Къде се използва силиций? Силиций: свойства и употреба за медицински цели. Силиций като строителен материал

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формуляра по-долу

добра работа към сайта "\u003e

Началото на ерата на графена

В допълнение, въглеродът също има тенденция да генерира по-малко топлина и като прави много по-малки транзистори, които може да има голямо количество тях в едно и също пространство. Първоначалната полезност на този чип ще бъде в мобилните телефони, където той може да се използва като радиоприемник, който позволява сигналите да бъдат преведени в разбираема информация, която може да бъде изпратена и получена. Отрицателната част, както обикновено, когато говорим за използването на графен като материал, е високата цена на производството му, което в момента прави невъзможно търговското му използване в краткосрочен план.

Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата от знания в своето обучение и работа, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НА КЛОНА НА РУСИЯ

федерална държавна бюджетна образователна институция

висше професионално образование

"Държавен технологичен институт в Санкт Петербург

(технически университет) "(SPbSTI (TU))

СТОЛ HNT MET

ПЗГ 240100.62

СПЕЦИАЛНОСТ Химична технология

НАПРАВЛЕНИЕ Химия на веществата и материалите

ДИСЦИПЛИНА Въведение в специалността

ПО ТЕМАТА: Силиций, неговите свойства и приложение в съвременната електроника

Изпълнява се от студент 1-ва година, група 131

Жуковская Екатерина Олесевна

Йежовски Юрий Константинович

Санкт Петербург 2013

Въведение

1. Силиций

2. История

3. Произход на името

4. Да си сред природата

5. Получаване

6. Физически свойства

7. Електрофизични свойства

8. Химични свойства

10. Приложение

Списък с референции

Въведение

Силицият е един от важните елементи. Вернадски пише известната си работа: „Никой организъм не може да съществува без силиций“ (1944). В наръчник по химия за ученици от 9 клас (издателство в Минск: „Слово“, 1977) в раздела „Силиций“ се казва: „... силицият е изключително важен полупроводников материал, използван за производството на микроелектронни устройства -„ микросхеми “. използва се в производството на слънчеви батерии, преобразува слънчевата енергия в електрическа енергия. Сред 104 елемента на периодичната таблица силиций има специална роля. Той е пиезоелектричен елемент. Той може да преобразува един вид енергия в друг. Механичната в електрическа, светлината в топлина и т.н. " Именно силиция е в основата на енергийно-информационния обмен в космоса и на Земята. От масата химичен състав Вижда се, че най-често срещаният елемент в този свят е кислородът - 47%, второто място е заето от силиций - 29,5%, а съдържанието на останалите елементи е много по-малко.

Най-често срещаният полупроводник в производството на електронни компоненти е силиций, тъй като запасите му на планетата са почти неограничени.

1. Силиций

Силицият е елемент от основната подгрупа на четвъртата група от третия период на периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 14. Той е обозначен със символа Si (латински Silicium).

Външен вид на просто вещество

В аморфна форма - кафяв прах, в кристална форма - тъмно сив, леко блестящ.

Атомни свойства

Име, символ, номер: силиций / силиций (Si), 14

Атомна маса (моларна маса) 28 08856 amu (g / mol)

Електронна конфигурация: 3s2 3p2, конн. 3s 3p3 (хибридизация)

Атомен радиус 132 nm

Химични свойства

Ковалентен радиус 111 nm

Йон радиус 42 (+ 4e) 271 (-4e) nm

Електроотрицателност 1,90 (скала на Полинг)

Потенциал на електрода 0

Окислителни състояния: +4, +2, 0, -4

Йонизационна енергия (първи електрон) 786,0 (8,15) kJ / mol (eV)

Термодинамични свойства на просто вещество

Плътност (при нормално ниво) 2,33 g / cm3

Точка на топене 1414,85 ° C (1688 K)

Температура на изпаряване 2349,85 ° C (2623 K)

Топлина на синтез 50,6 kJ / mol

Топлина на изпаряване 383 kJ / mol

Моларен топлинен капацитет 20,16 J / (K mol)

Моларен обем 12,1 cm3 / mol

Кристалната решетка на просто вещество

Структура на решетката: кубична, диамантена

Параметри на решетката: 5.4307 E

Температура на дебайба 625 K

Други характеристики

Топлопроводимост (300 K) 149 W / (m K)

2. История

Естествените силициеви съединения или силиций (английски силиций, френски и немски силиций) - силициев диоксид (силициев диоксид) - са известни отдавна. Древните са познавали добре скален кристал или кварц, както и скъпоценни камъни, които са кварц, боядисани в различни цветове (аметист, опушен кварц, халцедон, хризопраз, топаз, оникс и др.) Елементарен силиций е получен само през 19-ти век, въпреки че опити Scheele и Lavoisier, Dzvi (с помощта на Волтовия стълб), Gay-Lussac и Thénard (химически) се задължават да разлагат силициев диоксид. Опитвайки се да разложи силициев диоксид, Верцелий го нагрява в смес с железен прах и въглища до 1500 ° C и получава феросилиций. Едва през 1823 r. при изучаване на съединения на флуороводородна киселина, включително SiF4, той получава свободен аморфен силиций ("силициев радикал") чрез взаимодействие на пари от силициев флуорид и калий. Saint Clair-Deville получава кристален силиций през 1855 г.

3. Произход на името

Името силиций или кизел (Kiesel, кремък) е предложено от Berzelius. По-рано Томсън предложи името силикон (силиций), възприето в Англия и САЩ, по аналогия с брани (бор) и въглерод (въглерод). Думата силиций (силиций) идва от силициев диоксид (силициев диоксид); окончанието „а“ е прието през 18 и 19 век. за обозначаване на земи (силициев диоксид, алуминия, тория, тербия, глючина, кадмия и др.). На свой ред думата силициев диоксид се свързва с лат. Silex (силен, кремъчен).

Руското наименование на силиций идва от старославянските думи кремък (името на камъка), kremyk, силен, kresmen, kresati (удряне на колан с желязо, за да се получат искри) и др. В руската химическа литература от началото на 19 век. има имена на силициев диоксид (Захаров, 1810), силиций (Соловьов, Двигубски, 1824), кремък (Страхов, 1825), силициевост (Йовски, 1827), силициев диоксид и силиций (Хес, 1831).

4. Да си сред природата

Най-често в природата силиций се намира под формата на силициев диоксид - съединения на основата на силициев диоксид (IV) SiO2 (около 12% от масата на земната кора). Основните минерали и скали, образувани от силициев диоксид, са пясък (речен и кварцов), кварц и кварцит, кремък, фелдшпати. Втората по честота група силициеви съединения в природата са силикатите и алумосиликатите.

Отбелязват се изолирани факти за намиране на чист силиций в естествено състояние.

Силицият се съдържа в повечето минерали и руди. В много страни по света има необходими находища на кварцит и кварцов пясък. Въпреки това, за да получите повече качествен продукт или за увеличаване на показателите за рентабилност е по-изгодно да се използват суровини с максимално съдържание на силиций (до 99% SiO2). Такива богати находища са изключително редки и се използват активно и дълго време от конкурентната стъкларска индустрия по целия свят. Последният обаче не е склонен да преработва суровини дори с минимално замърсяване с желязо, но това не е много критично при производството на феросплави. Като цяло в целия свят осигуряването на производство на силиций със суровини се счита за високо и съответният дял от разходите в неговите разходи е незначителен (по-малко от 10%).

силициев аморфен атом

5. Получаване

„Свободен силиций може да се получи чрез калциниране на фин бял пясък с магнезий, който е силициев диоксид:

Това образува кафяв прах аморфен силиций».

В промишлеността силиций с техническа чистота се получава чрез редуциране на стопилката на SiO2 с кокс при температура около 1800 ° C в рудни термични пещи от шахтен тип. Чистотата на силиция, получен по този начин, може да достигне 99,9% (основните примеси са въглерод, метали).

Възможно е по-нататъшно пречистване на силиция от примеси.

Почистването в лабораторни условия може да се извърши чрез предварителна подготовка на магнезиев силицид Mg2Si. Освен това газообразният моносилан SiH4 се получава от магнезиев силицид, като се използва солна или оцетна киселина. Моносиланът се пречиства чрез ректификация, сорбция и други методи и след това се разлага на силиций и водород при температура около 1000 ° С.

Пречистването на силиций в промишлени мащаби се извършва чрез директно хлориране на силиций. В този случай се образуват съединения от състава SiCl4 и SiCl3H. Тези хлориди се пречистват от примеси по различни начини (обикновено чрез дестилация и диспропорциониране) и на последния етап се редуцират с чист водород при температури от 900 до 1100 ° С.

Разработват се по-евтини, по-чисти и по-ефективни технологии за промишлено пречистване на силиций. За 2010 г. те включват технологии за пречистване на силиций, използващи флуор (вместо хлор); технологии за дестилация на силициев моноксид; технологии, базирани на ецване на примеси, концентрирани върху междукристални граници.

Методът за получаване на силиций в чист вид е разработен от Николай Николаевич Бекетов.

В Русия техническият силиций се произвежда от OK Rusal във фабрики в Каменск-Уралски (Свердловска област) и Шелехов (Иркутска област); Силиций, рафиниран по хлоридна технология, се произвежда от групата Nitol Solar в завода в Усолие-Сибирское.

6. Физически свойства

Кристална структура на силиция

Кристалната решетка на силиций е кубична, центрирана върху лицето, от диамантен тип, параметър a \u003d 0,54307 nm (при високи налягания са получени други полиморфни модификации на силиция), но поради по-голямата дължина на връзката между атомите Si - Si в сравнение с дължината връзки C - C твърдостта на силиция е значително по-малка от тази на диаманта. Силицият е крехък, само когато се нагрява над 800 ° C, той се превръща в пластично вещество. Интересното е, че силицият е прозрачен за инфрачервеното лъчение с дължина на вълната 1,1 μm. Концентрация на себе си носители на заряд - 5,81 · 1015 m? 3 (за температура 300 K).

7. Електрофизични свойства

Елементният силиций в монокристална форма е полупроводник с непряка междина. Лентовата разлика при стайна температура е 1,12 eV, а при T \u003d 0 K е 1,21 eV. Концентрацията на присъщи носители на заряд в силиций при нормални условия е около 1,5 × 1010 cm3.

Съдържащите се в него примеси оказват голямо влияние върху електрофизичните свойства на кристалния силиций. За да се получат силициеви кристали с дупкова проводимост, атоми на елементи от III група, като бор, алуминий, галий, индий, се въвеждат в силиция. За да се получат силициеви кристали с електронна проводимост, атомите се въвеждат в силиция елементи на V-ти групи като фосфор, арсен, антимон.

При създаването на електронни устройства, базирани на силиций, основно се включва повърхностният слой на материала (до десетки микрони); следователно качеството на кристалната повърхност може да има значителен ефект върху електрофизичните свойства на силиция и съответно върху свойствата на готовото устройство. Някои устройства използват техники за модификация на повърхността, като повърхностна обработка на силиций с различни химически агенти.

Диелектрична константа: 12

Електронна подвижност: 1200-1450 cm2 / (V s).

Подвижност на отвора: 500 cm / (V s).

Забранена лента 1.205-2.84 10 4 T

Живот на електроните: 5 ns - 10 ms

Свободен път на електрон: около 0,1 cm

Без отвор: около 0,02 - 0,06 cm

Всички стойности се базират на нормални условия.

8. Химични свойства

Подобно на въглеродните атоми, силициевите атоми се характеризират със състоянието на sp3-хибридизация на орбитали. Във връзка с хибридизацията чистият кристален силиций образува диамантовидна решетка, в която силицият е четиривалентен. В съединенията силиций обикновено се проявява и като четиривалентен елемент със степен на окисление +4 или -4. Има двувалентни силициеви съединения, например силициев оксид (II) - SiO.

При нормални условия силицийът е химически неактивен и реагира активно само с газообразен флуор, като по този начин образува летлив силициев тетрафлуорид SiF4. Тази "неактивност" на силиция се свързва с пасивирането на повърхността с наноразмерен слой силициев диоксид, който веднага се образува в присъствието на кислород, въздух или вода (водни пари).

Когато се нагрява до температури над 400-500 ° C, силиций реагира с кислород, образувайки SiO2 диоксид, процесът е придружен от увеличаване на дебелината на диоксидния слой на повърхността, скоростта на процеса на окисление е ограничена от дифузията на атомен кислород през диоксидния филм.

Когато се нагрява до температури над 400-500 ° C, силиций реагира с хлор, бром и йод, образувайки съответните лесно летливи тетрахалиди SiHal4 и, вероятно, халогениди с по-сложен състав.

Силицият не реагира директно с водород, индиректно се получават силициеви съединения с водород - силани с обща формула SinH2n + 2. Моносилан SiH4 (често се нарича просто силан) се освобождава, когато металните силициди реагират с киселинни разтвори, например:

Силанът SiH4, образуван в тази реакция, съдържа примес от други силани, по-специално дисилан Si2H6 и трисилан Si3H8, които съдържат верига от силициеви атоми, свързани с единични връзки (- Si - Si - Si -).

С азот силиций при температура около 1000 ° C образува Si3N4 нитрид, с бор - термично и химически устойчиви бориди SiB3, SiB6 и SiB12.

При температури над 1000 ° C е възможно да се получи силициево съединение и най-близкият му аналог съгласно периодичната таблица - въглерод - силициев карбид SiC (карборунд), който се характеризира с висока твърдост и ниска химическа активност. Карборундът се използва широко като абразив. В същото време, интересното е, че силициевата стопилка (1415 ° C) може дълго време да контактува с въглерода под формата на големи парчета плътно синтеран финозърнест графит чрез изостатично пресоване, практически не се разтваря или взаимодейства с последния.

Основните елементи на 4-та група (Ge, Sn, Pb) са безкрайно разтворими в силиций, както повечето други метали. Когато силиций се нагрява с метали, могат да се образуват силициди. Силицидите могат да бъдат разделени на две групи: йонно-ковалентни (силициди на алкални, алкалоземни метали и магнезий като Ca2Si, Mg2Si 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. Подобните на метал силициди имат високи точки на топене (до 2000 ° C). Най-често се образуват металоподобни силициди от съставите MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 и MeSi2. Металоподобните силициди са химически инертни и устойчиви на кислород дори при високи температури.

Особено трябва да се отбележи, че силицият образува евтектична смес с желязо, което позволява синтероването (сливането) на тези материали да образува феросилициева керамика при температури, значително по-ниски от температурите на топене на желязото и силиция.

Когато SiO2 се редуцира със силиций при температури над 1200 ° C, се образува силициев оксид (II) - SiO. Този процес се наблюдава постоянно при производството на силициеви кристали, използвайки методите на Czochralski, насочена кристализация, тъй като те използват контейнери със силициев диоксид, като най-малко замърсяващ материал за силиций.

Силицият се характеризира с образуването на кремнийорганични съединения, при които силициевите атоми са свързани в дълги вериги поради свързващи кислородни атоми - O-, а към всеки силициев атом, в допълнение към два O атома, са прикрепени още два органични радикала R1 и R2 \u003d CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 и др.

Смес от флуороводородна и азотна киселини е най-широко използвана за ецване на силиций. Някои специални оцветители включват добавяне на хромен анхидрид и други вещества. По време на ецването разтворът за ецване с киселина бързо се загрява до точката на кипене, докато скоростта на ецване се увеличава многократно.

Si + 2HNO3 \u003d SiO2 + NO + NO2 + H2O

SiO2 + 4HF \u003d SiF4 + 2H2O

3SiF4 + 3H2O \u003d 2H2SiF6 + vH2SiO3

За ецване на силиций могат да се използват водни разтвори на основи. Офорт на силиций в алкални разтвори започва при температура на разтвора над 60 ° C.

Si + 2KOH + H2O \u003d K2SiO3 + 2H2 ^

K2SiO3 + 2H2O-H2SiO3 + 2KOH

9. Силиций в човешкото тяло

Si е основен микроелемент в човешкото тяло. Основната роля на силиция в човешкото тяло е участието в химическа реакция, чиято същност е да свърже субединиците на фиброзните тъкани на тялото (колаген и еластин), което им придава здравина и еластичност. Той също така участва пряко в процеса на костна минерализация. Той се намира в много органи и тъкани, като белите дробове, надбъбречните жлези, трахеята, костите и връзките, което показва повишената му биосъвместимост.Друга важна функция на силиция е поддържането на нормален метаболизъм в организма. По-точно - ако силиций не е достатъчен, тогава около 70 други елемента не се усвояват от тялото. Силицият създава колоидни системи, които абсорбират вредните микроорганизми и вируси, като по този начин пречистват организма. Човек се нуждае от поне 10 милиграма силиций дневно. Силицият може да бъде доставен в организма по два начина: вода, съдържаща силиций и ядене на определени растения.С храната всеки ден до човешкото тяло се доставят до 1 g Si, липсата на този елемент може да доведе до отслабване на костната тъкан и развитие на инфекциозни заболявания.

Широко известен лечебни свойства силициева вода. Силициевата вода е просто средство за попълване на концентрацията на това жизненоважно вещество в организма. Един от най-богатите на силиций природни източници е синята, лечебна, хранителна глина.

10. Приложение

Приложение в медицината:

В медицината силиций се използва в силикони, високомолекулни инертни съединения, които се използват като покрития за медицински технологии. През последните години хранителните добавки и лекарства, обогатена със силиций, използвана за профилактика и лечение на остеопороза, атеросклероза, заболявания на ноктите, косата и кожата.

Приложение в строителството и леката промишленост:

Силициевите съединения се използват широко както в областта на високите технологии, така и в ежедневието. Силицият и естествените силикати са предшественици при производството на стъкло, керамика, порцелан, цимент, бетонни изделия, абразивни материали и др. Силициевият диоксид се използва в комбинация с редица съставки при производството на оптични кабели. Слюдата и азбестът се използват като електрически и топлоизолационни материали.

Модифицираният с полимер пръскан бетон е икономичен материал за тунелиране. Силиконите предотвратяват увреждане от влага и вредни химикали. Покривните покрития на базата на силиконови дисперсии дават възможност за смели дизайнерски идеи и имат впечатляващи технически характеристики. Кополимерните дисперсии осигуряват необходимия баланс на адхезия и гъвкавост за висококачествени HVAC уплътнители.

Силиконите са чудесни за довършване на кожа и текстил, защита на крайния продукт и оптимизиране на производствените процеси.

Различни силиконови съединения са подходящи като противопенни средства за всички видове почистващи препарати.

Дисперсиите на основата на силиций осигуряват ефективно усвояване и се използват при производството на абсорбенти.

Силиконите могат да бъдат намерени под капака, в трансмисиите, електрониката и електрическите системи, в интериора на автомобила или в шевовете на каросерията. Дори при високи температури силицийът предпазва от агресивни вещества или действа като мост, вибрационен амортисьор, проводник или изолатор. Всичко това е възможно само поради факта, че съдържащите силиций полимери имат удивително широк спектър от полезни свойства.

Лепилата и уплътнителите са критични продукти в много ключови отрасли. Силицият се използва в различни индустриални приложения, от хартия, опаковки, лепила за дърво и подови настилки до автомобилния и вятърния енергиен сектор.

Приложения за тежка индустрия:

Използването на силиций като основа на цяла гама полупроводници - от слънчеви батерии до компютърни процесори - се „чува“, следователно този материал е в основата на повечето „високи технологии“. Тонажът на световното производство на полупроводников силиций с висока чистота нараства от няколко десетилетия със среден темп до 20% годишно и няма аналози сред другите редки метали.

Силиций с висока чистота се използва в полупроводниковата технология, а с техническа чистота (96-99% Si) - в черната и цветната металургия за производството на цветни сплави (силумин и др.), Легиране (силициеви стомани и сплави, използвани в електрическото оборудване) и дезоксидация стомана и сплави (отстраняване на кислород), производство на силициди и др.

В промишлеността техническият силиций се получава чрез намаляване на стопилката на SiO2 с кокс при температура около 1800 градуса по Целзий в шахтни рудно-термични пещи. Чистотата на силиция, получен по този начин, може да достигне 99,9% (основните примеси са въглерод, метали).

Използването на чист силиций и неговите съединения в химическата промишленост нараства с изпреварващи темпове (около 8% от растежа годишно). През последните десетилетия развитите страни бързо развиха технологии за производство на редица силиконови (кремнийорганични) материали, използвани в производството на пластмаси, бои и лакове, смазочни материали и др.

Повечето приложения на силиций в света (почти 80%) обаче остават традиционни - той е основна сплав при производството на гама от специални стомани (електрически, топлоустойчиви) и различни сплави (силимини и др.). Значителна част от силиция и неговите сплави се използва в черната металургия като много ефективен дезоксидант за стоманите.

Феросплави и други силициеви сплави се използват главно в черната металургия. Те са по-евтини и технологично усъвършенствани за използване, а съдържанието на желязо (а в някои случаи и алуминий) не е толкова критично. Съставът на електрическите стомани по правило съдържа 3,8-4,2% силиций, поради което само тези стоманодобивни заводи в света консумират повече от 0,5 милиона тона силиций годишно като основна сплав. Друго значително приложение на феросилиция (включително също силикоманган и сложни състави) е в ефективни и относително евтини деоксиданти за стомани.

В цветната металургия (и химическата промишленост) металичният магнезий се използва по-широко. Той намира най-голямо приложение като основна сплав от закален алуминий (силимини) и магнезиеви сплави.

Силицият намира известна употреба (като силициев карбид и сложни състави) при производството на абразивни и карбидни продукти и инструменти.

Приложения в енергетиката, електричеството и електрониката:

Двойствените свойства на силиция, като електрическа проводимост и изолационни качества, както и гъвкавостта, позволяват силиций да се използва в цялата продуктова гама, като осветителни устройства, кондензатори, изолатори, както и чипове и диелектрици. По този начин силицийът изолира срещу всякакви външни ефекти като мръсотия, влага, радиация или топлина.

В потребителската електроника и измервателните сензори силиконите осигуряват надеждността и безопасността на електрическото и чувствителното електронно оборудване. Те се използват в автомобилната индустрия, леката промишленост, полупроводниковата промишленост и оптоелектрониката, както и в измервателните уреди и технологиите за управление и осветление.

В резисторите и кондензаторите метил силиконовите смоли осигуряват ефективно покритие за предотвратяване на пожари в случай на пренапрежение на тока.

В изолаторите, кабелите и трансформаторите пирогенният силициев диоксид показва отлична топлоизолация в широк температурен диапазон, от стайна температура до над 1000 ° C.

Съвременните и обещаващи информационни технологии (компютри, електроника, телекомуникации и др.) Се основават и ще се основават на използването на полупроводников силиций. Най-търсени сега са полуготовите продукти - прецизни (полирани) силиконови пластини с диаметър до 300 mm, на базата на които се създават най-модерните микросхеми (размери на елементите до 0,065 микрона).

Използването на силиций в авиационната индустрия се дължи на способността му да генерира енергия чрез висококачествени слънчеви панели, както и да служи като субстрат в сложни микросхеми и да предпазва корабните корпуси от външни влияния.

Силицият (c-Si) в различните му форми (кристален, поликристален, аморфен) сега и в обозримо бъдеще ще остане основният материал на микроелектрониката. Това се дължи на редица негови уникални физични и химични свойства, от които могат да се разграничат следните:

1. Силицият като изходен материал е достъпен и евтин, а технологията за неговото производство, пречистване, обработка и легиране е добре разработена, което осигурява висока степен на кристалографско съвършенство на изработените конструкции. Трябва специално да се подчертае, че силицият е много по-добър от стоманата по този показател.

2. Силицият има добри механични свойства. По отношение на модула на Йънг, силицийът се доближава до неръждаема стомана и е много по-добър от кварца и различните стъкла. По отношение на твърдостта силиций е близък до кварца и е почти два пъти по-твърд от желязото. Силициевите монокристали имат граница на добив, която е три пъти по-голяма от тази на неръждаема стомана. Въпреки това, при деформация той се срутва без видими промени в размера, докато металите обикновено се подлагат на пластична деформация. Причините за разрушаването на силиция са свързани със структурни дефекти на кристалната решетка, разположени на повърхността на силициевите монокристали.

Полупроводниковата индустрия успешно решава проблема с висококачествената повърхностна обработка на силиций, така че често силициевите механични компоненти (например еластични елементи в сензорите за налягане) са по-здрави от стоманата.

Микроелектронната технология за производство на силициеви устройства се основава на използването на тънки слоеве, създадени чрез йонна имплантация или термична дифузия на легиращи атоми, което в комбинация с методите на вакуумно отлагане на метали върху силициева повърхност се оказа много удобно за целите на миниатюризирането на продукти.

Силициевите микроелектронни устройства се произвеждат по групова технология. Това означава, че всички производствени процеси се извършват за цяла силициева пластина, която съдържа няколкостотин отделни кристала („чипове“). И едва на последния етап от производството плочата е разделена на кристали, които след това се използват при сглобяването на отделни устройства, което в крайна сметка рязко намалява тяхната цена.

За възпроизвеждане на размерите и формите на структурите на силициевите устройства се използва методът на фотолитография, който осигурява висока производствена точност.

За производството на сензори способността на силиция да реагира на различни видове влияния е особено важна: механична, термична, магнитна, химическа и електрическа. Универсалността на приложението на силиций помага да се намалят разходите на сензорите и да се унифицира тяхната технология на производство. В сензорите силиций служи като преобразувател, чиято основна цел е да преобразува измерения физичен или химичен ефект в електрически сигнал. Силициевите функции в сензорите са много по-широки, отколкото в конвенционалните интегрални схеми. Това определя някои специфични характеристики на технологията за производство на чувствителни на силиций елементи.

Списък с референции

1. Химическа енциклопедия: в 5 тома. / Редакционен съвет: I.L.Kunyants (главен редактор). - Москва: Съветска енциклопедия, 1990. - Т. 2. - С. 508. - 671 с. - 100 000 копия

2. J.P. Riley and Skirrow G. Химическа океанография V. 1, 1965

3. Метален силиций в ижолитите от масива Горячегорск, Петрология на обикновените хондрити

4. Глинка Н.Л. Обща химия. - 24-то издание, Rev. - L.: Химия, 1985. - S. 492. - 702 с.

5. R Smith., Полупроводници: Per. от английски - М.: Мир, 1982. - 560 с., Ил.

6. Пахомова Т.Б., Александрова Е.А., Симанова С.А. Силиций: Учебно ръководство. - SPb.: SPbGTI (TU), 2003. - 24p.

7. Zi S., Физика на полупроводникови устройства: В 2 книги. Книга. 1. Per. от английски - М.: Мир, 1984. - 456 с., Ил.

8. Коледов Л. А. Технологии и проекти на микросхеми, микропроцесори и микросглобки: учебник // 2-ро изд., Rev. и добавете. - СПб .: Издателство „Лан“, 2007.

9. Самсонов. Г. В. Силициди и тяхното използване в технологиите. - Киев, Издателство на Академията на науките на Украинската ССР, 1959 г. - 204 с. от фиг.

Публикувано на Allbest.ru

...

Подобни документи

Структурата на силициевия атом, основните му химични и физични свойства. Разпределението на силикатите и силициевият диоксид в природата, използването на кварцови кристали в промишлеността. Методи за получаване на чист и високо чист силиций за полупроводникови технологии.

резюме добавено на 25.12.2014


Вторият най-разпространен (след кислород) елемент на земната кора. Обикновено вещество и елемент силиций. Силициеви съединения. Приложения на силициеви съединения. Кремнийорганични съединения. Силициев живот.

резюме добавено на 14.08.2007


По разпространение в земната кора силиций се нарежда на второ място след кислорода. Металният силиций и неговите съединения са намерили приложение в различни области на технологията. Под формата на легиращи добавки при производството на различни класове стомана и цветни метали.

курсова работа, добавена на 01.04.2009 г.


Силицийът е елемент от основната подгрупа на четвъртата група от третия период на периодичната система от химични елементи на D.I. Менделеев; разпространение в природата. Разновидности на минерали на основата на силициев оксид. Приложения на силициеви съединения; стъкло.

презентация добавена на 16.05.2011


Химични свойства на простите вещества. Обща информация за въглерода и силиция. Химични съединения на въглерода, неговите кислород и азотсъдържащи производни. Карбиди, разтворими и неразтворими във вода и разредени киселини. Кислородни съединения на силиций.

резюме, добавено на 10.07.2010


Физически свойства на елементите от основната подгрупа на III група. Общи характеристики на алуминий, бор. Естествено неорганични съединения въглерод. Химични свойства на силиция. Взаимодействие на въглерода с метали, неметали и вода. Свойства на оксидите.

презентация добавена на 09.09.2017


Директно азотиране на силиций. Процеси на отлагане на пари. Плазмохимично отлагане и реактивно разпрашаване. Структурата на тънки филми от силициев нитрид. Влияние на повърхността на субстрата върху състава, структурата и морфологията на нанесените слоеве силициев нитрид.

курсова работа, добавена на 12.03.2014г


Силициево-никелови сплави, техните свойства и промишлено приложение. Термодинамично моделиране на свойствата на твърдите метални разтвори. Теорията за "редовните" решения. Термодинамични функции на интерметалната формация. Изчисляване на дейностите на компонентите.

теза, добавена на 13.03.2011г


Преглед на пещите за топене на руда, използвани в производството на силиций. Преобразуване на химичния състав на суровините и въглеродните редуктори, използвани при производството на силиций, в моларни количества химически елементи, като се вземат предвид факторите на натоварване.

курсова работа, добавена на 12.12.2015


Историята на откриването на фосфор. Природни съединения, разпространение на фосфора в природата и неговото производство. Химични свойства, електронна конфигурация и преход на фосфорния атом в възбудено състояние. Взаимодействие с кислород, халогени, сяра и метали.

Министерство на общото и професионално образование

Новосибирска държавна техническа

университет.

RGR по органична химия.

"СИЛИКОН"

Факултет: ЕМ

Група: EM-012

Изпълнено от: Данилов И.В.

Учител: Шевница LV

Новосибирск, 2001

Силиций (лат. Silicium), Si, химичен елемент от периодична група IV

системи на Менделеев; атомно число 14, атомна маса 28,086. В природата

елементът е представен от три стабилни изотопа: 28Si (92,27%), 29Si

(4.68%) и 30 Si (3.05%).

Силиций в живите организми.

Силицият в организма е под формата на различни участващи съединения

главно при образуването на твърди скелетни части и тъкани. Специален

много К. могат да натрупват някои морски растения (например диатомови водоросли

водорасли) и животни (например кремъчни гъби, радиоларии),

по време на умирането на дъното на океана, образувайки мощни залежи на силициев диоксид. IN

в студените морета и езера преобладават биогенни илове, обогатени с К., в

тропически морета - варова кал с ниско съдържание на К.

много растения К. натрупват треви, острици, палми и хвощи. При гръбначни животни

най-големи количества К. се намират в плътна съединителна тъкан, бъбреци,

панкреас. Ежедневната човешка диета съдържа до 1 g К. Когато

човек и причинява болестта -Силикоза (от лат. silex -

кремък), човешко заболяване, причинено от продължително вдишване на прах,

заболявания. Среща се сред работници в минно дело, порцелан,

металургична, машиностроителна промишленост. С. - най-много

неблагоприятно заболяване от групата на пневмокониозата; повече от

с други заболявания се отбелязва присъединяването на туберкулозния процес

(така наречената силикотуберкулоза) и други усложнения.

История и употреба на откритията.

Историческа справка. К. съединения, широко разпространени на земята, бяха

познат на човека от каменната ера. Използване на каменни инструменти за труд

и ловът продължи няколко хилядолетия. Използването на К. съединения,

свързани с тяхната обработка - производство на стъкло - започнали около 3000г

години пр.н.е. д. (в Древен Египет). Най-ранното известно съединение К. е

siO2 диоксид (силициев диоксид). През 18 век. силициевият диоксид се смяташе за просто тяло и

приписван на „земи“ (което е отразено в името му). Сложност на композицията

силициев диоксид е създаден от И. Я. Берцелий. Безплатен силиций за първи път

е получена през 1811 г. от френския учен J. Gay-Lussac и O. Thénard. IN

1825 г. шведският минералог и химик Йенс Якоб Берцелиус получава аморф

силиций. Кафяв аморфен силициев прах се получава чрез редукция

калиев метал от газообразен силициев тетрафлуорид:

SiF4 + 4K \u003d Si + 4KF

По-късно се получава кристална форма на силиций. Чрез прекристализация

силиций от разтопени метали са получени сиво твърдо вещество, но

крехки кристали с метален блясък. Руски имена за елуент

силиций е въведен в употреба от G.I.Hess през 1834г.

Разпространение в природата.

След кислорода силицийът е най-разпространеният елемент (27,6%) на земята.

Това е елемент, който се намира в повечето минерали и скали,

съставляващи твърдата обвивка на земната кора. В земната кора К. играе същото

основна роля като въглерод в животинския и растителен свят. За

геохимията на К. е изключително важна за силната му връзка с кислорода. Повечето

широко разпространени силициеви съединения - силициев оксид SiO2 и

производни на силициевата киселина, наречени силикати. Силициев (IV) оксид

се среща като кварцов минерал (силициев диоксид, кремък). В природата от това

цели планини са натрупани. Има много големи, с тегло до 40 тона,

кварцови кристали. Обикновеният пясък се състои от фин кварц, замърсен с

различни примеси. Годишното световно потребление на пясък достига 300

милиона тона.

От силикатите, алумосиликатите (каолин

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

Ако в допълнение към силициевите и алуминиевите оксиди, минералът съдържа оксиди

натрий, калий или калций, минералът се нарича полев шпат (бял

слюда и др.). Полевите шпатове представляват около половината от известните

естеството на силикатите. Скалният гранит и гнайс включват кварц, слюда,

фелдшпат.

Във флората и фауната силиций се включва в незначителни количества

обяснява повишената сила на стъблата на тези растения. Цилиарни черупки,

тела от гъби, яйца и пера на птици, животински косми, косми, стъкловидно тяло

очите също съдържат силиций.

Анализ на лунни почвени проби, доставени от кораби, показа

наличието на силициев оксид в количество над 40 процента. Като част от камък

метеорити, съдържанието на силиций достига 20 процента.

Атомна структура и основни химични и физични. Свети остров.

К. образува кристали, тъмно сиви с метален блясък,

кубична лицево центрирана решетка от диамантен тип с период a \u003d 5.431E,

с плътност 2,33 g / cm3. При много високи налягания се появява нов (

очевидно шестоъгълна) модификация с плътност 2,55 g / cm3. К. се топи

при 1417 ° C, кипи при 2600 ° C. Специфична топлина (при 20-100 ° С) 800

j / (kgChK), или 0,191 кал / (gChrad); топлопроводимост дори и за най-чистите

пробите не са постоянни и са в диапазона (25 ° C) 84-126 W / (mChK), или

0,20-0,30 кал / (cmChsecChgrad). Температурен коефициент на линейно разширение

2,33Х10-6 К-1; под 120K става отрицателно. К. е прозрачен за

инфрачервени лъчи с дълги вълни; коефициент на пречупване (за l \u003d 6 микрона) 3,42;

диелектрична константа 11.7. К. диамагнитни, атомно-магнитни

чувствителност -0,13 × 10-6. Твърдост K. Mohs 7.0, Brinell 2.4

Gn / m2 (240 kgf / mm2), модул на еластичност 109 Gn / m2 (10890 kgf / mm2),

коефициентът на свиваемост е 0,325X10-6 cm2 / kg. К. чуплив материал; забележим

пластичната деформация започва при температури над 800 ° C.

К. е полупроводник, който намира все по-голямо приложение. Електрически

свойствата на К. много силно зависят от примесите. Собствен специфичен обем

електрическо съпротивление К. при стайна температура се приема

2.3X103 ohmChm (2.3Ch105 ohmChm).

Полупроводник К. с p-тип проводимост (добавки B, Al, In или Ga) и n-

тип (добавки P, Bi, As или Sb) има значително по-ниска устойчивост.

Енергийната междина според електрическите измервания е 1,21 eV при

0 K и намалява до 1.119 eV при 300 K.

В съответствие с позицията на К. в периодичната система на Менделеев 14

електроните на атома К. се разпределят в три черупки: в първата (от ядрото) 2

електрон, във втория 8, в третия (валентност) 4; конфигурация електронна

черупки 1s22s22p63s23p2. Последователни йонизационни потенциали (eV):

8.149; 16,34; 33.46 и 45.13. Атомен радиус 1.33Е, ковалентен радиус

1.17E, йонни радиуси Si4 + 0.39E, Si4- 1.98E.

В съединенията К. (подобно на въглерода) е 4-валентен. Въпреки това, за разлика

въглерод, К. заедно с координацията номер 4 проявява координация

номер 6, което се обяснява с големия обем на неговия атом (пример за такъв

съединенията са флуоросилиций, съдържащ група 2-).

Химичната връзка между атом и други атоми обикновено се осъществява за сметка на

хибридни sp3 орбитали, но също така е възможно да се включат и две от неговите пет

(свободни) 3d орбитали, особено когато К. е шестокоординиран.

С малка стойност на електроотрицателност 1,8 (срещу 2,5 за

въглерод; 3.0 за азот и др.), К. в съединения с неметали

е електрически положителен и тези съединения са полярни по природа. Голям

енергия на свързване с кислород Si-O, равна на 464 kJ / mol (111 kcal / mol),

определя издръжливостта на неговата кислородни съединения (SiO2 и силикати).

Енергията на Si-Si връзка е ниска, 176 kJ / mol (42 kcal / mol); За разлика от

въглерод, образуването на дълги вериги и двойна връзка не е характерно за К.

между атоми Si. Във въздуха К. поради образуването на защитен оксид

филмите са стабилни дори при повишени температури. Окислява се в кислорода

започвайки при 400 ° C, образувайки силициев диоксид SiO2. Известен също монооксид

SiO, стабилен при високи температури като газ; в резултат на рязкото

охлаждане може да се получи твърд продукт, който лесно се разлага

фина смес от Si и SiO2. К. е устойчив на киселини и се разтваря само в

смеси от азотна и флуороводородна киселини; лесно се разтваря в горещо

алкални разтвори с отделяне на водород. К. реагира с флуор, когато

стайна температура, с останалите халогени - при нагряване с

образуването на съединения с обща формула SiX4 (виж силициеви халиди).

Водородът не реагира директно с К. и силициеви киселини (силани)

получени чрез разлагане на силициди (виж по-долу). Известни силиции от SiH4

до Si8H18 (подобен по състав на наситените въглеводороди). К. форми 2

групи кислородсъдържащи силани - силоксани и силоксени. С азот К.

реагира при температури над 1000 ° C. От голямо практическо значение е

si3N4 нитрид, който не се окислява във въздуха дори при 1200 ° C, устойчив на

по отношение на киселини (с изключение на азотна) и основи, както и на разтопена

метали и шлаки, което го прави ценен химически материал

промишленост, за производство на огнеупори и др. Висока твърдост и

също термична и химическа устойчивост се отличават от съединения К. с

въглерод (силициев карбид SiC) и бор (SiB3, SiB6, SiB12). Кога

нагряване К. реагира (в присъствието на метални катализатори,

например мед) с хлорорганични съединения (например с CH3Cl) с

образуването на органохалозилани [например Si (CH3) 3CI], които служат за

синтез на множество кремнийорганични съединения.

Получаване.

Най-простият и удобен лабораторен метод за производство на силиций е

редукция на силициев оксид SiO2 при високи температури с метали -

реставратори. Поради стабилността на силициев оксид за редукция

използвайте такива активни редуциращи агенти като магнезий и алуминий:

3SiO2 + 4Al \u003d 3Si + 2Al2O3

При редукция с метален алуминий, кристален

силиций. Метод за редукция на метали от техните метални оксиди

алуминият е открит от руския физикохимик Н. Н. Бекетов през 1865г. Кога

редукция на силициев оксид с алуминий, отделената топлина не е достатъчна за

продукти на реакцията на топене - силиций и алуминиев оксид, които

се топи при 2050 С. За понижаване на точката на топене на реакционните продукти в

сяра и излишък от алуминий се добавят към реакционната смес. Реакцията се формира

ниско топим алуминиев сулфид:

2Al + 3S \u003d Al2S3

Капки разтопен силиций потъват до дъното на тигела.

Техническа чистота (95-98%) се получава в електрическа дъга

намаляване на силициев диоксид SiO2 между графитни електроди.

Във връзка с развитието на полупроводниковата технология, методи за получаване

чист и особено чист К. Това изисква предварително синтезиране на най-чистото

изходни съединения К., от които К. се извлича чрез редукция или

термично разлагане.

Чистият полупроводников силиций се получава в две форми: поликристален

(редукция на SiCI4 или SiHCl3 с цинк или водород, термично

разлагане на Sil4 и SiH4) и монокристални (топене на зона без тигел

и чрез "издърпване" на един кристал от разтопен К. - методът на Чохралски).

Силициевият тетрахлорид се получава чрез хлориране на търговски силиций.

Най-старият метод за разлагане на силициев тетрахлорид е методът

изключителният руски химик академик Н. Н. Бекетов. Този метод може да бъде

представено от уравнението:

SiCl4 + Zn \u003d Si + 2ZnCl2.

Ето изпаренията на силициев тетрахлорид, кипещи при температура 57,6 ° C,

взаимодействат с цинкови пари.

В момента силициевият тетрахлорид се редуцира с водород. Реакция

протича съгласно уравнението:

SiCl4 + 2H2 \u003d Si + 4HCl.

Силицият се получава под формата на прах. Използва се и йодидният метод

получаване на силиций, подобно на описания по-рано йодиден метод за получаване

чист титан.

За да се получи чист силиций, той се пречиства от примеси чрез зонно топене.

подобно на това как се получава чист титан.

За различни полупроводникови устройства,

полупроводникови материали, получени под формата на монокристали, тъй като в

поликристален материал, настъпват неконтролирани промени

електрически свойства.

При въртене на монокристали се използва методът на Czochralski, който се състои от

в следното: пръчка се спуска в разтопения материал, в края на който

има кристал от този материал; той служи като ембрион на бъдещето

монокристал. Прътът се изтегля от стопилката с ниска скорост до 1-2

мм / мин. В резултат на това постепенно се отглежда един кристал с желания размер. На

изрязва се от пластините, използвани в полупроводникови устройства.

Приложение.

Специално легиран въглерод се използва широко като материал за производство

полупроводникови устройства (транзистори, термистори, токоизправители

токови, контролирани диоди - тиристори; слънчеви фотоволтаични клетки, използвани в

космически кораби и др.). Тъй като К. е прозрачен за лъчи с дължина

вълни от 1 до 9 микрона, той се използва в инфрачервената оптика (вж. също Кварц).

К. има различни и постоянно разширяващи се области на приложение. IN

металургия К. се използва за отстраняване на разтворени в разтопена

кислородни метали (дезоксидация). К. е неразделна част от голям

броят на сплавите на желязото и цветните метали. Обикновено К. придава на сплави

повишена устойчивост на корозия, подобрява техните отливки и

увеличава механичната якост; обаче с по-голямо съдържание от него К. може

причиняват крехкост. Най-важните са желязо, мед и алуминий

кремнийорганични съединения и силициди. Силициев диоксид и много силикати

(глини, полеви шпат, слюди, талк и др.) се обработват от стъкло,

циментова, керамична, електрическа и други индустрии.

Силиконизиращо, повърхностно или обемно насищане на материала със силиций.

Произвежда се чрез обработка на материала в силициеви пари, образувани при висока

температура над силициевото запълване или в газова среда, съдържаща

хлоросилани, редуцирани с водород (например чрез реакцията SiCI4 + 2H2

Si + 4HC1). Използва се главно като средство за защита на огнеупорите

метали (W, Mo, Ta, Ti и др.) от окисляване. Устойчивост на окисляване

поради образуването при S. на плътна дифузия

"Самолечебни" силицидни покрития (WSi2, MoSi2 и др.). Широк

използва се силиконизиран графит.

Връзки.

Силициди.

Силициди (от лат. Silicium - силиций), химични съединения на силиций с

метали и някои неметали. В. по вида на химическата връзка може да бъде

подразделени на три основни групи: йонно-ковалентни, ковалентни и

металоподобни. Йонно-ковалентните S. се образуват от алкални (с изключение на

натрий и калий) и алкалоземни метали, както и метали от подгрупи

мед и цинк; ковалентни - бор, въглерод, азот, кислород, фосфор,

сяра, те се наричат \u200b\u200bоще бориди, карбиди, силициеви нитриди) и др .;

металоподобни - преходни метали.

Получава се чрез сливане или синтероване на прахообразна смес от Si и

съответния метал: чрез нагряване на метални оксиди с Si, SiC, SiO2 и

естествени или синтетични силикати (понякога смесени с въглерод);

взаимодействието на метала със смес от SiCl4 и H2; електролиза на стопилки,

състоящ се от K2SiF6 и оксида на съответния метал. Ковалентен и

подобен на метал S. огнеупорен, устойчив на окисляване, действието на минерала

киселини и различни агресивни газове. S. се използват като част от топлоустойчиви

металокерамични композитни материали за авиацията и ракетите

технология. MoSi2 се използва за производство на резистентни пещни нагреватели,

работещ на въздух при температури до 1600 ° С. FeSi2, Fe3Si2, Fe2Si

са част от феросилиций, използван за дезоксидация и легиране

стомани. Силициевият карбид е един от полупроводниковите материали.

Силиконизиран графит

Силиконизиран графит, наситен със силиций графит. Произведено чрез преработка

порест графит в силициев запълване при 1800-2200 ° C (докато парите

силиций се отлага в порите). Съставен от графитна основа, силициев карбид

и свободен силиций. Комбинира високотемпературна устойчивост, характерна за графита

и якост при повишени температури с плътност, газонепропускливост,

висока устойчивост на окисляване при температури до 1750 ° C и ерозия

упоритост. Използва се за облицоване на високотемпературни пещи, през

устройства за леене на метал, в нагревателни елементи, за

производство на части за авиационна и космическа техника, работещи в

условия на висока температура и ерозия

Силал (от латински силиций - силиций и английска сплав - сплав), топлоустойчив чугун

с високо съдържание на силиций (5-6%). В СССР се произвеждат 2 сорта

S. - с ламеларен и нодуларен графит. От С., относително

евтини отливки, работещи при високи температури (800-900

° C), например вратите на мартеневи пещи, решетки, части от парни котли.

Силумин (от латински Silicium - силиций и алуминий - алуминий), общо име

група сплави за леене на основата на алуминий, съдържащи силиций (4-13%, в

някои марки до 23%). В зависимост от желаната комбинация

технологичните и експлоатационни свойства на C. се легират с Cu, Mn, Mg, понякога

Zn, Ti, Be и други метали. В. имат високо леене и достатъчно

високи механични свойства, по-ниски, обаче, по механични

свойства на отливките на базата на системата Al - Cu. По същество на S.

повишената им устойчивост на корозия в мокри и морски води

атмосфери. S. се използват при производството на части със сложна конфигурация,

главно в автомобилното и самолетостроенето. В СССР се произвежда S. от класове AL2,

AL4, AL9 и др.

Силикоманган

Силикоманганът е феросплав, чиито основни компоненти са силиций и манган;

се топи в рудно-термични пещи чрез процес на редукция на въглерод. ОТ.

с 10-26% Si (останалото е Mn, Fe и примеси), получено от манганова руда,

манганова шлака и кварцит, използвани в производството на стомана като

дезоксидант и легираща добавка, както и за топене на фероманган с

намалено съдържание на въглерод чрез силикотермичен процес. C. с 28-30% Si

(суровината, за която е специално получен високоманганен

ниско фосфорна шлака) се използва при производството на метален манган.

Силикохром

Силикохром, феросиликохром, феросплав, основните компоненти на които са

силиций и хром; топи се в рудно-термична пещ с въглерод-редуцираща

процес на кварцит и гранулиран конверсионен ферохром или

хром руда. C. с 10-46% Si (останалото е Cr, Fe и примеси) се използва за

топене на нисколегирана стомана, както и за получаване на ферохром с

намалено съдържание на въглерод чрез силикотермичен процес. C. с 43-55% Si

използва се при производството на безвъглероден ферохром и при топене

от неръждаема стомана.

Силхром

Силхром (от латински Silicium - силиций и Chromium - хром), общо име

групи топлоустойчиви и топлоустойчиви стомани, легирани с Cr (5-14%) и Si

(1-3%). В зависимост от необходимото ниво на експлоатационни свойства, C.

допълнително легирани с Mo (до 0,9%) или Al (до 1,8%). В. устойчиви срещу

окисляване във въздуха и в сярасъдържащи среди до 850-950 ° С; Приложи

главно за производство на клапани за двигатели с вътрешно горене,

както и подробности за котелни централи, решетки и др.

механични натоварвания, частите от S. работят надеждно дълго време

срок при температури до 600-800 ° C. В СССР, S. от класове 4Х9С2,

4X10C2M и др.

Силициеви халогениди

Силициеви халогениди, силициеви съединения с халогени. Известен K. g.

от следните типове (X-халоген): SiX4, SiHnX4-n (халогеносилани), SinX2n + 2 и

смесени халогениди като SiClBr3. При нормални условия SiF4 е газ,

SiCl4 и SiBr4 са течности (tm - 68,8 и 5 ° С), SiI4 е твърдо вещество (tnl

124 ° С). SiX4 съединенията лесно се хидролизират: SiX4 + 2H2O \u003d SiO2 + 4HX;

дим във въздуха поради образуването на много малки частици SiO2;

силициевият тетрафлуорид реагира по различен начин: 3SiF4 + 2H2O \u003d SiO2 + 2H2SiF6. Хлоросилани

(SiHnX4-n), например SiHCl3 (получен чрез действието на газообразна HCl върху Si),

под действието на вода образуват полимерни съединения със силен силоксан

верига Si-O-Si. Силно реактивни, хлоросилани

служат като изходни материали за производството на кремнийорганични съединения.

Съединения от типа SinX2n + 2, съдържащи вериги от атоми Si, при X - хлор, дават

серия, включително Si6Cl14 (tnl 320 ° C); останалите халогени образуват само Si2X6.

Бяха получени съединения от типове (SiX2) n и (SiX) n. SiX2 и SiX молекули

съществуват при високи температури под формата на газ и с рязко охлаждане

(течен азот) образуват твърди полимерни вещества, неразтворими в

общи органични разтворители.

Силициевият тетрахлорид SiCl4 се използва в производството на смазочни масла,

електрическа изолация, течности за пренос на топлина, водоотблъскващи вещества и др.

Силициев карбид.

Силициев карбид, карборунд, SiC, силициево-въглеродно съединение; един от

най-важните карбиди, използвани в технологиите. В чист вид К. до. - безцветен

кристал с диамантен блясък; технически продукт зелен или синьо-черен

цветове. Съществува в две основни кристални модификации -.

шестоъгълна (a-SiC) и кубична (b-SiC), като шестоъгълната е

"Гигантска молекула", изградена на принципа на един вид структурна

насочена полимеризация на прости молекули. Слоеве въглеродни атоми и

силиция в a-SiC се поставят един спрямо друг по различни начини, образувайки много

структурни типове. Преходът от b-SiC към a-SiC се осъществява при температура

2100-2300 ° C (обратният преход обикновено не се наблюдава). К. к. Огнеупорни

(топи се с разлагане при 2830 ° C), има изключително висока твърдост

(микротвърдост 33400 Mn / m2 или 3.34 tf / mm2), на второ място след диаманта и бора

карбид В4С; чуплив; плътност 3,2 g / cm3. К. до. Е стабилен в различни

химическа среда, включително при високи температури.

К. до. Получава се в електрически пещи при 2000-2200 ° C от смес от кварцов пясък

(51-55%), кокс (35-40%) с добавяне на NaCl (I-5%) и дървени стърготини (5-10%).

Поради високата си твърдост, химическа устойчивост и устойчивост на износване, К.

защото се използва широко като абразивен материал (при шлайфане), за рязане

твърди материали, върхове за инструменти, както и за производството на различни

части от химическо и металургично оборудване, работещи в комплекс

условия на висока температура. К. до., Легиран с различни примеси,

използва се в полупроводниковите технологии, особено при увеличени

температури. Интересно е да се използва К. до. В електротехниката - за

производство на нагреватели за високотемпературни пещи с електрическо съпротивление

(ситови пръти), мълниезащитници за електропроводи

ток, нелинейни съпротивления, като част от електроизолационни устройства и др.

Силициев диоксид

СИЛИКОНОВ ДИОКСИД (силициев диоксид), SiO2, кристали. Най-често

минерал - кварц; обикновеният пясък също е силициев диоксид. Използвано в

производство на стъкло, порцелан, фаянс, бетон, тухли, керамика, as

гумен пълнител, адсорбент в хроматографията, електрониката, акустооптиката

и други минерали от силициев диоксид, редица минерални видове, които са

полиморфни модификации на силициев диоксид; стабилен при определени

температурни интервали в зависимост от налягането.

| Име | | Система | Налягане, | Темпера- | Плътност |

| Минерални | | | am * | | Че, |

| | | | | кръгла, ° С | kg / m "|

| b-cristobali | | кубичен | 1 | 1728-147 | 2190 |

| т | | | | 0 | |

| b-тридимит | | Шестоъгълна | 1 | 1470-870 | 2220 |

| | | найя | | | |

| а-кварц | | шестоъгълна | 1 | 870-573 | 2530 |

| | | найя | | | |

| b-кварц | | тригонална | 1 | под 573 | 2650 |

| b1-тридимит | | шестоъгълна | 1 | 163-117 | приблизително |

| | | найя | | | 2260 |

| а-тридимит | метастабилен | ромбичен | 1 | под 117 | приблизително |

| | та | | | | 2260 |

| а-кристобали | | Тетрагонална | 1 | под 200 | 2320 |

| т | | найя | | | |

| Coesite | Метастабилен | моноклина | 35 хиляди | 1700-500 | 2930 |

| | e при ниско | | | | |

| | темп- | | | | |

| | raturah и | | | | |

| | налягане | | | | |

| Stishovit | | тетрагонална | 100-180 | 1400-600 | 4350 |

| | | найя | хиляда | | |

| Kitit | | тетрагонална | 350-1260 | 585-380 | 2500 |

| | | найя | | | |

* 1 сутринта \u003d 1 kgf / cm2 @ 0,1 Mn / m2.

Основата на кристалната структура на кристалния материал е триизмерна рамка,

изграден от тетраедри, свързващи се чрез общ кислород (5104).

Въпреки това, симетрията на тяхното подреждане, плътност на опаковане и взаимно

ориентациите са различни, което се отразява в симетрията на кристалите на отделните

минерали и техните физични свойства... Изключението е stishovite,

в основата на структурата на които са октаедрите (SiO6), които образуват структурата,

подобно на рутил. Всички кварци м. (С изключение на някои разновидности на кварца)

обикновено безцветни. Твърдостта в минералогична скала е различна: от 5,5 (a-

тридимит) до 8-8,5 (стишовит).

К. м. Обикновено се намират под формата на много малки зърна, криптокристални

влакнест (a-кристобалит, т.нар. лусатит) и понякога сфероидален

формации. По-рядко - под формата на кристали от таблици или ламели

форма (тридимит), октаедрична, дипирамидна (a- и b-кристобалит),

фина игла (коезит, стишовит). Повечето кварцови м. (С изключение на кварцовите) са много

редки и нестабилни в повърхностните зони на земната кора.

Високотемпературни модификации SiO2 - b-тридимит, b-кристобалит -

се образуват в малки кухини на млади ефузивни скали (дацити, базалти,

липарити и др.). Нискотемпературен а-кристобалит, заедно с а-тридимит,

е една от съставните части на ахати, халцедон, опали; депозиран

от горещи водни разтвори, понякога от колоиден SiO2. Stishovite и Coesite

намерен в пясъчниците на метеоричния кратер на Дяволския каньон в Аризона (САЩ),

където са се образували поради кварц при моментно свръхвисоко налягане и

когато температурата се повиши по време на падане на метеорит. В природата също

има: кварцово стъкло (т.нар. лещателит), образувано през

в резултат на топенето на кварцов пясък от удар на мълния и меланофлогит - в

под формата на малки кубични кристали и кори (псевдоморфи, състоящи се от

опалоподобен и халцедоноподобен кварц), отглеждан върху естествена сяра в

находища на Сицилия (Италия). Kitite не е намерен в природата.

Кварц (немски кварц), минерал; под името К., две кристални

модификации на силициев диоксид SiO2: шестоъгълна К. (или a-K.), стабилна

при налягане от 1 атм (или 100 kn / m2) в температурния диапазон 870-573 ° C, и

тригонален (b-K.), стабилен при температури под 573 ° C. b-K. най-много

е широко разпространен в природата. Той кристализира в тригоналния клас

трапецоедър на тригоналната система. Кристална структура от рамков тип

изграден от силициево-кислородни тетраедри, подредени в спирала (с

десен или ляв ход на винта) по отношение на главната ос на кристала. IN

в зависимост от това, отдясно и отляво структурно и морфологично

кристални форми, които се различават външно по симетрията на подреждането на някои

лица (например трапецоедър и др.). Липса на самолети и център

симетрия в кристали К. определя наличието на пиезоелектрични и

пироелектрични свойства.

Най-често кристалите на К. имат удължено-призматичен вид с

преобладаващото развитие на лицата на шестоъгълна призма и два ромбоедра

(кристална глава). По-рядко кристалите приемат формата на псевдо-шестоъгълник

бипирамиди. Външно правилните кристали на К. обикновено са сложно двойни,

образувайки най-често побратимените зони на т.нар. Бразилски или

дофински закони. Последните възникват не само по време на растежа на кристалите,

но също така и в резултат на вътрешно структурно пренареждане при термични a - b

преходи, придружени от компресия, както и механични деформации.

Цветът на кристалите, зърната и инертните материали е много разнообразен: най-често срещаният

безцветен, млечно бял или сив К. Прозрачен или полупрозрачен

красиво оцветени кристали, особено наречени: безцветни, прозрачни -

кристал; лилаво - аметист; опушен - rauchtopaz; черен

Морион; златисто жълто - цитрин. Различните цветове обикновено се дължат на

структурни дефекти при замяна на Si4 + с Fe3 + или Al3 + с едновременно

влизане в решетката Na1 +, Li1 + или (OH) 1-. Също така е трудно за среща

цветни кристали поради микровключвания на чужди минерали: зелена прасе

Включвания на микрокристали на актинолит или хлорит; златист блясък

авантюрин - включвания на слюда или хематит и др. Криптокристални

сортове К. - ахат и халцедон - се състоят от най-фините влакнести

формации. Оптично едноосен, положителен. Индекси на пречупване

(за дневна светлина l \u003d 589,3): ne \u003d 1,553; не \u003d \u003d 1,544. Прозрачен за

ултравиолетови и частично инфрачервени лъчи. При предаване на светлина

равнинно поляризиран лъч по посока на оптичната ос, левичари кристали К.

завъртете равнината на поляризация наляво, а надясно - надясно. Във видимата част

спектър, стойността на ъгъла на въртене (на 1 mm дебелина на плочата на К.) варира от

32,7 (за l 486 nm) до 13,9 ° (728 nm). Диелектрична стойност

пропускливост (eij), пиезоелектричен модул (djj) и еластичност

коефициентите (Sij) са както следва (при стайна температура): e11 \u003d 4,58; e33 \u003d

4,70; d11 \u003d -6,76 * 10-8; d14 \u003d 2,56 * 10-8; S11 \u003d 1,279; S12 \u003d - 0,159; S13 \u003d

0,110; S14 \u003d -0,446; S33 \u003d 0,956; S44 \u003d 1,978. Линейни коефициенти

разширенията са: перпендикулярни на оста от 3-ти ред 13,4 * 10-6 и

успоредно на оста 8 * 10-6. Топлината на трансформация b - a K. е 2,5 kcal / mol

(10,45 kJ / mol). Минералогична твърдост 7; плътност 2650

кг / м3. Топи се при температура 1710 ° C и се втвърдява при охлаждане в т.нар.

кварцово стъкло. Fused K. е добър изолатор; куб съпротива с

ръб от 1 cm при 18 ° C е 5 * 1018 ohm / cm, коефициентът на линейно разширение

0,57 * 10-6 cm / ° C. Разработена е икономически жизнеспособна технология на отглеждане

синтетични монокристали, които се получават от водни разтвори на SiO2

при повишени налягания и температури (хидротермален синтез). Кристали

синтетични К. имат стабилни пиезоелектрични свойства,

радиационна устойчивост, висока оптична еднородност и други ценни

технически свойства.

Естественият К., много разпространен минерал, е от съществено значение

неразделна част от много скали, както и полезни находища

фосили от най-разнообразен генезис. Най-важното за

индустриални кварцови материали - кварцови пясъци, кварцити и

кристален монокристален К. Последният е рядък и много

високо ценен. В СССР основните кристални находища на К. са в Урал, в

Украинска ССР (Волин), в Памир, в басейна на реката. Алдан; в чужбина - депозити в

Бразилия и Мадагаскарската република. Кварцовите пясъци са важна суровина за

керамична и стъклена промишленост. Монокристали К. находка

приложение в радиотехниката (пиезоелектрически стабилизатори на честотата,

филтри, резонатори, пиезоелектрически плочи в ултразвукови инсталации и др.); в

оптични прибори (призми за спектрографи, монохроматори, лещи

за ултравиолетова оптика и др.). Разтопеният К. се използва за

изработка на специални химически стъкларски изделия. К. се използва и за

получаване на химически чист силиций. Прозрачен, красиво оцветен

разновидностите на К. са полускъпоценни камъни и се използват широко в

бижутерски бизнес.

Кварцово стъкло, еднокомпонентно силикатно стъкло, получено чрез топене

естествени разновидности на силициев диоксид - скален кристал, жилен кварц и

кварцов пясък, както и синтетичен силициев диоксид. Разграничете две

вид индустриални К.: прозрачни (оптични и технически) и

непрозрачен. Непрозрачност до. Дава голяма сума

малки газови мехурчета, разпределени в него (с диаметър от 0,03 до 0,3

μm), разсейваща светлина. Оптични прозрачни К.с., получени чрез топене

горният кристал, напълно хомогенен, не съдържа видим газ

мехурчета; има най-ниския показател сред силикатни стъкла

пречупване (nD \u003d 1.4584) и най-високата светлопропускливост, особено за

ултравиолетови лъчи. За К. с. характеризиращ се с висока топлинна и

химическа устойчивост; температура на омекване К. стр. 1400 ° C. К. с. добре

диелектрик, специфична електропроводимост при 20 ° С-10-14 - 10-16 ома-

1m-1, тангенс на диелектричните загуби при 20 ° C и честота

106 Hz - 0,0025-0,0006. К. с. използвани за производството на лаборатория

съдове, тигли, оптични инструменти, изолатори (особено за висок

температури), продукти, устойчиви на температурни колебания.

Силани (от лат. Silicium - силиций), силициеви съединения с общ водород

формули SinH2n + 2. Получени са силани до октазилан Si8H18. Кога

стайна температура, първите две К. - моносилан SiH4 и дисилан Si2H6 -

газообразни, останалите са летливи течности. Всички К. имат неприятна миризма,

отровен. К. е много по-малко стабилен от алканите във въздуха

самозапалване, например 2Si2H6 + 7O2 \u003d 4SiO2 + 6H2O. Водата се разлага:

Si3H8 + 6H2O \u003d 3SiO2 + 10H2. В природата К. не се срещат. В лабораторията чрез действие

разредени киселини в магнезиев силицид, се получава смес от различни К., неговите

силно охладени и отделени (чрез фракционна дестилация при пълно отсъствие на

въздух).

Силициева киселина

Силициеви киселини, производни на силициев анхидрид SiO2; много слаб

киселини, слабо разтворими във вода. В чист вид,

метасилициева киселина H2SiO3 (по-точно нейната полимерна форма H8Si4O12) и

H2Si2O5. Аморфен силициев диоксид (аморфен силициев диоксид) във воден разтвор

(разтворимост около 100 mg в 1 l) образува предимно ортосилиций

киселина H4SiO4. В пренаситени разтвори на К. до. Получават се по различни начини.

промяна с образуването на колоидни частици (моларна маса до 1500), чрез

чиито повърхности са OH групи. Образовани и т.н. sol in

в зависимост от рН, рН може да бъде стабилно (рН около 2)

или може да се агрегира, за да образува гел (рН 5-6). Устойчив

силно концентрирани золи К. к., съдържащи специални вещества -

стабилизатори, използвани в производството на хартия, в текстил

промишленост, за пречистване на вода. Флуоросилициева киселина, H2SiF6,

силна неорганична киселина. Съществува само във воден разтвор; в

свободната форма се разлага на силициев тетрафлуорид SiF4 и флуороводород

HF. Използва се като силен дезинфектант, но главно -

за получаване на соли на К. до. - силикофлуориди.

Силикати

СИЛИКАТИ, соли на силициевата киселина. Най-широко разпространен в земната кора

(80 тегловни%); са известни повече от 500 минерала, сред които са ценни

камъни като изумруд, берил, аквамарин. Силикатите са основата на циментите,

керамика, емайли, силикатно стъкло; суровини в производството на много метали,

лепила, бои и др .; материали за радиоелектроника и др. Силициеви флуориди,

флуоросиликати, соли на хидрофлуоросилициевата киселина H2SiF6. При нагряване

разлага се, например CaSiF6 \u003d CaF2 + SiF4. Соли Na, K, Rb, Cs и Ba твърди

разтворим във вода и образува характерни кристали, които се използват в

количествен и микрохимичен анализ. Най-практичен

има натриев силикофлуорид Na2SiF6 (по-специално в производството

киселинноустойчиви цименти, емайли и др.). Значителна част от Na2SiF6

обработени в NaF. Получавайте Na2SiF6 от отпадъци, съдържащи SiF4

суперфосфатни растения. Силициевите флуориди Mg, Zn и Al са лесно разтворими във вода

(техническо наименование канелюри) се използват за хидроизолация

строителен камък. Всички К. (както и H2SiF6) са отровни.

Приложения.

Фиг. 1 десен и ляв кварц.

Фиг. 2 Силициеви минерали.

Фиг.3 Кварц (структура)