Силиций и неговите съединения. Силиций в природата. Приложение на силиций

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Силиконът е един от най-търсените елементи в технологиите и индустрията. Това се дължи на необичайните си свойства. Днес има много различни съединения на този елемент, които играят важна роля в синтеза и създаването на технически продукти, съдове, стъкло, оборудване, строителни и довършителни материали, бижута и други индустрии.

Общи характеристики на силиция

Ако разгледаме позицията на силиция в периодичната система, можем да кажем това:

1. Намира се в група IV на основната подгрупа.
2. Пореден номер 14.
3. Атомна маса 28, 086.
4. Химически символ Si.
5. Име - silicon, или на латински - silicium.
6. Електронна конфигурация на външния слой 4e:2e:8e.

Кристалната решетка на силиция е подобна на тази на диаманта. Атомите са разположени във възлите, типът им е кубичен с лицево центриране. Въпреки това, поради по-голямата дължина на връзката, физическите свойства на силиция са много различни от тези на алотропната модификация на въглерода.

Физични и химични свойства

Има двеалотропни модификации на този елемент: аморфен и кристален. Много си приличат. Въпреки това, както при другите вещества, основната разлика между тях е кристалната решетка на силиция.

В този случай и двете модификации са прахове с различни цветове.

1. Кристалният силиций е тъмносив лъскав прах, подобен на метал. Структурата му съответства на диаманта, но свойствата са различни. Той има:

• крехкост;
• ниска твърдост;
• полупроводникови свойства;
• точка на топене 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• точка на кипене 2700⁰C.

Химичната му активност е ниска в сравнение с друга алотропна форма.

2. Аморфен силиций - кафяво-кафяв прах, има структурата на силно неуреден диамант. Химическата активност е доста висока.

Като цяло трябва да се отбележи, че силицият не обича да реагира. За да реагира, ви е необходима температура от поне 400-500⁰C. При тези условия се образуват различни химични съединения на силиция. Като например:

• оксиди;
• халогениди;
• силициди;
• нитриди;
• borides;
• карбиди.

Възможно взаимодействие на силиций с азотна киселина или алкали, което се нарича процес на ецване. Органосилициевите съединения са широко разпространени и днес стават все по-разпространени.

Да бъдеш сред природата

Силиций се намира в природата в доста значително количество. Той е на второ място след кислорода по разпространение. Масовата му част е около 30%. Морската вода също съдържа този елемент в приблизителна концентрация от 3 mg/l. Следователно не може да се каже, че силицийът е рядък елемент в природата.

Напротив, има много различни скали и минерали, в които се среща и от които може да се добива. Най-често срещаните естествени силициеви съединения са, както следва:

1. силициев диоксид. Химическата формула е SiO₂. Съществува доста голямо разнообразие от форми на минерали и скали, базирани на него: пясък, кремък, фелдшпат, кварц, скален кристал, аметист, халцедон, карнеол, опал, яспис и други.
2. Силикати и алумосиликати. Каолин, шпатори, слюда, соли на силициева киселина, азбест, талк.

По този начин силицийът е широко разпространен в природата и неговите съединения са популярни и търсени сред хората за технически приложения.

Силиций и неговите съединения

Тъй като въпросният елемент не може да съществува в чиста форма, следователно различните му съединения са важни. От химическа гледна точка, той може да проявява три степени на окисление: +2, +4, -4. Изхождайки от това, както и от своята инертност, но специална в структурата на кристалната решетка, той образува следните основни видове вещества:

• бинарни съединения с неметали (силан, карбид, нитрид, фосфид и т.н.;
• оксиди;
• силицийкиселина;
• метални силикати.

Нека разгледаме по-отблизо значението на силиция и неговите съединения, които са най-често срещаните и търсени от хората.

Силициеви оксиди

Има две разновидности на това вещество, изразено с формулите:

• SiO;
• SiO₂.

Въпреки това, най-разпространеният е диоксидът. Съществува в природата под формата на много красиви полускъпоценни камъни:

• ахат;
• халцедон;
• опал;
• карнеол;
• jasper;
• аметист;
• кристален кристал.

Използването на силиций в тази форма е намерило своето приложение в производството на бижута. С тези полускъпоценни и полускъпоценни камъни се правят невероятно красиви златни и сребърни бижута.

Още няколко варианта на силициев диоксид:

• кварц;
• река и кварцов пясък;
• кремък;
• фелдшпати.

Използването на силиций в тези видове се прилага в строителните работи, инженерството, радиоелектрониката, химическата промишленост и металургията. Заедно изброените оксиди принадлежат към едно-единствено вещество - силициев диоксид.

Силициев карбид и неговите приложения

Силицият и неговите съединения са материалите на бъдещето и настоящето. Един от тези материали е карборундът или карбидът на този елемент. Химическа формула на SiC. Среща се естествено като минерал моасанит.

В чистата си форма съединението от въглерод и силиций е красивопрозрачни кристали, наподобяващи диамантени структури. Въпреки това, зелено и черно оцветени вещества се използват за технически цели.

Основните характеристики на това вещество, позволяващи използването му в металургията, машиностроенето, химическата промишленост, са както следва:

• полупроводник с широка междина;
• много висока якост (7 по скалата на Моос);
• устойчиви на висока температура;
• отлично електрическо съпротивление и топлопроводимост.

Всичко това прави възможно използването на карборунд като абразивен материал в металургията и химическия синтез. А също и на негова основа да произвежда широкоспектърни светодиоди, части за пещи за топене на стъкло, дюзи, факли, бижута (моасанитът се цени повече от кубичния цирконий).

Силан и неговото значение

Водородното съединение на силиция се нарича силан и не може да бъде получено чрез директен синтез от изходни материали. За получаването му се използват силициди от различни метали, които се обработват с киселини. В резултат на това се отделя газообразен силан и се образува метална сол.

Интересно е, че въпросната връзка никога не се формира сама. Винаги в резултат на реакцията се получава смес от моно-, ди- и трисилан, в която силициевите атоми са свързани помежду си във вериги.

По своите свойства тези съединения са силни редуциращи агенти. В същото време самите те лесно се окисляват от кислород, понякога с експлозия. При халогените реакциите винаги са бурни, с голяма емисияенергия.

Приложенията на силани са както следва:

1. Реакции на органичен синтез, които водят до образуването на важни органосилициеви съединения - силикони, гуми, уплътнители, лубриканти, емулсии и други.
2. Микроелектроника (LCD монитори, интегрални технически схеми и др.).
3. Получаване на ултрачист полисилиций.
4. Зъболечение с протези.

По този начин значението на силаните в съвременния свят е голямо.

силициева киселина и силикати

Хидроксидът на въпросния елемент е различни силициеви киселини. Акцент:

• meta;
• орто;
• полисилициева и други киселини.

Всички те са обединени от общи свойства - изключителна нестабилност в свободно състояние. Те лесно се разлагат под въздействието на температурата. При нормални условия те не съществуват дълго, превръщайки се първо в зол, а след това в гел. След изсушаване такива структури се наричат силикагелове. Използват се като адсорбенти във филтри.

Важни, от гледна точка на индустрията, са солите на силициевите киселини - силикати. Те са в основата на производството на вещества като:

• стъкло;
• бетон;
• цимент;
• зеолит;
• каолин;
• порцелан;
• фаянс;
• кристал;
• керамика.

Силикатите на алкалните метали са разтворими, всички останали не са. Следователно натриевият и калиевият силикат се нарича течно стъкло. Обикновено канцеларско лепило - това е натрийсол на силициева киселина.

Но най-интересните съединения все още са очилата. Колкото и варианти на това вещество да са измислили! Днес те получават цветни, оптични, матови опции. Стъклените изделия са поразителни със своя блясък и разнообразие. Чрез добавяне на определени метални и неметални оксиди към сместа може да се произведе голямо разнообразие от видове стъкло. Понякога дори същият състав, но различен процент на компонентите води до разлика в свойствата на веществото. Пример за това са порцелан и фаянс, чиято формула е SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Кварцовото стъкло е форма на високо чист продукт, чийто състав е описан като силициев диоксид.

Открития в силициевите съединения

През последните няколко години на изследвания беше доказано, че силицийът и неговите съединения са най-важните участници в нормалното състояние на живите организми. При липса или излишък на този елемент, заболявания като:

• рак;
• туберкулоза;
• артрит;
• катаракта;
• проказа;
• дизентерия;
• ревматизъм;
• хепатит и други.

Самият процес на стареене също е свързан с количественото съдържание на силиций. Многобройни експерименти върху бозайници са доказали, че при липса на елемент възникват инфаркти, инсулти, рак и се активира вирусът на хепатита.