Gdje se koristi silicij? Silicij: svojstva i upotreba u medicinske svrhe. Silicij kao građevinski materijal
Pošaljite svoje dobro djelo u bazu znanja jednostavno. Koristite donji obrazac
Studenti, diplomirani studenti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja na svojim studijima i radu bit će vam vrlo zahvalni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
MINISTARSTVO PODRUŽNICE RUSIJE
savezna državna proračunska obrazovna institucija
visoko stručno obrazovanje
Sankt Peterburški državni tehnološki institut
Ruski fizičari Andrei Geim i Konstantin Novosilov rade na ovom radu zajedno s istraživačima sa Sveučilišta u Manchesteru, s kojima su uspjeli stvoriti tunelski tranzistor na bazi grafena pogodan za industrijska proizvodnja... Tranzistor s tunelskim efektom, za razliku od uobičajenih tranzistora s efektom polja, koristi električno polje za kontrolu vodljivosti kanala u poluvodičkom materijalu. Dakle, njegovi kanali vođeni su efektom kvantnog tuneliranja. Prema kvantnoj teoriji, elektroni mogu prijeći barijeru čak i ako nemaju dovoljno energije za to.
(tehničko sveučilište) "(SPbGTI (TU))
STOLICA HNT MET
UGS 240100.62
POSEBNOST Kemijska tehnologija
SMJER Kemija tvari i materijala
DISCIPLINA Uvod u specijalnost
NA TEMU: Silicij, njegova svojstva i primjena u modernoj elektronici
Izvodi student 1. godine, grupa 131
Zhukovskaya Ekaterina Olesevna
Smanjivanjem širine barijere može se pojačati kvantni učinak, a energija koju elektroni moraju prijeći barijeru naglo opada. Kao rezultat toga, efektom tuneliranja može se smanjiti napon tranzistora, što će pomoći u smanjenju njihove potrošnje energije.
Mikroprocesori nadahnuti strukturom mozga
Stoga se očekuje da će nove generacije sustava informacijske tehnologije nadopuniti sadašnje von Neumannove strojeve, obdarene evolucijskim ekosustavom sustava, softvera i usluga. Memristor je ideja koju je razvio elektroinženjer Leon Chua i ima svojstvo da je u svom radu vrlo sličan neuronima koji kodiraju, prenose i pohranjuju informacije. Dakle, podaci se moraju primati i obrađivati \u200b\u200bi pohranjivati, ali ne istodobno. Memorism može raditi istovremeno, tako da možete stvoriti računalo koje može puno brže izvršiti izračun, riješiti ga i spremiti rješenje, a istovremeno uštedjeti svu energiju koja je prethodno potrošena na slanje podataka s jedne strane na drugu.
Ježovski Jurij Konstantinovič
Sankt Peterburg 2013
Uvod
1. Silicij
2. Povijest
3. Podrijetlo imena
4. Biti u prirodi
5. Primanje
6. Fizička svojstva
7. Elektrofizička svojstva
10. Primjena
Bibliografija
Uvod
Silicij je jedan od važnih elemenata. Vernadsky je napisao svoje poznato djelo: "Nijedan organizam ne može postojati bez silicija" (1944). U priručniku o kemiji za učenike 9. razreda (minska izdavačka kuća: „Slovo", 1977.) u odjeljku „Silicij" kaže se: „... silicij je izuzetno važan poluvodički materijal koji se koristi za proizvodnju mikroelektronskih uređaja -„ mikrovezja “. koristi se u proizvodnji solarnih baterija, sunčevu energiju pretvara u električnu energiju. Među 104 elementa periodnog sustava silicij ima posebnu ulogu. To je piezoelektrični element. Može pretvoriti jednu vrstu energije u drugu. Mehaničku u električnu, svjetlost u toplinu itd. " Silicij je temelj razmjene energije i informacija u svemiru i na Zemlji. Sa stola kemijski sastav Vidi se da je najčešći element na ovom svijetu kisik - 47%, drugo mjesto zauzima silicij - 29,5%, a sadržaj ostalih elemenata je puno manji.
Da bi ovaj novi računalni model postao stvarnost, bit će potrebno razviti novi operativni sustav na kojem tvrtka već radi, a koji će također poslužiti kao pomoć za postizanje kredibiliteta u svijetu informacijske tehnologije. Ekstremna UV litografija još je jedna tehnika na kojoj velika elektronika radi kako bi prevladala problem Mooreova zakona koji usporava zbog ograničenja silicija kao poluvodiča.
Dok ne dođe kvantno računanje
To je tehnologija koja se temelji na kvantnom stanju elektrona i koristi se u naprednim tvrdim diskovima za pohranu podataka i pristup slučajnoj magnetskoj memoriji. Kvantno računalo radi na potpuno drugačiji način sa sadašnjim računalima: umjesto da se za obradu informacija oslanja na logička vrata ili kombinaciju logičkih vrata, radit će s pravilima kvantne fizike. Kvantna računala mogu se služiti tim zakonima za brže i učinkovitije rješavanje problema.
Najčešći poluvodič u proizvodnji elektroničkih komponenata je silicij, budući da su njegove rezerve na planetu gotovo neograničene.
1. Silicij
Silicij je element glavne podskupine četvrte skupine trećeg razdoblja periodičnog sustava kemijskih elemenata DI Mendelejeva, s atomskim brojem 14. Označen je simbolom Si (latinski Silicium).
U Španjolskoj imamo jednog od najvećih svjetskih stručnjaka na polju kvantnog računanja, fizičara Juana Ignacia Tsiraka, koji je direktor teorijskog odjela na Institutu za kvantnu optiku. Max Planck. Kvantno računalo neće se koristiti za čitanje e-pošte ili kupnju putem Interneta, jer već imamo svoja računala i to također vrlo dobro funkcionira. Kvantno računalo poslužilo bi kao moćno računanje koje obično ne bi trebali raditi ljudi, već oni koji rade materijalni dizajn ili razvoj lijekova.
Izgled jednostavne tvari
U amorfnom obliku - smeđi prah, u kristalnom obliku - tamno sivi, blago sjajni.
Svojstva atoma
Ime, simbol, broj: Silicij / Silicij (Si), 14
Atomska masa (molarna masa) 28,0856 amu (g / mol)
Elektronička konfiguracija: 3s2 3p2, spoj. 3s 3p3 (hibridizacija)
Atomski radijus 132 nm
Kemijska svojstva
Juan Ignacio Chirac. Juan Ignacio Chirac jasno otkriva probleme s kojima se sada suočava razvoj kvantnih računala: na klasičnim računalima, ako nakon nekog vremena pohranimo malo informacija, oni i dalje postoje. Ne ide s nule na jedan, samo ostaje. Međutim, u kvantnim računalima, kvantni bit, bitni ekvivalent, vrlo je osjetljiv i svaka interakcija s okolinom može u potpunosti promijeniti izračun. Dakle, morate ih dobro izolirati, to je glavni problem: kako ih izolirati.
Ako nisu potpuno izolirani ili se dogodi neka vrsta pogreške, trebali bismo razmisliti o tome kako to popraviti ili kako. Ovo je temeljni dio istraga koje su u tijeku. Nakon početnog skepticizma s kojim su vijesti primljene, raste interes tvrtki i institucija za pristup njihovoj tehnologiji i prodiranje u svijet kvantnog računanja. Ako se to točno izvede, strojni kubiti traže stanje niske energije koje predstavlja odgovor na zadati problem.
Kovalentni radijus 111 nm
Ionski radijus 42 (+ 4e) 271 (-4e) nm
Elektronegativnost 1,90 (Pauling skala)
Potencijal elektrode 0
Stanja oksidacije: +4, +2, 0, -4
Energija jonizacije (prvi elektron) 786,0 (8,15) kJ / mol (eV)
Termodinamička svojstva jednostavne tvari
Gustoća (na normalnoj razini) 2,33 g / cm3
Točka topljenja 1414,85 ° C (1688 K)
Stoga je stroj idealan za rješavanje takozvanih "optimizacijskih problema", u kojima postoji niz kriterija koji se moraju istodobno zadovoljiti i u kojima postoji rješenje bez premca koje većinu njih zadovoljava, na primjer, optimalna ruta za kamion kako bi se minimaliziralo prijeđeno vrijeme i udaljenost. udaljenost. Također može biti vrlo korisno pronaći suštinu složenih struktura podataka, koje se mogu koristiti, na primjer, za pretraživanje i obradu podataka na društvenim mrežama ili za prepoznavanje obrazaca na slikama.
Temperatura isparavanja 2349,85 ° C (2623 K)
Toplina topljenja 50,6 kJ / mol
Toplina isparavanja 383 kJ / mol
Molarni toplinski kapacitet 20,16 J / (K mol)
Molarni volumen 12,1 cm3 / mol
Kristalna rešetka jednostavne tvari
Struktura rešetke: kubična, dijamantna
Parametri rešetke: 5.4307 E
Temperatura debaja 625 K
Ostale karakteristike
Kvantno računalo moći će naučiti ključne funkcije na određeni način, poput automobila, pokazujući mnoge slike automobila. Jednom kad ih prepoznate, moći ćete ih prepoznati lakše od uobičajenih sustava. Uz to, nakon što definirate karakteristike onoga što automobil čini prepoznatljivim, možete ga koristiti za „podučavanje“ tradicionalnih računala kako biste ga lakše prepoznali. Ispreplićući čestice, topološka kvantna računala stvorila bi zamišljene niti čiji bi čvorovi i zavoji stvorili moćan računalni sustav.
Toplinska vodljivost (300 K) 149 W / (m K)
2. Povijest
Prirodni spojevi silicija ili silicija (engleski Silicij, francuski i njemački Silicij) - silicijev dioksid (silicijev dioksid) - poznati su već dugo. Drevni su dobro poznavali kameni kristal ili kvarc, kao i drago kamenje, koje je kvarc obojeno u različite boje (ametist, dimni kvarc, kalcedon, krizopraz, topaz, oniks itd.) Elementarni silicij dobiven je tek u 19. stoljeću, iako su pokušaji Scheele i Lavoisier, Dzvi (uz pomoć voltaičkog stupa), Gay-Lussac i Thénard (kemijski) obvezali su se razgraditi silicijum dioksid. Vercelius je, pokušavajući razgraditi silicijum dioksid, zagrijao ga u smjesi sa željeznim prahom i ugljenom na 1500 ° C i dobio ferosilicij. Tek 1823. r. proučavajući spojeve fluorovodične kiseline, uključujući SiF4, dobio je slobodni amorfni silicij ("radikal silicijevog dioksida") interakcijom para silicijevog fluorida i kalija. Saint Clair-Deville dobio je kristalni silicij 1855. godine.
Još važnije, matematika njegovih pokreta ispravit će pogreške koje su do sada predstavljale najvažniji izazov s kojim se suočavaju dizajneri kvantnih računala. Tijekom svog boravka na terenu, tvrtka kaže da su postigli izuzetan napredak u poluvodičkom sučelju, što omogućava provodnim materijalima da se ponašaju kao da su superprovodnici.
To omogućuje poluvodičima da rade na ekstremno velikim taktovima s malo ili nimalo odvođenja topline. Imamo nadu i optimizam da će ova postignuća dovesti do praktičnih rezultata, ali teško je znati kada i gdje. Ovo je važan korak u stvaranju potrebnih računalnih alata koji će raditi u modernim kvantnim računalima.
3. Podrijetlo imena
Naziv silicij ili kizel (Kiesel, kremen) predložio je Berzelius. Ranije je Thomson predložio naziv silikon (Silicij), usvojen u Engleskoj i SAD-u, po analogiji s drljačama (Bor) i ugljikom (Carbon). Riječ silicij (Silicium) dolazi od silicija (silicijev dioksid); završetak "a" usvojen je u 18. i 19. stoljeću. za određivanje zemalja (Silica, Aluminia, Thoria, Terbia, Glucina, Cadmia itd.). Zauzvrat, riječ silicija povezana je s lat. Silex (jak, kremen).
U tu svrhu predstavljena je studija s novim izumom, u kojoj se stvarni kvantni bitovi mogu prenositi između zasebnih kvantnih računskih modula kako bi se moglo stvoriti potpuno modularni stroj velikog opsega. Do sada su znanstvenici predlagali korištenje svjetlovodnih veza za povezivanje pojedinih računalnih modula, ali u ovom projektu usredotočeni smo na električna polja koja omogućuju prijenos nabijenih atoma s jednog modula na drugi.
Ovim novim dizajnom možete postići brzinu povezivanja do 000 puta bržu između različitih modula kvantnog računanja koji čine stroj. Već dugi niz godina ljudi govore da je nemoguće izgraditi pravo kvantno računalo. Svojim radom nismo samo pokazali da se to može učiniti, već sada predstavljamo konkretan plan gradnje. Winfried Hensinger, znanstvenik sa Sveučilišta Sussex.
Ruski naziv silicija potječe od staroslavenskih riječi kremen (naziv kamena), kremyk, strong, kresmen, kresati (udaranje gvožđa u remen da bi se stvorile iskre) itd. U ruskoj kemijskoj literaturi s početka 19. stoljeća. postoje nazivi silicijev dioksid (Zaharov, 1810), silicij (Soloviev, Dvigubsky, 1824), kremen (Strakhov, 1825), kremenitost (Iovskiy, 1827), silicij i silicij (Hess, 1831).
Biološka računala kao novi način razumijevanja informatike
Biološko računanje sastoji se u upotrebi živih organizama ili njihovih komponenata za obavljanje računskih izračuna ili drugih operacija povezanih s računanjem. U njemu je riješio primjer sa sedam čvorova problema Hamiltonove putanje. Među raznim napretcima koji se događaju na polju biološkog računarstva, može se spomenuti rad znanstvenika s Izraelskog tehnološkog instituta Technion koji su dizajnirali i izradili napredni biološki pretvarač koji funkcionira kao računalni stroj sposoban za manipulaciju genetskim kodovima i korištenje rezultata za naknadne izračune.
4. Biti u prirodi
Silicij se najčešće nalazi u obliku silicijevog dioksida - spojeva na bazi silicijevog dioksida (IV) SiO2 (oko 12% mase zemljine kore). Glavni minerali i stijene koje formira silicijev dioksid su pijesak (rijeka i kvarc), kvarc i kvarcit, kremen, feldspati. Druga najčešća skupina silicijskih spojeva u prirodi su silikati i alumosilikati.
Napredak bi mogao dovesti do novih mogućnosti u biotehnologiji, poput individualizirane genske terapije. Također, istraživači sa sveučilišta McGill u Kanadi rade sa znanstvenicima iz Njemačke, Švedske i Nizozemske na razvoju biološkog računanja s novim pristupom koji može riješiti trenutne probleme korištenja ovih tehnologija. Njegov posao je stvoriti biološki računski model koji koristi proteinska vlakna za prijenos informacija umjesto elektrona.
Ovo je mali mikročip, oko 1,5 cm2, mrežaste strukture kanala kroz koje proteinski lanci teku. Jedna od prednosti ovog prototipa u odnosu na elektronička superračunala je što se jedva zagrijava i za rad mu je potrebno puno manje energije, pa je ovaj model mnogo stabilniji. Do sada provedenim dokazom koncepta biološki je mikročip pokazao da je sposoban učinkovito riješiti složeni matematički problem, ali još uvijek nije usporediv s učinkovitošću elektroničkih mikrovezja, tako da istraživači moraju još puno raditi kako bi dobili potpuno funkcionalan tim. ...
Zabilježene su izolirane činjenice pronalaska čistog silicija u izvornom stanju.
Silicij se nalazi u većini minerala i ruda. U mnogim zemljama svijeta postoje potrebne naslage kvarcita i kvarcnog pijeska. Međutim, da biste dobili više kvalitetan proizvod ili za povećanje pokazatelja profitabilnosti isplativije je koristiti sirovine s maksimalnim udjelom silicija (do 99% SiO2). Takva bogata nalazišta izuzetno su rijetka i aktivno ih je i dugo koristila konkurentska industrija stakla širom svijeta. Međutim, potonji nerado prerađuje sirovine čak i uz minimalno onečišćenje željezom, ali u proizvodnji ferolegura to nije vrlo kritično. Općenito se u cijelom svijetu opskrba silikona silikonskim proizvodima smatra visokom, a odgovarajući udio troškova u njenim troškovima beznačajan je (manje od 10%).
Genetski tokovi koda kodiraju se i binarna vrijednost se dodjeljuje svakoj od njihovih baza. I na kraju, vidimo primjer koliko još treba učiniti u svijetu računarstva i kako ponekad šansa može otvoriti posve novi svijet opcija kada je riječ o načinu rada računala u ovom trenutku. No, na prvi pogled može se činiti da su gluposti prednost kada je riječ o rješavanju nekih najtežih problema za računala, poput razumijevanja videozapisa ili drugih glomaznih podataka iz stvarnog svijeta, jer čip koji jamči netočne izračune može na mnogim problemi koji zahtijevaju manje krugova i troše manje energije.
amorfni atom silicija
5. Primanje
„Slobodni silicij može se dobiti kalciniranjem sitnog bijelog pijeska magnezijem, koji je silicijev dioksid:
Tako nastaje smeđi prah amorfni silicij».
U industriji se silicij tehničke čistoće dobiva smanjenjem taline SiO2 koksom na temperaturi od oko 1800 ° C u rudarsko-termalnim pećima tipa osovine. Čistoća tako dobivenog silicija može doseći 99,9% (glavne nečistoće su ugljik, metali).
Moguće je daljnje pročišćavanje silicija od nečistoća.
Čišćenje u laboratorijskim uvjetima može se izvršiti prethodnom pripremom magnezijevog silicida Mg2Si. Nadalje, plinoviti monosilan SiH4 dobiva se iz magnezijevog silicida pomoću klorovodične ili octene kiseline. Monosilan se pročišćava rektifikacijom, sorpcijom i drugim metodama, a zatim se razgrađuje u silicij i vodik na temperaturi od oko 1000 ° C.
Pročišćavanje silicija u industrijskim razmjerima provodi se izravnim kloriranjem silicija. U tom slučaju nastaju spojevi sastava SiCl4 i SiCl3H. Ti se kloridi pročišćavaju od nečistoća na različite načine (obično destilacijom i disproporcijom) i u završnoj fazi reduciraju se čistim vodikom na temperaturama od 900 do 1100 ° C.
Razvijaju se jeftinije, čišće i učinkovitije industrijske tehnologije pročišćavanja silicija. Za 2010. to uključuje tehnologije pročišćavanja silicija korištenjem fluora (umjesto klora); tehnologije destilacije silicijevog monoksida; tehnologije temeljene na nagrizanju nečistoća koncentriranim na interkristalnim granicama.
Metodu dobivanja silicija u čistom obliku razvio je Nikolaj Nikolajevič Beketov.
U Rusiji tehnički silicij proizvodi OK Rusal u tvornicama u Kamensk-Uralskom (Sverdlovska oblast) i Šelehovu (Irkutska oblast); Silicij rafiniran tehnologijom klorida proizvodi grupa Nitol Solar u tvornici u Usolye-Sibirskoye.
6. Fizička svojstva
Kristalna struktura silicija
Kristalna rešetka silicija je kubična, usredotočena na lice, dijamantskog tipa, parametar a \u003d 0,54307 nm (pri visokim tlakovima dobivene su i druge polimorfne modifikacije silicija), ali zbog veće duljine veze između atoma Si - Si u odnosu na duljinu poveznice C - C tvrdoća silicija je znatno manja od dijamantne. Silicij je krhak, samo kada se zagrije iznad 800 ° C, postaje duktilna tvar. Zanimljivo je da je silicij proziran za infracrveno zračenje s valne duljine 1,1 μm. Samokoncentracija nosači naboja - 5,81 · 1015 m? 3 (za temperaturu od 300 K).
7. Elektrofizička svojstva
Elementarni silicij u monokristalnom obliku je poluvodič s neizravnim razmakom. Pojasni razmak na sobna temperatura je 1,12 eV, a pri T \u003d 0 K je 1,21 eV. Koncentracija vlastitih nosača naboja u siliciju u normalnim uvjetima je oko 1,5 × 1010 cm3.
Na elektrofizička svojstva kristalnog silicija uvelike utječu nečistoće sadržane u njemu. Da bi se dobili silicijski kristali s provodnom rupom, u silicij se uvode atomi elemenata III skupine, kao što su bor, aluminij, galij, indij. Da bi se dobili silicijski kristali s elektroničkom vodljivošću, atomi se uvode u silicij elementi Vth skupine kao što su fosfor, arsen, antimon.
Pri stvaranju elektroničkih uređaja na bazi silicija uglavnom je uključen površinski sloj materijala (do desetaka mikrona), tako da kvaliteta površine kristala može značajno utjecati na elektrofizička svojstva silicija i, sukladno tome, na svojstva gotovog uređaja. Neki uređaji koriste tehnike modifikacije površine, poput površinske obrade silicija raznim kemijskim sredstvima.
Dielektrična konstanta: 12
Mobilnost elektrona: 1200-1450 cm2 / (V s).
Mobilnost rupe: 500 cm / (V s).
Zabranjeni pojas 1,205-2,84 10 4 T
Životni vijek elektrona: 5 ns - 10 ms
Slobodan put elektrona: oko 0,1 cm
Put bez rupa: oko 0,02 - 0,06 cm
Sve vrijednosti temelje se na normalnim uvjetima.
8. Kemijska svojstva
Poput atoma ugljika, atome silicija karakterizira stanje sp3-hibridizacije orbitala. U vezi s hibridizacijom, čisti kristalni silicij stvara dijamantnu rešetku u kojoj je silicij četverovalentan. U spojevima se silicij obično također očituje kao četverovalentni element s oksidacijskim stanjem od +4 ili -4. Postoje dvovalentni silicijevi spojevi, na primjer, silicijev oksid (II) - SiO.
U normalnim uvjetima silicij je kemijski neaktivan i aktivno reagira samo s plinovitim fluorom, stvarajući tako hlapljivi silicij tetrafluorid SiF4. Ova "neaktivnost" silicija povezana je s pasiviziranjem površine nanorazmjernim slojem silicijevog dioksida, koji se odmah stvara u prisutnosti kisika, zraka ili vode (vodene pare).
Kada se zagrije na temperature iznad 400-500 ° C, silicij reagira s kisikom stvarajući SiO2 dioksid, proces je popraćen povećanjem debljine sloja dioksida na površini, brzina procesa oksidacije ograničena je difuzijom atomskog kisika kroz dioksidni film.
Kada se zagrije na temperature iznad 400-500 ° C, silicij reagira s klorom, bromom i jodom, stvarajući odgovarajuće lako isparljive tetrahalide SiHal4 i, možda, halogenide složenijeg sastava.
Silicij ne reagira izravno s vodikom, silicijevi spojevi s vodikom - silani opće formule SinH2n + 2 - dobivaju se neizravno. Monosilan SiH4 (često ga nazivaju jednostavno silanom) oslobađa se kada metalni silicidi reagiraju s kiselinskim otopinama, na primjer:
Silan SiH4 nastao u ovoj reakciji sadrži nečistoću drugih silana, posebno disilana Si2H6 i trisilana Si3H8, u kojima postoji lanac atoma silicija povezanih jednostrukim vezama (- Si - Si - Si -).
S dušikom silicij na temperaturi od oko 1000 ° C stvara Si3N4 nitrid, s borom - termički i kemijski postojanim boridima SiB3, SiB6 i SiB12.
Na temperaturama iznad 1000 ° C moguće je dobiti silicijev spoj i njegov najbliži analog prema periodnom sustavu - ugljik - silicijev karbid SiC (karborund), koji se odlikuje velikom tvrdoćom i niskom kemijskom aktivnošću. Karborundum se široko koristi kao abraziv. Istodobno, zanimljivo, talina silicija (1415 ° C) može dulje vrijeme kontaktirati ugljik u obliku velikih dijelova gusto sinteriranog sitnozrnog grafita izostatičkim prešanjem, praktički se ne otapajući niti u interakciji s potonjim.
Temeljni elementi 4. skupine (Ge, Sn, Pb) beskonačno su topljivi u siliciju, kao i većina ostalih metala. Kada se silicij zagrije s metalima, mogu nastati silicidi. Silicidi se mogu podijeliti u dvije skupine: ionsko-kovalentni (silicidi alkalnih, zemnoalkalnih metala i magnezija poput Ca2Si, Mg2Si itd.) I metalni (siliciji prijelaznih metala). Silicidi aktivnih metala razlažu se pod djelovanjem kiselina, silicidi prijelaznih metala su kemijski stabilni i ne razgrađuju se pod djelovanjem kiselina. Silicidi nalik metalu imaju visoka tališta (do 2000 ° C). Najčešće nastaju silicidi slični metalu iz sastava MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 i MeSi2. Silicidi nalik metalu kemijski su inertni i otporni na kisik čak i pri visokim temperaturama.
Posebno treba napomenuti da silicij tvori eutektičku smjesu sa željezom, što omogućuje sinteriranje (stapanje) ovih materijala da tvore ferosilicijevu keramiku na temperaturama osjetno nižim od temperatura topljenja željeza i silicija.
Kada se SiO2 reducira sa silicijem na temperaturama iznad 1200 ° C, nastaje silicijev oksid (II) - SiO. Taj se postupak neprestano promatra u proizvodnji kristala silicija korištenjem metoda usmjerene kristalizacije Czochralski, jer oni koriste spremnike silicijevog dioksida, kao najmanje onečišćujućeg materijala za silicij.
Silicij karakterizira stvaranje organosilikonskih spojeva u kojima su atomi silicija povezani u duge lance zbog premošćivanja atoma kisika -O-, a na svaki atom silicija, uz dva O atoma, vezana su još dva organska radikala R1 i R2 \u003d CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 itd.
Za nagrizanje silicija, najčešće se koristi smjesa fluorovodične i dušične kiseline. Neki posebni nagrizači uključuju dodavanje krom anhidrida i drugih tvari. Tijekom nagrizanja, otopina za nagrizanje kiselinom brzo se zagrijava do točke vrenja, dok se brzina nagrizanja mnogo puta povećava.
Si + 2HNO3 \u003d SiO2 + NO + NO2 + H2O
SiO2 + 4HF \u003d SiF4 + 2H2O
3SiF4 + 3H2O \u003d 2H2SiF6 + vH2SiO3
Za nagrizanje silicija mogu se koristiti vodene otopine lužina. Nagrizanje silicija u alkalnim otopinama započinje pri temperaturi otopine većoj od 60 ° C.
Si + 2KOH + H2O \u003d K2SiO3 + 2H2 ^
K2SiO3 + 2H2O-H2SiO3 + 2KOH
9. Silicij u ljudskom tijelu
Si je važan element u tragovima u ljudskom tijelu. Glavna uloga silicija u ljudskom tijelu je sudjelovanje u kemijskoj reakciji, čija je suština povezati podjedinice vlaknastih tkiva tijela (kolagen i elastin), što im daje snagu i elastičnost. Također je izravno uključen u proces mineralizacije kostiju. Nalazi se u mnogim organima i tkivima, poput pluća, nadbubrežnih žlijezda, dušnika, kostiju i ligamenata, što ukazuje na njegovu povećanu biokompatibilnost.Druga važna funkcija silicija je održavanje normalnog metabolizma u tijelu. Preciznije, ako silicij nije dovoljan, tada oko 70 drugih elemenata tijelo ne apsorbira. Silicij stvara koloidne sustave koji apsorbiraju štetne mikroorganizme i viruse, pročišćavajući tako tijelo. Čovjek treba najmanje 10 miligrama silicija dnevno. Silicij se u tijelo može dostaviti na dva načina: voda koja sadrži silicij i jede određene biljke. S hranom se u ljudsko tijelo svakodnevno dovede do 1 g Si, nedostatak ovog elementa može dovesti do slabljenja koštanog tkiva i razvoja zaraznih bolesti.
Opće poznato ljekovita svojstva silicijska voda. Silicijska voda je jednostavno sredstvo za nadopunjavanje koncentracije ove vitalne tvari u tijelu. Jedan od naj silicijima bogatih prirodnih izvora je plava, ljekovita, prehrambena glina.
10. Primjena
Primjena u medicini:
U medicini se silicij koristi u silikonima, visoko molekularnim inertnim spojevima koji se koriste kao obloge za medicinsku tehnologiju. Posljednjih godina dodaci prehrani i lijekovi, obogaćen silicijem, koristi se za prevenciju i liječenje osteoporoze, ateroskleroze, bolesti noktiju, kose i kože.
Primjena u građevinarstvu i lakoj industriji:
Spojevi silicija široko se koriste kako na polju visoke tehnologije, tako i u svakodnevnom životu. Silicij i prirodni silikati preteča su u proizvodnji stakla, keramike, porculana, cementa, betonskih proizvoda, abrazivnih materijala itd. Silicijev dioksid koristi se u kombinaciji s nizom sastojaka u proizvodnji optičkih kabela. Tinjac i azbest koriste se kao električni i toplinski izolacijski materijali.
Polimerno modificirani raspršeni beton ekonomičan je materijal za tuneliranje. Silikoni sprečavaju oštećenja od vlage i štetnih kemikalija. Krovni premazi na bazi silikonskih disperzija omogućuju odvažne dizajnerske ideje i impresivne tehničke karakteristike. Disperzije kopolimera pružaju potrebnu ravnotežu prianjanja i fleksibilnosti za visokokvalitetna HVAC brtvila.
Silikoni su izvrsni za doradu kože i tekstila, zaštitu krajnjeg proizvoda i optimizaciju proizvodnih procesa.
Razni silikonski spojevi prikladni su kao sredstva protiv pjenjenja za sve vrste sredstava za čišćenje.
Disperzije na bazi silicija omogućuju učinkovitu apsorpciju i koriste se u proizvodnji apsorbenata.
Silikoni se mogu naći ispod haube, u mjenjačima, elektronici i električnim sustavima, u unutrašnjosti automobila ili u šavovima karoserije. Čak i pri visokim temperaturama, silicij štiti od agresivnih tvari ili djeluje kao most, prigušivač vibracija, vodič ili izolator. Sve je to moguće samo zbog činjenice da polimeri koji sadrže silicij imaju nevjerojatno širok raspon korisnih svojstava.
Ljepila i brtvila ključni su proizvodi u mnogim ključnim industrijama. Silicij se koristi u širokom spektru industrijskih primjena, od papira, ambalaže, ljepila za drvo i podove do automobilskog i vjetroenergetskog sektora.
Primjene za tešku industriju:
"Čuje se" uporaba silicija kao osnove cijelog niza poluvodiča - od solarnih baterija do računalnih procesora, stoga je ovaj materijal osnova većine "visokih tehnologija". Tonaža svjetske proizvodnje poluvodičkog silicija visoke čistoće raste već nekoliko desetljeća prosječnom stopom do 20% godišnje i nema analoga među ostalim rijetkim metalima.
Silicij visoke čistoće koristi se u poluvodičkoj tehnologiji, a tehničke čistoće (96-99% Si) - u crnoj i obojenoj metalurgiji za proizvodnju obojenih legura (silumin itd.), Legiranje (silicijski čelici i legure koji se koriste u električnoj opremi) i deoksidaciju čelika i legura (uklanjanje kisika), proizvodnja silicida itd.
U industriji se silicij tehničke čistoće dobiva smanjenjem taline SiO2 koksom na temperaturi od oko 1800 Celzijevih stupnjeva u rudarsko-termalnim pećima tipa osovine. Čistoća tako dobivenog silicija može doseći 99,9% (glavne nečistoće su ugljik, metali).
Upotreba čistog silicija i njegovih spojeva u kemijskoj industriji raste brzinom koja raste (oko 8% rasta godišnje). Posljednjih desetljeća razvijene su zemlje brzo razvile tehnologije za proizvodnju niza silikonskih (organosilikonskih) materijala koji se koriste u proizvodnji plastike, boja i lakova, maziva itd.
Međutim, većina primjena silicija u svijetu (gotovo 80%) ostaje tradicionalna - on je glavna legura u proizvodnji niza specijalnih čelika (električnih, otpornih na toplinu) i raznih legura (silumini itd.). Značajan dio silicija i njegovih legura koristi se u crnoj metalurgiji kao vrlo učinkovit deoksidizator za čelike.
Ferolegure i druge legure silicija uglavnom se koriste u crnoj metalurgiji. Jeftiniji su i tehnološki napredniji za upotrebu, a sadržaj željeza (a u nekim slučajevima i aluminija) nije toliko kritičan. Sastav električnih čelika, u pravilu, sadrži 3,8-4,2% silicija, stoga samo ove čelične industrije u svijetu troše više od 0,5 milijuna tona silicija godišnje kao glavna legura. Sljedeća značajna primjena ferosilicija (uključujući također silikomangan i složene sastave) je u učinkovitim i relativno jeftinim deoksidizatorima za čelik.
U obojenoj metalurgiji (i kemijskoj industriji) metalni magnezij se široko koristi. Najveću primjenu nalazi kao glavna slitina otvrdnutog aluminija (silumini) i magnezijevih legura.
Silicij pronalazi određenu uporabu (kao silicijev karbid i složeni sastavi) u proizvodnji abrazivnih i karbidnih proizvoda i alata.
Primjene u energetici, električnoj i elektroničkoj industriji:
Dvostruka svojstva silicija, poput električne vodljivosti i izolacijskih svojstava, kao i fleksibilnost, omogućuju upotrebu silicija u cijeloj liniji proizvoda, kao što su rasvjetni uređaji, kondenzatori, izolatori, iver i dielektrični elementi. Dakle, silicij izolira od svih vrsta vanjskih učinaka poput prljavštine, vlage, zračenja ili topline.
U potrošačkoj elektronici i mjernim senzorima silikoni pružaju pouzdanost i sigurnost električne i osjetljive elektroničke opreme. Koriste se u automobilskoj industriji, lakoj industriji, industriji poluvodiča i optoelektronici, kao i u tehnici instrumentacije i upravljanja i rasvjete.
U otpornicima i kondenzatorima, metil silikonske smole pružaju učinkovitu oblogu za sprečavanje požara u slučaju prenapona.
U izolatorima, kabelima i transformatorima pirogeni silicijev dioksid pokazuje izvrsnu toplinsku izolaciju u širokom temperaturnom rasponu od sobne temperature do preko 1000 ° C.
Suvremene i napredne informacijske tehnologije (računala, elektronika, telekomunikacije itd.) Temelje se i temeljit će se na upotrebi poluvodičkog silicija. Najtraženiji su sada poluproizvodi - precizne (uglačane) silicijske oblatne promjera do 300 mm, na temelju kojih se stvaraju najmoderniji mikrovezja (veličine elemenata do 0,065 mikrona).
Korištenje silicija u zrakoplovnoj industriji je zbog njegove sposobnosti da generira energiju kroz visokokvalitetne solarne panele, kao i da služi kao supstrat u složenim mikrovezama i štiti trup broda od vanjskih utjecaja.
Silicij (c-Si) u različitim oblicima (kristalni, polikristalni, amorfni) u današnje vrijeme i u doglednoj budućnosti ostat će glavni materijal mikroelektronike. To je zbog niza njegovih jedinstvenih fizikalnih i kemijskih svojstava, od kojih se mogu razlikovati sljedeće:
1. Silicij kao polazni materijal dostupan je i jeftin, a tehnologija njegove proizvodnje, pročišćavanja, obrade i legiranja dobro je razvijena, što osigurava visok stupanj kristalografskog savršenstva izrađenih struktura. Treba posebno naglasiti da je silicij po ovom pokazatelju mnogo superiorniji od čelika.
2. Silicij ima dobra mehanička svojstva. Što se tiče Young-ovog modula, silicij se približava nehrđajućem čeliku i mnogo je bolji od kvarca i raznih naočala. Po tvrdoći je silicij blizu kvarca i gotovo je dvostruko tvrđi od željeza. Monokristali silicija imaju granicu popuštanja koja je tri puta veća od granice nehrđajućeg čelika. Međutim, deformacijom se urušava bez vidljivih promjena u veličini, dok metali obično prolaze kroz plastičnu deformaciju. Razlozi za uništavanje silicija povezani su sa strukturnim nedostacima kristalne rešetke smještene na površini monokristala silicija.
Industrija poluvodiča uspješno rješava problem visokokvalitetne površinske obrade silicija, tako da su silicijske mehaničke komponente (na primjer, elastični elementi u senzorima tlaka) jače od čelika.
Mikroelektronska tehnologija za proizvodnju silicijskih uređaja temelji se na korištenju tankih slojeva stvorenih ionskom implantacijom ili toplinskom difuzijom atoma dopant-a, što se u kombinaciji s metodama vakuumskog taloženja metala na silicijsku površinu pokazalo vrlo pogodnim u svrhu minijaturiranja proizvoda.
Silicijski mikroelektronski uređaji proizvedeni su grupnom tehnologijom. To znači da se svi proizvodni postupci provode za cijelu silicijevu oblatnu koja sadrži nekoliko stotina pojedinačnih kristala („iver“). I tek u posljednjoj fazi proizvodnje, ploča je podijeljena na kristale, koji se zatim koriste u montaži pojedinih uređaja, što u konačnici naglo smanjuje njihove troškove.
Za reprodukciju veličina i oblika struktura silicijskih uređaja koristi se metoda fotolitografije koja osigurava visoku točnost izrade.
Za proizvodnju senzora posebno je važna sposobnost silicija da reagira na različite vrste utjecaja: mehaničke, toplinske, magnetske, kemijske i električne. Svestranost primjene silicija pomaže smanjiti troškove senzora i objediniti njihovu proizvodnu tehnologiju. U senzorima silicij služi kao pretvarač čija je glavna svrha pretvoriti izmjereni fizički ili kemijski učinak u električni signal. Silicijeve funkcije u senzorima mnogo su šire nego u konvencionalnim integriranim krugovima. To određuje neke specifične značajke tehnologije za proizvodnju elemenata osjetljivih na silicij.
Bibliografija
1. Kemijska enciklopedija: u 5 svezaka. / Urednički odbor: I.L. Knunyants (glavni urednik). - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1990. - T. 2. - P. 508. - 671 str. - 100 000 primjeraka
2. J.P. Riley i Skirrow G. Kemijska oceanografija V. 1, 1965
3. Metalni silicij u ijolitima masiva Goryachegorsk, Petrologija običnih hondriti
4. Glinka N.L. Opća kemija. - 24. izd. Vlč. - L.: Kemija, 1985. - S. 492. - 702 str.
5. R Smith., Poluvodiči: Per. s engleskog. - M.: Mir, 1982. - 560 str., Ill.
6. Pakhomova T.B., Alexandrova E.A., Simanova S.A. Silicij: Vodič za proučavanje. - SPb.: SPbGTI (TU), 2003. - 24p.
7. Zi S., Fizika poluvodičkih uređaja: U 2 knjige. Knjiga. 1. Per. s engleskog. - M.: Mir, 1984. - 456 str., Ill.
8. Koledov LA Tehnologije i dizajni mikročipova, mikroprocesora i mikrosestava: udžbenik // 2. izd., Vlč. i dodati. - SPb .: Izdavačka kuća "Lan", 2007. (monografija).
9. Samsonov. G.V. Silicidi i njihova primjena u tehnologiji. - Kijev, Izdavačka kuća Akademije znanosti Ukrajinske SSR, 1959. - 204 str. sa sl.
Objavljeno na Allbest.ru
...Slični dokumenti
Građa atoma silicija, njegova osnovna kemijska i fizikalna svojstva. Raspodjela silikata i silicijevog dioksida u prirodi, upotreba kvarcnih kristala u industriji. Metode dobivanja čistog i visoko čistog silicija za poluvodičku tehnologiju.
sažetak, dodano 25.12.2014
Drugi najčešći (nakon kisika) element zemljine kore. Jednostavna tvar i element silicij. Silicijevi spojevi. Primjene silicijevih spojeva. Silicij-organo-silicijski spojevi. Silicijski život.
sažetak dodan 14.08.2007
Po rasprostranjenosti u zemljinoj kori silicij je na drugom mjestu nakon kisika. Metalni silicij i njegovi spojevi pronašli su primjenu u raznim tehnološkim poljima. U obliku aditiva za legiranje u proizvodnji različitih vrsta čelika i obojenih metala.
seminarski rad, dodan 01.04.2009
Silicij je element glavne podskupine četvrte skupine trećeg razdoblja periodičnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev; raspodjela u prirodi. Sorte minerala na bazi silicijevog oksida. Primjene silicijevih spojeva; staklo.
prezentacija dodana 16.05.2011
Kemijska svojstva jednostavnih tvari. Opće informacije o ugljiku i siliciju. Kemijski spojevi ugljika, njegovi derivati \u200b\u200bkoji sadrže kisik i dušik. Karbidi, topljivi i netopivi u vodi i razrijeđenim kiselinama. Kiseonični spojevi silicija.
sažetak, dodan 07.10.2010
Fizička svojstva elemenata glavne podskupine III skupine. Opće karakteristike aluminija, bora. Prirodno anorganski spojevi ugljik. Kemijska svojstva silicija. Interakcija ugljika s metalima, nemetalima i vodom. Svojstva oksida.
prezentacija dodana 09.04.2017
Izravno nitriranje silicija. Procesi taloženja pare. Plazma-kemijsko taloženje i reaktivno raspršivanje. Struktura tankih slojeva silicijevog nitrida. Utjecaj površine podloge na sastav, strukturu i morfologiju nasloženih slojeva silicijevog nitrida.
seminarski rad, dodan 03.12.2014
Legura silicij-nikal, njihova svojstva i industrijska primjena. Termodinamičko modeliranje svojstava čvrstih metalnih otopina. Teorija "pravilnih" rješenja. Termodinamičke funkcije intermetalne tvorbe. Proračun aktivnosti komponenata.
teza, dodana 13.03.2011
Pregled peći za topljenje rude koje se koriste u proizvodnji silicija. Pretvorba kemijskog sastava sirovina i ugljičnih reduktora koji se koriste u proizvodnji silicija u molarnim količinama kemijskih elemenata, uzimajući u obzir faktore opterećenja.
seminarski rad dodan 12.04.2015
Povijest otkrića fosfora. Prirodni spojevi, raspodjela fosfora u prirodi i njegova proizvodnja. Kemijska svojstva, elektronička konfiguracija i prijelaz atoma fosfora u pobuđeno stanje. Interakcija s kisikom, halogenima, sumporom i metalima.
Ministarstvo općeg i strukovnog obrazovanja
Novosibirsk State Technical
sveučilište.
RGR o organskoj kemiji.
"SILIKON"
Fakultet: EM
Skupina: EM-012
Dovršio: Danilov I.V.
Učitelj: Ševnicina LV
Novosibirsk, 2001. (monografija)
Silicij (lat. Silicium), Si, kemijski element IV. Skupine periodike
mendeljejevljevi sustavi; atomski broj 14, atomska masa 28,086. U prirodi
element predstavljaju tri stabilna izotopa: 28Si (92,27%), 29Si
(4,68%) i 30 Si (3,05%).
Silicij u živim organizmima.
Silicij u tijelu je u obliku različitih spojeva koji su uključeni
uglavnom u formiranju tvrdih dijelova kostiju i tkiva. Posebna
puno K. može akumulirati neke morske biljke (na primjer, dijatomeje
alge) i životinje (na primjer, kremene spužve, radiolariji),
tijekom umiranja na dnu oceana, stvarajući snažne naslage silicijevog dioksida. NA
hladnim morima i jezerima dominiraju biogene silte obogaćene K., u
tropska mora - vapneno blato s malim udjelom K. Među kopnom
mnoge biljke K. nakupljaju trave, šaš, palme i preslice. Kod kralježnjaka
najveće količine K. nalaze se u gustom vezivnom tkivu, bubrezima,
gušterača. Dnevna prehrana ljudi sadrži do 1 g K. Kada
čovjek i uzrokuje bolest -silikoza (od lat. silex -
kremen), ljudska bolest uzrokovana dugotrajnim udisanjem prašine,
bolesti. Nalazi se među radnicima rudarstva, porculana,
metalurška, strojogradnja. S. - najviše
nepovoljna bolest iz skupine pneumokonioze; više od
kod ostalih bolesti zabilježeno je spajanje tuberkuloznog procesa
(tzv. silikotuberkuloza) i druge komplikacije.
Povijest i uporaba otkrića.
Povijesna referenca. K. spojevi, rašireni na zemlji, bili su
poznat čovjeku iz kamenog doba. Korištenje kamenog alata za rad
a lov je trajao nekoliko tisućljeća. Korištenje K. spojeva,
vezana uz njihovu obradu - izrada stakla - započeta oko 3000
godine pr e. (u starom Egiptu). Najraniji poznati spoj K. je
siO2 dioksid (silicijev dioksid). U 18. stoljeću. silicijev dioksid smatrao se jednostavnim tijelom i
pripisuje se "zemljama" (što se odražava u njegovom nazivu). Složenost kompozicije
silicijum dioksid ustanovio je I. Ya. Berzelius. Prvi put besplatni silicij
godine dobili su ga francuski znanstvenik J. Gay-Lussac i O. Thénard 1811. godine. NA
1825. švedski mineralog i kemičar Jens Jacob Berzelius primio je amorfnog
silicij. Smeđi amorfni silicij u prahu dobiven je redukcijom
metal kalija plinovitog silicij tetrafluorida:
SiF4 + 4K \u003d Si + 4KF
Kasnije je dobiven kristalni oblik silicija. Rekristalizacijom
silicij iz rastopljenih metala dobiveni su siva krutina, ali
krhki kristali s metalnim sjajem. Ruski nazivi za uklanjanje
silicij je u upotrebu uveo G.I.Hess 1834. godine.
Rasprostranjenost u prirodi.
Nakon kisika, silicij je najzastupljeniji element (27,6%) na zemlji.
To je element koji se nalazi u većini minerala i stijena,
čineći tvrdu ljusku zemljine kore. U zemljinoj kori K. igra isto
primarna uloga ugljika u životinjskom i biljnom svijetu. Za
geokemija K. izuzetno je važna zbog svoje jake veze s kisikom. Najviše
rasprostranjeni silicijevi spojevi - silicijev oksid SiO2 i
derivati \u200b\u200bsilicijeve kiseline zvani silikati. Silicijev (IV) oksid
javlja se kao kvarcni mineral (silicijev dioksid, kremen). U prirodi od ovoga
čitave su se planine nagomilale. Postoje vrlo velike, teške do 40 tona,
kvarcni kristali. Obični pijesak sastoji se od finog kvarca kontaminiranog s
razne nečistoće. Godišnja globalna potrošnja pijeska doseže 300
milijuna tona.
Od silikata, alumosilikati (kaolin
Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O, azbest CaO * 3MgO * 4SiO2, ortoklaz K2O * Al2O3 * 6SiO2, itd.).
Ako uz silicij i aluminijeve okside, mineral sadrži i okside
natrij, kalij ili kalcij, mineral se naziva feldspat (bijeli
tinjac itd.). Feldspats čine oko polovice poznatih
priroda silikata. U stijene granita i gnajsa spadaju kvarc, tinjac,
feldspat.
U floru i faunu silicij je uključen u neznatnim količinama
objašnjava povećanu snagu stabljika ovih biljaka. Ciliate školjke,
tijela spužve, ptičja jaja i pera, životinjska dlaka, dlaka, staklasto tijelo
oči sadrže i silicij.
Analiza lunarnih uzoraka tla dostavljenih brodovima pokazala je
prisutnost silicijevog oksida u količini većoj od 40 posto. Kao dio kamena
meteorita, sadržaj silicija doseže 20 posto.
Atomska struktura i osnovne kemijske i fizikalne. Sveti otok.
K. tvori kristale, tamno sive boje s metalnim sjajem,
kubna rešetka usmjerena na lice dijamantnog tipa s razdobljem a \u003d 5.431E,
s gustoćom od 2,33 g / cm3. Pri vrlo visokim pritiscima novi (
naizgled heksagonalna) modifikacija s gustoćom od 2,55 g / cm3. K. se topi
na 1417 ° C, vrije na 2600 ° C. Specifična toplina (pri 20-100 ° S) 800
j / (kgChK), ili 0,191 cal / (gChrad) toplinska vodljivost čak i za najčišće
uzorci nisu konstantni i nalaze se u rasponu (25 ° C) 84-126 W / (mChK), ili
0,20-0,30 kal / (cmChsecChgrad). Temperaturni koeficijent linearnog širenja
2,33X10-6 K-1; ispod 120K postaje negativan. K. je proziran za
dugovalne infracrvene zrake; indeks loma (za l \u003d 6 mikrona) 3,42;
dielektrična konstanta 11.7. K. dijamagnetski, atomski magnetski
osjetljivost -0,13 × 10-6. Tvrdoća K. Mohs 7,0, Brinell 2,4
Gn / m2 (240 kgf / mm2), modul elastičnosti 109 Gn / m2 (10890 kgf / mm2),
faktor stišljivosti je 0,325X10-6 cm2 / kg. K. krhki materijal; uočljiv
plastična deformacija započinje na temperaturama iznad 800 ° C.
K. je poluvodič koji sve više koristi. Električna
svojstva K. vrlo snažno ovise o nečistoćama. Vlastiti specifični volumen
pretpostavlja se da je električni otpor K. na sobnoj temperaturi
2,3X103 ohmChm (2,3Ch105 ohmChm).
Poluvodič K. s vodljivošću tipa p (aditivi B, Al, In ili Ga) i n-
tip (aditivi P, Bi, As ili Sb) ima znatno nižu otpornost.
Energetski razmak prema električnim mjerenjima je 1,21 eV pri
0 K i smanjuje se na 1.119 eV na 300 K.
U skladu s položajem K. u periodičnom sustavu Mendelejeva 14
elektroni atoma K. raspoređeni su u tri ljuske: u prvoj (iz jezgre) 2
elektron, u drugom 8, u trećem (valencija) 4; konfiguracija elektronički
granate 1s22s22p63s23p2. Uzastopni potencijali ionizacije (eV):
8.149; 16,34; 33,46 i 45,13. Atomski radijus 1,33E, kovalentni radijus
1,17E, ionski polumjeri Si4 + 0,39E, Si4-1,98E.
U spojevima je K. (slično ugljiku) 4-valentni. Međutim, za razliku od
ugljik, K. zajedno s koordinacijom broj 4 pokazuje koordinaciju
broj 6, što se objašnjava velikim volumenom njegovog atoma (primjer takvog
spojevi su fluorosilicij koji sadrži skupinu 2-).
Kemijska veza između atoma i drugih atoma obično se vrši na štetu
hibridne sp3 orbitale, ali također je moguće uključiti dvije od svojih pet
(upražnjene) 3d-orbitale, posebno kada je K. šestokoordinirana.
S malom vrijednosti elektronegativnosti od 1,8 (naspram 2,5 za
ugljik; 3,0 za dušik itd.), K. u spojevima s nemetalima
je električno pozitivan, a ti su spojevi polarne prirode. Velik
energija vezanja s kisikom Si-O, jednaka 464 kJ / mol (111 kcal / mol),
određuje izdržljivost njegove spojevi kisika (SiO2 i silikati).
Energija Si-Si veze je niska, 176 kJ / mol (42 kcal / mol); Za razliku od
ugljika, stvaranje dugih lanaca i dvostruke veze nije karakteristično za K.
između atoma Si. U zraku K. zbog stvaranja zaštitnog oksida
filmovi su stabilni i na povišenim temperaturama. Oksidira u kisiku
počevši od 400 ° C, stvarajući silicijev dioksid SiO2. Također poznat monoksid
SiO, stabilan na visokim temperaturama kao plin; kao rezultat oštrog
hlađenjem može se dobiti čvrsti proizvod koji se lako raspada u
fina smjesa Si i SiO2. K. je otporan na kiseline i otapa se samo u
smjese dušične i fluorovodonične kiseline; lako se otapa u vrućem
lužne otopine s evolucijom vodika. K. reagira s fluorom kada
sobne temperature, s ostatkom halogena - kada se zagrije s
nastajanje spojeva opće formule SiX4 (vidi Silicijevi halogenidi).
Vodik ne reagira izravno s K., a silicijevi dioksidi (silani)
dobiti razgradnju silicida (vidi dolje). Poznate silike iz SiH4
do Si8H18 (po sastavu sličan zasićenim ugljikovodicima). K. oblici 2
skupine silana koji sadrže kisik - siloksani i silokseni. S dušikom K.
reagira na temperaturama iznad 1000 ° C. Od velike praktične važnosti je
si3N4 nitrid, koji ne oksidira u zraku ni na 1200 ° C, otporan na
u odnosu na kiseline (osim dušične) i lužine, kao i na rastaljene
metala i troske, što ga čini vrijednim kemijskim materijalom
industrija, za proizvodnju vatrostalnih materijala, itd. Visoka tvrdoća, i
također toplinsku i kemijsku otpornost razlikuju spojevi K. sa
ugljik (silicijev karbid SiC) i bor (SiB3, SiB6, SiB12). Kada
zagrijavanje K. reagira (u prisutnosti metalnih katalizatora,
na primjer bakar) s klorohlorovim spojevima (na primjer, s CH3Cl) sa
stvaranje organohalosilana [na primjer, Si (CH3) 3CI], koji služe za
sinteza brojnih organosilikonskih spojeva.
Primanje.
Najjednostavnija i najprikladnija laboratorijska metoda za proizvodnju silicija je
redukcija silicijevog oksida SiO2 na visokim temperaturama s metalima -
restauratori. Zbog stabilnosti silicijevog oksida za redukciju
koristite takva aktivna redukcijska sredstva kao magnezij i aluminij:
3SiO2 + 4Al \u003d 3Si + 2Al2O3
Nakon redukcije metalnim aluminijem, kristalno
silicij. Metoda za redukciju metala iz njihovih metalnih oksida
aluminij je otkrio ruski fizikalni kemičar NN Beketov 1865. godine. Kada
redukcija silicijevog oksida s aluminijem, oslobođena toplina nije dovoljna za
proizvodi reakcije topljenja - silicij i aluminijev oksid, koji
topi se na 2050 C. Za snižavanje točke taljenja reakcijskih produkata u
sumpor i suvišak aluminija dodaju se u reakcijsku smjesu. Reakcija nastaje
aluminij-sulfid koji se lako topi:
2Al + 3S \u003d Al2S3
Kapi rastaljenog silicija tonu na dno lonca.
Tehnička čistoća (95-98%) dobiva se u električnom luku
redukcija silicijevog dioksida SiO2 između grafitnih elektroda.
U vezi s razvojem poluvodičke tehnologije, metode za dobivanje
čista i posebno čista K. To zahtijeva preliminarnu sintezu najčišćeg
početni spojevi K., iz kojih se K. ekstrahira redukcijom ili
termalno raspadanje.
Čisti poluvodički silicij dobiva se u dva oblika: polikristalni
(redukcija SiCl4 ili SiHCl3 cinkom ili vodikom, toplinska
razgradnja Sil4 i SiH4) i monokristalni (topljenje zone bez lonca
i "izvlačenjem" jednog kristala iz rastopljene K. - metoda Czochralskog).
Silicijev tetraklorid dobiva se kloriranjem komercijalnog silicija.
Najstarija metoda razgradnje silicijevog tetraklorida je metoda
izvanredni ruski kemičar akademik N.N.Beketov. Ova metoda može biti
predstavljena jednadžbom:
SiCl4 + Zn \u003d Si + 2ZnCl2.
Ovdje pare silicij tetraklorida, kipuće na temperaturi od 57,6 ° C,
u interakciji s parama cinka.
Trenutno se silicijev tetraklorid reducira s vodikom. Reakcija
teče prema jednadžbi:
SiCl4 + 2H2 \u003d Si + 4HCl.
Silicij se dobiva u obliku praha. Također se koristi jodidna metoda
dobivanje silicija, slično prethodno opisanoj jodidnoj metodi dobivanja
čisti titan.
Da bi se dobio čisti silicij, pročišćava se od nečistoća zonskim topljenjem.
slično onome kako se dobiva čisti titan.
Za razne poluvodičke uređaje,
poluvodički materijali dobiveni u obliku monokristala, budući da su u
polikristalnog materijala, javljaju se nekontrolirane promjene
električna svojstva.
Pri rotaciji monokristala koristi se metoda Czochralskog koja se sastoji od
u slijedećem: šipka se spušta u rastaljeni materijal na čijem se kraju
postoji kristal ovog materijala; on služi kao zametak budućnosti
monokristal. Štap se izvlači iz taline pri maloj brzini do 1-2
mm / min. Kao rezultat, postupno se uzgaja jedan kristal željene veličine. Od
izrezuju ga oblatne koje se koriste u poluvodičkim uređajima.
Primjena.
Posebno legirani ugljik široko se koristi kao materijal za proizvodnju
poluvodički uređaji (tranzistori, termistori, ispravljači snage
struje, kontrolirane diode - tiristori; solarne fotonaponske ćelije korištene u
svemirski brodovi itd.). Budući da je K. prozirna za zrake duljine
valovi od 1 do 9 mikrona, koristi se u infracrvenoj optici (vidi također Kvarc).
K. ima razna i stalno se širi područja primjene. NA
metalurgija K. koristi se za uklanjanje otopljenih u rastopljenom
metali kisika (deoksidacija). K. je sastavni dio velike
broj legura željeza i obojenih metala. Obično K. daje legure
povećana otpornost na koroziju, poboljšava njihova svojstva lijevanja i
povećava mehaničku čvrstoću; no s većim sadržajem toga K. može
uzrokuju krhkost. Najvažniji su željezo, bakar i aluminij
organosilikonski spojevi i silicidi. Silika i mnogi silikati
(gline, glinenci, sljuda, talk, itd.) obrađuju se staklom,
cementna, keramička, elektro i druga industrija.
Silikoniziranje, površinsko ili volumetrijsko zasićenje materijala silicijem.
Proizvodi se preradom materijala u silicijskoj pari koja nastaje pri visokoj temperaturi
temperatura iznad silikonskog zasipa ili u plinskom okruženju koje sadrži
klorosilani reducirani vodikom (na primjer, reakcijom SiCl4 + 2H2
Si + 4HC1). Uglavnom se koristi kao sredstvo za zaštitu vatrostalnih materijala
metali (W, Mo, Ta, Ti, itd.) od oksidacije. Otpornost na oksidaciju
zbog stvaranja na S. guste difuzije
Silicidne prevlake "samoizlječive" (WSi2, MoSi2 itd.). Širok
koristi se silikonizirani grafit.
Veze.
Silicidi.
Silicidi (od lat. Silicium - silicij), kemijski spojevi silicija s
metali i neki nemetali. C. po vrsti kemijske veze može biti
podijeljene u tri glavne skupine: ionsko-kovalentne, kovalentne i
poput metala. Jonsko-kovalentne S. tvore alkalne (s izuzetkom
natrij i kalij) i zemnoalkalijski metali, kao i metali podskupina
bakar i cink; kovalentni - bor, ugljik, dušik, kisik, fosfor,
sumpor, nazivaju se i boridi, karbidi, silicijevi nitridi) itd .;
poput metala - prijelazni metali.
Dobiveno stapanjem ili sinterovanjem praškaste smjese Si i
odgovarajući metal: zagrijavanjem metalnih oksida sa Si, SiC, SiO2 i
prirodni ili sintetički silikati (ponekad pomiješani s ugljikom);
interakcija metala sa smjesom SiCl4 i H2; elektroliza talina,
koji se sastoji od K2SiF6 i oksida odgovarajućeg metala. Kovalentni i
metal poput S. vatrostalni, otporni na oksidaciju, djelovanje minerala
kiseline i razni agresivni plinovi. S. se koriste kao dio otpornih na toplinu
metal-keramički kompozitni materijali za zrakoplovstvo i projektile
tehnologija. MoSi2 se koristi za proizvodnju otpornih grijača peći,
radeći u zraku na temperaturama do 1600 ° S. FeSi2, Fe3Si2, Fe2Si
dio su ferosilicija koji se koristi za deoksidaciju i legiranje
čelici. Silicijev karbid je jedan od poluvodičkih materijala.
Silikonizirani grafit
Silikonizirani grafit, silicij zasićeni grafit. Proizvedeno preradom
porozni grafit u silikonskom zasipu na 1800-2200 ° C (dok pare
silicij se taloži u porama). Sastavljen od grafitne baze, silicijevog karbida
i slobodni silicij. Kombinira otpornost grafita na visoke temperature
i čvrstoća na povišenim temperaturama s gustoćom, nepropusnošću za plin,
visoka otpornost na oksidaciju pri temperaturama do 1750 ° C i eroziju
upornost. Koristi se za oblaganje visokotemperaturnih peći, u
uređaji za lijevanje metala, u grijaće elemente, za
proizvodnja dijelova za zrakoplovnu i svemirsku tehnologiju, rad u
visoke temperature i uvjeti erozije
Silal (od latinskog Silicium - silicij i engleska legura - legura), otporno na toplinu lijevano željezo
s visokim udjelom silicija (5-6%). U SSSR-u se proizvode dvije sorte
S. - s lamelarnim i nodularnim grafitom. Od S., relativno
jeftini lijevani dijelovi koji rade na visokim temperaturama (800-900
° C), na primjer vrata peći, rešetke, dijelovi parnih kotlova.
Silumin (od lat. Silicium - silicij i Aluminij - aluminij), zajedničko ime
skupina odljevaka na osnovi aluminija koji sadrže silicij (4-13%, u mm)
neke marke i do 23%). Ovisno o željenoj kombinaciji
tehnološka i operativna svojstva C. legiraju se s Cu, Mn, Mg, ponekad
Zn, Ti, Be i drugi metali. C. imaju visoko lijevanje i dovoljno
visoka mehanička svojstva, inferiorna, međutim, u mehaničkim
svojstva odljevaka na osnovi sustava Al - Cu. U meritumu S.
njihova povećana otpornost na koroziju na mokrim i morskim površinama
atmosfere. S. se koriste u proizvodnji dijelova složene konfiguracije,
uglavnom u konstrukciji automobila i zrakoplova. U SSSR-u se proizvodi S. razreda AL2,
AL4, AL9 itd.
Silikomangan
Sirokomanganova ferolega čija su glavna komponenta silicij i mangan;
se topi u rudno-termičkim pećima postupkom redukcije ugljika. IZ.
s 10-26% Si (ostatak je Mn, Fe i nečistoće), dobiveno iz rude mangana,
manganska troska i kvarcit, koji se koriste u proizvodnji čelika kao
deoksidizator i aditiv za legiranje, kao i za topljenje feromangana sa
smanjeni sadržaj ugljika silikotermalnim postupkom. C. sa 28-30% Si
(sirovina za koju je posebno dobiven visoko-mangan
nisko-fosforna troska) koristi se u proizvodnji metalnog mangana.
Silikokrom
Silikokrom, ferosilikohrom, ferolegura, čiji su glavni sastojci
silicij i krom; topljena u rudno-termičkoj peći s redukcijom ugljika
postupak kvarcita i granuliranog konverzijskog ferokroma ili
kromova ruda. C. s 10-46% Si (ostalo je Cr, Fe i nečistoće)
taljenja niskolegiranog čelika, kao i za dobivanje ferokroma sa
smanjeni sadržaj ugljika silikotermalnim postupkom. C. sa 43-55% Si
koristi se u proizvodnji ferokroma bez ugljika i u topljenju
od nehrđajućeg čelika.
Silkrom
Silkrom (od lat. Silicium - silicij i Chromium - krom), zajedničko ime
skupine otpornih na toplinu i otpornih na toplinu čelika legiranih Cr (5-14%) i Si
(1-3%). Ovisno o potrebnoj razini operativnih svojstava, C.
dodatno legiran s Mo (do 0,9%) ili Al (do 1,8%). C. otporan na
oksidacija u zraku i u medijima koji sadrže sumpor do 850-950 ° S; primijeniti
uglavnom za proizvodnju ventila za motore s unutarnjim izgaranjem,
kao i detalji kotlovnica, rešetki itd.
mehanička opterećenja, dijelovi od S. rade pouzdano dugo
pojam na temperaturama do 600-800 ° C. U SSSR-u S. razreda 4H9S2,
4X10C2M itd.
Silikonski halogenidi
Silikonski halogenidi, silicijevi spojevi s halogenima. Poznati K. g.
sljedećih vrsta (X-halogen): SiX4, SiHnX4-n (halogenosilani), SinX2n + 2 i
miješani halogenidi poput SiClBr3. U normalnim uvjetima, SiF4 je plin,
SiCl4 i SiBr4 - tekućine (tm - 68,8 i 5 ° C), SiI4 - krute tvari
124 ° C). Spojevi SiX4 lako se hidroliziraju: SiX4 + 2H2O \u003d SiO2 + 4HX;
dim u zraku zbog stvaranja vrlo malih čestica SiO2;
silicijev tetrafluorid različito reagira: 3SiF4 + 2H2O \u003d SiO2 + 2H2SiF6. Klorosilani
(SiHnX4-n), na primjer SiHCl3 (dobiven djelovanjem plinovite HCl na Si),
pod djelovanjem vode stvaraju polimerne spojeve s jakim siloksanom
lanac Si-O-Si. Vrlo reaktivni, klorosilani
služe kao početni materijali za proizvodnju organo silicijskih spojeva.
Spojevi tipa SinX2n + 2 koji sadrže lance atoma Si, na X - kloru, daju
niz, uključujući Si6Cl14 (tnl 320 ° C); ostatak halogena tvori samo Si2X6.
Dobiveni su spojevi tipova (SiX2) n i (SiX) n. Molekule SiX2 i SiX
postoje na visokim temperaturama u obliku plina i uz oštro hlađenje
(tekući dušik) tvore čvrste polimerne tvari, netopive u
uobičajena organska otapala.
Silicij tetraklorid SiCl4 koristi se u proizvodnji ulja za podmazivanje,
električna izolacija, tekućine za prijenos topline, vodoodbojne tekućine itd.
Silicijev karbid.
Silicijev karbid, karborundum, SiC, silicij-ugljikov spoj; jedan od
najvažniji karbidi koji se koriste u tehnologiji. U svom čistom obliku, K. to. Je bezbojan
kristal s dijamantnim sjajem; tehnički proizvod zelene ili plavo-crne boje
boje. Postoji u dvije glavne kristalne modifikacije -
heksagonalni (a-SiC) i kubični (b-SiC), s tim što je heksagonalno biće
"Divovska molekula" izgrađena na principu svojevrsne strukturne
usmjerena polimerizacija jednostavnih molekula. Slojevi atoma ugljika i
silicij u a-SiC smještaju se međusobno na različite načine, tvoreći mnoge
strukturni tipovi. Prijelaz iz b-SiC u a-SiC događa se na temperaturi
2100-2300 ° C (obrnuti prijelaz se obično ne opaža). K. k. Vatrostalni
(topi se raspadanjem na 2830 ° C), ima izuzetno visoku tvrdoću
(mikrotvrdoća 33400 Mn / m2 ili 3,34 tf / mm2), na drugom mjestu nakon dijamanta i bora
karbid B4C; krhka; gustoća 3,2 g / cm3. K. to. Je li stabilan u raznim
kemijsko okruženje, uključujući i visoke temperature.
Dobiva se u električnim pećima na 2000-2200 ° C iz smjese kvarcnog pijeska
(51-55%), koksa (35-40%) s dodatkom NaCl (I-5%) i piljevine (5-10%).
Zbog visoke tvrdoće, kemijske otpornosti i otpornosti na habanje, K.
jer se široko koristi kao abrazivni materijal (pri brušenju), za rezanje
tvrdih materijala, vrhova alata, kao i za izradu raznih
dijelovi kemijske i metalurške opreme koji djeluju u kompleksu
uvjeti visoke temperature. K. do., Legiran raznim nečistoćama,
koristi se u poluvodičkoj tehnologiji, posebno s povećanim
temperaturama. Zanimljivo je koristiti K. do. U elektrotehnici - za
proizvodnja grijača za visokotemperaturne peći s električnim otporom
(silitne šipke), gromobrani za električne dalekovode
strujni, nelinearni otpori, kao dio električnih izolacijskih uređaja itd.
Silicij dioksid
SILIKON DIOKSID (silicijev dioksid), SiO2, kristali. Najčešće
mineral - kvarc; obični pijesak je također silicijev dioksid. Korišteno u
proizvodnja stakla, porculana, zemljanog posuđa, betona, opeke, keramike, as
gumeno punilo, adsorbent u kromatografiji, elektronika, akustična optika
i drugi minerali silicijevog dioksida, brojne mineralne vrste, koje su
polimorfne modifikacije silicijevog dioksida; stabilna pod izvjesnim
temperaturni intervali ovisno o tlaku.
| Ime | | Sustav | Tlak, | Tempera- | Gustoća |
| Mineralni | | | am * | | Če, |
| | | | | okrugla, ° S | kg / m "|
| b-kristobali | | kubni | 1 | 1728-147 | 2190 |
| t | | | | 0 | |
| b-tridimit | | Šesterokutni | 1 | 1470-870 | 2220 |
| | | naya | | | |
| a-kvarc | | šesterokutni | 1 | 870-573 | 2530 |
| | | naya | | | |
| b-kvarc | | trigonal | 1 | ispod 573 | 2650 |
| b1-tridimit | | šesterokutna | 1 | 163-117 | približno |
| | | naya | | | 2260 |
| a-tridimit | metastabilan | rombičan | 1 | ispod 117 | približno |
| | th | | | | 2260 |
| a-kristobali | | Tetragonalni | 1 | ispod 200 | 2320 |
| t | | naya | | | |
| Coesite | Metastabilni | monoklinika | 35 tisuća | 1700-500 | 2930 |
| | e na niskom | | | | |
| | temp- | | | | |
| | raturah i | | | | |
| | pritisci | | | | |
| Stishovit | | tetragonal | 100-180 | 1400-600 | 4350 |
| | | naya | tisuću | | |
| Kitit | | tetragonal | 350-1260 | 585-380 | 2500 |
| | | naya | | | |
* 1 sati ujutro \u003d 1 kgf / cm2 @ 0,1 Mn / m2.
Osnova kristalne strukture kristalnog materijala je trodimenzionalni okvir,
građena od tetraedra koji se spajaju kroz zajednički kisik (5104).
Međutim, simetrija njihova rasporeda, gustoće pakiranja i međusobna povezanost
orijentacije su različite, što se odražava u simetriji kristala pojedinca
minerali i njihovi fizička svojstva... Iznimka je stishovite,
čija se struktura temelji na oktaedrima (SiO6), koji čine strukturu,
slično rutilu. Svi kvarcni m. (Osim nekih vrsta kvarca)
obično bezbojna. Tvrdoća na mineraloškoj ljestvici je različita: od 5,5 (a-
tridimit) do 8-8,5 (stišovit).
K. m. Obično se nalaze u obliku vrlo malih zrnaca, kriptokristalnih
vlaknasti (a-kristobalit, tzv. lussatit), a ponekad i sferoidni
formacije. Rjeđe - u obliku kristala tabličnog ili lamelarnog
oblika (tridimit), oktaedralni, dipiramidalni (a- i b-kristobalit),
tanke igle (koesit, stišovit). Većina kvarca m. (Osim kvarca) je vrlo
rijetke i nestabilne u površinskim zonama zemljine kore.
Modifikacije na visokoj temperaturi SiO2 - b-tridimit, b-kristobalit -
nastaju u malim prazninama mladih efuzivnih stijena (daciti, bazalti,
lipariti itd.). Niskotemperaturni a-kristobalit, zajedno s a-tridimitom,
jedan je od sastavnih dijelova agata, kalcedona, opala; deponiran
iz vrućih vodenih otopina, ponekad i iz koloidnog SiO2. Stishovite i Coesite
pronađena u pješčenjacima meteorskog kratera Đavoljeg kanjona u Arizoni (SAD),
gdje su nastali uslijed kvarca pri trenutnom ultravisokom tlaku i
kad temperatura poraste tijekom pada meteorita. U prirodi također
javljaju se: kvarcno staklo (tzv. leschatelite), nastalo u
kao rezultat topljenja kvarcnog pijeska od udara groma i melanoflogita - u
u obliku malih kubičnih kristala i kora (pseudomorfi koji se sastoje od
opal i kalcedonski kvarc), uzgajan na prirodnom sumporu u
naslage Sicilije (Italija). Kitite nije pronađen u prirodi.
Kvarc (njemački Quarz), mineral; pod imenom K., dvije kristalne
modifikacije silicijevog dioksida SiO2: heksagonalna K. (ili a-K.), stabilna
pri tlaku od 1 atm (ili 100 kn / m2) u temperaturnom rasponu 870-573 ° C, i
trigonalna (b-K.), stabilna na temperaturama ispod 573 ° C. b-K. najviše
je široko pronađena u prirodi. Kristalizira u trigonalnoj klasi
trapezoedar trigonalnog sustava. Kristalna struktura tipa okvira
građena od silicij-kisikovih tetraedra raspoređenih zavojito (sa
desni ili lijevi hod vijka) s obzirom na glavnu os kristala. NA
ovisno o tome, desna i lijeva strukturna i morfološka
kristalni oblici koji se izvana razlikuju u simetriji rasporeda nekih
lica (na primjer, trapezoedar, itd.). Nedostatak aviona i središta
simetrija u kristalima K. određuje prisutnost piezoelektrične i
piroelektrična svojstva.
Najčešće kristali K. imaju izduženo-prizmatični izgled sa
pretežni razvoj lica šesterokutne prizme i dva romboedra
(kristalna glava). Rjeđe kristali imaju oblik pseudoheksagonala
bipiramida. Vanjski pravilni kristali K. obično su složeni blizanci,
tvoreći najčešće pobratimljena područja na tzv. Brazilski odn
dauphinea zakoni. Potonji nastaju ne samo tijekom rasta kristala,
ali i kao rezultat unutarnjeg strukturnog preslagivanja pri toplinskom a - b
prijelazi popraćeni kompresijom, kao i mehaničke deformacije.
Boja kristala, zrna i agregata vrlo je raznolika: najčešća
bezbojna, mliječno bijela ili siva K. Prozirna ili prozirna
lijepo obojeni kristali, posebno nazvani: bezbojni, prozirni -
vještački dijamant; ljubičasta - ametist; zadimljeni - rauchtopaz; crno
Morion; zlatnožuta - citrin. Obično su zaslužne različite boje
strukturni nedostaci pri zamjeni Si4 + s Fe3 + ili Al3 + uz istovremeno
ulazeći u rešetku Na1 +, Li1 + ili (OH) 1-. Također teško upoznati
obojeni kristali zbog mikroinkluzija stranih minerala: zelena mokraća
Uključeni mikrokristali aktinolita ili klorita; zlatno svjetlucanje
aventurin - inkluzije tinjca ili hematita itd. Kriptokristalni
sorte K. - ahat i kalcedon - sastoje se od najfinijih vlaknastih
formacije. Optički jednoosno, pozitivno. Indeksi loma
(za danje svjetlo l \u003d 589,3): ne \u003d 1,553; ne \u003d \u003d 1,544. Prozirno za
ultraljubičaste i djelomično infracrvene zrake. Prilikom prenošenja svjetlosti
ravninski polarizirana zraka u smjeru optičke osi, ljevoruki kristali K.
zakrenite ravninu polarizacije ulijevo, a udesno - udesno. U vidljivom dijelu
spektra, vrijednost kuta rotacije (po 1 mm debljine K.
32,7 (za l 486 nm) do 13,9 ° (728 nm). Dielektrična vrijednost
propusnost (eij), piezoelektrični modul (djj) i elastičnost
koeficijenti (Sij) su sljedeći (na sobnoj temperaturi): 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. Linearni koeficijenti
proširenja su: okomita na os 3. reda 13,4 * 10-6 i
paralelno s osom 8 * 10-6. Toplina transformacije b - a K. iznosi 2,5 kcal / mol
(10,45 kJ / mol). Mineraloška tvrdoća 7; gustoća 2650
kg / m3. Topi se na temperaturi od 1710 ° C i stvrdnjava se hlađenjem u tzv.
kvarcno staklo. Fused K. je dobar izolator; otpor kocke sa
rub od 1 cm na 18 ° C je 5 * 1018 ohm / cm, koeficijent linearnog širenja
0,57 * 10-6 cm / ° C. Razvijena je ekonomski isplativa tehnologija uzgoja
sintetski monokristali, koji se dobivaju iz vodenih otopina SiO2
pri povišenim tlakovima i temperaturama (hidrotermalna sinteza). Kristali
sintetički K. imaju stabilna piezoelektrična svojstva,
otpornost na zračenje, visoka optička ujednačenost i druge vrijedne
tehnička svojstva.
Prirodni K. je vrlo raširen mineral koji je neophodan
sastavni je dio mnogih stijena, kao i naslaga korisnih
fosili najrazličitije geneze. Najvažnije za
industrijski kvarcni materijali - kvarcni pijesak, kvarciti i
kristalni monokristalni K. Posljednji je rijedak i vrlo
visoko cijenjenih. U SSSR-u su glavna ležišta kristala K. na Uralu, u
Ukrajinska SSR (Volin), na Pamiru, u slivu rijeke. Aldan; u inozemstvu - depoziti u
Brazil i Madagaskarska Republika. Kvarcni pijesak važna je sirovina za
industrija keramike i stakla. Monokristali K. nalaz
primjena u radiotehnici (piezoelektrični stabilizatori frekvencije,
filtri, rezonatori, piezoelektrične ploče u ultrazvučnim instalacijama, itd.); na
optički instrumenti (prizme za spektrografe, monokromatore, leće
za ultraljubičastu optiku itd.). Spojeni K. koristi se za
izrada posebnog kemijskog staklenog posuđa. K. se koristi i za
dobivanje kemijski čistog silicija. Prozirna, lijepo obojena
sorte K. su poludrago kamenje i široko se koriste u
posao s nakitom.
Kvarcno staklo, jednokomponentno silikatno staklo dobiveno topljenjem
prirodne sorte silicijevog dioksida - kameni kristal, žilasti kvarc i
kvarcni pijesak, kao i sintetički silicijev dioksid. Razlikovati dvije
vrsta industrijskih K.: prozirni (optički i tehnički) i
neproziran. Neprozirnost na. Daje veliku količinu
mali mjehurići plina raspoređeni u njemu (promjera 0,03 do 0,3
μm), raspršujući svjetlost. Optičko prozirno kristalno staklo, dobiveno topljenjem
kameni kristal, potpuno homogen, ne sadrži vidljivi plin
mjehurići; ima najniži pokazatelj među silikatnim naočalama
loma (nD \u003d 1,4584) i najveće propusnosti svjetlosti, posebno za
ultraljubičaste zrake. Za K. sa. karakterizira visoka toplinska i
kemijska otpornost; temperatura omekšavanja K. stranica. 1400 ° C. K. s. dobro
dielektrična, specifična električna vodljivost pri 20 ° S-10-14 - 10-16 ohm-
1m-1, tangenta dielektričnog gubitka pri 20 ° C i frekvenciji
106 Hz - 0,0025-0,0006. K. s. koristi se za proizvodnju laboratorija
posuđe, lončići, optički instrumenti, izolatori (posebno za visoke
temperature), proizvodi otporni na temperaturne oscilacije.
Silani (od lat. Silicium - silicij), silicijevi spojevi s ukupnim vodikom
formule SinH2n + 2. Dobiveni su silani do oktasilana Si8H18. Kada
sobne temperature, prva dva K. - monosilan SiH4 i disilan Si2H6 -
plinovite, ostalo su hlapljive tekućine. Svi K. imaju neugodan miris,
otrovna. K. je mnogo manje stabilan od alkana u zraku
samozapaljenje, na primjer 2Si2H6 + 7O2 \u003d 4SiO2 + 6H2O. Voda se raspada:
Si3H8 + 6H2O \u003d 3SiO2 + 10H2. U prirodi K. nisu pronađeni. U laboratoriju djelovanjem
razrijeđenih kiselina u magnezijev silicid, dobiva se smjesa raznih K., njegova
snažno ohlađen i odvojen (frakcijskom destilacijom u potpunom odsustvu
zrak).
Silicijeva kiselina
Silicijeve kiseline, derivati \u200b\u200bsilicijevog anhidrida SiO2; vrlo slaba
kiseline, slabo topive u vodi. U svom čistom obliku,
metasilicic acid H2SiO3 (točnije, njegov polimerni oblik H8Si4O12) i
H2Si2O5. Amorfni silicijev dioksid (amorfni silicijev dioksid) u vodenoj otopini
(topljivost oko 100 mg u 1 litri) pretežno tvori ortosilikon
kiselina H4SiO4. U prezasićenim otopinama K. do. Dobiveno na različite načine.
promjena stvaranjem koloidnih čestica (molarna masa do 1500), do
čije su površine OH skupine. Obrazovan tako dalje. sol u
ovisno o pH, pH može biti stabilan (pH oko 2)
ili se može agregirati u gel (pH 5-6). Održivo
visoko koncentrirani talasi K. do., koji sadrže posebne tvari -
stabilizatori, koji se koriste u proizvodnji papira, u tekstilu
industrija, za pročišćavanje vode. Fluorosilicna kiselina, H2SiF6,
jaka anorganska kiselina. Postoji samo u vodenoj otopini; na
slobodni oblik raspada se na silicijev tetrafluorid SiF4 i vodikov fluorid
VF. Koristi se kao jako dezinficijens, ali uglavnom -
za dobivanje soli K. do. - silikofluorida.
Silikati
SILIKATI, soli silicijeve kiseline. Najrasprostranjeniji u zemljinoj kori
(80 mas.%); poznato je više od 500 minerala, među kojima su i dragocjeni
kamenje poput smaragda, berila, akvamarina. Silikati su osnova cementa,
keramika, cakline, silikatno staklo; sirovine u proizvodnji mnogih metala,
ljepila, boje itd .; materijali za radioelektroniku itd. Silicijevi fluoridi,
fluorosilikati, soli hidrofluorosilicne kiseline H2SiF6. Kad se zagrije
razgraditi, na primjer CaSiF6 \u003d CaF2 + SiF4. Soli Na, K, Rb, Cs i Ba tvrde
topljivi u vodi i tvore karakteristične kristale koji se koriste u
kvantitativna i mikrokemijska analiza. Najpraktičnije
ima natrijev silikofluorid Na2SiF6 (posebno u proizvodnji
kiseline otporni cementi, cakline itd.). Značajan udio Na2SiF6
obrađeno u NaF. Nabavite Na2SiF6 iz otpada koji sadrži SiF4
biljke superfosfata. Silicijevi fluoridi Mg, Zn i Al lako su topljivi u vodi
(tehnički naziv fluates) koriste se za hidroizolaciju
građevinski kamen. Svi K. (kao i H2SiF6) su otrovni.
Prijave.
Slika 1 Desni i lijevi kvarc.
Slika 2 Minerali silicijevog dioksida.
Slika 3 Kvarc (struktura)