Silicon na mali yake ya uponyaji. Silicon: sifa, vipengele na matumizi

SILICON (Kilatini Silicium), Si, kipengele cha kemikali cha kikundi cha IV cha fomu fupi (kikundi cha 14 cha fomu ya muda mrefu) ya mfumo wa upimaji; nambari ya atomiki 14, uzito wa atomiki 28.0855. Silicon ya asili ina isotopu tatu imara: 28 Si (92.2297%), 29 Si (4.6832%), 30 Si (3.0872%). Radioisotopu zilizo na nambari za wingi 22-42 zimepatikana kwa njia ya bandia.

Rejea ya kihistoria. Imeenea duniani, misombo ya silicon imetumiwa na mwanadamu tangu Enzi ya Mawe; kwa mfano, kutoka nyakati za kale hadi Enzi ya Chuma, jiwe lilitumiwa kutengeneza zana za mawe. Usindikaji wa misombo ya silicon - uzalishaji wa kioo - ulianza katika milenia ya 4 KK huko Misri ya Kale. Silicon ya msingi ilipatikana mnamo 1824-25 na J. Berzelius kwa kupunguza fluoride SiF 4 na chuma cha potasiamu. Kipengele kipya kilipewa jina "silicon" (kutoka kwa Kilatini silex - flint; jina la Kirusi "silicon", lililoletwa mwaka wa 1834 na G. I. Hess, pia linatokana na neno "gumegume").

Kuenea kwa asili. Kwa upande wa kuenea katika ukoko wa dunia, silicon ni kipengele cha pili cha kemikali (baada ya oksijeni): maudhui ya silicon katika lithosphere ni 29.5% kwa wingi. Haipatikani katika hali ya bure katika asili. Madini muhimu zaidi yenye silicon ni aluminosilicates na silicates asili (amphiboles asili, feldspars, mica, nk), pamoja na madini ya silika (quartz na marekebisho mengine ya polymorphic ya dioksidi ya silicon).

Mali. Usanidi wa ganda la elektroni la nje la atomi ya silicon ni 3s 2 3p 2. Katika misombo inaonyesha hali ya oxidation ya +4, mara chache +1, +2, +3, -4; Uwezo wa elektroni wa Pauling ni 1.90, uwezo wa ionization Si 0 → Si + → Si 2+ → Si 3+ → Si 4+ ni 8.15, 16.34, 33.46 na 45.13 eV mtawalia; radius ya atomiki 110 pm, radius ya Si 4+ ion 40 pm (nambari ya uratibu 4), 54 pm (nambari ya uratibu 6).

Silicon ni dutu ya fuwele iliyokolea ya kijivu iliyokolea na mng'ao wa metali. Latiti ya kioo ni ujazo unaozingatia uso; t kiwango myeyuko 1414 °C, kiwango cha mchemko 2900 °C, msongamano 2330 kg/m 3 (saa 25 °C). Uwezo wa joto 20.1 J/(mol∙K), conductivity ya mafuta 95.5 W/(m∙K), dielectric mara kwa mara 12; Mohs ugumu 7. Katika hali ya kawaida, silicon ni nyenzo brittle; deformation ya plastiki inayoonekana huzingatiwa kwa joto zaidi ya 800 ° C. Silicon ni wazi kwa mionzi ya infrared yenye urefu wa mawimbi zaidi ya micron 1 (kiashiria cha refractive 3.45 kwa urefu wa mikroni 2-10). Diamagnetic (unyeti wa sumaku - 3.9∙10 -6). Silicon ni semiconductor, pengo la bendi 1.21 eV (0 K); upinzani maalum wa umeme 2.3∙10 3 Ohm∙m (saa 25 °C), uhamaji wa elektroni 0.135-0.145, mashimo - 0.048-0.050 m 2 / (V s). Sifa za umeme za silicon zinategemea sana uwepo wa uchafu. Ili kupata fuwele moja ya silicon yenye conductivity ya aina ya p, viongeza vya doping B, Al, Ga, In (uchafu wa kukubali) hutumiwa, na kwa conductivity ya aina ya n - P, As, Sb, Bi (uchafu wa wafadhili).

Silicon inafunikwa na filamu ya oksidi katika hewa, kwa hiyo ni inert ya kemikali kwa joto la chini; inapokanzwa zaidi ya 400 ° C, huingiliana na oksijeni (SiO oksidi na dioksidi ya SiO 2 huundwa), halojeni (halidi za silicon), nitrojeni (nitridi ya silicon Si 3 N 4), kaboni (silicon carbudi SiC), nk. Michanganyiko ya silicon na hidrojeni - silanes - kupatikana kwa njia ya moja kwa moja. Silikoni humenyuka pamoja na metali kuunda silicides.

Silicon nzuri ni wakala wa kupunguza: inapokanzwa, humenyuka pamoja na mvuke wa maji kutoa hidrojeni, na hivyo kupunguza oksidi za metali kuwa metali huru. Asidi zisizo na oksidi hupitisha silicon kwa sababu ya uundaji wa filamu ya oksidi isiyo na asidi kwenye uso wake. Silikoni huyeyuka katika mchanganyiko wa HNO 3 iliyokolea na HF, na asidi hidrofluorosilicic huundwa: 3Si + 4HNO 3 + 18HF = 3H 2 + 4NO + 8H 2 O. Silicon (hasa iliyotawanywa vizuri) humenyuka pamoja na alkali kutoa hidrojeni, kwa mfano: Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2. Silicon huunda misombo mbalimbali ya organosilicon.

Jukumu la kibaolojia. Silicon ni microelement. Mahitaji ya kila siku ya binadamu ya silicon ni 20-50 mg (kipengele ni muhimu kwa ukuaji sahihi wa mifupa na tishu zinazojumuisha). Silicon huingia ndani ya mwili wa binadamu na chakula, na vile vile kwa hewa ya kuvuta pumzi kwa namna ya vumbi-kama SiO 2. Kwa kuvuta pumzi ya muda mrefu ya vumbi iliyo na SiO 2 ya bure, silikosisi hutokea.

Risiti. Silicon ya usafi wa kiufundi (95-98%) hupatikana kwa kupunguza SiO 2 na kaboni au metali. Silicon ya polycrystalline yenye usafi wa juu hupatikana kwa kupunguzwa kwa SiCl 4 au SiHCl 3 na hidrojeni kwenye joto la 1000-1100 ° C, mtengano wa joto wa Sil 4 au SiH 4; silicon ya monocrystalline ya usafi wa juu - kwa kuyeyuka kwa eneo au kwa njia ya Czochralski. Kiasi cha uzalishaji wa silicon ulimwenguni ni karibu tani elfu 1600 kwa mwaka (2003).

Maombi. Silicon ni nyenzo kuu ya vifaa vya microelectronics na semiconductor; kutumika katika utengenezaji wa kioo ambacho ni wazi kwa mionzi ya infrared. Silicon ni sehemu ya aloi za chuma na metali zisizo na feri (katika viwango vya chini, silicon huongeza upinzani wa kutu na nguvu ya mitambo ya aloi, inaboresha mali zao za kutupa; katika viwango vya juu inaweza kusababisha brittleness); Muhimu zaidi ni aloi za silicon zenye chuma, shaba na alumini. Silicon hutumiwa kama nyenzo ya kuanzia kwa utengenezaji wa misombo ya organosilicon na silicides.

Lit.: Baransky P.I., Klochkov V.P., Potykevich I.V. Semiconductor umeme. Sifa za nyenzo: Saraka. K., 1975; Drozdov A. A., Zlomanov V. P., Mazo G. N., Spiridonov F. M. Kemia isiyo ya kawaida. M., 2004. T. 2; Shriver D., Atkins P. Kemia isokaboni. M., 2004. T. 1-2; Silicon na aloi zake. Ekaterinburg, 2005.

Moja ya vipengele vya kawaida katika asili ni silicium, au silicon. Usambazaji huo mpana unaonyesha umuhimu na umuhimu wa dutu hii. Hii ilieleweka haraka na kujifunza na watu ambao walijifunza jinsi ya kutumia vizuri silicon kwa madhumuni yao. Matumizi yake yanategemea mali maalum, ambayo tutajadili zaidi.

Silicon - kipengele cha kemikali

Ikiwa tutaangazia kipengele fulani kwa nafasi katika jedwali la upimaji, tunaweza kutambua mambo muhimu yafuatayo:

Nambari ya serial - 14.
Kipindi ni cha tatu kidogo.
Kikundi - IV.
Kikundi kidogo ndio kuu.
Muundo wa shell ya elektroni ya nje inaonyeshwa na formula 3s 2 3p 2.
Silicon ya kipengele inawakilishwa na ishara ya kemikali Si, ambayo hutamkwa "silicium".
Majimbo ya oxidation ambayo inaonyesha ni: -4; +2; +4.
Thamani ya atomi ni IV.
Uzito wa atomiki wa silicon ni 28.086.
Kwa asili, kuna isotopu tatu thabiti za kitu hiki na nambari za wingi 28, 29 na 30.

Kwa hivyo, kutoka kwa mtazamo wa kemikali, atomi ya silicon ni nyenzo iliyosomwa vizuri; mali zake nyingi tofauti zimeelezewa.

Historia ya ugunduzi

Kwa kuwa misombo mbalimbali ya kipengele katika swali ni maarufu sana na wingi wa asili, tangu nyakati za kale watu wametumia na kujua kuhusu mali ya wengi wao. Silicon safi ilibaki zaidi ya ujuzi wa binadamu katika kemia kwa muda mrefu.

Misombo maarufu zaidi iliyotumiwa katika maisha ya kila siku na sekta na watu wa tamaduni za kale (Wamisri, Warumi, Wachina, Warusi, Waajemi na wengine) walikuwa mawe ya thamani na ya mapambo kulingana na oksidi ya silicon. Hizi ni pamoja na:

opal;
rhinestone;
topazi;
krisoprasi;
onyx;
chalcedony na wengine.

Pia imekuwa desturi ya kutumia quartz katika ujenzi tangu nyakati za kale. Walakini, silicon ya msingi yenyewe ilibaki bila kugunduliwa hadi karne ya 19, ingawa wanasayansi wengi walijaribu bila mafanikio kuitenga kutoka kwa misombo anuwai, kwa kutumia vichocheo, joto la juu, na hata mkondo wa umeme. Hizi ni akili mkali kama vile:

Karl Scheele;
Gay-Lussac;
Kisha;
Humphry Davy;
Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius alifanikiwa kupata silicon katika hali yake safi mnamo 1823. Ili kufanya hivyo, alifanya majaribio ya kuunganisha mivuke ya silicon fluoride na chuma cha potasiamu. Kama matokeo, nilipata muundo wa amofasi wa kitu kinachohusika. Wanasayansi hao hao walipendekeza jina la Kilatini la atomu iliyogunduliwa.

Baadaye kidogo, mnamo 1855, mwanasayansi mwingine - Sainte-Clair-Deville - aliweza kuunganisha aina nyingine ya allotropic - silicon ya fuwele. Tangu wakati huo, ujuzi juu ya kipengele hiki na mali zake zilianza kupanua haraka sana. Watu waligundua kuwa ina sifa za kipekee ambazo zinaweza kutumiwa kwa akili sana kukidhi mahitaji yao wenyewe. Kwa hiyo, leo moja ya vipengele maarufu zaidi katika umeme na teknolojia ni silicon. Matumizi yake huongeza tu mipaka yake kila mwaka.

Jina la Kirusi la atomi lilitolewa na mwanasayansi Hess mnamo 1831. Hili ndilo limekwama hadi leo.

Kwa upande wa wingi wa asili, silicon inachukua nafasi ya pili baada ya oksijeni. Asilimia yake kwa kulinganisha na atomi nyingine katika ukoko wa dunia ni 29.5%. Zaidi ya hayo, kaboni na silicon ni vipengele viwili maalum vinavyoweza kuunda minyororo kwa kuunganisha na kila mmoja. Ndiyo maana zaidi ya madini 400 tofauti ya asili yanajulikana kwa mwisho, ambayo hupatikana katika lithosphere, hydrosphere na biomass.

Silicon inapatikana wapi hasa?

Katika tabaka za kina za udongo.
Katika miamba, amana na massifs.
Chini ya miili ya maji, hasa bahari na bahari.
Katika mimea na maisha ya baharini ya ufalme wa wanyama.
Katika mwili wa binadamu na wanyama wa duniani.

Tunaweza kutambua madini na mawe kadhaa ya kawaida ambayo yana kiasi kikubwa cha silicon. Kemia yao ni kwamba maudhui ya wingi wa kipengele safi ndani yao hufikia 75%. Hata hivyo, takwimu maalum inategemea aina ya nyenzo. Kwa hivyo, mawe na madini yaliyo na silicon:

feldspars;
mica;
amphiboles;
opals;
kalkedoni;
silicates;
mawe ya mchanga;
aluminosilicates;
udongo na wengine.

Hurundikana katika ganda na mifupa ya exoskeletoni ya wanyama wa baharini, silicon hatimaye huunda amana za silika zenye nguvu chini ya miili ya maji. Hii ni moja ya vyanzo vya asili vya kipengele hiki.

Kwa kuongeza, iligundua kuwa silicon inaweza kuwepo katika fomu yake safi ya asili - kwa namna ya fuwele. Lakini amana hizo ni nadra sana.

Mali ya kimwili ya silicon

Ikiwa tunaashiria kipengele kinachozingatiwa kulingana na seti ya mali ya physicochemical, basi kwanza kabisa ni muhimu kuteua vigezo vya kimwili. Hapa kuna chache kuu:

Ipo kwa namna ya marekebisho mawili ya allotropic - amorphous na fuwele, ambayo hutofautiana katika mali zote.
Latiti ya kioo ni sawa na ile ya almasi, kwa sababu kaboni na silicon ni kivitendo sawa katika suala hili. Hata hivyo, umbali kati ya atomi ni tofauti (silicon ni kubwa), hivyo almasi ni ngumu zaidi na yenye nguvu. Aina ya kimiani - ujazo unaozingatia uso.
Dutu hii ni brittle sana na inakuwa plastiki kwenye joto la juu.
Kiwango myeyuko ni 1415˚C.
Kiwango cha kuchemsha - 3250˚С.
Uzito wa dutu hii ni 2.33 g/cm3.
Rangi ya kiwanja ni fedha-kijivu, na luster ya tabia ya metali.
Ina mali nzuri ya semiconductor, ambayo inaweza kutofautiana na kuongeza ya mawakala fulani.
Hakuna katika maji, vimumunyisho vya kikaboni na asidi.
Hasa mumunyifu katika alkali.

Sifa za kimwili zilizotambuliwa za silicon huruhusu watu kuibadilisha na kuitumia kuunda bidhaa mbalimbali. Kwa mfano, matumizi ya silicon safi katika umeme inategemea mali ya semiconductivity.

Tabia za kemikali

Sifa za kemikali za silicon zinategemea sana hali ya mmenyuko. Ikiwa tunazungumza juu ya vigezo vya kawaida, basi tunahitaji kuonyesha shughuli za chini sana. Silicon ya fuwele na amofasi zote mbili ni ajizi sana. Haziingiliani na mawakala wa vioksidishaji vikali (isipokuwa florini) au mawakala wa kupunguza nguvu.

Hii ni kutokana na ukweli kwamba filamu ya oksidi ya SiO 2 inaundwa mara moja juu ya uso wa dutu, ambayo inazuia mwingiliano zaidi. Inaweza kuundwa chini ya ushawishi wa maji, hewa, na mvuke.

Ukibadilisha hali ya kawaida na silicon ya joto hadi joto zaidi ya 400˚C, basi shughuli zake za kemikali zitaongezeka sana. Katika kesi hii, itajibu na:

oksijeni;
aina zote za halojeni;
hidrojeni.

Kwa ongezeko zaidi la joto, uundaji wa bidhaa kwa kuingiliana na boroni, nitrojeni na kaboni inawezekana. Carborundum - SiC - ni ya umuhimu fulani, kwani ni nyenzo nzuri ya abrasive.

Pia, mali ya kemikali ya silicon inaonekana wazi katika athari na metali. Kuhusiana nao, ni wakala wa oxidizing, ndiyo sababu bidhaa huitwa silicides. Misombo inayofanana inajulikana kwa:

alkali;
ardhi ya alkali;
metali za mpito.

Kiwanja kilichopatikana kwa kuunganisha chuma na silicon kina mali isiyo ya kawaida. Inaitwa keramik ya ferrosilicon na inatumika kwa mafanikio katika tasnia.

Silicon haiingiliani na vitu ngumu, kwa hivyo, ya aina zao zote, inaweza kufuta tu katika:

aqua regia (mchanganyiko wa asidi ya nitriki na hidrokloric);
alkali ya caustic.

Katika kesi hii, joto la suluhisho lazima iwe angalau 60˚C. Yote hii kwa mara nyingine tena inathibitisha msingi wa kimwili wa dutu - kimiani ya kioo ya almasi, ambayo huipa nguvu na inertness.

Mbinu za kupata

Kupata silicon katika hali yake safi ni mchakato wa gharama kubwa kiuchumi. Kwa kuongeza, kutokana na mali zake, njia yoyote inatoa tu 90-99% ya bidhaa safi, wakati uchafu katika mfumo wa metali na kaboni hubakia sawa. Kwa hiyo, kupata tu dutu haitoshi. Inapaswa pia kusafishwa kabisa kwa mambo ya kigeni.

Kwa ujumla, uzalishaji wa silicon unafanywa kwa njia mbili kuu:

Kutoka kwa mchanga mweupe, ambayo ni oksidi safi ya silicon SiO 2. Wakati ni calcined na metali hai (mara nyingi magnesiamu), kipengele cha bure huundwa kwa namna ya muundo wa amorphous. Usafi wa njia hii ni ya juu, bidhaa hupatikana kwa mavuno ya asilimia 99.9.
Njia iliyoenea zaidi kwa kiwango cha viwanda ni kuchomwa kwa mchanga ulioyeyuka na koka katika tanuu maalum za mafuta. Njia hii ilitengenezwa na mwanasayansi wa Kirusi N. N. Beketov.

Usindikaji zaidi unahusisha kuweka bidhaa chini ya njia za utakaso. Kwa lengo hili, asidi au halojeni (klorini, fluorine) hutumiwa.

Silicon ya amofasi

Tabia ya silicon itakuwa haijakamilika ikiwa kila marekebisho yake ya allotropic hayatazingatiwa tofauti. Wa kwanza wao ni amorphous. Katika hali hii, dutu tunayozingatia ni poda ya hudhurungi-kahawia, iliyotawanywa vizuri. Ina kiwango cha juu cha hygroscopicity na huonyesha shughuli za kemikali za juu sana inapokanzwa. Chini ya hali ya kawaida, inaweza kuingiliana tu na wakala wenye nguvu wa oksidi - fluorine.

Si sahihi kabisa kuita silicon ya amofasi aina ya silicon ya fuwele. Latisi yake inaonyesha kuwa dutu hii ni aina tu ya silicon iliyotawanywa vizuri, iliyopo kwa namna ya fuwele. Kwa hivyo, kama vile, marekebisho haya ni moja na kiwanja sawa.

Hata hivyo, mali zao hutofautiana, ndiyo sababu ni desturi ya kuzungumza juu ya allotropy. Silicon ya amofasi yenyewe ina uwezo wa juu wa kunyonya mwanga. Kwa kuongeza, chini ya hali fulani, kiashiria hiki ni mara kadhaa zaidi kuliko ile ya fomu ya fuwele. Kwa hiyo, hutumiwa kwa madhumuni ya kiufundi. Katika fomu hii (poda), kiwanja hutumiwa kwa urahisi kwenye uso wowote, iwe ni plastiki au kioo. Ndiyo maana silicon ya amofasi ni rahisi kutumia. Maombi kulingana na ukubwa tofauti.

Ingawa betri za aina hii huisha haraka sana, ambayo inahusishwa na abrasion ya filamu nyembamba ya dutu, matumizi na mahitaji yao yanaongezeka tu. Baada ya yote, hata kwa maisha mafupi ya huduma, betri za jua kulingana na silicon ya amorphous zinaweza kutoa nishati kwa makampuni yote. Aidha, uzalishaji wa dutu hiyo hauna taka, ambayo inafanya kuwa ya kiuchumi sana.

Marekebisho haya yanapatikana kwa kupunguza misombo na metali hai, kwa mfano, sodiamu au magnesiamu.

Silicon ya fuwele

Urekebishaji wa rangi ya kijivu-fedha unaong'aa wa kipengele kinachohusika. Fomu hii ndiyo ya kawaida na inayohitajika zaidi. Hii inafafanuliwa na seti ya mali ya ubora ambayo dutu hii ina.

Sifa za silicon iliyo na kimiani ya kioo ni pamoja na uainishaji wa aina zake, kwani kuna kadhaa kati yao:

Ubora wa umeme - safi na ubora wa juu zaidi. Aina hii hutumiwa katika vifaa vya elektroniki kuunda vifaa nyeti haswa.
Ubora wa jua. Jina lenyewe huamua eneo la matumizi. Pia ni silicon ya usafi wa hali ya juu, matumizi ambayo ni muhimu kuunda seli za jua za hali ya juu na za kudumu. Vigeuzi vya umeme vya picha vilivyoundwa kwa msingi wa muundo wa fuwele vina ubora wa juu na sugu kuliko zile zilizoundwa kwa kutumia muundo wa amofasi kwa kunyunyizia aina mbalimbali za substrates.
Silicon ya kiufundi. Aina hii inajumuisha sampuli za dutu ambayo ina karibu 98% ya kipengele safi. Kila kitu kingine huenda kwa aina mbalimbali za uchafu:

alumini;
klorini;
kaboni;
fosforasi na wengine.

Aina ya mwisho ya dutu inayohusika hutumiwa kupata polycrystals ya silicon. Kwa kusudi hili, taratibu za recrystallization hufanyika. Kama matokeo, kwa suala la usafi, bidhaa zinapatikana ambazo zinaweza kuainishwa kama ubora wa jua na elektroniki.

Kwa asili yake, polysilicon ni bidhaa ya kati kati ya marekebisho ya amofasi na fuwele. Chaguo hili ni rahisi kufanya kazi, ni bora kusindika na kusafishwa na fluorine na klorini.

Bidhaa zinazopatikana zinaweza kugawanywa katika vikundi vifuatavyo:

multisilicon;
monocrystalline;
fuwele za wasifu;
chakavu cha silicon;
silicon ya kiufundi;
taka za uzalishaji kwa namna ya vipande na mabaki ya vitu.

Kila mmoja wao hupata maombi katika sekta na hutumiwa kikamilifu na wanadamu. Kwa hiyo, wale wanaogusa silicon huchukuliwa kuwa sio taka. Hii inapunguza kwa kiasi kikubwa gharama yake ya kiuchumi bila kuathiri ubora.

Kutumia silicon safi

Uzalishaji wa silicon ya viwandani umeanzishwa vizuri, na kiwango chake ni kikubwa sana. Hii ni kutokana na ukweli kwamba kipengele hiki, safi na kwa namna ya misombo mbalimbali, imeenea na inahitaji katika matawi mbalimbali ya sayansi na teknolojia.

Silicon ya fuwele na amofasi inatumika wapi katika hali yake safi?

Katika madini, kama nyongeza ya aloi yenye uwezo wa kubadilisha mali ya metali na aloi zao. Kwa hivyo, hutumiwa katika kuyeyusha chuma na chuma cha kutupwa.
Aina tofauti za dutu hutumiwa kufanya toleo safi - polysilicon.
Misombo ya silicon ni tasnia nzima ya kemikali ambayo imepata umaarufu fulani leo. Vifaa vya Organosilicon hutumiwa katika dawa, katika utengenezaji wa sahani, zana na mengi zaidi.
Utengenezaji wa paneli mbalimbali za jua. Njia hii ya kupata nishati ni mojawapo ya kuahidi zaidi katika siku zijazo. Rafiki wa mazingira, manufaa ya kiuchumi na sugu ya kuvaa ni faida kuu za aina hii ya uzalishaji wa umeme.
Silicon imetumika kwa njiti kwa muda mrefu sana. Hata katika nyakati za kale, watu walitumia jiwe ili kutoa cheche wakati wa kuwasha moto. Kanuni hii ni msingi wa uzalishaji wa aina mbalimbali za njiti. Leo kuna aina ambazo jiwe hubadilishwa na aloi ya muundo fulani, ambayo inatoa matokeo ya haraka zaidi (kuchochea).
Elektroniki na nishati ya jua.
Utengenezaji wa vioo katika vifaa vya laser ya gesi.

Kwa hivyo, silicon safi ina mali nyingi za faida na maalum ambayo inaruhusu itumike kuunda bidhaa muhimu na muhimu.

Utumiaji wa misombo ya silicon

Mbali na dutu rahisi, misombo mbalimbali ya silicon pia hutumiwa, na sana sana. Kuna tasnia nzima inayoitwa silicate. Inategemea matumizi ya vitu mbalimbali ambavyo vina kipengele hiki cha kushangaza. Misombo hii ni nini na ni nini hutolewa kutoka kwao?

Quartz, au mchanga wa mto - SiO 2. Inatumika kutengeneza vifaa vya ujenzi na mapambo kama vile saruji na glasi. Kila mtu anajua ambapo nyenzo hizi hutumiwa. Hakuna ujenzi unaweza kukamilika bila vipengele hivi, ambayo inathibitisha umuhimu wa misombo ya silicon.
Keramik ya silicate, ambayo ni pamoja na vifaa kama vile udongo, porcelaini, matofali na bidhaa kulingana na wao. Vipengele hivi hutumiwa katika dawa, katika utengenezaji wa sahani, vito vya mapambo, vitu vya nyumbani, katika ujenzi na maeneo mengine ya kila siku ya shughuli za binadamu.
- silicones, gel za silika, mafuta ya silicone.
Gundi ya silicate - inayotumika kama vifaa vya kuandikia, katika pyrotechnics na ujenzi.

Silicon, bei ambayo inatofautiana kwenye soko la dunia, lakini haivuka kutoka juu hadi chini alama ya rubles 100 za Kirusi kwa kilo (kwa fuwele), ni dutu inayotafutwa na yenye thamani. Kwa kawaida, misombo ya kipengele hiki pia imeenea na inatumika.

Jukumu la kibaolojia la silicon

Kutoka kwa mtazamo wa umuhimu wake kwa mwili, silicon ni muhimu. Yaliyomo na usambazaji wake katika tishu ni kama ifuatavyo.

0.002% - misuli;
0.000017% - mfupa;
damu - 3.9 mg / l.

Karibu gramu moja ya silicon lazima iingizwe kila siku, vinginevyo magonjwa yataanza kuendeleza. Hakuna hata mmoja wao ambaye ni hatari kwa kifo, lakini njaa ya muda mrefu ya silicon husababisha:

kupoteza nywele;
kuonekana kwa chunusi na chunusi;
udhaifu na brittleness ya mifupa;
upenyezaji rahisi wa capillary;
uchovu na maumivu ya kichwa;
kuonekana kwa michubuko na michubuko mingi.

Kwa mimea, silicon ni microelement muhimu muhimu kwa ukuaji wa kawaida na maendeleo. Majaribio ya wanyama yameonyesha kuwa wale watu ambao hutumia kiasi cha kutosha cha silicon kila siku hukua bora zaidi.

Silikoni. Mali ya kimwili na kemikali ya silicon

Silicon ni sehemu ya kikundi kikuu cha kikundi cha nne cha kipindi cha tatu cha jedwali la upimaji la vitu vya kemikali na D.I. Mendeleev, na nambari ya atomiki 14. Inaonyeshwa na ishara Si (lat. Silicium), isiyo ya chuma. Mali ya kimwili: silicon ya fuwele ina luster ya metali, kinzani, ngumu sana, semiconductor. 2. Sifa za kemikali: silicon haifanyi kazi: a) katika halijoto ya juu (400-600

b) kutoka kwa vitu ngumu, silicon humenyuka na alkali
c) humenyuka pamoja na metali kuunda silicides

Silika, mali na matumizi yake. Silicates asili na viwanda. Matumizi yao katika ujenzi

Silicon (IV) oksidi (silicon dioksidi, silika SiO2) - fuwele zisizo na rangi, kiwango cha kuyeyuka 1713--1728 °C, zina ugumu wa juu na nguvu.

Dioksidi ya silicon hutumiwa katika utengenezaji wa glasi, keramik, abrasives, bidhaa za zege, kwa utengenezaji wa silicon, kama kichungi katika utengenezaji wa mpira, katika utengenezaji wa viboreshaji vya silika, katika chromatography, nk Fuwele za Quartz zina mali ya piezoelectric. kwa hivyo hutumiwa katika uhandisi wa redio, usakinishaji wa ultrasonic, na njiti. Silicon dioksidi ni sehemu kuu ya karibu miamba yote ya dunia, hasa duniani diatomaceous. 87% ya wingi wa lithosphere ina silika na silicates. Dioksidi ya silicon ya amofasi isiyo na vinyweleo hutumika katika tasnia ya chakula kama msaidizi E551, ambayo huzuia kuoka na kuoka, dawa za dawa (dawa za meno), katika tasnia ya dawa kama msaidizi (pamoja na Pharmacopoeias nyingi), na vile vile kiongeza cha chakula au dawa. kama enterosorbent. Filamu zinazozalishwa kwa njia ya bandia za dioksidi ya silicon hutumiwa kama insulator katika uzalishaji wa microcircuits na vipengele vingine vya elektroniki. Pia hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa nyaya za fiber optic. Silika safi iliyochanganywa hutumiwa na viungo maalum vilivyoongezwa kwake. Filament ya silika pia hutumiwa katika vipengele vya kupokanzwa vya sigara za elektroniki, kwani inachukua kioevu vizuri na haina kuanguka chini ya joto la coil. Fuwele kubwa za wazi za quartz hutumiwa kama mawe ya thamani ya nusu; fuwele zisizo na rangi huitwa fuwele za mwamba, fuwele za urujuani huitwa amethisto, na fuwele za manjano huitwa citrine. Katika microelectronics, dioksidi ya silicon ni moja ya nyenzo kuu. Inatumika kama safu ya kuhami joto na pia kama mipako ya kinga. Inapatikana kwa namna ya filamu nyembamba kwa oxidation ya joto ya silicon, uwekaji wa mvuke wa kemikali, na sputtering ya magnetron. Silicon dioksidi SiO2 ni oksidi ya asidi ambayo haifanyiki na maji. Sugu kwa kemikali kwa asidi, lakini humenyuka pamoja na gesi ya floridi hidrojeni

na asidi hidrofloriki:

Athari hizi mbili hutumiwa sana kwa etching ya glasi. Wakati SiO2 inapoungana na alkali na oksidi za msingi, na vile vile na kaboni ya metali hai, silicates huundwa - chumvi za asidi ya silicic dhaifu sana, isiyo na maji ya fomula ya jumla xH2O ySiO2 ambayo haina muundo wa kila wakati (mara nyingi sana fasihi sio asidi ya silicic ambayo imetajwa, lakini asidi ya silicic, ingawa kwa kweli tunazungumza juu ya dutu moja).

Kwa mfano, orthosilicate ya sodiamu inaweza kupatikana:

metasilicate ya kalsiamu:

au mchanganyiko wa kalsiamu na silicate ya sodiamu:

Kutoka kwa silicate

Na2CaSi6O14 (Na2O CaO 6SiO2)

kutengeneza glasi ya dirisha. Silicates nyingi hazina utungaji wa mara kwa mara. Kati ya silicates zote, silicates za sodiamu na potasiamu pekee ndizo mumunyifu katika maji. Ufumbuzi wa silicates hizi katika maji huitwa kioo kioevu. Kutokana na hidrolisisi, ufumbuzi huu una sifa ya mazingira yenye alkali. Silicates ya hidrolisisi ni sifa ya malezi ya si ya kweli, lakini ufumbuzi wa colloidal. Wakati miyeyusho ya silicates za sodiamu au potasiamu yanapotiwa tindikali, mvua ya rojorojo nyeupe ya asidi hidrati ya sililiki hupanda. Kipengele kikuu cha kimuundo cha dioksidi dhabiti ya silicon na silikati zote ni kundi ambalo atomi ya silicon Si imezungukwa na tetrahedron ya atomi nne za oksijeni O. Katika kesi hii, kila atomi ya oksijeni inaunganishwa na atomi mbili za silicon. Vipande vinaweza kuunganishwa kwa kila mmoja kwa njia tofauti. Miongoni mwa silicates, kulingana na asili ya viunganisho katika vipande vyao, wamegawanywa katika kisiwa, mnyororo, Ribbon, layered, sura na wengine. Silika ni darasa pana la misombo inayoundwa na dioksidi ya silicon (silika) na oksidi za vipengele vingine. SILICATES KATIKA ASILI. Ili kuelewa jukumu la silicates katika maisha ya mwanadamu, hebu kwanza tuangalie muundo wa ulimwengu. Kulingana na dhana za kisasa, ulimwengu una idadi ya makombora. Gamba la nje la Dunia, ukoko wa dunia, au lithosphere, huundwa na ganda la granite na basalt na safu nyembamba ya sedimentary. Gamba la granite linajumuisha granite - makutano mnene ya feldspars, mica, amphiboles na pyroxenes, na ganda la basalt - la miamba kama ya granite, lakini nzito zaidi ya silicate kama gabbro, diabase na basalts. Miamba ya sedimentary huundwa na uharibifu wa miamba mingine chini ya ushawishi wa hali ya tabia ya uso wa Dunia. Sehemu ya safu ya sedimentary ni, hasa, udongo, msingi ambao ni kaolinite ya madini ya silicate. Lithosphere katika 95 wt. % inayoundwa na silicates. Unene wake wa wastani katika eneo la bara ni kilomita 30-40. Kisha kuna ganda la simatic, au vazi la juu, ambalo madini yake labda yanatawaliwa na silikati za chuma na magnesiamu. Gamba hili linafunika dunia nzima na linaenea hadi kina cha kilomita 1200. Zaidi kutoka 1200 hadi 2900 km kuna shell ya kati. Utungaji wake ni wa utata, lakini kuwepo kwa silicates kunadhaniwa ndani yake. Chini ya shell hii kwa kina cha kilomita 2900 hadi 6370 ni msingi. Hivi karibuni, imependekezwa kuwa msingi pia una utungaji wa silicate. Wakati wa kusonga kutoka kwenye uso wa Dunia hadi katikati yake, wiani na msingi wa miamba inayojumuisha huongezeka (uwiano kati ya maudhui ya oksidi za chuma na silika), shinikizo na ongezeko la joto. Zana za zamani zaidi zilitengenezwa na mwanadamu kutoka kwa jiwe - mkusanyiko mnene wa chalkedoni, quartz na opal (miaka 800-60 elfu BC). Baadaye, yaspi, kioo cha mwamba, agate, obsidian (glasi ya silicate ya volkeno), jade ilianza kutumika kwa hili. mali zao za kimwili, eneo au jina la mwanasayansi aliyezigundua. Plagioclase iliyotafsiriwa kutoka kwa Kigiriki ina maana ya kugawanyika kwa oblique, na pyroxene ina maana ya kinzani, ambayo inalingana na mali ya madini haya. Madini ya Quartz, kulingana na asili ya uchafu, yana rangi mbalimbali, ambayo huamua majina yao: amethisto - zambarau, citrine - njano, kioo cha mwamba - barafu. Marekebisho ya silika stishovite na coesite na biotite ya madini yanatokana na majina ya wanasayansi walioyagundua, S.M. Stishov, L. Koes na Zh.B. Bio, na madini ya kaolinite hupata jina lake kutoka Mlima Kaoling nchini China, ambapo udongo umekuwa ukichimbwa kwa muda mrefu kwa ajili ya uzalishaji wa porcelaini. Silikati asilia na silika yenyewe huchukua jukumu muhimu kama malighafi na bidhaa za mwisho katika michakato ya viwandani. Aluminosilicates - plagioclase, feldspar potasiamu na silika hutumiwa kama malighafi katika tasnia ya kauri, glasi na saruji. Kwa ajili ya utengenezaji wa bidhaa za nguo zisizo na moto na za kuhami umeme (vitambaa, kamba, kamba), asbestosi ya hydrosilicates - amphiboles - hutumiwa sana. Aina fulani za asbesto zina upinzani wa juu wa asidi na hutumiwa katika sekta ya kemikali. Biotites, wawakilishi wa kikundi cha mica, hutumiwa kama nyenzo za insulation za umeme na mafuta katika ujenzi na utengenezaji wa zana. Pyroxenes hutumiwa katika uzalishaji wa madini na mawe, na LiAl pyroxene hutumiwa kuzalisha chuma cha lithiamu. Pyroxenes ni sehemu ya slag ya tanuru ya mlipuko na slag ya metallurgy isiyo na feri, ambayo, kwa upande wake, hutumiwa pia katika uchumi wa taifa. Miamba kama vile graniti, basalts, gabbros, na diabases ni vifaa bora vya ujenzi. SILICATES ZA ASILI BANDIA. Bila vifaa vya silicate - aina mbalimbali za saruji, saruji, saruji ya slag, keramik, kioo, mipako kwa namna ya enamels na glazes, mtu hawezi kufikiria maisha yetu ya kila siku. Ukubwa wa uzalishaji wa vifaa vya silicate inaonekana kuwa takwimu za kuvutia. Katika makala hii hatutagusa asili na matumizi ya kioo. Masuala haya tayari yamejadiliwa ndani. Vifaa vya kale vya silicate ni kauri, vilivyopatikana kutoka kwa udongo na mchanganyiko wao na viongeza mbalimbali vya madini, vilivyochomwa kwa hali ya mawe. Katika ulimwengu wa kale, bidhaa za kauri zilisambazwa duniani kote. Kuanzia nusu ya pili ya karne ya 19 hadi leo, tasnia ya keramik ya viwandani imepanua kwa njia isiyopimika uzalishaji na anuwai ya keramik. Mfano wa nyenzo za silicate za bandia ni saruji ya Portland, mojawapo ya aina za kawaida za vifungo vya madini. Saruji hutumika kuunganisha sehemu za ujenzi pamoja ili kutoa vitalu vikubwa vya ujenzi, slabs, mabomba na matofali. Saruji ni msingi wa vifaa vya ujenzi vinavyotumiwa sana kama saruji, saruji ya slag, na saruji iliyoimarishwa. Ujenzi wa kiwango chochote hauwezi kuwepo bila saruji. Kozi ya shule katika kemia inatoa mawazo ya msingi kuhusu utungaji wa kemikali na teknolojia ya saruji, kwa hiyo tutazingatia tu maelezo fulani ya kufafanua. Awali ya yote, klinka ya saruji ni bidhaa ya kurusha mchanganyiko wa udongo na chokaa, na saruji ni klinka iliyosagwa laini na viungio vya madini ambavyo hudhibiti mali yake. Saruji hutumiwa katika mchanganyiko na mchanga na maji. Tabia zake za kutuliza nafsi ni kutokana na uwezo wa madini ya saruji kuingiliana na H2O na SiO2 na wakati huo huo ugumu, na kutengeneza muundo wenye nguvu wa mawe. Wakati saruji inapowekwa, michakato ngumu hutokea: uimarishaji wa madini na malezi ya hidrosilicates na hydroaluminates, hidrolisisi, malezi ya ufumbuzi wa colloidal na fuwele zao. Utafiti katika michakato ya ugumu wa chokaa cha saruji na madini ya klinka ya saruji ulichukua jukumu kubwa katika maendeleo ya sayansi ya silicates na teknolojia yao. Maeneo yetu ya ujenzi hutumia kiasi kikubwa cha saruji, matofali, slabs inakabiliwa, tiles, mabomba ya maji taka, kioo na vifaa mbalimbali vya asili vya ujenzi.

UFAFANUZI

Silikoni- kipengele cha kumi na nne cha Jedwali la Periodic. Uteuzi - Si kutoka kwa Kilatini "silicium". Iko katika kipindi cha tatu, kikundi IVA. Inahusu zisizo za metali. Gharama ya nyuklia ni 14.

Silicon ni moja ya vitu vya kawaida katika ukoko wa dunia. Inafanya 27% (wt.) ya sehemu ya ukoko wa dunia inayofikiwa na utafiti wetu, ikishika nafasi ya pili kwa wingi baada ya oksijeni. Kwa asili, silicon hupatikana tu katika misombo: kwa namna ya dioksidi ya silicon SiO 2, inayoitwa anhydride ya silicon au silika, kwa namna ya chumvi za asidi za silicic (silicates). Aluminosilicates ni kuenea zaidi katika asili, i.e. silicates zenye alumini. Hizi ni pamoja na feldspars, micas, kaolin, nk.

Kama kaboni, ambayo ni sehemu ya vitu vyote vya kikaboni, silicon ndio nyenzo muhimu zaidi ya mimea na wanyama.

Chini ya hali ya kawaida, silicon ni dutu ya kijivu giza (Mchoro 1). Inaonekana kama chuma. Kinzani - kiwango cha myeyuko ni 1415 o C. Inajulikana na ugumu wa juu.

Mchele. 1. Silikoni. Mwonekano.

Masi ya atomiki na Masi ya silicon

Masi ya jamaa ya dutu (M r) ni nambari inayoonyesha ni mara ngapi wingi wa molekuli fulani ni kubwa kuliko 1/12 ya wingi wa atomi ya kaboni, na wingi wa atomiki wa kitu (A r) ni ni mara ngapi wastani wa wingi wa atomi za kipengele cha kemikali ni mkubwa kuliko 1/12 ya molekuli ya atomi ya kaboni.

Kwa kuwa katika hali ya bure silicon iko katika mfumo wa molekuli za Si za monatomiki, maadili ya misa yake ya atomiki na molekuli yanaambatana. Wao ni sawa na 28.084.

Marekebisho ya allotropi na allotropic ya silicon

Silicon inaweza kuwepo kwa namna ya marekebisho mawili ya allotropic: almasi-kama (cubic) (imara) na grafiti-kama (isiyo imara). Silicon inayofanana na almasi iko katika hali thabiti ya jumla, na silikoni inayofanana na grafiti iko katika hali ya amofasi. Pia hutofautiana katika kuonekana na shughuli za kemikali.

Silicon ya fuwele ni dutu ya kijivu giza yenye luster ya metali, na silicon ya amorphous ni poda ya kahawia. Marekebisho ya pili ni tendaji zaidi kuliko ya kwanza.

Isotopu za silicon

Inajulikana kuwa katika asili silicon inaweza kupatikana kwa namna ya isotopu tatu imara 28 Si, 29 Si na 30 Si. Idadi yao ya wingi ni 28, 29 na 30, mtawaliwa. Kiini cha atomi ya isotopu ya silicon 28 Si ina protoni kumi na nne na neutroni kumi na nne, na isotopu 29 Si na 30 Si zina idadi sawa ya protoni, neutroni kumi na tano na kumi na sita, kwa mtiririko huo.

Kuna isotopu za bandia za silicon zilizo na nambari za wingi kutoka 22 hadi 44, kati ya hizo zilizoishi kwa muda mrefu zaidi ni 32 Si na nusu ya maisha ya miaka 170.

Ioni za silicon

Katika kiwango cha nishati ya nje ya atomi ya silicon kuna elektroni nne, ambazo ni valence:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 .

Kutokana na mwingiliano wa kemikali, silicon inaweza kutoa elektroni zake za valence, i.e. kuwa wafadhili wao na kugeuka kuwa ion chaji chanya, au kukubali elektroni kutoka atomi nyingine, i.e. kuwa mpokeaji, na kugeuka kuwa ioni iliyo na chaji hasi:

Si 0 -4e → Si 4+ ;

Si 0 +4e → Si 4- .

Molekuli ya silicon na atomi

Katika hali ya bure, silicon iko katika mfumo wa molekuli za Si monatomic. Hapa kuna sifa za atomi ya silicon na molekuli:

Aloi za silicon

Silicon hutumiwa katika madini. Inatumika kama sehemu ya aloi nyingi. Muhimu zaidi kati yao ni aloi kulingana na chuma, shaba na alumini.

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

Zoezi

Kiasi gani cha oksidi ya silicon (IV) iliyo na uchafu wa molekuli 0.2 inahitajika ili kupata 6.1 g ya silicate ya sodiamu.

Suluhisho

Wacha tuandike equation ya majibu ya kutengeneza silicate ya sodiamu kutoka kwa oksidi ya silicon (IV):

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

Wacha tupate kiasi cha silicate ya sodiamu:

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.

Kulingana na mlinganyo wa majibu n(Na 2 SiO 3) : n(SiO 2) = 1:1, i.e. n(Na 2 SiO 3) = n(SiO 2) = 0.05 mol.

Wingi wa oksidi ya silicon (IV) (bila uchafu) itakuwa sawa na:

M (SiO 2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 g/mol.

m safi (SiO 2) = n(SiO 2) ×M(SiO 2) = 0.05 × 60 = 3 g.

Kisha wingi wa oksidi ya silicon (IV) inayohitajika kwa majibu itakuwa sawa na:

m(SiO 2) =m safi (SiO 2)/w uchafu = 3 / 0.2 = 15 g.

Jibu

15 g

MFANO 2

Zoezi

Ni molekuli gani ya silicate ya sodiamu inaweza kupatikana kwa kuchanganya oksidi ya silicon (IV) na 64.2 g ya soda, sehemu kubwa ya uchafu ambayo ni 5%?

Suluhisho

Wacha tuandike mlingano wa mmenyuko wa kutengeneza silicate ya sodiamu kwa kuunganisha soda na oksidi ya silicon (IV):

SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2 -.

Wacha tuamue misa ya kinadharia ya soda (iliyohesabiwa kwa kutumia equation ya majibu):

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.

Wacha tupate misa ya vitendo ya soda:

w safi (Na 2 CO 3) = 100% - w uchafu = 100% - 5% = 95% = 0.95.

m safi (Na 2 CO 3) = m (Na 2 CO 3) ×w safi (Na 2 CO 3);

m safi (Na 2 CO 3) = 64.2 × 0.95 = 61 g.

Wacha tuhesabu misa ya kinadharia ya silicate ya sodiamu:

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.

Acha wingi wa vitendo wa silicate ya sodiamu iwe x g. Hebu tufanye uwiano:

61 g Na 2 CO 3 - x g Na 2 SiO 3;

106 g Na 2 CO 3 - 122 g Na 2 SiO 3.

Kwa hivyo x itakuwa sawa na:

x = 122 × 61 / 106 = 70.2 g.

Hii ina maana uzito wa silicate ya sodiamu iliyotolewa ni 70.2 g.

Jibu

70.2 g

Silicon (Si) ni kipengele cha pili cha kikundi kikuu (A) cha kikundi cha 4 cha Jedwali la Periodic, lililoanzishwa na Dmitry Ivanovich Mendeleev. Silicon ni ya kawaida sana katika asili, hivyo inachukua nafasi ya pili (baada ya oksijeni) kwa wingi. Kwa hivyo, bila silicon na misombo yake, ukoko wa Dunia, ambayo zaidi ya robo ina misombo ya kipengele hiki cha kemikali, haingekuwapo. Ni sifa gani za silicon? Je, ni kanuni gani za misombo yake na matumizi yake? Ni vitu gani muhimu vina silicon? Hebu jaribu kufikiri.

Silicon ya kipengele na mali zake

Silicon iko katika asili katika marekebisho kadhaa ya allotropiki - ya kawaida ni silicon ya fuwele na silikoni ya amofasi. Wacha tuzingatie kila moja ya marekebisho haya kando.

Silicon ya fuwele

Silicon katika muundo huu ni kijivu giza, ngumu na brittle dutu yenye kung'aa kwa chuma. Silicon vile ni semiconductor; Mali yake muhimu ni kwamba, tofauti na metali, conductivity yake ya umeme huongezeka kwa joto la kuongezeka. Kiwango myeyuko cha silikoni kama hiyo ni 1415 °C. Kwa kuongeza, silicon ya fuwele haiwezi kufuta katika maji na asidi mbalimbali.

Matumizi ya silicon na misombo yake katika urekebishaji wa fuwele ni tofauti sana. Kwa mfano, silicon ya fuwele ni sehemu ya paneli za jua zilizowekwa kwenye vyombo vya anga na paa. Silicon ni semiconductor na ina uwezo wa kubadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya umeme.

Mbali na seli za jua, silicon ya fuwele hutumiwa kuunda vifaa vingi vya elektroniki na vyuma vya silicon.

Silicon ya amofasi

Silicon ya amofasi ni poda ya kahawia/kahawia iliyokolea na muundo unaofanana na almasi. Tofauti na silicon ya fuwele, urekebishaji huu wa allotropiki wa kipengele hauna kimiani cha kioo kilichoagizwa madhubuti. Licha ya ukweli kwamba silicon ya amofasi huyeyuka kwa joto la takriban 1400 ° C, inafanya kazi zaidi ikilinganishwa na silicon ya fuwele. Silicon ya amofasi haifanyi kazi ya mkondo na ina msongamano wa takriban 2 g/cm³.

Aina hii ya silicon hutumiwa mara nyingi katika tasnia ya chakula na katika utengenezaji wa dawa.

Tabia za kemikali za silicon

Sifa kuu ya kemikali ya silicon ni mwako katika oksijeni, ambayo husababisha kuundwa kwa kiwanja cha kawaida sana - oksidi ya silicon:

Si + O2 → SiO2 (kwa joto).

Inapokanzwa, silicon kama isiyo ya chuma huunda misombo na metali mbalimbali. Misombo kama hiyo inaitwa silicides. Kwa mfano:

2Ca + Si → Ca2Si (kwenye halijoto).

Silicides, kwa upande wake, hutengana bila shida kwa msaada wa maji au asidi fulani. Kama matokeo ya mmenyuko huu, kiwanja maalum cha hidrojeni cha silicon huundwa - gesi ya silane (SiH4):

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.

Silicon pia ina uwezo wa kuingiliana na fluorine (chini ya hali ya kawaida):

Si + 2F2 → SiF4.

Na inapokanzwa, silicon huingiliana na zisizo za metali zingine:

Si + 2Cl2 → SiCl4 (400–600°).

3Si + 2N2 → Si3N4 (1000°).

Si + C → SiC (2000°).

Pia, silicon, ikiingiliana na alkali na maji, huunda chumvi inayoitwa silicates na gesi ya hidrojeni:

Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2.

Hata hivyo, tutachambua mali nyingi za kemikali za kipengele hiki kwa kuzingatia silicon na misombo yake, kwa kuwa ni vitu kuu ambavyo matumizi na mwingiliano wa silicon na vipengele vingine vya kemikali hutegemea. Kwa hivyo, ni misombo gani ya kawaida ya silicon?

Mchanganyiko wa silicon

Hapo awali, tuligundua silicon ni kipengele gani na ina mali gani. Sasa hebu tuangalie fomula za misombo ya silicon.

Kwa ushiriki wa silicon, idadi kubwa ya misombo tofauti huundwa. Nafasi ya kwanza katika kuenea inachukuliwa na misombo ya oksijeni ya silicon. Kundi hili linajumuisha SiO2 na asidi isiyoyeyuka ya sililiki.

Mabaki ya asidi ya asidi ya silicic huunda silicates mbalimbali (kwa mfano, CaSiO3 au Al2O3 SiO2). Katika chumvi hizo na misombo ya silicon iliyo na oksijeni iliyotolewa hapo juu, kipengele kina hali ya kawaida ya oxidation ya +4.

Chumvi za silicon pia ni za kawaida - silicides (Mg2Si, NaSi, CoSi) na misombo ya silicon na hidrojeni (kwa mfano, gesi ya silane). Silane, kama inavyojulikana, huwaka moja kwa moja hewani na mwako wa kupofusha, na silicides hutengana kwa urahisi na maji na asidi anuwai.

Hebu tuchunguze kwa karibu silicon na misombo yake, ambayo inachukuliwa kuwa ya kawaida.

Silika

Jina lingine la oksidi hii ni silika. Ni kitu kigumu na kinzani ambacho hakiyeyuki katika maji na asidi na kina kimiani cha kioo cha atomiki. Kwa asili, oksidi ya silicon huunda madini na vito vya thamani kama vile quartz, amethisto, opal, agate, kalkedoni, yaspi, jiwe na zingine.

Inafaa kumbuka kuwa ilikuwa kutoka kwa silicon ambayo watu wa zamani walifanya zana zao za kazi na uwindaji. Flint iliashiria mwanzo wa kile kinachoitwa Enzi ya Mawe kwa sababu ya kupatikana kwake na uwezo wa kuunda kingo kali wakati wa kuchapwa.

Ni oksidi ya silicon ambayo hufanya mashina ya mimea kama vile matete, matete na mikia ya farasi, majani ya ute na mashina ya nafaka kuwa na nguvu. Vifuniko vya nje vya kinga vya wanyama wengine pia vina silika.

Kwa kuongeza, hufanya msingi wa gundi ya silicate, ambayo huunda silicone sealant na mpira wa silicone.

Tabia ya kemikali ya oksidi ya silicon

Dioksidi ya silicon inaingiliana na idadi kubwa ya vitu vya kemikali - metali na zisizo za metali. Kwa mfano:

Kwa joto la juu, silika humenyuka na alkali, na kutengeneza chumvi:

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O (kwenye joto).

Kama oksidi ya kawaida ya asidi, kiwanja hiki hutoa silicates kwa kuguswa na oksidi mbalimbali za chuma:

SiO2 + CaO → CaSiO3 (kwenye halijoto).

Au na chumvi za kaboni:

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2 (kwa joto).

Moja ya mali muhimu zaidi ya kemikali ya dioksidi ya silicon ni uwezo wa kupata silicon safi kutoka kwake. Hii inaweza kufanywa kwa njia mbili - kwa kujibu dioksidi na magnesiamu au kaboni:

SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (kwenye joto).

SiO2 + 2C → Si + 2CO (kwenye halijoto)

Asidi ya silika

Asidi ya silicic ni dhaifu sana. Haiwezekani katika maji na wakati wa athari huunda mvua ya gelatinous, ambayo wakati mwingine inaweza kujaza kiasi kizima cha suluhisho. Mchanganyiko huu unapokauka, unaweza kuona gel ya silika iliyoundwa, ambayo hutumiwa kama adsorbent (absorbent ya vitu vingine).

Njia inayoweza kupatikana na ya kawaida ya kupata asidi ya silika inaweza kuonyeshwa kwa kutumia formula:

K2SiO3 + 2HCl → 2KCl + H2SiO3↓.

Silicides

Wakati wa kuzingatia silicon na misombo yake, ni muhimu sana kuzungumza juu ya chumvi zake kama vile silicides. Silicon huunda misombo kama hiyo na metali, kupata, kama sheria, hali ya oxidation ya -4. Hata hivyo, metali kama vile zebaki, zinki, berili, dhahabu na fedha haziwezi kuingiliana na silicon na kuunda silicides.

Silicides za kawaida ni Mg2Si, Ca2Si, NaSi na zingine.

Silikati

Michanganyiko kama vile silikati ni ya pili kwa wingi baada ya dioksidi ya silicon. Chumvi za silicate huchukuliwa kuwa vitu ngumu kabisa, kwani zina muundo tata, na pia ni sehemu ya madini na miamba mingi.

Silicates ya kawaida katika asili - aluminosilicates - ni pamoja na granite, micas, na aina mbalimbali za udongo. Silicate nyingine inayojulikana ni asbestosi, ambayo vitambaa vinavyozuia moto vinatengenezwa.

Maombi ya Silicon

Kimsingi, silicon hutumiwa kutengeneza vifaa vya semiconductor na aloi zinazokinza asidi. Silicon CARBIDE (SiC) mara nyingi hutumiwa kunoa zana za mashine na kung'arisha mawe ya thamani.

Quartz iliyoyeyuka hutumiwa kutengeneza cookware ya quartz thabiti na yenye nguvu.

Mchanganyiko wa silicon ndio msingi wa utengenezaji wa glasi na saruji.

Vioo hutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika muundo, ambayo lazima ina silicon. Kwa mfano, pamoja na kioo cha dirisha, kuna refractory, kioo, quartz, rangi, photochromic, macho, kioo na glasi nyingine.

Wakati saruji imechanganywa na maji, dutu maalum huundwa - chokaa cha saruji, ambayo vifaa vya ujenzi kama saruji hupatikana baadaye.

Uzalishaji wa vitu hivi unafanywa na sekta ya silicate. Mbali na kioo na saruji, sekta ya silicate inazalisha matofali, porcelaini, udongo na bidhaa mbalimbali zilizofanywa kutoka kwao.

Hitimisho

Kwa hiyo, tuligundua kwamba silicon ni kipengele muhimu zaidi cha kemikali, kilichoenea katika asili. Silicon hutumiwa katika shughuli za ujenzi na kisanii, na pia ni muhimu kwa viumbe hai. Dutu nyingi, kutoka kioo rahisi hadi porcelaini yenye thamani zaidi, zina silicon na misombo yake.

Kusoma kemia huturuhusu kuelewa ulimwengu unaotuzunguka na kuelewa kuwa sio kila kitu kinachotuzunguka, hata cha kifahari zaidi na cha gharama kubwa, ni cha kushangaza na cha kushangaza kama inavyoweza kuonekana. Tunakutakia mafanikio katika maarifa ya kisayansi na masomo ya sayansi nzuri kama kemia!