¿Dónde se usa el silicio? Silicio: propiedades y usos medicinales. El silicio como material de construcción.

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Comienzo de la era de Grafen

Además, el carbono también tiende a generar menos calor y, al hacer transistores mucho más pequeños, puede tener gran cantidad  ellos en el mismo espacio. La utilidad inicial de este chip estará en los teléfonos móviles, donde se puede usar como un receptor de radio, lo que le permite traducir señales en información comprensible que se puede enviar y recibir. La parte negativa, como de costumbre, cuando hablamos del uso del grafeno como material, es el alto costo de su producción, que actualmente hace que sea imposible comercializarlo a corto plazo.

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institución educativa presupuestaria estatal federal

educación vocacional superior

Instituto Tecnológico Estatal de San Petersburgo

(Universidad técnica) "(SPbGTI (TU))

SILLA XNT MET

UGS 240100.62

ESPECIALIDAD Tecnología Química

DIRECCIÓN Química de sustancias y materiales.

DISCIPLINA Introducción a la especialidad.

TEMA: Silicio, sus propiedades y aplicaciones en electrónica moderna.

Completado por un estudiante de 1er año, grupo 131

Zhukovskaya Ekaterina Olesevna

Ezhovsky Yuri Konstantinovich

San Petersburgo 2013

Introduccion

1. Silicio

2. Historia

3. El origen del nombre.

4. Estar en la naturaleza

5. Recibiendo

6. propiedades físicas

7. Propiedades electrofísicas.

8. Propiedades químicas

10. Solicitud

Referencias

Introduccion

El silicio es uno de los elementos importantes. Vernadsky escribió su famoso trabajo: "Ningún organismo puede existir sin silicio" (1944). En el manual de química para escolares del noveno grado (ed. De Minsk: Slovo, 1977), en la sección Silicio, dice: "... el silicio es un material semiconductor extremadamente importante que se usa para fabricar dispositivos microelectrónicos - microcircuitos". utilizado en la producción de células solares, convierte la energía solar en energía eléctrica. Entre 104 elementos del sistema periódico, el silicio tiene un papel especial. Es un elemento piezoeléctrico. Puede convertir un tipo de energía en otra. Mecánico en eléctrico, ligero en térmico, etc. " Es el silicio el que subyace al intercambio de información de energía en el espacio y en la Tierra. De la tabla de la composición química de la Tierra, su "materia viva" y los sistemas espaciales de las estrellas, el Sol, se puede ver que el oxígeno es el elemento más común en este mundo - 47%, el silicio ocupa el segundo lugar - 29.5%, y el contenido de otros elementos es mucho menor .

El semiconductor más común en la producción de componentes electrónicos es el silicio, ya que sus reservas en el planeta son casi ilimitadas.

1. Silicio

El silicio es un elemento del subgrupo principal del cuarto grupo del tercer período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, con número atómico 14. Se designa con el símbolo Si (lat. Silicium).

La aparición de una sustancia simple.

En forma amorfa - polvo marrón, en cristalino - gris oscuro, ligeramente brillante.

Propiedades del átomo

Nombre, símbolo, número: Silicio / Silicona (Si), 14

Masa atómica (masa molar) 28.0856 amu (g / mol)

Configuración electrónica: 3s2 3p2, en conexión. 3s 3p3 (hibridación)

Radio del átomo 132 nm

Propiedades químicas

Radio covalente 111 nm

Radio iónico 42 (+ 4e) 271 (-4e) nm

Electronegatividad 1.90 (escala Pauling)

Potencial de electrodo 0

Estados de oxidación: +4, +2, 0, -4

Energía de ionización (primer electrón) 786.0 (8.15) kJ / mol (eV)

Propiedades termodinámicas de una sustancia simple.

Densidad (a n.o.) 2.33 g / cm

Punto de fusión 1414.85 ° C (1688 K)

Punto de ebullición 2349.85 ° C (2623 K)

Calor de fusión 50.6 kJ / mol

Calor de vaporización 383 kJ / mol

Calor específico molar 20.16 J / (K · mol)

El volumen molar de 12.1 cm / mol

La red cristalina de una sustancia simple.

Estructura de rejilla: cúbica, diamante

Parámetros de cuadrícula: 5.4307 E

Temperatura de Debye 625 K

Otras caracteristicas

Conductividad térmica (300 K) 149 W / (mK)

2. Historia

Los compuestos de silicio natural o silicio (silicio inglés, francés y silicio alemán) - dióxido de silicio (sílice) - se conocen desde hace mucho tiempo. Los antiguos conocían bien el cristal de roca o cuarzo, así como las piedras preciosas, que son de color cuarzo en diferentes colores (amatista, cuarzo ahumado, calcedonia, crisoprasa, topacio, ónice, etc.). El silicio elemental se obtuvo solo en el siglo XIX, aunque los intentos Scheele y Lavoisier, Dzvi (con la ayuda del pilar Volta), Gay-Lussac y Tenard (por medios químicos) llevaron a cabo la descomposición de la sílice. Verzelius, tratando de descomponer la sílice, la calentó en una mezcla con polvo de hierro y carbón a 1500 ° C y recibió ferrosilicio. Solo en 1823 r. En estudios de compuestos de ácido fluorhídrico, incluido SiF4, obtuvo silicio amorfo libre (un "radical de sílice") por la interacción del fluoruro de silicio y el vapor de potasio. St. Clair-Deville en 1855 recibió silicio cristalino.

3. El origen del nombre.

Berzelius propuso el nombre de silicio o kiesel (Kiesel, pedernal). Anteriormente, Thomson propuso el nombre de silicona (silicio), adoptado en Inglaterra y los Estados Unidos, por analogía con boro (boro) y carbono (carbono). La palabra silicio proviene del silicio (sílice); la terminación "a" fue adoptada en los siglos XVIII y XIX. para la designación de tierras (sílice, aluminio, toria, terbia, glucina, cadmia, etc.). A su vez, la palabra sílice está asociada con lat. Silex (fuerte, pedernal).

El nombre ruso silicio proviene de las antiguas palabras eslavas pedernal (nombre de una piedra), kremyk, fuerte, sillón, sillón (golpear el cinturón con hierro para obtener chispas), etc. En la literatura química rusa de principios del siglo XIX. están los nombres de sílice (Zakharov, 1810), silicio (Solovyov, Dvigubsky, 1824), sílex (Strakhov, 1825), silíceo (Jobovsky, 1827), sílice y silicio (Hess, 1831).

4. Estar en la naturaleza

Con mayor frecuencia en la naturaleza, el silicio se encuentra en forma de sílice, compuestos basados \u200b\u200ben dióxido de silicio (IV) SiO2 (aproximadamente el 12% de la masa de la corteza terrestre). Los principales minerales y rocas formados por el dióxido de silicio son arena (río y cuarzo), cuarzo y cuarcita, sílex y feldespatos. El segundo grupo más común de compuestos de silicio en la naturaleza son los silicatos y los aluminosilicatos.

Se observan hechos únicos del hallazgo de silicio puro en una forma nativa.

El silicio se encuentra en la mayoría de los minerales y minerales. Los depósitos necesarios de cuarcita y arena de cuarzo se encuentran en muchos países del mundo. Sin embargo, por más producto de calidad  o para aumentar los indicadores de rentabilidad, es más rentable utilizar materias primas con un contenido máximo de silicio (hasta 99% de SiO2). Tales depósitos ricos son extremadamente raros y la industria del vidrio de la competencia en todo el mundo los ha utilizado de manera activa y prolongada. Sin embargo, este último es reacio a procesar materias primas incluso con una mínima contaminación de hierro, pero en la producción de aleaciones ferrosas es poco crítico. En todo el mundo, la seguridad de la producción de silicio con materias primas se considera alta, y la parte correspondiente de los costos en su costo principal es insignificante (menos del 10%).

átomo amorfo de silicio

5. Recibiendo

"El silicio libre se puede obtener por calcinación con magnesio de arena blanca y fina, que es dióxido de silicio:

Se forma polvo marrón. silicio amorfo».

En la industria, el silicio de pureza técnica se obtiene reduciendo la fusión de SiO2 con coque a una temperatura de aproximadamente 1800 ° C en hornos de horno de mineral de tipo eje. La pureza del silicio así obtenida puede alcanzar el 99,9% (las impurezas principales son carbono, metales).

Es posible una purificación adicional del silicio a partir de impurezas.

La limpieza de laboratorio se puede llevar a cabo primero obteniendo siliciuro de magnesio Mg2Si. Luego, se obtiene monosilano gaseoso SiH4 a partir de siliciuro de magnesio usando ácidos clorhídrico o acético. El monosilano se purifica por destilación, sorción y otros métodos, y luego se descompone en silicio e hidrógeno a una temperatura de aproximadamente 1000 ° C.

La purificación de silicio a escala industrial se lleva a cabo por cloración directa de silicio. En este caso, se forman compuestos de la composición SiCl4 y SiCl3H. Estos cloruros se purifican de diversas maneras a partir de impurezas (generalmente por destilación y desproporción) y, en la etapa final, se reducen con hidrógeno puro a temperaturas de 900 a 1100 ° C.

Se están desarrollando tecnologías de refinación de silicio industrial más baratas, más limpias y más eficientes. En 2010, tales tecnologías incluyen la purificación de silicio utilizando flúor (en lugar de cloro); tecnologías para la destilación de monóxido de silicio; tecnologías basadas en el grabado de impurezas que se concentran en límites intergranulares.

El método de producción de silicio puro fue desarrollado por Nikolai Nikolaevich Beketov.

En Rusia, el silicio técnico es producido por OK Rusal en fábricas en las ciudades de Kamensk-Uralsky (región de Sverdlovsk) y la ciudad de Shelekhov (región de Irkutsk); El grupo Nitol Solar produce silicio, refinado con tecnología de cloruro, en la planta de la ciudad de Usolye-Sibirskoye.

6. propiedades físicas

Estructura cristalina de silicio

La red cristalina de silicio es un tipo de diamante cúbico centrado en la cara, parámetro a \u003d 0,54307 nm (se obtuvieron otras modificaciones polimórficas de silicio a altas presiones), pero debido a la mayor longitud de enlace entre los átomos de Si - Si en comparación con la longitud comunicación C - C  La dureza del silicio es mucho menor que la del diamante. El silicio es frágil, solo cuando se calienta por encima de 800 ° C se convierte en una sustancia plástica. Curiosamente, el silicio es transparente a la radiación infrarroja a partir de una longitud de onda de 1.1 micras. Concentración intrínseca  portadores de carga - 5.81 · 1015 m? 3 (para una temperatura de 300 K).

7. Propiedades electrofísicas.

El silicio elemental monocristalino es un semiconductor indirecto. Brecha de banda temperatura ambiente  es 1.12 eV, y en T \u003d 0 K es 1.21 eV. La concentración de portadores de carga intrínseca en silicio en condiciones normales es de aproximadamente 1,5 × 1010 cm ^ {3}.

Las propiedades electrofísicas del silicio cristalino se ven muy afectadas por las impurezas que contiene. Para obtener cristales de silicio con conductividad en los agujeros, se introducen en el silicio átomos de elementos del grupo III, como boro, aluminio, galio e indio. Para obtener cristales de silicio con conductividad electrónica, se introducen átomos en el silicio. elementos de la V  grupos como fósforo, arsénico, antimonio.

Al crear dispositivos electrónicos basados \u200b\u200ben silicio, la capa superficial del material (hasta decenas de micras) está predominantemente involucrada; por lo tanto, la calidad de la superficie del cristal puede tener un efecto significativo en las propiedades electrofísicas del silicio y, en consecuencia, en las propiedades del dispositivo terminado. Al crear algunos dispositivos, se utilizan métodos que están asociados con la modificación de la superficie, por ejemplo, el tratamiento de la superficie del silicio con diversos agentes químicos.

Constante dieléctrica: 12

Movilidad electrónica: 1200--1450 cm2 / (V s).

Movilidad del agujero: 500 cm2 / (V · s).

La brecha de banda es 1.205-2.84 · 10? 4 · T

Vida útil de los electrones: 5 ns - 10 ms

Ruta libre media del electrón: aproximadamente 0.1 cm

Camino libre de agujeros: aproximadamente 0.02 - 0.06 cm

Todos los valores son para condiciones normales.

8. Propiedades quimicas

Al igual que los átomos de carbono, el estado de hibridación sp3 de los orbitales es característico de los átomos de silicio. Debido a la hibridación, el silicio cristalino puro forma una red similar a un diamante en la que el silicio es tetravalente. En los compuestos, el silicio generalmente también se manifiesta como un elemento tetravalente con un estado de oxidación de +4 o −4. Se encuentran compuestos de silicio divalentes, por ejemplo, óxido de silicio (II) - SiO.

En condiciones normales, el silicio es químicamente inactivo y reacciona activamente solo con flúor gaseoso, y se forma el tetrafluoruro de silicio volátil SiF4. Esta "inactividad" del silicio está asociada con la pasivación de la superficie por una capa de dióxido de silicio a nanoescala, que se forma inmediatamente en presencia de oxígeno, aire o agua (vapor de agua).

Cuando se calienta a temperaturas superiores a 400-500 ° C, el silicio reacciona con el oxígeno para formar dióxido de SiO2, el proceso se acompaña de un aumento en el grosor de la capa de dióxido en la superficie, la velocidad del proceso de oxidación está limitada por la difusión de oxígeno atómico a través de la película de dióxido.

Cuando se calienta a temperaturas superiores a 400-500 ° C, el silicio reacciona con cloro, bromo y yodo, con la formación de los correspondientes tetrahaluros fácilmente volátiles SiHal4 y, posiblemente, haluros más complejos.

El silicio no reacciona directamente con el hidrógeno, los compuestos de silicio con hidrógeno - silanos con la fórmula general SinH2n + 2 - se obtienen indirectamente. El monosilano SiH4 (a menudo se llama simplemente silano) se libera durante la interacción de los siliciuros metálicos con soluciones ácidas, por ejemplo:

El silano SiH4 formado en esta reacción contiene una mezcla de otros silanos, en particular, disilano Si2H6 y trisilano Si3H8, en el que hay una cadena de átomos de silicio unidos por enlaces simples (--Si - Si - Si--).

El silicio forma nitruro Si3N4 con nitrógeno a una temperatura de aproximadamente 1000 ° C, y boruros térmicamente y químicamente resistentes SiB3, SiB6 y SiB12 con boro.

A temperaturas superiores a 1000 ° C, es posible obtener un compuesto de silicio y su análogo más cercano de acuerdo con la tabla periódica - carbono - carburo de silicio SiC (carborundo), que se caracteriza por una alta dureza y baja actividad química. El carborundo es ampliamente utilizado como material abrasivo. Al mismo tiempo, es interesante que una fusión de silicio (1415 ° C) pueda entrar en contacto con el carbono durante mucho tiempo en forma de grandes piezas de grafito de grano fino densamente sinterizado de prensado isostático, prácticamente sin disolverse y de ninguna manera interactuando con este último.

Los elementos subyacentes del cuarto grupo (Ge, Sn, Pb) son ilimitadamente solubles en silicio, como la mayoría de los otros metales. Cuando el silicio y los metales se calientan, se pueden formar siliciuros. Los siliciuros se pueden dividir en dos grupos: iónicos covalentes (siliciuros de metales alcalinos, alcalinotérreos y magnesio como Ca2Si, Mg2Si, etc.) y similares a los metales (siliciuros de metales de transición). Los siliciuros metálicos activos se descomponen bajo la influencia de ácidos, los siliciuros de metales de transición son químicamente estables y no se descomponen bajo la influencia de ácidos. Los siliciuros metálicos tienen altos puntos de fusión (hasta 2000 ° C). Los siliciuros de tipo metal formados con mayor frecuencia de las composiciones MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 y MeSi2. Los siliciuros metálicos son químicamente inertes, resistentes al oxígeno incluso a altas temperaturas.

Cabe señalar que el silicio forma una mezcla eutéctica con hierro, que permite la sinterización (fusión) de estos materiales para formar cerámicas de ferrosilicio a temperaturas notablemente más bajas que los puntos de fusión del hierro y el silicio.

Cuando el silicio reduce SiO2 a temperaturas superiores a 1200 ° C, se forma óxido de silicio (II) - SiO. Este proceso se observa constantemente en la producción de cristales de silicio por el método de Czochralski, cristalización dirigida, porque utilizan contenedores de dióxido de silicio, como el material de silicio menos contaminante.

El silicio se caracteriza por la formación de compuestos organosilícicos en los que los átomos de silicio están conectados en cadenas largas debido a los átomos de oxígeno puente --O--, y a cada átomo de silicio, a excepción de dos átomos de O, dos radicales orgánicos más R1 y R2 \u003d CH3, C2H5 están unidos, C6H5, CH2CH2CF3, etc.

Una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido nítrico se usa más ampliamente para el grabado de silicio. Algunos grabadores especiales incluyen la adición de anhídrido crómico y otras sustancias. Durante el grabado, la solución de grabado ácido se calienta rápidamente hasta el punto de ebullición, mientras que la velocidad de grabado aumenta muchas veces.

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

SiO2 + 4HF \u003d SiF4 + 2H2O

3SiF4 + 3H2O \u003d 2H2SiF6 + vH2SiO3

Para el grabado de silicio, se pueden usar soluciones acuosas de álcalis. El grabado de silicio en soluciones alcalinas comienza a una temperatura de solución de más de 60ºC.

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

K2SiO3 + 2H2O-H2SiO3 + 2KOH

9. Silicio en el cuerpo humano.

Si es el oligoelemento más importante en el cuerpo humano. El papel principal del silicio en el cuerpo humano es la participación en una reacción química, cuya esencia es la unión de las subunidades de los tejidos fibrosos del cuerpo (colágeno y elastina), lo que les da fuerza y \u200b\u200belasticidad. También participa directamente en el proceso de mineralización ósea. Se encuentra en muchos órganos y tejidos, como los pulmones, las glándulas suprarrenales, la tráquea, los huesos y los ligamentos, lo que indica su mayor biocompatibilidad. Otra función importante del silicio es mantener un metabolismo normal en el cuerpo. Más precisamente, si el silicio no es suficiente, entonces otros 70 elementos no son absorbidos por el cuerpo. El silicio crea sistemas coloidales que absorben microorganismos y virus dañinos, purificando así el cuerpo. Una persona necesita al menos 10 miligramos de silicio al día. El silicio se puede suministrar al cuerpo de dos maneras: agua que contiene silicio y el consumo de ciertas plantas. Con los alimentos, se suministran diariamente hasta 1 g de Si al cuerpo humano, una deficiencia de este elemento puede conducir al debilitamiento del tejido óseo y al desarrollo de enfermedades infecciosas.

Ampliamente conocido propiedades curativas  agua de silicio. El agua de silicio es un medio simple para reponer la concentración de esta sustancia vital en el cuerpo. Una de las fuentes naturales más saturadas con silicio es la arcilla azul, médica y alimenticia.

10. Solicitud

Aplicación en medicina:

En medicina, el silicio se usa como parte de las siliconas, compuestos inertes de alto peso molecular que se usan como recubrimientos para equipos médicos. En los últimos años, los suplementos dietéticos y drogasenriquecido con silicio, utilizado para la prevención y tratamiento de osteoporosis, aterosclerosis, enfermedades de las uñas, cabello y piel.

Aplicación en construcción e industria ligera:

Los compuestos de silicio se usan ampliamente tanto en alta tecnología como en la vida cotidiana. La sílice y los silicatos naturales son los materiales de partida en la producción de vidrio, cerámica, porcelana, cemento, productos de concreto, materiales abrasivos, etc. En combinación con una serie de ingredientes, el dióxido de silicio se utiliza en la fabricación de cables de fibra óptica. La mica y el asbesto se utilizan como materiales aislantes eléctricos y térmicos.

El hormigón proyectado modificado a base de polímero es un material rentable para túneles. Las siliconas evitan daños por humedad y productos químicos nocivos. Los revestimientos para techos basados \u200b\u200ben dispersiones de silicona le permiten encarnar ideas de diseño audaces y tener características técnicas impresionantes. Las dispersiones de copolímero proporcionan el equilibrio necesario de unión y flexibilidad para selladores de alta calidad utilizados en sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.

Las siliconas son excelentes para el acabado de cuero y textiles, protegen el producto final y optimizan los procesos de producción.

Varios compuestos de silicona son adecuados como aditivos antiespumantes para todo tipo de productos de limpieza.

Las dispersiones a base de silicio proporcionan una absorción efectiva y se utilizan en la producción de absorbentes.

Las siliconas se pueden encontrar debajo del capó, en los sistemas de transmisión, electrónicos y eléctricos, en el interior del automóvil o en las costuras del cuerpo. Incluso a altas temperaturas, el silicio protege contra sustancias agresivas, o actúa como un puente, amortiguador de vibraciones, conductor o aislante. Todo esto es posible solo debido al hecho de que los polímeros que contienen silicio tienen una increíblemente amplia gama de propiedades útiles.

Los adhesivos y selladores son productos críticos en muchas industrias clave. El silicio se usa en varios campos industriales, desde la producción de papel, pegamentos para empaques, adhesivos para madera y pisos hasta el sector automotriz y la energía eólica.

Aplicación de industria pesada:

"En la audiencia", el uso de silicio como base de toda una gama de semiconductores, desde paneles solares hasta procesadores de computadora, por lo que este material es la base de la mayoría de las "altas tecnologías". El tonelaje de la producción mundial de silicio semiconductor de alta pureza ha estado creciendo durante varias décadas con una tasa promedio de hasta 20% por año y no tiene análogos entre otros metales raros.

El silicio de alta pureza se utiliza en la tecnología de semiconductores, y la pureza técnica (96-99% de Si) en la metalurgia ferrosa y no ferrosa para producir aleaciones no ferrosas (siluminio, etc.), aleaciones (aceros y aleaciones de silicio utilizados en equipos eléctricos) y desoxidación acero y aleaciones (eliminación de oxígeno), producción de siliciuro, etc.

En la industria, el silicio de pureza técnica se obtiene reduciendo la fusión de SiO2 con coque a una temperatura de aproximadamente 1800 grados centígrados en hornos de mineral térmico de tipo mina. La pureza del silicio así obtenida puede alcanzar el 99,9% (las impurezas principales son carbono, metales).

El uso de silicio puro y sus compuestos en la industria química está creciendo a un ritmo más rápido (alrededor del 8% por año). En las últimas décadas, los países desarrollados están desarrollando rápidamente tecnologías para la producción de una gama de materiales de silicona (organosilicio) utilizados en la producción de plásticos, pinturas y barnices, lubricantes, etc.

Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones de silicio en el mundo (casi el 80%) siguen siendo tradicionales: esta es la aleación maestra en la producción de una gama de aceros especiales (eléctricos, resistentes al calor) y varias aleaciones (siluminas, etc.). Una parte importante del silicio y sus aleaciones se utiliza en la metalurgia ferrosa como un desoxidante muy eficaz de los aceros.

En la metalurgia ferrosa, se utilizan principalmente aleaciones ferrosas y otras aleaciones de silicio. Son más baratos y tecnológicamente más avanzados en uso, y el contenido de hierro (y en algunos casos, aluminio) no es tan crítico. La composición de los aceros electrotécnicos, por regla general, incluye 3.8-4.2% de silicio, por lo tanto, solo estas fábricas de acero en el mundo consumen más de 0.5 millones de toneladas de silicio por año como ligadura. Otro uso significativo de ferrosilicio (que incluye también silicomanganeso y composiciones complejas) es agentes desoxidantes efectivos y relativamente económicos para el acero.

En la metalurgia no ferrosa (y en la industria química), el metal magnesio se usa más ampliamente. Encuentra la mayor aplicación como ligadura para aluminio endurecido (siluminas) y aleaciones de magnesio.

El silicio (como el carburo de silicio y las composiciones complejas) encuentra alguna aplicación en la producción de productos y herramientas abrasivos y de carburo.

Aplicación en ingeniería de energía, electricidad y electrónica:

Las propiedades duales del silicio, como la conductividad eléctrica y las cualidades aislantes, así como la flexibilidad, permiten el uso de silicio en toda la línea de productos, como dispositivos de iluminación, condensadores, aisladores, así como chips y dieléctricos. Por lo tanto, el silicio aísla de todo tipo de efectos externos, como suciedad, humedad, radiación o calor.

En electrónica de consumo y sensores de medición, las siliconas proporcionan la fiabilidad y seguridad de los componentes eléctricos y electrónicos sensibles. Se utilizan en la industria automotriz, la industria ligera, la industria de semiconductores y la optoelectrónica, así como en dispositivos de medición y técnicas de control e iluminación.

En resistencias y condensadores, las resinas de metil silicona proporcionan un recubrimiento efectivo para evitar incendios en caso de sobretensiones.

En aisladores, cables y transformadores, la sílice pirogénica exhibe un excelente aislamiento térmico en un amplio rango de temperatura: desde temperatura ambiente hasta más de 1000 ° C.

Las tecnologías de información modernas y prometedoras (computadoras, electrónica, telecomunicaciones, etc.) se basan y se basarán en el uso de silicio semiconductor. Los productos semiacabados son los más demandados ahora: obleas de silicio de precisión (pulidas) con un diámetro de hasta 300 mm sobre la base de las cuales se crean los microcircuitos más avanzados (tamaño del elemento de hasta 0.065 micras).

El uso de silicio en la industria de la aviación se debe a su capacidad de generar energía a través de paneles solares de alta calidad, así como servir como sustrato en microcircuitos complejos y proteger el casco del barco de las influencias externas.

El silicio (c-Si) en sus diversas formas (cristalina, policristalina, amorfa) ahora y en el futuro previsible seguirá siendo el material principal de la microelectrónica. Esto se debe a una serie de sus propiedades físicas y químicas únicas, de las que se pueden distinguir las siguientes:

1. El silicio como material de partida es asequible y barato, y la tecnología para su preparación, purificación, procesamiento y aleación está bien desarrollada, lo que garantiza un alto grado de excelencia cristalográfica de las estructuras producidas. Debe destacarse especialmente que el silicio es muy superior al acero en este indicador.

2. El silicio tiene buenas propiedades mecánicas. Por el valor del módulo de Young, el silicio se acerca al acero inoxidable y supera con creces el cuarzo y varios vidrios. En términos de dureza, el silicio está cerca del cuarzo y casi duplica el del hierro. Los cristales individuales de silicio tienen un límite elástico tres veces mayor que el del acero inoxidable. Sin embargo, tras la deformación, se colapsa sin cambios dimensionales visibles, mientras que los metales generalmente sufren deformación plástica. Las razones para la destrucción del silicio están asociadas con defectos estructurales de la red cristalina ubicada en la superficie de los cristales individuales de silicio.

La industria de los semiconductores resuelve con éxito el problema del tratamiento superficial de silicio de alta calidad, de modo que a menudo los componentes mecánicos de silicio (por ejemplo, elementos elásticos en sensores de presión) tienen una resistencia superior al acero.

La tecnología microelectrónica para la fabricación de dispositivos de silicio se basa en el uso de capas delgadas creadas por implantación iónica o difusión térmica de átomos dopantes, que, en combinación con la deposición al vacío de metales sobre una superficie de silicio, ha demostrado ser muy conveniente para la miniaturización de productos.

Los dispositivos microelectrónicos de silicio se fabrican utilizando tecnología grupal. Esto significa que todos los procesos de producción se llevan a cabo para una oblea de silicio completa, que contiene varios cientos de cristales individuales ("chips"). Y solo en la última etapa de fabricación, la placa se divide en cristales, que luego se usan en el ensamblaje de dispositivos individuales, lo que finalmente reduce drásticamente su costo.

Para reproducir los tamaños y formas de las estructuras de los dispositivos de silicio, se utiliza el método de fotolitografía, que garantiza una alta precisión de fabricación.

Para la producción de sensores, la capacidad del silicio para responder a varios tipos de influencias es particularmente importante: mecánica, térmica, magnética, química y eléctrica. La universalidad del uso del silicio ayuda a reducir el costo de los sensores y unifica la tecnología de su fabricación. En los sensores, el silicio sirve como convertidor, cuyo objetivo principal es convertir el efecto físico o químico medido en una señal eléctrica. Las funciones de silicio en los sensores son mucho más amplias que en los circuitos integrados convencionales. Esto provoca algunas características específicas de la tecnología de fabricación de elementos sensibles al silicio.

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presentación agregada el 16/05/2011


Propiedades químicas de sustancias simples. Información general sobre carbono y silicio. Compuestos químicos de carbono, sus derivados de oxígeno y nitrógeno. Carburos, solubles e insolubles en agua y ácidos diluidos. Compuestos de oxígeno de silicio.

resumen, agregado el 07.10.2010


Propiedades físicas de los elementos del subgrupo principal del grupo III. Características generales del aluminio, boro. Natural compuestos inorgánicos  carbono Propiedades químicas del silicio. La interacción del carbono con metales, no metales y agua. Propiedades de los óxidos.

presentación agregada 04/09/2017


Nitruración directa de silicio. Procesos de deposición gaseosa. Deposición de plasma químico y pulverización reactiva. La estructura de películas delgadas de nitruro de silicio. El efecto de la superficie del sustrato sobre la composición, estructura y morfología de las capas de nitruro de silicio depositadas.

trabajo final, agregado el 03.12.2014


Aleaciones de silicio con níquel, sus propiedades y aplicaciones industriales. Modelado termodinámico de las propiedades de soluciones de metal sólido. La teoría de las soluciones "regulares". Funciones termodinámicas de la formación de compuestos intermetálicos. Cálculo de actividades componentes.

tesis, agregada 13/03/2011


Descripción general de los hornos termotérmicos utilizados en la producción de silicio. Nuevo cálculo de la composición química de las materias primas y los agentes reductores carbonosos utilizados en la producción de silicio en cantidades molares de elementos químicos, teniendo en cuenta los factores de carga.

trabajo de término, agregado 12/04/2015


Historia del descubrimiento del fósforo. Compuestos naturales, la distribución del fósforo en la naturaleza y su producción. Propiedades químicas, configuración electrónica y transición del átomo de fósforo a un estado excitado. Interacción con oxígeno, halógenos, azufre y metales.

Ministerio de Educación General y Profesional

Novosibirsk State Technical

universidad

RGR en Química Orgánica.

"SILICIO"

Facultad: EM

Grupo: EM-012

Completado por: Danilov I.V.

Maestra: Shevnitsyna LV

Novosibirsk, 2001

Silicio (Lat. Silicium), Si, un elemento químico del grupo IV del periódico

sistemas de Mendeleev; número atómico 14, masa atómica 28.086. En la naturaleza

el elemento está representado por tres isótopos estables: 28Si (92.27%), 29Si

(4,68%) y 30Si (3,05%).

Silicio en organismos vivos.

El silicio en el cuerpo tiene la forma de varios compuestos involucrados

principalmente en la formación de partes y tejidos esqueléticos sólidos. Especialmente

muchos A. pueden acumular algunas plantas marinas (por ejemplo, diatomeas

algas) y animales (por ejemplo, esponjas de cremorne, radiolarios),

formando, al morir en el fondo del océano, poderosos depósitos de dióxido de silicio. En

en los mares y lagos fríos, los limos biogénicos, enriquecidos por K., prevalecen en

mares tropicales - limos calcáreos con un bajo contenido de K. Entre tierra

muchas K. plantas acumulan cereales, juncias, palmeras, colas de caballo. En vertebrados

las mayores cantidades de K. encontradas en tejido conectivo denso, riñones,

el páncreas. En la dieta humana diaria contiene hasta 1 g K. Cuando

persona y causa la enfermedad - Silicosis (de lat. silex -

pedernal), una enfermedad humana causada por la inhalación prolongada de polvo,

enfermedades Se encuentra entre los trabajadores mineros, porcelana y loza,

metalurgia, industria de la ingeniería. S. - la mayoría

una enfermedad desfavorable del grupo de neumoconiosis; mas a menudo que

con otras enfermedades, se observa la adherencia del proceso tuberculoso

(llamada silicotuberculosis) y otras complicaciones.

Historia de descubrimiento y uso.

Antecedentes históricos Los compuestos K., generalizados en la tierra, fueron

conocido por el hombre desde la edad de piedra. El uso de herramientas de piedra para el trabajo.

y la cacería duró varios milenios. El uso de compuestos K.,

relacionado con su procesamiento, la fabricación de vidrio, comenzó alrededor de 3000

años aC e. (en el antiguo Egipto). Antes que otros, el famoso compuesto K. -

dióxido de SiO2 (sílice). En el siglo 18 sílice se consideró un cuerpo simple y

atribuido a la "tierra" (que se refleja en su nombre). La complejidad de la composición.

sílice fue establecida por I. Ya. Berzelius. Silicio en estado libre por primera vez

fue obtenido en 1811 por el científico francés J. Gay-Lussac y O. Tenard. En

1825 El mineralogista y químico sueco Jens Jakob Berzelius recibió amorfo

silicio Se obtuvo polvo de silicio amorfo marrón por reducción

tetrafluoruro de silicio gaseoso de silicio metal:

SiF4 + 4K \u003d Si + 4KF

Posteriormente se obtuvo una forma cristalina de silicio. Recristalización

el silicio de los metales fundidos se obtuvo sólido gris, pero

cristales frágiles con un brillo metálico. Nombres rusos de los elementos

el silicio fue introducido en uso por G.I. Hess en 1834.

Difundido en la naturaleza.

El silicio después del oxígeno es el elemento más abundante (27,6%) en la tierra.

Este es un elemento que se encuentra en la mayoría de los minerales y rocas,

constituyendo el duro caparazón de la corteza terrestre. En la corteza terrestre, K. juega lo mismo

papel primordial como carbono en el mundo animal y vegetal. Para

la geoquímica de K. es una conexión excepcionalmente fuerte con el oxígeno. Lo mas

compuestos de silicio generalizados - óxido de silicio SiO2 y

derivados del ácido silícico llamados silicatos. Sílice (IV)

encontrado en forma de un mineral de cuarzo (sílice, pedernal). En la naturaleza de esto

compuestos apilados montañas enteras. Se ven muy grandes, con un peso de hasta 40 toneladas,

cristales de cuarzo La arena ordinaria consiste en cuarzo fino contaminado.

diversas impurezas. El consumo anual de arena global alcanza los 300

millones de toneladas

De los silicatos, los más ampliamente distribuidos en la naturaleza son los aluminosilicatos (caolín

Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O, asbesto CaO * 3MgO * 4SiO2, ortoclasa K2O * Al2O3 * 6SiO2, etc.).

Si el mineral contiene óxidos distintos de silicio y aluminio

sodio, potasio o calcio, entonces el mineral se llama feldespato (blanco

mica, etc.). Los feldespatos representan aproximadamente la mitad de los conocidos

la naturaleza de los silicatos. Las rocas de granito y gneis incluyen cuarzo, mica,

feldespato

El silicio entra en la composición del mundo vegetal y animal en cantidades insignificantes.

explicado por la mayor fuerza de los tallos de estas plantas. Caparazón de ciliados,

cuerpos de esponjas, huevos y plumas de pájaros, pelo de animales, pelo, vítreo

los ojos también contienen silicio.

El análisis de muestras de suelo lunar entregado por barcos mostró

la presencia de óxido de silicio en una cantidad superior al 40 por ciento. Compuesto de piedra

meteoritos contenido de silicio alcanza el 20 por ciento.

Estructura atómica y química y física básica. de sv.

A. Forma cristales de color gris oscuro con un brillo metálico, que tiene

una red cúbica de tipo diamante centrada en la cara con un período a \u003d 5.431E,

densidad 2,33 g / cm3. A presiones muy altas, una nueva (

modificación aparentemente hexagonal) con una densidad de 2.55 g / cm3. K. se derrite

a 1417 ° С, hierve a 2600 ° С. Capacidad calorífica específica (a 20-100 ° С) 800

j / (kgCHK), o 0.191 cal / (gChrad); conductividad térmica incluso para los más limpios

las muestras no son constantes y están en el rango (25 ° C) de 84-126 W / (MKP), o

0.20-0.30 cal / (cmH / seg / ciudad). Coeficiente de temperatura de expansión lineal

2,33 × 10-6 K-1; Por debajo de 120K se vuelve negativo. K. es transparente para

rayos infrarrojos de onda larga; índice de refracción (para l \u003d 6 μm) 3.42;

constante dieléctrica 11.7. K. diamagnético, atómico magnético

susceptibilidad -0.13Ч10-6. Dureza K. según Mohs 7.0, según Brinell 2.4

GN / m2 (240 kgf / mm2), módulo elástico 109 GN / m2 (10890 kgf / mm2),

factor de compresibilidad 0.325 × 10-6 cm2 / kg. K. material frágil; notable

la deformación plástica comienza a una temperatura superior a 800 ° C.

K. es un semiconductor que se usa cada vez más. Electrico

las propiedades de K. dependen mucho de las impurezas. Propio volumétrico específico

resistencia eléctrica K. a temperatura ambiente se toma igual

2.3 × 103 ohmios (2.3 × 105 ohmios).

Semiconductor K. con conductividad tipo p (aditivos B, Al, In o Ga) y n-

el tipo (aditivos P, Bi, As o Sb) tiene una resistencia significativamente menor.

El intervalo de banda según las mediciones eléctricas es de 1,21 eV a

0 K y disminuye a 1.119 eV a 300 K.

De acuerdo con la posición de K. en el sistema periódico de Mendeleev 14

los electrones del átomo K. se distribuyen en tres capas: en la primera (desde el núcleo) 2

electrón, en el segundo 8, en el tercero (valencia) 4; configuración electrónica

shell 1s22s22p63s23p2. Potenciales de ionización secuenciales (eV):

8.149; 16,34; 33.46 y 45.13. Radio atómico 1.33E, radio covalente

1.17Е, radios iónicos Si4 + 0.39Е, Si4- 1.98Е.

En los compuestos K. (similar al carbono) 4-valent. Sin embargo, a diferencia de

carbono, K., junto con un número de coordinación de 4, muestra una coordinación

número 6, que se explica por el gran volumen de su átomo (un ejemplo de tal

los compuestos son silicofluoruros que contienen el grupo 2-).

El enlace químico de un átomo de K. con otros átomos generalmente se debe a

orbitales sp3 híbridos, pero también son posibles dos de sus cinco

(vacantes) orbitales 3d, especialmente cuando K. tiene seis coordenadas.

Tener una pequeña electronegatividad de 1.8 (versus 2.5 para

carbono 3.0 para nitrógeno, etc.), K. en compuestos con no metales

electropositivo, y estos compuestos son de naturaleza polar. Grande

energía de unión con oxígeno Si-O igual a 464 kJ / mol (111 kcal / mol),

determina su durabilidad compuestos de oxígeno  (SiO2 y silicatos).

La energía de unión de Si-Si es baja, 176 kJ / mol (42 kcal / mol); a diferencia de

carbono, K. no se caracteriza por la formación de cadenas largas y un doble enlace

entre los átomos de Si. En el aire K. debido a la formación de óxido protector

la película es estable incluso a temperaturas elevadas. Oxidado en oxígeno

a partir de 400 ° С, formando dióxido de silicio SiO2. El monóxido también es conocido.

SiO, estable a altas temperaturas en forma de gas; como resultado de Sharp

enfriamiento, se puede obtener un producto sólido que se descompone fácilmente en

fina mezcla de Si y SiO2. K. es resistente a los ácidos y es soluble solo en

mezclas de ácidos nítrico e hidrofluórico; fácilmente soluble en caliente

soluciones alcalinas con desprendimiento de hidrógeno. K. reacciona con flúor a

temperatura ambiente, con otros halógenos - cuando se calienta con

formación de compuestos de fórmula general SiX4 (ver Haluros de silicio).

El hidrógeno no reacciona directamente con K. y las siliconas (silanos)

obtenido por descomposición de siliciuros (ver más abajo). Se conocen siliconas de SiH4

hasta Si8H18 (similar en composición a los hidrocarburos saturados). K. forma 2

grupos de silanos que contienen oxígeno: siloxanos y siloxenos. Con nitrógeno K.

reacciona a temperaturas superiores a 1000 ° C. De gran importancia práctica

nitruro de Si3N4, no oxidado en el aire incluso a 1200 ° С, resistente a

con respecto a los ácidos (excepto nítrico) y los álcalis, así como al fundido

metales y escorias, lo que lo convierte en un material valioso para productos químicos

industria, para la producción de refractarios, etc. Alta dureza, y

los compuestos K. también se distinguen por su resistencia térmica y química.

carbono (carburo de silicio SiC) y boro (SiB3, SiB6, SiB12). En

el calentamiento K. reacciona (en presencia de catalizadores metálicos,

por ejemplo, cobre) con compuestos organoclorados (por ejemplo, con CH3Cl) con

la formación de organohalosilanos [por ejemplo, Si (CH3) 3CI], que sirve para

síntesis de numerosos compuestos organosilícicos.

Recibiendo

El método de laboratorio más simple y conveniente para producir silicio es

reducción de óxido de silicio SiO2 a altas temperaturas por metales -

restauradores Debido a la estabilidad del óxido de silicio para la recuperación.

se utilizan agentes reductores activos como el magnesio y el aluminio:

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

Tras la reducción con aluminio metálico, cristalino

silicio El método de recuperación de metales de sus óxidos por el metal.

el aluminio fue descubierto por el físico ruso NN Beketov en 1865. En

la reducción de óxido de silicio por aluminio, el calor generado no es suficiente para

productos de reacción de fusión: silicio y alúmina, que

funde a 2050 C. Para reducir el punto de fusión de los productos de reacción en

se añaden azufre y exceso de aluminio a la mezcla de reacción. Cuando se forma una reacción

sulfuro de aluminio fusible:

2Al + 3S \u003d Al2S3

Gotas de silicio fundido se hunden en el fondo del crisol.

K. de pureza técnica (95-98%) se obtiene en un arco eléctrico

reducción de sílice SiO2 entre electrodos de grafito.

En relación con el desarrollo de la tecnología de semiconductores, métodos para producir

puro y muy puro K. Esto requiere una síntesis preliminar de lo más puro

compuestos de partida K., de los cuales K. se extrae por reducción o

descomposición térmica

El semiconductor puro K. recibe en dos formas: policristalino

(reducción de SiCI4 o SiHCl3 con zinc o hidrógeno, térmica

descomposición de Sil4 y SiH4) y monocristal (zona de fusión sin crisol)

y "extraer" un solo cristal de K. fundido - el método de Czochralski).

Mediante la cloración de silicio industrial, se obtiene tetracloruro de silicio.

El método de descomposición más antiguo para el tetracloruro de silicio es

destacado químico ruso académico NN Beketov. Este método puede ser

representar por la ecuación:

SiCl4 + Zn \u003d Si + 2ZnCl2.

Aquí hay pares de tetracloruro de silicio hirviendo a una temperatura de 57.6 ° C,

interactuar con los vapores de zinc.

Actualmente, el tetracloruro de silicio se reduce con hidrógeno. Reacción

procede de acuerdo con la ecuación:

SiCl4 + 2H2 \u003d Si + 4HCl.

El silicio se obtiene en forma de polvo. También se usa el método del yoduro.

para producir silicio, similar al método de producción de yoduro descrito anteriormente

titanio puro

Para obtener silicio puro, se purifica de las impurezas mediante la fusión de la zona.

similar a cómo se obtiene el titanio puro.

Para una gama de dispositivos semiconductores, preferido

materiales semiconductores obtenidos en forma de cristales individuales, ya que en

cambios incontrolados de material policristalino

propiedades electricas.

Al rotar cristales individuales, utilizan el método Czochralski, que consiste

en lo siguiente: una varilla se baja al material fundido, al final del cual una varilla

hay un cristal de este material; el es el germen del futuro

solo cristal La varilla se saca de la masa fundida a baja velocidad hasta 1-2

mm / min Como resultado, un solo cristal del tamaño deseado se cultiva gradualmente. De

las placas utilizadas en los dispositivos semiconductores están cortadas.

Solicitud

El K. especialmente aleado se usa ampliamente como material para la fabricación de

dispositivos semiconductores (transistores, termistores, rectificadores de potencia

diodos controlados por corriente - tiristores; células solares utilizadas en

naves espaciales, etc.). Dado que K. es transparente para rayos con una longitud

ondas de 1 a 9 micras, se utiliza en óptica infrarroja (ver también Cuarzo).

A. Tiene campos de aplicación diversos y en constante expansión. En

la metalurgia K. se usa para eliminar disueltos en fundido

metales de oxígeno (desoxidación). A. Es una parte integral de un gran

el número de aleaciones de hierro y metales no ferrosos. Usualmente K. da a las aleaciones

mayor resistencia a la corrosión, mejora sus propiedades de fundición y

aumenta la resistencia mecánica; sin embargo, con su mayor contenido, K. puede

causar fragilidad Los más importantes son el hierro, el cobre y el aluminio.

compuestos organosilícicos y siliciuros. Sílice y muchos silicatos

(arcillas, feldespatos, mica, talco, etc.) son procesados \u200b\u200bpor vidrio,

cemento, cerámica, electricidad y otras industrias.

Siliconización, saturación de superficie o volumen de un material con silicio.

Se produce procesando el material en vapores de silicio formados a altas

temperatura por encima del relleno de silicio, o en un medio gaseoso que contenga

clorosilanos reducidos en hidrógeno (por ejemplo, a través de SiCI4 + 2H2

Si + 4HC1). Se utiliza principalmente como un medio para proteger el material refractario.

metales (W, Mo, Ta, Ti, etc.) de la oxidación. Resistencia a la oxidación

debido a la formación en C. de difusión densa

Recubrimientos de siliciuro de "autocuración" (WSi2, MoSi2, etc.). Amplia

se utiliza grafito siliconado.

Conexiones

Siliciuros.

Silicidas (de lat. Silicona - silicio), compuestos químicos de silicio con

metales y algunos no metales. C. por tipo de enlace químico puede ser

dividido en tres grupos principales: ión-covalente, covalente y

como metal C. iónico covalente se forman alcalinas (excepto

sodio y potasio) y metales alcalinotérreos, así como metales de subgrupos

cobre y zinc; covalente: boro, carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo,

azufre, también se llaman boruros, carburos, nitruros de silicio), etc.

similar a un metal - metales de transición.

Obtenga C. fusión o sinterización de una mezcla en polvo de Si y

metal correspondiente: calentando óxidos metálicos con Si, SiC, SiO2 y

silicatos naturales o sintéticos (a veces mezclados con carbono);

la interacción del metal con una mezcla de SiCl4 y H2; electrólisis de fundidos,

que consiste en K2SiF6 y el óxido del metal correspondiente. Covalente y

s. refractario a metal, resistente a la oxidación, la acción del mineral

ácidos y varios gases agresivos. S. se utilizan como parte de la resistencia al calor

materiales compuestos cermet para aviación y cohetes

técnicos MoSi2 sirve para la producción de calentadores para hornos de resistencia,

trabajando en el aire a temperaturas de hasta 1600 ° C. FeSi2, Fe3Si2, Fe2Si

son parte del ferrosilicio utilizado para la desoxidación y la aleación

aceros El carburo de silicio es uno de los materiales semiconductores.

Grafito Siliconizado

Grafito de silicato, grafito saturado con silicio. Producido por procesamiento

grafito poroso en relleno de silicio a 1800-2200 ° С (

silicio depositado en los poros). Consiste en una base de grafito, carburo de silicio

y silicio libre. Combina resistencia a altas temperaturas inherentes al grafito.

y resistencia a temperaturas elevadas con densidad, impermeabilidad al gas,

alta resistencia a la oxidación a temperaturas de hasta 1750 ° C y erosión

resistencia Se utiliza para revestir hornos de alta temperatura, en

dispositivos de fundición de metales, en elementos calefactores, para

fabricación de piezas para aviación y tecnología espacial, trabajando en

altas temperaturas y erosión

Silal (de lat. Silicona - silicona y aleación inglesa - aleación), hierro fundido resistente al calor

con un alto contenido de silicio (5-6%). 2 variedades se producen en la URSS

S. - con grafito laminar y esférico. C. se hace relativamente

piezas de fundición baratas que funcionan en condiciones de alta temperatura (800-900

° C), por ejemplo, puertas de hornos de hogar abierto, rejillas, partes de calderas de vapor.

Silumin (del lat. Silicona - silicio y aluminio - aluminio), el nombre general

grupos de aleaciones fundidas a base de aluminio que contiene silicio (4-13%, en

algunas marcas hasta el 23%). Dependiendo de la combinación deseada

propiedades tecnológicas y operativas de C. aleación Cu, Mn, Mg, a veces

Zn, Ti, Be y otros metales. S. posee una alta fundición y bastante

altas propiedades mecánicas, inferiores, sin embargo, en mecánica

propiedades de aleaciones fundidas basadas en el sistema Al - Cu. A los méritos de S.

se refiere a su mayor resistencia a la corrosión en mojado y marino

atmósferas C. utilizado en la fabricación de piezas de configuración compleja,

principalmente en las industrias automotriz y aeronáutica. En la URSS, se producen las marcas S. AL2,

AL4, AL9, etc.

Silicomanganeso

Ferroaleaciones de silicomanganeso cuyos componentes principales son silicio y manganeso;

fundido en hornos termo-térmicos mediante un proceso de reducción de carbono. C.

con 10-26% de Si (el resto es Mn, Fe e impurezas) obtenido del mineral de manganeso,

escoria de manganeso y cuarcita, utilizada en la fabricación de acero como

agente desoxidante y agente de aleación, así como para fundir ferromanganeso con

proceso silicotérmico bajo en carbono. C. con 28-30% de Si

(la materia prima para la cual se obtiene especialmente alto manganeso

escoria baja en fósforo) se utiliza en la producción de manganeso metálico.

Silikochrome

Silikochrom, ferrosilikochrom, ferroaleaciones, cuyos componentes principales son

silicio y cromo; fundido en un horno de mineral térmico

un proceso de conversión de cuarcita y granular ferrocromo o

mineral de cromo C. con 10-46% de Si (el resto es Cr, Fe e impurezas) se usa para

fundición de acero de baja aleación, así como para obtener ferrocromo con

proceso silicotérmico bajo en carbono. C. con 43-55% de Si

utilizado en la producción de ferrocromo libre de carbono y en fundición

acero inoxidable

Silcromo

Silcromo (del lat. Silicona - silicio y cromo - cromo), el nombre general

grupos de aceros resistentes al calor y al calor aleados con Cr (5-14%) y Si

(1-3%). Dependiendo del nivel requerido de propiedades operativas C.

adicionalmente aleación de Mo (hasta 0.9%) o Al (hasta 1.8%). C. resistente contra

oxidación en aire y en medios que contienen azufre hasta 850-950 ° С; aplicar

principalmente para la fabricación de válvulas para motores de combustión interna,

así como partes de plantas de calderas, rejillas, etc.

cargas mecánicas, las piezas de C. funcionan de manera confiable durante mucho tiempo

término a temperaturas de hasta 600-800 ° C. C. los grados 4X9C2 se producen en la URSS,

4X10C2M y col.

Haluros de silicio

Haluros de silicio, compuestos de silicio con halógenos. Famoso K.

los siguientes tipos (halógeno X): SiX4, SiHnX4-n (halogenosilanos), SinX2n + 2 y

haluros mixtos, por ejemplo SiClBr3. En condiciones normales, SiF4 es un gas,

SiCl4 y SiBr4 - líquidos (mp - 68.8 y 5 ° С), SiI4 - sólido (tnл

124 ° C). Los compuestos SiX4 se hidrolizan fácilmente: SiX4 + 2H2O \u003d SiO2 + 4HX;

fumar en el aire debido a la formación de partículas muy pequeñas de SiO2;

el tetrafluoruro de silicio reacciona de manera diferente: 3SiF4 + 2H2O \u003d SiO2 + 2H2SiF6. Clorosilanos

(SiHnX4-n), por ejemplo SiHCl3 (obtenido por la acción de HCl gaseoso sobre Si),

bajo la acción del agua se forman compuestos poliméricos con un siloxano fuerte.

cadena Si-O-Si. Caracterizado por alta reactividad, clorosilanos.

sirven como materiales de partida para la preparación de compuestos organosilícicos.

Los compuestos del tipo SinX2n + 2 que contienen cadenas de átomos de Si, cuando X es cloro, dan

un número, que incluye Si6Cl14 (tnl 320 ° С); los halógenos restantes solo forman Si2X6.

Se obtienen compuestos de los tipos (SiX2) n y (SiX) n. Moléculas SiX2 y SiX

existen a altas temperaturas en forma de gas y con enfriamiento rápido

(nitrógeno líquido) forma sustancias poliméricas sólidas, insolubles en

solventes orgánicos comunes.

El tetracloruro de silicio SiCl4 se utiliza en la fabricación de aceites lubricantes,

aislamiento eléctrico, refrigerantes, líquidos hidrofobizantes, etc.

Carburo de silicio.

Carburo de silicio, carborundo, SiC, compuesto de silicio con carbono; uno de

los carburos más importantes utilizados en la tecnología. En su forma pura K. a. - incoloro

cristal de brillo de diamante; producto técnico verde o azul-negro

colores A. Existe en dos modificaciones cristalinas principales:

hexagonal (a-SiC) y cúbico (b-SiC), y el hexagonal es

"Molécula gigante", construida sobre el principio de una especie de estructura

polimerización dirigida de moléculas simples. Capas de átomos de carbono y

el silicio en a-SiC se colocan uno respecto al otro de diferentes maneras, formando mucho

tipos estructurales La transición de b-SiC a a-SiC ocurre a una temperatura

2100-2300 ° С (la transición inversa generalmente no se observa). K. K. refractario

(se funde con descomposición a 2830 ° С), tiene una dureza extremadamente alta

(microdureza 33400 Mn / m2 o 3.34 tf / mm2), solo superada por el diamante y el boro

carburo B4C; frágil densidad 3.2 g / cm3. K. a. Es estable en varios

ambientes químicos, incluso a altas temperaturas.

K. a. Recibir en hornos eléctricos a 2000-2200 ° C de una mezcla de arena de cuarzo

(51-55%), coque (35-40%) con la adición de NaCl (I-5%) y aserrín (5-10%).

Debido a su alta dureza, resistencia química y resistencia al desgaste K.

k. es ampliamente utilizado como material abrasivo (durante la molienda), para cortar

materiales duros, puntas de herramientas y también para la fabricación de varios

partes de equipos químicos y metalúrgicos que operan en complejos

condiciones de alta temperatura. K. a. Aleado con varias impurezas,

utilizado en tecnología de semiconductores, especialmente a altas

temperaturas Es interesante usar K. a. En ingeniería eléctrica - para

de fabricación de calentadores de hornos de resistencia a altas temperaturas

(varillas de silicio), pararrayos para líneas de transmisión eléctrica

resistencias actuales, no lineales, como parte de dispositivos de aislamiento eléctrico, etc.

Dióxido de silicio

DIÓXIDO DE SILICIO (sílice), SiO2, cristales. Mas comun

mineral - cuarzo; arena ordinaria también es dióxido de silicio. Uso en

la producción de vidrio, porcelana, loza, hormigón, ladrillo, cerámica, como

relleno de goma, adsorbente en cromatografía, en electrónica, acústica-óptica

y otros minerales de sílice, una serie de especies minerales, que representan

modificaciones polimórficas de dióxido de silicio; resistente a ciertos

rangos de temperatura dependiendo de la presión.

| Nombre | | Sistema | Presión, | Tempera- | Densidad |

| mineral | El | | am * | | t |

El | El | El | El | | redondo, ° C | kg / m "|

b-cristobals | | cúbico | 1 | 1728-147 | 2190 |

| t | El | El | | 0 | El |

| b-tridimita | | Hexagonal | 1 | 1470-870 | 2220 |

El | El | | naya | El | El | El |

| cuarzo | | hexagonal | 1 | 870-573 | 2530 |

El | El | | naya | El | El | El |

| b-cuarzo | | trigonal | 1 | por debajo de 573 | 2650 |

| b1-tridimita | | hexagonal | 1 | 163-117 | aprox. El |

El | El | | naya | El | | 2260 |

| a-tridimita | metaestable | rómbico | 1 | por debajo de 117 | aprox. El |

El | | th | El | El | | 2260 |

| a-cristobals | | Tetragonal | 1 | por debajo de 200 | 2320 |

| t | | naya | El | El | El |

| Coesitis | Metaestable | monoclínico | 35 mil | 1700-500 | 2930 |

El | | e en baja | El | El | El | El |

El | | ritmo | El | El | El | El |

El | | ratra y | El | El | El | El |

El | | presión | El | El | El | El |

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

El | El | | naya | mil | El | El |

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

El | El | | naya | El | El | El |

* 1 am \u003d 1 kgf / cm2 @ 0.1 Mn / m2.

La base de la estructura cristalina de K. m es un marco tridimensional,

construido a partir de tetraedros que se conectan a través del oxígeno común (5104).

Sin embargo, la simetría de su ubicación, densidad de empaquetamiento y mutua

la orientación es diferente, lo que afecta la simetría de cristales individuales

minerales y sus propiedades físicas. La excepción es stishovit,

la base de la estructura de los cuales son octaedros (SiO6), que forman la estructura,

similar al rutilo. Todos K. m. (Con la excepción de algunas variedades de cuarzo)

generalmente incoloro. La dureza según la escala mineralógica es diferente: de 5.5 (a-

tridimit) a 8-8.5 (stishovit).

A. M se encuentran generalmente en forma de granos muy pequeños, criptocristalinos.

fibroso (a-cristobalita, llamada lussatitis) y algunas veces esferoidal

formaciones Con menos frecuencia, en forma de cristales tabulares o lamelares

apariencia (tridimita), octaédrica, dipiramidal (cristobalita a y b),

aguja fina (coesitis, stishovitis). La mayoría de los K. m. (Excepto el cuarzo) son muy

raro e inestable en las zonas superficiales de la corteza terrestre.

Modificaciones a alta temperatura de SiO2 - b-tridimita, b-cristobalita -

formado en los pequeños vacíos de rocas jóvenes efusivas (dacitas, basaltos,

liparitas, etc.). A-cristobalita a baja temperatura, junto con a-tridimita,

es una de las partes constitutivas de ágatas, calcedonia, ópalos; retrasado

de soluciones acuosas calientes, a veces de SiO2 coloidal. Stishovit y coesita

se reunió en las areniscas del cráter del meteorito Devil's Canyon en Arizona (EE. UU.),

donde se formaron debido al cuarzo a presión ultra alta instantánea y

con un aumento de la temperatura durante la caída de un meteorito. En la naturaleza también

encontrado: vidrio de cuarzo (la llamada lecherita) formado en

como resultado de la fusión de arena de cuarzo de un rayo y melanoflogita - en

en forma de pequeños cristales cúbicos y costras (pseudomorfos que consisten en

ópalo y calcedonia cuarzo), cubierto de azufre nativo en

depósitos de Sicilia (Italia). La ballena no se encuentra en la naturaleza.

Cuarzo (Quarz alemán), un mineral; bajo el nombre K. se conocen dos cristalinos

modificaciones de dióxido de silicio SiO2: hexagonal K. (o a-K.), estable

a una presión de 1 atm (o 100 kn / m2) en el rango de temperatura de 870-573 ° C, y

trigonal (b-K.), estable a temperaturas inferiores a 573 ° C. bK. lo mas

ampliamente encontrado en la naturaleza. Cristaliza en la clase trigonal.

trapezoedro del sistema trigonal. La estructura cristalina del tipo de marco.

construido de tetraedros de silicio-oxígeno ubicados helicoidalmente (con

tornillo derecho o izquierdo) en relación con el eje principal del cristal. En

dependiendo de esto, distinga entre derecha e izquierda estructural-morfológica

formas de cristal que difieren externamente en la simetría de la disposición de algunos

caras (por ejemplo, trapezoedro, etc.). Falta de planos y centro

la simetría de los cristales K. determina la presencia de piezoeléctricos y

propiedades piroeléctricas

Muy a menudo los cristales K. tienen una apariencia prismática alargada con

el desarrollo predominante de las caras del prisma hexagonal y dos romboedros.

(cabeza de cristal). Con menos frecuencia, los cristales toman la forma de un pseudohexagonal

dipirámides Externamente, los cristales regulares de K. generalmente están gemelamente complejos,

más a menudo formando secciones gemelas de acuerdo con el llamado Brasileño o

leyes dofineanas. Estos últimos surgen no solo con el crecimiento de cristales,

pero también como resultado del ajuste estructural interno durante la térmica a - b

transiciones acompañadas de compresión, así como durante deformaciones mecánicas.

El color de los cristales, granos, agregados K. es el más diverso: el más común

incoloro, blanco lechoso o gris K. Transparente o translúcido

los cristales bellamente coloreados se llaman especialmente: incoloro, transparente -

diamantes de imitación; violeta - amatista; ahumado - rauchtopaz; negro

Morion amarillo dorado - citrino. Generalmente se deben diferentes colores

defectos estructurales al reemplazar Si4 + con Fe3 + o Al3 + con simultáneo

aparición de Na1 +, Li1 + o (OH) 1- en la red. Conoce también difícil

k. coloreada debido a microinclusiones de minerales extraños: prazem verde

Inclusiones de microcristalinos de actinolita o clorito; parpadeo dorado

aventurina - inclusiones de mica o hematita, etc. Criptocristalino

variedades K. - ágata y calcedonia - consisten en los mejores fibrosos

formaciones K. ópticamente uniaxial, positivo. Índices de refracción

(para la luz del día l \u003d 589.3): ne \u003d 1,553; no \u003d \u003d 1,544. Transparente a

rayos ultravioleta y parcialmente infrarrojos. Cuando transmite luz

haz polarizado en el plano en la dirección del eje óptico dejó cristales K.

gire el plano de polarización hacia la izquierda y hacia la derecha, hacia la derecha. En la parte visible

del espectro, el valor del ángulo de rotación (por el grosor de la placa K. en 1 mm)

32,7 (para l 486 nm) a 13,9 ° (728 nm). Valor dieléctrico

permeabilidad (eij), módulo piezoeléctrico (djj) y elástico

los coeficientes (Sij) son los siguientes (a temperatura ambiente): 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. Coeficientes lineales

las extensiones son: perpendiculares al eje del tercer orden 13,4 * 10-6 y

paralela al eje 8 * 10-6. El calor de transformación b - a K. es 2.5 kcal / mol

(10,45 kJ / mol). Dureza mineralógica escala 7; densidad 2650

kg / m3. Se funde a una temperatura de 1710 ° C y se solidifica cuando se enfría en el llamado.

vidrio de cuarzo K. fusionado es un buen aislante; resistencia del cubo

borde de 1 cm a 18 ° C es 5 * 1018 ohm / cm, el coeficiente de expansión lineal

0.57 * 10-6 cm / ° C. Tecnología de cultivo rentable desarrollada

monocristales sintéticos K., que se obtienen de soluciones acuosas de SiO2

a presiones y temperaturas elevadas (síntesis hidrotérmica). Cristales

k. sintético posee propiedades piezoeléctricas estables,

resistencia a la radiación, alta uniformidad óptica, y otros. valioso

propiedades tecnicas.

K. natural - un mineral muy extendido, es esencial

una parte integral de muchas rocas, así como depósitos útiles

fósiles de la génesis más diversa. Lo más importante para

industria de materiales de cuarzo- arenas de cuarzo, cuarcitas y

cristal monocristalino K. Este último es raro y muy

muy apreciado. En la URSS, los depósitos de cristales más importantes se encuentran en los Urales, en

URSS (Volyn), en el Pamir, en la cuenca del río. Aldan en el extranjero - depósitos en

Brasil y la República malgache. La arena de cuarzo es una materia prima importante para

industria de la cerámica y el vidrio. Cristales individuales K. encontrar

aplicación en ingeniería de radio (estabilizadores de frecuencia piezoeléctricos,

filtros, resonadores, placas piezoeléctricas en dispositivos ultrasónicos, etc.); en

instrumentación óptica (prismas para espectrógrafos, monocromadores, lentes

para óptica ultravioleta, etc.). K. fusionado se utiliza para

haciendo cristalería química especial. K. también se usa para

obteniendo silicio químicamente puro. Transparente, bellamente coloreado

k. las variedades son piedras semipreciosas y se usan ampliamente en

fabricación de joyas.

Vidrio de cuarzo, vidrio de silicato fundido de un componente

variedades naturales de sílice: cristal de roca, cuarzo venoso y

arena de sílice, así como dióxido de silicio sintético. Distinguir dos

tipo de K. industrial con.: transparente (óptico y técnico) y

opaco Opacidad K. Adjunta una gran cantidad

pequeñas burbujas de gas distribuidas en él (diámetro de 0.03 a 0.3

micrones) dispersando la luz. Óptico transparente C. s. Obtenido por fusión

cristal de roca, completamente homogéneo, no contiene gas visible

vesículas tiene el indicador más pequeño entre los vidrios de silicato

refracción (nD \u003d 1.4584) y la transmisión de luz más alta, especialmente para

rayos ultravioleta Para K. s. alta térmica y

resistencia química temperatura de ablandamiento K. s. 1400 ° C. K. p. bueno

dieléctrico, conductividad eléctrica a 20 ° С-10-14 - 10-16ом-

1m-1, tangente de pérdida dieléctrica a una temperatura de 20 ° C y frecuencia

106 Hz - 0.0025-0.0006. K. p. utilizado para la fabricación de laboratorio

platos, crisoles, instrumentos ópticos, aislantes (especialmente para altos

temperaturas), productos resistentes a las fluctuaciones de temperatura.

Silanos (del lat. Silicona - silicio), compuestos de silicio con hidrógeno común

fórmulas SinH2n + 2. Silanos obtenidos hasta octasilano Si8H18. En

temperatura ambiente, los dos primeros K. - monosilano SiH4 y disilano Si2H6 -

gaseoso, el resto son líquidos volátiles. Todos los K. tienen un olor desagradable,

venenoso K. es mucho menos estable que los alcanos en el aire

autoinflamable, por ejemplo 2Si2H6 + 7O2 \u003d 4SiO2 + 6H2O. Agua descompuesta:

Si3H8 + 6H2O \u003d 3SiO2 + 10H2. K. no ocurre en la naturaleza. En el laboratorio por acción

los ácidos diluidos en siliciuro de magnesio reciben una mezcla de varios K.

fuertemente enfriado y separado (por destilación fraccionada en ausencia total

aire).

Ácido silícico

Ácidos silícicos, derivados del anhídrido de silicio SiO2; muy débil

ácidos, ligeramente solubles en agua. En forma pura se obtuvieron

ácido metasilícico H2SiO3 (más precisamente, su forma polimérica H8Si4O12) y

H2Si2O5. Sílice amorfa (sílice amorfa) en solución acuosa.

(solubilidad de aproximadamente 100 mg en 1 l) forma principalmente ortosilicio

ácido H4SiO4. En las soluciones sobresaturadas recibieron A., A., A.

cambiar con la formación de partículas coloidales (masa molar hasta 1500), por

cuyas superficies son grupos OH. Educado sol en

dependiendo del pH, el pH puede ser estable (pH alrededor de 2)

o puede agregarse, convirtiéndose en un gel (pH 5-6). Sostenible

soles altamente concentrados K. a., que contienen sustancias especiales -

estabilizadores, utilizados en la fabricación de papel, en textil

industria para tratamiento de aguas. Ácido fluorhídrico, H2SiF6,

ácido inorgánico fuerte Existe solo en solución acuosa; en

se descompone en tetrafluoruro de silicio SiF4 y fluoruro de hidrógeno

Hf. Se usa como un desinfectante altamente, pero principalmente -

para recibir sales K. a. - cremfluoruros.

Silicatos

SILICATOS, sales de ácidos de silicio. Más ampliamente distribuido en la corteza terrestre

(80% en peso); se conocen más de 500 minerales, entre ellos preciosos

piedras, como esmeralda, berilo, aguamarina. Los silicatos son la base de los cementos,

cerámica, esmaltes, vidrio de silicato; materias primas en la producción de muchos metales,

pegamentos, pinturas, etc. materiales electrónicos, etc. Cremnefluorides,

fluorosilicatos, sales de ácido fluorhídrico H2SiF6. Cuando se calienta

descomponer, por ejemplo CaSiF6 \u003d CaF2 + SiF4. Las sales de Na, K, Rb, Cs y Ba son difíciles.

soluble en agua y forma cristales característicos, que se utiliza en

análisis cuantitativo y microquímico. El mayor valor práctico

tiene silicofluoruro de sodio Na2SiF6 (en particular, en producción

cementos resistentes al ácido, esmaltes, etc.). Una proporción significativa de Na2SiF6

procesado a NaF. Obtenga Na2SiF6 de los residuos que contienen SiF4

plantas de superfosfato. Siliconofluoruros altamente solubles en agua Mg, Zn y Al

(nombre técnico con letras) usado para impermeabilizar

piedra de construcción. Todos los K. (y también H2SiF6) son venenosos.

Aplicaciones

Fig. 1 Cuarzo derecho e izquierdo.

Fig. 2 Minerales de sílice.

Fig. 3 Cuarzo (estructura)