Деякі фізико-хімічні властивості кремнію та його сполук. Області застосування чистого кремнію

Кремній (Si) –стоїть у 3 періоді, IV групі головної підгрупи періодичної системи. Фізичні властивості:кремній існує у двох модифікаціях: аморфної та кристалічної. Аморфний кремній – порошок бурого кольору, густиною 2,33 г/см3, розчиняється в розплавах металів. Кристалічний кремній – це кристали темно-сірого кольору, що мають сталевий блиск, твердий і тендітний, щільністю 2,4 г/см3. Кремній складається із трьох ізотопів: Si (28), Si (29), Si (30).

Хімічні властивості:електронна конфігурація: 1s22s22p63 s23p2 . Кремній – неметал. На зовнішньому енергетичному рівні кремній має 4 електрони, що зумовлює його ступеня окислення: +4, -4, -2. Валентність – 2, 4. Аморфний кремній має більшу реакційну здатність, ніж кристалічний. За звичайних умов він взаємодіє зі фтором: Si + 2F2 = SiF4. При 1000 °C Si реагує з неметалами: CL2, N2, C, S.

З кислот кремній взаємодіє тільки із сумішшю азотної та плавикової кислот:

По відношенню до металів поводиться по-різному: у розплавлених Zn, Al, Sn, Pb він добре розчиняється, але не реагує з ними; з іншими розплавами металів – з Mg, Cu, Fe кремній взаємодіє із заснуванням силіцидів: Si + 2Mg = Mg2Si. Кремній горить у кисні: Si + O2 = SiO2 (пісок).

Діоксид кремнію або кремнезем– стійке з'єднання Si, поширений у природі. Реагує зі сплавленням його із лугами, основними оксидами, утворюючи солі кремнієвої кислоти – силікати. Отримання:у промисловості кремній у чистому вигляді одержують відновленням діоксиду кремнію коксом в електропечах: SiO2 + 2С = Si + 2СO?.

У лабораторії кремній отримують прожарюванням з магнієм або алюмінієм білого піску:

SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.

3SiO2 + 4Al = Al2О3 + 3Si.

Кремній утворює кислоти:Н2 SiO3 – мета-кремнієва кислота;Н2 Si2O5 – двометакремієва кислота.

Знаходження у природі:мінерал кварц - SiO2. Кристали кварцу мають форму шестигранної призми, безбарвні та прозорі, називаються гірським кришталем. Аметист – гірський кришталь, пофарбований домішками у фіолетовий колір; димчастий топаз пофарбований у бурий колір; агат та яшма – кристалічні різновиди кварцу. Аморфний кремнезем менш поширений і у вигляді мінералу опала – SiO2 nН2О. Діатоміт, трепел чи кизельгур (інфузорна земля) – землісті форми аморфного кремнію.

42. Поняття колоїдних розчинів

Колоїдні розчини- Високодисперсні двофазні системи, що складаються з дисперсійного середовища та дисперсної фази. За розмірами частинок є проміжними між істинними розчинами, суспензіями та емульсіями. У колоїдних частинокмолекулярний чи іонний склад.

Існують три типи внутрішньої структури первинних частинок.

1. Суспензоїди (або незворотні колоїди)- Гетерогенні системи, властивості яких можна визначити розвиненою міжфазовою поверхнею. Порівняно із суспензіями більш високодисперсні. Не може довго існувати без стабілізатора дисперсності. Їх називають незворотними колоїдамичерез те, що їх опади після випарювання знову не утворюють золів. Їхня концентрація мала – 0,1 %. Від в'язкості дисперсного середовища відрізняються трохи.

Суспензоїди можна отримати:

1) методами диспергування (подрібнення великих тіл);

2) методами конденсації (отримання нерозчинних сполук за допомогою реакцій обміну, гідролізу тощо).

Мимовільне зменшення дисперсності у суспензоїдів залежить від вільної поверхневої енергії. Щоб отримати суспензію, що тривало зберігається, необхідні умови для її стабілізації.

Стійкі дисперсні системи:

1) дисперсійне середовище;

2) дисперсна фаза;

3) стабілізатор дисперсної системи.

Стабілізатор може бути іонний, молекулярний, але найчастіше високомолекулярний.

Захисні колоїди- Високомолекулярні сполуки, які додають для стабілізації (білки, пептиди, полівініловий спирт та ін.).

2. Асоціативні (або міцелярні колоїди) -напівколоїди, що виникають при достатній концентрації молекул, що складаються з вуглеводневих радикалів (дифільні молекули) низькомолекулярних речовин при асоціації їх в агрегати молекул (міцели). Міцелиутворюються у водних розчинах миючих засобів (мил), органічних барвників.

3. Молекулярні колоїди (оборотні або ліофільні колоїди) -природні та синтетичні високомолекулярні речовини з великою молекулярною вагою. Молекули мають розмір колоїдних частинок (макромолекули).

Розведені розчини колоїдів високомолекулярних сполук – гомогенні розчини. При сильному розведенні ці розчини підпорядковуються законам розведених розчинів.

Неполярні макромолекули розчиняються у вуглеводнях, полярні – у полярних розчинниках.

Оборотні колоїди- Речовини, сухий залишок яких при додаванні нової порції розчинника знову переходить в розчин.

Кремній(лат. silicium), si, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 14, атомна маса 28086. У природі елемент представлений трьома стабільними ізотопами: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) та 30 si (3,05%).

Історична довідка . З'єднання До., широко поширені землі, були відомі людині з кам'яного віку. Використання кам'яних знарядь праці та полювання тривало кілька тисячоліть. Застосування сполук К., пов'язане з їх переробкою, - виготовлення скло -почалося близько 3000 років до зв. е. (Давньому Єгипті). Раніше відоме з'єднання К. - двоокис sio 2 (кремнезем). У 18 в. кремнезем вважали простим тілом і відносили до «землям» (що й відбито у його назві). Складність складу кремнезему встановив І. Я. Берцеліус.Він же вперше, в 1825, отримав елементарний До. з фтористого кремнію sif 4 відновлюючи останній металевим калієм. Новому елементу було названо «силіцій» (від латів. silex - кремінь). Російську назву запровадив Г. І. Гесс 1834 року.

Поширеність у природі . За поширеністю в земній корі До. - другий (після кисню) елемент, його середній вміст у літосфері 29,5% (за масою). У земній корі До. грає таку ж першорядну роль, як вуглець у тваринному та рослинному світі. Для геохімії До. важливий виключно міцний зв'язок його з киснем. Близько 12% літосфери становить кремнезем sio 2 у формі мінералу кварцута її різновидів. 75% літосфери складають різні силікатиі алюмосилікати(Польові шпати, слюди, амфіболи і т. д.). Загальна кількість мінералів, що містять кремнезем, перевищує 400 .

При магматичних процесах відбувається слабка диференціація До.: він накопичується як і гранітоїдах (32,3%), і у ультраосновних породах (19%). При високих температурах та великому тиску розчинність sio 2 підвищується. Можлива його міграція і з водяною парою, тому для пегматитів гідротермальних жил характерні значні концентрації кварцу, з яким нерідко пов'язані і рудні елементи (золото-кварцові, кварцово-каситеритові та ін. жили).

Фізичні та хімічні властивості. До. утворює темно-сірі з металевим блиском кристали, що мають кубічну гранецентровану решітку типу алмазу з періодом а = 5,431 a щільністю 2,33 г/см 3 . При дуже високих тисках отримана нова (мабуть, гексагональна) модифікація щільністю 2,55 г/см 3 . плавиться при 1417°С, кипить при 2600°С. Питома теплоємність (при 20-100 ° С) 800 дж / (кг? К), або 0,191 кал / (г? град); теплопровідність навіть для найчистіших зразків не постійна і знаходиться в межах (25 ° С) 84-126 вт / (м? К), або 0,20-0,30 кал / (см? сек? град). Температурний коефіцієнт лінійного розширення 2,33? 10 -6 К -1; нижче 120k стає негативним. прозорий для довгохвильових ІЧ-променів; показник заломлення (для l = 6 мкм) 3,42; діелектрична проникність 11,7. діамагнітний, атомна магнітна сприйнятливість -0,13? 10-6. Твердість К. за Моосом 7,0, по Брінеллю 2,4 Гн/м 2 (240 кгс/мм 2), модуль пружності 109 Гн/м 2 (10890 кгс/мм 2), коефіцієнт стисливості 0,325? 10-6 см 2 /кг. крихкий матеріал; помітна пластична деформація починається за температури вище 800°С.

- напівпровідник, що знаходить все більше застосування. Електричні властивості До. дуже залежать від домішок. Власний питомий об'ємний електроопір К. при кімнатній температурі приймається рівним 2,3? 10 3 ом? м(2,3 ? 10 5 ом? см) .

Напівпровідниковий К. з провідністю р-Типу (добавки В, al, in або ga) і n-Типу (добавки Р, bi, as або sb) має значно менший опір. Ширина забороненої зони за електричними вимірами становить 1,21. евпри 0 Дота знижується до 1,119 евза 300 До.

Відповідно до положення К. у періодичній системі Менделєєва 14 електронів атома К. розподілені за трьома оболонками: у першій (від ядра) 2 електрони, у другій 8, у третій (валентній) 4; конфігурація електронної оболонки 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Послідовні потенціали іонізації ( ев): 8,149; 16,34; 33,46 та 45,13. Атомний радіус 1,33 a, ковалентний радіус 1,17 a, іонні радіуси si 4+ 0,39 a, si 4-1,98 a.

У сполуках До. (аналогічно вуглецю) 4-валентний. Однак, на відміну від вуглецю, До. поряд з координаційним числом 4 виявляє координаційне число 6, що пояснюється великим обсягом його атома (приклад таких сполук є кремнефториди, що містять групу 2-).

Хімічний зв'язок атома К. з іншими атомами здійснюється зазвичай за рахунок гібридних sp 3 -орбіталей, але можливе також залучення двох з його п'яти (вакантних) 3 d-орбіталей, особливо коли К. є шестикоординаційним. Маючи малу величину електронегативності, що дорівнює 1,8 (проти 2,5 у вуглецю; 3,0 у азоту і т. д.), К. у з'єднаннях з неметалами електропозитивний, і ці сполуки носять полярний характер. Велика енергія зв'язку з киснем si-o, що дорівнює 464 кдж/моль(111 ккал/моль) , обумовлює стійкість його кисневих сполук (sio 2 та силікатів). Енергія зв'язку si-si мала, 176 кдж/моль (42 ккал/моль) ; на відміну від вуглецю, для До. не характерне утворення довгих ланцюгів та подвійного зв'язку між атомами si. На повітрі До. завдяки утворенню захисної окисної плівки стійкий навіть за підвищених температур. У кисні окислюється починаючи з 400°С, утворюючи кремнію двоокис 2 . Відома також моноокис sio, стійка при високих температурах у вигляді газу; в результаті різкого охолодження може бути отриманий твердий продукт, що легко розкладається на тонку суміш si і sio 2 . стійкий до кислот і розчиняється тільки в суміші азотної та фтористоводневої кислот; легко розчиняється у гарячих розчинах лугів із виділенням водню. реагує з фтором при кімнатній температурі, з іншими галогенами - при нагріванні з утворенням сполук загальної формули six 4 . Водень безпосередньо не реагує з До., та кремневодні(Силани) отримують розкладанням силіцидів (див. нижче). Відомі кремневодні від sih 4 до si 8 h 18 (за складом аналогічні граничним вуглеводням). До. утворює 2 групи кисневмісних силанів - силоксанита силоксени. З азотом До. реагує за нормальної температури вище 1000°З. Важливе практичне значення має нітрид si 3 n 4 , що не окислюється на повітрі навіть при 1200°С, стійкий до кислот (крім азотної) і лугів, а також до розплавлених металів і шлаків, що робить його цінним матеріалом для хімічної промисловості, виробництва вогнетривів та ін. Високою твердістю, а також термічною та хімічною стійкістю відрізняються сполуки К. з вуглецем ( кремнію карбід sic) і з бором (sib 3, sib 6, sib 12). При нагріванні К. реагує (у присутності металевих каталізаторів, наприклад міді) з хлорорганічними сполуками (наприклад, з ch 3 cl) з утворенням органогалосиланів [наприклад, si (ch 3) 3 ci], що служать для численних синтезу кремнійорганічних сполук.

утворює сполуки майже з усіма металами - силіциди(Не виявлено з'єднання тільки з bi, tl, pb, hg). Отримано більше 250 силіцидів, склад яких (mesi, mesi 2 , me 5 si 3 , me 3 si, me 2 si та ін) зазвичай не відповідає класичним валентностям. Силициди відрізняються тугоплавкістю та твердістю; найбільше практичне значення мають феросиліцій та силіцид молібдену mosi 2 (нагрівачі електропечей, лопатки газових турбін тощо).

Отримання та застосування. технічної чистоти (95-98%) отримують в електричній дузі відновленням кремнезему sio 2 між графітовими електродами. У зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки розроблені методи отримання чистого та особливо чистого До. Це вимагає попереднього синтезу найчистіших вихідних сполук До., з яких До. витягують шляхом відновлення або теплового розкладання.

Чистий напівпровідниковий До. одержують у двох видах: полікристалічний (відновленням sici 4 або sihcl 3 цинком або воднем, термічним розкладанням sil 4 і sih 4) і монокристалічний (бестигельною зонною плавкою і «витягуванням» монокристалу з розплавленого К. -.

Спеціально легований До. широко застосовується як матеріал для виготовлення напівпровідникових приладів (транзистори, термістори, силові випрямлячі струму, керовані діоди - тиристори; сонячні фотоелементи, що використовуються в космічних кораблях, і т. д.). Оскільки К. прозорий для променів із довжиною хвилі від 1 до 9 мкм,його застосовують в інфрачервоній оптиці .

має різноманітні області застосування, що все розширюються. У металургії До. використовується видалення розчиненого в розплавлених металах кисню (розкислення). є складовою великої кількості сплавів заліза і кольорових металів. Зазвичай До. надає сплавам підвищену стійкість до корозії, покращує їх ливарні властивості та підвищує механічну міцність; проте при більшому змісті До. може викликати крихкість. Найбільше значення мають залізні, мідні та алюмінієві сплави, що містять До. Все більша кількість До. йде на синтез кремнійорганічних сполук та силіцидів. Кремнезем та багато силікатів (глини, польові шпати, слюди, тальки тощо) переробляються скляною, цементною, керамічною, електротехнічною та ін. галузями промисловості.

В. П. Барзаковський.

Кремній в організмі знаходиться у вигляді різних сполук, що беруть участь головним чином у освіті твердих скелетних частин і тканин. Особливо багато До. можуть накопичувати деякі морські рослини (наприклад, діатомові водорості) і тварини (наприклад, кремнерогові губки, радіолярії), що утворюють при відмиранні на дні океану потужні відкладення двоокису кремнію. У холодних морях і озерах переважають біогенні мули, збагачені К., у тропічних морях - вапняні мули з низьким вмістом К. Серед наземних рослин багато К. накопичують злаки, осоки, пальми, хвощі. У хребетних тварин вміст двоокису кремнію в зольних речовин 0,1-0,5%. У найбільших кількостях К. виявлений у щільній сполучній тканині, нирках, підшлунковій залозі. У добовому раціоні людини міститься до 1 гПри високому вмісті в повітрі пилу двоокису кремнію вона потрапляє в легені людини і викликає захворювання. силікоз.

В. В. Ковальський.

Літ.:Бережний А. С., Кремній та його бінарні системи. До., 1958; Красюк Би. А., Грибов А. І., Напівпровідники - германій та кремній, М., 1961; Реньян Ст Р., Технологія напівпровідникового кремнію, пров. з англ., М., 1969; Саллі І. Ст, Фалькевич Е. С., Виробництво напівпровідникового кремнію, М., 1970; Кремній та германій. Зб. ст., за ред. Е. С. Фалькевича, Д. І. Левінзона, ст. 1-2, М., 1969-70; Гладишевський Е. І., Кристалохімія силіцидів та германідів, М., 1971; wolf Н. f., silicon semiconductor data, oxf. - n. y., 1965.

реферат

Фізичні властивості
Кремній – елемент IV групи, атомний номер його 14, атомна маса 28,06. Число атомів в одному кубічному сантиметрі 5 * 10-22.
Кристалізується кремній, подібно до германію, в кубічній решітці типу алмазу з постійною а = 5,4198А, у вузлах елементарного осередку якої знаходиться 8 атомів кремнію з координаційним числом 4. Мінімальна відстань між сусідніми атомами і постійна решітки у кремнію менша, ніж у гер. Тому й тетраедричний ковалентний зв'язок у кремнії міцніший, ніж обумовлена ​​велика ширина забороненої зони кремнію і вища його температура плавлення, ніж германію.
Кремній - темно-сіра речовина із синюватим відливом. Внаслідок високої твердості, яка за Moocy дорівнює 7, він дуже крихкий; при ударі розсипається, тому важко піддається обробці не тільки в холодному, але і в гарячому стані.
Температура плавлення кремнію чистотою 99,9% Si визначена рівною 1413-1420 ° С. Кремній більш високого ступеня чистоти має температуру плавлення 1480-1500 ° С.
Температура кипіння кремнію лежить у межах 2400-2630 ° С. Щільність кремнію при 25 ° С становить 2,32-2,49 г/см3. При плавленні щільність кремнію збільшується, що перебудовою структури ближнього порядку у бік підвищення координаційного числа. Тому при охолодженні він збільшується обсягом, а при плавленні - зменшується. Зменшення об'єму кремнію при плавленні становить 9-10%.
Теплопровідність кристалічного кремнію при кімнатній температурі дорівнює 0,2-0,26кал/сек*см*град. Теплоємність у межах 20-100 ° C становить 0,181 кал / г * град. Залежність теплоємності твердого кремнію від 298° До температури плавлення описується рівнянням

Ср = 5,70 +1,02 * 10в-3Т-1,06 * 10в-5Т-2 кал / град * моль.

У рідкому стані до температури кипіння величина теплоємності становить 7,4 кал/град*моль. Теплоємність кремнію чистотою >99,99% при температурах від 1200° до температури плавлення дорівнює 6,53 кал/град*моль, а від температури плавлення до 1500° З 6,12 кал/град*моль. Теплота плавлення чистого кремнію становить 12 095 ± 100 кал/г*атом.
Зміна пружності пари твердого кремнію від 1200 ° До температури плавлення виражається рівнянням

Ig р мм рт. ст. = -18000/Т - 1,022 IgT + 12,83,

а для рідкого кремнію

Ig р мм рт. ст. = -17100/Т – 1,022 Ig T + 12,31.

Пружність пари кремнію при температурі плавлення становить ~10-2 мм рт. ст.
Поверхневий натяг розплавленого кремнію, виміряне методом сидячої краплі на підкладках ZrO2, TiO2 і MgO в атмосфері гелію при 1450° С, дорівнює 730 дин/см.
Електричні властивості
Кремній за своїми електричними властивостями відноситься до типових напівпровідників. З підвищенням температури питомий електроопір кремнію різко знижується. При плавленні він має електропровідність, властиву рідким металам.
При 300 ° До питомий електроопір кремнію (р) залежить від вмісту в ньому домішок.
Кремній чистотою 98,5% має р = 0,8 ом * см, 99,97% -12,6 ом * см, спектрально-чистий кремній 30 ом * см. Найбільш чисті зразки кремнію мають р = 16 000 ом * див.
Нижче наведені деякі теоретично розраховані електричні характеристики кремнію, що має власну провідність (при 300°С):

Найменша концентрація електрично активних домішок, досягнута в даний час в результаті глибокого очищення кремнію, становить 10-13 см-3.
Рухливість носіїв струму в кремнії за високих температур визначається розсіюванням на коливаннях решітки, а за низьких - на іонах домішки.
Зміна рухливості електронів та дірок у кремнії залежно від температури визначається такими рівняннями:

μn = 1,2 * 10-8 * Т-2 см2 / в * сек;
μр = 2,9 * 10-9 * T-2,7 см2 / в * сек.

Помітне зниження рухливості електронів у кремнії при кімнатній температурі настає при концентрації носіїв струму, що відповідає величині р = 1,0 ом * см, а рухливість дірок - при р = 10 ом * см.
Час життя носіїв заряду змінюється у кремнії у межах: загалом т = 200 мксек.
Для напівпровідникової техніки велике значення мають сплави кремнію коїться з іншими елементами, переважно III і V груп. Ці елементи вводять у глибоко очищений кремній у невеликих кількостях для надання йому певних електричних властивостей.
Робота напівпровідникових приладів - діодів, тріодів, фотоелементів, термоелементів заснована на властивостях електронно-діркових переходів, які одержують легуванням кремнію тими чи іншими елементами. Для створення в кремнії n-провідності його легують фосфором, миш'яком або сурмою, а для отримання р-провідності найчастіше легують бором. До найбільш важливих донорних елементів належать фосфор і миш'як.
Кремній добре розчиняється в багатьох розплавлених металах, наприклад, в алюмінії, олові, свинці, цинку. Розчинність металів у твердому кремнії, як правило, дуже мала.
В даний час відомо понад тридцять діаграм стану кремнію з іншими елементами. З багатьма елементами кремній утворює хімічні сполуки, зокрема з фосфором, миш'яком, бором, літієм, марганцем, залізом, кобальтом, нікелем, кальцієм, магнієм, сіркою, селеном та ін. галієм, індієм, сурмою та ін. утворює системи евтектичного типу.
Хімічні властивості
Кремній стійкий проти окислення на повітрі до 900° С, проте при цій температурі водяна пара окислює кремній, а при вищій температурі водяна пара повністю розкладається кремнієм.
При 1000° C і вище кремній сильно окислюється киснем повітря з утворенням ангідриду кремнієвого або кремнезему SiO2. З воднем кремній реагує лише за температури дуги, утворюючи кремнійводневі сполуки.
У присутності азоту при 1300 С кремній утворює нітрид Si3N4. Це - білий тугоплавкий порошок, що виганяє близько 2000 ° С.
З галоїдами кремній легко взаємодіє, наприклад з фтором - при кімнатній температурі, з хлором - при 200-300 ° С, з бромом - при 450-500 ° С, а з йодом - при вищих температурах, 700-750 ° С.
З фосфором, миш'яком та сурмою кремній не реагує аж до температури їхнього кипіння; з вуглецем і бором він вступає в з'єднання лише за дуже високих температур (-2000°С).
Кремній характеризується стійкістю до всіх кислот будь-якої концентрації, у тому числі до сірчаної, соляної, азотної та плавикової. Розчиняється кремній тільки в суміші плавикової та азотної кислот (HF+HNO3). Менш інтенсивно кремній розчиняється в азотній кислоті, що містить добавки перекису водню та брому.
На противагу кислотам лужні розчини добре розчиняють кремній; при цьому виділяється кисень і утворюються солі кремнієвої кислоти, наприклад

Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2.

При перекисі водню розчинення кремнію в лугах прискорюється.
Для травлення кремнію застосовують лужні та кислі травники. Лужні травники діють сильніше, тому їх застосовують видалення поверхневих забруднень, шарів з порушеною структурою внаслідок механічної обробки та виявлення макродефектів. З цією метою кремній труять у киплячому водному розчині KOH або NaOH.
Для виявлення дислокацій на монокристалах кремнію застосовують кислі травники, наприклад, СР-4 з добавкою азотнокислої ртуті.
Кремній утворює хімічні сполуки з валентностями 2 та 4. З'єднання двовалентного кремнію мало стійкі. З киснем кремній утворює дві сполуки: SiO - моноокис і SiO2 - двоокис кремнію.
Моноокис кремнію SiO в природі не зустрічається, але вона легко утворюється при відновленні SiO2 вуглецем при 1500 ° С:

SiO2 + C → SiO + CO,

або при взаємодії кремнію з кварцом при 1350° С:

Si + SiO2 ⇔ 2SiO.

При високій температурі рівновага цієї реакції зміщується вправо, так як моноокис кремнію виходить у газоподібному стані. При нагріванні до 1700° С моноокис кремнію повністю виганяється, а при вищих температурах диспропорціонує на Si і SiO2.
Моноокис кремнію SiO - порошок темно-жовтого кольору із щільністю 2,13; Струм не проводить навіть при високих температурах, тому застосовується як ізоляційний матеріал.
Дуже важливою хімічною сполукою кремнію є його двоокис (кварц). Це з'єднання дуже стійке, утворення його супроводжується великим виділенням тепла:

Si + O2 = SiO2 + 203 ккал.

Кварц - безбарвна речовина з температурою плавлення ~1713°С та температурою кипіння 2590°С.
При охолодженні розплавленого кварцу утворюється прозоре кварцове скло, яке є одним з найважливіших матеріалів для виготовлення апаратури, що застосовується в технології виробництва кремнію та інших напівпровідникових матеріалів.
При нагріванні SiO2 з вугіллям при 2000-2200 ° С утворюється карбід кремнію SiC, що має напівпровідникові властивості.
Кремній утворює досить міцні сполуки з галоїдами, фізико-хімічні властивості цих сполук наведені у табл. 57.

Галоїдні сполуки кремнію SiF4, SiCl4, SiBr4 та SiI3 можуть бути отримані простим синтезом з елементів або при взаємодії SiO2 з галоїдом у присутності вуглецю:

Si + 2Cl2 → SiCl4,
SiO2 + 2Cl2 + C → SiCl4 + CO2,
Si + 2I2 → SiI4,
SiO2 + 2Br2 + C → SiBr4 + CO2.

Галоїдно-силанові сполуки кремнію утворюються в реакціях гідрохлорування або гідробромування кремнію:

Si + 3HCl → SiHCl3 + H2,
Si + 3HBr → SiHBr3 + H2,

які протікають при порівняно низьких температурах, близько 300°.
Тетрахлорид кремнію SiCl4 є безбарвною прозорою рідиною, що сильно димить на повітрі внаслідок гідролізу і утворення хлороводню. Водою розкладається з утворенням силікагелю:

SiCli + 4H2O → 4HCl + Si(OH)4.

Тетрайодид кремнію SiI4 – безбарвна кристалічна речовина. При нагріванні на повітрі пари тетрайодиду легко спалахують.
Трихлорсилан SiHCl3 – це горюча рідина з дуже високою пружністю пари при кімнатній температурі. Тому трихлорсилан зазвичай зберігають у герметичних сталевих ємностях, здатних витримувати високий тиск.
Кремній може замінювати вуглець в органічних сполуках, утворюючи при цьому кремнійводневі сполуки - силани. За своїми властивостями силани аналогічні до вуглеводнів. Деякі властивості силанів наведено у табл. 58.

З'єднання цього типу в лабораторних умовах можуть бути отримані, наприклад, розчиненням магнію силіциду в міцній соляній кислоті:

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.

Ця реакція протікає складно. Поряд з моносиланом можуть утворюватися різні полісілани і виділятися водень.
Усі силани легко окислюються на повітрі. Реакційна здатність їх зростає із збільшенням молекулярної маси. Дуже небезпечне попадання в судини з силаном повітря.
Моносилан SiH4 - це безбарвний газ, досить стійкий за відсутності повітря та вологи. З повітрям моносилан утворює вибухову суміш; може окислюватися зі спалахом навіть за -180° З.
Моносилан характеризується більшою термічною стійкістю проти полісиланами. При нагріванні вище 400° моносилан розкладається на елементи, виділяючи аморфний кремній:

SiH4 → Si + 2H2.

Ця реакція використовується при отриманні кремнію силановим методом. Силани швидко та повно розкладаються водою з утворенням SiO2:

SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2,
Si3H8 + 6H2O = 3SiO2 + 10H2.

Також швидко і до кінця розкладаються силани водними розчинами лугів:

SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2.

Стійкість силанів різко збільшується при введенні в їх молекули галоїдів, які заміняють атоми водню. Серед заміщених силанів найбільший інтерес представляє трихлорсилан SiHCl3, при відновленні якого отримують чистий кремній.
Застосування кремнію
Кремній як напівпровідник відомий раніше за германію. Проте труднощі отримання кремнію в чистому вигляді затримувала використання їх у техніці.
Останнім часом розроблено та освоєно ефективні методи очищення кремнію до високого ступеня чистоти, тому кремній знаходить все ширше застосування у напівпровідникових приладах. Так, з кремнію виготовляють випрямлячі струму (діоди), підсилювачі радіохвиль (тріоди). У цьому випадку для потужних підсилювачів виготовляють кремнієві електроди з великими поверхнями, що розділяють електронну та діркову частину напівпровідника.
Кремній є хорошим матеріалом і для фотоелектричних перетворювачів. Тому для створення сонячних батарей застосовують кремнієві фотоелементи, призначені для безпосереднього перетворення сонячної енергії на електричну. Кремнієві фотоперетворювачі краще за інших підходять за своєю спектральною чутливістю для використання сонячного світла.
Кремній має низку переваг перед германієм: має велику величину забороненої зони, яка забезпечує найбільшу вихідну електричну потужність; кремнієві прилади можуть працювати при вищих температурах (якщо робоча температура германієвих приладів не перевищує 60-80 ° С, то кремнієві діоди можуть працювати при 200 ° С).
З'єднання кремнію знаходять застосування в приладах. Наприклад, карбід кремнію застосовується для виготовлення тунельних діодів (нелінійні опори) та ін.

Ім'я: *
E-Mail:
Коментар:

Додати

15.03.2019

Фахівці фірми Emirates Global Aluminum зробили заяву з приводу того, що їхня філія Guinea Alumina Corp сподівається незабаром залучити від семисот до семисот...

15.03.2019

Демонтаж козлового крана передбачає розбір металевих конструкцій, а також підкранових шляхів, видалення обладнання та від'єднання різноманітних пристроїв. У...

14.03.2019

З роками у приватних будинках та квартирах накопичується металевий брухт. Може бути представлений старими побутовими пристроями, відходами будівельної діяльності та багатьма іншими побутовими пристроями.

14.03.2019

Осінь – час, коли можна відпочити від набридлої спеки, поїхавши на пару днів на дачу, де можна не тільки насолодитися дарами природи, а й поностальгувати. Однак щоб...

ВИЗНАЧЕННЯ

Кремній- Чотирнадцятий елемент Періодичної таблиці. Позначення – Si від латинського «silicium». Розташований у третьому періоді, IVА групі. Належить до неметалів. Заряд ядра дорівнює 14.

Кремній - один із найпоширеніших у земній корі елементів. Він становить 27% (мас.) Доступної нашому дослідженню частини земної кори, займаючи за поширеністю друге місце після кисню. У природі кремній зустрічається тільки у сполуках: у вигляді діоксиду кремнію SiO 2 , що називається кремнієвим ангідридом або кремнеземом, у вигляді солей кремнієвих кислот (силікатів). Найбільш широко у природі поширені алюмосилікати, тобто. силікати, до складу яких належить алюміній. До них відносяться польові шпати, слюди, каолін та ін.

Як вуглець, входячи до складу всіх органічних речовин, кремній є найважливішим елементом рослинного та тваринного царства.

У звичайних умовах кремній є речовиною темно-сірого кольору (рис. 1). На вигляд схожий на метал. Тугоплавок – температура плавлення дорівнює 1415 o С. Характеризується високою твердістю.

Мал. 1. Кремній. Зовнішній вигляд.

Атомна та молекулярна маса кремнію

Відносна молекулярна маса речовини (M r) - це число, що показує, у скільки разів маса даної молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r) — у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більша за 1/12 маси атома вуглецю

Оскільки у вільному стані кремній існує у вигляді одноатомних молекул Si, значення його атомної та молекулярної мас збігаються. Вони дорівнюють 28,084.

Алотропія та алотропні модифікації кремнію

Кремній може існувати у вигляді двох алотропних модифікацій: алмазоподібної (кубічної) (стійка) та графітоподібної (нестійка). Алмазоподібний кремній знаходиться у твердому агрегатному стані, а графітоподібний – в аморфному. Вони також різняться на вигляд і хімічної активності.

Кристалічний кремній є речовиною темно-сірого кольору з металевим блиском, а аморфний - порошок бурого кольору. Друга модифікація має більшу реакційну здатність, ніж перша.

Ізотопи кремнію

Відомо, що в природі кремній може бути у вигляді трьох стабільних ізотопів 28 Si, 29 Si і 30 Si. Їхні масові числа дорівнюють 28, 29 і 30 відповідно. Ядро атома ізотопу кремнію 28 Si містить чотирнадцять протонів і чотирнадцять нейтронів, а ізотопів Si 29 ​​і 30 Si - така ж кількість протонів, п'ятнадцять і шістнадцять нейтронів відповідно.

Існують штучні ізотопи кремнію з масовими числами від 22-х до 44-х, серед яких найбільш довгоживучим є 32 Si з періодом напіврозпаду рівним 170 років.

Іони кремнію

На зовнішньому енергетичному рівні атома кремнію є чотири електрони, які є валентними:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3р 2 .

Через війну хімічної взаємодії кремній може віддавати свої валентні електрони, тобто. бути їх донором і перетворюватися на позитивно заряджений іон, або приймати електрони від іншого атома, тобто. бути акцептором, і перетворюється на негативно заряджений іон:

Si 0 -4e → Si 4+;

Si 0 +4e → Si 4-.

Молекула та атом кремнію

У вільному стані кремній існує як одноатомних молекул Si. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом та молекулу кремнію:

Сплави кремнію

Кремній використовується у металургії. Він є складовою багатьох сплавів. Найважливіші з них – це сплави на основі заліза, міді та алюмінію.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання	Скільки потрібно оксиду кремнію (IV), що містить 0,2 масових домішок, щоб отримати 6,1 г силікату натрію.
Рішення	Запишемо рівняння реакції отримання силікату натрію з оксиду кремнію (IV): SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O. Знайдемо кількість речовини силікату натрію: n(Na 2 SiO 3) = m (Na 2 SiO 3) / M(Na 2 SiO 3); n(Na 2 SiO 3) = 6,1/122 = 0,05моль. Відповідно до рівняння реакції n(Na ​​2 SiO 3) :n(SiO 2) = 1:1, тобто. n(Na 2 SiO 3) = n(SiO 2) = 0,05 моль. Маса оксиду кремнію (IV) (без домішок) дорівнюватиме: M(SiO 2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 г/моль. m pure (SiO2) = n(SiO2) × M(SiO2) = 0,05×60 = 3г. Тоді маса оксиду кремнію (IV), необхідна для реакції дорівнюватиме: m(SiO 2) = m pure (SiO 2)/w impurity = 3/0,2 = 15 г.
Відповідь	15 г

ПРИКЛАД 2

Завдання	Яку масу силікату натрію можна отримати при сплавленні оксиду кремнію (IV) з 64,2 г соди, масова частка домішок якої становить 5%?
Рішення	Запишемо рівняння реакції отримання силікату натрію шляхом сплавлення соди та оксиду кремнію (IV): SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2 -. Визначимо теоретичну масу соди (розраховується за рівнянням реакції): n(Na 2 CO 3) = 1 моль. M(Na 2 CO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 г/моль. m(Na2CO3) = n(Na2CO3) ×M(Na2CO3) = 1×106 = 106г. Знайдемо практичну масу соди: w pure (Na2CO3) = 100% - w impurity = 100% - 5% = 95% = 0,95. m pure (Na 2 CO 3) = m(Na 2 CO 3) xw pure (Na 2 CO 3); m pure (Na2CO3) = 64,2 × 0,95 = 61 р. Розрахуємо теоретичну масу силікату натрію: n(Na 2 SiO 3) = 1 моль. M(Na 2 SiO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 г/моль. m(Na 2 SiO 3) = n(Na ​​2 SiO 3) ×M(Na 2 SiO 3) = 1×122 = 122г. Нехай практична маса силікату натрію дорівнює х р. Складемо пропорцію: 61 г Na 2 CO 3 - х г Na 2 SiO 3 ; 106 г Na 2 CO 3 - 122 г Na 2 SiO 3 . Звідси х дорівнюватиме: х = 122 × 61/106 = 70,2 р. Значить маса силікату натрію, що виділився, дорівнює 70,2 г.
Відповідь	70,2 г

Один із найпоширеніших у природі елементів – це silicium, або кремній. Таке широке розселення свідчить про важливість та значущість цієї речовини. Це швидко зрозуміли та засвоїли люди, які навчилися правильно використовувати у своїх цілях кремній. Застосування його ґрунтується на особливих властивостях, про які й поговоримо далі.

Кремній – хімічний елемент

Якщо давати характеристику даного елемента за положенням у періодичній системі, можна позначити такі важливі пункти:

1. Порядковий номер – 14.
2. Період – третій малий.
3. Група – IV.
4. Підгрупа – головна.
5. Будова зовнішньої електронної оболонки виражається формулою 3s 2 3p 2 .
6. Елемент кремній позначається хімічним символом Si, який вимовляється як силіціум.
7. Ступені окислення, які він виявляє: -4; +2; +4.
8. Валентність атома дорівнює IV.
9. Атомна маса кремнію дорівнює 28,086.
10. У природі існує три стійкі ізотопи даного елемента з масовими числами 28, 29 і 30.

Отже, атом кремнію з хімічної погляду - досить вивчений елемент, описано безліч різних його властивостей.

Історія відкриття

Так як у природі дуже популярні і масові за змістом саме різні сполуки аналізованого елемента, з давніх-давен люди використовували і знали про властивості саме багатьох з них. Чистий кремній довгий час залишався за межею знань людини в хімії.

Найбільш популярними сполуками, якими користувалися в побуті та промисловості народи древніх культур (єгиптяни, римляни, китайці, русичі, перси та інші), були дорогоцінні та виробні камені на основі оксиду кремнію. До них відносяться:

• опал;
• Горний кришталь;
• топаз;
• хризопраз;
• онікс;
• халцедон та інші.

Також з давніх-давен прийнято використовувати кварц і в будівельній справі. Однак сам елементарний кремній залишався нерозкритим аж до XIX століття, хоча багато вчених марно намагалися виділити його з різних сполук, використовуючи для цього і каталізатори, і високі температури, і навіть електричний струм. Це такі світлі уми, як:

• Карл Шееле;
• Гей-Люссак;
• Тенар;
• Гемфрі Деві;
• Антуан Лавуазьє.

Здійснити вдало отримання кремнію у чистому вигляді вдалося Йєнсу Якобсу Берцеліусу у 1823 році. Для цього він проводив досвід зі сплавлення парів фтористого кремнію та металевого калію. В результаті отримав аморфну ​​модифікацію аналізованого елемента. Цим самим ученим було запропоновано латинську назву відкритому атому.

Ще трохи пізніше, в 1855 році, інший вчений - Сент Клер-Девіль - зумів синтезувати інший алотропний різновид - кристалічний кремній. З того часу знання про цей елемент та його властивості стали дуже швидко поповнюватися. Люди зрозуміли, що він має унікальні особливості, які можна дуже грамотно використовувати для задоволення власних потреб. Тому сьогодні один із найбільш затребуваних елементів в електроніці та техніці – це кремній. Застосування його лише розширює свої межі з кожним роком.

Російську назву атому дав учений Гесс у 1831 році. Саме воно і закріпилося до сьогодні.

За поширеністю у природі кремній посідає друге місце після кисню. Його відсоткове співвідношення проти іншими атомами у складі земної кори - 29,5%. Крім того, вуглець і кремній - це два особливі елементи, здатні формувати ланцюги, з'єднуючись один з одним. Саме тому для останнього відомо більше 400 різних природних мінералів, у складі яких він міститься в літосфері, гідросфері та біомасі.

Де саме міститься кремній?

1. У глибоких шарах ґрунту.
2. У гірських породах, покладах та масивах.
3. На дні водойм, особливо морів та океанів.
4. У рослинах та морських мешканцях царства тварин.
5. В організмі людини та наземних тварин.

Можна позначити кілька найпоширеніших мінералів та гірських порід, у складі яких у великій кількості є кремній. Хімія їхня така, що масовий вміст чистого елемента в них досягає 75%. Проте конкретна цифра залежить від різновиду матеріалу. Отже, гірські породи та мінерали з вмістом кремнію:

• польові шпати;
• слюди;
• амфіболи;
• опали;
• халцедони;
• силікати;
• пісковики;
• алюмосилікати;
• глини та інші.

Нагромаджуючись в панцирах і зовнішніх кістяках морських тварин, кремній поступово формує потужні поклади кремнезему на дні водойм. Це одне із природних джерел даного елемента.

Крім того, було встановлено, що силіціум може існувати у чистому самородному вигляді – у вигляді кристалів. Але такі родовища дуже рідкісні.

Фізичні властивості кремнію

Якщо давати характеристику аналізованого елемента з набору фізико-хімічних властивостей, то насамперед слід позначити саме фізичні параметри. Ось кілька основних:

1. Існує у вигляді двох алотропних модифікацій – аморфний та кристалічний, які відрізняються за всіма властивостями.
2. Кристалічна решітка дуже схожа з такою у алмазу, адже вуглець і кремній щодо цього майже однакові. Однак відстань між атомами різна (у кремнію більше), тому алмаз набагато твердіший і міцніший. Тип грат - кубічна гранецентрована.
3. Речовина дуже крихка, при високих температурах стає пластичною.
4. Температура плавлення дорівнює 1415?
5. Температура кипіння - 3250?
6. Щільність речовини - 2,33 г/см3.
7. Колір сполуки – сріблясто-сірий, виражений характерний металевий блиск.
8. Має хороші напівпровідникові властивості, які здатні варіювати при додаванні тих чи інших агентів.
9. Не розчиняється у воді, органічних розчинниках та кислотах.
10. Специфічно розчинний у лугах.

Позначені фізичні властивості кремнію дозволяють людям керувати ним та застосовувати для створення різних виробів. Так, наприклад, на властивості напівпровідності засноване використання чистого кремнію в електроніці.

Хімічні властивості

Хімічні властивості кремнію дуже залежить від умов проведення реакції. Якщо говорити про стандартні параметри, то потрібно позначити дуже низьку активність. Як кристалічний, і аморфний кремній дуже інертні. Чи не взаємодіють ні з сильними окислювачами (крім фтору), ні з сильними відновниками.

Це пов'язано з тим, що на поверхні речовини миттєво формується оксидна плівка SiO 2 яка перешкоджає подальшим взаємодіям. Вона здатна утворитися під впливом води, повітря, пари.

Якщо ж змінити стандартні умови і зробити нагрівання кремнію до температури понад 400?С, то його хімічна активність сильно зросте. У цьому випадку він вступатиме в реакції з:

• киснем;
• усіма видами галогенів;
• воднем.

При подальшому підвищенні температури можливе утворення продуктів при взаємодії з бором, азотом та вуглецем. Особливе значення має карборунд - SiC, оскільки він є добрим абразивним матеріалом.

Також хімічні властивості кремнію чітко простежуються під час реакцій з металами. По відношенню до них він окислювач, тому продукти звуться силіцидів. Відомі подібні сполуки для:

• лужних;
• лужноземельних;
• перехідних металів

Незвичайними властивостями володіє сполука, що отримується при сплавленні заліза та кремнію. Воно носить назву феросиліцієвої кераміки та успішно застосовується в промисловості.

Зі складними речовинами кремній у взаємодію не вступає, тому з усіх їх різновидів здатний розчинятися лише в:

• царській горілці (суміш азотної та соляної кислот);
• їдких лугах.

При цьому температура розчину повинна бути не меншою за 60˚С. Все це ще раз підтверджує фізичну основу речовини - алмазоподібні стійкі кристалічні грати, що надає йому міцність та інертність.

Способи отримання

Отримання кремнію в чистому вигляді – процес досить витратний економічно. З іншого боку, з його властивостей будь-який спосіб дає лише з 90-99 % чистий продукт, тоді як домішки як металів і вуглецю залишаються однаково. Тому просто одержати речовину недостатньо. Його треба ще й якісно очистити від сторонніх елементів.

У цілому виробництво кремнію здійснюється двома основними шляхами:

1. З білого піску, який є чистим оксидом кремнію SiO 2 . При прожарюванні його з активними металами (найчастіше з магнієм) відбувається утворення вільного елемента у вигляді аморфної модифікації. Чистота такого способу висока, продукт виходить із 99,9-відсотковим виходом.
2. Найбільш поширений спосіб у промислових масштабах - це спікання розплаву піску з коксом у спеціалізованих термічних печах для випалу. Даний метод був розроблений російським вченим Бекетовим Н. Н.

Подальша обробка полягає у піддаванні продуктів методам очищення. Для цього використовуються кислоти чи галогени (хлор, фтор).

Аморфний кремній

Характеристика кремнію буде неповною, якщо не розглянути окремо кожну його аллотропну модифікацію. Перша з них – це аморфна. У такому стані речовина, що розглядається нами, являє собою порошок буро-коричневого кольору, дрібнодисперсний. Має високий ступінь гігроскопічності, виявляє досить високу хімічну активність при нагріванні. У стандартних умовах здатний взаємодіяти лише з найсильнішим окислювачем – фтором.

Називати аморфний кремній саме різновидом кристалічного не зовсім правильно. Його грати показують, що ця речовина - це лише форма дрібнодисперсного кремнію, що існує у вигляді кристалів. Тому як такі ці модифікації - те саме з'єднання.

Однак властивості їх різняться, тому й заведено говорити про алотропію. Сам по собі аморфний кремній має високу світлопоглинальну здатність. Крім того, за певних умов даний показник у рази перевищує подібний до кристалічної форми. Тому його використовують у технічних цілях. У аналізованому вигляді (порошок) з'єднання легко наноситься на будь-яку поверхню, чи то пластик чи скло. Тому такий зручний для використання саме аморфний кремній. Застосування ґрунтується на різних розмірах.

Хоча зношування батарей подібного типу досить швидке, що пов'язано з стиранням тонкої плівки речовини, проте застосування і затребуваність тільки зростає. Адже навіть за короткий термін служби сонячні батареї на основі аморфного кремнію можуть забезпечити енергією цілі підприємства. До того ж виробництво подібної речовини безвідходне, що робить його дуже економним.

Отримують таку модифікацію шляхом відновлення сполук активними металами, наприклад натрієм або магнієм.

Кристалічний кремній

Сріблясто-сіра блискуча модифікація елемента, що розглядається. Саме така форма є найпоширенішою та найбільш затребуваною. Це пояснюється набором якісних властивостей, якими володіє ця речовина.

Характеристика кремнію з кристалічною решіткою включає класифікацію його видів, так як їх кілька:

1. Електронної якості - найчистіший та максимально високоякісний. Саме такий вид використовується в електроніці для створення особливо вразливих приладів.
2. Сонячної якості. Сама назва визначає область використання. Це також досить високий по чистоті кремній, застосування якого необхідне для створення якісних сонячних батарей, що довго працюють. Фотоелектричні перетворювачі, створені на основі саме кристалічної структури, більш якісні та зносостійкі, ніж ті, що створені з використанням аморфної модифікації шляхом напилення різного типу підкладки.
3. Технічний кремній. Цей різновид включаються ті зразки речовини, в яких міститься близько 98 % чистого елемента. Решта йде на різного роду домішки:

• алюміній;
• хлор;
• вуглець;
• фосфор та інші.

Останній різновид аналізованої речовини використовується з метою отримання полікристалів кремнію. І тому проводяться процеси перекристалізації. Внаслідок цього чистотою виходять такі продукти, які можна відносити до груп сонячної та електронної якості.

За своєю природою полікремній – це проміжний продукт між аморфною модифікацією та кристалічною. З таким варіантом легше працювати, він краще піддається переробці та очищенню фтором та хлором.

Продукти, що виходять в результаті, можна класифікувати так:

• мультикремній;
• монокристалічний;
• профільовані кристали;
• кремнієвий скрап;
• технічний кремній;
• відходи виробництва у вигляді осколків та обрізків речовини.

Кожен із них знаходить застосування у промисловості та використовується людиною повністю. Тому, що стосуються кремнію, вважаються безвідходними. Це значно знижує його економічну вартість, не впливаючи на якість.

Використання чистого кремнію

Виробництво кремнію в промисловості налагоджено досить добре, яке масштаби досить об'ємні. Це з тим, що це елемент, як чистий, і у вигляді різних сполук, поширений і затребуваний у різних галузях науку й техніки.

Де ж використовується кристалічний та аморфний кремній у чистому вигляді?

1. У металургії як легуюча добавка, здатна змінювати властивості металів та його сплавів. Так, він використовується при виплавці сталі та чавуну.
2. Різні види речовини йдуть виготовлення більш чистого варіанта - поликремния.
3. Сполуки кремнію з - це ціла хімічна галузь, яка набула особливої ​​популярності сьогодні. Кремнійорганічні матеріали використовуються в медицині, при виготовленні посуду, інструментів та багато іншого.
4. Виготовлення різних сонячних батарей. Цей спосіб отримання енергії є одним із найперспективніших у майбутньому. Екологічно чисто, економічно вигідно та зносостійко – основні переваги такого отримання електрики.
5. Кремній для запальничок використовується вже давно. Ще в давнину люди використовували кремінь для отримання іскри під час розпалу вогню. Цей принцип закладено основою виробництва запальничок різноманітних. Сьогодні зустрічаються види, в яких кремінь замінений на сплав певного складу, що дає ще швидший результат (іскріння).
6. Електроніка та сонячна енергетика.
7. Виготовлення дзеркалець у газових лазерних пристроях.

Таким чином, чистий кремній має масу переважних та особливих властивостей, що дозволяють використовувати його для створення важливих та потрібних продуктів.

Застосування сполук кремнію

Крім простої речовини, використовуються різні сполуки кремнію, причому дуже широко. Існує ціла галузь промисловості, яка називається силікатною. Саме вона ґрунтується на використанні різних речовин, до складу яких входить цей дивовижний елемент. Які це сполуки та що з них виробляють?

1. Кварц, або річковий пісок – SiO 2 . Використовується для виготовлення таких будівельних та декоративних матеріалів, як цемент та скло. Де використовуються ці матеріали всім відомо. Жодне будівництво не обходиться без цих компонентів, що підтверджує важливість сполук кремнію.
2. Силікатна кераміка, в яку входять такі матеріали, як фаянс, фарфор, цегла та продукти на їх основі. Дані компоненти використовуються в медицині, при виготовленні посуду, декоративних прикрас, предметів побуту, у будівництві та інших побутових сферах діяльності людини.
3. - силікони, силікагелі, силіконові олії.
4. Силікатний клей - використовується як канцелярський, у піротехніці та будівництві.

Кремній, ціна на який варіює на світовому ринку, але не перетинає зверху вниз позначку 100 рублів РФ за кілограм (за кристалічний), є затребуваною і цінною речовиною. Природно, що і з'єднання цього елемента так само поширені і застосовні.

Біологічна роль кремнію

З погляду значущості для організму кремній важливий. Його зміст та розподіл за тканинами такий:

• 0,002% - м'язова;
• 0,000017% - кісткова;
• кров – 3,9 мг/л.

Щодня всередину має потрапляти близько одного грама кремнію, інакше почнуть розвиватися захворювання. Смертельно небезпечних у тому числі немає, проте тривале кремнієве голодування призводить до:

• випадання волосся;
• появі вугрової висипки та прищів;
• крихкості та ламкості кісток;
• легкої проникності капілярів;
• втоми та головним болям;
• появі численних синців та синців.

Для рослин кремній – важливий мікроелемент, необхідний для нормального зростання та розвитку. Досліди на тваринах показали, що краще ростуть ті особини, які щодня споживають достатню кількість кремнію.