Свойства на силиция и неговите съединения. Силиций (химичен елемент): свойства, характеристики, формула. История на откриването на силиций

Човечеството познава силиция отдавна. Какво е кремък? Това е минерал, който всъщност постави началото на човешката цивилизация. Лечебните свойства на силиция се споменават в трактатите на древни учени и философи.

След това силиконът намира приложение за декорация на стени в сгради, където се съхраняват месо и месни продукти, за изрязване на брадавици, за пудрене на рани под формата на прах, което позволява да се предотврати гангрена; кремъчни воденични камъни произвеждаха брашно с отлични вкусови и хлебопекарни качества.

От древни времена хората облицоваха вътрешната повърхност и дъното на кладенците със силиций, тъй като беше забелязано, че използването на вода от такива кладенци осигурява предотвратяване на соматични и инфекциозни заболявания, а водата се оказва необичайно вкусна, бистра и изцеление. Факт е, че кремъкът при контакт с вода променя свойствата си.

Лечебните свойства на силиция и причините за недостиг в организма

Клиничните наблюдения на съвременните учени са доказали, че силицият във водата произвежда силициева киселина. Дози от това съединение много малък, но напълно достатъчен, за да може силициевата киселина да разтваря солните отлагания и шлаките и да ги отстранява от тялото.

Водата под въздействието на силиций става "жива" и актуализирана. Биологично активните вещества на силиция в нашето тяло, заедно с протеиновите фракции, допринасят за образуването на хормони, аминокиселини, ензими; имайте предвид, че около 70 вида витамини и минерали не се усвояват, когато в тялото липсва силиций.

_________________________________________________________________________

Причини за дефицит на силиций

» Недостатъчна консумация на минерална вода и фибри.

» Твърде много алуминий (обикновено се наблюдава при хора, които са готвили в алуминиеви съдове).

»Интензивен растеж на тялото в детска възраст.

» Повишен физически и психически стрес всеки ден.

Какво се случва при липса на силиций

» Напредък за .

» В бъбреците, черния дроб и жлъчния мехур има склонност към.

» Пациентът започва, и зъбите, чупливи нокти.

» Срещат се очни заболявания: при възрастни хора - далекогледство, глаукома и катаракта, при деца -.

» Всички кръвоносни съдове са засегнати с развитието на рано, увеличаване.

» Поради нарушение на състоянието на съединителната тъкан възниква пародонтоза, деформираща се и.

Силицият е източник на добро здраве

Вече е известно, че силициевата вода повишава защитните сили на организма, нормализира обмяната на веществата, предотвратява появата и лечението на много заболявания, забавя стареенето на организма.

При външна употреба на силиконова вода се подмладява кожата, подобрява се състоянието и растежа на косата, изчезват бръчките, подобрява се цвета на ръцете и лицето.

Как да пием силиконова вода. Може да се използва без ограничения. Обикновено силиконовата вода се пие от една до три чаши при стайна температура, но трябва да се пие на малки глътки. Както беше отбелязано по-горе, силицият променя свойствата на водата при контакт с нея.

Активираната силициева вода има пагубен ефект върху патогенните микроорганизми, намалява растежа на бактериите, които допринасят за ферментацията и гниенето. В същото време водата става приятна на вкус и идеално чиста, дълго време не се влошава, придобивайки много други лечебни свойства. Силицият измества солите на тежките и вредни метали, те се утаяват на дъното, а чистата вода остава отгоре.

Всеки знае колко вода е необходима на човешкото тяло. Съдържа около 70% вода и е невъзможно да си представим живота без нея. Като се има предвид, че всички метаболитни процеси протичат в присъствието на водна среда, може да се каже със сигурност, че водата играе ролята на проводник на голям брой физиологични процеси, без които жизнената дейност на клетките и тъканите е невъзможна .

Как се приготвя силиконова вода

Препоръчва се вливане на силиций в емайлирани или стъклени съдове. Лично аз приготвям силиконова вода вкъщи в трилитров стъклен буркан. Слагам силициеви камъчета в буркан, наливам чиста вода от кладенец (ако живеете в град, по-добре е да я филтрирате през обикновен домашен филтър преди това).

Поставям буркана в стая, където не пада пряка слънчева светлина, и го покривам с обикновена марля (парче марля), за да осигуря свободен обмен на газ. Силициевата вода, използвана за приготвяне на чай, храна или запарки от лечебни растения, настоява два или три дни. В този случай трябва да се спазват следните изисквания:

1. След всяко източване на водата, силиконът и контейнерът се изплакват обилно с течаща вода.
2. Утайката, останала на дъното, трябва да се излее в мивката.
3. Разрешава се варене на вода, запарена с кремък, но не и самия кремък, тъй като в този случай водата е пренаситена с биологично активни вещества. Такава вода може да се използва само външно.
4. Не се препоръчва да съхранявате вода в хладилника заедно със силиций.
5. Установено е, че силициевата вода запазва лечебните си свойства в продължение на няколко месеца.
6. След многократна употреба (3-5 пъти), силиконът трябва да се измие под течаща вода и да се изложи на чист въздух за 2 часа за вентилация.
7. След известно време на повърхността на минералите могат да се появят отлагания или слоеве. В този случай камъчетата трябва да се поставят за два часа в подсолена вода или 2% разтвор на оцетна киселина и след това да се изплакнат с течаща вода. След това отново спуснете камъните за два часа в разтвор на сода за хляб и отново изплакнете под крана.
8. След 8-12 месеца е желателно да се разделят камъните, за да се укрепят (обновят) свойствата им, но е по-добре да се закупят нови минерали.
9. Инфузията на силиций се извършва при стайна температура.

Бъдете здрави, скъпи мои читатели. Бог да те благослови!

Силиций

СИЛИКИЙ-аз; м.[от гръцки. krēmnos - скала, скала] Химичен елемент (Si), тъмносиви кристали с метален блясък, които са част от повечето скали.

◁ Силиций, th, th. K соли.Силициев (виж 2.K .; 1 знак).

(лат. Silicium), химичен елемент от IV група на периодичната система. Тъмносиви кристали с метален блясък; плътност 2,33 g / cm 3, T pl 1415ºC. Устойчив на химическа атака. Съставлява 27,6% от масата на земната кора (2-ро място сред елементите), основните минерали са силициев диоксид и силикати. Един от най-важните полупроводникови материали (транзистори, термистори, фотоклетки). Неразделна част от много стомани и други сплави (увеличава механичната якост и устойчивост на корозия, подобрява леярските свойства).

СИЛИКИЙ (лат. Silicium от silex - кремък), Si (чете се "силиций", но вече доста често и като "si"), химичен елемент с атомен номер 14, атомна маса 28.0855. Руското име идва от гръцкото kremnos - скала, планина.
Естественият силиций се състои от смес от три стабилни нуклида (см.НУКЛИД)с масови числа 28 (преобладава в сместа, в нея е 92,27% от масата), 29 (4,68%) и 30 (3,05%). Конфигурация на външния електронен слой на неутрален невъзбуден силициев атом 3 с 2 Р 2 . В съединенията обикновено проявява степен на окисление +4 (валентност IV) и много рядко +3, +2 и +1 (валентности III, II и I, съответно). В периодичната система на Менделеев силицият се намира в IVA групата (във въглеродната група), в третия период.
Радиусът на неутралния силициев атом е 0,133 nm. Последователните енергии на йонизация на силициевия атом са 8.1517, 16.342, 33.46 и 45.13 eV, афинитетът към електрона е 1.22 eV. Радиусът на йона Si 4+ с координационно число 4 (най-често срещаният в случая на силиций) е 0,040 nm, с координационно число 6 - 0,054 nm. По скалата на Полинг електроотрицателността на силиция е 1,9. Въпреки че силицийът обикновено се класифицира като неметал, той заема междинна позиция между металите и неметалите в редица свойства.
В свободна форма - кафяв прах или светлосив компактен материал с метален блясък.
История на откритията
Силициевите съединения са познати на човека от незапомнени времена. Но с просто вещество силиций човек се срещна само преди около 200 години. Всъщност първите изследователи, получили силиций, са французите Ж. Л. Гей-Люсак (см.ГЕЙ LUSSAC Джоузеф Луис)и L. J. Tenard (см.ТЕНАР Луи Жак). Те откриват през 1811 г., че нагряването на силициев флуорид с метален калий води до образуването на кафеникаво-кафяво вещество:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, но самите изследователи не са направили правилния извод за получаване на ново просто вещество. Честта да открие нов елемент принадлежи на шведския химик Й. Берцелиус (см. BERZELIUS Jens Jacob), който също нагрява съединение от състав K 2 SiF 6 с метален калий, за да получи силиций. Той получи същия аморфен прах като френските химици и през 1824 г. обяви ново елементарно вещество, което нарече "силиций". Кристалният силиций е получен едва през 1854 г. от френския химик A. E. St. Clair Deville (см. SAINT CLAIR DEVILLE Анри Етиен) .
Да бъдеш сред природата
По разпространение в земната кора силицият е на второ място сред всички елементи (след кислорода). Силицият представлява 27,7% от масата на земната кора. Силицият е част от няколкостотин различни естествени силикати (см.СИЛИКАТИ)и алумосиликати (см.АЛУМОСИЛИКАТИ). Силициевият диоксид или силициевият диоксид също е широко разпространен (см.СИЛИЦИЕВ ДИОКСИД) SiO 2 (речен пясък (см.ПЯСЪК), кварц (см.КВАРЦ), кремък (см.КРЕМЪК)и други), което съставлява около 12% от земната кора (по маса). Силицият не се среща в свободна форма в природата.
Касова бележка
В промишлеността силицийът се получава чрез редуциране на стопилката SiO 2 с кокс при температура около 1800°C в дъгови пещи. Чистотата на така получения силиций е около 99,9%. Тъй като за практическа употреба е необходим силиций с по-висока чистота, полученият силиций се хлорира. Образуват се съединения от състава SiCl 4 и SiCl 3 H. Тези хлориди се пречистват допълнително по различни методи от примеси и на последния етап се редуцират с чист водород. Също така е възможно да се пречисти силиций чрез предварително получаване на магнезиев силицид Mg 2 Si. Освен това, летливият моносилан SiH 4 се получава от магнезиев силицид с помощта на солна или оцетна киселина. Монозиланът се пречиства допълнително чрез дестилация, сорбция и други методи и след това се разлага на силиций и водород при температура около 1000°C. Съдържанието на примеси в силиция, получен по тези методи, се намалява до 10 -8 -10 -6% от теглото.
Физични и химични свойства
Кристалната решетка на силиция е кубичен лицево-центриран тип диамант, параметър а = 0,54307 nm (други полиморфни модификации на силиций също са получени при високи налягания), но поради по-голямата дължина на връзката между Si-Si атомите в сравнение с дължината на C-C връзката, твърдостта на силиция е много по-малка от тази на диаманта.
Плътността на силиция е 2,33 kg/dm 3 . Точка на топене 1410°C, точка на кипене 2355°C. Силицият е крехък, само при нагряване над 800°C става пластичен. Интересното е, че силицийът е прозрачен за инфрачервено (IR) лъчение.
Елементарният силиций е типичен полупроводник (см.ПОЛУПРОВОДНИЦИ). Забранената зона при стайна температура е 1,09 eV. Концентрацията на токоносители в силиций с присъща проводимост при стайна температура е 1,5·10 16 m -3 . Електрическите свойства на кристалния силиций са силно повлияни от съдържащите се в него микропримеси. За да се получат монокристали от силиций с проводимост на дупки, в силиций се въвеждат добавки от елементи от III група - бор (см. BOR (химичен елемент), алуминий (см.АЛУМИНИЙ), галий (см.ГАЛИЙ)и Индия (см.ИНДИЙ), с електронна проводимост - добавки от елементи от V-та група - фосфор (см.ФОСФОР), арсен (см.АРСЕНИК)или антимон (см.антимон). Електрическите свойства на силиция могат да се променят чрез промяна на условията за обработка на монокристали, по-специално чрез третиране на повърхността на силиция с различни химични агенти.
Химически силицият е неактивен. При стайна температура той реагира само с газообразен флуор, за да образува летлив силициев тетрафлуорид SiF4. При нагряване до температура 400-500°C силицият реагира с кислорода, за да образува диоксид SiO 2 , с хлор, бром и йод - за образуване на съответните лесно летливи тетрахалогениди SiHal 4 .
Силицият не реагира директно с водорода, силициевите съединения с водорода са силани (см.СИЛАНИ)с общата формула Si n H 2n+2 - получено индиректно. Монозилан SiH 4 (често се нарича просто силан) се освобождава по време на взаимодействието на метални силициди с киселинни разтвори, например:
Ca 2 Si + 4HCl \u003d 2CaCl 2 + SiH 4
Силанът SiH 4, образуван в тази реакция, съдържа смес от други силани, по-специално дисилан Si 2 H 6 и трисилан Si 3 H 8, в които има верига от силициеви атоми, свързани помежду си с единични връзки (-Si-Si-Si -) .
С азота силицият при температура около 1000°C образува нитрид Si 3 N 4 , с бор - термично и химически стабилни бориди SiB 3 , SiB 6 и SiB 12 . Съединението на силиция и неговия най-близък аналог според периодичната таблица - въглерод - силициев карбид SiC (карборунд (см.КАРБОРУНД)) се характеризира с висока твърдост и ниска химическа активност. Карборундът се използва широко като абразивен материал.
При нагряване на силиций с метали се образуват силициди (см.СИЛИЦИДИ). Силицидите могат да бъдат разделени на две групи: йонно-ковалентни (силициди на алкални, алкалоземни метали и магнезий като Ca 2 Si, Mg 2 Si и др.) и металоподобни (силициди на преходни метали). Силицидите на активните метали се разлагат под действието на киселини, силицидите на преходните метали са химически стабилни и не се разлагат под действието на киселини. Металоподобните силициди имат високи точки на топене (до 2000°C). Най-често се образуват металоподобни силициди със състав MSi, M 3 Si 2 , M 2 Si 3 , M 5 Si 3 и MSi 2 . Металоподобните силициди са химически инертни, устойчиви на кислород дори при високи температури.
Силициевият диоксид SiO 2 е киселинен оксид, който не реагира с вода. Съществува под формата на няколко полиморфни модификации (кварц (см.КВАРЦ), тридимит, кристобалит, стъклен SiO 2). От тези модификации най-голяма практическа стойност има кварцът. Кварцът има пиезоелектрични свойства (см.ПИЕЗОЕЛЕКТРИЧНИ МАТЕРИАЛИ), той е прозрачен за ултравиолетово (UV) лъчение. Характеризира се с много нисък коефициент на топлинно разширение, така че кварцовите съдове не се напукват при температурни спадове до 1000 градуса.
Кварцът е химически устойчив на киселини, но реагира с флуороводородна киселина:
SiO 2 + 6HF \u003d H 2 + 2H 2 O
и газообразен флуороводород HF:
SiO 2 + 4HF \u003d SiF 4 + 2H 2 O
Тези две реакции се използват широко за ецване на стъкло.
Когато SiO 2 се слее с алкали и основни оксиди, както и с карбонати на активни метали, се образуват силикати (см.СИЛИКАТИ)- соли на много слаби, неразтворими във вода силициеви киселини, които нямат постоянен състав (см.СИЛИЦИЕВИ КИСЕЛИНИ)общата формула xH 2 O ySiO 2 (доста често в литературата те не пишат много точно не за силициеви киселини, а за силициева киселина, въпреки че всъщност говорим за едно и също нещо). Например, натриев ортосиликат може да се получи:
SiO 2 + 4NaOH \u003d (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
калциев метасиликат:
SiO 2 + CaO \u003d CaO SiO 2
или смесен калциев и натриев силикат:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Стъклото за прозорци е направено от Na 2 O CaO 6SiO 2 силикат.
Трябва да се отбележи, че повечето силикати нямат постоянен състав. От всички силикати само натриевите и калиевите силикати са разтворими във вода. Разтворите на тези силикати във вода се наричат ​​разтворимо стъкло. Благодарение на хидролизата, тези разтвори се характеризират със силно алкална среда. Хидролизираните силикати се характеризират с образуването на не истински, а колоидни разтвори. При подкисляване на разтвори на натриеви или калиеви силикати се утаява желатинова бяла утайка от хидратирани силициеви киселини.
Основният структурен елемент както на твърдия силициев диоксид, така и на всички силикати е групата, в която силициевият атом Si е заобиколен от тетраедър от четири кислородни атома O. В този случай всеки кислороден атом е свързан с два силициеви атома. Фрагментите могат да бъдат свързани един с друг по различни начини. Сред силикатите, според характера на връзките в тях, фрагментите се разделят на островни, верижни, лентови, слоести, рамкови и др.
Когато SiO 2 се редуцира със силиций при високи температури, се образува силициев моноксид със състав SiO.
Силицият се характеризира с образуването на органосилициеви съединения (см.СИЛИЦИЕВИ СЪЕДИНЕНИЯ), в който силициевите атоми са свързани в дълги вериги поради мостови кислородни атоми -O- и към всеки силициев атом, с изключение на два O атома, още два органични радикала R 1 и R 2 \u003d CH 3, C 2 H 5, C6 са свързани H5, CH2CH2CF3 и други.
Приложение
Силицият се използва като полупроводников материал. Кварцът се използва като пиезоелектричен материал, като материал за производството на топлоустойчиви химически (кварцови) съдове и UV лампи. Силикатите се използват широко като строителни материали. Стъклата на прозорците са аморфни силикати. Силиконовите материали се характеризират с висока устойчивост на износване и намират широко приложение в практиката като силиконови масла, лепила, каучуци и лакове.
Биологична роля
За някои организми силицият е важен биогенен елемент. (см.БИОГЕННИ ЕЛЕМЕНТИ). Той е част от поддържащите структури при растенията и скелетните структури при животните. В големи количества силицийът се концентрира от морските организми - диатомеи. (см.ДИАТОМЕНИ ВОДОРАСЛИ), радиоларии (см.РАДИОЛАРИЯ), гъби (см.ГЪБА). Човешката мускулна тъкан съдържа (1-2) 10 -2% силиций, костната тъкан - 17 10 -4%, кръвта - 3,9 mg / l. С храната в човешкото тяло навлиза до 1 g силиций дневно.
Силициевите съединения не са отровни. Но е много опасно да се вдишват силно диспергирани частици както от силикати, така и от силициев диоксид, които се образуват например по време на взривяване, при изсичане на скали в мини, по време на работа на машини за пясъкоструене и др. Микрочастиците SiO 2, които влизат в белите дробове, кристализират в тях, а получените кристали разрушават белодробната тъкан и причиняват тежко заболяване – силикоза (см.СИЛИКОЗА). За да се предотврати навлизането на този опасен прах в белите дробове, трябва да се използва респиратор за защита на дихателните пътища.

енциклопедичен речник. 2009 .

Вижте какво е "силиций" в други речници:

- (символ Si), широко разпространен сив химичен елемент от IV група на периодичната таблица, неметал. Той е изолиран за първи път от Йенс БЕРЦЕЛИУС през 1824 г. Силицият се намира само в съединения като СИЛИЦИЕВ (силициев диоксид) или в ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

Силиций- се получава почти изключително чрез карботермална редукция на силициев диоксид с помощта на електродъгови пещи. Той е лош проводник на топлина и електричество, по-твърд от стъклото, обикновено под формата на прах или по-често безформени парчета ... ... Официална терминология

СИЛИКИЙ- хим. елемент, неметал, символ Si (лат. Silicium), at. н. 14, при. т. 28.08; известни са аморфен и кристален силиций (който е изграден от кристали от същия тип като диаманта). Аморфен K. кафяв прах с кубична структура в силно диспергирана ... ... Голяма политехническа енциклопедия

- (Силиций), Si, химичен елемент от IV група на периодичната система, атомен номер 14, атомна маса 28.0855; неметал, т.т. 1415shC. Силицият е вторият най-разпространен елемент на Земята след кислорода, съдържанието му в земната кора е 27,6% от масата. ... ... Съвременна енциклопедия

Si (лат. Silicium * a. силиций, силиций; n. Silizium; f. silicium; и. siliseo), хим. елемент IV група периодичен. Системи на Менделеев, при. н. 14, при. м. 28.086. В природата има 3 стабилни изотопа 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Геологическа енциклопедия

Характеристика на елемента

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Изотопи: 28 Si (92,27%); 29Si (4,68%); 30 Si (3,05%)

Силицият е вторият най-разпространен елемент в земната кора след кислорода (27,6% от масата). В природата не се среща в свободно състояние, намира се главно под формата на SiO 2 или силикати.

Si съединенията са токсични; вдишването на най-малките частици SiO 2 и други силициеви съединения (например азбест) причинява опасно заболяване - силикоза

В основно състояние силициевият атом има валентност = II, а във възбудено състояние = IV.

Най-стабилното състояние на окисление на Si е +4. В съединения с метали (силициди), S.O. -четири.

Методи за получаване на силиций

Най-разпространеното естествено силициево съединение е силициев диоксид (силициев диоксид) SiO 2 . Той е основната суровина за производството на силиций.

1) Възстановяване на SiO 2 с въглерод в дъгови пещи при 1800 "C: SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

2) Si с висока чистота от технически продукт се получава по схемата:

а) Si → SiCl 2 → Si

б) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Физични свойства на силиция. Алотропни модификации на силиций

1) Кристален силиций - вещество със сребристосив цвят с метален блясък, кристална решетка от диамантен тип; т.т. 1415°С, т.к.3249°С, плътност 2,33 g/cm3; е полупроводник.

2) Аморфен силиций - кафяв прах.

Химични свойства на силиция

В повечето реакции Si действа като редуциращ агент:

При ниски температури силицийът е химически инертен, при нагряване неговата реактивност рязко се увеличава.

1. Взаимодейства с кислорода при T над 400°C:

Si + O 2 \u003d SiO 2 силициев оксид

2. Реагира с флуор още при стайна температура:

Si + 2F 2 = SiF 4 силициев тетрафлуорид

3. Реакциите с други халогени протичат при температура = 300 - 500 ° C

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. Със серни пари при 600 ° C образува дисулфид:

5. Реакцията с азот протича над 1000°C:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 силициев нитрид

6. При температура = 1150°С реагира с въглерод:

SiO 2 + 3C \u003d SiC + 2CO

Карборундът е близо до диаманта по твърдост.

7. Силицият не реагира директно с водорода.

8. Силицият е устойчив на киселини. Взаимодейства само със смес от азотна и флуороводородна (флуороводородна) киселини:

3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O

9. реагира с алкални разтвори за образуване на силикати и освобождаване на водород:

Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2

10. Редукционните свойства на силиция се използват за изолиране на металите от техните оксиди:

2MgO \u003d Si \u003d 2Mg + SiO 2

При реакции с метали Si е окислител:

Силицият образува силициди с s-метали и повечето d-метали.

Съставът на силицидите на този метал може да бъде различен. (Например FeSi и FeSi 2; Ni 2 Si и NiSi 2.) Един от най-известните силициди е магнезиевият силицид, който може да се получи чрез директно взаимодействие на прости вещества:

2Mg + Si = Mg 2 Si

Силан (моносилан) SiH 4

Силани (силициеви водороди) Si n H 2n + 2, (сравнете с алкани), където n \u003d 1-8. Силаните - аналози на алканите, се различават от тях по нестабилността на -Si-Si- веригите.

Monosilane SiH 4 е безцветен газ с неприятна миризма; разтворим в етанол, бензин.

Начини за получаване:

1. Разлагане на магнезиев силицид със солна киселина: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. Редукция на Si халиди с литиево-алуминиев хидрид: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Химични свойства.

Силанът е силен редуциращ агент.

1.SiH 4 се окислява от кислород дори при много ниски температури:

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O

2. SiH 4 лесно се хидролизира, особено в алкална среда:

SiH 4 + 2H 2 O \u003d SiO 2 + 4H 2

SiH 4 + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 4H 2

Силициев (IV) оксид (силициев диоксид) SiO 2

Силицият съществува в различни форми: кристална, аморфна и стъкловидна. Най-често срещаната кристална форма е кварцът. Когато кварцовите скали се разрушават, се образуват кварцови пясъци. Монокристалите на кварца са прозрачни, безцветни (планински кристал) или оцветени с примеси в различни цветове (аметист, ахат, яспис и др.).

Аморфният SiO 2 се среща под формата на минерала опал: силикагелът е изкуствено получен, състоящ се от колоидни SiO 2 частици и е много добър адсорбент. Стъкленият SiO 2 е известен като кварцово стъкло.

Физични свойства

Във вода SiO 2 се разтваря много слабо, в органични разтворители също практически не се разтваря. Силицият е диелектрик.

Химични свойства

1. SiO 2 е киселинен оксид, следователно аморфният силициев диоксид бавно се разтваря във водни разтвори на основи:

SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O

2. SiO 2 също взаимодейства при нагряване с основни оксиди:

SiO 2 + K 2 O \u003d K 2 SiO 3;

SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3

3. Тъй като е нелетлив оксид, SiO 2 измества въглеродния диоксид от Na 2 CO 3 (по време на синтез):

SiO 2 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 SiO 3 + CO 2

4. Силициевият диоксид реагира с флуороводородна киселина, образувайки флуоросилициева киселина H 2 SiF 6:

SiO 2 + 6HF \u003d H 2 SiF 6 + 2H 2 O

5. При 250 - 400 ° C SiO 2 взаимодейства с газообразен HF и F 2, образувайки тетрафлуоросилан (силициев тетрафлуорид):

SiO 2 + 4HF (газ.) \u003d SiF 4 + 2H 2 O

SiO 2 + 2F 2 \u003d SiF 4 + O 2

Силициеви киселини

Известен:

Ортосилициева киселина H 4 SiO 4 ;

Метасилициева (силициева) киселина H 2 SiO 3 ;

Ди- и полисилициеви киселини.

Всички силициеви киселини са слабо разтворими във вода и лесно образуват колоидни разтвори.

Начини за получаване

1. Утаяване с киселини от разтвори на силикати на алкални метали:

Na 2 SiO 3 + 2HCl \u003d H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

2. Хидролиза на хлоросилани: SiCl 4 + 4H 2 O \u003d H 4 SiO 4 + 4HCl

Химични свойства

Силициевите киселини са много слаби киселини (по-слаби от въглеродната киселина).

При нагряване те се дехидратират, за да образуват силициев диоксид като краен продукт.

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Силикати - соли на силициеви киселини

Тъй като силициевите киселини са изключително слаби, техните соли във водни разтвори са силно хидролизирани:

Na 2 SiO 3 + H 2 O \u003d NaHSiO 3 + NaOH

SiO 3 2- + H 2 O \u003d HSiO 3 - + OH - (алкална среда)

По същата причина, когато въглеродният диоксид преминава през силикатни разтвори, силициевата киселина се измества от тях:

K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d H 2 SiO 3 ↓ + K 2 CO 3

SiO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d H 2 SiO 3 ↓ + CO 3

Тази реакция може да се разглежда като качествена реакция за силикатни йони.

Сред силикатите само Na 2 SiO 3 и K 2 SiO 3 са силно разтворими, които се наричат ​​разтворимо стъкло, а техните водни разтвори се наричат ​​течно стъкло.

Стъклена чаша

Обикновеното прозоречно стъкло има състав Na 2 O CaO 6SiO 2, т.е. това е смес от натриеви и калциеви силикати. Получава се чрез сливане на сода Na 2 CO 3 , CaCO 3 варовик и SiO 2 пясък;

Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 \u003d Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2

Цимент

Прахообразен свързващ материал, който при взаимодействие с вода образува пластична маса, която в крайна сметка се превръща в твърдо тяло, подобно на камък; основен строителен материал.

Химическият състав на най-често срещания портланд цимент (в% от теглото) - 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe2O3; 1-5% MgO.

Силиций- много рядък минерален вид от класа на самородните елементи. Всъщност е учудващо колко рядко се среща в природата в чист вид химичният елемент силиций, който в свързана форма е поне 27,6% от масата на земната кора. Но силицият се свързва силно с кислорода и почти винаги е под формата на силициев диоксид - силициев диоксид, SiO 2 (кварцово семейство) или като част от силикати (SiO 4 4-). Самородният силиций като минерал се открива в продуктите на вулканични изпарения и като най-малките включвания в самородното злато.

Вижте също:

СТРУКТУРА

ИМОТИ

Силицият е крехък, само при нагряване над 800 °C става пластичен. Той е прозрачен за инфрачервено лъчение от дължина на вълната 1,1 µm. Собствена концентрация на носители на заряд - 5,81 · 10 · 15 m −3 (за температура 300 K) Точка на топене 1415 ° C, точка на кипене 2680 ° C, плътност 2,33 g / cm 3. Има полупроводникови свойства, устойчивостта му намалява с повишаване на температурата.

Аморфният силиций е кафяв прах, базиран на силно неподредена структура, подобна на диамант. Той е по-реактивен от кристалния силиций.

МОРФОЛОГИЯ

Отбелязани са изолирани факти за намиране на чист силиций в естествена форма.

ПРОИЗХОД

Съдържанието на силиций в земната кора е според различни източници 27,6-29,5% от теглото. По този начин, по отношение на разпространението в земната кора, силицийът се нарежда на второ място след кислорода. Концентрация в морска вода 3 mg/l. Отбелязват се изолирани факти за намиране на чист силиций в естествена форма - най-малките включвания (наноиндивидуали) в иолитите на Горячегорския алкално-габроиден масив (Кузнецк Алатау, Красноярска територия); в Карелия и на полуостров Кола (въз основа на изследването на свръхдълбокия кладенец Кола); микроскопични кристали във фумаролите на вулканите Толбачик и Кудряви (Камчатка).

ПРИЛОЖЕНИЕ

Монокристален силиций – освен в електрониката и слънчевата енергия, се използва за направата на огледала за газови лазери.

Съединения на метали със силиций - силициди - са широко използвани в промишлеността (например електронни и атомни) материали с широк спектър от полезни химични, електрически и ядрени свойства (устойчивост на окисление, неутрони и др.). Силицидите на редица елементи са важни термоелектрически материали.

Силициевите съединения служат като основа за производството на стъкло и цимент. Силикатната промишленост се занимава с производство на стъкло и цимент. Произвежда и силикатна керамика - тухли, порцелан, фаянс и изделия от тях. Силикатното лепило е широко известно, използва се в строителството като десикант, а в пиротехниката и в бита за лепене на хартия. Силиконовите масла и силиконите, материали на основата на силициеви органични съединения, са широко разпространени.

Техническият силиций намира следните приложения:

• суровини за металургичната промишленост: сплавен компонент (бронз, силумин);
• дезоксидатор (при топене на желязо и стомана);
• модификатор на свойствата на метала или легиращ елемент (например добавянето на определено количество силиций при производството на трансформаторни стомани намалява коерцитивната сила на крайния продукт) и др.;
• суровини за производство на по-чист поликристален силиций и пречистен металургичен силиций (в литературата "umg-Si");
• суровини за производство на органични силициеви материали, силани;
• понякога техническият силиций и неговата сплав с желязо (феросилиций) се използват за производство на водород в областта;
• за производство на слънчеви панели;
• антиблокиращ (отделящ агент) в производството на пластмаси.

Силиций (англ. Silicon) - Si

КЛАСИФИКАЦИЯ

Много съвременни технологични устройства и устройства са създадени благодарение на уникалните свойства на веществата, открити в природата. Човечеството чрез експерименти и внимателно изучаване на заобикалящите ни елементи непрекъснато модернизира собствените си изобретения – този процес се нарича технически прогрес. Базира се на елементарни, достъпни за всеки неща, които ни заобикалят в ежедневието. Например пясък: какво може да бъде изненадващо и необичайно в него? Учените успяха да изолират от него силиций - химичен елемент, без който компютърните технологии не биха съществували. Обхватът на приложението му е разнообразен и непрекъснато се разширява. Това се постига благодарение на уникалните свойства на силициевия атом, неговата структура и възможността за съединения с други прости вещества.

Характеристика

В този, разработен от Д. И. Менделеев, силицийът е обозначен със символа Si. Той принадлежи към неметалите, намира се в основната четвърта група на третия период, има атомен номер 14. Неговата близост до въглерода не е случайна: в много отношения техните свойства са сравними. В природата не се среща в чиста форма, тъй като е активен елемент и има доста силни връзки с кислорода. Основното вещество е силициев диоксид, който е оксид и силикати (пясък). В същото време силицият (природните му съединения) е един от най-разпространените химични елементи на Земята. По отношение на масовия дял на съдържанието той се нарежда на второ място след кислорода (повече от 28%). Най-горният слой на земната кора съдържа силициев диоксид (това е кварц), различни видове глини и пясък. Втората най-често срещана група са неговите силикати. На дълбочина около 35 км от повърхността има слоеве от гранитни и базалтови отлагания, които включват силициеви съединения. Процентното съдържание в земното ядро ​​все още не е изчислено, но най-близките до повърхността (до 900 км) слоеве на мантията съдържат силикати. В състава на морската вода концентрацията на силиций е 3 mg / l, 40% се състои от неговите съединения. Пространствата на космоса, които човечеството е изследвало досега, съдържат този химичен елемент в големи количества. Например метеорити, които се приближиха до Земята на разстояние, достъпно за изследователите, показаха, че се състоят от 20% силиций. Има възможност за формиране на живот на базата на този елемент в нашата галактика.

Изследователски процес

Историята на откриването на химичния елемент силиций има няколко етапа. Много вещества, систематизирани от Менделеев, се използват от човечеството от векове. В същото време елементите бяха в естествената си форма, т.е. в съединения, които не са били подложени на химическа обработка и всичките им свойства не са били известни на хората. В процеса на изучаване на всички характеристики на веществото се появиха нови направления за употреба. Свойствата на силиция не са напълно проучени до днес - този елемент, с доста широк и разнообразен спектър от приложения, оставя място за нови открития на бъдещите поколения учени. Съвременните технологии значително ще ускорят този процес. През 19 век много известни химици се опитват да получат чист силиций. За първи път L. Tenard и J. Gay-Lussac успяха да направят това през 1811 г., но откриването на елемента принадлежи на J. Berzelius, който успя не само да изолира веществото, но и да го опише. Шведски химик получава силиций през 1823 г., използвайки метален калий и калиева сол. Реакцията протича с катализатор под формата на висока температура. Полученото просто сиво-кафяво вещество беше аморфен силиций. Кристалният чист елемент е получен през 1855 г. от Сейнт Клер Девил. Сложността на изолацията е пряко свързана с високата якост на атомните връзки. И в двата случая химическата реакция е насочена към процеса на пречистване от примеси, докато аморфните и кристалните модели имат различни свойства.

Силициев произношение на химичния елемент

Първото име на получения прах - кисел - е предложено от Берцелиус. В Обединеното кралство и САЩ силицият все още не се нарича нищо повече от силиций (Silicium) или силикон (Silicon). Терминът произлиза от латинското "кремък" (или "камък") и в повечето случаи е обвързан с понятието "земя" поради широкото си разпространение в природата. Руското произношение на този химикал е различно, всичко зависи от източника. Наричан е силициев диоксид (Захаров използва този термин през 1810 г.), сицилия (1824 г., Двигубски, Соловьов), силициев диоксид (1825 г., Страхов) и едва през 1834 г. руският химик Герман Иванович Хес въвежда името, което се използва и до днес. повечето източници - силиций. В него се обозначава със символа Si. Как се разчита химическият елемент силиций? Много учени в англоговорящите страни произнасят името му като "си" или използват думата "силикон". От тук идва и световноизвестното име на долината, която е изследователска и производствена площадка за компютърни технологии. Рускоезичното население нарича елемента силиций (от старогръцката дума за "скала, планина").

Намиране в природата: находища

Цели планински системи са съставени от силициеви съединения, които не се срещат в чист вид, тъй като всички известни минерали са диоксиди или силикати (алумосиликати). Камъни с невероятна красота се използват от хората като декоративен материал - това са опали, аметисти, различни видове кварц, яспис, халцедон, ахат, планински кристал, карнеол и много други. Те се образуват поради включването на различни вещества в състава на силиция, което определя тяхната плътност, структура, цвят и посока на използване. Целият неорганичен свят може да бъде свързан с този химичен елемент, който в естествената си среда образува силни връзки с метали и неметали (цинк, магнезий, калций, манган, титан и др.). В сравнение с други вещества, силицият е лесно достъпен за добив в промишлен мащаб: намира се в повечето видове руди и минерали. Следователно активно разработваните находища са обвързани с налични енергийни източници, а не с териториални натрупвания на материя. Кварцитите и кварцовите пясъци се срещат във всички страни по света. Най-големите производители и доставчици на силиций са: Китай, Норвегия, Франция, САЩ (Западна Вирджиния, Охайо, Алабама, Ню Йорк), Австралия, Южна Африка, Канада, Бразилия. Всички производители използват различни методи, които зависят от вида на произвеждания продукт (технически, полупроводников, високочестотен силиций). Химичен елемент, допълнително обогатен или, обратно, пречистен от всички видове примеси, има индивидуални свойства, от които зависи по-нататъшното му използване. Това важи и за това вещество. Структурата на силиция определя обхвата на неговото приложение.

История на употребата

Много често, поради сходството на имената, хората бъркат силиций и кремък, но тези понятия не са идентични. Нека внесем яснота. Както вече беше споменато, силицийът в неговата чиста форма не се среща в природата, което не може да се каже за неговите съединения (същия силициев диоксид). Основните минерали и скали, образувани от диоксида на веществото, което разглеждаме, са пясък (речен и кварц), кварц и кварцити и кремък. Всеки трябва да е чувал за последното, защото му се отдава голямо значение в историята на развитието на човечеството. Първите инструменти, създадени от хората през каменната ера, са свързани с този камък. Острите му ръбове, образувани при отчупване от основната скала, значително улесняваха работата на древните домакини, а възможността за заточване - ловци и рибари. Кремъкът нямаше силата на металните изделия, но повредените инструменти бяха лесни за замяна с нови. Използването му като кремък и стомана продължава в продължение на много векове - до изобретяването на алтернативни източници.

Що се отнася до съвременните реалности, свойствата на силиция позволяват използването на веществото за интериорна декорация или създаване на керамични съдове, като в допълнение към красивия естетически външен вид има много отлични функционални качества. Отделна посока на неговото приложение е свързана с изобретяването на стъклото преди около 3000 години. Това събитие направи възможно създаването на огледала, чинии, мозаечни витражи от съединения, съдържащи силиций. Формулата на първоначалното вещество беше допълнена с необходимите компоненти, което позволи да се даде на продукта желания цвят и повлия на здравината на стъклото. Произведения на изкуството с удивителна красота и разнообразие са направени от човека от минерали и камъни, съдържащи силиций. Лечебните свойства на този елемент са описани от древни учени и са използвани през цялата история на човечеството. Те изградиха кладенци за питейна вода, килери за съхранение на храна, използвани както в бита, така и в медицината. Прахът, получен в резултат на смилането, се нанася върху рани. Особено внимание беше обърнато на водата, която се влива в съдове, направени от съединения, съдържащи силиций. Химическият елемент взаимодейства с неговия състав, което прави възможно унищожаването на редица патогенни бактерии и микроорганизми. И това далеч не са всички индустрии, където веществото, което обмисляме, е много, много търсено. Структурата на силиция определя неговата универсалност.

Имоти

За по-подробно запознаване с характеристиките на дадено вещество, то трябва да се разгледа, като се вземат предвид всички възможни свойства. Планът за характеризиране на химичния елемент на силиция включва физични свойства, електрофизични показатели, изследване на съединения, реакции и условия за тяхното преминаване и др. Силицият в кристална форма има тъмносив цвят с метален блясък. Гранецентрираната кубична решетка е подобна на въглеродната (диамант), но поради по-дългите връзки не е толкова силна. Нагряването до 800 ° C го прави пластичен, в други случаи остава крехък. Физическите свойства на силиция правят това вещество наистина уникално: той е прозрачен за инфрачервено лъчение. Точка на топене - 1410 0 C, точка на кипене - 2600 0 C, плътност при нормални условия - 2330 kg / m 3. Топлопроводимостта не е постоянна, за различни проби се взема при приблизителна стойност от 25 0 C. Свойствата на силициевия атом позволяват използването му като полупроводник. Тази посока на приложение е най-търсена в съвременния свят. Величината на електрическата проводимост се влияе от състава на силиция и елементите, които са в комбинация с него. И така, за повишена електронна проводимост се използват антимон, арсен, фосфор, за перфорирани - алуминий, галий, бор, индий. При създаването на устройства със силиций като проводник се използва повърхностна обработка с определен агент, който влияе върху работата на устройството.

Свойствата на силиция като отличен проводник се използват широко в съвременната апаратура. Използването му в производството на сложно оборудване (например модерни изчислителни устройства, компютри) е особено уместно.

Силиций: характеристики на химичен елемент

В повечето случаи силицийът е четиривалентен, има и връзки, в които може да има стойност +2. При нормални условия той е неактивен, има силни съединения и при стайна температура може да реагира само с флуор, който е в газообразно агрегатно състояние. Това се дължи на ефекта на блокиране на повърхността с диоксиден филм, който се наблюдава при взаимодействие с околния кислород или вода. За да се стимулират реакциите, трябва да се използва катализатор: повишаването на температурата е идеално за вещество като силиций. Химическият елемент взаимодейства с кислорода при 400-500 0 С, в резултат на което диоксидният филм се увеличава и протича процесът на окисление. Когато температурата се повиши до 50 0 С, се наблюдава реакция с бром, хлор, йод, в резултат на което се образуват летливи тетрахалогениди. Силицият не взаимодейства с киселини, с изключение на смес от флуороводородна и азотна киселина, докато всеки алкален в нагрято състояние е разтворител. Силициевите водороди се образуват само при разлагане на силициди, той не реагира с водород. Съединенията с бор и въглерод се отличават с най-голяма якост и химическа пасивност. Високата устойчивост на основи и киселини има връзка с азота, която се проявява при температури над 1000 0 C. Силицидите се получават чрез реакция с метали и в този случай валентността, показана от силиция, зависи от допълнителния елемент. Формулата на веществото, образувано с участието на преходния метал, е устойчива на киселини. Структурата на силициевия атом пряко влияе върху неговите свойства и способността да взаимодейства с други елементи. Процесът на образуване на връзки в природата и при въздействие върху веществото (в лабораторни, промишлени условия) се различава значително. Структурата на силиция предполага неговата химическа активност.

Структура

Силицият има свои собствени характеристики. Зарядът на ядрото е +14, което съответства на поредния номер в периодичната система. Брой заредени частици: протони - 14; електрони - 14; неутрони - 14. Схемата на структурата на силициевия атом има следната форма: Si +14) 2) 8) 4. На последното (външно) ниво има 4 електрона, което определя степента на окисление с „+ ” или знак „-”. Силициевият оксид има формула SiO 2 (валентност 4+), летливото водородно съединение е SiH 4 (валентност -4). Големият обем на силициевия атом прави възможно в някои съединения да имат координационно число 6, например, когато се комбинират с флуор. Моларна маса - 28, атомен радиус - 132 pm, конфигурация на електронната обвивка: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Приложение

Повърхностният или напълно легиран силиций се използва като полупроводник при създаването на много, включително високопрецизни устройства (например слънчеви фотоклетки, транзистори, токоизправители и др.). Изключително чистият силиций се използва за създаване на слънчеви клетки (енергия). Монокристалният тип се използва за направата на огледала и газов лазер. От силициеви съединения се получават стъкло, керамични плочки, съдове, порцелан, фаянс. Трудно е да се опише разнообразието от видове получени стоки, тяхното действие се извършва на ниво домакинство, в изкуството и науката и в производството. Полученият цимент служи като суровина за създаване на строителни смеси и тухли, довършителни материали. Разпределението на масла, базирани на смазочни материали, може значително да намали силата на триене в движещите се части на много механизми. Силицидите се използват широко в индустрията поради техните уникални свойства в областта на устойчивостта на агресивни среди (киселини, температури). Техните електрически, ядрени и химични характеристики се вземат предвид от специалисти в сложни индустрии, а структурата на силициевия атом също играе важна роля.

Изброихме най-интензивните и напреднали области на приложение към днешна дата. Най-често срещаният търговски силиций, произвеждан в големи количества, се използва в редица области:

1. Като суровина за производството на по-чиста субстанция.
2. За легиращи сплави в металургичната промишленост: наличието на силиций повишава огнеупорността, повишава устойчивостта на корозия и механичната якост (при излишък на този елемент сплавта може да бъде твърде крехка).
3. Като дезоксидант за отстраняване на излишния кислород от метала.
4. Суровини за производство на силани (силициеви съединения с органични вещества).
5. За производство на водород от сплав на силиций с желязо.
6. Производство на соларни панели.

Стойността на това вещество е голяма и за нормалното функциониране на човешкото тяло. Структурата на силиция, неговите свойства са определящи в този случай. В същото време излишъкът или липсата му води до сериозни заболявания.

В човешкото тяло

Медицината отдавна използва силиция като бактерицидно и антисептично средство. Но с всички предимства на външната употреба, този елемент трябва постоянно да се обновява в човешкото тяло. Нормалното ниво на съдържанието му ще подобри живота като цяло. При недостига му повече от 70 микроелемента и витамини няма да бъдат усвоени от организма, което значително ще намали устойчивостта към редица заболявания. Най-висок процент на силиций се наблюдава в костите, кожата, сухожилията. Играе ролята на конструктивен елемент, който поддържа здравината и придава еластичност. Всички твърди тъкани на скелета са образувани от неговите съединения. В резултат на скорошни изследвания е установено съдържание на силиций в бъбреците, панкреаса и съединителната тъкан. Ролята на тези органи във функционирането на тялото е доста голяма, така че намаляването на съдържанието му ще има пагубен ефект върху много основни показатели за поддържане на живота. Тялото трябва да получава 1 грам силиций на ден с храна и вода - това ще помогне да се избегнат възможни заболявания като възпаление на кожата, омекване на костите, образуване на камъни в черния дроб, бъбреците, увреждане на зрението, косата и нокти, атеросклероза. При достатъчно ниво на този елемент имунитетът се повишава, метаболитните процеси се нормализират и се подобрява усвояването на много елементи, необходими за човешкото здраве. Най-голямо количество силиций има в зърнените храни, репичките, елдата. Силициевата вода ще донесе значителни ползи. За да определите количеството и честотата на употребата му, по-добре е да се консултирате със специалист.