Silicij (kemijski element): svojstva, svojstva, formula. Povijest otkrića silicija

Mnogi moderni tehnološki uređaji i uređaji nastali su zbog jedinstvenih svojstava tvari koje su u prirodi. Čovječanstvo eksperimentalno i pažljivo proučava okolne elemente stalno modernizira vlastite izume - taj proces naziva se tehnološkim napretkom. Temelji se na osnovnim, dostupnim svima što nas okružuje u svakodnevnom životu. Na primjer, pijesak: što može biti iznenađujuće i neobično u njemu? Znanstvenici su mogli odvojiti silicij - kemijski element, bez kojeg ne bi postojala računalna tehnologija. Područje njegove primjene razlikuje se u raznolikosti i stalno se širi. To se postiže zbog jedinstvenih svojstava atoma silicija, njegove strukture i mogućnosti spojeva s drugim jednostavnim tvarima.

svojstvo

U periodički sustav, razvijen od strane DI Mendeleev, silicij (kemijski element) označava Si. To se odnosi na nemetala, nalazi se u glavnoj četvrte skupine trećeg perioda, ima atomski broj 14. Blizina ugljika nije slučajno: u mnogim svojim svojstvima mogu se usporediti. U prirodi se ne pojavljuje u čistom obliku, budući da je aktivni element i ima dovoljno čvrsto veze s kisikom. Glavna tvar je silika, koja je oksid i silikati (pijesak). U tom slučaju, silicij (njegovi prirodni spojevi) jedan je od najčešćih kemijskih elemenata na Zemlji. Prema masenom sadržaju, rangira se drugi put nakon kisika (više od 28%). Gornji sloj zemljane korice sadrži silicij u obliku dioksida (to je kvarc), raznih vrsta gline i pijeska. Druga najčešća skupina su njezini silikati. Na dubini od oko 35 km od površine nalaze se slojevi granita i naslaga bazalta, koji sadrže silikatne spojeve. Postotak sadržaja jezgre Zemlje još nije izračunat, ali najbliži slojevi plašta (do 900 km) sadrže silikate. U sastavu morske vode, koncentracija silicija je 3 mg / l, lunarno tlo 40% se sastoji od svojih spojeva. Prostorna prostranstva, koju je čovječanstvo proučavalo do danas, sadrže ovaj kemijski element u velikim količinama. Na primjer, spektralna analiza meteoriti, koji se približava zemlju na udaljenosti koja je dostupna istraživačima, pokazalo je da se sastoje od 20% silicija. Postoji mogućnost formiranja života na temelju ovog elementa u našoj galaksiji.

Proces istraživanja

Povijest otkrića kemijskog elementa silicija ima nekoliko faza. Mnoge tvari koje je Mendelejev sistematizirao stoljećima su koristile čovječanstvo. Istodobno, elementi su bili u prirodnom obliku, tj. u spojevima koji nisu podvrgnuti kemijskom tretmanu, a sva njihova svojstva nisu bila poznata ljudima. U procesu proučavanja svih svojstava tvari, imao je nove namjene. Svojstva silicija do sada nije ispitana do kraja - ovaj element je dovoljno širok i raznolik raspon primjene ostavlja prostor za nova otkrića za buduće generacije znanstvenika. Suvremene tehnologije uvelike će ubrzati taj proces. U XIX stoljeću, mnogi poznati kemičari pokušali su dobiti silicij u svom čistom obliku. Po prvi put je to bilo moguće napraviti Tenaru L. i J. Gay-Lussac 1811., ali je otkriće elementa pripada J. Berzelius, koji je u stanju ne samo identificirati tvar, ali i da ga opisati. Kemičar iz Švedske dobio je silicij 1823. godine, zbog čega je upotrijebio metalnu kalij i kalijevu sol. Reakcija se dogodila na katalizatoru kao visoka temperatura. Dobivena jednostavna sivo-smeđa tvar bila je amorfni silikon. Kristalni čist element dobio je 1855. godine Saint Clair Deville. Složenost izolacije izravno je povezana s velikom snagom atomskih veza. U oba slučaja, kemijska reakcija je usmjerena na proces pročišćavanja od nečistoća, dok amorfni i kristalni modeli imaju različita svojstva.

Silicij: izgovor kemijskog elementa

Prvo ime primljenog praha - kizel - predložio je Berzelius. U Velikoj Britaniji i Sjedinjenim Državama, silicij se još naziva Silicium ili Silicij. Pojam potječe od latinske riječi „kremen” (ili „kamen”), te u većini slučajeva to je povezano s konceptom „zemlje” zbog raširena u prirodi. Ruski izgovor ove kemikalije je drugačiji, sve ovisi o izvoru. On je pozvao silicij (Zakharov primjenjuje termin u 1810.), Sicilija (1824, Dvigubsky, Solovyov), silicij (1825, strah), a samo u 1834., ruski kemičar Germain Henri Hess uvodi ime koje do sada koristili u većini izvora - silicija. U periodički sustav Mendelejeva označava se simbolom Si. Kako je kemijski element silicija čitljiv? Mnogi znanstvenici zemalja engleskog govornog područja izgovaraju svoje ime kao "si" ili koriste riječ "silikon". Odavde dolazi svjetski poznati naziv doline, koji je mjesto istraživanja i proizvodnje za računalnu opremu. Rusko govorno stanovništvo naziva element silicij (od grčke riječi "litica, planina").

Pronalaženje u prirodi: naslage

Cjelokupni sustav planinskim sastoji od silikonskih supstancija, koji se ne nalaze u čistom obliku, zato što su sve poznate minerali dioksida ili silikata (aluminosilikati). Nevjerojatna ljepota kamenja koje koriste osobe kao ukrasna materijal - to opals, ametisti, tipa kvarc, Jasper, kalcedona, ahat, gorski kristal, karneol i mnogi drugi. Oni su bili formirani zbog uključivanja u sastav silicija različitih tvari koje su odredile njihovu gustoću, strukturu, boju i smjer uporabe. Pregled anorganske svijetu može biti povezan s istim kemijski element, na kojem je okolina formira jake veze s metala ili metala (cink, magnezij, kalcij, titan, mangana i tako dalje. D.). U usporedbi s ostalim tvarima, silicij je lako dostupan za proizvodnju u proizvodnoj ljestvici: nalazi se u većini vrsta ruda i minerala. Stoga se aktivno razvijeni naslovi više vezuju za pristupačne izvore energije nego na teritorijalne nakupine tvari. Kvarc i kvarcni pijesci su u svim zemljama svijeta. Većina velikih proizvođača i silikonske dobavljači su: Kina, Francuska, Norveška, Sjedinjene Američke Države (West Virginia, Ohio, Alabama, New York), Australija, Južna Afrika, Kanada, Brazil. Svi proizvođači koriste različite metode, ovisno o vrsti izlaza (tehničkom, poluvodiču, visokofrekventnom siliciju). Kemijski element, dodatno obogaćen ili obratno, pročišćen od svih vrsta nečistoća, ima pojedinačna svojstva, na kojima ovisi njegova daljnja upotreba. Ovo se odnosi na tu tvar. Struktura silicija određuje opseg njegove primjene.

Povijest upotrebe

Vrlo često, zbog sličnosti imena, ljudi zbunjuju silicij i kremen, ali ti pojmovi nisu identični. Učinimo jasno. Kao što je već spomenuto, u prirodi silicij se ne nalazi u svom čistom obliku, što se ne može reći za svoje spojeve (isti silicij). Glavni minerali i stijene koje tvore dioksid tvari koju razmatramo su pijesak (rijeka i kvarc), kvarc i kvarcit, Feldspati i kremena. O posljednjem čuo, mora biti, sve, jer ima veliku važnost u povijesti razvoja čovječanstva. S ovim kamenom su povezani prvi alati rada stvoreni od strane ljudi tijekom kamenog doba. Njegovi oštri rubovi koji proizlaze iz chipping na stijeni, uvelike olakšava rad drevnih domaćice, te mogućnost oštrenja - lovce i ribolovce. Flint nije posjedovao snagu metalnih proizvoda, ali su propale alate lako zamijenili novima. Njegova uporaba kao kremena nastavljena je mnogo stoljeća - sve do izuma alternativnih izvora.

S obzirom na današnje stvarnosti, svojstva silicija bi bilo moguće iskoristiti materijal za dekoraciju ili stvaranja keramičkog posuđa, s, uz lijep estetski izgled, ima niz izvrsnih funkcionalnih osobina. Poseban smjer njegove primjene povezan je s izumom stakla prije oko 3000 godina. Ovaj događaj omogućio je stvaranje zrcala, posuđa, vitraja od mozaika od spojeva koji sadrže silicij. Formula početne tvari nadopunjena je s potrebnim komponentama, što je omogućilo da proizvod dobije željenu boju i utječe na čvrstoću stakla. Iznenađujuće u ljepoti i različitosti umjetničkih djela napravio je čovjek od minerala i kamena koji sadrže silicij. Ljekovita svojstva ovog elementa opisali su znanstvenici antike i koristili ih kroz povijest čovječanstva. Postavili su bušotine za pitku vodu, skladišta za skladištenje hrane, korištene u svakodnevnom životu i u medicini. Prašak dobiven kao rezultat brušenja nanesen je na rane. Posebna pažnja posvećena je vodi koja je ulivena u posuđe od spojeva koji sadrže silicij. Kemijski element je stupio u interakciju sa svojim sastavom, što je omogućilo uništavanje brojnih patogenih bakterija i mikroorganizama. I to nisu sve grane u kojima je tvar koju razmišljamo vrlo, vrlo zahtjevno. Struktura silicija određuje njegovu multifunkcionalnost.

nekretnine

Za detaljnije upoznavanje s karakteristikama tvari, ona se mora uzeti u obzir uzimajući u obzir sva moguća svojstva. Plan elementa silicij kemijske karakteristike su fizikalna svojstva električne parametre, studija spojeve i reakcijske uvjete, a tako prolazu. G. silicij u kristalnom obliku je tamno sive boje s metalnim sjaj. Kubična rešetka usmjerena na lice slična je ugljoj rešetki (dijamant), ali zbog dužih duljina veze nije tako jaka. Plastično zagrijava do 800 ^okoC, u drugim slučajevima ostaje krhka. Fizička svojstva silicija čine ovu supstancu doista jedinstvenima: ona je prozirna za infracrveno zračenje. Talište: 1410 ⁰C, vrelište - 2600 ⁰C, gustoća u normalnim uvjetima - 2330 kg / m³. Toplinska vodljivost nije konstantna, za različite uzorke uzima se približna vrijednost od 25 ⁰C. Svojstva silikonskog atoma omogućuju ga koristiti kao poluvodič. Ovaj smjer primjene je najviše tražen u modernom svijetu. Na količinu električne vodljivosti utječe sastav silicija i elementi koji su u vezi s njom. Dakle, za povećanu elektroničku provodljivost koriste se antimon, arsen, fosfor, perforirani aluminij, galij, bor i indij. Pri kreiranju uređaja s silicijem kao vodič koristi se površinska obrada određenog agenta, što utječe na rad aparata.

Svojstva silicija kao izvrsnog vodiča široko se koriste u modernom izradi instrumenta. Naročito je bitna njegova upotreba u proizvodnji složene opreme (na primjer, modernih računalnih uređaja, računala).

Silicij: karakterističan za kemijski element

U većini slučajeva, silicij je četverovalentan, postoje i veze u kojima može imati vrijednost od +2. Pod normalnim uvjetima, on je neaktivan, ima jake spojeve, pri sobnoj temperaturi može reagirati samo s fluorom u plinovitom agregatnom stanju. To je zbog djelovanja blokiranja površine dioksidnog filma, što se opaža kod interakcije s okolnim kisikom ili vodom. Kako bi se stimulirale reakcije, potrebno je koristiti katalizator: povećanje temperature idealno je za tvar kao što je silikon. Kemijski element reagira s kisikom na 400-500 ⁰C, kao rezultat, dioksidni film se povećava, nastaje proces oksidacije. S porastom temperature do 50 ⁰Promatra se C reakcija s bromom, klorom, jodom, što rezultira stvaranjem volatilnih tetrahalida. S kiselinama, silicij ne reagira, osim što je smjesa fluorovodične i dušične kiseline, s bilo kojom alkalijom u grijanom stanju otapala. Sulfidi vodika nastaju samo razgradnjom silicida, ne ulazi u reakciju s vodikom. Najveću snagu i kemijsku pasivnost razlikuju se spojevi s bonom i ugljikom. Visoka otpornost na lužine i kiseline ima spoj s dušikom, koji se javlja pri temperaturama iznad 1000 ⁰C. Silicidi se dobivaju reakcijom s metalima, u kojem slučaju valencija, koju pokazuje silicij, ovisi o dodatnom elementu. Formula tvari koja je nastala uz sudjelovanje prijelaznog metala otporna je na kiseline. Struktura silicijskog atoma izravno utječe na njena svojstva i sposobnost interakcije s drugim elementima. Proces stvaranja veza u prirodi i pod utjecajem na materiju (u laboratoriju, industrijskim uvjetima) bitno se razlikuje. Struktura silicija podrazumijeva njegovu kemijsku aktivnost.

struktura

Struktura atoma silicija ima svoje osobitosti. Punjenja jezgre 14, koji odgovara broju sekvence u periodičkom sustavu. Broj nabijenih čestica: protona - elektrona 14 - 14- neutroni - 14. Struktura spoja atoma silicija je sljedeći: Si +14) 2), 8), 4. Na zadnjem (izvana) razina elektrona su 4 koje određuje stupanj oksidacije s natpisom "+" Ili ";". Silicijski oksid ima formulu SiO₂ (valencija 4+), isparljivi spoj vodika - SiH₄ (valencija -4). Veliki volumen atoma silicija omogućava u nekim spojevima da imaju koordinatni broj od 6, na primjer, kada se kombinira s fluorom. Molarna masa je 28, radijus atoma 132 um, konfiguracija ljuske elektrona je 1S²2S²2P⁶3S²3P².

primjena

Površinski aktivne tvari ili u potpunosti dopiran silicij služi kao poluvodiča nakon stvaranja mnogih uključujući preciznost, uređaja (npr solarnih ćelija, tranzistora, ispravljača i t. D.). Super čisti silikon se koristi za stvaranje solarnih ćelija (energije). Pogled od jednog kristala koristi se za izradu ogledala i plinskog lasera. Silicijevi spojevi dobiveni staklenih, keramičkih pločica, keramika, porculan i zemljani. Raznolikost vrsta robe proizvedene teško je opisati, njihovo iskorištavanje događa u svakodnevnom životu, umjetnosti i znanosti, na radnom mjestu. Nastala cementa je sirovina za izradu mješavine i cigla dorade materijala. Distribucija ulja, maziva na bazi silikonskih spojeva može značajno smanjiti trenje u pokretnih dijelova mnogih mehanizama. Silicides zbog jedinstvenih svojstava agresivnim medijima pulta (kiseline, temperature) su naširoko koristi u industriji. Njihovi električna, nuklearna i kemijska pokazatelji uzeti u obzir stručnjaka o složenim produkcije, ne igra nikakvu malu ulogu i strukturu atoma silicija.

Do sada smo naveli najviše područja znanja i naprednih područja primjene. Najčešći proizvodi proizvedeni u velikim količinama tehničkog silicija koriste se na više načina:

1. Kao sirovina za proizvodnju čistije tvari.
2. Za legiranje metalurgiji: prisutnost silicija povećava upornost, poboljšava otpornost na koroziju i mehaničku čvrstoću (s viškom tog elementa, legura može postati previše krhki).
3. Kao deoksidizator za uklanjanje višak kisika iz metala.
4. Sirovine za proizvodnju silana (spojevi silicija s organskim tvarima).
5. Za proizvodnju vodika iz legure silicija s željezom.
6. Proizvodnja solarnih panela.

Vrijednost ove supstancije također je dobra za normalno funkcioniranje ljudskog tijela. Struktura silicija, njegova svojstva su u ovom slučaju odlučna. Međutim, prekomjernost ili nedostatak dovodi do ozbiljnih bolesti.

U ljudskom tijelu

Medicina je dugo vremena pomoću silicija kao baktericidno i antiseptično. Ali sa svim prednostima vanjsku upotrebu taj element mora stalno obnavljati u ljudskom tijelu. Normalna razina njegovog sadržaja poboljšat će život općenito. U slučaju nedostatka više od 70 elemenata u tragovima i vitaminima koji su metaboliziraju u tijelu, što je znatno niže otpornosti na razne bolesti. Najveći postotak silicija je u promatranom kostiju, kože, tetiva. On igra ulogu strukturni element koji podržava snagu i daje elastičnost. Svi skeletni čvrsti tkivi formirani su njegovim spojevima. Kao rezultat nedavnih studija pronašao sadržaj silicija u bubrezima, gušterači i vezivnog tkiva. Uloga tih tijela u funkcioniranju tijela je prilično velika, tako smanjujući njegov sadržaj je štetan utjecaj na mnogim ključnim pokazateljima za život. Dan s hranom i vodno tijelo treba dobiti 1 gram silicija - to će pomoći da se izbjegne moguća bolesti kao što su upala kože, omekšavanje kostiju, stvaranje kamenaca u jetri, bubrezima, zamagljen vid, kose i uvjetima za nokte, ateroskleroze. Kada dovoljnu razinu sadržaja ovog elementa povećava imunitet, normalizira metabolizam, poboljšava apsorpciju mnogih elemenata neophodnih za ljudsko zdravlje. Najveća količina silika - u usjevima žitarica, rotkvice, heljda. Značajne prednosti dolaze iz silicijeve vode. Za određivanje broja i učestalosti njegove uporabe je najbolje konzultirati sa stručnjakom.