Де застосовують кремній. Кремній: властивості і застосування в лікувальних цілях. Кремній як будівельний матеріал

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Початок епохи Графен

Крім того, вуглець також має тенденцію генерувати менше тепла і, роблячи набагато менші транзистори, можна мати більшу кількість їх в одному і тому ж просторі. Первісна утиліта цього чіпа буде в мобільних телефонах, де вона може використовуватися як радіоприймач, який дозволяє переводити сигнали в зрозумілу інформацію, яка може бути відправлена ​​і отримана. Негативна частина, як зазвичай, коли ми говоримо про використання графена як матеріалу, - це висока вартість його виробництва, що на даний момент робить неможливим його комерційне використання в короткостроковій перспективі.

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

освіти та науки Росії

федеральне державне бюджетне освітня установа

вищої професійної освіти

«Санкт-Петербурзький державний технологічний інститут

(Технічний університет) »(СПбГТІ (ТУ))

КАФЕДРА ХНТ МЕТ

УГС 240100.62

СПЕЦІАЛЬНІСТЬ Хімічна Технологія

НАПРЯМОК Хімія речовин і матеріалів

Дисципліна Вступ до спеціальності

НА ТЕМУ: Кремній, його властивості та застосування в сучасній електроніці

Виконала студентка 1 курсу, групи 131

Жуковська Катерина Олесевна

Єжовський Юрій Костянтинович

Санкт-Петербург 2013

Вступ

1. Кремній

2. Історія

3. Походження назви

4. Знаходження в природі

5. Отримання

6. Фізичні властивості

7. Електрофізичні властивості

8. Хімічні властивості

10. Застосування

Список літератури

Вступ

Кремній - один з важливих елементів. Вернадський написав свою знамениту працю: "Ніякої організм не може існувати без кремнію" (1944 р). У довіднику з хімії для школярів 9 класу (вид. Мінськ: "Слово", 1977 г.) в розділі "Кремній" повідомляється: "... кремній - виключно важливий напівпровідниковий матеріал, який використовується для виготовлення мікроелектронних пристроїв -" мікросхем ". Він використовується у виробництві сонячних батарей, перетворює сонячну енергію в електричну. Серед 104 елементів періодичної системи у кремнію особлива роль. Він - п'єзоелемент. Він може перетворювати один вид енергії в інший. Механічну в електричну, світлову в теплову і ін. ". Саме кремній лежить в основі енергоінформаційного обміну в космосі і на Землі. З таблиці хімічного складу Землі, її "Живого Речовини" і космічних систем-зірок, Сонця видно, що найпоширенішим елементом у цьому світі є кисень - 47%, на другому місці кремній - 29,5%, а вміст інших елементів - значно менше .

Найбільш поширеним полупроводником у виробництві електронних компонентів є кремній, тому що запаси його на планеті практично безмежні.

1. Кремній

Кремній - елемент головної підгрупи четвертої групи третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 14. Позначається символом Si (лат. Silicium).

Зовнішній вигляд простої речовини

В аморфній формі - коричневий порошок, в кристалічній - темно-сірий, злегка блискучий.

властивості атома

Ім'я, символ, номер: Кремній / Silicium (Si), 14

Атомна маса (молярна маса) 28,0856 а.е.м. (Г / моль)

Електронна конфігурація: 3s2 3p2, в соед. 3s 3p3 (гібридизація)

Радіус атома 132 нм

Хімічні властивості

Ковалентний радіус 111 нм

Радіус іона 42 (+ 4e) 271 (-4e) нм

Електронегативність 1,90 (шкала Полінга)

Електродний потенціал 0

Ступені окислення: +4, +2, 0, -4

Енергія іонізації (перший електрон) 786,0 (8,15) кДж / моль (еВ)

Термодинамічні властивості

Щільність (при н.у.) 2,33 г / смі

Температура плавлення 1414,85 ° C (1688 K)

Температура кипіння 2349,85 ° C (2623 K)

Теплота плавлення 50,6 кДж / моль

Теплота випаровування 383 кДж / моль

Питома теплоємність 20,16 Дж / (K моль)

Молярний об'єм 12,1 смі / моль

Кристалічна ґратка

Структура ґратки: кубічна, алмазна

Параметри решітки: 5,4307 Е

Температура Дебая 625 К

Інші характеристики

Теплопровідність (300 К) 149 Вт / (м · К)

2. Історія

Природні сполуки кремнію або силіцію (англ. Silicon, франц. І німий. Silicium) - двоокис кремнію (кремнезему) - відомі дуже давно. Стародавні добре знали гірський кришталь, або кварц, а також дорогоцінні камені, що представляють собою пофарбований в різні кольори кварц (аметист, димчастий кварц, хальцедон, хризопраз, топаз, онікс і ін.) Елементарний кремній був отриманий лише в XIX ст., Хоча спроби розкласти кремнезем робилися ще Шеєле і Лавуазьє, Дзві (за допомогою Вольтова стовпа), Гей-Люссак і Тенаром (хімічним шляхом). Верцеліусом, прагнучи розкласти кремнезем, нагрівав його в суміші з залізним порошком і вугіллям до 1500 ° С і отримав при цьому феросиліцій. Лише в 1823 r. при дослідженнях з'єднань плавикової кислоти, в тому числі SiF4, він отримав вільний аморфний кремній ( "радикал кремнезему") взаємодією парів фтористого кремнію і калію. Сент Клер-Девілль в 1855 р отримав кристалічний кремній.

3. Походження назви

Назва силіцій або кизел (Kiesel, кремінь) було запропоновано Берцелиусом. Ще раніше Томсон запропонував назву силікон (Silicon), прийняте в Англії і США, за аналогією з борін (Boron) і карбон (Carbon). Слово силіцій (Silicium) походить від силика (кремнезем); закінчення "а" було прийнято в XVIII і XIX ст. для позначення земель (Silica, Aluminia, Thoria, Terbia, Glucina, Cadmia і ін.). У свою чергу слово силика пов'язано з лат. Silex (міцний, кремінь).

Російська назва кремній походить від давньослов'янських слів кремінь (назва каменю), кремик, міцний, кресмень, кресаті (ударяти залізом про ремінь для отримання іскор) і ін. У російській хімічної літературі початку XIX ст. зустрічаються назви кремнезем (Захаров, 1810), силіцій (Соловйов, Двигубский, 1824), кремінь (Страхов, 1825), кременистих (Іовська, 1827), кремнезему і кремній (Гесс, 1831).

4. Знаходження в природі

Найчастіше в природі кремній зустрічається у вигляді кремнезему - з'єднань на основі діоксиду кремнію (IV) SiO2 (около12% маси земної кори). Основні мінерали і гірські породи, утворені діоксидом кремнію - це пісок (річковий і кварцовий), кварц і кварцити, кремінь, польові шпати. Другу за поширеністю в природі групу сполук кремнію становлять силікати і алюмосилікати.

Відзначено поодинокі факти знаходження чистого кремнію в самородному вигляді.

Кремній міститься в більшості мінералів і руд. Необхідні родовища кварцитів і кварцових пісків є в дуже багатьох країнах світу. Однак, для отримання більш якісного продукту або для підвищення показників рентабельності, вигідніше використання сировини з максимальним вмістом кремнію (аж до 99% SiO2). Настільки багаті родовища вкрай рідкісні і по всьому світу активно і давно використовуються конкуруючої скляної промисловістю. Остання, щоправда, неохоче переробляє сировину навіть з мінімальним забрудненням залізом, але у виробництві феросплавів воно мало критично. В цілому по світу забезпеченість кремнієвих виробництв сировиною вважається високою, а відповідна частка витрат в його собівартості незначною (менше 10%).

кремній аморфний атом

5. Отримання

«Вільний кремній можна отримати прожарюванням з магнієм дрібного білого піску, який являє собою діоксид кремнію:

При цьому утворюється бурий порошок аморфного кремнію ».

У промисловості кремній технічної чистоти отримують, відновлюючи розплав SiO2 коксом при температурі близько 1800 ° C в руднотермічеських печах шахтного типу. Чистота, отриманого таким чином кремнію, може досягати 99,9% (основні домішки - вуглець, метали).

Можлива подальша очистка кремнію від домішок.

Очищення в лабораторних умовах може бути проведена шляхом попереднього отримання силіциду магнію Mg2Si. Далі з силіциду магнію за допомогою соляної або оцтової кислот отримують газоподібний моносилан SiH4. Моносилан очищають ректифікацією, сорбційними і ін. Методами, а потім розкладають на кремній і водень при температурі близько 1000 ° C.

Очищення кремнію в промислових масштабах здійснюється шляхом безпосереднього хлорування кремнію. При цьому утворюються сполуки складу SiCl4 і SiCl3H. Ці хлориди різними способами очищають від домішок (як правило перегонкою і диспропорціонування) і на заключному етапі відновлюють чистим воднем при температурах від 900 до 1100 ° C.

Розробляються дешевші, чисті та ефективні промислові технології очищення кремнію. На 2010 р до таких можна віднести технології очищення кремнію з використанням фтору (замість хлору); технології передбачають дистиляцію монооксиду кремнію; технології, засновані на витравлення домішок, концентруються на міжкристалічних межах.

Спосіб отримання кремнію в чистому вигляді розроблений Миколою Миколайовичем Бекетовим.

У Росії технічний кремній виробляється «ОК Русал» на заводах в м Каменськ-Уральський (Свердловська область) та м Шелехов (Іркутська область); доочищений по хлоридної технології кремній виробляє група «Nitol Solar» на заводі в м Усолье-Сибірське.

6. Фізичні властивості

Кристалічна структура кремнію

Кристалічна решітка кремнію кубічна гранецентрированная типу алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при високому тиску отримані й інші поліморфні модифікації кремнію), але через більшої довжини зв'язку між атомами Si - Si в порівнянні з довжиною зв'язку С - С твердість кремнію значно менше, ніж алмазу. Кремній крихкий, тільки при нагріванні вище 800 ° C він стає пластичним речовиною. Цікаво, що кремній прозорий для інфрачервоних променів починаючи з довжини хвилі 1,1 мкм. Власна концентрація носіїв заряду - 5,81 · 1015 м? 3 (для температури 300 K).

7. Електрофізичні властивості

Елементарний кремній в монокристаллической формі є непрямозонних полупроводником. Ширина забороненої зони при кімнатній температурі становить 1,12 еВ, а при Т = 0 До складає 1,21 еВ. Концентрація власних носіїв заряду в кремнії при нормальних умовах становить близько 1,5 • 1010 см? 3.

На електрофізичні властивості кристалічного кремнію великий вплив мають містяться в ньому домішки. Для отримання кристалів кремнію з доречнийпровідністю, в кремній вводять атоми елементів III-ї групи, таких, як бор, алюміній, галій, індій. Для отримання кристалів кремнію з електронною провідністю, в кремній вводять атоми елементів V-ї групи, таких, як фосфор, миш'як, сурма.

При створенні електронних приладів на основі кремнію задіюється переважно приповерхневих шар матеріалу (до десятків мікрон), тому якість поверхні кристала може робити істотний вплив на електрофізичні властивості кремнію і, відповідно, на властивості готового приладу. При створенні деяких приладів використовуються прийоми, пов'язані з модифікацією поверхні, наприклад, обробка поверхні кремнію різними хімічними агентами.

Діелектрична проникність: 12

Рухливість електронів: 1200--1450 смі / (В · c).

Рухливість дірок: 500 смі / (В · c).

Ширина забороненої зони 1,205-2,84 · 10? 4 · T

Тривалість життя електрона: 5 нс - 10 мс

Довжина вільного пробігу електрона: близько 0,1 см

Довжина вільного пробігу дірки: близько 0,02 - 0,06 см

Всі значення наведені для нормальних умов.

8. Хімічні властивості

Подібно атомам вуглецю, для атомів кремнію є характерним стан sp3-гібридизації орбіталей. У зв'язку з гібридизацією чистий кристалічний кремній утворює алмазоподобную грати, в якій кремній четирехвалентен. У з'єднаннях кремній зазвичай також проявляє себе як чотиривалентність елемент зі ступенем окислення +4 або? 4. Зустрічаються двовалентні з'єднання кремнію, наприклад, оксид кремнію (II) - SiO.

При нормальних умовах кремній хімічно малоактивний і активно реагує тільки з газоподібним фтором, при цьому утворюється летючий тетрафторид кремнію SiF4. Така «неактивність» кремнію пов'язана з пасивацією поверхні нанорозмірних шаром діоксиду кремнію, негайно утворюється в присутності кисню, повітря або води (водяної пари).

При нагріванні до температури понад 400-500 ° C кремній реагує з киснем з утворенням діоксиду SiO2, процес супроводжується збільшенням товщини шару діоксиду на поверхні, швидкість процесу окислення лімітується дифузією атомарного кисню крізь плівку діоксиду.

При нагріванні до температури понад 400-500 ° C кремній реагує з хлором, бромом і йодом - з утворенням відповідних легко летючих тетрагалогеніди SiHal4 і, можливо, галогенідів більш складного складу.

З воднем кремній безпосередньо не реагує, сполуки кремнію з воднем - силани із загальною формулою SinH2n + 2 - отримують непрямим шляхом. Моносилан SiH4 (його часто називають просто сіланом) виділяється при взаємодії силіцидів металів з розчинами кислот, наприклад:

Утворений в цій реакції силан SiH4 містить домішка та інших силанов, зокрема, дисилан Si2H6 і трісілана Si3H8, в яких є ланцюжок з атомів кремнію, пов'язаних між собою одинарними зв'язками (--Si - Si - Si--).

З азотом кремній при температурі близько 1000 ° C утворює нітрид Si3N4, з бором - термічно і хімічно стійкі бориди SiB3, SiB6 і SiB12.

При температурах понад 1000 ° C можна отримати з'єднання кремнію і його найближчого аналога по таблиці Менделєєва - вуглецю - карбід кремнію SiC (карборунд), який характеризується високою твердістю і низькою хімічною активністю. Карборунд широко використовується як абразивний матеріал. При цьому, що цікаво, розплав кремнію (1415 ° C) може тривалий час контактувати з вуглецем у вигляді великих шматків плотноспечённого дрібнозернистого графіту ізостатичного пресування, практично не розчиняючи і ніяк не взаємодіючи з останнім.

Нижележащие елементи 4-ї групи (Ge, Sn, Pb) необмежено розчинні в кремнії, як і більшість інших металів. При нагріванні кремнію з металами можуть утворюватися силіциди. Силіциди можна поділити на дві групи: іонно-ковалентні (силіциди лужних, лужноземельних металів і магнію типу Ca2Si, Mg2Si і ін.) І металлоподобниє (силіциди перехідних металів). Силіциди активних металів розкладаються під дією кислот, силіциди перехідних металів хімічно стійки і під дією кислот не розкладаються. Металлоподобниє силіциди мають високі температури плавлення (до 2000 ° C). Найбільш часто утворюються металлоподобниє силіциди складів MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 і MeSi2. Металлоподобниє силіциди хімічно інертні, стійкі до дії кисню навіть при високих температурах.

Особливо слід відзначити, що з залізом кремній утворює евтектичну суміш, що дозволяє спекать (сплавляти) ці матеріали для освіти ферросіліціевой кераміки при температурах помітно менших, ніж температури плавлення заліза і кремнію.

При відновленні SiO2 кремнієм при температурах понад 1200 ° C утворюється оксид кремнію (II) - SiO. Цей процес постійно спостерігається при виробництві кристалів кремнію методами Чохральського, спрямованої кристалізації, тому що в них використовуються контейнери з діоксиду кремнію, як найменш забруднюючої кремній матеріалу.

Для кремнію характерне утворення кремнійорганічних сполук, в яких атоми кремнію з'єднані в довгі ланцюжки за рахунок мостікових атомів кисню --О--, а до кожного атому кремнію, крім двох атомів О, приєднані ще два органічних радикала R1 і R2 = CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 і ін.

Для травлення кремнію найбільш широко використовують суміш плавикової та азотної кислот. Деякі спеціальні травители передбачають добавку хромового ангідриду та інших речовин. При травленні кислотний травильний розчин швидко розігрівається до температури кипіння, при цьому швидкість травлення багаторазово зростає.

Si + 2HNO3 = SiO2 + NO + NO2 + H2O

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O

3SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 + vH2SiO3

Для травлення кремнію можуть використовуватися водні розчини лугів. Травлення кремнію в лужних розчинах починається при температурі розчину більше 60 ° C.

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

K2SiO3 + 2H2O-H2SiO3 + 2KOH

9. Кремній в організмі людини

Si є найважливішим мікроелементом в організмі людини. Основна роль кремнію в організмі людини - участь в хімічній реакції, суть якої полягає в скріпленні субодиниць волокнистих тканин організму (колагену і еластину) разом, що надає їм силу і пружність. Також він бере безпосередню участь в процесі мінералізації кісткової тканини. Він виявлений у багатьох органах і тканинах, таких як легені, наднирники, трахеї, кістки і зв'язки, що свідчить про його підвищеної биосовместимости Ще одна важлива функція кремнію - підтримувати нормальний обмін речовин в організмі. Точніше - якщо кремнію не вистачає, то приблизно 70 інших елементів не засвоюється організмом. Кремній створює колоїдні системи, які поглинають шкідливі мікроорганізми і віруси, таким чином, очищаючи організм. Людині щодня потрібно не менше 10 міліграм кремнію. Доставити кремній в організм можна двома шляхами: вода, що містить кремній, і вживання в їжу певних рослин З їжею в організм людини щодня надходить до 1 g Si, недолік цього елементу може призводити до ослаблення кісткової тканини і розвитку інфекційних захворювань.

Широко відомі лікувальні властивості кремнієвої води. Кремнієва вода є простим засобом поповнення концентрації цього життєво важливого речовини в організмі. Одним з найбільш насичених кремнієм природним джерелом є блакитна, лікувальна, харчова глина.

10. Застосування

Застосування в медицині:

У медицині кремній застосовується в складі силіконів, - високомолекулярних інертних сполук, які використовуються в якості покриттів для медичної техніки. В останні роки з'явилися БАДи і лікарські препарати, збагачені кремнієм, використовувані для профілактики і лікування остеопорозу, атеросклерозу, захворювань нігтів, волосся та шкіри.

Застосування в будівництві і легкої промисловості:

З'єднання кремнію знайшли широке застосування як в області високих технологій, так і в повсякденному житті. Кремнезем і природні сілікати- вихідні речовини у виробництві скла, кераміки, фарфору, цементу, виробів з бетону, абразивних матеріалів, і т.д. У поєднанні з рядом інгредієнтів діоксид кремнію застосовується у виготовленні волоконно-оптичних кабелів. Слюда і азбест використовуються як електроізоляційні і термоізоляційні матеріали.

Модифікований на основі полімерів торкретбетон - економічно вигідний матеріал для прокладки тунелів. Силікони запобігають нанесення шкоди від вологи і шкідливих хімічних речовин. Покрівельні покриття на основі силіконових дисперсій дозволяють втілювати сміливі дизайнерські ідеї і володіють вражаючими технічними характеристиками. Сополімерні дисперсії забезпечують необхідний баланс склеювання і гнучкості для високоякісних герметиків, що застосовуються в системах опалення, вентиляції та кондиціонування повітря.

Силікони відмінно підходять для обробки шкіри та текстилю, захищають кінцевий продукт і оптимізують виробничі процеси.

Різні силікономістка з'єднання підходять в якості антипінні присадки для всіляких типів засобів для чищення.

Дисперсії на основі силіконів забезпечують ефективне поглинання і використовуються у виробництві абсорбентів.

Силікони можна знайти під капотом, в трансмісії, електроніці та електричних системах, в інтер'єрі салону автомобіля або в швах на корпусі. Навіть при високій температурі, кремній захищає від впливу агресивних речовин, або виступає в ролі перемички, гасителя вібрацій, провідника або ізолятора. Все це можливо лише завдяки тому, що кремній містять полімери мають приголомшливо широким рядом корисних властивостей.

Клеї і герметики є найважливішими продуктами у багатьох ключових галузях. Кремній застосовують в різних виробничих галузях, починаючи з виробництва паперового, пакувального клеїв, клею для деревини та статі і закінчуючи автомобільним сектором і вітряної енергетикою.

Застосування у важкій промисловості:

"На слуху" застосування кремнію як основи цілої гами напівпровідників - від сонячних батарей до комп'ютерних процесорів, тому цей матеріал - основа більшості "високих технологій". Тоннаж світового виробництва високочистого напівпровідникового кремнію зростає вже кілька десятиліть із середніми темпами до 20% в рік і аналогів серед інших рідкісних металів не має.

Кремній високої чистоти використовується в напівпровідниковій техніці, а технічної чистоти (96-99% Si) - у чорній і кольоровій металургії для отримання сплавів на нежелезной основі (силуміну та ін.), Легування (крем'янисті стали і сплави, що застосовуються в електрообладнанні) і розкислення стали і сплавів (видалення кисню), виробництва силіцидів і.т.д.

У промисловості кремній технічної чистоти отримують, відновлюючи розплав SiO2 коксом при температурі близько 1800 градусів Цельсія в руднотермічеських печах шахтного типу. Чистота отриманого таким чином кремнію може досягати 99,9% (основні домішки - вуглець, метали).

Випереджаючими темпами (близько 8% приросту в рік) зростає застосування чистого кремнію і його сполук в хімічній промисловості. В останні десятиліття розвинені країни швидко розвивають технології виробництва гами силіконових (кремнійорганічних) матеріалів, що застосовуються у виробництві пластмас, лакофарбової продукції, мастил і т.п.

Однак більша частина застосувань кремнію в світі (майже 80%) залишається традиційною - це добавка при виробництві гами спеціальних сталей (електротехнічних, жаростійких) і різних сплавів (силуміни і т.д.). Значна частина кремнію і його сплавів застосовується в чорній металургії, як вельми ефективний раскислитель сталей.

У чорній металургії переважно застосовуються феросплави та інші сплави кремнію. Вони дешевше і більш технологічні в застосуванні, а вміст заліза (а в ряді випадків і алюмінію) при цьому не настільки критично. До складу електротехнічних сталей, як правило, входить 3,8-4,2% кремнію, тому тільки ці сталеливарні виробництва в світі споживають в якості лігатури понад 0,5 млн. Тонн кремнію на рік. Інша значна застосування феррокремния (включаючи також силикомарганец і складні композиції) - це ефективні і порівняно недорогі раскислители сталей.

У кольоровій металургії (і хімічної промисловості) ширше застосовується металевий магній. Найбільше застосування він знаходить в якості лігатури зміцнених алюмінієвих (силуміну) і магнієвих сплавів.

Деякий застосування знаходить кремній (як карбід кремнію і складні композиції) у виробництві абразивних і твердосплавних виробів і інструментів.

Застосування в енергетиці, електриці і електроніці:

Подвійні властивості кремнію, такі як електропровідність і ізоляційні якості, а також гнучкість, дозволяють використовувати кремній у всій лінійці продуктів, таких як прилади освітлення, конденсатори, ізолятори, а також чіпи і діелектрики. Таким чином, кремній ізолює від всіляких зовнішніх ефектів, таких як бруд, волога, радіація або тепло.

У датчиках побутової електроніки і вимірювання силікони забезпечують надійність і безпеку електричних і чутливих електронних компонентів обладнання. Вони застосовуються в автомобільній промисловості, легкої промисловості, напівпровідникової галузі та оптоелектроніці, а також в вимірювальних приладах і техніці управління та освітлення.

У резисторах і конденсаторах метил-силіконові смоли служать ефективним покриттям для запобігання пожежі в разі стрибків електрики.

В ізоляторах, кабелях і трансформаторах пірогенетичної кремнезем демонструє чудову термоізоляцію в широкому температурному діапазоні: від кімнатної температури і до більш 1000 ° C.

Сучасні і перспективні інформаційні технології (комп'ютери, електроніка, телекомунікації тощо) базуються і будуть базуватися на застосуванні напівпровідникового кремнію. Найбільш затребувані зараз напівфабрикати - прецизійні (шліфовані) кремнієві пластини діаметром до 300 мм на базі яких створюються найсучасніші мікросхеми (розмір елементів до 0,065 мкм).

Використання кремнію в авіаційній промисловості обумовлено його здатністю генерувати енергію через високоякісні сонячні батареї, а також служити підкладкою в складних мікросхемах і захищати корпус кораблів від зовнішніх впливів.

Кремній (з-Si) в різних своїх формах (кристалічний, полікристалічний, аморфний) в даний час і в доступному для огляду майбутньому залишиться основним матеріалом мікроелектроніки. Це пояснюється рядом його унікальних фізичних і хімічних властивостей, з яких можна виділити наступні:

1. Кремній як вихідний матеріал доступний і дешевий, а технологія його отримання, очищення, обробки та легування добре розвинена, що забезпечує високу ступінь кристаллографического досконалості виготовляються структур. Необхідно спеціально підкреслити, що за цим показником кремній набагато перевершує сталь.

2. Кремній володіє хорошими механічними властивостями. За значенням модуля Юнга кремній наближається до нержавіючої сталі і набагато перевершує кварц і різні скла. По твердості кремній близький до кварцу і майже вдвічі перевершує залізо. Монокристали кремнію мають межа плинності, який в три рази більше, ніж у нержавіючої сталі. Однак при деформації він руйнується без видимих ​​змін розмірів, тоді як метали зазвичай зазнають пластичну деформацію. Причини руйнування кремнію пов'язані зі структурними дефектами кристалічної решітки, розташованими на поверхні монокристалів кремнію.

Напівпровідникова промисловість успішно вирішує проблему високоякісної обробки поверхні кремнію, так що часто кремнієві механічні компоненти (наприклад, пружні елементи в датчиках тиску) перевершують по міцності сталь.

Мікроелектронна технологія виготовлення кремнієвих приладів заснована на застосуванні тонких шарів, створюваних іонною імплантацією або термічної дифузією атомів легуючої домішки, що в поєднанні з методами вакуумного осадження металів на кремнієву поверхню виявилося вельми зручно для цілей мініатюризації виробів.

Кремнієві мікроелектронні прилади виготовляються по груповій технології. Це означає, що всі виробничі процеси здійснюються для цілої кремнієвої пластини, яка містить кілька сотень окремих кристалів ( «чипів»). І тільки на останньому етапі виготовлення пластина розділяється на кристали, які далі використовуються при складанні окремих приладів, що в результаті різко знижує їх собівартість.

Для відтворення розмірів і форм структур кремнієвих приладів використовується метод фотолітографії, що забезпечує високу точність виготовлення.

Для виробництва датчиків особливо важлива здатність кремнію реагувати на різні види впливів: механічні, теплові, магнітні, хімічні та електричні. Універсальність застосування кремнію сприяє зниженню вартості датчиків і уніфікації технології їх виготовлення. У датчиках кремній служить перетворювачем, основне призначення якого - перетворювати вимірюваний фізичний або хімічного вплив в електричний сигнал. Функції кремнію в датчиках виявляються значно ширшими, ніж в звичайних інтегральних схемах. Це обумовлює деякі специфічні особливості технології виготовлення кремнієвих чутливих елементів.

Список літератури

1. Хімічна енциклопедія: у 5-ти тт. / Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. Ред.). - Москва: Радянська енциклопедія, 1990. - Т. 2. - С. 508. - 671 с. - 100 000 прим.

2. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965

3. Металевий кремній в ійолітах Горячегорск масиву, Петрологія звичайних хондритів

4. Глінка Н.Л. Загальна хімія. - 24-е изд., Испр. - Л .: Хімія, 1985. - С. 492. - 702 с.

5. Р Сміт., Напівпровідники: Пер. з англ. - М .: Світ, 1982. - 560 с, іл.

6. Пахомова Т.Б., Александрова Е.А., Симанова С.А. Кремній: Навчальний посібник. - СПб .: СПбГТІ (ТУ), 2003. - 24с.

7. Зі С., Фізика напівпровідникових приладів: У 2-х книгах. Кн. 1. Пер. з англ. - М .: Світ, 1984. - 456 с, іл.

8. Коледов Л. А. Технології та конструкції мікросхем, мікропроцесорів і микросборок: Навчальний посібник // 2-е изд., Испр. і доп. - СПб.: Видавництво «Лань», 2007.

9. Самсонов. Г. В. Силіциди і їх використання в техніці. - Київ, Вид-во АН УРСР, 1959. - 204 с. з іл.

Розміщено на Allbest.ru

...

подібні документи

Будова атома кремнію, його основні хімічні та фізичні властивості. Поширення силікатів і кремнезему в природі, використання кристалів кварцу в промисловості. Методи отримання чистого і особливо чистого кремнію для напівпровідникової техніки.

реферат, доданий 25.12.2014


Другий за поширеністю (після кисню) елемент земної кори. Проста речовина і елемент кремній. З'єднання кремнію. Області застосування сполук кремнію. Кремнійорганічні сполуки. Кремнієва життя.

реферат, доданий 14.08.2007


За поширеністю в земній корі кремній займає 2 місце після кисню. Металевий кремній та його сполуки знайшли застосування в різних областях техніки. У вигляді легуючих добавок в виробництвах різних марок сталей і кольорових металів.

курсова робота, доданий 04.01.2009


Кремній - елемент головної підгрупи четвертої групи третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєва; поширення в природі. Різновиди мінералів на основі оксиду кремнію. Області застосування сполук кремнію; Скло.

презентація, доданий 16.05.2011


Хімічні властивості простих речовин. Загальні відомості про вуглець і кремній. Хімічні сполуки вуглецю, його кисневі і азотовмісні похідні. Карбіди, розчинні і нерозчинні у воді і розведених кислотах. Кисневі сполуки кремнію.

реферат, доданий 07.10.2010


Фізичні властивості елементів головної підгрупи III групи. Загальна характеристика алюмінію, бору. Природні неорганічні сполуки вуглецю. Хімічні властивості кремнію. Взаємодія вуглецю з металами, неметалами і водою. Властивості оксидів.

презентація, доданий 09.04.2017


Пряме азотування кремнію. Процеси осадження з газової фази. Плазмохимическое осадження і реактивне розпилення. Структура тонких плівок нітриду кремнію. Вплив поверхні підкладки на склад, структуру і морфологію загрожених шарів нітриду кремнію.

курсова робота, доданий 03.12.2014


Сплави кремнію з нікелем, їх властивості та промислове застосування. Термодинамічне моделювання властивостей твердих металевих розчинів. Теорія "регулярних" розчинів. Термодинамічні функції освіти интерметаллидов. Розрахунок активностей компонентів.

дипломна робота, доданий 13.03.2011


Огляд руднотермічеських печей, застосовуваних при виробництві кремнію. Перерахунок хімічного складу сировини і вуглецевих відновників, що застосовуються при виробництві кремнію в молярний кількості хімічних елементів з урахуванням завантажувальних коефіцієнтів.

курсова робота, доданий 12.04.2015


Історія відкриття фосфору. Природні сполуки, поширення фосфору в природі і його отримання. Хімічні властивості, електронна конфігурація і перехід атома фосфору в збуджений стан. Взаємодія з киснем, галогенами, сіркою і металами.

Міністерство загальної та професійної освіти

Новосибірський Державний Технічний

університет.

РГР по Органічної Хімії.

«КРЕМНІЙ»

Факультет: ЕМ

Група: ЕМ-012

Виконав: Данилов І.В.

Викладач: Шевніцина ЛВ

Новосибірськ, 2001р.

Кремній (лат. Silicium), Si, хімічний елемент IV групи періодичної

системи Менделєєва; атомний номер 14, атомна маса 28,086. В природі

елемент представлений трьома стабільними ізотопами: 28Si (92,27%), 29Si

(4,68%) і 30Si (3,05%).

Кремній в живих організмах.

Кремній в організмі знаходиться у вигляді різних сполук, що беруть участь

головним чином в освіті твердих скелетних частин і тканин. особливо

багато К. можуть накопичувати деякі морські рослини (наприклад, діатомові

водорості) і тварини (наприклад, кремнероговиє губки, радіолярії),

утворюють при відмирання на дні океану потужні відкладення двоокису кремнію. В

холодних морях і озерах переважають біогенні мули, збагачені К., в

тропічних морях - вапняні мули з низьким вмістом К. Серед наземних

рослин багато К. накопичують злаки, осоки, пальми, хвощі. У хребетних

найбільших кількостях К. виявлений в щільної сполучної тканини, нирках,

підшлунковій залозі. У добовому раціоні людини міститься до 1 г К. При

людини і викликає захворювання -Сілікоз (від лат. silex -

кремінь), захворювання людини, що викликається тривалим вдиханням пилу,

хвороб. Зустрічається у робітників гірничорудної, фарфоро-фаянсової,

металургійної, машинобудівної промисловості. С. - найбільш

несприятливо протікає захворювання з групи пневмоконіози; частіше ніж

при інших захворюваннях, відзначаються приєднання туберкульозного процесу

(Т. Зв. Сілікотуберкулёз) та інші ускладнення.

Історія відкриття і використання.

Історична довідка. З'єднання К., широко поширені на землі, були

відомі людині з кам'яного віку. Використання кам'яних знарядь для праці

і полювання тривало кілька тисячоліть. Застосування сполук К.,

пов'язане з їх переробкою, - виготовлення скла - почалося близько 3000

років до н. е. (В Стародавньому Єгипті). Раніше інших відоме з'єднання К. -

двоокис SiO2 (кремнезем). У 18 ст. кремнезем вважали простим тілом і

відносили до «земель» (що й відображено в його назві). складність складу

кремнезему встановив І. Я. Берцеліус. У вільному стані кремній вперше

був отриманий в 1811 році французьким ученим Ж. Гей-Люссак і О. Тенаром. В

1825 року шведський мінералог і хімік Єнсен Якоб Берцеліус отримав аморфний

кремній. Бурий порошок аморфного кремнію був отриманий відновленням

металевим калієм газоподібного тетрафторида кремнію:

SiF4 + 4K = Si + 4KF

Пізніше була отримана кристалічна форма кремнію. перекристаллизацией

кремнію з розплавлених металів були отримані сірого кольору тверді, але

тендітні кристали з металевим блиском. Російські назви еліменти

кремнію ввів в ужиток Г. І. Гесс в 1834 році.

Поширення в природі.

Кремній після кисню - найпоширеніший елемент (27,6%) на землі.

Це елемент, який входить в більшість мінералів і гірських порід,

складових тверду оболонку земної кори. У земній корі К. грає таку ж

першорядну роль, як вуглець в тваринний і рослинний світ. для

геохімії К. важлива виключно міцний зв'язок його з киснем. найбільш

широко поширені сполуки кремнію - оксид кремнію SiO2 і

похідні кремнієвих кислот, звані силікатами. Оксид кремнію (IV)

зустрічається у вигляді мінералу кварцу (кремнезем, кремінь). У природі з цього

з'єднання складені цілі гори. Трапляються дуже великі, масою до 40 тонн,

кристали кварцу. Звичайний пісок складається з дрібного кварцу, забрудненого

різними домішками. Щорічне світове споживання піску досягає 300

млн. тонн.

З силікатів найширше в природі поширені алюмосилікати (каолін

Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O, азбест CaO * 3MgO * 4SiO2, ортоклаз K2O * Al2O3 * 6SiO2 і ін.).

Якщо до складу мінералу крім оксидів кремнію і алюмінію входять оксиди

натрію, калію або кальцію, то мінерал носить назву польового шпату (біла

слюда і ін.). На частку польового шпату припадає близько половини відомих в

природі силікатів. Гірські породи граніт і гнейс включають кварц, слюду,

польовий шпат.

До складу рослинного і тваринного світу кремній входить в незначних кол

пояснюється підвищена міцність стебел цих рослин. Панцирі інфузорій,

тіла губок, яйця і пір'я птахів, шерсть тварин, волосся, склоподібне тіло

очі також містять кремній.

Аналіз обрасцов місячного грунту, доставленого кораблями показали

присутність оксиду кремнію в кількості більше 40 відсотків. У складі кам'яних

метеоритів вміст кремнію досягає 20 відсотків.

Будова атома і основні хім. фіз. св-ва.

К. утворює темно-сірі з металевим блиском кристали, що мають

кубічні гранецентровані грати типу алмазу з періодом а = 5,431Е,

щільністю 2,33 г / см3. При дуже високому тиску отримана нова (по-

мабуть, гексагональна) модифікація з щільністю 2,55 г / см3. К. плавиться

при 1417 ° С, кипить при 2600 ° С. Питома теплоємність (при 20-100 ° С) 800

дж / (кгЧК), або 0,191 кал / (гЧград); теплопровідність навіть для найчистіших

зразків не постійна і знаходиться в межах (25 ° С) 84-126 вт / (МЧК), або

0,20-0,30 кал / (смЧсекЧград). Температурний коефіцієнт лінійного розширення

2,33Ч10-6 К-1; нижче 120K стає негативним. К. прозорий для

довгохвильових ІЧ-променів; показник заломлення (для l = 6 мкм) 3,42;

діелектрична проникність 11,7. К. диамагнитен, атомна магнітна

сприйнятливість -0,13Ч10-6. Твердість К. по Моосу 7,0, по Брінеллю 2,4

Гн / м2 (240 кгс / мм2), модуль пружності 109 Гн / м2 (10890 кгс / мм2),

коефіцієнт стисливості 0,325Ч10-6 см2 / кг. К. крихкий матеріал; помітна

пластична деформація починається при температурі вище 800 ° С.

К. - напівпровідник, що знаходить все більше застосування. електричні

властивості К. дуже сильно залежать від домішок. Власне питомий об'ємний

електроопір К. при кімнатній температурі приймається рівним

2,3Ч103 ОмЧм (2,3Ч105 омЧсм).

Напівпровідниковий К. з провідністю р-типу (добавки В, Al, In або Ga) і n-

типу (добавки Р, Bi, As або Sb) має значно менший опір.

Ширина забороненої зони по електричним вимірюванням становить 1,21 ев при

0 До і знижується до 1,119 ев при 300 К.

Відповідно до положення К. в періодичній системі Менделєєва 14

електронів атома К. розподілені по трьом оболонок: у першій (від ядра) 2

електрона, в другій 8, в третій (валентної) 4; конфігурація електронної

оболонки 1s22s22p63s23p2. Послідовні потенціали іонізації (ев):

8,149; 16,34; 33,46 і 45,13. Атомний радіус 1,33Е, ковалентний радіус

1,17Е, іонні радіуси Si4 + 0,39Е, Si4- 1,98Е.

У з'єднаннях К. (аналогічно вуглецю) 4-валентний. Однак, на відміну від

вуглецю, К. поряд з координаційним числом 4 проявляє координаційне

число 6, що пояснюється великим обсягом його атома (прикладом таких

з'єднань є кремнефторіди, що містять групу 2).

Хімічна зв'язок атома К. з іншими атомами здійснюється зазвичай за рахунок

гібридних sp3-орбіталей, але можливо також залучення двох з його п'яти

(Вакантних) 3d-орбіталей, особливо коли К. є шестикоординаційного.

Володіючи малою величиною електронегативності, рівної 1,8 (проти 2,5 у

вуглецю; 3,0 в азоту і т. Д.), К. в з'єднаннях з неметалами

електроположітелен, і ці сполуки носять полярний характер. Велика

енергія зв'язку з киснем Si-O, рівна 464 кдж / моль (111 ккал / моль),

обумовлює стійкість його кисневих сполук (SiO2 і силікатів).

Енергія зв'язку Si-Si мала, 176 кДж / моль (42 ккал / моль); на відміну від

вуглецю, для К. не характерно утворення довгих ланцюгів і подвійного зв'язку

між атомами Si. На повітрі К. завдяки утворенню захисної окисної

плівки стійкий навіть при підвищених температурах. У кисні окислюється

починаючи з 400 ° С, утворюючи кремнію двоокис SiO2. Відома також моноокись

SiO, стійка при високих температурах у вигляді газу; в результаті різкого

охолодження може бути отриманий твердий продукт, що легко розкладається на

тонку суміш Si і SiO2. К. стійкий до кислот і розчиняється тільки в

суміші азотної і фтористоводородной кислот; легко розчиняється в гарячих

розчинах лугів з виділенням водню. К. реагує з фтором при

кімнатній температурі, з іншими галогенами - при нагріванні з

утворенням сполук загальної формули SiX4 (див. Кремнію галогеніди).

Водень безпосередньо не реагує з К., і кремневодороди (силани)

отримують розкладанням силіцидів (див. нижче). Відомі кремневодороди від SiH4

до Si8H18 (за складом аналогічні граничним вуглеводням). К. утворює 2

групи кисневмісних силанов - силоксани і сілоксени. З азотом К.

реагує при температурі вище 1000 ° С. Важливе практичне значення має

нітрид Si3N4, не окислюється на повітрі навіть при 1200 ° С, стійкий по

відношенню до кислот (крім азотної) і лугів, а також до розплавленим

металам і шлакам, що робить його цінним матеріалом для хімічної

промисловості, для виробництва вогнетривів і ін. Високою твердістю, а

також термічної і хімічної стійкістю відрізняються з'єднання До з

вуглецем (кремнію карбід SiC) та з бором (SiB3, SiB6, SiB12). при

нагріванні К. реагує (у присутності металевих каталізаторів,

наприклад міді) з хлорорганічними сполуками (наприклад, з CH3Cl) з

освітою органогалосіланов [наприклад, Si (CH3) 3CI], службовців для

синтезу численних кремнійорганічних сполук.

Отримання.

Найбільш простим і зручним лабораторним способом отримання кремнію є

відновлення оксиду кремнію SiO2 при високих температурах металламі-

востановітелямі. Внаслідок стійкості оксиду кремнію для відновлення

застосовують такі активні відновники, як магній і алюміній:

3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3

При відновленні металевим алюмінієм отримують кристалічний

кремній. Спосіб відновлення металів з їх оксидів металевим

алюмінієм відкрив російський физикохимик НН Бекетов в 1865 році. при

відновленні оксиду кремнію алюмінієм виділяється теплоти не вистачає для

розплавлення продуктів реакції - кремнію і оксиду алюмінію, який

плавиться при 2050 С. Для зниження температури плавлення продуктів реакції в

реакційну суміш додають сірку і ізбиті алюмінію. При реакції утворюється

легкоплавкий сульфід алюмінію:

2Al + 3S = Al2S3

Краплі розплавленого кремнію опускаються на дно тигля.

К. технічної чистоти (95-98%) отримують в електричній дузі

відновленням кремнезему SiO2 між графітовими електродами.

У зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки розроблені методи отримання

чистого і особливо чистого К. Це вимагає попереднього синтезу найчистіших

вихідних з'єднань К., з яких К. витягують шляхом відновлення або

термічного розкладання.

Чистий напівпровідниковий К. отримують в двох видах: полікристалічний

(Відновленням SiCI4 або SiHCl3 цинком або воднем, термічним

розкладанням Sil4 і SiH4) і монокристаллический (бестигельной зонної плавкою

і «витягуванням» монокристала з розплавленого К. - метод Чохральського).

Шляхом хлорування технічного кремнію отримують тетрахлорид кремнію.

Найстаршим методом розкладання тетрахлориду кремнію є метод

видатного російського хіміка академіка Н.Н.Бекетова. Метод цей можна

представити рівнянням:

SiCl4 + Zn = Si + 2ZnCl2.

Тут пари тетрахлориду кремнію, киплячого при температурі 57,6 ° C,

взаємодіють з парами цинку.

В даний час тетрахлорид кремнію відновлюють воднем. реакція

протікає по рівнянню:

SiCl4 + 2Н2 = Si + 4НCl.

Кремній виходить в порошкоподібному вигляді. Застосовують і йодідний спосіб

отримання кремнію, аналогічний описаному раніше йодідного методу отримання

чистого титану.

Щоб отримати чистими кремній, його очищають від домішок зонної плавкою

аналогічно тому, як отримують чистий титан.

Для цілого ряду напівпровідникових приладів переважні

напівпровідникові матеріали, одержувані у вигляді монокристалів, так як в

поликристаллическом матеріалі мають місце неконтрольовані зміни

електричних властивостей.

При обертанні монокристалів користуються методом Чохральського, що полягає

в наступному: в розплавлений матеріал опускають стрижень, на кінці якого

є кристал даного матеріалу; він служить зародком майбутнього

монокристалла. Стрижень витягають з розплаву з невеликою швидкістю до 1-2

мм / хв. В результаті поступово вирощують монокристал потрібного розміру. з

нього вирізують пластинки, використовувані в напівпровідникових приладах.

Застосування.

Спеціально легований К. широко застосовується як матеріал для виготовлення

напівпровідникових приладів (транзистори, термістори, силові випрямлячі

струму, керовані діоди - тиристори; сонячні фотоелементи, використовувані в

космічних кораблях, і т. д.). Оскільки К. прозорий для променів з довжиною

хвилі від 1 до 9 мкм, його застосовують в інфрачервоній оптиці (див. також Кварц).

К. має різноманітні і все розширюються області застосування. В

металургії К. використовується для видалення розчиненого в розплавлених

металах кисню (розкислення). К. є складовою частиною великого

числа сплавів заліза і кольорових металів. Зазвичай К. надає сплавів

підвищену стійкість до корозії, покращує їх ливарні властивості і

підвищує механічну міцність; однак при більшому його вмісті К. може

викликати крихкість. Найбільше значення мають залізні, мідні та алюмінієві

кремнійорганічних з'єднань і силіцидів. Кремнезем і багато силікатів

(Глини, польові шпати, слюди, тальку і т. Д.) Переробляються скляної,

цементної, керамічної, електротехнічної та ін. галузями промисловості.

Силіціювання, поверхневе або об'ємне насичення матеріалу кремнієм.

Виробляється обробкою матеріалу в парах кремнію, що утворюються при високій

температурі над кремнієвої засипанням, або в газовому середовищі, що містить

хлорсилани, які відновлюються воднем (наприклад, по реакції SiCI4 + 2H2

Si + 4HC1). Застосовується переважно як засіб захисту тугоплавких

металів (W, Mo, Ta, Ti та ін.) від окислення. Стійкість до окислення

обумовлюється утворенням при С. щільних дифузійних

«Самозалечивающихся» силіцидних покриттів (WSi2, MoSi2 і ін.). широке

застосування знаходить Силіційованний графіт.

З'єднання.

Силіциди.

Силіциди (від лат. Silicium - кремній), хімічні сполуки кремнію з

металами та деякими неметалами. С. за типом хімічного зв'язку можуть бути

поділені на три основні групи: іонно-ковалентні, ковалентні і

металлоподобниє. Іонно-ковалентні С. утворюються лужними (за винятком

натрію і калію) і лужноземельними металами, а також металами підгруп

міді і цинку; ковалентні - бором, вуглецем, азотом, киснем, фосфором,

сірої, їх називають також боридами, карбидами, нитридами кремнію) і т. д .;

металлоподобниє - перехідними металами.

Отримують С. сплавом або спіканням порошкоподібної суміші Si і

відповідного металу: нагріванням окислів металів з Si, SiC, SiO2 і

силікатами природними або синтетичними (іноді в суміші з вуглецем);

взаємодією металу з сумішшю SiCl4 і H2; електролізом розплавів,

що складаються з K2SiF6 і оксиду відповідного металу. ковалентні і

металлоподобниє С. тугоплавкі, стійки до окислення, дії мінеральних

кислот і різних агресивних газів. С. використовуються в складі жароміцних

металокерамічних композиційних матеріалів для авіаційної і ракетної

техніки. MoSi2 служить для виробництва нагрівачів печей опору,

працюючих на повітрі при температурі до 1600 ° С. FeSi2, Fe3Si2, Fe2Si

входять до складу феросиліцію, застосовуваного для розкислення і легування

сталей. Карбід кремнію - один з напівпровідникових матеріалів.

Силіційованний графіт

Силіційованний графіт, графіт, насичений кремнієм. виробляється обробкою

пористого графіту в кремнієвої засипці при 1800-2200 ° С (при цьому пари

кремнію осідають в порах). Складається з графітової основи, карбіду кремнію

і вільного кремнію. Поєднує властиву графіту високу термостійкість

і міцність при підвищених температурах з щільністю, газонепроницаемостью,

високою стійкістю до окислення при температурах до 1750 ° С і ерозійної

стійкістю. Застосовується для футерування високотемпературних печей, в

пристроях для розливання металу, в нагрівальних елементах, для

виготовлення деталей авіаційної і космічної техніки, що працюють в

умовах високих температур і ерозії

Сила (від лат. Silicium - кремній і англ. Alloy - сплав), жаростійкий чавун

з підвищеним вмістом кремнію (5-6%). В СРСР випускаються 2 різновиди

С. - з пластинчастим і кулястим графітом. З С. виготовляють щодо

дешеві литі деталі, що працюють в умовах високих температур (800-900

° С), наприклад дверки мартенівських печей, колосники, деталі парових котлів.

Силумін (від лат. Silicium - кремній і Aluminium - алюміній), загальна назва

групи ливарних сплавів на основі алюмінію, що містять кремній (4-13%, в

деяких марках до 23%). Залежно від бажаного поєднання

технологічних і експлуатаційних властивостей С. легируют Cu, Mn, Mg, іноді

Zn, Ti, Be і іншими металами. С. володіють високими ливарними і досить

високими механічними властивостями, поступаючись, проте, за механічними

властивостями ливарних сплавів на основі системи Al - Cu. До переваг С.

є їхня підвищена корозійна стійкість у вологому і морської

атмосферах. С. застосовуються при виготовленні деталей складної конфігурації,

головним чином в авто- і авіабудуванні. В СРСР випускається С. марок АЛ2,

АЛ4, АЛ9 і ін.

Силикомарганец

Силикомарганец феросплав основні компоненти якого - кремній імарганец;

виплавляється в рудно-термічних печах углевосстановітельним процесом. С.

з 10-26% Si (інше Mn, Fe і домішки), що отримується з марганцевої руди,

марганцевого шлаку і кварциту, використовується при виплавці сталі як

раскислитель і легирующая присадка, а також для виплавки феромарганцю з

зниженим вмістом вуглецю силікотермічеським процесом. С. з 28-30% Si

(Сировиною для якого служить спеціально отримуваний високомарганцевий

низькофосфористий шлак) застосовується у виробництві металевого марганцю.

Сілікохром

Сілікохром, ферросілікохром, феросплав, основні компоненти якого -

кремній і хром; виплавляється в рудно-термічної печі углевосстановітельним

процесом з кварциту і гранульованого передільного ферохрому або

хромової руди. С. з 10-46% Si (решта Cr, Fe і домішки) використовується при

виплавці низьколегованої сталі, а також для отримання ферохрому з

зниженим вмістом вуглецю силікотермічеським процесом. С. з 43-55% Si

застосовується у виробництві безуглеродістого ферохрому і при виплавці

нержавіючої сталі.

Сільхром

Сільхром (від лат. Silicium - кремній і Chromium - хром), загальна назва

групи жаростійких і жароміцних сталей, легованих Cr (5-14%) і Si

(1-3%). Залежно від необхідного рівня експлуатаційних властивостей С.

додатково легують Mo (до 0,9%) або Al (до 1,8%). С. стійкі проти

окислення на повітрі і в що містять сірку середовищах до 850-950 ° С; застосовуються

головним чином для виготовлення клапанів двигунів внутрішнього згоряння,

а також деталей котельних установок, колосників та ін. При підвищених

механічних навантаженнях деталі з С. надійно працюють протягом тривалого

терміну при температурах до 600-800 ° С. В СРСР випускається С. марок 4Х9С2,

4X10C2M і ін.

кремнію галогеніди

Кремнію галогеніди, сполуки кремнію з галогенами. Відомі К. р

наступних типів (Х-галоген): SiX4, SiHnX4-n (галогенсілани), SinX2n + 2 і

змішані нітрати, наприклад SiClBr3. При звичайних умовах SiF4 - газ,

SiCl4 і SiBr4 - рідини (tпл - 68,8 і 5 ° С), SiI4 - тверде тіло (tnл

124 ° С). З'єднання SiX4 легко піддаються гідролізу: SiX4 + 2H2O = SiO2 + 4HX;

на повітрі димлять внаслідок утворення дуже дрібних частинок SiO2;

тетрафторид кремнію реагує інакше: 3SiF4 + 2H2O = SiO2 + 2H2SiF6. Хлорсилани

(SiHnX4-n), наприклад SiHCl3 (виходить дією газоподібного HCl на Si),

при дії води утворюють полімерні з'єднання з міцної силоксановой

ланцюгом Si-O-Si. Різні великий реакційною здатністю, Хлорсилани

служать вихідними речовинами для отримання кремнійорганічних сполук.

З'єднання типу SinX2n + 2, що містять ланцюги атомів Si, при Х - хлор, дають

ряд, включаючи Si6Cl14 (tnл 320 ° С); інші галогени утворюють тільки Si2X6.

Отримано сполуки типів (SiX2) n і (SiX) n. Молекули SiX2 і SiX

існують при високій температурі у вигляді газу і при різкому охолодженні

(Рідким азотом) утворюють тверді полімерні речовини, нерозчинні в

звичайних органічних розчинниках.

Тетрахлорид кремнію SiCl4 використовується при виробництві мастил,

електроізоляції, теплоносіїв, гидрофобизирующих рідин і т. д.

Карбід кремнію.

Кремнію карбід, карборунд, SiC, з'єднання кремнію з вуглецем; один з

найважливіших карбідів, що застосовуються в техніці. У чистому вигляді К. к. - безбарвний

кристал з алмазним блиском; технічний продукт зеленого або синьо-чорного

кольори. К. к. Існує в двох основних кристалічних модифікаціях -

гексагональної (a-SiC) та кубічної (b-SiC), причому гексагональна є

«Гігантської молекулою», побудованою за принципом своєрідної структурно

спрямованої полімеризації простих молекул. Шари з атомів вуглецю і

кремнію в a-SiC розміщені відносно один одного по-різному, утворюючи багато

структурних типів. Перехід b-SiC в a-SiC відбувається при температурі

2100-2300 ° С (зворотний перехід зазвичай не спостерігається). К. к. Тугоплавок

(Плавиться з розкладанням при 2830 ° С), має виключно високу твердість

(Мікротвердість 33400 Мн / м2 або 3,34 тс / мм 2), поступаючись лише алмазу і бору

карбіду B4C; крихкий; щільність 3,2 г / см3. К. к. Стійкий в різних

хімічних середовищах, в тому числі при високих температурах.

К. к. Отримують в електропечах при 2000-2200 ° С з суміші кварцового піску

(51-55%), коксу (35-40%) з добавкою NaCI (I-5%) і деревної тирси (5-10%).

Завдяки високій твердості, хімічної стійкості і зносостійкості К.

к. широко застосовується як абразивний матеріал (при шліфуванні), для різання

твердих матеріалів, точки інструментів, а також для виготовлення різних

деталей хімічної та металургійної апаратури, що працює в складних

умовах високих температур. К. к., Легований різними домішками,

використовується в техніці напівпровідників, особливо при підвищених

температурах. Цікаво використання К. к. В електротехніці - для

виготовлення нагрівачів високотемпературних електропечей опору

(Сілітовие стрижні), грозоразрядников для ліній передачі електричного

струму, нелінійних опорів, у складі електроізолюючих пристроїв і т.

кремнію Діоксид

КРЕМНІЮ ДІОКСИД (кремнезем), SiO2, кристали. Найбільш розповсюджений

мінерал - кварц; звичайний пісок - також кремнію діоксид. використовують в

виробництві скла, порцеляни, фаянсу, бетону, цегли, кераміки, як

наповнювач гуми, адсорбент в хроматографії, в електроніці, акустооптиці

та ін. кремнезему мінерали, ряд мінеральних видів, що представляють собою

поліморфні модифікації двоокису кремнію; стійкі при певних

інтервалах температури залежно від тиску.

| Назва | | Система | Тиск, | Темпера- | Плотнос |

| Мінералу | | | Ам * | | Ть, |

| | | | | Туру, ° С | кг / м »|

| B-Крістобал | | Кубічна | 1 | 1728-147 | 2190 |

| Т | | | | 0 | |

| B-тридимит | | Гексагональ | 1 | 1470-870 | 2220 |

| | | Ва | | | |

| A-кварц | | Гексагональ | 1 | 870-573 | 2530 |

| | | Ва | | | |

| B-кварц | | Тригональна | 1 | нижче 573 | 2650 |

| B1-тридимит | | Гексагональ | 1 | 163-117 | ок. |

| | | Ва | | | 2260 |

| A-тридимит | метастабільних | ромбічна | 1 | нижче 117 | ок. |

| | Й | | | | 2260 |

| A-Крістобал | | Тетрагональ | 1 | нижче 200 | 2320 |

| Т | | Ва | | | |

| Коесит | метастабільних | моноклінна | 35 тис. | 1700-500 | 2930 |

| | Е при низьких | | | | |

| | Темпе- | | | | |

| | Ратура і | | | | |

| | Тисках | | | | |

| Стішовіт | | Тетрагональ | 100-180 | 1400-600 | 4350 |

| | | Ва | тис | | |

| Кітіт | | Тетрагональ | 350-1260 | 585-380 | 2500 |

| | | Ва | | | |

* 1 am = 1 кгс / см2 @ 0,1 Мн / м2.

Основу кристалічної структури К. м. Становить тривимірний каркас,

побудований з з'єднуються через загальні кисні тетраедрів (5104).

Однак симетрія їх розташування, щільність упаковки і взаємна

орієнтування різні, що відбивається на симетрії кристалів окремих

мінералів і їх фізичні властивості. Виняток становить стишовит,

основу структури якого складають октаедри (SiO6), що утворюють структуру,

подібну рутилу. Всі К. м. (За винятком деяких різновидів кварцу)

зазвичай безбарвні. Твердість за мінералогічною шкалою різна: від 5,5 (a-

тридимит) до 8-8,5 (стишовит).

К. м. Зазвичай зустрічаються у вигляді дуже дрібних зерен, ськритокрісталлічеських

волокнистих (a-кристобалит, т. н. люссатіт) і іноді сфероїдальних

утворень. Рідше - у вигляді кристаликів таблитчатих або пластинчастого

вигляду (тридимит), октаедричного, діпірамідального (a- і b-кристобалит),

тонкоголкової (коесит, стишовит). Більшість К. м. (Крім кварцу) дуже

рідкісні і в умовах поверхневих зон земної кори нестійкі.

Високотемпературні модифікації SiO2 - b-тридимит, b-кристобалит -

утворюються в дрібних порожнинах молодих ефузивних порід (дацити, базальти,

ліпарити і ін.). Низькотемпературний a-кристобалит, поряд з a-трідіміта,

є однією із складових частин агатів, халцедонов, опалів; відкладається

з гарячих водних розчинів, іноді з колоїдного SiO2. Стішовіт і коесит

зустрінуті в пісковиках метеорного кратера Каньйон Диявола в Арізоні (США),

де вони утворилися за рахунок кварцу при миттєвому надвисокому тиску і

при підвищенні температури під час падіння метеорита. У природі також

зустрічаються: кварцове скло (т. н. лешательеріт), що утворюється в

внаслідок плавлення кварцового піску від удару блискавок, і меланофлогіт - в

вигляді дрібних кубічних кристалів і кірочок (псевдоморфози, що складаються з

опаловидний і халцедоновідного кварцу), наросших на самородную сірку в

родовищах Сицилії (Італія). Кітіт в природі не зустрінутий.

Кварц (нім. Quarz), мінерал; під назвою К. відомі дві кристалічною

модифікації двоокису кремнію SiO2: гексагональний К. (або a-К.), стійкий

при тиску в 1 атм (або 100 кн / м2) в інтервалі температур 870-573 ° С, і

трігональную (b-К.), стійкий при температурі нижче 573 ° С. b-К. найбільш

широко зустрічається в природі. Він кристалізується в класі тригонального

трапецоедра тригональной системи. Кристалічна структура каркасного типу

побудована з кремені-кисневих тетраедрів, розташованих гвинтоподібно (з

правим або лівим ходом гвинта) по відношенню до головної осі кристала. В

залежно від цього розрізняють праві і ліві структурно-морфологічні

форми кристалів, що розрізняються зовні по симетрії розташування деяких

граней (наприклад, трапецоедра і ін.). Відсутність площин і центру

симетрії у кристалів К. обумовлює наявність п'єзоелектричних і

піроелектричних властивостей.

Найбільш часто кристали К. мають подовжено-призматичний вигляд з

переважним розвитком граней гексагональної призми і двох ромбоедрів

(Головка кристала). Рідше кристали приймають вигляд псевдогексагональние

діпіраміди. Зовні правильні кристали До зазвичай складно сдвойниковани,

утворюючи найбільш часто двійникові ділянки по т. н. бразильському або

дофінейскому законам. Останні виникають не тільки при зростанні кристалів,

але і в результаті внутрішньої структурної перебудови при термічних a - b

переходах, супроводжуваних стисненням, а також при механічних деформаціях.

Колір кристалів, зерен, агрегатів К. найрізноманітніший: найбільш звичайні

безбарвні, молочно-білі або сірі К. Прозорі або напівпрозорі

красівоокрашенние кристали, називаються особливо: безбарвні, прозорі -

горний кришталь; фіолетові - аметист; димчасті - раухтопаз; чорні

Моріон; золотисто-жовті - цитрин. Різні забарвлення зазвичай обумовлені

структурними дефектами при заміні Si4 + на Fe3 + або Al3 + з одночасним

входженням в грати Na1 +, Li1 + або (ОН) 1-. Зустрічаються також складно

пофарбовані К. за рахунок микровключений сторонніх мінералів: зелений празем

Включення мікрокристаликів актинолита або хлорита; золотистий мерехтливий

авантюрін- включення слюди або гематиту, та ін. ськритокрісталлічеського

різновиди К.- агат і халцедон - складаються з найтонших волокнистих

утворень. К. оптично одноосний, позитивний. показники заломлення

(Для денного світла l = 589,3): ne = 1,553; no = = 1,544. прозорий для

ультрафіолетових і частково інфрачервоних променів. При пропущенні світлового

плоскополяризованого променя у напрямку оптичної осі ліві кристали До

обертають площину поляризації вліво, а праві - вправо. У видимій частині

спектра значення кута обертання (на товщину пластинки К. в 1 мм) змінюється від

32,7 (для l 486 нм) до 13,9 ° (728 нм). значення діелектричної

проникності (eij), п'єзоелектричного модуля (djj) і пружних

коефіціент (Sij) наступні (при кімнатній температурі): e11 = 4,58; e33 =

4,70; d11 = -6,76 * 10-8; d14 = 2,56 * 10-8; S11 = 1,279; S12 = - 0,159; S13 =

0,110; S14 = -0,446; S33 = 0,956; S44 = 1,978. коефіцієнти лінійного

розширення складають: перпендикулярно осі 3-го порядку 13,4 * 10-6 і

паралельно осі 8 * 10-6. Теплота перетворення b - a К. дорівнює 2,5 ккал / моль

(10,45 кДж / моль). Твердість за мінералогічною шкалою 7; щільність 2650

кг / м3. Плавиться при температурі 1710 ° С і застигає при охолодженні в т. Н.

кварцове скло. Плавлений К.- хороший ізолятор; опір кубика з

ребром в 1 см при 18 ° С дорівнює 5 * 1018 ом / см, коефіцієнт лінійного розширення

0,57 * 10-6 см / ° С. Розроблено економічно вигідна технологія вирощування

монокристалів синтетичний К., який отримують з водних розчинів SiO2

при підвищеному тиску і температурах (гідротермальний синтез). кристали

синтетичного К. мають стабільні п'єзоелектричні властивості,

радіаційної стійкістю, високою оптичною однорідністю і ін. цінними

технічними властивостями.

Природний К.- дуже широко поширений мінерал, є істотною

складовою частиною багатьох гірських порід, а також родовищ корисних

копалин найрізноманітнішого генезису. Найбільш важливі для

промисловості кварцові матеріали-кварцові піски, кварцити і

кристалічний Монокристальна К. Останній зустрічається рідко і дуже

високо цінується. В СРСР найголовніші родовища кристалів К.- на Уралі, в

УРСР (Волинь), на Памірі, в басейні р. Алдан; за кордоном - родовища в

Бразилії і Малаги Республіці. Кварцові піски - важлива сировина для

керамічної і скляної промисловості. Монокристали К. знаходять

застосування в радіотехніці (п'єзоелектричні стабілізатори частоти,

фільтри, резонатори, пьезопластінкі в ультразвукових установках і т.д.); в

оптичному приладобудуванні (призми для спектрографів, монохроматоров, лінзи

для ультрафіолетової оптики і т.д.). Плавлений К. застосовують для

виготовлення спеціальної хімічної посуду. К. також використовується для

отримання хімічно чистого кремнію. Прозорі, красівоокрашенние

різновиди К. є напівдорогоцінним камінням і широко застосовуються в

ювелірній справі.

Кварцові скло, однокомпонентне силікатне скло, що отримується плавленням

природних різновидів кремнезему - гірського кришталю, жильного кварцу і

кварцового піску, а також синтетичної двоокису кремнію. розрізняють два

виду промислового К. с .: прозоре (оптичне і технічне) і

непрозоре. Непрозорість К. с. Надає велику кількість

розподілених в ньому дрібних газових пухирців (діаметром від 0,03 до 0,3

мкм), які розсіюють світло. Оптичне прозоре К. с., Що отримується плавленням

гірського кришталю, абсолютно однорідне, не містить видимих ​​газових

бульбашок; володіє найменшим серед силікатних стекол показником

заломлення (nD = 1,4584) і найбільшим світло-пропусканням, особливо для

ультрафіолетових променів. Для К. с. характерна висока термічна і

хімічна стійкість; температура розм'якшення К. с. 1400 ° С. К. с. хороший

діелектрик, питома електрична провідність при 20 ° С-10-14 - 10-16ом-

1м-1, тангенс кута діелектричних втрат при температурі 20 ° С і частоті

106 гц - 0,0025-0,0006. К. с. застосовують для виготовлення лабораторного

посуду, тиглів, оптичних приладів, ізоляторів (особливо для високих

температур), виробів, стійких до температурних коливань.

Сила (від лат. Silicium - кремній), сполуки кремнію з воднем загальної

формули SinH2n + 2. Отримано силани аж до октасілана Si8H18. при

кімнатній температурі перші два К. - моносилан SiH4 і дисилан Si2H6 -

газоподібні, інші - летючі рідини. Всі К. мають неприємний запах,

отруйні. К. набагато менш стійкі, ніж алкани, на повітрі

самовоспламеняются, наприклад 2Si2H6 + 7O2 = 4SiO2 + 6H2O. Водою розкладаються:

Si3H8 + 6H2O = 3SiO2 + 10H2. У природі К. невідомі. У лабораторії дією

розбавлених кислот на силицид магнію отримують суміш різних К., її

сильно охолоджують і поділяють (шляхом дробової перегонки при повній відсутності

повітря).

кремнієві кислоти

Кремнієві кислоти, похідні кремнієвого ангідриду SiO2; дуже слабкі

кислоти, мало розчинні у воді. У чистому вигляді були отримані

метакремнієва кислота H2SiO3 (точніше її полімерна форма H8Si4O12) і

H2Si2O5. Аморфна двоокис кремнію (аморфний кремнезем) у водному розчині

(Розчинність близько 100 мг в 1 л) утворює переважно ортокремнієвої

кислоту H4SiO4. В отриманих різними способами пересичених розчинах К. к.

змінюються з формуванням колоїдних частинок (молярна маса до 1500), на

поверхні яких знаходяться групи OH. Утворений т. О. золь в

залежно від водневого показника pH може бути стійким (pH близько 2)

або може агрегувати, переходячи в гель (pH 5-6). стійкі

висококонцентровані золи К. к., що містять спеціальні речовини -

стабілізатори, застосовують при виробництві паперу, в текстильній

промисловості, для очищення води. Кремнефтористоводнева кислота, H2SiF6,

сильна неорганічна кислота. Існує лише у водному розчині; в

вільному вигляді розпадається на тетрафторид кремнію SiF4 і фтористий водень

HF. Застосовується як сильно дезінфікуючий засіб, але головним чином -

для отримання солей К. к. - кремнефторід.

силікати

Силікатів, солі кислот кремнію. Найбільш широко поширені в земній корі

(80% по масі); відомо понад 500 мінералів, серед них - дорогоцінні

камені, наприклад смарагд, берил, аквамарин. Силікати - основа цементів,

кераміки, емалей, силікатного скла; сировину у виробництві багатьох металів,

клеїв, фарб і ін .; матеріали радіоелектроніки і т.д. кремнефторіди,

фторсилікат, солі кремнефтористоводородной кислоти H2SiF6. при нагріванні

розпадаються, наприклад CaSiF6 = CaF2 + SiF4. Солі Na, К, Rb, Cs і Ba важко

розчинні у воді і утворюють характерні кристали, що використовується в

кількісному і мікрохімічному аналізі. Найбільше практичне значення

має кремнефторід натрію Na2SiF6 (зокрема, у виробництві

кислототривких цементів, емалей і т. д.). Значну частку Na2SiF6

переробляють на NaF. Отримують Na2SiF6 з містять SiF4 відходів

суперфосфатних заводів. Добре розчинні у воді кремнефторіди Mg, Zn і Al

(Технічна назва флюати) застосовують для додання водонепроникності

будівельному каменю. Всі К. (а також H2SiF6) отруйні.

Додатки.

Рис.1 Правий і лівий кварц.

Рис.2 кремнезему мінерали.

Рис.3 Кварц (структура)