيليكا SiO 2 وأول أكسيد SiO. هناك أيضًا دلائل في الأدبيات حول وجود مركبات أكسجين أخرى من السيليكون - Si 2 O 3 و Si 3 O 4، لكن لا توجد معلومات حول خواصها الكيميائية والفيزيائية.

في الطبيعة، يتم تمثيل السيليكون فقط بواسطة السيليكا SiO 2. مركب السيليكون هذا مختلف:

1) الصلابة العالية (على مقياس موس 7) والحراريات (T pl = 1996 K)؛

2) ارتفاع نقطة الغليان (T KIP = 3532 K). يمكن وصف ضغط بخار السيليكا بالمعادلات (Pa):

3) تشكيل عدد كبير من التعديلات:

من سمات التحولات المتآصلة لـ SiO 2 أنها مصحوبة بتغيرات كبيرة في كثافة المادة وحجمها ، مما قد يتسبب في تكسير الصخور وسحقها ؛

4) الميل العالي لانخفاض حرارة الجسم. ولذلك، هناك احتمال نتيجة لذلك تبريد سريعلتسجيل هيكل كل من ذوبان السائل (الزجاج) وتعديلات درجات الحرارة العالية لـ β-cristobalite وtridymite. على العكس من ذلك، مع التسخين السريع، من الممكن ذوبان الكوارتز، متجاوزًا هياكل التريديميت والكريستوبالايت. في هذه الحالة، تنخفض نقطة انصهار SiO 2 بحوالي 100 درجة مئوية؛

5) مقاومة كهربائية عالية. على سبيل المثال، عند 293 K تكون 1 10 12 أوم*م. ومع ذلك، مع زيادة درجة الحرارة، تقل المقاومة الكهربائية لـ SiO 2، وفي الحالة السائلةالسيليكا موصل جيد.

6) اللزوجة العالية. وهكذا، عند 2073 K تكون اللزوجة 1 10 4 Pa ​​​​s، وعند 2273 K تكون 280 Pa s.

الأخير ، بحسب ن.ف. القش، يفسر بحقيقة أن SiO 2، مثل البوليمرات العضوية، قادر على تكوين سلاسل تتكون عند 2073 كلفن من 700، وعند 2273 كلفن - من 590 جزيء SiO 2؛

7) الثبات الحراري العالي. طاقة جيبس ​​لتكوين SiO 2 من العناصر، مع مراعاة حالة تجميعها وفقًا للبيانات الواردة من دقة عاليةالموصوفة بالمعادلات:

تختلف هذه البيانات، كما يتبين من الجدول 2، إلى حد ما عن بيانات المؤلفين. بالنسبة للحسابات الديناميكية الحرارية، يمكن أيضًا استخدام المعادلات ذات الحدين:

تم اكتشاف أول أكسيد السيليكون SiO في عام 1895 بواسطة بوتر في الطور الغازي للأفران الكهربائية. لقد ثبت الآن بشكل موثوق أن SiO موجود أيضًا في مراحل مكثفة. وفقًا لبحث أجراه P.V. جيلدا، يتمتع الأكسيد بكثافة منخفضة (2.15 جم/سم 3) ومقاومة كهربائية عالية (10 5 -10 6 أوم*م). الأكسيد المكثف هش، وصلابته على مقياس موس هي ~ 5. بسبب تقلبه العالي، لا يمكن تحديد نقطة الانصهار تجريبيا. وفقًا لـ O. Kubashevsky، فهي تساوي 1875 K، وفقًا لـ Berezhny، فهي 1883 K. حرارة اندماج SiO أعلى بعدة مرات من ΔH 0 SiO2، وفقًا للبيانات تساوي 50242 J/mol. على ما يبدو، بسبب التقلبات، يتم المبالغة في تقديره. وله كسر زجاجي، ويختلف لونه من الأبيض إلى الشوكولاتة، وربما يرجع ذلك إلى أكسدته بواسطة الأكسجين الجوي. عادةً ما يكون لكسر SiO الطازج لون يشبه حبة البازلاء مع لمعان دهني. يكون الأكسيد مستقرًا من الناحية الديناميكية الحرارية فقط عند درجات الحرارة المرتفعة في شكل SiO (G). عند تبريده، يختلف الأكسيد حسب التفاعل

2SiO (G) = SiO (L) + SiO 2 (6)

يمكن تقدير نقطة غليان SiO تقريبًا من المعادلة:

غاز أكسيد السيليكون مستقر للغاية من الناحية الديناميكية الحرارية. يمكن وصف طاقة جيبس ​​​​لتكوينها بالمعادلات (انظر الجدول 2):

ومنه يتضح أن القوة الكيميائية لـ SiO، مثل ثاني أكسيد الكربون، تزداد مع زيادة درجة الحرارة، مما يجعله عامل اختزال ممتاز للعديد من المواد.

للتحليل الديناميكي الحراري، يمكن أيضًا استخدام المعادلات ذات الحدين:

تم تقدير تكوين الغازات فوق SiO 2 بواسطة I.S. كوليكوف. اعتمادًا على درجة الحرارة، يتم وصف محتوى SiO على SiO 2 بواسطة المعادلات:

كربيد السيليكون، مثل SiO، هو أحد المركبات الوسيطة التي تتشكل أثناء اختزال SiO 2. كربيد لديه نقطة انصهار عالية.

اعتمادًا على الضغط، فهو مقاوم حتى 3033-3103 كلفن (الشكل 3). عند درجات الحرارة المرتفعة، يتسامى كربيد السيليكون. ومع ذلك، فإن ضغط بخار Si (G)، Si 2 C (G)، SiC 2 (G) فوق الكربيد عند T< 2800К невелико, что следует из уравнения

يوجد الكربيد في شكل تعديلين - β-SiC المكعب ذو درجة الحرارة المنخفضة و α-SiC السداسي ذو درجة الحرارة العالية. في أفران السبائك الحديدية، عادة ما يتم العثور على β-SiC فقط. كما أظهرت الحسابات باستخدام البيانات، يتم وصف طاقة جيبس ​​للتكوين بالمعادلات:

والتي تختلف بشكل ملحوظ عن البيانات. يستنتج من هذه المعادلات أن الكربيد مقاوم حرارياً حتى 3194 كلفن. من حيث الخصائص الفيزيائية، يتميز الكربيد بصلابة عالية (~ 10)، ومقاومة كهربائية عالية (عند 1273 كلفن p≈0.13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m)، زيادة الكثافة (3.22 جم / سم 3) ومقاومة عالية في كل من الأجواء المختزلة والأكسدة.

بواسطة مظهرالكربيد النقي عديم اللون وله خصائص شبه موصلة يتم الاحتفاظ بها عند درجات حرارة عالية. يحتوي كربيد السيليكون التقني على شوائب، وبالتالي يتم تلوينه باللون الأخضر أو ​​الأسود. وبالتالي، يحتوي الكربيد الأخضر على 0.5-1.3٪ شوائب (0.1-0.3٪ C، 0.2-1.2٪ Si + SiO 2، 0.05-0.20٪ Fe 2 O 3 ، 0.01-0.08٪ Al 2 O 3، إلخ). يحتوي الكربيد الأسود على نسبة شوائب أعلى (1-2%).

يستخدم الكربون كعامل اختزال في إنتاج سبائك السيليكون. كما أنها المادة الأساسية التي تصنع منها الأقطاب الكهربائية وبطانات الأفران الكهربائية التي تصهر السيليكون وسبائكه. الكربون شائع جدًا في الطبيعة، ويبلغ محتواه في القشرة الأرضية 0.14٪. يوجد في الطبيعة في حالة حرة وفي شكل عضوي وغير عضوي مركبات العضوية(معظمها كربونات).

يحتوي الكربون (الجرافيت) على شبكة مكعبة سداسية. تبلغ كثافة الأشعة السينية للجرافيت 2.666 جم / سم 3، وكثافة الجرافيت - 2.253 جم / سم 3. يتميز بنقاط انصهار عالية (~ 4000 درجة مئوية) ونقاط غليان (~ 4200 درجة مئوية)، تزداد مع زيادة المقاومة الكهربائية لدرجة الحرارة (عند 873 Kp≈9.6 μOhm⋅m، عند 2273 Kp≈ 15.0 μOhm⋅m) ، متينة للغاية. يمكن أن تكون مقاومتها المؤقتة على الشعيرات 480-500 ميجا باسكال. ومع ذلك، فإن قطب الجرافيت لديه σ = 3.4÷17.2 ميجاباسكال. صلابة الجرافيت على مقياس موس هي ~ 1.

الكربون هو عامل اختزال ممتاز. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن قوة أحد مركبات الأكسجين (CO) تزداد مع زيادة درجة الحرارة. ويتجلى ذلك من طاقة جيبس ​​في تكوينها، والتي، كما هو موضح من خلال حساباتنا باستخدام البيانات، توصف جيدًا بأنها ثلاثية الحدود

والمعادلات ذات الحدين:

ثاني أكسيد الكربون CO 2 قوي من الناحية الديناميكية الحرارية حتى 1300 كلفن فقط. يتم وصف طاقة جيبس ​​لتكوين ثاني أكسيد الكربون بالمعادلات:

النوع الأكثر شيوعًا من الفحم الموجود في الطبيعة هو الفحم. تم العثور على رواسب الجرافيت في كثير من الأحيان. إنه تعديل متآصل أكثر استقرارًا مقارنة بالماس، وبالتالي يوجد منه في القشرة الأرضية أكثر من الماس. يتواجد الجرافيت في الأرض على شكل كتل متقشرة وصفائحية. يعتقد العلماء أنه تشكل من الفحم تحت تأثيره ضغط مرتفع. الماس نادر. ويعتقد أنها تتشكل من مواد تحتوي على الكربون عند درجات حرارة وضغوط عالية على عمق حوالي 100 كيلومتر.

تطبيق الكربون ومركباته

1) في البداية، تم استخدام الماس فقط لصنع الماس، والذي كان يُقدر دائمًا على أنه أغلى المجوهرات.

تسمح الصلابة العالية للماس باستخدامها في صناعة أدوات الحفر والقطع ومعالجة الأحجار والمعادن الأخرى المواد الصلبة. تستخدم تدريبات الماس لحفر الألواح الخرسانية. باستخدام الأدوات الماسية، يمكنك معالجة الأحجار المستخدمة في حركات الساعة بدقة عالية. يتم تطبيق رقائق الماس الرقيقة على الأدوات الجراحية. استخدام الماس في التكنولوجيا يقلل من التكلفة ويسرع عمليات الإنتاج.

يستخدم الجرافيت على نطاق واسع في التكنولوجيا والصناعة. المقاومة للحرارة والخمول الكيميائي تجعلها مادة لا غنى عنها لتصنيع المنتجات المقاومة للحريق، فضلا عن الأنابيب والأجهزة المقاومة كيميائيا.

في الصناعة الكهربائية، يتم استخدام الموصلية الكهربائية للجرافيت. يتم استخدامه لصنع الأقطاب الكهربائية والخلايا الجلفانية واتصالات الآلات الكهربائية. يتمتع الجرافيت بمقاومة كبيرة. لذلك تصنع منه سخانات للأفران الكهربائية.

يستخدم الجرافيت النقي جدًا في المفاعلات النووية.

يعمل الجرافيت كخيوط قلم رصاص. من خلال تقشير القشور، يترك القضيب علامة على الورقة.

يستخدم الفحم كوقود. تتم معالجته وتحويله إلى فحم الكوك، الذي يحتوي على شوائب أقل من الفحم.

يعد فحم الكوك عامل اختزال جيد ويستخدم في صناعة المعادن لإنتاج المعادن.

2) يستخدم ثاني أكسيد الكربون كمبرد، ويستخدم في مكافحة الحرائق، ويستخدم في الطب. تتم إضافته إلى الأكسجين الذي يتنفسه المرضى المصابون بأمراض خطيرة. يتم استهلاك ثاني أكسيد الكربون لصنع المياه الغازية والمشروبات الأخرى.

3) كربونات الكالسيوم هي الأكثر استخداما. ويتم الحصول منه على الجير الحي المستخدم في البناء. وتستخدم كربونات الصوديوم (الصودا) وكربونات البوتاسيوم (البوتاس) في صناعة الصابون، وإنتاج الزجاج، وصناعة الأدوية، وإنتاج الأسمدة.

السيليكون

السيليكون لا يقل أهمية في الطبيعة والحياة البشرية عن الكربون. إذا كان الكربون يشكل مواد الطبيعة الحية، فإن السيليكون هو أساس المواد التي يتكون منها كوكب الأرض بأكمله.

تطبيق السيليكون ومركباته

1) بما أن السيليكون عامل اختزال جيد، فإنه يستخدم لإنتاج المعادن في الصناعة المعدنية.

يستخدم السيليكون في الإلكترونيات نظرًا لقدرته على التوصيل في ظل ظروف معينة. كهرباء. يستخدم السيليكون في صناعة الخلايا الضوئية وأجهزة أشباه الموصلات لإنتاج أجهزة الراديو والتلفزيون وأجهزة الكمبيوتر.

الكربون والسيليكون عنصران كيميائيان من المجموعة IVA من الجدول الدوري. وهم في الفترتين 2 و 3 على التوالي. الكربون والسيليكون الكربون والسيليكون عنصران كيميائيان من المجموعة IVA
النظام الدوري. وهم في الفترتين 2 و 3 على التوالي.
الكربون والسيليكون عناصر غير معدنية.

يحتوي الكربون على 4 إلكترونات في مستوى الطاقة الخارجي - 2s22p2، وكذلك السيليكون - 3s23p2.

ونتيجة لذلك، في مجموعات مع عناصر أخرى
غالبًا ما تظهر ذرات الكربون والسيليكون درجات
الأكسدة -4، +2، +4. في مادة بسيطة، تكون حالة الأكسدة
العناصر هي 0

تاريخ الاكتشاف

ج
في عام 1791، الكيميائي الإنجليزي تينانت
أول من حصل على الكربون الحر؛ هو
تمرير بخار الفوسفور على المكلس
الطباشير، مما أدى إلى تشكيل
فوسفات الكالسيوم والكربون. يا له من الماس
وعندما يسخن بقوة يحترق بدونه
والباقي معروف منذ فترة طويلة. مرة أخرى في 1751
وافق الإمبراطور الألماني فرانز الأول
إعطاء الماس والياقوت للتجارب
حرق، وبعد ذلك هذه التجارب حتى
جاء في الموضة. اتضح أنه يحترق فقط
الماس، والياقوت (أكسيد الألومنيوم مع
خليط الكروم) يقاوم بدون
الأضرار الناجمة عن التدفئة لفترات طويلة في
تركيز العدسة الحارقة. لافوازييه
إجراء تجربة جديدة في حرق الألماس
باستخدام آلة حارقة كبيرة
وتوصلت إلى استنتاج مفاده أن الماس يمثل
هو الكربون البلوري. ثانية
متآصلة الكربون - الجرافيت - في
تم النظر في الفترة الخيميائية
تعديل بريق الرصاص و
دعا بلومباجو. فقط في عام 1740 بوت
اكتشف عدم وجود أي شوائب الرصاص في الجرافيت.
سي
في شكل نقيكانت المرة الأولى له
المخصصة في عام 1811
العلماء الفرنسيين
جوزيف لويس جاي لوساك و
لويس جاك ثينارد.

أصل الاسم

ج
في بداية القرن التاسع عشر باللغة الروسية
الأدب الكيميائي في بعض الأحيان
تم استخدام مصطلح "الكربون".
(شيرير، 1807؛ سيفيرجين، 1815)؛ مع
1824 قدم سولوفيوف الاسم
"كربون". مركبات الكربون
ضع جزء الكربوهيدرات (on) في أسمائهم
- من اللات. كاربو (الجنرال كاربونيس)
"فحم".
سي
في عام 1825 الكيميائي السويديجونز
عمل جاكوب بيرسيليوس
معدن البوتاسيوم على
تلقى فلوريد السيليكون SiF4
السيليكون العنصري النقي.
تم إعطاء العنصر الجديد
اسم "السيليسيوم" (من اللاتينية silex
- الصوان). الاسم الروسي
تم تقديم "السيليكون" في عام 1834
الكيميائي الروسي الألماني
إيفانوفيتش هيس. مترجم من
اليونانية القديمة κρημνός - "الجرف، الجبل".

الخواص الفيزيائية للمواد البسيطة الكربون والسيليكون.

كربون
موجود في العديد من التعديلات المتآصلة مع جدا
الخصائص الفيزيائية المختلفة. مجموعة متنوعة من التعديلات
بسبب قدرة الكربون على تكوين روابط كيميائية مختلفة
يكتب.
التعديلات المتآصلة التالية للكربون معروفة: الجرافيت، الماس، الكارباين
والفوليرين.
ألماس
ب) الجرافيت
ج) لونسداليت
د) الفوليرين - بوكي بول C60
ه) الفوليرين C540
و) الفوليرين C70
ز) الكربون غير المتبلور
ح) أنابيب الكربون

الماس مادة شفافة عديمة اللون (أحيانًا مصفر، بني، أخضر، أسود، أزرق، محمر) تعمل على انكسار الضوء بقوة شديدة

الماس - عديم اللون (أحيانًا مصفر، بني، أخضر، أسود، أزرق، محمر)
مادة شفافة تكسر أشعة الضوء بقوة شديدة.
وهو يفوق جميع المواد الطبيعية المعروفة في الصلابة. ولكن لديها هشاشة.
خامل كيميائيا، ويوصل الحرارة والكهرباء بشكل سيء.
الكثافة 3.5 جم/سم3.
تقع كل ذرة كربون في بنية الماس في وسط رباعي السطوح، مع رؤوسه
التي تخدمها الذرات الأربع الأقرب. إن الرابطة القوية لذرات الكربون هي التي تفسر ذلك
صلابة الماس العالية.
الجرافيت هو الشكل الأكثر شيوعا.
هذه مادة سوداء ناعمة جدًا ذات لمعان معدني يعمل بشكل جيد
التيار الكهربائي والحرارة. دهني الملمس، عند فركه ينفصل إلى أجزاء منفصلة
مقاييس.
tmelt = 3750 درجة مئوية (ينصهر عند ضغط 10 ميجا باسكال، ويتسامى عند الضغط العادي).
الكثافة 2.22 جم/سم3.
يتكون هيكل الجرافيت من طبقات متوازية من الشبكات التي تتكون من
السداسي مع ذرات الكربون في القمم. الذرات في كل طبقة على حدة
ترتبط بشكل وثيق تماما، ولكن الاتصال بين الطبقات ضعيف.

كارباين هو تعديل اصطناعي للكربون. مسحوق بلوري ناعم أسود. الكثافة 1.9-2 جم/سم3. أشباه الموصلات.

الفوليرينات هي جزيئات كروية تتكون من أشكال خماسية وسداسية من ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض. Vn

الفوليرينات هي جزيئات كروية،
تتكون من أشكال خماسية وسداسية من ذرات الكربون،
متصلة ببعضها البعض. الجزيئات مجوفة من الداخل. في
حاليًا، تم الحصول على الفوليرينات ذات التركيبة C60، C70، وما إلى ذلك.

10. السيليكون. السيليكون البلوري هو مادة رمادية داكنة ذات بريق معدني، لها هيكل مكعب من الماس، ولكن بشكل ملحوظ

السيليكون.
السيليكون البلوري عبارة عن مادة رمادية داكنة ذات فلز
التألق، له هيكل مكعب من الماس، ولكنه أدنى بكثير منه
صلابة وهشة للغاية. نقطة الانصهار 1415 درجة مئوية، درجة الحرارة
نقطة الغليان 2680 درجة مئوية، الكثافة 2.33 جم/سم3. لديه أشباه الموصلات
خصائصه ، تقل مقاومته مع زيادة درجة الحرارة.
السيليكون غير المتبلور هو مسحوق بني يعتمد على اضطراب شديد
هيكل يشبه الماس. لديها تفاعل أكبر من
السيليكون البلوري.

11. الخصائص الكيميائية

مع
التفاعل مع غير المعادن
ج + 2س = CS2. C + O2 = CO2، C + 2F2 = CF4. ج + 2H2 = CH4.
لا يتفاعل مع النيتروجين والفوسفور.
التفاعل مع المعادن
قادرة على التفاعل مع المعادن وتشكيل الكربيدات:
كا + 2C = CaC2.
التفاعل مع الماء
C + H2O = CO + H2.
الكربون قادر على اختزال العديد من المعادن من
أكاسيد:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
الكبريتيك المركز و حمض النيتريكعند تسخينها
أكسدة الكربون إلى أول أكسيد الكربون (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O؛

12.

سي
التفاعل مع غير المعادن
سي + 2F2 = SiF4. سي + 2Cl2 = SiCl4. سي + O2 = SiO2.
Si + C = SiC Si + 3B = B3Si. 3سي + 2ن2 = سي3ن4.
لا يتفاعل مع الهيدروجين.
التفاعل مع هاليدات الهيدروجين
سي + 4HF = SiF4 + 2H2،
التفاعل مع المعادن
2Ca + سي = Ca2Si.
التفاعل مع الأحماض
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O.
التفاعل مع القلويات
سي + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.

13. التواجد في الطبيعة على شكل ثاني أكسيد الكربون، يشكل الكربون جزءًا من الغلاف الجوي (0.03% من حيث الحجم). الفحم والجفت والنفط والغاز الطبيعي - المنتجات

التواجد في الطبيعة
في شكل ثاني أكسيد الكربون، يدخل الكربون إلى الغلاف الجوي (0.03٪ بنسبة 0.03٪).
مقدار).
الفحم والجفت والنفط والغاز الطبيعي هي منتجات التحلل
نباتات الأرض في العصور القديمة.

14.

المركبات غير العضوية الطبيعية
الكربون - كربونات. معدن الكالسيت
CaCO3 هو أساس الرسوبية
الصخور - الحجر الجيري. آخر
تعديلات كربونات الكالسيوم
المعروفة بالرخام والطباشير

15. السيليكون في الطبيعة

يتم توزيعه على نطاق واسع في شكل السيليكا SiO2 ومختلف
السيليكات.
على سبيل المثال، يحتوي الجرانيت على أكثر من 60٪ من السيليكا، والبلورية
الكوارتز هو أنقى مركبات السيليكون الطبيعية
الأكسجين.
{
أوراق نبات القراص مغطاة بشعر شائك من الأكسيد النقي.
السيليكون (IV) وهو عبارة عن أنابيب مجوفة بطول 1-2 مم.
تمتلئ الأنابيب بسائل يحتوي على حمض الفورميك.

16. تطبيق الكربون

ويستخدم الجرافيت في صناعة أقلام الرصاص. كما أنها تستخدم في
كمواد تشحيم في درجات حرارة عالية أو منخفضة بشكل خاص.
الماس، بسبب صلابته الاستثنائية، هو مادة كاشطة لا غنى عنها.
ملحقات الطحن الخاصة بالمثاقب مطلية بالماس. بجانب،
قطع الماس - يستخدم الماس كأحجار كريمة
مجوهرات. نظرًا لندرتها وخصائصها الزخرفية العالية و
وبمحض الصدفة للظروف التاريخية، فإن الماس هو دائما الأكثر
جوهرة باهظة الثمن.
{
تستخدم المركبات المختلفة على نطاق واسع في الصيدلة والطب
الكربون - مشتقات حمض الكربونيك والأحماض الكربوكسيلية.
الكاربولين (الكربون المنشط)، يستخدم للامتصاص والإزالة منه
الجسم من السموم المختلفة.

17. تطبيق السيليكون

يجد السيليكون تطبيقًا في أشباه الموصلات
التكنولوجيا والالكترونيات الدقيقة، في علم المعادن كما
إضافات للصلب وفي إنتاج السبائك.
مركبات السيليكون بمثابة الأساس للإنتاج
الزجاج والاسمنت. إنتاج الزجاج والأسمنت
تعمل في صناعة السيليكات. هي ايضا
تنتج سيراميك السيليكات - الطوب والخزف،
الخزف والمنتجات المصنوعة منها.
غراء السيليكات معروف على نطاق واسع ويستخدم في
في البناء باعتباره أكثر جفافا، وفي الألعاب النارية وفي الحياة اليومية
للصق الورق.

أحد العناصر الأكثر شيوعًا في الطبيعة هو السيليسيوم، أو السيليكون. يشير هذا التوزيع الواسع إلى أهمية هذه المادة وأهميتها. تم فهم هذا وتعلمه بسرعة من قبل الأشخاص الذين تعلموا كيفية استخدام السيليكون بشكل صحيح لأغراضهم. يعتمد تطبيقه على خصائص خاصة، والتي سنتحدث عنها بعد ذلك.

السيليكون - عنصر كيميائي

إذا قمنا بتمييز عنصر معين من خلال موقعه فيه الجدول الدوري، ومن ثم يمكن تحديد النقاط المهمة التالية:

1. الرقم التسلسلي - 14.
2. الفترة هي الثالثة الصغيرة.
3. المجموعة - الرابع.
4. المجموعة الفرعية هي المجموعة الرئيسية.
5. يتم التعبير عن بنية الغلاف الإلكتروني الخارجي بالصيغة 3s 2 3p 2.
6. يتم تحديد عنصر السيليكون رمز كيميائيسي، والذي يُنطق "السيليسيوم".
7. حالات الأكسدة التي تظهرها هي: -4؛ +2؛ +4.
8. تكافؤ الذرة هو IV.
9. الكتلة الذرية للسيليكون هي 28.086.
10. يوجد في الطبيعة ثلاثة نظائر مستقرة لهذا العنصر بأعداد كتلية 28 و29 و30.

وهكذا، من وجهة نظر كيميائية، فإن ذرة السيليكون هي عنصر تمت دراسته إلى حد ما، وقد تم وصف العديد من خصائصه المختلفة.

تاريخ الاكتشاف

نظرًا لأن المركبات المختلفة للعنصر المعني تحظى بشعبية كبيرة ووفيرة في الطبيعة، فقد استخدم الناس منذ العصور القديمة ويعرفوا عن خصائص العديد منها. ظل السيليكون النقي خارج نطاق المعرفة البشرية في الكيمياء لفترة طويلة.

وكانت المركبات الأكثر شعبية المستخدمة في الحياة اليومية والصناعة من قبل شعوب الثقافات القديمة (المصريين والرومان والصينيين والروس والفرس وغيرهم) هي أحجار الزينة الثمينة القائمة على أكسيد السيليكون. وتشمل هذه:

• أوبال؛
• حجر الراين.
• التوباز.
• الكريسوبراسي.
• الجزع.
• العقيق الأبيض وغيرها.

كما جرت العادة على استخدام الكوارتز في البناء منذ العصور القديمة. ومع ذلك، ظل عنصر السيليكون نفسه غير مكتشف حتى القرن التاسع عشر، على الرغم من أن العديد من العلماء حاولوا عبثًا عزله عن مركبات مختلفة، باستخدام المحفزات ودرجات الحرارة المرتفعة وحتى التيار الكهربائي. وهذه العقول النيرة مثل:

• كارل شيل؛
• جاي لوساك.
• الرانفة.
• همفري ديفي؛
• أنطوان لافوازييه.

نجح ينس جاكوبس بيرسيليوس في الحصول على السيليكون في شكله النقي في عام 1823. وللقيام بذلك، أجرى تجربة على دمج أبخرة فلوريد السيليكون ومعدن البوتاسيوم. ونتيجة لذلك، حصلت على تعديل غير متبلور للعنصر المعني. واقترح نفس العلماء اسمًا لاتينيًا للذرة المكتشفة.

وبعد ذلك بقليل، في عام 1855، تمكن عالم آخر - سانت كلير ديفيل - من تجميع مجموعة متنوعة أخرى من المتآصلة - السيليكون البلوري. ومنذ ذلك الحين، بدأت المعرفة حول هذا العنصر وخصائصه في التوسع بسرعة كبيرة. أدرك الناس أن لديها ميزات فريدة يمكن استخدامها بذكاء شديد لتلبية احتياجاتهم الخاصة. لذلك، يعد السيليكون اليوم أحد العناصر الأكثر شيوعًا في مجال الإلكترونيات والتكنولوجيا. استخدامه يوسع حدوده فقط كل عام.

الاسم الروسي للذرة أطلقه العالم هيس في عام 1831. وهذا ما تمسك به حتى يومنا هذا.

ومن حيث توافره في الطبيعة، يحتل السيليكون المرتبة الثانية بعد الأكسجين. له نسبة مئويةبالمقارنة مع الذرات الأخرى في التكوين قشرة الأرض- 29.5%. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر الكربون والسيليكون عنصرين خاصين يمكنهما تشكيل سلاسل عن طريق الارتباط مع بعضهما البعض. ولهذا السبب فإن أكثر من 400 معدن طبيعي مختلف معروف بهذا الأخير، حيث يوجد في الغلاف الصخري والغلاف المائي والكتلة الحيوية.

أين يوجد السيليكون بالضبط؟

1. في طبقات التربة العميقة.
2. في الصخور والودائع والكتل.
3. في قاع المسطحات المائية وخاصة البحار والمحيطات.
4. في النباتات والحياة البحرية في المملكة الحيوانية.
5. في جسم الإنسان والحيوانات البرية.

يمكننا التعرف على العديد من المعادن والصخور الأكثر شيوعًا والتي تحتوي على كميات كبيرةالسيليكون موجود. كيمياءهم هي أن المحتوى الشامل عنصر نقيفيها تصل إلى 75٪. ومع ذلك، فإن الرقم المحدد يعتمد على نوع المادة. لذا، الصخوروالمعادن التي تحتوي على السيليكون:

• الفلسبار.
• ميكا.
• الأمفيبولات.
• الأوبال.
• العقيق الأبيض؛
• السيليكات.
• الحجارة الرملية.
• سيليكات الألمنيوم.
• الطين وغيرها.

يتراكم السيليكون في الأصداف والهياكل الخارجية للحيوانات البحرية، ويشكل في النهاية رواسب سيليكا قوية في قاع المسطحات المائية. هذا هو واحد من مصادر طبيعيةمن هذا العنصر.

بالإضافة إلى ذلك، وجد أن السيليكون يمكن أن يوجد في شكله الأصلي النقي - في شكل بلورات. لكن مثل هذه الودائع نادرة جدًا.

الخصائص الفيزيائية للسيليكون

إذا قمنا بتوصيف العنصر المعني وفقًا للمجموعة الخصائص الفيزيائية والكيميائية، فمن الضروري أولاً تعيين المعلمات المادية. وفيما يلي بعض منها الرئيسية:

1. إنه موجود في شكل تعديلين متآصلين - غير متبلور وبلوري، يختلفان في جميع الخصائص.
2. الشبكة البلورية تشبه إلى حد كبير شبكة الماس، لأن الكربون والسيليكون متماثلان عمليًا في هذا الصدد. ومع ذلك، فإن المسافة بين الذرات مختلفة (السيليكون أكبر)، وبالتالي فإن الماس أصلب وأقوى بكثير. نوع شعرية - وجه مكعب محورها.
3. المادة هشة للغاية وتصبح بلاستيكية عند درجات حرارة عالية.
4. نقطة الانصهار هي 1415 درجة مئوية.
5. نقطة الغليان - 3250 درجة مئوية.
6. كثافة المادة 2.33 جم/سم3.
7. لون المركب هو الرمادي الفضي، مع بريق معدني مميز.
8. وله خصائص جيدة لأشباه الموصلات، والتي يمكن أن تختلف مع إضافة عوامل معينة.
9. غير قابلة للذوبان في الماء والمذيبات العضوية والأحماض.
10. قابل للذوبان على وجه التحديد في القلويات.

معين الخصائص الفيزيائيةيسمح السيليكون للناس بالتلاعب به واستخدامه لإنشاء منتجات متنوعة. على سبيل المثال، يعتمد استخدام السيليكون النقي في الإلكترونيات على خصائص أشباه الموصلات.

الخواص الكيميائية

تعتمد الخواص الكيميائية للسيليكون بشكل كبير على ظروف التفاعل. إذا كنا نتحدث عن المعلمات القياسية، فنحن بحاجة إلى الإشارة إلى ذلك نشاط منخفض. كل من السيليكون البلوري وغير المتبلور خامل للغاية. أنها لا تتفاعل مع عوامل مؤكسدة قوية (باستثناء الفلور) أو مع عوامل اختزال قوية.

ويرجع ذلك إلى حقيقة أن طبقة أكسيد SiO 2 تتشكل على الفور على سطح المادة، مما يمنع المزيد من التفاعلات. ويمكن أن تتشكل تحت تأثير الماء والهواء والبخار.

إذا قمت بتغيير الظروف القياسية وتسخين السيليكون إلى درجة حرارة أعلى من 400 درجة مئوية، فإن نشاطه الكيميائي سيزداد بشكل كبير. في هذه الحالة سوف يتفاعل مع:

• الأكسجين.
• جميع أنواع الهالوجينات.
• هيدروجين.

مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، من الممكن تكوين المنتجات عن طريق التفاعل مع البورون والنيتروجين والكربون. معنى خاصتحتوي على الكاربورندوم - SiC، لأنها مادة كاشطة جيدة.

كما أن الخواص الكيميائية للسيليكون مرئية بوضوح في التفاعلات مع المعادن. بالنسبة لهم، فهو عامل مؤكسد، ولهذا السبب تسمى المنتجات مبيدات السيليكات. مركبات مماثلة معروفة بـ:

• قلوية.
• القلوية الترابية؛
• المعادن الانتقالية.

المركب الذي يتم الحصول عليه عن طريق دمج الحديد والسيليكون له خصائص غير عادية. يطلق عليه سيراميك الفيروسيليكون ويستخدم بنجاح في الصناعة.

لا يتفاعل السيليكون مع المواد المعقدة، لذلك، من جميع أصنافها، يمكن أن يذوب فقط في:

• الماء الملكي (خليط من أحماض النيتريك والهيدروكلوريك)؛
• القلويات الكاوية.

وفي هذه الحالة يجب أن تكون درجة حرارة المحلول 60 درجة مئوية على الأقل. كل هذا يؤكد مرة أخرى الأساس المادي للمادة - شبكة بلورية مستقرة تشبه الماس، مما يمنحها القوة والجمود.

طرق الحصول على

يعد الحصول على السيليكون في شكله النقي عملية مكلفة إلى حد ما من الناحية الاقتصادية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لخصائصها، فإن أي طريقة توفر فقط 90-99٪ منتج نقيبينما تبقى الشوائب على شكل معادن وكربون على حالها. ولذلك فإن مجرد الحصول على المادة لا يكفي. وينبغي أيضًا تنظيفها جيدًا من العناصر الأجنبية.

بشكل عام، يتم إنتاج السيليكون بطريقتين رئيسيتين:

1. من الرمال البيضاء وهو أكسيد السيليكون النقي SiO 2. عندما المكلس مع المعادن النشطة(في أغلب الأحيان مع المغنيسيوم) يحدث تكوين عنصر حر في شكل تعديل غير متبلور. درجة نقاء هذه الطريقة عالية، ويتم الحصول على المنتج بنسبة عائد 99.9 بالمائة.
2. الطريقة الأكثر انتشارًا على المستوى الصناعي هي تلبيد الرمل المنصهر مع فحم الكوك في أفران حرارية متخصصة. تم تطوير هذه الطريقة من قبل العالم الروسي N. N. Beketov.

تتضمن المعالجة الإضافية إخضاع المنتجات لطرق التنقية. لهذا الغرض، يتم استخدام الأحماض أو الهالوجينات (الكلور والفلور).

السيليكون غير المتبلور

لن تكون خصائص السيليكون مكتملة إلا إذا نظرنا إلى كل منها على حدة. تعديل تآصلى. أولهم غير متبلور. في هذه الحالة، تكون المادة التي ندرسها عبارة عن مسحوق بني مائل إلى البني، منتشر بشكل ناعم. يتمتع بدرجة عالية من الرطوبة ويظهر نشاطًا كيميائيًا عاليًا إلى حد ما عند تسخينه. في ظل الظروف القياسية، فإنه قادر على التفاعل فقط مع أقوى عامل مؤكسد - الفلور.

ليس من الصحيح تمامًا تسمية السيليكون غير المتبلور بأنه نوع من السيليكون البلوري. تُظهر شبكتها أن هذه المادة ليست سوى شكل من أشكال السيليكون المشتت بدقة، الموجود على شكل بلورات. وبالتالي، فإن هذه التعديلات هي نفس المركب.

ومع ذلك، فإن خصائصها تختلف، ولهذا السبب من المعتاد الحديث عن التآصل. يتمتع السيليكون غير المتبلور نفسه بقدرة عالية على امتصاص الضوء. بالإضافة إلى ذلك، في ظل ظروف معينة، يكون هذا المؤشر أعلى بعدة مرات من الشكل البلوري. ولذلك، يتم استخدامه لأغراض فنية. في هذا الشكل (المسحوق)، يتم تطبيق المركب بسهولة على أي سطح، سواء كان من البلاستيك أو الزجاج. هذا هو السبب في أن السيليكون غير المتبلور مناسب جدًا للاستخدام. التطبيق على أساس أحجام مختلفة.

على الرغم من أن البطاريات من هذا النوع تبلى بسرعة كبيرة بسبب التآكل رقيقةومع ذلك، فإن استخدامها والطلب عليها يتزايدان. بعد كل شيء، حتى ل المدى القصيرالخدمات، والخلايا الشمسية القائمة على السيليكون غير المتبلور يمكن أن توفر الطاقة للمؤسسات بأكملها. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاج مثل هذه المادة لا يتم إهداره، مما يجعلها اقتصادية للغاية.

يتم الحصول على هذا التعديل عن طريق تقليل المركبات التي تحتوي على معادن نشطة، على سبيل المثال، الصوديوم أو المغنيسيوم.

السيليكون البلوري

تعديل لامع باللون الرمادي الفضي للعنصر المعني. هذا النموذج هو الأكثر شيوعا والأكثر طلبا. ويفسر ذلك مجموعة الخصائص النوعية التي تمتلكها هذه المادة.

خصائص السيليكون مع شعرية الكريستاليتضمن تصنيفاً لأنواعه، حيث أن هناك عدة منها:

1. الجودة الإلكترونية - أنقى وأعلى جودة. يستخدم هذا النوع في الإلكترونيات لإنشاء أجهزة حساسة بشكل خاص.
2. جودة مشمسة. الاسم نفسه يحدد مجال الاستخدام. وهو أيضًا سيليكون عالي النقاء إلى حد ما، واستخدامه ضروري لإنشاء سيليكون عالي الجودة وطويل الأمد. الألواح الشمسية. تتميز المحولات الكهروضوئية التي تم إنشاؤها على أساس بنية بلورية بجودة أعلى ومقاومة للتآكل من تلك التي تم إنشاؤها باستخدام تعديل غير متبلور عن طريق الرش أنواع مختلفةركائز.
3. السيليكون التقني. في هذا التنوعويتم تضمين تلك العينات من المادة التي تحتوي على حوالي 98% من العنصر النقي. وكل شيء آخر يذهب إلى أنواع من الشوائب:

• الألومنيوم؛
• الكلور.
• كربون؛
• الفوسفور وغيرها.

يتم استخدام النوع الأخير من المادة المعنية للحصول على بلورات السيليكون المتعددة. ولهذا الغرض، يتم تنفيذ عمليات إعادة البلورة. ونتيجة لذلك، من حيث النقاء، يتم الحصول على منتجات يمكن تصنيفها على أنها شمسية وإلكترونية.

بحكم طبيعته، يعتبر البولي سيليكون منتجًا وسيطًا بين التعديلات غير المتبلورة والبلورية. من الأسهل التعامل مع هذا الخيار، ويتم معالجته وتنظيفه بشكل أفضل بالفلور والكلور.

ويمكن تصنيف المنتجات الناتجة على النحو التالي:

• متعدد السيليكون.
• أحادي البلورية.
• بلورات لمحة.
• خردة السيليكون؛
• السيليكون التقني؛
• نفايات الإنتاج في شكل شظايا وقصاصات من المادة.

يجد كل واحد منهم تطبيقًا في الصناعة ويستخدمه البشر بالكامل. ولذلك، فإن تلك التي تلامس السيليكون تعتبر غير نفايات. وهذا يقلل بشكل كبير من التكلفة الاقتصادية دون التأثير على الجودة.

باستخدام السيليكون النقي

إن إنتاج السيليكون الصناعي راسخ جدًا، وحجمه كبير جدًا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هذا العنصر، النقي وفي شكل مركبات مختلفة، منتشر على نطاق واسع ومطلوب في مختلف فروع العلوم والتكنولوجيا.

أين يتم استخدام السيليكون البلوري وغير المتبلور في شكله النقي؟

1. في علم المعادن، كمادة مضافة لصناعة السبائك قادرة على تغيير خصائص المعادن وسبائكها. وبالتالي، يتم استخدامه في صهر الفولاذ والحديد الزهر.
2. يتم استخدام أنواع مختلفة من المواد لصنع نسخة أنقى - البولي سيليكون.
3. مركبات السيليكون هي صناعة كيميائية كاملة اكتسبت شعبية خاصة اليوم. تُستخدم مواد السيليكون العضوي في الطب وفي صناعة الأطباق والأدوات وغير ذلك الكثير.
4. تصنيع الألواح الشمسية المختلفة. تعد هذه الطريقة للحصول على الطاقة من أكثر الطرق الواعدة في المستقبل. تعتبر الصديقة للبيئة والمفيدة اقتصاديًا ومقاومة للاهتراء من المزايا الرئيسية لهذا النوع من توليد الكهرباء.
5. لقد تم استخدام السيليكون في الولاعات لفترة طويلة جدًا. حتى في العصور القديمة، استخدم الناس الصوان لإنتاج شرارة عند إشعال النار. هذا المبدأ هو الأساس لإنتاج أنواع مختلفة من الولاعات. يوجد اليوم أنواع يتم فيها استبدال الصوان بسبيكة ذات تركيبة معينة، مما يعطي نتيجة أسرع (إثارة).
6. الالكترونيات والطاقة الشمسية.
7. تصنيع المرايا في أجهزة الليزر الغازي.

وبالتالي، فإن السيليكون النقي لديه الكثير من الخصائص المفيدة والخاصة التي تسمح باستخدامه لإنشاء منتجات مهمة وضرورية.

تطبيق مركبات السيليكون

بالإضافة إلى المادة البسيطة، يتم أيضًا استخدام مركبات السيليكون المختلفة، وعلى نطاق واسع جدًا. هناك صناعة كاملة تسمى السيليكات. لأنه يعتمد على الاستخدام مواد مختلفةوالتي تحتوي على هذا العنصر المذهل. ما هي هذه المركبات وماذا ينتج منها؟

1. الكوارتز، أو رمل النهر - SiO 2. يستخدم في صناعة مواد البناء والديكور مثل الأسمنت والزجاج. يعلم الجميع أين يتم استخدام هذه المواد. ولا يمكن أن يكتمل أي بناء بدون هذه المكونات، مما يؤكد أهمية مركبات السيليكون.
2. سيراميك السيليكات، والذي يشمل مواد مثل الخزف والخزف والطوب والمنتجات القائمة عليها. تستخدم هذه المكونات في الطب وفي صناعة الأطباق والمجوهرات المزخرفة والأدوات المنزلية وفي البناء وغيرها من مجالات النشاط البشري اليومية.
3. - السيليكون، هلام السيليكا، زيوت السيليكون.
4. غراء السيليكات - يستخدم كقرطاسية في الألعاب النارية والبناء.

السيليكون، الذي يختلف سعره في السوق العالمية، لكنه لا يتجاوز من أعلى إلى أسفل علامة 100 روبل روسي لكل كيلوغرام (لكل بلورة)، هو مادة مطلوبة وقيمة. وبطبيعة الحال، فإن مركبات هذا العنصر منتشرة وقابلة للتطبيق أيضًا.

الدور البيولوجي للسيليكون

ومن ناحية أهميته للجسم، فإن السيليكون مهم. محتواه وتوزيعه في الأنسجة هو كما يلي:

• 0.002% - العضلات.
• 0.000017% - عظم؛
• الدم - 3.9 ملغم / لتر.

يجب تناول حوالي جرام واحد من السيليكون يوميًا، وإلا ستبدأ الأمراض في التطور. لا يشكل أي منها خطورة مميتة، لكن جوع السيليكون لفترات طويلة يؤدي إلى:

• تساقط الشعر؛
• ظهور حب الشباب والبثور.
• هشاشة وهشاشة العظام.
• نفاذية شعرية سهلة
• التعب والصداع.
• ظهور العديد من الكدمات والكدمات.

بالنسبة للنباتات، يعتبر السيليكون عنصرًا دقيقًا مهمًا ضروريًا للنمو والتطور الطبيعي. أظهرت التجارب على الحيوانات أن الأفراد الذين يستهلكون كميات كافية من السيليكون يوميًا ينموون بشكل أفضل.

مقدمة

2.1.1 حالة الأكسدة +2

2.1.2 حالة الأكسدة +4

2.3 كربيدات المعادن

الفصل 3. مركبات السيليكون

فهرس

مقدمة

الكيمياء هي أحد فروع العلوم الطبيعية، وموضوعها هو العناصر الكيميائية(الذرات) والمواد البسيطة والمعقدة (الجزيئات) التي تتكون منها وتحولاتها والقوانين التي تخضع لها هذه التحولات.

حسب التعريف د. مندليف (1871)، “يمكن تسمية الكيمياء في حالتها الحديثة بدراسة العناصر”.

أصل كلمة "كيمياء" ليس واضحا تماما. يعتقد الكثير من الباحثين أنها تأتي من الاسم القديم لمصر - كيميا (كيمياء يونانية، وجدت عند بلوتارخ)، وهي مشتقة من "هيم" أو "هام" - أسود وتعني "علم الأرض السوداء" (مصر)، " العلوم المصرية".

الكيمياء الحديثةيرتبط ارتباطًا وثيقًا بالعلوم الطبيعية الأخرى وبجميع قطاعات الاقتصاد الوطني.

إن السمة النوعية للشكل الكيميائي لحركة المادة، وانتقالاتها إلى أشكال أخرى من الحركة، تحدد مدى تنوع العلوم الكيميائية وارتباطاتها بمجالات المعرفة التي تدرس كلا من الدنيا والأعلى. أشكال أعلىالحركات. تثري معرفة الشكل الكيميائي لحركة المادة العقيدة العامةحول تطور الطبيعة، يساهم تطور المادة في الكون في تكوين صورة مادية شاملة للعالم. إن اتصال الكيمياء بالعلوم الأخرى يؤدي إلى ظهور مجالات محددة لاختراقها المتبادل. وهكذا فإن مجالات الانتقال بين الكيمياء والفيزياء تتمثل في الكيمياء الفيزيائية و الفيزياء الكيميائية. بين الكيمياء والبيولوجيا، والكيمياء والجيولوجيا، نشأت مناطق حدودية خاصة - الكيمياء الجيولوجية، الكيمياء الحيوية، الكيمياء الجيولوجية الحيوية، البيولوجيا الجزيئية. إن أهم قوانين الكيمياء تصاغ باللغة الرياضية، ولا يمكن للكيمياء النظرية أن تتطور بدون الرياضيات. لقد كان للكيمياء ولا تزال تؤثر على تطور الفلسفة، وهي نفسها شهدت تأثيرها وتختبره.

تاريخياً، تطور فرعان رئيسيان للكيمياء: الكيمياء غير العضوية، التي تدرس في المقام الأول العناصر الكيميائية والمواد البسيطة والمعقدة التي تشكلها (باستثناء مركبات الكربون)، والكيمياء العضوية، وموضوعها هو دراسة مركبات الكربون مع عناصر أخرى (مواد عضوية).

حتى نهاية القرن الثامن عشر، كان مصطلحا "الكيمياء غير العضوية" و"الكيمياء العضوية" يشيران فقط إلى "مملكة" الطبيعة (معدنية أو نباتية أو حيوانية) التي تم الحصول على مركبات معينة منها. منذ القرن التاسع عشر. وجاءت هذه المصطلحات للدلالة على وجود أو عدم وجود الكربون في هذه المادة. ثم قاموا بشراء جديدة، أكثر من ذلك معنى واسع. الكيمياء غير العضوية تتلامس في المقام الأول مع الكيمياء الجيولوجية ومن ثم مع علم المعادن والجيولوجيا، أي. مع علوم الطبيعة غير العضوية. الكيمياء العضويةيمثل فرعًا من فروع الكيمياء يدرس مجموعة متنوعة من مركبات الكربون وصولاً إلى مواد البوليمر الحيوي الأكثر تعقيدًا. من خلال العضوية و الكيمياء العضوية الحيويةحدود الكيمياء على الكيمياء الحيوية ومن ثم على علم الأحياء، أي. مع مجمل العلوم المتعلقة بالطبيعة الحية. عند التفاعل بين الكيمياء غير العضوية والعضوية يوجد مجال مركبات العناصر العضوية.

في الكيمياء، أفكار حول المستويات الهيكليةتنظيم المادة. تعقيد المادة، بدءًا من المادة الذرية الأدنى، يمر بمراحل المركبات الجزيئية أو الجزيئية أو عالية الجزيئية (البوليمر)، ثم بين الجزيئات (المعقدة، الكالثرات، الكاتينان)، وأخيرا، البنى الكبيرة المتنوعة (البلورة، المذيلة). حتى تشكيلات غير متكافئة غير محددة. تدريجيا، ظهرت التخصصات المقابلة وأصبحت معزولة: كيمياء المركبات المعقدة، والبوليمرات، والكيمياء البلورية، ودراسة أنظمة متفرقةو الظواهر السطحية، سبائك، الخ.

إن دراسة الأشياء والظواهر الكيميائية بالطرق الفيزيائية، وإنشاء أنماط من التحولات الكيميائية، بناءً على المبادئ العامة للفيزياء، تكمن في أساس الكيمياء الفيزيائية. يشمل هذا المجال من الكيمياء عدداً من الأمور إلى حد كبير التخصصات المستقلة: الديناميكا الحرارية الكيميائية، الحركية الكيميائية، الكيمياء الكهربائية، الكيمياء الغروية، كيمياء الكم ودراسة بنية وخصائص الجزيئات، الأيونات، الجذور، الكيمياء الإشعاعية، الكيمياء الضوئية، دراسات الحفز، التوازنات الكيميائية، المحاليل، إلخ. اكتسبت طابعا مستقلا الكيمياء التحليلية, والتي تستخدم أساليبها على نطاق واسع في جميع مجالات الكيمياء و الصناعة الكيميائية. في المناطق تطبيق عمليالكيمياء، نشأت مثل هذه العلوم و التخصصات العلميةمثل التكنولوجيا الكيميائية بفروعها المتعددة، علم المعادن، الكيمياء الزراعية، الكيمياء الطبية، والكيمياء الجنائية، الخ.

كما ذكرنا أعلاه، تدرس الكيمياء العناصر الكيميائية والمواد التي تتكون منها، وكذلك القوانين التي تحكم هذه التحولات. أحد هذه الجوانب (أي مركبات كيميائيةعلى أساس السيليكون والكربون) وسوف أعتبرها في هذا العمل.

الفصل 1. السيليكون والكربون - العناصر الكيميائية

1.1 معلومات عامة عن الكربون والسيليكون

الكربون (C) والسيليكون (Si) أعضاء في المجموعة IVA.

الكربون ليس عنصرا شائعا جدا. وعلى الرغم من هذا، فإن أهميتها هائلة. الكربون هو أساس الحياة على الأرض. وهو جزء من الكربونات الشائعة جداً في الطبيعة (Ca، Zn، Mg، Fe، إلخ)، ويوجد في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون، ويوجد على شكل فحم طبيعي (جرافيت غير متبلور)، زيت و غاز طبيعيوكذلك المواد البسيطة (الماس، الجرافيت).

السيليكون هو ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية (بعد الأكسجين). إذا كان الكربون هو أساس الحياة، فإن السيليكون هو أساس القشرة الأرضية. ويوجد في مجموعة كبيرة ومتنوعة من السيليكات (الشكل 4) وسيليكات الألومنيوم والرمل.

السيليكون غير المتبلور هو مسحوق بني. من السهل الحصول على الأخير في الحالة البلورية على شكل بلورات رمادية صلبة ولكنها هشة إلى حد ما. السيليكون البلوري هو أشباه الموصلات.

الجدول 1. بيانات كيميائية عامة عن الكربون والسيليكون.

يعد الجرافيت، وهو نوع من الكربون المستقر عند درجات الحرارة العادية، كتلة دهنية رمادية غير شفافة. الماس هو أصلب مادة على وجه الأرض - عديم اللون وشفاف. تظهر الهياكل البلورية للجرافيت والماس في الشكل 1.

الشكل 1. هيكل الماس (أ)؛ هيكل الجرافيت (ب)

الكربون والسيليكون لهما مشتقات محددة خاصة بهما.

الجدول 2. المشتقات الأكثر شيوعا للكربون والسيليكون

1.2 التحضير والخواص الكيميائية واستخدام المواد البسيطة

يتم الحصول على السيليكون عن طريق اختزال الأكاسيد مع الكربون؛ للحصول على حالة نقية بشكل خاص بعد الاختزال، يتم نقل المادة إلى رابع كلوريد ويتم اختزالها مرة أخرى (بالهيدروجين). ثم يتم صهرها في سبائك وإخضاعها للتنقية باستخدام طريقة ذوبان المنطقة. يتم تسخين سبيكة معدنية من أحد طرفيها بحيث تتشكل فيها منطقة من المعدن المنصهر. عندما تنتقل المنطقة إلى الطرف الآخر من السبيكة، تتم إزالة الشوائب التي تذوب في المعدن المنصهر بشكل أفضل من المعدن الصلب، وبالتالي يتم تنظيف المعدن.

الكربون خامل، ولكن عند درجات حرارة عالية جدًا (في حالة غير متبلورة) فإنه يتفاعل مع معظم المعادن لتكوين محاليل صلبة أو كربيدات (CaC 2، Fe 3 C، وما إلى ذلك)، وكذلك مع العديد من أشباه الفلزات، على سبيل المثال:

2C+ Ca = CaC 2، C + 3Fe = Fe 3 C،

السيليكون أكثر تفاعلاً. يتفاعل مع الفلور بالفعل عند درجة الحرارة العادية: Si+2F 2 = SiF 4

يتمتع السيليكون أيضًا بقابلية عالية جدًا للأكسجين:

يستمر التفاعل مع الكلور والكبريت عند حوالي 500 كلفن درجة حرارة عاليةيتفاعل السيليكون مع النيتروجين والكربون:

لا يتفاعل السيليكون مباشرة مع الهيدروجين. يذوب السيليكون في القلويات:

Si+2NaOH+H 2 0=Na 2 Si0 3 +2H 2.

الأحماض الأخرى غير حمض الهيدروفلوريك ليس لها أي تأثير عليه. هناك رد فعل مع HF

Si+6HF=H2 +2H2.

يعد الكربون الموجود في مختلف أنواع الفحم والنفط والطبيعي (بشكل رئيسي CH4) وكذلك الغازات المنتجة صناعيًا أهم قاعدة وقود لكوكبنا.

يستخدم الجرافيت على نطاق واسع لصنع البوتقات. تستخدم قضبان الجرافيت كأقطاب كهربائية. يتم استخدام الكثير من الجرافيت لصنع أقلام الرصاص. يستخدم الكربون والسيليكون لإنتاج أنواع مختلفة من الحديد الزهر. في علم المعادن، يستخدم الكربون كعامل اختزال، ويستخدم السيليكون، بسبب قابليته العالية للأكسجين، كعامل إزالة الأكسدة. يتم استخدام السيليكون البلوري في حالة نقية بشكل خاص (لا تزيد عن 10 -9% من الشوائب) كمادة شبه موصلة في العديد من الأجهزة والأجهزة، بما في ذلك الترانزستورات والثرمستورات (أجهزة لقياس درجات الحرارة الدقيقة جدًا)، وكذلك في الخلايا الضوئية، يعتمد تشغيلها على قدرة أشباه الموصلات على توصيل التيار عند الإضاءة.

الفصل 2. المركبات الكيميائية للكربون

يتميز الكربون بالقوة الروابط التساهميةبين ذراته الخاصة (C-C) ومع ذرة الهيدروجين (C-H)، مما ينعكس في وفرة المركبات العضوية (عدة مئات الملايين). بالإضافة إلى دائم روابط C-H، CC في فئات مختلفة من المركبات العضوية وغير العضوية، يتم تمثيل روابط الكربون مع النيتروجين والكبريت والأكسجين والهالوجينات والمعادن على نطاق واسع (انظر الجدول 5). لذا إمكانيات عاليةيرجع تكوين الروابط إلى صغر حجم ذرة الكربون، مما يسمح لمدارات التكافؤ 2s 2، 2p 2 بالتداخل قدر الإمكان. يتم وصف أهم المركبات غير العضوية في الجدول 3.

من بين مركبات الكربون غير العضوية، تعتبر المشتقات المحتوية على النيتروجين فريدة من نوعها في التركيب والبنية.

في الكيمياء غير العضويةيتم تمثيل مشتقات حمض الأسيتيك CH3COOH وأحماض الأكساليك H 2 C 2 O 4 على نطاق واسع - الأسيتات (النوع M "CH3COO) والأكسالات (النوع M I 2 C 2 O 4).

الجدول 3. أهم مركبات الكربون غير العضوية.

2.1 مشتقات الأكسجين من الكربون

2.1.1 حالة الأكسدة +2

أول أكسيد الكربون CO (أول أكسيد الكربون): حسب بنية المدارات الجزيئية (الجدول 4).

يشبه ثاني أكسيد الكربون جزيء N2. مثل النيتروجين، CO لديه طاقة عاليةالتفكك (1069 كيلوجول/مول)، له نقطة انصهار منخفضة (69 كلفن) ونقطة غليان (81.5 كلفن)، وهو ضعيف الذوبان في الماء، وخامل كيميائيًا. يدخل ثاني أكسيد الكربون في التفاعلات فقط عند درجات الحرارة المرتفعة، ومنها:

CO+Cl2 =COCl2 (الفوسجين)،

CO + Br 2 = COBg 2، Cr + 6CO = Cr (CO) 6 - كربونيل الكروم،

Ni+4CO=Ni (CO) 4 - كربونيل النيكل

CO + H 2 0 أزواج = HCOOH (حمض الفورميك).

وفي الوقت نفسه، يتمتع جزيء ثاني أكسيد الكربون بميل عالٍ للأكسجين:

CO +1/202 = C0 2 +282 كيلوجول/مول.

بسبب قابليته العالية للأكسجين، يستخدم أول أكسيد الكربون (II) كعامل اختزال لأكاسيد العديد من المعادن الثقيلة (Fe، Co، Pb، إلخ). في المختبر، يتم الحصول على أكسيد ثاني أكسيد الكربون عن طريق تجفيف حمض الفورميك

في التكنولوجيا، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون (II) عن طريق اختزال ثاني أكسيد الكربون بالفحم (C + C0 2 = 2CO) أو أكسدة الميثان (2CH 4 + ZO 2 = 4H 2 0 + 2CO).

من بين مشتقات ثاني أكسيد الكربون، تعتبر مركبات الكربونيل المعدنية (لإنتاج المعادن النقية) ذات أهمية نظرية كبيرة وعملية معينة.

تتشكل الروابط الكيميائية في الكربونيل بشكل رئيسي عن طريق آلية المانح والمتلقي بسبب المدارات الحرة د-العنصر وزوج الإلكترون في جزيء ثاني أكسيد الكربون، هناك أيضًا تداخل l بواسطة آلية حالة الجر (معدن ثاني أكسيد الكربون). جميع الكربونيلات المعدنية هي مواد مغناطيسية تتميز بقوة منخفضة. مثل أول أكسيد الكربون (II)، فإن مركبات الكربونيل المعدنية سامة.

الجدول 4. توزيع الإلكترونات على مدارات جزيء ثاني أكسيد الكربون

2.1.2 حالة الأكسدة +4

ثاني أكسيد الكربون C02 ( ثاني أكسيد الكربون). جزيء C0 2 خطي. يظهر مخطط الطاقة لتكوين مدارات جزيء ثاني أكسيد الكربون في الشكل 2. يمكن أن يتفاعل أول أكسيد الكربون (IV) مع الأمونيا عن طريق التفاعل.

عندما يتم تسخين هذا الملح، يتم الحصول على سماد قيم - اليوريا CO (MH 2) 2:

تتحلل اليوريا بالماء

CO (NH 2) 2 +2HaO= (MH 4) 2CO3.

الشكل 2. رسم تخطيطي لتكوين المدارات الجزيئية لثاني أكسيد الكربون 2.

في التكنولوجيا، يتم الحصول على أكسيد ثاني أكسيد الكربون عن طريق تحلل كربونات الكالسيوم أو بيكربونات الصوديوم:

في ظروف المختبريتم الحصول عليه عادة عن طريق التفاعل (في جهاز كيب)

CaCO3+2HC1=CaC12+CO2+H20.

وأهم مشتقات ثاني أكسيد الكربون ضعيفة حمض الكربونيك H 2 CO 3 وأملاحه: M I 2 CO 3 و M I H CO 3 (كربونات وبيكربونات على التوالي).

معظم الكربونات غير قابلة للذوبان في الماء. تخضع الكربونات القابلة للذوبان في الماء لتحلل مائي كبير:

CO3- +H20 CO3-+OH - (المرحلة الأولى).

بسبب التحلل المائي الكامل لل محاليل مائيةلا يمكن عزل الكربونات Cr 3+، ai 3+، Ti 4+، Zr 4+، وما إلى ذلك.

وأهمها عمليا هي Ka 2 CO3 (الصودا)، K 2 CO3 (البوتاس) وCaCO3 (الطباشير والرخام والحجر الجيري). الهيدروكربونات، على عكس الكربونات، قابلة للذوبان في الماء. من الهيدروكربونات الاستخدام العملييجد NaHCO 3 (صودا الخبز). الكربونات الأساسية الهامة هي 2CuCO3-Cu (OH) 2، PbCO 3 X XRb (OH) 2.

وترد خصائص هاليدات الكربون في الجدول 6. وأهم هاليدات الكربون هو سائل عديم اللون وسام إلى حد ما. في الظروف العادية CCI 4 خامل كيميائيا. يتم استخدامه كمذيب غير قابل للاشتعال وغير قابل للاشتعال للراتنجات والورنيش والدهون وكذلك لإنتاج الفريون CF 2 CI 2 (T bp = 303 K):

المذيب العضوي الآخر المستخدم عمليًا هو ثاني كبريتيد الكربون CSa (سائل عديم اللون ومتطاير مع نقطة غليان = 319 كلفن) - مادة تفاعلية:

CS 2 +30 2 =C0 2 +2S0 2 +258 سعرة حرارية / مول،

CS 2 +3Cl 2 =CCl 4 -S 2 Cl 2، CS 2 +2H 2 0==C0 2 +2H 2 S، CS 2 +K 2 S=K 2 CS 3 (ملح حمض الثيوكربونيك H 2 CS3).

أبخرة ثاني كبريتيد الكربون سامة.

حمض الهيدروسيانيك (الهيدروسيانيك) HCN (H-C = N) هو سائل عديم اللون وسهل الحركة، ويغلي عند درجة حرارة 299.5 كلفن. وعند درجة حرارة 283 كلفن، يتصلب. إن HCN ومشتقاته سامة للغاية. يمكن تحضير HCN بواسطة التفاعل

يذوب حمض الهيدروسيانيك في الماء. ومع ذلك، فإنه ينأى بشكل ضعيف

HCN=H++CN-، K=6.2.10- 10.

تشبه أملاح حمض الهيدروسيانيك (السيانيد) الكلوريدات في بعض التفاعلات. على سبيل المثال، CH -- -ion مع أيونات Ag+ يعطي راسبًا أبيض من سيانيد الفضة AgCN، ضعيف الذوبان في الأحماض المعدنية. السيانيد الفلز القلوي والقلوي الأرضي قابل للذوبان في الماء. بسبب التحلل المائي، فإن محاليلها تشبه رائحة حمض الهيدروسيانيك (رائحة اللوز المر). السيانيد المعدني الثقيل قابل للذوبان بشكل سيئ في الماء. CN عبارة عن ربيطة قوية، وأهم المركبات المعقدة هي K 4 وK3 [Fe (CN) 6 ].

السيانيد عبارة عن مركبات هشة؛ مع التعرض لفترة طويلة لثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء، تتحلل السيانيد

2KCN+C0 2 +H 2 0=K 2 C0 3 +2HCN.

(CN) 2 - السيانوجين (N=C-C=N) –

غاز سام عديم اللون؛ يتفاعل مع الماء لتكوين أحماض السيانيك (HOCN) والهيدروسيانيك (HCN):

أحماض (HCN):

(CN) 2 +H 2 0==HOCN+HCN.

في هذا التفاعل، كما في التفاعل أدناه، يشبه (CN)2 الهالوجين:

CO+ (CN) 2 = CO (CN) 2 (تناظري للفوسجين).

يُعرف حمض السيانيك في شكلين توتوميريين:

H-N=C=O==H-0-C=N.

الأيزومر هو الحمض H-0=N=C (حمض متفجر). تنفجر أملاح HONC (تستخدم كصواعق). حمض الرودان HSCN هو سائل عديم اللون، زيتي، متطاير، سهل التصلب (Tm=278 K). وهو في حالته النقية غير مستقر للغاية؛ وعندما يتحلل، يتم إطلاق HCN. على عكس حمض الهيدروسيانيك، HSCN يكفي حامض قوي(ك = 0.14). يتميز HSCN بالتوازن التوتوميري:

H-N = C = S=H-S-C =N.

SCN هو أيون أحمر الدم (كاشف لأيون Fe 3+). يمكن الحصول بسهولة على أملاح الرودانيد المشتقة من HSCN من السيانيد عن طريق إضافة الكبريت:

معظم الثيوسيانات قابلة للذوبان في الماء. أملاح الزئبق، Au، Ag، النحاس غير قابلة للذوبان في الماء. يميل أيون SCN-، مثل CN-، إلى إعطاء معقدات من النوع M3 1 M" (SCN) 6، حيث M" "Cu، Mg وبعض الآخرين. Dirodan (SCN) 2 عبارة عن بلورات صفراء فاتحة، تذوب عند 271 كلفن ويتم الحصول عليها (SCN) 2 عن طريق التفاعل

2AgSCN+Br 2 ==2AgBr+ (SCN) 2.

ومن بين المركبات الأخرى التي تحتوي على النيتروجين، ينبغي الإشارة إلى السياناميد

ومشتقه، سياناميد الكالسيوم CaCN 2 (Ca=N-C=N)، والذي يستخدم كسماد.

2.3 كربيدات المعادن

الكربيدات هي منتجات تفاعل الكربون مع المعادن والسيليكون والبورون. تنقسم الكربيدات إلى فئتين على أساس الذوبان: كربيدات قابلة للذوبان في الماء (أو في الأحماض المخففة) وكربيدات غير قابلة للذوبان في الماء (أو في الأحماض المخففة).

2.3.1 الكربيدات القابلة للذوبان في الماء والأحماض المخففة

أ. الكربيدات التي تشكل عند إذابتها C 2 H 2 تشتمل هذه المجموعة على كربيدات فلزية من المجموعتين الرئيسيتين الأوليين؛ الكربيدات Zn، Cd، La، Ce، Th المكونة من MC 2 (LaC 2، CeC 2، ТhC 2.) قريبة أيضًا منهم.

CaC 2 +2H 2 0=Ca (OH) 2 +C 2 H 2، ThC 2 +4H 2 0=Th (OH) 4 +H 2 C 2 +H 2.

ANS3+ 12H 2 0=4Al (OH) 3+3CH 4، Be 2 C+4H 2 0=2Be (OH) 2 +CH 4. من حيث العقارات فإن Mn 3 C قريب منها:

من3C + 6H20 = 3Mn(OH)2 + CH4 + H2.

ب. تشكل الكربيدات، عند ذوبانها، خليطاً من الهيدروكربونات والهيدروجين. وتشمل هذه معظم كربيدات المعادن الأرضية النادرة.

2.3.2 كربيدات غير قابلة للذوبان في الماء والأحماض المخففة

تتضمن هذه المجموعة معظم كربيدات الفلزات الانتقالية (W، Mo، Ta، إلخ)، بالإضافة إلى SiC، B4C.

تذوب في البيئات المؤكسدة، على سبيل المثال:

VC + 3HN0 3 + 6HF = HVF 6 + CO 2 + 3NO + 4H 2 0، SiC + 4KOH + 2C0 2 = K 2 Si0 3 + K 2 C0 3 + 2H 2 0.

الشكل 3. عشروني الوجوه B 12

من المهم عمليا كربيدات المعادن الانتقالية، وكذلك كربيدات السيليكون SiC والبورون B 4 C. SiC - carborundum - بلورات عديمة اللون مع شبكة من الماس، في صلابة تقترب من الماس (SiC الفني له لون غامق بسبب الشوائب). يعتبر SiC شديد المقاومة للحرارة، وموصلًا حراريًا وكهربائيًا عند درجات حرارة عالية، وخاملًا كيميائيًا للغاية؛ ولا يمكن تدميرها إلا عن طريق اندماجها في الهواء مع القلويات.

B4C عبارة عن بوليمر. تم بناء شبكة كربيد البورون من ثلاث ذرات كربون مرتبة خطيًا ومجموعات تحتوي على 12 ذرة B، مرتبة على شكل عشروني الوجوه (الشكل 3)؛ صلابة B4C أعلى من صلابة SiC.

الفصل 3. مركبات السيليكون

الفرق بين كيمياء السيليكون والكربون يرجع بشكل أساسي إلى حجم ذرته الكبير وإمكانية استخدام مدارات حرة ثلاثية الأبعاد. بسبب الارتباط الإضافي (وفقًا لآلية المانح والمتقبل)، تكون روابط السيليكون مع الأكسجين Si-O-Si والفلور Si-F (الجدول 17.23) أقوى من روابط الكربون، وبسبب حجم أكبرذرة Si مقارنة بذرة C، تكون روابط Si-H وSi-Si أقل قوة من روابط الكربون. ذرات السيليكون غير قادرة عمليا على تكوين سلاسل. تشبه الهيدروكربونات سلسلة متماثلةتم الحصول على Hydrosilica SinH2n+2 (ممرات si) فقط من خلال التركيبة Si4Hio. نظرًا لحجمها الأكبر، تتمتع ذرة Si بقدرة ضعيفة على التداخل، وبالتالي ليس فقط ثلاثية، ولكن أيضًا سندات مزدوجةغير معهود بالنسبة له.

عندما يتفاعل السيليكون مع المعادن، يتم تشكيل مبيدات السيليكات (Ca 2 Si، Mg 2 Si، BaSi 2، Cr 3 Si، Cr Si 2، وما إلى ذلك)، والتي تشبه في كثير من النواحي الكربيدات. مبيدات السيليكات ليست نموذجية لعناصر المجموعة الأولى (باستثناء Li). هاليدات السيليكون (الجدول 5) هي مركبات أقوى من هاليدات الكربون؛ وفي نفس الوقت تتحلل بالماء.

الجدول 5. قوة بعض الروابط بين الكربون والسيليكون

هاليد السيليكون الأكثر متانة هو SiF 4 (يتحلل فقط تحت تأثير التفريغ الكهربائي)، ولكن مثل الهاليدات الأخرى، فإنه يخضع للتحلل المائي. عندما يتفاعل SiF 4 مع HF، يتكون حمض سداسي فلورو سيليكيك:

SiF4 +2HF=H2.

H 2 SiF 6 قريب في القوة من H 2 S0 4 . مشتقات هذا الحمض - الفلوروسيليكات، كقاعدة عامة، قابلة للذوبان في الماء. الفلوروسيليكات ضعيفة الذوبان الفلزات القلوية(باستثناء لي وNH 4). تستخدم الفلوروسيليكات كمبيدات حشرية (مبيدات حشرية).

الهاليد المهم عمليًا هو SiCO 4 . يتم استخدامه لإنتاج مركبات السيليكون العضوي. وبالتالي، يتفاعل SiCL 4 بسهولة مع الكحولات لتكوين استرات حمض السيليك HaSiO 3:

SiCl 4 +4C 2 H 5 OH=Si (OC 2 H 5) 4 +4HCl 4

الجدول 6. هاليدات الكربون والسيليكون

استرات حمض السيليك، التحلل المائي، تشكل السيليكون - مواد بوليمر ذات هيكل سلسلة:

(R-organic Radical) والتي تستخدم في إنتاج المطاط والزيوت ومواد التشحيم.

مادة كبريتيد السيليكون (SiS 2) n-polymer؛ مستقرة في درجات الحرارة العادية. يتحلل بالماء :

SiS 2 + ZN 2 O = 2H 2 S + H 2 SiO 3.

3.1 مركبات الأكسجين من السيليكون

أهم مركب أكسجين في السيليكون هو ثاني أكسيد السيليكون SiO 2 (السيليكا)، والذي يحتوي على العديد من التعديلات البلورية.

يسمى تعديل درجة الحرارة المنخفضة (حتى 1143 كلفن) بالكوارتز. الكوارتز لديه خصائص كهرضغطية. أصناف الكوارتز الطبيعية: الكريستال الصخري، التوباز، الجمشت. أصناف السيليكا هي العقيق، العقيق، العقيق،. جاسبر والرمل.

السيليكا مقاومة كيميائيا. فقط الفلورايد يؤثر عليه، حمض الهيدروفلوريكوالمحاليل القلوية. يتحول بسهولة إلى حالة زجاجية (زجاج الكوارتز). زجاج الكوارتز هش ومقاوم كيميائيًا وحراريًا للغاية. لا يحتوي حمض السيليك SiO 2 المقابل على تركيبة محددة. عادةً ما يتم كتابة حمض السيليك كـ xH 2 O-ySiO 2 . تم تحديد أحماض السيليك التالية: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - ميتاسيليكون (ثلاثي أوكسو-سيليكون)، H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - أورثو سيليكون (رباعي أوكسو-) السيليكون)، H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - ثنائي الميثاسيليكون.

أحماض السيليك هي مواد ضعيفة الذوبان. وفقًا لطبيعة السيليكون الأقل فلزًا مقارنة بالكربون، فإن H 2 SiO 3 كإلكتروليت يكون أضعف من H 2 CO3.

أملاح السيليكات المقابلة لأحماض السيليكات غير قابلة للذوبان في الماء (باستثناء سيليكات الفلزات القلوية). تتحلل السيليكات القابلة للذوبان وفقًا للمعادلة

2SiO3 2 -+H 2 0=Si 2 O 5 2 -+20H-.

تسمى المحاليل المركزة للسيليكات القابلة للذوبان الزجاج السائل. زجاج النوافذ العادي - سيليكات الصوديوم والكالسيوم - يحتوي على تركيبة Na 2 0-CaO-6Si0 2. يتم الحصول عليها عن طريق رد الفعل

هناك مجموعة واسعة من السيليكات (بتعبير أدق، أوكسوسيليكات) معروفة. لوحظ وجود نمط معين في بنية السيليكات المؤكسدة: فهي تتكون جميعها من رباعي الأسطح Si0 4، والتي ترتبط ببعضها البعض من خلال ذرة الأكسجين. التركيبات الأكثر شيوعًا لرباعي الأسطح هي (Si 2 O 7 6 -)، (Si 3 O 9) 6 -، (Si 4 0 l2) 8 -، (Si 6 O 18 12 -)، والتي يمكن دمجها كوحدات هيكلية في السلاسل والأشرطة والشبكات والإطارات (الشكل 4).

الأكثر أهمية السيليكات الطبيعيةهي، على سبيل المثال، التلك (3MgO * H 2 0-4Si0 2) والأسبستوس (SmgO * H 2 O * SiO 2). مثل SiO 2، تتميز السيليكات بحالة زجاجية (غير متبلورة). من خلال التبلور المتحكم فيه للزجاج، يمكن الحصول على حالة بلورية دقيقة (زجاج السيراميك). تتميز Sitalls بزيادة القوة.

بالإضافة إلى السيليكات، فإن الألومينوسيليكات منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. سيليكات الألومنيوم عبارة عن سيليكات أوكسوسليكات إطارية يتم فيها استبدال بعض ذرات السيليكون بـ Al ثلاثي التكافؤ؛ على سبيل المثال Na 12 [ (Si, Al) 0 4 ] 12 .

يتميز حمض السيليسيك بالحالة الغروية، فعند تعرضه لأملاحه الحمضية لا يترسب H 2 SiO 3 مباشرة. يمكن تحويل المحاليل الغروية لحمض السيليك (sols) في ظل ظروف معينة (على سبيل المثال، عند تسخينها) إلى كتلة هلامية هلامية شفافة ومتجانسة من حمض السيليك. المواد الهلامية - مركبات ذات وزن جزيئي مرتفعمع بنية مكانية وفضفاضة للغاية، تشكلت من الجزيئات Si0 2، تمتلئ الفراغات بجزيئات H 2 O. عندما يتم تجفيف المواد الهلامية حمض السيليك، يتم الحصول على هلام السيليكا - منتج مسامي ذو قدرة امتصاص عالية.

الشكل 4. هيكل السيليكات.

الاستنتاجات

بعد أن فحصت في عملي المركبات الكيميائية المعتمدة على السيليكون والكربون، توصلت إلى نتيجة مفادها أن الكربون، كونه عنصرًا غير منتشر كثيرًا من حيث الكمية، هو أهم عنصر في الحياة الأرضية، ومركباته موجودة في الهواء، وفي الزيت، وكذلك في الهواء. كما هو الحال في مواد بسيطة مثل الماس والجرافيت. ومن أهم خصائص الكربون هي الروابط التساهمية القوية بين الذرات، وكذلك ذرة الهيدروجين. وأهم مركبات الكربون غير العضوية هي: الأكاسيد، والأحماض، والأملاح، والهاليدات، ومشتقات النيتروجين، والكبريتيدات، والكربيدات.

عند الحديث عن السيليكون، لا بد من ملاحظة وجود كميات كبيرة من احتياطياته على الأرض؛ فهو أساس القشرة الأرضية ويوجد في مجموعة كبيرة ومتنوعة من السيليكات والرمل وغيرها. حاليًا، يتزايد استخدام السيليكون نظرًا لخصائصه شبه الموصلة. يتم استخدامه في الإلكترونيات في إنتاج معالجات الكمبيوتر والدوائر الدقيقة والرقائق. تشكل مركبات السيليكون مع المعادن مبيدات السيليكات، وأهم مركب أكسجين في السيليكون هو أكسيد السيليكون SiO 2 (السيليكا)، وهناك مجموعة واسعة من السيليكات في الطبيعة - التلك والأسبستوس وسيليكات الألومنيوم شائعة أيضًا.

فهرس

1. الموسوعة السوفيتية الكبرى. الطبعة الثالثة. T.28. - م: الموسوعة السوفييتية، 1970.

2. جيرياكوف ف.ج. الكيمياء العضوية الطبعة الرابعة. - م. "كيمياء" 1971.

3. موجز الموسوعة الكيميائية. - م. "الموسوعة السوفيتية"، 1967.

4. كيمياء عامة/ إد. يأكل. سوكولوفسكايا، ل.س. جوزيا.الطبعة الثالثة. - م: دار النشر موسك. الجامعة، 1989.

5. السلام الطبيعة الجامدة. - م. "العلم" 1983.

6. بوتابوف في. إم.، تاتارينشيك إس.إن. الكيمياء العضوية. الكتاب المدرسي.الطبعة الرابعة. - م: "الكيمياء"، 1989.