Silikon (Si) - berdiri dalam tempoh 3, kumpulan IV subkumpulan utama sistem berkala. Sifat fizikal: silikon wujud dalam dua pengubahsuaian: amorfus dan kristal. Silikon amorfus ialah serbuk coklat dengan ketumpatan 2.33 g/cm3, larut dalam cair logam. Silikon kristal ialah kristal kelabu gelap dengan kilauan keluli, keras dan rapuh, dengan ketumpatan 2.4 g/cm3. Silikon terdiri daripada tiga isotop: Si (28), Si (29), Si (30).
Sifat kimia: konfigurasi elektronik: 1s22s22p63 s23p2 . Silikon adalah bukan logam. Pada tahap tenaga luar, silikon mempunyai 4 elektron, yang menentukan keadaan pengoksidaannya: +4, -4, -2. Valensi – 2.4 Silikon amorf mempunyai kereaktifan yang lebih besar daripada silikon kristal. Di bawah keadaan biasa, ia berinteraksi dengan fluorin: Si + 2F2 = SiF4. Pada 1000 °C Si bertindak balas dengan bukan logam: CL2, N2, C, S.
Daripada asid, silikon hanya bertindak balas dengan campuran asid nitrik dan hidrofluorik:
Ia berkelakuan berbeza berhubung dengan logam: dalam Zn cair, Al, Sn, Pb ia larut dengan baik, tetapi tidak bertindak balas dengannya; Silikon berinteraksi dengan leburan logam lain - dengan Mg, Cu, Fe - untuk membentuk silisid: Si + 2Mg = Mg2Si. Silikon terbakar dalam oksigen: Si + O2 = SiO2 (pasir).
Silikon dioksida atau silika– sambungan yang stabil Si, diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi. Ia bertindak balas dengan menggabungkannya dengan alkali dan oksida asas, membentuk garam asid silisik - silikat. Resit: Dalam industri, silikon dalam bentuk tulennya diperoleh dengan mengurangkan silikon dioksida dengan kok dalam relau elektrik: SiO2 + 2C = Si + 2CO?.
Di makmal, silikon diperoleh dengan pengkalsinan pasir putih dengan magnesium atau aluminium:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.
Silikon membentuk asid: H2 SiO3 - asid meta-silicic; H2 Si2O5 ialah asid dimethasilic.
Menemui dalam alam semula jadi: mineral kuarza – SiO2. Kristal kuarza berbentuk seperti prisma heksagon, tidak berwarna dan lutsinar, dan dipanggil kristal batu. Amethyst ialah batu kristal berwarna ungu dengan kekotoran; gasing berasap berwarna coklat; akik dan jasper adalah jenis kristal kuarza. Silika amorf adalah kurang biasa dan wujud dalam bentuk mineral opal – SiO2 nH2O. Diatomit, tripoli atau bumi diatom (bumi diatom) ialah bentuk tanah bagi silikon amorf.
42. Konsep larutan koloid
Larutan koloid– sistem dua fasa sangat tersebar, yang terdiri daripada medium penyebaran dan fasa tersebar. Saiz zarah adalah perantaraan antara larutan benar, ampaian dan emulsi. U zarah koloid komposisi molekul atau ionik.
Terdapat tiga jenis struktur dalaman zarah primer.
1. Suspensoid (atau koloid tak boleh balik)– sistem heterogen, yang sifatnya boleh ditentukan oleh permukaan antara fasa yang dibangunkan. Berbanding dengan penggantungan, ia lebih tersebar dengan tinggi. Mereka tidak boleh wujud untuk masa yang lama tanpa penstabil penyebaran. Mereka dipanggil koloid tak boleh balik disebabkan oleh fakta bahawa sedimen mereka tidak membentuk sol semula selepas penyejatan. Kepekatan mereka rendah - 0.1%. Mereka berbeza sedikit daripada kelikatan medium yang tersebar.
Suspensoid boleh diperolehi:
1) kaedah penyebaran (menghancurkan badan besar);
2) kaedah pemeluwapan (penghasilan sebatian tidak larut menggunakan tindak balas pertukaran, hidrolisis, dll.).
Penurunan spontan dalam penyebaran dalam ampaian bergantung kepada tenaga permukaan bebas. Untuk mendapatkan penggantungan yang tahan lama, syarat diperlukan untuk menstabilkannya.
Sistem penyebaran yang stabil:
1) medium penyebaran;
2) fasa tersebar;
3) penstabil sistem tersebar.
Penstabil boleh menjadi ionik, molekul, tetapi selalunya molekul tinggi.
Koloid pelindung– sebatian molekul tinggi yang ditambah untuk penstabilan (protein, peptida, polivinil alkohol, dll.).
2. Koloid bersekutu (atau micellar) – semikoloid yang timbul apabila terdapat kepekatan molekul yang mencukupi yang terdiri daripada radikal hidrokarbon (molekul difilik) bahan dengan berat molekul rendah apabila ia bersekutu menjadi agregat molekul (misel). Micelles terbentuk dalam larutan akueus detergen (sabun), pewarna organik.
3. Koloid molekul (koloid boleh balik atau liofilik) – bahan molekul tinggi semula jadi dan sintetik dengan berat molekul tinggi. Molekul mereka mempunyai saiz zarah koloid (makromolekul).
Larutan cair bagi koloid sebatian berat molekul tinggi ialah larutan homogen. Apabila sangat dicairkan, larutan ini mematuhi undang-undang larutan cair.
Makromolekul bukan polar larut dalam hidrokarbon, yang polar - dalam pelarut polar.
Koloid boleh balik– bahan, sisa kering yang, apabila menambah bahagian baru pelarut, kembali ke dalam larutan.
silikon(lat. silicium), si, unsur kimia kumpulan IV sistem berkala Mendeleev; nombor atom 14, jisim atom 28.086. Secara semula jadi, unsur diwakili oleh tiga isotop stabil: 28 si (92.27%), 29 si (4.68%) dan 30 si (3.05%).
Latar belakang sejarah . Sebatian K, tersebar luas di bumi, telah diketahui manusia sejak Zaman Batu. Penggunaan alat batu untuk buruh dan memburu berterusan selama beberapa milenium. Penggunaan sebatian K yang berkaitan dengan pemprosesan - pengeluarannya kaca - bermula sekitar 3000 SM. e. (di Mesir Purba). Sebatian K. yang paling awal diketahui ialah sio 2 dioksida (silika). Pada abad ke-18 silika dianggap sebagai badan ringkas dan dirujuk sebagai "bumi" (seperti yang ditunjukkan dalam namanya). Kerumitan komposisi silika telah ditubuhkan oleh I. Ya. Berzelius. Buat pertama kalinya, pada tahun 1825, beliau memperoleh unsur kalsium daripada silikon fluorida sif 4, mengurangkan yang terakhir dengan logam kalium. Unsur baru itu diberi nama "silikon" (dari bahasa Latin silex - batu api). Nama Rusia diperkenalkan oleh G.I. Hess pada tahun 1834.
Kelaziman dalam alam semula jadi . Dari segi kelaziman dalam kerak bumi, oksigen adalah unsur kedua (selepas oksigen), kandungan puratanya dalam litosfera ialah 29.5% (mengikut jisim). Dalam kerak bumi, karbon memainkan peranan utama yang sama seperti karbon dalam dunia haiwan dan tumbuhan. Untuk geokimia oksigen, sambungannya yang sangat kuat dengan oksigen adalah penting. Kira-kira 12% daripada litosfera adalah silika sio 2 dalam bentuk mineral kuarza dan jenisnya. 75% daripada litosfera terdiri daripada pelbagai silikat Dan aluminosilikat(feldspar, mika, amfibol, dll.). Jumlah mineral yang mengandungi silika melebihi 400 .
Semasa proses magmatik, pembezaan lemah kalsium berlaku: ia terkumpul dalam kedua-dua granitoid (32.3%) dan dalam batu ultrabes (19%). Pada suhu tinggi dan tekanan tinggi, keterlarutan sio 2 meningkat. Penghijrahannya dengan wap air juga mungkin, oleh itu pegmatit urat hidroterma dicirikan oleh kepekatan kuarza yang ketara, yang sering dikaitkan dengan unsur bijih (kuarza emas, kuarza-kasiterit, dll. urat).
Sifat fizikal dan kimia. Karbon membentuk hablur kelabu gelap dengan kilauan logam, mempunyai kekisi jenis berlian padu berpusat muka dengan kala a = 5.431 a, dan ketumpatan 2.33 g/cm 3 . Pada tekanan yang sangat tinggi, pengubahsuaian baru (kelihatan heksagon) dengan ketumpatan 2.55 g/cm 3 telah diperolehi. K. cair pada 1417°C, mendidih pada 2600°C. Muatan haba tentu (pada 20-100°C) 800 J/ (kg? K), atau 0.191 kal/ (g? deg); kekonduksian terma walaupun untuk sampel paling tulen adalah tidak tetap dan berada dalam julat (25°C) 84-126 W/ (m? K), atau 0.20-0.30 cal/ (cm? sec? deg). Pekali suhu pengembangan linear 2.33? 10 -6 K -1 ; bawah 120k ia menjadi negatif. K. telus kepada sinar inframerah gelombang panjang; indeks biasan (untuk l =6 µm) 3.42; pemalar dielektrik 11.7. K. diamagnet, kerentanan magnet atom -0.13? 10 -6. K. kekerasan mengikut Mohs 7.0, mengikut Brinell 2.4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modulus elastik 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), pekali kebolehmampatan 0.325? 10 -6 cm 2 /kg. K. bahan rapuh; ubah bentuk plastik yang ketara bermula pada suhu melebihi 800°C.
K. ialah semikonduktor yang semakin meningkat penggunaannya. Sifat elektrik kuprum sangat bergantung kepada kekotoran. Kerintangan elektrik isipadu khusus intrinsik sel pada suhu bilik diambil sebagai 2.3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .
Litar semikonduktor dengan kekonduksian r-jenis (aditif B, al, in atau ga) dan n-jenis (aditif P, bi, as atau sb) mempunyai rintangan yang jauh lebih rendah. Jurang jalur mengikut ukuran elektrik ialah 1.21 ev pada 0 KEPADA dan menurun kepada 1.119 ev pada 300 KEPADA.
Selaras dengan kedudukan cincin dalam jadual berkala Mendeleev, 14 elektron atom cincin diedarkan ke atas tiga petala: pada yang pertama (dari nukleus) 2 elektron, dalam 8 kedua, dalam ketiga (valens) 4; konfigurasi cangkang elektron 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potensi pengionan berturut-turut ( ev): 8.149; 16.34; 33.46 dan 45.13. Jejari atom 1.33 a, jejari kovalen 1.17 a, jejari ionik si 4+ 0.39 a, si 4- 1.98 a.
Dalam sebatian karbon (serupa dengan karbon) 4-valentene. Walau bagaimanapun, tidak seperti karbon, silika, bersama dengan nombor koordinasi 4, mempamerkan nombor koordinasi 6, yang dijelaskan oleh jumlah besar atomnya (contoh sebatian tersebut ialah silicofluorida yang mengandungi kumpulan 2).
Ikatan kimia atom karbon dengan atom lain biasanya dilakukan kerana orbital sp 3 hibrid, tetapi ia juga mungkin melibatkan dua daripada lima (kosong) 3. d- orbital, terutamanya apabila K. ialah enam koordinat. Mempunyai nilai keelektronegatifan rendah 1.8 (berbanding 2.5 untuk karbon; 3.0 untuk nitrogen, dsb.), karbon adalah elektropositif dalam sebatian dengan bukan logam, dan sebatian ini bersifat polar. Tenaga mengikat tinggi dengan oksigen si-o, bersamaan dengan 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , menentukan kestabilan sebatian oksigennya (sio 2 dan silikat). Tenaga pengikat Si-si adalah rendah, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Tidak seperti karbon, karbon tidak dicirikan oleh pembentukan rantai panjang dan ikatan berganda antara atom Si. Di udara, disebabkan oleh pembentukan filem oksida pelindung, karbon stabil walaupun pada suhu tinggi. Dalam oksigen ia teroksida bermula pada 400°C, membentuk silikon dioksida sio 2. Sio monoksida juga dikenali, stabil pada suhu tinggi dalam bentuk gas; hasil daripada penyejukan secara tiba-tiba, produk pepejal boleh diperolehi yang mudah terurai menjadi campuran nipis si dan sio 2. K. tahan kepada asid dan hanya larut dalam campuran asid nitrik dan hidrofluorik; mudah larut dalam larutan alkali panas dengan pembebasan hidrogen. K. bertindak balas dengan fluorin pada suhu bilik dan dengan halogen lain apabila dipanaskan untuk membentuk sebatian formula am enam 4 . Hidrogen tidak bertindak balas secara langsung dengan karbon, dan silika(silanes) diperoleh melalui penguraian silisid (lihat di bawah). Silikon hidrogen diketahui dari sih 4 hingga si 8 h 18 (komposisi adalah serupa dengan hidrokarbon tepu). K. membentuk 2 kumpulan silanes yang mengandungi oksigen - siloksan dan siloksen. K bertindak balas dengan nitrogen pada suhu melebihi 1000°C. Kepentingan praktikal yang besar ialah si 3 n 4 nitrida, yang tidak teroksida di udara walaupun pada 1200°C, tahan terhadap asid (kecuali nitrik) dan alkali, serta logam cair dan sanga, yang menjadikannya bahan berharga untuk industri kimia, untuk pengeluaran refraktori, dsb. Sebatian karbon dengan karbon dibezakan oleh kekerasannya yang tinggi, serta rintangan haba dan kimia ( silikon karbida sic) dan dengan boron (sib 3, sib 6, sib 12). Apabila dipanaskan, klorin bertindak balas (dengan kehadiran pemangkin logam, seperti kuprum) dengan sebatian organoklorin (contohnya, ch 3 cl) untuk membentuk organohalosilanes [contohnya, si (ch 3) 3 ci], yang digunakan untuk sintesis daripada banyak sebatian organosilikon.
K. membentuk sebatian dengan hampir semua logam - silisid(sambungan hanya dengan bi, tl, pb, hg tidak dikesan). Lebih daripada 250 silisid telah diperolehi, komposisinya (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si, dll.) biasanya tidak sepadan dengan valensi klasik. Silisid adalah refraktori dan keras; Ferrosilicon dan molibdenum silicide mosi 2 adalah kepentingan praktikal yang paling besar (pemanas relau elektrik, bilah turbin gas, dsb.).
Resit dan permohonan. K. ketulenan teknikal (95-98%) diperolehi dalam arka elektrik dengan pengurangan silika sio 2 antara elektrod grafit. Sehubungan dengan pembangunan teknologi semikonduktor, kaedah telah dibangunkan untuk mendapatkan kuprum tulen dan terutamanya tulen Ini memerlukan sintesis awal sebatian permulaan kuprum yang paling tulen, dari mana kuprum diekstrak melalui pengurangan atau penguraian terma.
Kuprum semikonduktor tulen diperolehi dalam dua bentuk: polihabluran (dengan pengurangan sici 4 atau sihcl 3 dengan zink atau hidrogen, penguraian haba sil 4 dan sih 4) dan kristal tunggal (zon lebur bebas mangkuk dan "menarik" satu kristal. daripada kuprum cair - kaedah Czochralski).
Tembaga doped khas digunakan secara meluas sebagai bahan untuk pembuatan peranti semikonduktor (transistor, termistor, penerus kuasa, diod terkawal - thyristor; fotosel solar yang digunakan dalam kapal angkasa, dll.). Oleh kerana K. lutsinar kepada sinar dengan panjang gelombang dari 1 hingga 9 µm, ia digunakan dalam optik inframerah .
K. mempunyai bidang aplikasi yang pelbagai dan sentiasa berkembang. Dalam metalurgi, oksigen digunakan untuk mengeluarkan oksigen yang terlarut dalam logam cair (deoxidation). K. ialah komponen sebilangan besar aloi besi dan logam bukan ferus. Biasanya, karbon memberikan aloi peningkatan rintangan terhadap kakisan, meningkatkan sifat tuangan mereka, dan meningkatkan kekuatan mekanikal; namun, dengan kandungan K yang lebih tinggi ia boleh menyebabkan kerapuhan. Yang paling penting ialah aloi besi, kuprum, dan aluminium yang mengandungi kalsium Jumlah karbon yang semakin meningkat digunakan untuk sintesis sebatian organosilikon dan silisid. Silika dan banyak silikat (tanah liat, feldspar, mika, talc, dll.) diproses oleh kaca, simen, seramik, elektrik dan industri lain.
V. P. Barzakovsky.
Silikon ditemui di dalam badan dalam bentuk pelbagai sebatian, terutamanya terlibat dalam pembentukan bahagian rangka dan tisu yang keras. Sesetengah tumbuhan marin (contohnya, diatom) dan haiwan (contohnya, span bersilika, radiolaria) boleh mengumpul terutamanya sejumlah besar silikon, membentuk mendapan silikon dioksida yang tebal di dasar lautan apabila ia mati. Di laut dan tasik yang sejuk, kelodak biogenik yang diperkaya dengan kalium mendominasi di laut tropika, kelodak berkapur dengan kandungan kalium yang rendah mendominasi Di antara tumbuhan darat, bijirin, sedges, palms, dan ekor kuda mengumpul banyak kalium. Dalam vertebrata, kandungan silikon dioksida dalam bahan abu adalah 0.1-0.5%. Dalam kuantiti terbesar, K. ditemui dalam tisu penghubung padat, buah pinggang, dan pankreas. Pemakanan harian manusia mengandungi sehingga 1 G K. Apabila terdapat kandungan debu silikon dioksida yang tinggi di udara, ia masuk ke dalam paru-paru manusia dan menyebabkan penyakit - silikosis.
V. V. Kovalsky.
Lit.: Berezhnoy A.S., Silikon dan sistem binarinya. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Semikonduktor - germanium dan silikon, M., 1961; Renyan V.R., Teknologi silikon semikonduktor, trans. daripada English, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Pengeluaran silikon semikonduktor, M., 1970; Silikon dan germanium. Sab. Art., ed. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Kimia kristal silisid dan germanida, M., 1971; serigala N. f., data semikonduktor silikon, oxf. - n. t., 1965.
muat turun abstrak
Sifat fizikal
Silikon ialah unsur kumpulan IV, nombor atomnya ialah 14, dan jisim atomnya ialah 28.06. Bilangan atom dalam satu sentimeter padu ialah 5 * 10 dalam 22.
Silikon, seperti germanium, menghablur dalam kekisi jenis berlian padu dengan pemalar a = 5.4198 A, dalam nod sel unit yang mana terdapat 8 atom silikon dengan nombor koordinasi 4. Jarak minimum antara atom jiran dan pemalar kekisi silikon adalah kurang daripada pemalar germanium. Oleh itu, ikatan kovalen tetrahedral dalam silikon adalah lebih kuat, yang menyumbang kepada jurang jalur yang lebih besar bagi silikon dan takat leburnya yang lebih tinggi daripada germanium.
Silikon ialah bahan kelabu gelap dengan warna kebiruan. Oleh kerana kekerasannya yang tinggi, yang menurut Moocy ialah 7, ia sangat rapuh; apabila hentaman, ia runtuh, jadi sukar untuk diproses bukan sahaja dalam keadaan sejuk, tetapi juga dalam keadaan panas.
Takat lebur silikon dengan ketulenan 99.9% Si ditentukan sebagai 1413-1420 ° C. Silikon dengan darjah ketulenan yang lebih tinggi mempunyai takat lebur 1480-1500 ° C.
Takat didih silikon terletak dalam julat 2400-2630° C. Ketumpatan silikon pada 25° C ialah 2.32-2.49 g/cm3. Semasa lebur, ketumpatan silikon meningkat, yang dijelaskan oleh penstrukturan semula struktur pesanan jarak dekat ke arah meningkatkan nombor koordinasi. Oleh itu, apabila disejukkan, ia meningkat dalam jumlah, dan apabila lebur, ia berkurangan. Pengurangan isipadu silikon semasa lebur ialah 9-10%.
Kekonduksian terma silikon kristal pada suhu bilik ialah 0.2-0.26 kal/saat*cm*deg. Kapasiti haba dalam julat 20-100° C ialah 0.181 kal/g*deg. Kebergantungan kapasiti haba silikon pepejal dari 298° K ke takat lebur diterangkan oleh persamaan
Rab = 5.70+1.02*10v-3T-1.06*10v-5T-2 kal/deg*mol.
Dalam keadaan cecair sehingga takat didih, kapasiti haba ialah 7.4 kal/darjah*mol. Kapasiti haba silikon dengan ketulenan >99.99% pada suhu dari 1200°C hingga takat lebur ialah 6.53 kal/darjah*mol, dan dari takat lebur kepada 1500°C 6.12 kal/darjah*mol. Haba pelakuran silikon tulen ialah 12095 ± 100 kal/g*atom.
Perubahan tekanan wap silikon pepejal dari 1200° K ke takat lebur dinyatakan dengan persamaan
Ig p mmHg Seni. = -18000/T - 1.022 IgT + 12.83,
dan untuk silikon cecair
Ig p mmHg Seni. = -17100/T - 1.022 Ig T + 12.31.
Tekanan wap silikon pada suhu lebur ialah ~10v-2 mmHg. Seni.
Ketegangan permukaan silikon lebur, diukur dengan kaedah titisan sesil pada substrat ZrO2, TiO2 dan MgO dalam suasana helium pada 1450° C, ialah 730 dina/cm.
Sifat elektrik
Dari segi sifat elektriknya, silikon adalah semikonduktor biasa. Dengan peningkatan suhu, kerintangan elektrik silikon berkurangan dengan mendadak. Apabila cair, ia mempunyai ciri kekonduksian elektrik bagi logam cecair.
Pada 300°K, kerintangan elektrik silikon (p) bergantung kepada kandungan bendasing di dalamnya.
Silikon dengan ketulenan 98.5% mempunyai p = 0.8 ohm*cm, 99.97% -12.6 ohm*cm, silikon tulen spektrum 30 ohm*cm. Sampel silikon paling tulen mempunyai p = 16,000 ohm*cm.
Di bawah ialah beberapa ciri elektrik silikon yang dikira secara teori dengan kekonduksian intrinsik (pada 300°C):
Kepekatan terendah kekotoran aktif elektrik yang dicapai pada masa ini hasil daripada penulenan dalam silikon ialah 10-13 cm-3.
Mobiliti pembawa semasa dalam silikon pada suhu tinggi ditentukan oleh penyerakan oleh getaran kekisi, dan pada suhu rendah oleh ion kekotoran.
Perubahan dalam mobiliti elektron dan lubang dalam silikon bergantung pada suhu ditentukan oleh persamaan berikut:
μn = 1.2*10v8*T-2 cm2/v*saat;
μр = 2.9*10v9*T-2.7 cm2/v*saat.
Penurunan ketara dalam mobiliti elektron dalam silikon pada suhu bilik berlaku pada kepekatan pembawa sepadan dengan p = 1.0 ohm*cm, dan mobiliti lubang pada p = 10 ohm*cm.
Jangka hayat pembawa cas dalam silikon berbeza-beza dalam julat yang luas: secara purata, t = 200 μsec.
Untuk teknologi semikonduktor, aloi silikon dengan unsur lain, terutamanya kumpulan III dan V, adalah amat penting. Unsur-unsur ini dimasukkan ke dalam silikon yang telah dimurnikan dalam kuantiti yang kecil untuk memberikan sifat elektrik tertentu.
Pengendalian peranti semikonduktor - diod, triod, fotosel, termoelemen adalah berdasarkan sifat persimpangan lubang elektron, yang diperoleh dengan doping silikon dengan unsur-unsur tertentu. Untuk mencipta n-konduktiviti dalam silikon, ia didopkan dengan fosforus, arsenik atau antimoni, dan untuk mendapatkan kekonduksian-p, ia selalunya didop dengan boron. Unsur penderma yang paling penting termasuk fosforus dan arsenik.
Silikon larut dengan baik dalam banyak logam cair, seperti aluminium, timah, plumbum, dan zink. Keterlarutan logam dalam silikon pepejal adalah, sebagai peraturan, sangat rendah.
Pada masa ini, lebih daripada tiga puluh rajah keadaan silikon dengan unsur lain diketahui. Silikon membentuk sebatian kimia dengan banyak unsur, khususnya dengan fosforus, arsenik, boron, litium, mangan, besi, kobalt, nikel, kalsium, magnesium, sulfur, selenium, dll. Dengan unsur-unsur lain, contohnya, aluminium, berilium, timah, galium, indium, antimoni, dsb. membentuk sistem jenis eutektik.
Sifat kimia
Silikon tahan terhadap pengoksidaan dalam udara sehingga 900 ° C, bagaimanapun, pada suhu ini, wap air mengoksidakan silikon, dan pada suhu yang lebih tinggi, wap air sepenuhnya terurai oleh silikon.
Pada 1000° C dan ke atas, silikon teroksida dengan kuat oleh oksigen atmosfera untuk membentuk silikon anhidrida atau silika SiO2. Silikon bertindak balas dengan hidrogen hanya pada suhu arka, membentuk sebatian silikon-hidrogen.
Dengan kehadiran nitrogen pada 1300° C, silikon membentuk nitrida Si3N4. Ia adalah serbuk putih, refraktori yang menyublimkan pada kira-kira 2000° C.
Silikon mudah berinteraksi dengan halida, contohnya, dengan fluorin - pada suhu bilik, dengan klorin - pada 200-300 ° C, dengan bromin - pada 450-500 ° C, dan dengan iodin - pada suhu yang lebih tinggi, 700-750 ° C.
Silikon tidak bertindak balas dengan fosforus, arsenik dan antimoni sehingga takat didihnya; Ia bergabung dengan karbon dan boron hanya pada suhu yang sangat tinggi (-2000°C).
Silikon dicirikan oleh rintangan kepada semua asid dalam sebarang kepekatan, termasuk sulfurik, hidroklorik, nitrik dan hidrofluorik. Silikon hanya larut dalam campuran asid hidrofluorik dan nitrik (HF+HNO3). Silikon larut kurang intensif dalam asid nitrik yang mengandungi bahan tambahan hidrogen peroksida dan bromin.
Berbeza dengan asid, larutan alkali melarutkan silikon dengan baik; dalam kes ini, oksigen dibebaskan dan garam asid silisik terbentuk, sebagai contoh
Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2.
Dengan kehadiran hidrogen peroksida, pembubaran silikon dalam alkali dipercepatkan.
Etsa beralkali dan berasid digunakan untuk mengetsa silikon. Etsa beralkali lebih kuat, jadi ia digunakan untuk membuang bahan cemar permukaan, lapisan dengan struktur yang rosak akibat pemprosesan mekanikal, dan untuk mengenal pasti kecacatan makro. Untuk tujuan ini, silikon terukir dalam larutan akueus mendidih KOH atau NaOH.
Untuk mengenal pasti kehelan pada kristal tunggal silikon, etsa berasid digunakan, contohnya CP-4 dengan penambahan merkuri nitrat.
Silikon membentuk sebatian kimia dengan valens 2 dan 4. Sebatian silikon divalen tidak begitu stabil. Dengan oksigen, silikon membentuk dua sebatian: SiO - monoksida dan SiO2 - silikon dioksida.
Silikon monoksida SiO tidak berlaku di alam semula jadi, tetapi ia mudah terbentuk apabila SiO2 dikurangkan dengan karbon pada 1500° C:
SiO2 + C → SiO + CO,
atau apabila silikon berinteraksi dengan kuarza pada 1350° C:
Si + SiO2 ⇔ 2SiO.
Pada suhu tinggi, keseimbangan tindak balas ini beralih ke kanan, kerana silikon monoksida diperoleh dalam keadaan gas. Apabila dipanaskan hingga 1700° C, silikon monoksida menjadi sublim sepenuhnya, dan pada suhu yang lebih tinggi ia tidak seimbang kepada Si dan SiO2.
Silikon monoksida SiO ialah serbuk kuning gelap dengan ketumpatan 2.13; tidak mengalirkan arus walaupun pada suhu tinggi, oleh itu ia digunakan sebagai bahan penebat.
Sebatian kimia yang sangat penting bagi silikon ialah dioksida (kuarza). Sebatian ini sangat stabil, pembentukannya disertai dengan pelepasan haba yang besar:
Si + O2 = SiO2 + 203 kcal.
Kuarza ialah bahan tidak berwarna dengan takat lebur ~1713°C dan takat didih 2590°C.
Apabila kuarza cair menyejuk, kaca kuarza telus terbentuk, yang berfungsi sebagai salah satu bahan terpenting untuk pembuatan peralatan yang digunakan dalam pengeluaran silikon dan bahan semikonduktor lain.
Apabila SiO2 dipanaskan dengan arang batu pada 2000-2200° C, silikon karbida SiC terbentuk, yang mempunyai sifat semikonduktor.
Silikon membentuk sebatian yang agak kuat dengan halogen sifat fizikokimia sebatian ini diberikan dalam Jadual. 57.
Sebatian silikon halida SiF4, SiCl4, SiBr4 dan SiI3 boleh didapati dengan sintesis mudah daripada unsur atau dengan bertindak balas SiO2 dengan halida dengan kehadiran karbon:
Si + 2Cl2 → SiCl4,
SiO2 + 2Cl2 + C → SiCl4 + CO2,
Si + 2I2 → SiI4,
SiO2 + 2Br2 + C → SiBr4 + CO2.
Sebatian silikon halida-sila terbentuk dalam tindak balas hidroklorinasi atau hidrobrominasi silikon:
Si + 3HCl → SiHCl3 + H2,
Si + 3HBr → SiHBr3 + H2,
yang berlaku pada suhu yang agak rendah, kira-kira 300° C.
Silikon tetraklorida SiCl4 ialah cecair lutsinar tidak berwarna yang berasap kuat di udara akibat hidrolisis dan pembentukan hidrogen klorida. Terurai dengan air untuk membentuk gel silika:
SiCli + 4H2O → 4HCl + Si(OH)4.
Silicon tetraiodide SiI4 ialah bahan kristal tidak berwarna. Apabila dipanaskan di udara, wap tetraiodide mudah menyala.
Trichlorosilane SiHCl3 ialah cecair mudah terbakar dengan tekanan wap yang sangat tinggi pada suhu bilik. Oleh itu, trichlorosilane biasanya disimpan dalam bekas keluli tertutup yang boleh menahan tekanan tinggi.
Silikon boleh menggantikan karbon dalam sebatian organik, dengan itu membentuk sebatian silikon-hidrogen - silanes. Silanes mempunyai sifat yang serupa dengan hidrokarbon. Beberapa sifat silanes diberikan dalam jadual. 58.
Sebatian jenis ini boleh disediakan di makmal, contohnya, dengan melarutkan magnesium silisid dalam asid hidroklorik kuat:
Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.
Reaksi ini rumit. Bersama-sama dengan monosilane, pelbagai polisilan boleh dibentuk dan hidrogen boleh dibebaskan.
Semua silanes mudah teroksida di udara. Kereaktifan mereka meningkat dengan peningkatan berat molekul. Ia sangat berbahaya jika udara masuk ke dalam kapal dengan silane.
Monosilane SiH4 ialah gas tidak berwarna, agak stabil tanpa ketiadaan udara dan kelembapan. Monosilane membentuk campuran letupan dengan udara; boleh mengoksida dengan kilat walaupun pada -180° C.
Monosilane dicirikan oleh kestabilan terma yang lebih besar berbanding dengan polysilane. Apabila dipanaskan melebihi 400° C, monosilane terurai menjadi unsur, membebaskan silikon amorf:
SiH4 → Si + 2H2.
Tindak balas ini digunakan dalam penghasilan silikon dengan kaedah silane. Silana dengan cepat dan sepenuhnya terurai dengan air untuk membentuk SiO2:
SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2,
Si3H8 + 6H2O = 3SiO2 + 10H2.
Silan juga cepat dan sepenuhnya terurai oleh larutan akueus alkali:
SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2.
Kestabilan silanes meningkat dengan mendadak apabila halogen dimasukkan ke dalam molekulnya, menggantikan atom hidrogen. Antara silanes yang digantikan, yang paling menarik ialah trichlorosilane SiHCl3, pengurangan yang menghasilkan silikon tulen.
Aplikasi Silikon
Silikon sebagai semikonduktor dikenali sebelum germanium. Walau bagaimanapun, kesukaran untuk mendapatkan silikon dalam bentuk yang paling tulen melambatkan penggunaannya dalam teknologi.
Baru-baru ini, kaedah yang berkesan untuk menulenkan silikon kepada tahap ketulenan yang tinggi telah dibangunkan dan dikuasai, jadi silikon semakin digunakan dalam peranti semikonduktor. Oleh itu, penerus arus (diod) dan penguat gelombang radio (triod) diperbuat daripada silikon. Dalam kes ini, elektrod silikon dengan permukaan besar yang memisahkan bahagian elektronik dan lubang semikonduktor dibuat untuk penguat kuasa tinggi.
Silikon juga merupakan bahan yang baik untuk penukar fotovoltaik. Oleh itu, untuk mencipta sel suria, fotosel silikon digunakan, direka untuk menukar tenaga suria secara langsung kepada tenaga elektrik. Penukar foto silikon lebih sesuai dari segi kepekaan spektrumnya untuk menggunakan cahaya matahari.
Silikon mempunyai beberapa kelebihan berbanding germanium: ia mempunyai jurang jalur yang besar, yang memberikan kuasa keluaran elektrik tertinggi; peranti silikon boleh beroperasi pada suhu yang lebih tinggi (jika suhu operasi peranti germanium tidak melebihi 60-80 ° C, maka diod silikon boleh beroperasi pada 200 ° C).
Sebatian silikon juga didapati digunakan dalam peranti. Sebagai contoh, silikon karbida digunakan untuk pembuatan diod terowong (rintangan tak linear), dsb.
15.03.2019
Pakar dari Emirates Global Aluminium membuat kenyataan bahawa anak syarikat mereka Guinea Alumina Corp berharap dapat menarik dari tujuh ratus hingga tujuh ratus...
15.03.2019
Membongkar kren gantri melibatkan pembongkaran struktur logam, serta trek kren, mengeluarkan peralatan dan memutuskan sambungan pelbagai peranti. DALAM...
14.03.2019
Selama bertahun-tahun, besi buruk terkumpul di rumah dan pangsapuri persendirian. Boleh diwakili oleh peranti rumah lama, sisa pembinaan dan banyak...
14.03.2019
Musim luruh adalah masa di mana anda boleh berehat dari panas yang menjengkelkan dengan pergi ke negara ini selama beberapa hari, di mana anda bukan sahaja dapat menikmati anugerah alam semula jadi, tetapi juga berasa nostalgia. Namun, untuk...
DEFINISI
silikon- unsur keempat belas Jadual Berkala. Jawatan - Si dari bahasa Latin "silicium". Terletak dalam tempoh ketiga, kumpulan IVA. Merujuk kepada bukan logam. Caj nuklear ialah 14.
Silikon adalah salah satu unsur yang paling biasa dalam kerak bumi. Ia membentuk 27% (berat) bahagian kerak bumi yang boleh diakses oleh kajian kami, menduduki tempat kedua dalam kelimpahan selepas oksigen. Secara semula jadi, silikon hanya terdapat dalam sebatian: dalam bentuk silikon dioksida SiO 2, dipanggil silikon anhidrida atau silika, dalam bentuk garam asid silisik (silikat). Aluminosilicates adalah yang paling meluas dalam alam semula jadi, i.e. silikat yang mengandungi aluminium. Ini termasuk feldspar, mika, kaolin, dll.
Seperti karbon, yang merupakan sebahagian daripada semua bahan organik, silikon adalah unsur terpenting dalam alam tumbuhan dan haiwan.
Di bawah keadaan biasa, silikon ialah bahan kelabu gelap (Rajah 1). Ia kelihatan seperti logam. Refraktori - takat lebur ialah 1415 o C. Dicirikan oleh kekerasan yang tinggi.
nasi. 1. Silikon. Penampilan.
Berat atom dan molekul silikon
Jisim molekul relatif bahan (M r) ialah nombor yang menunjukkan berapa kali jisim molekul tertentu lebih besar daripada 1/12 jisim atom karbon, dan jisim atom relatif unsur (A r) ialah berapa kali purata jisim atom bagi unsur kimia lebih besar daripada 1/12 jisim atom karbon.
Oleh kerana dalam keadaan bebas silikon wujud dalam bentuk molekul Si monatomik, nilai jisim atom dan molekulnya bertepatan. Mereka bersamaan dengan 28.084.
Alotropi dan pengubahsuaian alotropik silikon
Silikon boleh wujud dalam bentuk dua pengubahsuaian alotropik: seperti berlian (kubik) (stabil) dan seperti grafit (tidak stabil). Silikon seperti berlian berada dalam keadaan agregat pepejal, dan silikon seperti grafit berada dalam keadaan amorf. Mereka juga berbeza dalam penampilan dan aktiviti kimia.
Silikon kristal ialah bahan kelabu gelap dengan kilauan logam, dan silikon amorf ialah serbuk coklat. Pengubahsuaian kedua lebih reaktif daripada yang pertama.
Isotop silikon
Adalah diketahui bahawa dalam alam semula jadi silikon boleh didapati dalam bentuk tiga isotop stabil 28 Si, 29 Si dan 30 Si. Nombor jisim mereka ialah 28, 29 dan 30, masing-masing. Nukleus atom isotop silikon 28 Si mengandungi empat belas proton dan empat belas neutron, dan isotop 29 Si dan 30 Si mengandungi bilangan proton yang sama, masing-masing lima belas dan enam belas neutron.
Terdapat isotop tiruan silikon dengan nombor jisim dari 22 hingga 44, antaranya yang paling lama hidup ialah 32 Si dengan separuh hayat 170 tahun.
Ion silikon
Pada tahap tenaga luar atom silikon terdapat empat elektron, iaitu valensi:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 .
Hasil daripada interaksi kimia, silikon boleh melepaskan elektron valensnya, i.e. menjadi penderma mereka dan bertukar menjadi ion bercas positif, atau menerima elektron daripada atom lain, i.e. menjadi penerima, dan bertukar menjadi ion bercas negatif:
Si 0 -4e → Si 4+ ;
Si 0 +4e → Si 4- .
Molekul silikon dan atom
Dalam keadaan bebas, silikon wujud dalam bentuk molekul Si monoatomik. Berikut adalah beberapa sifat yang mencirikan atom dan molekul silikon:
Aloi silikon
Silikon digunakan dalam metalurgi. Ia berfungsi sebagai komponen banyak aloi. Yang paling penting daripada mereka adalah aloi berasaskan besi, tembaga dan aluminium.
Contoh penyelesaian masalah
CONTOH 1
| Bersenam | Berapa banyak silikon (IV) oksida yang mengandungi 0.2 jisim kekotoran diperlukan untuk mendapatkan 6.1 g natrium silikat. |
| Penyelesaian | Mari kita tulis persamaan tindak balas untuk menghasilkan natrium silikat daripada silikon (IV) oksida: SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O. Mari kita cari jumlah natrium silikat: n(Na 2 SiO 3) = m (Na 2 SiO 3) / M(Na 2 SiO 3); n(Na 2 SiO 3) = 6.1 / 122 = 0.05 mol. Mengikut persamaan tindak balas n(Na2 SiO 3) : n(SiO 2) = 1:1, i.e. n(Na 2 SiO 3) = n(SiO 2) = 0.05 mol. Jisim silikon (IV) oksida (tanpa kekotoran) akan sama dengan: M(SiO 2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 g/mol. m tulen (SiO 2) = n(SiO 2) ×M(SiO 2) = 0.05 × 60 = 3 g. Maka jisim silikon (IV) oksida yang diperlukan untuk tindak balas adalah sama dengan: m(SiO 2) =m tulen (SiO 2)/w kekotoran = 3 / 0.2 = 15 g. |
| Jawab | 15 g |
CONTOH 2
| Bersenam | Apakah jisim natrium silikat yang boleh diperolehi dengan menggabungkan silikon (IV) oksida dengan 64.2 g soda, pecahan jisim bendasing yang mengandungi 5%? |
| Penyelesaian | Mari kita tulis persamaan tindak balas untuk menghasilkan natrium silikat dengan menggabungkan soda dan silikon (IV) oksida: SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2 -. Mari kita tentukan jisim teori soda (dikira menggunakan persamaan tindak balas): n(Na 2 CO 3) = 1 mol. M(Na 2 CO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 g/mol. m(Na 2 CO 3) = n(Na 2 CO 3) ×M(Na 2 CO 3) = 1 × 106 = 106g. Mari cari jisim praktikal soda: w tulen (Na 2 CO 3) = 100% - w kekotoran = 100% - 5% = 95% = 0.95. m tulen (Na 2 CO 3) = m (Na 2 CO 3) ×w tulen (Na 2 CO 3); m tulen (Na 2 CO 3) = 64.2 × 0.95 = 61 g. Mari kita hitung jisim teori natrium silikat: n(Na 2 SiO 3) = 1 mol. M(Na 2 SiO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 g/mol. m(Na 2 SiO 3) = n(Na 2 SiO 3) ×M(Na 2 SiO 3) = 1 × 122 = 122g. Biarkan jisim praktikal natrium silikat ialah x g. 61 g Na 2 CO 3 - x g Na 2 SiO 3; 106 g Na 2 CO 3 - 122 g Na 2 SiO 3. Oleh itu x akan sama dengan: x = 122 × 61 / 106 = 70.2 g. Ini bermakna jisim natrium silikat yang dibebaskan ialah 70.2 g. |
| Jawab | 70.2 g |
Salah satu unsur yang paling biasa dalam alam semula jadi ialah silicium, atau silikon. Pengedaran yang begitu luas menunjukkan kepentingan dan kepentingan bahan ini. Ini dengan cepat difahami dan dipelajari oleh orang yang belajar cara menggunakan silikon dengan betul untuk tujuan mereka. Penggunaannya adalah berdasarkan ciri khas, yang akan kita bincangkan lebih lanjut.
Silikon - unsur kimia
Jika kita mencirikan unsur tertentu mengikut kedudukan dalam jadual berkala, kita boleh mengenal pasti perkara penting berikut:
- Nombor siri - 14.
- Tempoh adalah yang ketiga kecil.
- Kumpulan - IV.
- Subkumpulan adalah yang utama.
- Struktur kulit elektron terluar dinyatakan dengan formula 3s 2 3p 2.
- Unsur silikon diwakili oleh simbol kimia Si, yang disebut "silicium".
- Keadaan pengoksidaan yang dipamerkannya ialah: -4; +2; +4.
- Valensi atom ialah IV.
- Jisim atom silikon ialah 28.086.
- Secara semula jadi, terdapat tiga isotop stabil unsur ini dengan nombor jisim 28, 29 dan 30.
Oleh itu, dari sudut pandangan kimia, atom silikon adalah unsur yang dikaji dengan cukup banyak sifatnya yang berbeza telah diterangkan.
Sejarah penemuan
Oleh kerana pelbagai sebatian unsur yang dimaksudkan adalah sangat popular dan banyak di alam semula jadi, sejak zaman dahulu orang telah menggunakan dan mengetahui tentang sifat-sifat banyak daripadanya. Silikon tulen kekal di luar pengetahuan manusia dalam kimia untuk masa yang lama.
Sebatian yang paling popular digunakan dalam kehidupan seharian dan industri oleh orang-orang budaya purba (Mesir, Rom, Cina, Rusia, Parsi dan lain-lain) adalah batu berharga dan hiasan berasaskan silikon oksida. Ini termasuk:
- opal;
- berlian buatan;
- gasing;
- chrysoprase;
- onyx;
- kalsedon dan lain-lain.
Ia juga telah menjadi kebiasaan untuk menggunakan kuarza dalam pembinaan sejak zaman purba. Walau bagaimanapun, unsur silikon itu sendiri masih belum ditemui sehingga abad ke-19, walaupun ramai saintis cuba mengasingkannya daripada pelbagai sebatian, menggunakan pemangkin, suhu tinggi, dan juga arus elektrik. Ini adalah minda yang cerah seperti:
- Karl Scheele;
- Gay-Lussac;
- Thenar;
- Humphry Davy;
- Antoine Lavoisier.
Jens Jacobs Berzelius berjaya mendapatkan silikon dalam bentuk tulennya pada tahun 1823. Untuk melakukan ini, beliau telah menjalankan satu eksperimen pada peleburan wap silikon fluorida dan logam kalium. Hasilnya, saya memperoleh pengubahsuaian amorfus bagi elemen yang dipersoalkan. Para saintis yang sama mencadangkan nama Latin untuk atom yang ditemui.
Tidak lama kemudian, pada tahun 1855, seorang saintis lain - Sainte-Clair-Deville - berjaya mensintesis pelbagai alotropik lain - silikon kristal. Sejak itu, pengetahuan tentang unsur ini dan sifatnya mula berkembang dengan cepat. Orang ramai menyedari bahawa ia mempunyai ciri unik yang boleh digunakan dengan sangat bijak untuk memenuhi keperluan mereka sendiri. Oleh itu, hari ini salah satu unsur paling popular dalam elektronik dan teknologi ialah silikon. Penggunaannya hanya meluaskan sempadannya setiap tahun.
Nama Rusia untuk atom itu diberikan oleh saintis Hess pada tahun 1831. Inilah yang melekat sehingga hari ini.
Dari segi kelimpahan dalam alam semula jadi, silikon menduduki tempat kedua selepas oksigen. Peratusannya berbanding dengan atom lain dalam kerak bumi ialah 29.5%. Selain itu, karbon dan silikon adalah dua unsur istimewa yang boleh membentuk rantai dengan ikatan antara satu sama lain. Itulah sebabnya lebih daripada 400 mineral semula jadi yang berbeza dikenali untuk yang kedua, di mana ia ditemui dalam litosfera, hidrosfera dan biojisim.
Di manakah silikon ditemui?
- Dalam lapisan tanah yang dalam.
- Dalam batuan, mendapan dan jisim.
- Di dasar badan air, terutamanya laut dan lautan.
- Dalam tumbuhan dan hidupan laut kerajaan haiwan.
- Dalam tubuh manusia dan haiwan darat.
Kita boleh mengenal pasti beberapa mineral dan batu yang paling biasa yang mengandungi kuantiti silikon yang banyak. Kimia mereka sedemikian rupa sehingga kandungan jisim unsur tulen di dalamnya mencapai 75%. Walau bagaimanapun, angka khusus bergantung pada jenis bahan. Jadi, batu dan mineral yang mengandungi silikon:
- feldspars;
- mika;
- amfibol;
- opal;
- kalsedon;
- silikat;
- batu pasir;
- aluminosilikat;
- tanah liat dan lain-lain.
Terkumpul di dalam cangkerang dan eksoskeleton haiwan laut, silikon akhirnya membentuk mendapan silika yang kuat di dasar badan air. Ini adalah salah satu sumber semula jadi unsur ini.
Di samping itu, didapati bahawa silikon boleh wujud dalam bentuk aslinya yang tulen - dalam bentuk kristal. Tetapi deposit sedemikian sangat jarang berlaku.
Sifat fizikal silikon
Jika kita mencirikan unsur yang sedang dipertimbangkan mengikut satu set sifat fizikal dan kimia, maka pertama sekali adalah perlu untuk menetapkan parameter fizikal. Berikut adalah beberapa yang utama:
- Ia wujud dalam bentuk dua pengubahsuaian alotropik - amorfus dan kristal, yang berbeza dalam semua sifat.
- Kekisi kristal sangat mirip dengan berlian, kerana karbon dan silikon hampir sama dalam hal ini. Walau bagaimanapun, jarak antara atom adalah berbeza (silikon lebih besar), jadi berlian adalah lebih keras dan lebih kuat. Jenis kekisi - berpusat muka kubik.
- Bahan ini sangat rapuh dan menjadi plastik pada suhu tinggi.
- Takat lebur ialah 1415˚C.
- Takat didih - 3250˚С.
- Ketumpatan bahan ialah 2.33 g/cm3.
- Warna sebatian adalah kelabu perak, dengan ciri kilauan logam.
- Ia mempunyai sifat semikonduktor yang baik, yang boleh berubah dengan penambahan agen tertentu.
- Tidak larut dalam air, pelarut organik dan asid.
- Secara khusus larut dalam alkali.
Sifat fizikal silikon yang dikenal pasti membolehkan orang ramai memanipulasinya dan menggunakannya untuk mencipta pelbagai produk. Sebagai contoh, penggunaan silikon tulen dalam elektronik adalah berdasarkan sifat semikonduktiviti.
Sifat kimia
Sifat kimia silikon sangat bergantung kepada keadaan tindak balas. Jika kita bercakap tentang parameter standard, maka kita perlu menunjukkan aktiviti yang sangat rendah. Kedua-dua silikon kristal dan amorfus adalah sangat lengai. Mereka tidak berinteraksi dengan agen pengoksidaan kuat (kecuali fluorin) atau dengan agen penurunan kuat.
Ini disebabkan oleh fakta bahawa filem oksida SiO 2 terbentuk serta-merta pada permukaan bahan, yang menghalang interaksi selanjutnya. Ia boleh terbentuk di bawah pengaruh air, udara, dan wap.
Jika anda menukar keadaan piawai dan memanaskan silikon kepada suhu melebihi 400˚C, maka aktiviti kimianya akan meningkat dengan ketara. Dalam kes ini, ia akan bertindak balas dengan:
- oksigen;
- semua jenis halogen;
- hidrogen.
Dengan peningkatan suhu selanjutnya, pembentukan produk melalui interaksi dengan boron, nitrogen dan karbon adalah mungkin. Carborundum - SiC - amat penting, kerana ia adalah bahan pelelas yang baik.
Juga, sifat kimia silikon jelas kelihatan dalam tindak balas dengan logam. Berhubung dengan mereka, ia adalah agen pengoksidaan, itulah sebabnya produk itu dipanggil silisid. Sebatian serupa dikenali untuk:
- beralkali;
- tanah beralkali;
- logam peralihan.
Kompaun yang diperoleh dengan menggabungkan besi dan silikon mempunyai sifat yang luar biasa. Ia dipanggil seramik ferrosilicon dan berjaya digunakan dalam industri.
Silikon tidak berinteraksi dengan bahan kompleks, oleh itu, semua jenisnya, ia boleh larut hanya dalam:
- aqua regia (campuran asid nitrik dan hidroklorik);
- alkali kaustik.
Dalam kes ini, suhu larutan mestilah sekurang-kurangnya 60˚C. Semua ini sekali lagi mengesahkan asas fizikal bahan - kekisi kristal stabil seperti berlian, yang memberikannya kekuatan dan lengai.
Kaedah mendapatkan
Mendapatkan silikon dalam bentuk tulen adalah proses yang agak mahal. Di samping itu, kerana sifatnya, sebarang kaedah hanya memberikan produk tulen 90-99%, manakala kekotoran dalam bentuk logam dan karbon kekal sama. Oleh itu, hanya mendapatkan bahan itu tidak mencukupi. Ia juga perlu dibersihkan dengan teliti daripada unsur-unsur asing.
Secara umum, pengeluaran silikon dijalankan dalam dua cara utama:
- Dari pasir putih, iaitu silikon oksida tulen SiO 2. Apabila ia dikalsinkan dengan logam aktif (paling kerap magnesium), unsur bebas terbentuk dalam bentuk pengubahsuaian amorf. Ketulenan kaedah ini adalah tinggi, produk diperolehi dengan hasil 99.9 peratus.
- Kaedah yang lebih meluas pada skala perindustrian ialah pensinteran pasir cair dengan kok dalam tanur terma khusus. Kaedah ini dibangunkan oleh saintis Rusia N. N. Beketov.
Pemprosesan selanjutnya melibatkan menundukkan produk kepada kaedah penulenan. Untuk tujuan ini, asid atau halogen (klorin, fluorin) digunakan.
Silikon amorfus
Pencirian silikon akan menjadi tidak lengkap jika setiap pengubahsuaian alotropiknya tidak dipertimbangkan secara berasingan. Yang pertama adalah amorfus. Dalam keadaan ini, bahan yang kami pertimbangkan ialah serbuk coklat keperangan, tersebar dengan halus. Ia mempunyai tahap higroskopisitas yang tinggi dan mempamerkan aktiviti kimia yang agak tinggi apabila dipanaskan. Di bawah keadaan standard, ia hanya dapat berinteraksi dengan agen pengoksidaan terkuat - fluorin.
Ia tidak sepenuhnya betul untuk memanggil silikon amorfus sejenis silikon kristal. Kekisinya menunjukkan bahawa bahan ini hanyalah satu bentuk silikon yang tersebar halus, wujud dalam bentuk kristal. Oleh itu, oleh itu, pengubahsuaian ini adalah satu dan sebatian yang sama.
Walau bagaimanapun, sifat mereka berbeza, itulah sebabnya ia adalah kebiasaan untuk bercakap tentang alotropi. Silikon amorf itu sendiri mempunyai kapasiti penyerapan cahaya yang tinggi. Di samping itu, dalam keadaan tertentu, penunjuk ini beberapa kali lebih tinggi daripada bentuk kristal. Oleh itu, ia digunakan untuk tujuan teknikal. Dalam bentuk ini (serbuk), sebatian mudah digunakan pada mana-mana permukaan, sama ada plastik atau kaca. Inilah sebabnya mengapa silikon amorfus sangat mudah digunakan. Permohonan berdasarkan saiz yang berbeza.
Walaupun bateri jenis ini haus dengan cepat, yang dikaitkan dengan lelasan filem nipis bahan, penggunaan dan permintaannya hanya berkembang. Lagipun, walaupun dalam tempoh perkhidmatan yang singkat, bateri solar berasaskan silikon amorfus boleh membekalkan tenaga kepada seluruh perusahaan. Di samping itu, pengeluaran bahan sedemikian adalah bebas sisa, yang menjadikannya sangat menjimatkan.
Pengubahsuaian ini diperoleh dengan mengurangkan sebatian dengan logam aktif, contohnya, natrium atau magnesium.
Silikon kristal
Pengubahsuaian berkilat kelabu perak bagi elemen berkenaan. Borang ini adalah yang paling biasa dan paling diminati. Ini dijelaskan oleh set sifat kualitatif yang dimiliki oleh bahan ini.
Ciri-ciri silikon dengan kekisi kristal termasuk klasifikasi jenisnya, kerana terdapat beberapa daripadanya:
- Kualiti elektronik - kualiti paling tulen dan tertinggi. Jenis ini digunakan dalam elektronik untuk mencipta peranti yang sangat sensitif.
- Kualiti cerah. Nama itu sendiri menentukan kawasan penggunaan. Ia juga silikon dengan ketulenan yang agak tinggi, penggunaannya diperlukan untuk mencipta sel suria yang berkualiti tinggi dan tahan lama. Penukar fotoelektrik yang dicipta berdasarkan struktur kristal adalah berkualiti lebih tinggi dan tahan haus daripada yang dicipta menggunakan pengubahsuaian amorf dengan memercik ke pelbagai jenis substrat.
- Silikon teknikal. Varieti ini termasuk sampel bahan yang mengandungi kira-kira 98% unsur tulen. Segala-galanya pergi ke pelbagai jenis kekotoran:
- aluminium;
- klorin;
- karbon;
- fosforus dan lain-lain.
Jenis terakhir bahan yang dimaksudkan digunakan untuk mendapatkan polihablur silikon. Untuk tujuan ini, proses penghabluran semula dijalankan. Hasilnya, dari segi ketulenan, produk diperolehi yang boleh diklasifikasikan sebagai kualiti solar dan elektronik.
Dengan sifatnya, polysilicon adalah produk perantaraan antara pengubahsuaian amorf dan kristal. Pilihan ini lebih mudah untuk digunakan, ia lebih baik diproses dan dibersihkan dengan fluorin dan klorin.
Produk yang dihasilkan boleh dikelaskan seperti berikut:
- multisilikon;
- monohablur;
- kristal berprofil;
- sekerap silikon;
- silikon teknikal;
- sisa pengeluaran dalam bentuk serpihan dan sisa bahan.
Setiap daripada mereka mendapati aplikasi dalam industri dan digunakan sepenuhnya oleh manusia. Oleh itu, mereka yang menyentuh silikon dianggap bukan sisa. Ini dengan ketara mengurangkan kos ekonominya tanpa menjejaskan kualiti.
Menggunakan silikon tulen
Pengeluaran silikon perindustrian cukup mantap, dan skalanya agak besar. Ini disebabkan oleh fakta bahawa unsur ini, baik tulen dan dalam bentuk pelbagai sebatian, tersebar luas dan dalam permintaan dalam pelbagai cabang sains dan teknologi.
Di manakah silikon kristal dan amorf digunakan dalam bentuk tulennya?
- Dalam metalurgi, sebagai bahan tambahan pengaloian yang mampu mengubah sifat logam dan aloinya. Oleh itu, ia digunakan dalam peleburan keluli dan besi tuang.
- Jenis bahan yang berbeza digunakan untuk membuat versi yang lebih tulen - polysilicon.
- Sebatian silikon adalah keseluruhan industri kimia yang telah mendapat populariti tertentu hari ini. Bahan organosilicon digunakan dalam perubatan, dalam pembuatan hidangan, alatan dan banyak lagi.
- Pembuatan pelbagai panel solar. Kaedah mendapatkan tenaga ini adalah antara yang paling menjanjikan pada masa hadapan. Mesra alam, berfaedah dari segi ekonomi dan tahan haus adalah kelebihan utama penjanaan elektrik jenis ini.
- Silikon telah digunakan untuk pemetik api untuk masa yang sangat lama. Malah pada zaman dahulu, orang menggunakan batu api untuk menghasilkan percikan api apabila menyalakan api. Prinsip ini adalah asas untuk pengeluaran pelbagai jenis pemetik api. Hari ini terdapat jenis di mana batu api digantikan oleh aloi komposisi tertentu, yang memberikan hasil yang lebih cepat (percikan).
- Elektronik dan tenaga solar.
- Pembuatan cermin dalam peranti laser gas.
Oleh itu, silikon tulen mempunyai banyak sifat berfaedah dan istimewa yang membolehkan ia digunakan untuk mencipta produk penting dan perlu.
Penggunaan sebatian silikon
Sebagai tambahan kepada bahan mudah, pelbagai sebatian silikon juga digunakan, dan sangat meluas. Terdapat keseluruhan industri yang dipanggil silikat. Ia berdasarkan penggunaan pelbagai bahan yang mengandungi unsur menakjubkan ini. Apakah sebatian ini dan apakah yang dihasilkan daripadanya?
- Kuarza, atau pasir sungai - SiO 2. Digunakan untuk membuat bahan binaan dan hiasan seperti simen dan kaca. Semua orang tahu di mana bahan-bahan ini digunakan. Tiada pembinaan boleh disiapkan tanpa komponen ini, yang mengesahkan kepentingan sebatian silikon.
- Seramik silikat, yang merangkumi bahan seperti tembikar, porselin, bata dan produk berasaskannya. Komponen ini digunakan dalam perubatan, dalam pembuatan hidangan, perhiasan hiasan, barangan rumah, dalam pembinaan dan bidang aktiviti manusia sehari-hari yang lain.
- - silikon, gel silika, minyak silikon.
- Gam silikat - digunakan sebagai alat tulis, dalam piroteknik dan pembinaan.
Silikon, yang harganya berbeza-beza di pasaran dunia, tetapi tidak menyeberang dari atas ke bawah tanda 100 rubel Rusia sekilogram (setiap kristal), adalah bahan yang dicari dan berharga. Sememangnya, sebatian unsur ini juga meluas dan boleh digunakan.
Peranan biologi silikon
Dari sudut kepentingannya untuk badan, silikon adalah penting. Kandungan dan pengedarannya dalam tisu adalah seperti berikut:
- 0.002% - otot;
- 0.000017% - tulang;
- darah - 3.9 mg/l.
Kira-kira satu gram silikon mesti ditelan setiap hari, jika tidak, penyakit akan mula berkembang. Tiada satu pun daripada mereka yang berbahaya, tetapi kebuluran silikon yang berpanjangan membawa kepada:
- keguguran rambut;
- penampilan jerawat dan jerawat;
- kerapuhan dan kerapuhan tulang;
- kebolehtelapan kapilari mudah;
- keletihan dan sakit kepala;
- rupa lebam dan lebam yang banyak.
Bagi tumbuhan, silikon adalah mikroelemen penting yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan normal. Eksperimen ke atas haiwan telah menunjukkan bahawa individu yang mengambil jumlah silikon yang mencukupi setiap hari berkembang dengan lebih baik.