Szilícium leírás. Szilícium és vegyületei. Szilikát ipar

Szilícium és vegyületei. Szilikát ipar

Szilícium - IVA  csoportokmint a szén. Ezért a külső energia szinten négy elektronja van. Ez a négy elektron, amit adhat és nyilváníthat a tulajdonságok csökkentése, míg az oxidációs fok egyenlő lesz +4 és négy elektronot csatolhat és megnyilvánulhat oxidációs tulajdonságokmíg az oxidáció mértéke -4 .

A természetben  a szilícium az oxigén után a második kémiai elem. A természetben csak vegyületekként találhatók. A leggyakoribb szilíciumvegyületek a szilícium-oxid (IV) - SiO 2 - kovasav. A természetben ásványi anyagot képez kvarc. Fajta kristály, ametiszt, agát, topáz, opál, jáspis, chalcedon, carnelian, amelyeket díszes és féldrágakövekként használnak.

Természetes szilikátok - komplex anyagok. Összetételük több oxidot ábrázol. Az alumíniumot tartalmazó szilikátokat hívják aluminosziiikáto-. Ez az kaolinit, földpát, csillám.

azbeszt  Szilikát, és tűzálló anyagok gyártására is használják.

A szilícium-oxidon (IV) alapuló ásványi anyagokból a primitív emberek eszközöket készítettek. A szilícium megkezdődött kő koravagyis a korlátos szerszámok századát a rendelkezésre állása és az éles vágóélek kialakításának képessége miatt.

A (IV) szilícium-oxid erőt ad a növényi száraknak és az állati védőburkolatoknak.

Ennek köszönhetően az oxid, a nád, a nád, a horsetails szilárdan állnak, és az üledék levágott, a gabonafélék szárai nem esnek az esőből és a szélből, és a halmérlegek, rovarhéjak, pillangószárnyak, madarak tollai és állati szőr erősek.

A szilícium a diatóma algák és a radiolárok alkotóeleme.

Szilíciumipar kap  a szilícium-oxid (IV) koksz visszanyerése elektromos kemencékben.

Megkapják a laborban  a szilícium-oxid (IV) csökkentése alumíniummal vagy magnéziummal.

Szilícium létezik az űrlapban két allotróp módosítás: amorf és kristályos.

Amorf szilícium  barna por.

Kristály szilícium - szilárd, szürke, fémes csillogással. Ez törékeny és tűzálló. Ez a kristályok szerkezetének köszönhető. A szilícium szerkezete hasonlít a gyémánt szerkezetéhez, azaz ebben a kristályban minden atomot négy másik atom vesz körül, és ezekhez kapcsolódik. kovalens kötések.

szilícium egy félvezető. A hőmérséklet emelkedésével az elektromos vezetőképesség nő. Például napelemeket telepítenek műholdakra, űrhajókra, állomásokra és háztetőkre. Ezek az elemek a napenergiát villamos energiává alakítják át a félvezető kristályok, például a szilícium miatt.

Szobahőmérsékleten a szilícium közömbös., de melegítéskor fémekkel és nemfémekkel reagál.

szilícium éget oxigénben  a (IV) szilícium-oxid képződésével.

Ebben a reakcióban a szilícium növeli oxidációs állapotát 0-ról +4-re, és az oxigén 0-ról -2-re csökken. Ezért a szilícium redukálószerként és oxigénként oxidálószerként hat.

A szilícium redukáló tulajdonságait a kohászatban használják bizonyos fémeket kapunkaz oxidjukból.

Melegítés közben a szilícium a fémekkel reagál, a nevezett vegyületek képződésével szilicidek. Például magnézium-szilicid keletkezik magnézium és szilícium reakciójában. Ebben a reakcióban a magnézium oxidációs állapotát 0-ról +2-re növeli, és a szilícium 0-ról -4-re csökken. Ezért a magnézium redukálószer, és a szilícium oxidálószer.

A szilicidek könnyen bomlanak vízzel vagy savakkal.ez gázt termel szilán  - a szilícium hidrogénvegyülete. Tehát, ha magnézium-szilicid kölcsönhatásba lép a sósavval, magnézium-klorid és szilángáz képződik.

A szilán a levegőben öngyullad, és a szilícium-oxid (IV) és a víz képződésével ég.

A szilícium kölcsönhatásba lép a koncentrált lúgos oldatokkal.. Például a szilícium és a koncentrált nátrium-hidroxid-oldat kölcsönhatása nátrium-szilikátot és hidrogént eredményez.

Szilícium nyerhető  a szilícium-dioxidot (IV) magnéziummal vagy szénnel melegítjük.

A magnézium-reakcióban a magnézium a szilícium-oxidot (IV) csökkenti, és a szilícium-oxid (IV) szénnel való reakciójában a szén visszanyeri a szilíciumot az oxidjából.

Szilícium-oxid (IV), kovasav  - A SiO 2 szilárd, nagyon tűzálló anyag, vízben oldhatatlan. Ez az oxid van atomi kristályrács, ahol a csomópontokban szilícium és oxigénatomok vannak.

A (IV) szilícium-oxid savas oxidezért ezeknek az oxidoknak az összes jellemzője. Ez az oxid azonban nem oldódik vízben, de az alkáli oldatokkal reagál. Ily módon nátrium-szilikátot és vizet képezünk a (IV) általános képletű szilícium-oxid reakciójában nátrium-hidroxiddal.

Szilícium-oxid (IV) hevítés közben reakcióba lép a bázisos oxidokkal. Így a kalcium-oxiddal való reakcióban kalcium-szilikát képződik.

Szilícium-oxid (IV) karbonátokkal melegítve kölcsönhatásba lépígy a nátrium-karbonátos reakcióban nátrium-szilikát és szén-dioxid képződik.

A nátrium- és kálium-szilikátokat oldható üvegnek nevezik. Ezek vizes oldatai szilikát ragasztó.

A (IV) szilícium-oxid reagál a hidrogén-fluoriddal és a hidrogén-fluoriddal gázalakú szilícium-fluorid képződéséhez.

Ezt a tulajdonságot üveg feliratok, rajzok és címkék rézkarcolására használják.

A szilíciumsav összetétele  kifejezhető H 2 SiO 3-ban. A szilíciumsav zselatin, vízben oldhatatlan anyag. Ő utal nagyon gyenge savak  (még a szénnél is gyengébb). Szárítás után az oldat szilíciumsav formákat tartalmaz szilikagél, amelyet adszorbensként használunk.

Szilíciumsav - laza kapcsolat  és tárolva vagy melegítve bomlik szilícium-dioxidra (IV) és vízre.

Minőségi reakció a szilikátionra  a szilikátok erős savakkal alkotott oldatával való reakciója, amely szilícium-savat képez zselatinos csapadék formájában. Például nátrium-szilikát és sósav reakciójával só képződik - nátrium-klorid és szilíciumsav zselés csapadék formájában.

Készítsünk egy kísérletet. Ehhez hagyja ki a szén-dioxidot nátrium-szilikát oldatán keresztül. Ebben az esetben megfigyelhetjük a zselatikus üledék képződését. Ez szilícium-savat képez. Így a szilíciumsav nagyon gyenge, még gyengébb is, mint a szénsav, amely kiszoríthatja azt a sóoldatból.

És most ez a zselatin üledékhez koncentrált alkáli oldatot adunk, és a lángon melegítünk egy szellemlámpát. A csapadék kezd oldódni egy oldható só, nátrium-szilikát képződése miatt.

A szilíciumot használják  félvezető anyagokhoz és saválló anyagokhoz. Ilyen szilíciumvegyület szilícium-karbid  - SiC - a fémvágó szerszámgépek metszéspontjainak csiszolására és drágakövek polírozására használják, mert keménységben csak gyémántnál van.

A kvarc kémiai üvegáru kvarcból készül, amely ellenáll a magas hőmérsékletnek és a hirtelen hőmérsékletváltozásoknak.

Vízben oldódó nátrium- és kálium-szilikátok (" oldható üveg") Tűzálló anyagként használják fa és szövet impregnálására. A tűzálló és szigetelő textíliák gyártásához természetes szilikátokat - azbesztet is használnak.

A szilikátiparban a termelés részét képezi:

· Üveg;

· Kerámiatermékek (porcelán, kerámia fajansz), tégla, csempe és tetőfedő anyagok;

· Cement.

A szilíciumvegyületek az üveg és cement előállításának alapját képezik. Például a szokásos ablaküveget a szóda, a mészkő és a homok keverékének olvasztásával állítják elő. Az üveg képes megolvadni és olvadt állapotban más formát ölteni, így ételek előállítására használják.

Az üveg bizonyos tulajdonságai adalékanyagokat adnak. Ha például a nátrium-oxidot kálium-oxiddal cseréli, szilárd anyagot kaphat bohém üvególom (II) -oxid hozzáadásával állítható elő kristályüvegkróm (III) -oxid hozzáadásával állítható elő zöld üveg, kobalt-oxid hozzáadásával -   kékés mangán (II) -oxidot - lila. Add hozzá az arany és a szelén sóit rubinüvegebből a csillagok készülnek Moszkva Kreml.

Az üveg mechanikai tulajdonságainak javítása érdekében keményedés. A kioltás az, hogy egy speciális készítmény üvegét körülbelül 600 ° C hőmérsékletre melegítjük, majd gyorsan lehűtjük. Az ilyen keményítés lehetővé teszi, hogy golyóálló üvegt kapjon.

Az üveg már régóta ismert, három-négyezer évvel ezelőtt, az üveggyártás volt Egyiptom, Szíria, Phoenicia, Fekete-tenger.

Az üveg csodálatos anyag. az Ősi róma  A mesterek megtanulták, hogyan kapjanak színes üvegeket, és mozaikokat készítsenek a darabjukból. Ólomüveg ablakok templomokból, múzeumokból, különböző mozaikpanelekből készülnek.

Üveg alkalmazások  kiterjedt: ablak, üveg, lámpa, tükör és optikai.

A kerámiatermékek gyártásának fő nyersanyaga az agyag. Amikor agyagot vízzel összekeverjük, pépes masszát képez, amely szárítás és égetés után képes megtartani alakját. Néhány kerámia borító zománc  - vékony réteg üveges anyag. A máz a kerámiát vízállóvá teszi, védi a szennyeződéstől, véd a savak és lúgok hatásától, ragyog.

Fontos szilíciumvegyület cement. Agyag és mészkő szinterelésével nyerhető. Ha keveredik a cementpor vízzel, az úgynevezett cementhabarcs, Ez aztán fokozatosan megkeményedik. Ha hozzáadod a cement homokhoz vagy kavicshoz, akkor kapsz beton. A beton erőssége növelhető, ha belép a vas keretbe, majd kiderül vasbetonebből falburkolatok, átfedések blokkjai készülnek.

A szilíciumot a 1824   évente a svéd kémikus Bertseliusom. De tizenkét évvel korábban, a szilícium megvan Gay Lussac és Tenar, de szennyeződéssel nagyon szennyezett volt.

Latin név szilícium  latinul silex  - "flint". Az orosz neve "szilícium" származik a görög kremnos  - "szikla, szikla."

Így szilícium - elem IVA  csoport. Az oxidációs állapot +4 és -4 jellemzi. Az oxigénnel és más nemfémekkel való reakcióban redukáló tulajdonságokat mutat, és a fémekkel való reakcióban - oxidáló. A természetben a szilícium a vegyületek formájában található. A leggyakoribb vegyület a (IV) szilícium-oxid - szilícium-dioxid, amely sav-oxid és ezeknek az oxidoknak a jellemzői. A szilícium hidrogénvegyülete szilán. SiH 4 , melyet a savak vagy a víz szilicidekre gyakorolt ​​hatása - szilícium-oxidok képezik. A (IV) szilícium-oxid megfelel a kovasavnak. Ez a gyenge kétbázisú, zselatikus, vízben oldhatatlan sav. A szilikát-ionra adott kvalitatív reakció az erős savak szilikátokra gyakorolt ​​hatása, mivel ezeknek a reakcióknak köszönhetően zselatinos csapadék képződik - szilíciumsav. A szilícium-oxid (IV) és a szilikátok széles körben használatosak az iparban. A szilikát ipar az üveg és a cement, a kerámiatermékek és a téglák gyártását foglalja magában.

A szilíciumot úgy kapjuk, hogy az oxidját melegítés közben redukáljuk magnézium felesleggel:

A szilícium, a kristályos és az amorf szilícium két allotróp módosításából kémiailag aktívabb az amorf szilícium. Hevítéskor reagál oxigénnel

és minden halogénnel is, például:

Magas hőmérsékleten a szilícium szénnel kombinálva karborundumot képez - olyan anyag, amely a gyémánthoz szorosan kapcsolódik:

A szilicidek képződése során fellépő aktív fémekkel való reakcióban a szilícium oxidálószerként hat:

Sósav hatására szilicidekre a legegyszerűbb hidrogénvegyületet kapjuk.

Szilícium-oxid és kovasavak.

A szilícium-oxid szilárd, nagyon tűzálló anyag (olvadáspont, széles körben elterjedt a természetben. Két módosítást tartalmaz - kristályos és amorf szilícium-dioxid. Számos szilícium-sav anhidridje, amelynek összetételét az általános képlettel lehet kifejezni, ahol x és y egész számok:

1), azaz - metaszilinsav;

2), azaz - ortocremainsav;

3), azaz - dimetakrilsav.

A szilícium-savak, amelyek molekulái több molekulát tartalmaznak, poliszilíciumhoz tartoznak. A legegyszerűbb kovasavat gyakran egyszerűen szilíciumsavnak nevezik.

Minden kovasav nagyon gyenge (gyengébb, mint a szén). Minden szilícium-sav sóját szilikátnak nevezzük, bár általában az oktatási irodalomban a szilikátok metakilinsavat tartalmaznak. Levegőben állva a szilikátok oldatai zavarossá válnak, mivel a levegőben lévő szén-dioxid (IV) a sóból a szilícium-savat kiszorítja:

A szilíciumsav gyakorlatilag vízben nem oldódik - ezt a tulajdonságot az ionra való minőségi reakcióként használják.

A szilikátokat szilícium-dioxid lúgokkal vagy karbonátokkal történő olvasztásával állítjuk elő:

A legszélesebb körben alkalmazott szilikátok a nátrium és a kálium. Ezen sók koncentrált oldatait folyékony üvegnek nevezik; a hidrolízis következtében erősen lúgos reakciójuk van. A folyékony üvegeket ragasztó és vízálló szövetek gyártására használják.

- szilíciumelem jellemző: elektronikus struktúra, lehetséges oxidációs állapotok, bázikus vegyületek: oxid, hidroxid. Amorf és kristályos szilícium.

szilícium- a 3. periódus és a Periódusos rendszer IVA-csoportja, a sorozatszám 14. Az atom elektronikus képlete 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. A vegyületek + IV jellemző oxidációs foka.

A szilícium oxidációjának skálája:

A nemfémek esetében a szilícium-elektronegativitás nem magas (2,25). A nemfém (sav) tulajdonságokat mutatja; oxidokat, kovasavakat, nagyon sok sót képez - láncok, szalagok és háromdimenziós tetraéderes hálózatok, bináris vegyületek formájában. A kémia már széles körben kifejlesztett. szerves vegyületek  szilícium-Si-C kötésekkel és szilikon polimerekkel - szilikonok és szilikon gumik Si-Si, Si-O és Si-C kötéssel.

Az élettelen természet legfontosabb eleme, a másodikkémiai prevalenciával. Csak egy kapcsolódó formában található. Számos szervezet létfontosságú eleme.

Szilícium-Si -Egyszerű anyag. Durva kristályos - sötét szürke, fémes fényű, nagyon kemény, nagyon törékeny, átlátszatlan, tűzálló, közös félvezető. A kristályrács atomos, a Si-Si kötések nagyon erősek. Amorf - fehér vagy barnás (szennyeződésekkel, főként Fe), kémiailag aktívabb. Állandó a levegőben (erős oxidfóliával van borítva), nem reagál vízzel. Reagál HF (konc.), Lúgokkal. Az oxigén, klór oxidálja. Magnézium által nyert. Grafittal szinterezett. Ipari szempontból fontos a vas-ötvözet - ferroszilicium(12–90% Si). Az acél és színesfémötvözetek ötvözet-adalékanyagaként használják, amely a mikroelektronika félvezető anyagainak egy része, egy szilikon alapja.

A legfontosabb reakciók egyenletei:

vételaz iparban: a SiCl4 vagy a SiO 2 helyreállítása a kalcinálás során:

SiCl4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl2

Si02 + 2Mg = Si+ 2MO

(Az utolsó reakció a laboratóriumban végezhető; sósavval végzett kezelés után az amorf szilícium marad).

dioxid szilícium-SiO 2 – Sav-oxid. Fehér por (kvarchomok)és tiszta kristályok, természetes termék szennyeződésekkel (Silica)  - közönséges homok és kő formájában (Flint).A kristályrács atomos, minden szilíciumatomot négy oxigénatom vesz körül, és minden oxigénatomot két szilíciumatom vesz körül. Több kristálymódosítással (minden ásványi anyaggal) rendelkezik, a legfontosabb - kvarc, tridimichi cristobalite,ritka és mesterségesen megszerzett - kitit, coesit, stishovit, melanophlogite, rostos szilícium-dioxid, tűzállóaz olvadék lassú hűtésével egy amorf forma képződik - kvarcüveg(a természetben, az ásvány leshateleit).A legtöbb kémiailag aktív amorf forma.

Gyakorlatilag nem reagál vízzel (SiO 2 nH 2 O hidrát kicsapódik az oldatból), közönséges savak. Kvarcüveg korrózió HF-ben (konc.). Reagál a lúgokkal oldatban (formák) ortoszilikátokat)és olvadás közben (termékek - -metaszilikátokat).Könnyen klórozható koksz jelenlétében. A koksz, magnézium, vas (a nagyolvasztási folyamatban) visszanyerhető.

Ipari nyersanyagként használatos szilícium, közönséges, termo és kémiailag ellenálló üveg gyártásához.

porcelán, kerámia, csiszolóanyagok és adszorbensek, gumi töltőanyag, kenőanyagok, ragasztók és festékek, építési kötési megoldások alkotórészei kvarc-egykristályok formájában az ultrahang-generátorok és a kvarcórák pontos mozgásának alapja. Kvarcfajták ( szikla kristály, rózsa-kvarc, ametiszt, füstös kvarc, chalcedon, onyxy  stb.) - drágakő, féldrágakő vagy díszítő kövek.

A legfontosabb reakciók egyenletei:

Szilícium-dioxid-polihidrát SiO 2 nH 2 O -A szilícium-savak változó tartalma Si02 és H20. Fehér, amorf (üveges) polimer lánccal, szalaggal, lapgal, hálóval és keretszerkezettel. Fűtés közben fokozatosan lebomlik. Nagyon kevés vízben oldódik. Az oldatban lévő csapadék felett monomer gyenge szilícium szilíciumh4 SiO 4 sav (tetraéderes szerkezet, sp3 hibridizáció), 0,00673 g / 100 g H2O oldhatósága 20 ° C-on. Az oldat állása után polikondenzáció következik be, és szilícium-savak H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9, majd a hidrosol n (sol metakovasavsavak), és végül a SiO 2 nH 2O (n< 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 nН 2 O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.

Koncentrált lúgok hatására oldatgá alakul. A többit kémiai tulajdonságok  hasonló a SiO 2-hoz. Ásványok a természetben opálés chalcedon (agát, jáspis).Nem kaptunk monomer meta-szilícium-savat H2 SiO3-nak.

A legfontosabb reakciók egyenletei:

vétel: szilikátoldatból erős savval történő kiszorítás, például:

K 2 SiO 3 + 2НCI + (n - 1) Н 2 O = 2КCl + Si02 2H 2O↓

Nátrium-metaszilikát Na 2 SiO 3 -Oksosol. Fehér, melegítéskor, bomlás nélkül olvad. Hideg vízben oldódik (erős anion hidrolízis). Koncentrált oldat - kolloid („folyékony üveg”, SiO 2 nH 2 O hidroszolt tartalmaz). Meleg vízben bomlik, savakkal, lúgokkal, szén-dioxiddal reagál.

Az üveg, a speciális cementek és a betonok gyártásánál a töltés részeként használják, szilikát festékek és ragasztók, hideg mázak, alumínium-szilikát katalizátorok, papír és karton, szilikagél és szintetikus zeolitok gyártásában. A legfontosabb reakciók egyenletei:

vétel: szóda fúziója homokkal

Na 2 SiO 3 + Si02 = CO 2 + Na 2 SiO 3(1150 ° C)

Szilikát.Az oxidációs állapotban lévő szilícium + IV a Si02 mellett nagyon sok, gyakran összetett és szerkezeti összetett szilikát ionok(így, kivéve zetasilikátionSiO 3 2- és ortoszilikátionSi02 4-ismert Si2O7 6-, Si3O9 6-, Si2O10 4-, stb. Ionok. A rögzítés megkönnyítése érdekében az összes szilikátot SiO3 2- iont tartalmazó ábrán mutatjuk be.

Szilikát ragasztóként nátrium- és kálium-szilikátok (viszkózus "folyékony üveg") telített oldatát használjuk.

A nátrium és a kalcium szilikátjai az üveg részét képezik; a szilícium-kvarc SiO 2, a mészkő CaCO 3 és a nátrium-nátrium-karbonát összekeverésével állítható elő:

Gyakran az üvegkészítményt oxidok formájában fejezzük ki, például a szokásos üveg Na 2O CaO 6SiO 2-t.

A szilikát ásványi anyagok közül kiemeljük agyag (alumínium-szilikátok)), nagyon tiszta agyag - kaolinAz Al 2 O 3 2SiO 2 2Н 2 O-t porcelán készítésére használják.

Szilikátokat és alumínium-szilikátokat használnak az iparban kerámia, cement, beton és egyéb építőanyagok előállításához.

Szilícium-SiCl 4.Bináris kapcsolat. Színtelen folyadék, széles folyékony állapotú. A molekula tetraéderes szerkezetű (sp 3 hibridizáció). Hőálló. "Dohányzik" a nedves levegőben. Vízzel teljesen hidrolizálva. Lúgokkal lebontva. Hidrogén, nátrium, cink által helyreállított. Klónát alumínium-oxid.

Nagy tisztaságú szilícium előállítására használják a félvezető technológiát.

A legfontosabb reakciók egyenletei:

vétela ipar- Szilícium- vagy szilícium-dioxid-homok-szilícium-dioxid klórozása.

A kristályos szilícium az a fő formája, amelyben a szilíciumot használják fotoelektromos átalakítók és szilárdtestes elektronikai eszközök előállítására sík technológiával. Aktívan fejlődik a kristályos és amorf szerkezetű szilícium rétegek alkalmazása különböző szubsztrátokon.