Imena periodnega sistema kemijskih elementov. Silicij: uporaba, kemijske in fizikalne lastnosti

18.10.2023 | Država in pravo

Silicij(lat. silicium), si, kemični element IV. skupine periodnega sistema Mendelejeva; atomsko število 14, atomska masa 28.086. V naravi je element predstavljen s tremi stabilnimi izotopi: 28 si (92,27 %), 29 si (4,68 %) in 30 si (3,05 %).

Zgodovinska referenca . K spojine, razširjene na zemlji, so človeku poznane že v kameni dobi. Uporaba kamnitih orodij za delo in lov se je nadaljevala več tisočletij. Uporaba spojin K povezana z njihovo predelavo – proizvodnjo steklo - začel okoli 3000 pr. e. (v starem Egiptu). Najstarejša znana spojina K. je dioksid sio 2 (silicijev dioksid). V 18. stoletju silicijev dioksid je veljal za preprosto telo in so ga imenovali "zemlje" (kot se odraža v njegovem imenu). Kompleksnost sestave kremena je ugotovil I. Ya. Berzelius. Prvič je leta 1825 pridobil elementarni kalcij iz silicijevega fluorida sif 4, pri čemer je slednjega reduciral s kovinskim kalijem. Nov element je dobil ime "silicij" (iz latinskega silex - kremen). Rusko ime je uvedel G.I. Hess leta 1834.

Razširjenost v naravi . Po razširjenosti v zemeljski skorji je kisik drugi element (za kisikom), njegova povprečna vsebnost v litosferi je 29,5% (po masi). V zemeljski skorji ima ogljik enako primarno vlogo kot ogljik v živalskem in rastlinskem svetu. Za geokemijo kisika je pomembna njegova izjemno močna povezanost s kisikom. Približno 12 % litosfere je silicijev dioksid sio 2 v mineralni obliki kremen in njegove sorte. 75 % litosfere sestavljajo različni silikati in aluminosilikati(feldspati, sljude, amfiboli itd.). Skupno število mineralov, ki vsebujejo silicijev dioksid, presega 400 .

Med magmatskimi procesi pride do šibke diferenciacije kalcija: kopiči se tako v granitoidih (32,3 %) kot v ultrabazičnih kamninah (19 %). Pri visokih temperaturah in visokem tlaku se topnost sio 2 poveča. Možna je tudi njegova migracija z vodno paro, zato so za pegmatite hidrotermalnih žil značilne znatne koncentracije kremena, ki je pogosto povezan z rudnimi elementi (zlato-kremenove, kremen-kasiteritne itd. žile).

Fizikalne in kemijske lastnosti. Ogljik tvori temno sive kristale s kovinskim leskom, ki imajo na ploskvi osredotočeno kubično diamantno mrežo s periodo a = 5,431 a in gostoto 2,33 g/cm 3 . Pri zelo visokih tlakih je bila pridobljena nova (očitno heksagonalna) modifikacija z gostoto 2,55 g/cm 3. K. se tali pri 1417°C, vre pri 2600°C. Specifična toplotna kapaciteta (pri 20-100°C) 800 J/ (kg? K) ali 0,191 cal/ (g? deg); toplotna prevodnost tudi za najčistejše vzorce ni konstantna in je v območju (25°C) 84-126 W/ (m? K) ali 0,20-0,30 cal/ (cm? s? deg). Temperaturni koeficient linearne ekspanzije 2,33? 10-6 K-1; pod 120k postane negativna. K. je prozoren za dolgovalovne infrardeče žarke; lomni količnik (za l =6 µm) 3,42; dielektrična konstanta 11.7. K. je diamagneten, atomska magnetna občutljivost je -0,13? 10 -6. K. trdota po Mohsu 7,0, po Brinellu 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modul elastičnosti 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), koeficient stisljivosti 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. krhki material; opazna plastična deformacija se začne pri temperaturah nad 800°C.

K. je polprevodnik, ki se vedno bolj uporablja. Električne lastnosti bakra so zelo odvisne od nečistoč. Notranja specifična volumetrična električna upornost celice pri sobni temperaturi je 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Polprevodniško vezje s prevodnostjo R-tip (aditivi B, al, in ali ga) in n-tipa (aditivi P, bi, as ali sb) ima bistveno manjšo odpornost. Pasovna vrzel glede na električne meritve je 1,21 ev ob 0 TO in se zmanjša na 1,119 ev pri 300 TO.

V skladu s položajem obroča v periodnem sistemu Mendelejeva je 14 elektronov obročnega atoma porazdeljenih v tri lupine: v prvi (od jedra) 2 elektrona, v drugi 8, v tretji (valentna) 4; konfiguracijo elektronske lupine 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Zaporedni ionizacijski potenciali ( ev): 8,149; 16,34; 33.46 in 45.13. Atomski radij 1,33 a, kovalentni radij 1,17 a, ionski polmer si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

V ogljikovih spojinah (podobnih ogljiku) 4-valenten. Za razliko od ogljika ima silicijev dioksid poleg koordinacijskega števila 4 koordinacijsko število 6, kar je razloženo z velikim volumnom njegovega atoma (primer takih spojin so silikofluoridi, ki vsebujejo 2- skupino).

Kemična vez ogljikovega atoma z drugimi atomi se običajno izvaja zaradi hibridnih sp 3 orbital, vendar je možno vključiti tudi dva od njegovih petih (prostih) 3 d- orbitale, še posebej, če je K. šest koordinat. Z nizko vrednostjo elektronegativnosti 1,8 (v primerjavi z 2,5 za ogljik; 3,0 za dušik itd.) je ogljik elektropozitiven v spojinah z nekovinami in te spojine so polarne narave. Visoka energija vezave s kisikom si-o, enaka 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , določa stabilnost njegovih kisikovih spojin (sio 2 in silikatov). Energija vezave si-si je nizka, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Za razliko od ogljika za ogljik ni značilna tvorba dolgih verig in dvojnih vezi med si atomi. V zraku je ogljik zaradi tvorbe zaščitnega oksidnega filma stabilen tudi pri povišanih temperaturah. V kisiku začne oksidirati pri 400 °C in tvori silicijev dioksid sio 2. Poznan je tudi sio monoksid, stabilen pri visokih temperaturah v obliki plina; zaradi nenadnega ohlajanja lahko dobimo trden produkt, ki zlahka razpade v redko zmes si in sio 2. K. je odporen na kisline in se topi le v mešanici dušikove in fluorovodikove kisline; zlahka se raztopi v vročih alkalijskih raztopinah s sproščanjem vodika. K. reagira s fluorom pri sobni temperaturi in z drugimi halogeni pri segrevanju, da tvori spojine s splošno formulo šest 4 . Vodik ne reagira neposredno z ogljikom in silicijeve kisline(silani) se pridobivajo z razgradnjo silicidov (glej spodaj). Vodikove silikone poznamo od sih 4 do si 8 h 18 (sestava je podobna nasičenim ogljikovodikom). K. tvori 2 skupini silanov, ki vsebujejo kisik - siloksani in silokseni. K reagira z dušikom pri temperaturah nad 1000 °C. Velik praktični pomen ima si 3 n 4 nitrid, ki ne oksidira na zraku niti pri 1200 °C, je odporen na kisline (razen dušikove) in alkalije, pa tudi na staljene kovine in žlindre, zaradi česar je dragocen material za kemični industriji, za proizvodnjo ognjevzdržnih materialov itd. Spojine ogljika z ogljikom se odlikujejo po visoki trdoti ter toplotni in kemični odpornosti ( silicijev karbid sic) in z borom (sib 3, sib 6, sib 12). Pri segrevanju klor reagira (v prisotnosti kovinskih katalizatorjev, kot je baker) z organoklorovimi spojinami (na primer ch 3 cl), da nastanejo organohalosilani [na primer si (ch 3) 3 ci], ki se uporabljajo za sintezo številnih organosilicijeve spojine.

K. tvori spojine s skoraj vsemi kovinami - silicidi(povezave samo z bi, tl, pb, hg niso bile zaznane). Pridobljenih je bilo več kot 250 silicidov, katerih sestava (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si itd.) običajno ne ustreza klasičnim valencam. Silicidi so ognjevarni in trdi; Največji praktični pomen ima ferosilicij in molibdenov silicid mosi 2 (grelniki električnih peči, lopatice plinskih turbin itd.).

Prejem in prijava. K. tehnično čistost (95-98%) dobimo v električnem obloku z redukcijo kremena sio 2 med grafitnimi elektrodami. V povezavi z razvojem polprevodniške tehnologije so se razvile metode za pridobivanje čistega in posebej čistega bakra, ki zahtevajo predhodno sintezo najčistejših izhodnih spojin bakra, iz katerih se baker ekstrahira z redukcijo ali termično razgradnjo.

Čisti polprevodniški baker se pridobiva v dveh oblikah: polikristalni (z redukcijo sici 4 ali sihcl 3 s cinkom ali vodikom, termično razgradnjo sil 4 in sih 4) in monokristalni (taljenje brez cone brez lončka in "vlečenje" monokristala). iz staljenega bakra - metoda Czochralskega).

Posebej dopiran baker se pogosto uporablja kot material za izdelavo polprevodniških naprav (tranzistorjev, termistorjev, močnostnih usmernikov, nadzorovanih diod - tiristorjev; sončnih fotocelic, ki se uporabljajo v vesoljskih plovilih itd.). Ker je K. prosojen za žarke z valovno dolžino od 1 do 9 µm, uporablja se v infrardeči optiki .

K. ima raznolika in vedno večja področja uporabe. V metalurgiji se kisik uporablja za odstranjevanje kisika, raztopljenega v staljenih kovinah (deoksidacija). K. je sestavni del velikega števila zlitin železa in neželeznih kovin. Običajno ogljik daje zlitinam večjo odpornost proti koroziji, izboljša njihove livne lastnosti in poveča mehansko trdnost; pri večji vsebnosti K. pa lahko povzroči krhkost. Najpomembnejše so železove, bakrove in aluminijeve zlitine, ki vsebujejo kalcij, čedalje več ogljika se uporablja za sintezo organosilicijevih spojin in silicidov. Kremen in številni silikati (gline, glinenci, sljuda, smukec itd.) se predelujejo v steklarski, cementni, keramični, električni in drugi industriji.

V. P. Barzakovskega.

Silicij se v telesu nahaja v obliki različnih spojin, ki sodeluje predvsem pri tvorbi trdih skeletnih delov in tkiv. Nekatere morske rastline (na primer diatomeje) in živali (na primer kremenčeve spužve, radiolariji) lahko akumulirajo posebno velike količine silicija in ob odmiranju tvorijo debele usedline silicijevega dioksida na dnu oceana. V hladnih morjih in jezerih prevladujejo biogeni mulji, obogateni s kalijem, v tropskih morjih prevladujejo apnenčasti mulji z nizko vsebnostjo kalija, med kopenskimi rastlinami pa veliko kalija kopičijo žita, šaši, palme in preslice. Pri vretenčarjih je vsebnost silicijevega dioksida v pepelnih snoveh 0,1-0,5%. V največjih količinah se K. nahaja v gostem vezivnem tkivu, ledvicah in trebušni slinavki. Dnevna človeška prehrana vsebuje do 1 G K. Ko je v zraku visoka vsebnost prahu silicijevega dioksida, pride v človeška pljuča in povzroči bolezen - silikoza.

V. V. Kovalskega.

Lit.: Berezhnoy A.S., Silicij in njegovi binarni sistemi. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Polprevodniki - germanij in silicij, M., 1961; Renyan V.R., Tehnologija polprevodniškega silicija, trans. iz angleščine, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Proizvodnja polprevodniškega silicija, M., 1970; Silicij in germanij. sob. Umetnost, ur. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Kristalna kemija silicidov in germanidov, M., 1971; wolf N. f., podatki o silicijevem polprevodniku, oxf. - n. letnik 1965.

prenesi povzetek

Če se vam zdi periodni sistem težko razumljiv, niste edini! Čeprav je lahko težko razumeti njegova načela, vam bo učenje, kako ga uporabljati, pomagalo pri študiju znanosti. Najprej preučite strukturo tabele in katere informacije lahko iz nje izveste o vsakem kemijskem elementu. Nato lahko začnete preučevati lastnosti vsakega elementa. In končno, s pomočjo periodnega sistema lahko določite število nevtronov v atomu določenega kemičnega elementa.

Koraki

1. del

Struktura tabele

Periodični sistem ali periodni sistem kemijskih elementov se začne v zgornjem levem kotu in konča na koncu zadnje vrstice tabele (spodnji desni kot). Elementi v tabeli so razporejeni od leve proti desni v naraščajočem vrstnem redu glede na njihovo atomsko število. Atomsko število kaže, koliko protonov vsebuje en atom. Poleg tega se z večanjem atomskega števila povečuje tudi atomska masa. Tako lahko glede na lokacijo elementa v periodnem sistemu določimo njegovo atomsko maso.

Kot lahko vidite, vsak naslednji element vsebuje en proton več kot element pred njim. To je očitno, ko pogledate atomska števila. Atomska števila se povečajo za eno, ko se premikate od leve proti desni. Ker so elementi razporejeni v skupine, so nekatere celice tabele prazne.
- Na primer, prva vrstica tabele vsebuje vodik, ki ima atomsko številko 1, in helij, ki ima atomsko številko 2. Vendar se nahajata na nasprotnih koncih, ker pripadata različnima skupinama.
Spoznajte skupine, ki vsebujejo elemente s podobnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi. Elementi vsake skupine se nahajajo v ustreznem navpičnem stolpcu. Običajno so označeni z isto barvo, kar pomaga prepoznati elemente s podobnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi ter napovedati njihovo obnašanje. Vsi elementi določene skupine imajo enako število elektronov v svoji zunanji lupini.
- Vodik lahko razvrstimo tako med alkalijske kovine kot med halogene. V nekaterih tabelah je navedena v obeh skupinah.
- V večini primerov so skupine oštevilčene od 1 do 18, številke pa so postavljene na vrhu ali dnu tabele. Številke lahko navedete z rimskimi (npr. IA) ali arabskimi (npr. 1A ali 1) številkami.
- Ko se premikate po stolpcu od zgoraj navzdol, pravite, da »brskate po skupini«.
Ugotovite, zakaj so v tabeli prazne celice. Elementi niso razvrščeni le glede na njihovo atomsko število, ampak tudi po skupinah (elementi v isti skupini imajo podobne fizikalne in kemijske lastnosti). Zahvaljujoč temu je lažje razumeti, kako se določen element obnaša. Ker pa se atomsko število povečuje, elementov, ki spadajo v ustrezno skupino, ni vedno mogoče najti, zato so v tabeli prazne celice.
- Na primer, prve 3 vrstice imajo prazne celice, ker prehodne kovine najdemo samo od atomske številke 21.
- Elementi z atomskimi številkami od 57 do 102 so razvrščeni kot redki zemeljski elementi in so običajno postavljeni v lastno podskupino v spodnjem desnem kotu tabele.
Vsaka vrstica tabele predstavlja obdobje. Vsi elementi iste periode imajo enako število atomskih orbital, v katerih se nahajajo elektroni v atomih. Število orbital ustreza številu periode. Tabela vsebuje 7 vrstic, to je 7 obdobij.
- Na primer, atomi elementov prve dobe imajo eno orbitalo, atomi elementov sedme dobe pa 7 orbital.
- Obdobja so praviloma označena s številkami od 1 do 7 na levi strani tabele.
- Ko se premikate vzdolž črte od leve proti desni, pravijo, da »skenirate obdobje«.
Naučite se razlikovati med kovinami, metaloidi in nekovinami. Lastnosti elementa boste bolje razumeli, če boste lahko določili, kakšne vrste je. Za udobje so v večini tabel kovine, metaloidi in nekovine označene z različnimi barvami. Kovine so na levi, nekovine pa na desni strani mize. Med njimi se nahajajo metaloidi.

2. del
Oznake elementov
1. Vsak element je označen z eno ali dvema latiničnima črkama. Praviloma je simbol elementa prikazan z velikimi črkami v sredini ustrezne celice. Simbol je skrajšano ime za element, ki je enako v večini jezikov. Simboli elementov se pogosto uporabljajo pri izvajanju poskusov in delu s kemijskimi enačbami, zato si jih je koristno zapomniti.
  - Običajno so simboli elementov okrajšave njihovega latinskega imena, čeprav za nekatere, zlasti nedavno odkrite elemente, izhajajo iz splošnega imena. Na primer, helij je predstavljen s simbolom He, ki je blizu običajnemu imenu v večini jezikov. Hkrati je železo označeno kot Fe, kar je okrajšava njegovega latinskega imena.
2. Bodite pozorni na polno ime elementa, če je navedeno v tabeli. Ta element "ime" se uporablja v navadnih besedilih. Na primer, "helij" in "ogljik" sta imeni elementov. Običajno, čeprav ne vedno, so polna imena elementov navedena pod njihovim kemijskim simbolom.
  - Včasih tabela ne označuje imen elementov in daje samo njihove kemijske simbole.
3. Poiščite atomsko število. Običajno se atomsko število elementa nahaja na vrhu ustrezne celice, na sredini ali v kotu. Lahko se pojavi tudi pod simbolom ali imenom elementa. Elementi imajo atomska števila od 1 do 118.
  - Atomsko število je vedno celo število.
4. Ne pozabite, da atomsko število ustreza številu protonov v atomu. Vsi atomi elementa vsebujejo enako število protonov. Za razliko od elektronov ostaja število protonov v atomih elementa konstantno. V nasprotnem primeru bi dobili drugačen kemični element!
  - Atomsko število elementa lahko določi tudi število elektronov in nevtronov v atomu.
5. Običajno je število elektronov enako številu protonov. Izjema je primer, ko je atom ioniziran. Protoni imajo pozitiven naboj, elektroni pa negativen naboj. Ker so atomi običajno nevtralni, vsebujejo enako število elektronov in protonov. Vendar lahko atom pridobi ali izgubi elektrone, v tem primeru postane ioniziran.
  - Ioni imajo električni naboj. Če ima ion več protonov, ima pozitiven naboj, v tem primeru se za simbolom elementa postavi znak plus. Če ion vsebuje več elektronov, ima negativen naboj, označen z znakom minus.
  - Znaka plus in minus se ne uporabljata, če atom ni ion.

Številne sodobne tehnološke naprave in aparati so nastali zaradi edinstvenih lastnosti snovi, ki jih najdemo v naravi. Človeštvo z eksperimentiranjem in skrbnim preučevanjem elementov okoli nas nenehno posodablja lastne izume – ta proces imenujemo tehnični napredek. Temelji na elementarnih, vsakomur dostopnih stvareh, ki nas obdajajo v vsakdanjem življenju. Na primer, pesek: kaj bi lahko bilo presenetljivo in nenavadno? Znanstveniki so iz njega uspeli izolirati silicij, kemični element, brez katerega računalniška tehnologija ne bi obstajala. Področje njegove uporabe je raznoliko in se nenehno širi. To dosežemo zaradi edinstvenih lastnosti atoma silicija, njegove strukture in možnosti spojin z drugimi preprostimi snovmi.

Značilno

V različici, ki jo je razvil D. I. Mendelejev, je silicij označen s simbolom Si. Spada med nekovine, nahaja se v glavni četrti skupini tretje periode in ima atomsko število 14. Njegova bližina ogljiku ni naključna: v mnogih pogledih sta njuni lastnosti primerljivi. V naravi ga v čisti obliki ne najdemo, saj je aktiven element in ima precej močne vezi s kisikom. Glavna snov je kremen, ki je oksid, in silikati (pesek). Poleg tega je silicij (njegove naravne spojine) eden najpogostejših kemičnih elementov na Zemlji. Po masnem deležu vsebnosti je na drugem mestu za kisikom (več kot 28%). Zgornja plast zemeljske skorje vsebuje silicij v obliki dioksida (to je kremen), različne vrste glin in peska. Druga najpogostejša skupina so njegovi silikati. Na globini približno 35 km od površja so plasti granita in bazaltnih usedlin, ki vključujejo spojine kremena. Odstotek vsebnosti v zemeljskem jedru še ni izračunan, vendar plasti plašča, ki so najbližje površini (do 900 km), vsebujejo silikate. V sestavi morske vode je koncentracija silicija 3 mg/l, 40% sestavljajo njegove spojine. Prostranost vesolja, ki ga je človeštvo do danes raziskalo, vsebuje ta kemični element v velikih količinah. Na primer, meteoriti, ki so se približali Zemlji na raziskovalcem dostopno razdaljo, so pokazali, da so sestavljeni iz 20% silicija. Obstaja možnost nastanka življenja na osnovi tega elementa v naši galaksiji.

Raziskovalni proces

Zgodovina odkritja kemijskega elementa silicija ima več stopenj. Številne snovi, ki jih je sistematiziral Mendelejev, človeštvo uporablja že stoletja. V tem primeru so bili elementi v svoji naravni obliki, tj. v spojinah, ki niso bile izpostavljene kemični obdelavi, in vse njihove lastnosti niso bile znane ljudem. V procesu preučevanja vseh lastnosti snovi so se pojavile nove smernice za njeno uporabo. Lastnosti silicija danes še niso povsem raziskane – ta element z dokaj širokim in raznolikim spektrom uporabe pušča prostor za nova odkritja prihodnjim generacijam znanstvenikov. Sodobne tehnologije bodo ta proces znatno pospešile. V 19. stoletju so številni znani kemiki poskušali pridobiti silicij v čisti obliki. To sta prvič naredila L. Tenard in J. Gay-Lussac leta 1811, odkritje elementa pa pripada J. Berzeliusu, ki mu je uspelo ne le izolirati snov, ampak jo tudi opisati. Kemik iz Švedske je leta 1823 dobil silicij, za to je uporabil kovino kalij in kalijevo sol. Reakcija je potekala pod katalizatorjem v obliki visoke temperature. Nastala preprosta sivo-rjava snov je bila amorfni silicij. Kristalno čisti element je leta 1855 pridobil Sainte-Clair Deville. Težavnost izolacije je neposredno povezana z visoko trdnostjo atomskih vezi. V obeh primerih je kemijska reakcija usmerjena v proces čiščenja od nečistoč, medtem ko imata amorfni in kristalni model različne lastnosti.

Silicij izgovorjava kemijskega elementa

Prvo ime nastalega prahu - kiesel - je predlagal Berzelius. V Veliki Britaniji in ZDA silicij še vedno imenujejo nič drugega kot silicij (Silicium) ali silikon (Silicon). Izraz izhaja iz latinske besede "kremen" (ali "kamen") in je v večini primerov vezan na pojem "zemlja" zaradi razširjenosti v naravi. Ruska izgovorjava te kemične snovi se razlikuje glede na vir. Imenovali so ga kremen (Zaharov je ta izraz uporabil leta 1810), sicilium (1824, Dvigubski, Solovjev), silicijev dioksid (1825, Strahov) in šele leta 1834 je ruski kemik German Ivanovič Hess uvedel ime, ki se še danes uporablja v večini virov. - silicij. V njem je označen s simbolom Si. Kako se bere kemijski element silicij? Mnogi znanstveniki v angleško govorečih državah njegovo ime izgovarjajo kot "si" ali uporabljajo besedo "silicij". Od tod tudi svetovno znano ime doline, ki je raziskovalna in proizvodna lokacija za računalniško opremo. Rusko govoreče prebivalstvo imenuje element silicij (iz starogrške besede "pečina, gora").

Pojavljanje v naravi: nahajališča

Celotni gorski sistemi so sestavljeni iz silicijevih spojin, ki jih v čisti obliki ni, saj so vsi znani minerali dioksidi ali silikati (aluminosilikati). Neverjetno lepe kamne ljudje uporabljajo kot okrasne materiale - to so opali, ametisti, kremen različnih vrst, jaspis, kalcedon, ahat, kamniti kristal, karneol in mnogi drugi. Nastale so zaradi vključevanja različnih snovi v silicij, ki so določale njihovo gostoto, strukturo, barvo in smer uporabe. Ves anorganski svet lahko povežemo s tem kemičnim elementom, ki v naravnem okolju tvori močne vezi s kovinami in nekovinami (cink, magnezij, kalcij, mangan, titan itd.). V primerjavi z drugimi snovmi je silicij precej lahko dostopen za proizvodnjo v proizvodnem obsegu: najdemo ga v večini vrst rud in mineralov. Zato so aktivno razvita nahajališča vezana na razpoložljive vire energije in ne na teritorialne akumulacije snovi. Kvarcite in kremenove peske najdemo v vseh državah sveta. Največji proizvajalci in dobavitelji silicija so: Kitajska, Norveška, Francija, ZDA (Zahodna Virginija, Ohio, Alabama, New York), Avstralija, Južna Afrika, Kanada, Brazilija. Vsi proizvajalci uporabljajo različne metode, ki so odvisne od vrste izdelka, ki ga izdelujejo (tehnični, polprevodniški, visokofrekvenčni silicij). Kemični element, dodatno obogaten ali, nasprotno, očiščen vseh vrst nečistoč, ima individualne lastnosti, od katerih je odvisna njegova nadaljnja uporaba. To velja tudi za to snov. Struktura silicija določa področje njegove uporabe.

Zgodovina uporabe

Zelo pogosto ljudje zaradi podobnosti imen zamenjujejo silicij in kremen, vendar ta pojma nista enaka. Bodimo jasni. Kot je bilo že omenjeno, se silicij v naravi ne pojavlja v čisti obliki, kar pa ne moremo reči o njegovih spojinah (isti silicijev dioksid). Glavni minerali in kamnine, ki jih tvori dioksid snovi, ki jo obravnavamo, so pesek (rečni in kremen), kremen in kvarciti ter kremen. Za slednjega so gotovo že slišali vsi, saj je v zgodovini človekovega razvoja zelo pomemben. S tem kamnom so povezana prva orodja, ki so jih ljudje ustvarili v kameni dobi. Njegovi ostri robovi, ki so nastali ob odkrušenju iz glavne skale, so močno olajšali delo starodavnih gospodinj, možnost brušenja pa lovcem in ribičem. Kremen ni imel moči kovinskih izdelkov, vendar je bilo neuspešno orodje enostavno zamenjati z novim. Njegova uporaba kot kremen je trajala več stoletij – vse do izuma alternativnih virov.

Kar se tiče sodobne realnosti, lastnosti silicija omogočajo, da se snov uporablja za dekoracijo prostorov ali ustvarjanje keramične posode, medtem ko ima poleg lepega estetskega videza številne odlične funkcionalne lastnosti. Ločeno področje njegove uporabe je povezano z izumom stekla pred približno 3000 leti. Ta dogodek je omogočil ustvarjanje ogledal, posod in mozaičnih vitražov iz spojin, ki vsebujejo silicij. Formula začetne snovi je bila dopolnjena s potrebnimi komponentami, kar je omogočilo, da je izdelek dobil želeno barvo in vplival na trdnost stekla. Iz mineralov in kamnov, ki vsebujejo silicij, je človek izdelal umetnine neverjetne lepote in raznolikosti. Zdravilne lastnosti tega elementa so opisali že starodavni znanstveniki in so jih uporabljali skozi vso človeško zgodovino. Z njimi so obloženi vodnjaki za pitno vodo, shrambe za shranjevanje živil, uporabljali pa so jih tako v vsakdanjem življenju kot v zdravilstvu. Z mletjem pridobljen prah smo nanesli na rane. Posebna pozornost je bila namenjena vodi, ki je bila vlivana v posode iz spojin, ki vsebujejo silicij. Kemični element je vplival na njegovo sestavo, kar je omogočilo uničenje številnih patogenih bakterij in mikroorganizmov. In to niso vse industrije, kjer je snov, ki jo obravnavamo, zelo, zelo iskana. Struktura silicija določa njegovo vsestranskost.

Lastnosti

Da bi bolje spoznali značilnosti snovi, jo je treba upoštevati ob upoštevanju vseh možnih lastnosti. Načrt karakterizacije kemijskega elementa silicij vključuje fizikalne lastnosti, električne lastnosti, preučevanje spojin, reakcij in pogojev za njihov prehod itd. Silicij v kristalni obliki ima temno sivo barvo s kovinskim odtenkom. Kubična mreža s ploskvami je podobna mreži ogljika (diamant), vendar zaradi daljših vezi ni tako močna. Segrevanje na 800 o C ga naredi plastičnega, v drugih primerih pa ostane krhek. Zaradi fizikalnih lastnosti silicija je ta snov resnično edinstvena: prosojna je za infrardeče sevanje. Tališče - 1410 0 C, vrelišče - 2600 0 C, gostota pri normalnih pogojih - 2330 kg / m 3. Toplotna prevodnost ni konstantna, za različne vzorce je vzeta pri približno vrednosti 25 0 C. Lastnosti atoma silicija omogočajo, da se uporablja kot polprevodnik. To področje uporabe je najbolj povpraševanje v sodobnem svetu. Na vrednost električne prevodnosti vpliva sestava silicija in elementov v kombinaciji z njim. Tako se za povečano elektronsko prevodnost uporabljajo antimon, arzen in fosfor, za luknjasto prevodnost - aluminij, galij, bor in indij. Pri izdelavi naprav s silicijem kot prevodnikom se uporablja površinska obdelava z določenim sredstvom, ki vpliva na delovanje naprave.

Lastnosti silicija kot odličnega prevodnika se v sodobni izdelavi instrumentov precej uporabljajo. Njegova uporaba je še posebej pomembna pri proizvodnji kompleksne opreme (na primer sodobnih računalniških naprav, računalnikov).

Silicij: značilnosti kemijskega elementa

V večini primerov je silicij štirivalenten, obstajajo pa tudi vezi, v katerih ima lahko vrednost +2. V normalnih pogojih je neaktiven, ima močne spojine in pri sobni temperaturi lahko reagira samo s fluorom, ki je v plinastem agregatnem stanju. To je razloženo z učinkom blokiranja površine s filmom dioksida, ki ga opazimo pri interakciji s kisikom ali vodo iz okolja. Za spodbujanje reakcij je treba uporabiti katalizator: zvišanje temperature je idealno za snov, kot je silicij. Kemični element medsebojno deluje s kisikom pri 400-500 0 C, posledično se dioksidni film poveča in pride do procesa oksidacije. Ko se temperatura dvigne na 50 0 C, opazimo reakcijo z bromom, klorom in jodom, kar povzroči nastanek hlapnih tetrahalidov. Silicij ne deluje s kislinami, z izjemo mešanice fluorovodikove in dušikove kisline, medtem ko je katera koli alkalija v segretem stanju topilo. Vodikov silicij nastane samo z razpadom silicidov, z vodikom ne reagira. Za spojine z borom in ogljikom je značilna največja trdnost in kemična pasivnost. Visoka odpornost na alkalije in kisline je povezana z dušikom, ki se pojavi pri temperaturah nad 1000 0 C. Silicide dobimo z reakcijo s kovinami in v tem primeru je valenca, ki jo kaže silicij, odvisna od dodatnega elementa. Formula snovi, ki nastane s sodelovanjem prehodne kovine, je odporna na kisline. Struktura atoma silicija neposredno vpliva na njegove lastnosti in sposobnost interakcije z drugimi elementi. Proces nastajanja vezi v naravi in med izpostavljenostjo snovi (v laboratorijskih, industrijskih pogojih) se bistveno razlikuje. Struktura silicija kaže na njegovo kemično aktivnost.

Struktura

Silicij ima svoje značilnosti. Jedrski naboj je +14, kar ustreza zaporedni številki v periodnem sistemu. Število nabitih delcev: protoni - 14; elektroni - 14; nevtronov - 14. Strukturni diagram atoma silicija je naslednji: Si +14) 2) 8) 4. Na zadnjem (zunanjem) nivoju so 4 elektroni, ki določajo oksidacijsko stanje z "+" ali "- ” znak. Silicijev oksid ima formulo SiO 2 (valenca 4+), hlapna vodikova spojina je SiH 4 (valenca -4). Velik volumen atoma silicija omogoča nekaterim spojinam koordinacijsko število 6, na primer v kombinaciji s fluorom. Molska masa - 28, atomski polmer - 132 pm, konfiguracija elektronske lupine: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Aplikacija

Površinski ali popolnoma dopiran silicij se uporablja kot polprevodnik pri ustvarjanju številnih, vključno z visoko natančnimi napravami (na primer sončne fotocelice, tranzistorji, tokovni usmerniki itd.). Ultra čist silicij se uporablja za ustvarjanje sončnih celic (energija). Monokristalni tip se uporablja za izdelavo ogledal in plinskih laserjev. Silicijeve spojine se uporabljajo za izdelavo stekla, keramičnih ploščic, posode, porcelana in fajanse. Težko je opisati raznolikost vrst pridobljenih dobrin, njihovo izkoriščanje se dogaja na ravni gospodinjstev, v umetnosti in znanosti ter v proizvodnji. Nastali cement služi kot surovina za ustvarjanje gradbenih mešanic, opeke in zaključnih materialov. Širjenje olj in maziv lahko znatno zmanjša silo trenja v gibljivih delih številnih mehanizmov. Silicidi se zaradi svojih edinstvenih lastnosti odpornosti na agresivna okolja (kisline, temperature) pogosto uporabljajo v industriji. Njihove električne, jedrske in kemične lastnosti upoštevajo strokovnjaki v kompleksnih panogah, pomembno vlogo igra tudi struktura atoma silicija.

Našteli smo najbolj znanja intenzivna in napredna področja uporabe danes. Najpogostejši, proizveden v velikih količinah, tehnični silicij se uporablja na številnih področjih:

Kot surovina za proizvodnjo čistejše snovi.
Za legiranje zlitin v metalurški industriji: prisotnost silicija poveča ognjevzdržnost, poveča odpornost proti koroziji in mehansko trdnost (če je ta element v presežku, je lahko zlitina preveč krhka).
Kot dezoksidant za odstranjevanje odvečnega kisika iz kovine.
Surovine za proizvodnjo silanov (silicijeve spojine z organskimi snovmi).
Za proizvodnjo vodika iz zlitine silicija in železa.
Proizvodnja solarnih panelov.

Ta snov je zelo pomembna tudi za normalno delovanje človeškega telesa. Struktura silicija in njegove lastnosti so v tem primeru odločilne. V tem primeru njegov presežek ali pomanjkanje vodi do resnih bolezni.

V človeškem telesu

Medicina že dolgo uporablja silicij kot baktericidno in antiseptično sredstvo. Toda ob vseh prednostih zunanje uporabe se mora ta element v človeškem telesu nenehno obnavljati. Normalna raven njegove vsebine bo izboljšala življenjsko aktivnost na splošno. Če ga primanjkuje, telo ne bo absorbiralo več kot 70 mikroelementov in vitaminov, kar bo znatno zmanjšalo odpornost na številne bolezni. Najvišji odstotek silicija je v kosteh, koži in kitah. Igra vlogo strukturnega elementa, ki ohranja moč in daje elastičnost. Vsa skeletna trda tkiva nastanejo zaradi njegovih povezav. Nedavne študije so pokazale vsebnost silicija v ledvicah, trebušni slinavki in vezivnih tkivih. Vloga teh organov pri delovanju telesa je precej velika, zato bo zmanjšanje njegove vsebnosti škodljivo vplivalo na številne osnovne kazalnike življenjske podpore. Telo naj prejme 1 gram silicija na dan s hrano in vodo - to bo pomagalo preprečiti morebitne bolezni, kot so vnetni procesi kože, mehčanje kosti, nastajanje kamnov v jetrih, ledvicah, poslabšanje vida, stanje las. in nohti, ateroskleroza. Z zadostno vsebnostjo tega elementa se poveča imuniteta, normalizirajo presnovni procesi in izboljša se absorpcija številnih elementov, potrebnih za zdravje ljudi. Največ silicija je v žitih, redkvici in ajdi. Silicijeva voda bo prinesla pomembne koristi. Za določitev količine in pogostosti njegove uporabe je bolje, da se posvetujete s strokovnjakom.

Oznaka - Si (silicij);
Obdobje - III;
Skupina - 14 (IVa);
Atomska masa - 28,0855;
Atomsko število - 14;
Atomski polmer = 132 pm;
Kovalentni polmer = 111 pm;
Porazdelitev elektronov - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
temperatura tališča = 1412 °C;
vrelišče = 2355°C;
Elektronegativnost (po Paulingu/po Alpredu in Rochowu) = 1,90/1,74;
Stopnja oksidacije: +4, +2, 0, -4;
Gostota (št.) = 2,33 g/cm3;
Molski volumen = 12,1 cm 3 /mol.

Silicijeve spojine:

Silicij so v čisti obliki prvič izolirali leta 1811 (Francoza J. L. Gay-Lussac in L. J. Tenard). Čisti elementarni silicij je bil pridobljen leta 1825 (Šved J. J. Berzelius). Kemični element je leta 1834 (ruski kemik G. I. Hess) dobil ime "silicij" (prevedeno iz stare grščine kot gora).

Silicij je najpogostejši (za kisikom) kemični element na Zemlji (vsebnost v zemeljski skorji je 28-29% teže). V naravi je silicij najpogosteje prisoten v obliki kremena (pesek, kremen, kremen, glinenci), pa tudi v silikatih in aluminosilikatih. V svoji čisti obliki je silicij izjemno redek. Mnogi naravni silikati v svoji čisti obliki so dragi kamni: smaragd, topaz, akvamar - vse to je silicij. Čisti kristalni silicijev(IV) oksid se pojavlja v obliki kamnitega kristala in kremena. Silicijev oksid, ki vsebuje različne primesi, tvori drage in poldrage kamne - ametist, ahat, jaspis.

riž. Zgradba atoma silicija.

Elektronska konfiguracija silicija je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (glej Elektronska zgradba atomov). Na zunanji energijski ravni ima silicij 4 elektrone: 2 seznanjena na podravni 3s + 2 nesparjena v p-orbitalah. Ko atom silicija preide v vzbujeno stanje, en elektron iz s-podravni "zapusti" svoj par in se premakne na p-podnivo, kjer je ena prosta orbitala. Tako ima elektronska konfiguracija atoma silicija v vzbujenem stanju naslednjo obliko: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

riž. Prehod atoma silicija v vzbujeno stanje.

Tako lahko silicij v spojinah kaže valenco 4 (najpogosteje) ali 2 (glej Valenca). Silicij (pa tudi ogljik) pri reakciji z drugimi elementi tvori kemične vezi, v katerih lahko odda svoje elektrone in jih sprejme, vendar je sposobnost sprejemanja elektronov v atomih silicija manj izrazita kot v atomih ogljika zaradi večjega silicija atom.

Stanja oksidacije silicija:

-4 : SiH 4 (silan), Ca 2 Si, Mg 2 Si (kovinski silikati);
+4 - najstabilnejši: SiO 2 (silicijev oksid), H 2 SiO 3 (silicijeva kislina), silikati in silicijevi halogenidi;
0 : Si (preprosta snov)

Silicij kot enostavna snov

Silicij je temno siva kristalna snov s kovinskim leskom. Kristalni silicij je polprevodnik.

Silicij tvori samo eno alotropno modifikacijo, podobno kot diamant, vendar ne tako močno, saj Si-Si vezi niso tako močne kot v diamantni molekuli ogljika (Glej Diamant).

Amorfni silicij- rjav prah s tališčem 1420°C.

Kristalni silicij se pridobiva iz amorfnega silicija z rekristalizacijo. Za razliko od amorfnega silicija, ki je precej aktivna kemikalija, je kristalni silicij bolj inerten v smislu interakcije z drugimi snovmi.

Struktura kristalne mreže silicija ponavlja strukturo diamanta - vsak atom je obdan s štirimi drugimi atomi, ki se nahajajo na ogliščih tetraedra. Atome držijo skupaj kovalentne vezi, ki pa niso tako močne kot ogljikove vezi v diamantu. Zaradi tega tudi na št. Nekatere kovalentne vezi v kristalnem siliciju so pretrgane, kar povzroči sprostitev nekaj elektronov, zaradi česar ima silicij nizko električno prevodnost. S segrevanjem silicija, na svetlobi ali ob dodajanju določenih primesi, se poveča število pretrganih kovalentnih vezi, zaradi česar se poveča število prostih elektronov, s tem pa se poveča tudi električna prevodnost silicija.

Kemijske lastnosti silicija

Tako kot ogljik je silicij lahko redukcijsko sredstvo in oksidant, odvisno od tega, s katero snovjo reagira.

Na št. silicij medsebojno deluje samo s fluorom, kar je razloženo z dokaj močno kristalno mrežo silicija.

Silicij reagira s klorom in bromom pri temperaturah nad 400 °C.

Silicij medsebojno deluje z ogljikom in dušikom le pri zelo visokih temperaturah.

V reakcijah z nekovinami deluje silicij redukcijsko sredstvo:
- v normalnih pogojih iz nekovin silicij reagira samo s fluorom in tvori silicijev halid:
  Si + 2F 2 = SiF 4
- pri visokih temperaturah silicij reagira s klorom (400 °C), kisikom (600 °C), dušikom (1000 °C), ogljikom (2000 °C):
  - Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - silicijev halid;
  - Si + O 2 = SiO 2 - silicijev oksid;
  - 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - silicijev nitrid;
  - Si + C = SiC - karborund (silicijev karbid)
Pri reakcijah s kovinami je silicij oksidacijsko sredstvo(oblikovan salicidi:
Si + 2Mg = Mg 2 Si
Pri reakcijah s koncentriranimi raztopinami alkalij silicij reagira s sproščanjem vodika in tvori topne soli silicijeve kisline, imenovane silikati:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
Silicij ne reagira s kislinami (razen HF).

Priprava in uporaba silicija

Pridobivanje silicija:

v laboratoriju - iz silicijevega dioksida (terapija z aluminijem):
3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
v industriji - z redukcijo silicijevega oksida s koksom (tehnično čisti silicij) pri visoki temperaturi:
SiO 2 + 2C = Si + 2CO
Najčistejši silicij dobimo z redukcijo silicijevega tetraklorida z vodikom (cinkom) pri visoki temperaturi:
SiCl4 +2H2 = Si+4HCl

Uporaba silicija:

proizvodnja polprevodniških radioelementov;
kot metalurški dodatki pri proizvodnji toplotno odpornih in kislinsko odpornih spojin;
v proizvodnji fotocelic za sončne baterije;
kot AC usmerniki.

Kot neodvisen kemični element je silicij človeštvu postal znan šele leta 1825. Kar pa seveda ni preprečilo uporabe silicijevih spojin na toliko področjih, da je lažje našteti tista, kjer se element ne uporablja. Ta članek bo osvetlil fizikalne, mehanske in uporabne kemijske lastnosti silicija in njegovih spojin, uporabo, govorili pa bomo tudi o tem, kako silicij vpliva na lastnosti jekla in drugih kovin.

Najprej si poglejmo splošne značilnosti silicija. Od 27,6 do 29,5 % mase zemeljske skorje predstavlja silicij. Tudi v morski vodi je koncentracija elementa precejšnja - do 3 mg/l.

Po številčnosti v litosferi je silicij na drugem mestu za kisikom. Vendar pa je njegova najbolj znana oblika, silicijev dioksid, dioksid in prav njegove lastnosti so postale osnova za tako široko uporabo.

Ta videoposnetek vam bo povedal, kaj je silicij:

Koncept in funkcije

Silicij je nekovina, vendar lahko pod različnimi pogoji kaže tako kisle kot bazične lastnosti. Je tipičen polprevodnik in se izjemno pogosto uporablja v elektrotehniki. Njegove fizikalne in kemijske lastnosti so v veliki meri določene z njegovim alotropnim stanjem. Najpogosteje se ukvarjajo s kristalno obliko, saj so njene lastnosti bolj povpraševane v nacionalnem gospodarstvu.

Silicij je eden izmed osnovnih makroelementov v človeškem telesu. Njegovo pomanjkanje negativno vpliva na stanje kostnega tkiva, las, kože in nohtov. Poleg tega silicij vpliva na delovanje imunskega sistema.
V medicini je element, oziroma njegove spojine, našel svojo prvo uporabo ravno v tej vlogi. Voda iz vodnjakov, obloženih s silicijem, ni bila le čista, ampak je pozitivno vplivala tudi na odpornost proti nalezljivim boleznim. Danes so spojine s silicijem osnova za zdravila proti tuberkulozi, aterosklerozi in artritisu.
Na splošno je nekovina nizko aktivna, vendar jo je težko najti v čisti obliki. To je posledica dejstva, da se na zraku hitro pasivizira s plastjo dioksida in preneha reagirati. Pri segrevanju se kemična aktivnost poveča. Posledično je človeštvo veliko bolj seznanjeno s spojinami snovi kot s samim seboj.

Tako silicij tvori zlitine s skoraj vsemi kovinami - silicide. Za vse je značilna ognjevzdržnost in trdota ter se uporabljajo na ustreznih področjih: plinske turbine, grelniki peči.

Nekovina je v tabeli D. I. Mendelejeva uvrščena v skupino 6 skupaj z ogljikom in germanijem, kar kaže na določeno podobnost s temi snovmi. Tako ima z ogljikom skupno sposobnost tvorbe organskih spojin. Hkrati lahko silicij, tako kot germanij, v nekaterih kemičnih reakcijah kaže lastnosti kovine, ki se uporablja pri sintezi.

Prednosti in slabosti

Tako kot katera koli druga snov z vidika uporabe v nacionalnem gospodarstvu ima silicij določene uporabne ali manj uporabne lastnosti. Pomembni so prav za določitev področja uporabe.

Pomembna prednost snovi je njena razpoložljivost. V naravi ga resda ne najdemo v prosti obliki, a vseeno tehnologija izdelave silicija ni tako zapletena, je pa energijsko potratna.
Druga najpomembnejša prednost je nastanek številnih spojin z nenavadno uporabnimi lastnostmi. Sem spadajo silani, silicidi, dioksid in seveda najrazličnejši silikati. Sposobnost silicija in njegovih spojin, da tvorijo kompleksne trdne raztopine, je skoraj neskončna, kar omogoča neskončno pridobivanje najrazličnejših različic stekla, kamna in keramike.
Lastnosti polprevodnikov nekovina mu zagotavlja mesto kot osnovni material v elektrotehniki in radijski tehniki.
Nekovinski je nestrupen, ki omogoča uporabo v katerikoli panogi, hkrati pa tehnološkega procesa ne spremeni v potencialno nevarnega.

Pomanjkljivosti materiala vključujejo le relativno krhkost z dobro trdoto. Silicij se ne uporablja za nosilne konstrukcije, vendar ta kombinacija omogoča ustrezno obdelavo površine kristalov, kar je pomembno za izdelavo instrumentov.

Pogovorimo se zdaj o osnovnih lastnostih silicija.

Lastnosti in karakteristike

Ker se kristalni silicij najpogosteje uporablja v industriji, so pomembnejše njegove lastnosti, ki so podane v tehničnih specifikacijah. Fizikalne lastnosti snovi so naslednje:

tališče – 1417 C;
vrelišče – 2600 C;
gostota je 2,33 g / cu. cm, kar kaže na krhkost;
toplotna kapaciteta, kot tudi toplotna prevodnost, tudi pri najčistejših vzorcih nista konstantni: 800 J/(kg K), ali 0,191 cal/(g deg) in 84-126 W/(m K), ali 0,20-0, 30 kal/(cm·sek·deg);
transparentno za dolgovalovno infrardeče sevanje, ki se uporablja v infrardeči optiki;
dielektrična konstanta – 1,17;
trdota po Mohsovi lestvici - 7.

Električne lastnosti nekovine so zelo odvisne od nečistoč. V industriji se ta funkcija uporablja za modulacijo želenega tipa polprevodnika. Pri normalnih temperaturah je silicij krhek, pri segrevanju nad 800 C pa je možna plastična deformacija.

Lastnosti amorfnega silicija so presenetljivo drugačne: je zelo higroskopičen in reagira veliko bolj aktivno tudi pri normalnih temperaturah.

Struktura in kemična sestava ter lastnosti silicija so obravnavane v spodnjem videu:

Sestava in struktura

Silicij obstaja v dveh alotropnih oblikah, ki sta pri normalnih temperaturah enako stabilni.

Kristalno ima videz temno sivega prahu. Snov, čeprav ima diamantu podobno kristalno mrežo, je krhka zaradi predolgih vezi med atomi. Zanimive so njegove polprevodniške lastnosti.
Pri zelo visokih pritiskih lahko dobite šestkoten modifikacija z gostoto 2,55 g/cu. cm Vendar pa ta faza še ni našla praktičnega pomena.
Amorfna– rjavo-rjav prah. Za razliko od kristalne oblike reagira veliko bolj aktivno. To ni toliko posledica inertnosti prve oblike, temveč dejstva, da je v zraku snov prekrita s plastjo dioksida.

Poleg tega je treba upoštevati še eno vrsto klasifikacije, povezano z velikostjo kristala silicija, ki skupaj tvorita snov. Kristalna mreža, kot je znano, predpostavlja urejenost ne le atomov, ampak tudi struktur, ki jih ti atomi tvorijo - tako imenovani red dolgega dosega. Večja kot je, bolj homogena bo snov v lastnostih.

Monokristalni– vzorec je en kristal. Njegova struktura je maksimalno urejena, njene lastnosti so homogene in dobro predvidljive. To je material, po katerem je v elektrotehniki največ povpraševanja. Je pa tudi ena najdražjih vrst, saj je postopek pridobivanja zapleten in nizka stopnja rasti.
Multikristalni– vzorec je sestavljen iz številnih velikih kristalnih zrn. Meje med njimi tvorijo dodatne nivoje napak, kar zmanjšuje delovanje vzorca kot polprevodnika in vodi do hitrejše obrabe. Tehnologija gojenja multikristalov je preprostejša, zato je material cenejši.
Polikristalni– je sestavljen iz velikega števila zrn, ki se naključno nahajajo glede na drugo. To je najčistejša vrsta industrijskega silicija, ki se uporablja v mikroelektroniki in sončni energiji. Pogosto se uporablja kot surovina za gojenje več- in monokristalov.
Tudi amorfni silicij zavzema ločen položaj v tej klasifikaciji. Tu se vrstni red atomov ohranja le na najkrajših razdaljah. Vendar se v elektrotehniki še vedno uporablja v obliki tankih plasti.

Proizvodnja nekovin

Pridobivanje čistega silicija ni tako preprosto, glede na inertnost njegovih spojin in visoko tališče večine. V industriji se najpogosteje poslužujejo redukcije z ogljikom iz dioksida. Reakcija se izvaja v obločnih pečeh pri temperaturi 1800 C. Na ta način dobimo nekovino s čistostjo 99,9 %, kar je premalo za njeno uporabo.

Nastali material se klorira, da nastanejo kloridi in hidrokloridi. Nato se spojine očistijo z vsemi možnimi metodami iz nečistoč in reducirajo z vodikom.

Snov lahko očistimo tudi s pridobivanjem magnezijevega silicida. Silicid je izpostavljen klorovodikovi ali ocetni kislini. Pridobiva se silan, slednji pa se čisti z različnimi metodami - sorpcijo, rektifikacijo itd. Nato se silan razgradi na vodik in silicij pri temperaturi 1000 C. V tem primeru dobimo snov z deležem nečistoč 10 -8 -10 -6%.

Uporaba snovi

Za industrijo so najbolj zanimive elektrofizikalne lastnosti nekovine. Njegova monokristalna oblika je polprevodnik s posredno vrzeljo. Njegove lastnosti so določene z nečistočami, kar omogoča pridobivanje kristalov silicija z določenimi lastnostmi. Tako dodatek bora in indija omogoča rast kristala z luknjasto prevodnostjo, uvedba fosforja ali arzena pa omogoča rast kristala z elektronsko prevodnostjo.

Silicij dobesedno služi kot osnova sodobne elektrotehnike. Iz njega so izdelani tranzistorji, fotocelice, integrirana vezja, diode itd. Poleg tega je funkcionalnost naprave skoraj vedno določena le s pripovršinsko plastjo kristala, ki določa zelo specifične zahteve za površinsko obdelavo.
V metalurgiji se tehnični silicij uporablja tako kot modifikator zlitine - daje večjo trdnost, kot komponenta - na primer, in kot deoksidacijsko sredstvo - pri proizvodnji litega železa.
Ultra čisti in prečiščeni metalurški materiali so osnova sončne energije.
Nekovinski dioksid se v naravi pojavlja v številnih različnih oblikah. Njegove kristalne različice - opal, ahat, karneol, ametist, kamniti kristal - so našle svoje mesto v nakitu. Spremembe, ki niso tako privlačne na videz - kremen, kremen - se uporabljajo v metalurgiji, gradbeništvu in radioelektroniki.
Spojina nekovine z ogljikom, karbid, se uporablja v metalurgiji, izdelavi instrumentov in kemični industriji. Je širokopasovni polprevodnik, za katerega je značilna visoka trdota - 7 po Mohsovi lestvici, in trdnost, ki omogoča uporabo kot abrazivni material.
Silikati - to je soli silicijeve kisline. Nestabilen, zlahka razpade pod vplivom temperature. Njihova izjemna lastnost je, da tvorijo številne in raznolike soli. A slednji so osnova za proizvodnjo stekla, keramike, fajanse, kristala itd. Mirno lahko rečemo, da sodobna gradnja temelji na različnih silikatih.
Steklo predstavlja tu najbolj zanimiv primer. Njegova osnova so aluminosilikati, vendar neznatne primesi drugih snovi - običajno oksidov - dajejo materialu veliko različnih lastnosti, vključno z barvo. -, fajansa, porcelan ima pravzaprav isto formulo, čeprav z drugačnim razmerjem komponent, neverjetna pa je tudi njegova raznolikost.
Nekovina ima še eno sposobnost: tvori spojine, podobne ogljikovim, v obliki dolge verige atomov silicija. Take spojine imenujemo organosilicijeve spojine. Področje njihove uporabe ni nič manj znano - to so silikoni, tesnila, maziva itd.

Silicij je zelo pogost element in ima nenavadno velik pomen na številnih področjih nacionalnega gospodarstva. Poleg tega se aktivno uporablja ne le snov sama, ampak vse njene različne in številne spojine.

Ta videoposnetek vam bo povedal o lastnostih in uporabi silicija: