Silicon Description. Silicijum i njegova jedinjenja. Silikatna industrija
Silicijum i njegova jedinjenja. Silikatna industrija
Silicijum - Element IVA grupekao ugljenik. Dakle, na spoljašnjem energetskom nivou, on ima četiri elektrona. Ova četiri elektrona on može dati i manifestovati reduciranje svojstava, dok će njegov stepen oksidacije biti jednak +4 i može vezati četiri elektrona i manifestovati oksidaciona svojstvadok će stepen oksidacije imati -4 .
U prirodi silicij je drugi hemijski element posle kiseonika. U prirodi on nalazimo samo kao jedinjenja. Najčešća silikonska jedinjenja su silicijum oksid (IV) - SiO 2 - silica. U prirodi formira mineral kvarc. Njegova sorta je kameni kristal, ametist, ahat, topaz, opal, jaspis, kalcedon, karnelin, koji se koriste kao ukrasno i poludrago kamenje.
Prirodni silikati - složene supstance. Njihov sastav je prikazan kao nekoliko oksida. Silikati, koji uključuju aluminij, se nazivaju aluminosilikati. To je kaolinit, feldspat, tinjac.
Azbest Također je silikat i koristi se za proizvodnju vatrostalnih tkanina.
Od sorti minerala na bazi silicijum oksida (IV), primitivni ljudi su napravili alate. Silicijum je počeo kameno dobato jest stoljeće kremenih alata zbog njegove dostupnosti i sposobnosti da formira oštre oštrice.
Silicijum oksid (IV) daje snagu za zasađivanje stabljika i pokrivača za zaštitu životinja.
Zahvaljujući ovom oksidu, trska, trska, preslice čvrsto stoje, a listovi šašica sečeni, stabljike žitarica ne padaju od kiše i vetra, a riblje ljuske, školjke insekata, leptir krila, perje ptica i životinjska dlaka su jake.
Silicij je sastavni dio diatoloških algi i radiolarija.
Silicijska industrija prima obnavljanje koksa silicij oksida (IV) u električnim pećima.
Dobili su ga u laboratoriji redukcija silicijum oksida (IV) aluminijem ili magnezijumom.
Silicijum postoji u obliku dvije alotropne modifikacije: amorfni i kristalni.
Amorfni silicij je smeđi prah.
Crystal Silicon - čvrsto tamno siva sa metalnim sjajem. Krhak je i otporan. To je zbog strukture njegovih kristala. Struktura silikona slična je strukturi dijamanta, tj. U ovom kristalu svaki atom je okružen sa četiri druga atoma i povezan je s njima. kovalentne veze.
Silicon je poluvodič. Sa povećanjem temperature, njegova električna provodljivost se povećava. Na primer, solarne baterije se instaliraju na satelitima, letelicama, stanicama i krovovima. Ove baterije pretvaraju solarnu energiju u električnu energiju, zahvaljujući poluvodičkim kristalima kao što je silicij.
Na sobnoj temperaturi silicij je inertan., ali kada se zagreva reaguje sa metalima i nemetalima.
Silicon gori u kiseoniku sa formiranjem silicijum oksida (IV).
U ovoj reakciji silicijum povećava svoje oksidacijsko stanje od 0 do +4, a kisik se smanjuje od 0 do -2. Stoga, silicij djeluje kao redukcijski agens, a kisik - kao oksidirajući agens.
Svojstva redukcije silicija se koriste u metalurgiji dobiti neke metaleiz njihovih oksida.
Silicij reaguje sa metalima kada se zagreva, sa formiranjem jedinjenja koja se nazivaju silicides. Na primer, magnezijum silicid se formira u reakciji magnezijuma sa silicijumom. U ovoj reakciji magnezijum povećava svoje oksidaciono stanje od 0 do +2, a silicijum se smanjuje od 0 do -4. Zbog toga je magnezijum reducirajući agens, a silicij oksidirajući agens.
Silikidi se lako razgrađuju vodom ili kiselinama.ovo proizvodi gas silane - vodonični spoj silicija. Tako, kada magnezijum silikid stupa u interakciju sa hlorovodoničnom kiselinom, nastaju magnezijum hlorid i silan.
Silan u vazduhu se samozapalja i gori uz formiranje silicijum oksida (IV) i vode.
Silicijum reaguje sa koncentriranim alkalnim rastvorima.. Na primer, interakcija silicijuma sa koncentrovanim rastvorom natrijum hidroksida proizvodi natrijum silikat i vodonik.
Silicijum se može dobiti zagrevanje silike (IV) magnezijumom ili ugljenikom.
U reakciji sa magnezijumom magnezijum reducira silicijum iz silicijum oksida (IV), au reakciji silicijum oksida (IV) sa ugljenikom, ugljenik vraća silicijum iz njegovog oksida.
Silicijum oksid (IV), silica - SiO 2 je čvrsta, vrlo vatrostalna supstanca, nerastvorljiva u vodi. Ovaj oksid ima atomska kristalna rešetka, u čijim čvorovima postoje atomi silicija i kiseonika.
Silicijum oksid (IV) je acid oxidestoga pokazuje sva svojstva karakteristična za ove okside. Međutim, ovaj oksid ne rastvara se u vodi, ali reaguje sa alkalnim rastvorima. Tako se u reakciji silicijum oksida (IV) sa natrijum hidroksidom formiraju natrijum silikat i voda.
Silicijum oksid (IV) reaguje sa osnovnim oksidima kada se zagreva. Tako se u reakciji sa kalcijum-oksidom formira kalcijum-silikat.
Silicijum oksid (IV) u interakciji kada se zagreva sa karbonatimaTako se u reakciji sa natrijum karbonatom formiraju natrijum-silikat i ugljen-dioksid.
Natrijum i kalijum silikati se nazivaju topljivim staklom. Njihovi vodeni rastvori su silikatni lepak.
Silicijum oksid (IV) reagira s fluorovodikom i fluorovodičnom kiselinom u obliku plinovitog silicijevog fluorida.
Ova nekretnina se koristi za graviranje na staklenim natpisima, crtežima i etiketama.
Sastav silicijeve kiseline može se izraziti kao H 2 SiO 3. Silikatna kiselina je želatinozna supstanca nerastvorljiva u vodi. Ona se poziva vrlo slabe kiseline (čak i slabiji od uglja). Nakon sušenja nastaje otopina koja sadrži silicijumsku kiselinu silika gel, koji se koristi kao adsorbent.
Silikatna kiselina - loose connection i kada se skladišti ili zagreva, razlaže se na silicijum dioksid (IV) i vodu.
Kvalitativna reakcija na silikatni ion je reakcija silikata sa rastvorima jakih kiselina, koja formira silicijumsku kiselinu u obliku želatinoznog taloga. Na primer, u reakciji natrijum silikata sa hlorovodoničnom kiselinom, formira se so - natrijum-hlorid i silicijumska kiselina u obliku želatinoznog taloga.
Uradimo eksperiment. Da biste to uradili, preskočite ugljen-dioksid kroz rastvor natrijum-silikata. U ovom slučaju možemo uočiti stvaranje želatinoznog sedimenta. Ovo je formiralo silicijumsku kiselinu. Stoga je silicijumska kiselina vrlo slaba, čak i slabija od ugljične kiseline, koja ga može istisnuti iz otopine soli.
A sada ovom želatinoznom sedimentu dodamo koncentrovani rastvor alkalija i zagrejemo duvanu lampu na plamenu. Precipitat počinje da se rastvara usled stvaranja rastvorljive soli, natrijum silikata.
Koristi se silicijum za poluvodičke materijale i legure otporne na kiseline. Takvo silikonsko jedinjenje kao silicijum karbid - SiC - koristi se za brušenje sjekutića alata za rezanje metala i poliranje dragog kamenja, jer je u tvrdoći slabiji samo od dijamanta.
Kvarcna hemijska staklena posuda proizvodi se od kvarca, koji izdržava visoke temperature i iznenadne temperaturne promjene.
Silikati natrijuma i kalijuma rastvorljivi u vodi (" topljivo staklo") Koristi se kao vatrostalno sredstvo za impregnaciju drveta i tkanina. Za proizvodnju vatrootpornih i izolacionih tekstila koriste se i prirodni silikati - azbest.
Silikatnom industrijom pripada proizvodnja:
· Staklo;
· Keramički proizvodi (porculan, keramika), cigle, pločice i krovni materijali;
· Cement.
Silikonski spojevi su osnova za proizvodnju stakla i cementa. Na primer, obična staklena stakla proizvode se spajanjem mešavine sode, krečnjaka i peska. Staklo ima sposobnost omekšavanja i u rastopljenom stanju ima drugačiji oblik, pa se koristi za proizvodnju posuđa.
Određena svojstva stakla daju aditive. Na primjer, ako zamijenite natrijev oksid kalijevim oksidom, možete dobiti krutinu bohemian glassdodavanjem olova (II) oksida kristalno staklododavanjem hrom (III) oksida zeleno staklopri dodavanju kobaltnog oksida - plava, i dodavanje mangan (II) oksida - ljubičasto. Dodavanje soli zlata i selena, dobiti ruby glassod kojih su napravljene zvezde Moscow Kremlin.
Za poboljšanje mehaničkih svojstava stakla se izlaže gašenje. Gašenje je da se staklo posebnog sastava zagreva na temperaturu od oko 600 ° C, a zatim brzo hladi. Ovakvo učvršćivanje vam omogućava da dobijete neprobojno staklo.
Staklo je čoveku poznato već dugo, pre tri ili četiri hiljade godina, proizvodnja stakla je bila Egipat, Sirija, Fenicija, Crno more.
Staklo je nevjerojatan materijal. In Ancient rome majstori su naučili kako da dobiju obojena stakla i da od svojih komada naprave mozaik. Vitražni prozori crkava, muzeja, raznih mozaičkih panela izrađeni su od stakla.
Primena stakla opsežan: to je prozor, boca, lampa, ogledalo i optički.
Glavna sirovina u proizvodnji keramičkih proizvoda je glina. Kada se glina pomeša sa vodom, formira se pastozna masa koja, nakon sušenja i pečenja, može da održi svoj oblik. Neki pokrivači od keramike zaleđivanje - tanki sloj staklastog materijala. Glaze čini keramiku vodootpornom, štiti je od kontaminacije, štiti od djelovanja kiselina i lužina, dodaje sjaj.
Važno silikonsko jedinjenje je cement. Dobija se sinterovanjem gline i krečnjaka. Ako pomiješamo cementni prah s vodom, tzv. cementni malter, Koji se onda postepeno stvrdnjava. Ako dodate cementnom pijesku ili šljunku, dobijate beton. Čvrstoća betona se može povećati ako uđete u željezni okvir, a onda se ispostavi da je armirani betonod kojih su zidni paneli, blokovi preklapanja.
Silicijum je dobiven u 1824 godine od strane švedskog hemičara Bercalius. Ali dvanaest godina pre toga, silicij je dobio Gay Lussac i Tenar, ali je bila veoma zagađena nečistoćama.
Latinski naziv silicij from latin silex - "kremen". Rusko ime "silicij" dolazi od grčkog kremnos - "Litica, stena."
Tako, silicij - element IVA grupe. Odlikuje se oksidacionim stanjima +4 i -4. U reakcijama sa kiseonikom i drugim nemetalima, on pokazuje redukcione osobine, au reakcijama sa metalima - oksidacijom. U prirodi, silicij se nalazi u obliku jedinjenja. Njegov najčešći spoj je silicijum oksid (IV) - silicijum dioksid, koji je kiseli oksid i pokazuje svojstva karakteristična za ove okside. Silicijumov vodik je silan - SiH 4 , koji nastaje djelovanjem kiselina ili vode na silicide - spojeve metala sa silicijumom. Silicijum oksid (IV) odgovara silicijskoj kiselini. Ova slaba dvobazna, želatinozna kiselina nerastvorljiva u vodi. Kvalitativna reakcija na silikatni ion je djelovanje jakih kiselina na silikate, jer se kao rezultat tih reakcija stvara želatinozni talog - silicijumska kiselina. Silicijum oksid (IV) i silikati se široko koriste u industriji. Silikatna industrija uključuje proizvodnju stakla i cementa, keramičkih proizvoda i opeke.
Silicij se dobija redukcijom njegovog oksida sa viškom magnezija kada se zagreva:
Od dvije alotropne modifikacije silicija, kristalnog i amorfnog, amorfni silicij je kemijski aktivniji. Prilikom zagrijavanja reagira s kisikom, formirajući
kao i sa svim halogenima, na primer:
Na visokim temperaturama, silicijum se kombinuje sa ugljenikom, formirajući karborund - supstancu koja je čvrsta prema dijamantu:
U reakcijama sa aktivnim metalima koji se javljaju sa formiranjem silicida, silicij deluje kao oksidacioni agens:
Pod dejstvom hlorovodonične kiseline na silicide, dobija se najjednostavniji vodonični spoj silicij silan.
Silicijum oksid i silicijumske kiseline.
Silicijum oksid je čvrsta, vrlo vatrostalna supstanca (tačka topljenja, široko rasprostranjena u prirodi. Nalazi se u obliku dvije modifikacije - kristalnog i amorfnog silicijum dioksida.
1), tj. - metasilikatna kiselina;
2), tj. - ortokremijska kiselina;
3), tj. - bimetakrinska kiselina.
Silikatne kiseline, čiji molekuli sadrže više od jednog molekula, pripadaju polisilikonu. Najjednostavnija silicijumska kiselina se često naziva jednostavno silicijska kiselina.
Sve silicijske kiseline su veoma slabe (slabije od uglja). Soli svih silicijumskih kiselina se nazivaju silikati, mada, u pravilu, u obrazovnoj literaturi, silikati podrazumevaju soli metacilikinske kiseline. Kada stoje na vazduhu, rastvori silikata postaju mutni, jer ugljen dioksid (IV) u vazduhu zamenjuje silicijumsku kiselinu iz njenih soli:
Silikatna kiselina je praktično nerastvorljiva u vodi - ovo svojstvo se koristi kao kvalitativna reakcija na ion.
Silikati se dobijaju fuzijom silicijum dioksida sa alkalijama ili karbonatima:
Najčešće korišćeni silikati su natrijum i kalijum. Koncentrirane otopine ovih soli nazivaju se tekuće staklo; zbog hidrolize imaju jako alkalnu reakciju. Tečno staklo se koristi u proizvodnji ljepila i vodootpornih tkanina.
- karakteristika silicijskog elementa: elektronska struktura, moguća oksidaciona stanja, glavna jedinjenja: oksid, hidroksid. Amorfni i kristalni silicij.
Silicon- element trećeg perioda i IVA-grupa Periodnog sistema, serijski broj je 14. Elektronska formula atoma je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. Karakteristični stupanj oksidacije u spojevima + IV.
Skala oksidacije silicija:
Silikonska elektronegativnost nije visoka za nemetale (2.25). Pokazuje svojstva nemetala (kiselina); formira okside, silicijumske kiseline, veoma veliki broj soli - silikati u obliku lanaca, traka i trodimenzionalnih tetraedrskih mreža, binarnih jedinjenja. Danas je široko razvijena hemija organskih silikonskih spojeva sa Si - C vezama i silikonskim organskim polimerima - silikoni i silikonske gume sa vezama Si - Si, Si - O i Si - C.
Najvažniji element nežive prirode, drugihemijskom prevalencijom. Nalazi se samo u povezanom obliku. Vitalni element za mnoge organizme.
Silicon Si -Jednostavna supstanca. Grubo-kristalni - tamno sivi, sa metalnim sjajem, vrlo tvrd, vrlo lomljiv, neproziran, vatrostalan, čest poluprovodnik. Kristalna rešetka je atomska, Si - Si veze su veoma jake. Amorfni - beli ili tan (sa nečistoćama, uglavnom Fe), hemijski aktivniji. Stabilan je na zraku (prekriven je jakim oksidnim filmom), ne reagira s vodom. Reaguje sa HF (konc.), Alkalijama. Oksidira se kiseonikom, klorom. Oporavio se magnezijumom. Sinterovan sa grafitom. Industrijski važna je legura sa željezom - ferrosilicon(12–90% Si). Koristi se kao legirajući dodatak u čeliku i legurama obojenih metala, komponenta poluprovodničkih materijala za mikroelektroniku, baza silikona.
Jednačine najvažnijih reakcija:
Gettingu industriji: obnova SiCl 4 ili SiO 2 tokom kalcinacije:
SiCl 4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl 2
SiO 2 + 2Mg = Si+ 2MgO
(Posljednja reakcija može se izvesti u laboratoriji; amorfni silicij ostaje nakon obrade sa solnom kiselinom).
Silikon dioksid SiO 2 -Acid oxide. Beli prah (kvarcni pesak)i bistri kristali, prirodni proizvod obojen nečistoćama (silika) - u obliku običnog pijeska i kamena (kremen).Kristalna rešetka je atomska, svaki atom silicija je okružen sa četiri atoma kiseonika, a svaki atom kiseonika je okružen sa dva silicijumska atoma. Ima nekoliko kristalnih modifikacija (svi minerali), najvažnije - kvarc, tridimiči kristobalit,rijetko i umjetno dobiveno - kitit, koesit, stišovit, melanoflogit, vlaknasti silicijum, sa sporim hlađenjem taline, formira se amorfni oblik - kvarcno staklo(u prirodi, mineral lechateleit).Naj kemijski aktivniji amorfni oblik.
Praktično ne reagira s vodom (hidrat SiO 2 nH 2 O taloži se iz otopine), uobičajene kiseline. Kvarcno staklo korodira u HF (konc.). Reakcija sa alkalijama u rastvoru (oblici orthosilicates)i kod fuzije (proizvodi - metasilicates).Lako se klorira u prisustvu koksa. Obnavlja se koksom, magnezijumom, gvožđem (u procesu visoke peći).
Koristi se kao industrijska sirovina u proizvodnji silikonskih, običnih, termo i kemijski otpornih stakala,
porculan, keramika, abrazivi i adsorbensi, gumeni punjač, maziva, adhezivi i boje, komponente građevinskih vezivnih otopina, u obliku kvarcnih monokristala su osnova ultrazvučnih generatora i preciznih pomaka kvarcnih satova. Sorte kvarca ( kameni kristal, roze kvarc, ametist, dimni kvarc, kalcedon, onyxy itd.) - dragoceno, poludrago ili ukrasno kamenje.
Jednačine najvažnijih reakcija:
Silikon dioksid polihidrat SiO 2 nH 2 O -Silikatne kiseline sa promenljivim sadržajem SiO 2 i H 2 O. Beli, amorfni (staklasto) polimer sa lančanom, trakastom, limenom i mrežastom strukturom. Kada se zagrijava postupno se raspada. Veoma slabo rastvorljiv u vodi. Iznad taloga u otopini nalazi se monomerni slab silicijum silicijkiselina H 4 SiO 4 (tetraedarska struktura, sp 3 hibridizacija), topivost 0,00673 g / 100 g H 2 O na 20 ° C. Pri stajanju otopine dolazi do polikondenzacije i silicijeve kiseline H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9, a zatim hidrosol n (sol). metasiliconi konačno, hidrogel SiO 2 nH 2 O (n< 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 nН 2 O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.
Konvertuje se u rastvor dejstvom koncentrisanih alkalija. Ostale hemijske osobine su slične SiO2. Minerali u prirodi opali kalcedon (ahat, jaspis).Monomerna meta-silicijumska kiselina H 2 SiO 3 nije dobijena.
Jednačine najvažnijih reakcija:
Getting: istiskivanje jake kiseline iz silikatnog rastvora, na primer:
K 2 SiO 3 + 2NCl + (n - 1) N 2 O = 2 KCl + SiO 2 nH 2 O↓
Natrijum metasilikat Na 2 SiO 3 -Saline Bijelo, kada se zagrijava topi bez raspadanja. Otapa se u hladnoj vodi (jaka anionska hidroliza). Koncentrisani rastvor - koloidni ("tečno staklo" sadrži SiO2 nH2O hidrosol). Raspada se u vrućoj vodi, reagira s kiselinama, lužinama, ugljičnim dioksidom.
Koristi se kao komponenta punjenja u proizvodnji stakla, specijalnih cementa i betona, dio je silikatnih boja i ljepila, hladnih glazura, aluminosilikatnih katalizatora, u proizvodnji papira i kartona, silika gela i sintetičkih zeolita. Jednačine najvažnijih reakcija:
Getting: fuzija sode sa peskom
Na 2 SiO 3 + SiO 2 = CO 2 + Na 2 SiO 3(1150 ° C) \\ t
Silikati.Silicijum u oksidacijskom stanju + IV je, pored SiO 2, u vrlo brojnim i često vrlo složenim sastavima i strukturi silikatni ioni(tako, osim zetasilicate ionSiO 3 2- i ortosilikatni ionSiO 4 4-poznati joni Si 2 O 7 6-, Si 3 O 9 6-, Si 2 O 10 4-, itd.). Za lakše snimanje, svi silikati su prikazani kao oni koji sadrže jon SiO 3 2-.
Kao silikatni lepak koristi se zasićeni rastvor natrijumovog i kalijum silikata (viskozno "tečno staklo").
Silikati natrijuma i kalcijuma su dio stakla; dobija se fuzijom kvarca silicijum-dioksida SiO 2, krečnjaka CaCO 3 i soda Na 2 CO 3:
Često se sastav stakla izražava oksidima, na primjer, običnim staklenim Na 2 O CaO 6SiO 2.
Među silikatnim mineralima uočavamo glina (aluminosilikati), vrlo čista glina - kaolinAl 2 O 3 2SiO 2 2N 2 O se koristi za izradu porcelana.
Silikati i aluminosilikati se koriste u industriji za proizvodnju keramike, cementa, betona i drugih građevinskih materijala.
Silicijum SiCl 4.Binarna veza. Bezbojna tekućina, ima širok raspon tekućeg stanja. Molekul ima tetraedarnu strukturu (sp3 hibridizacija). Termički otporan. "Puši" u vlažnom vazduhu. Potpuno hidroliziran vodom. Razgrađuje se alkalijama. Obnavlja vodik, natrijum, cink. Chlorinates alumina.
Koristi se u proizvodnji silikona visoke čistoće za poluvodičku tehnologiju.
Jednačine najvažnijih reakcija:
Gettingu industrija- Hlorisanje silicija ili kvarcnog peska SiO 2.
Kristalni silicijum je glavni oblik u kome se silicij koristi u proizvodnji fotoelektričnih pretvarača i čvrstih elektronskih uređaja koji koriste planarnu tehnologiju. Aktivno se razvija upotreba silikona u obliku tankih filmova (epitaksijalnih slojeva) kristalne i amorfne strukture na različitim supstratima.