Deskripsi Silikon. Silikon dan senyawanya. Industri silikat
Silikon dan senyawanya. Industri silikat
Silikon - Elemen IVA kelompokseperti karbon. Oleh karena itu, pada tingkat energi eksternal, ia memiliki empat elektron. Keempat elektron ini dapat ia berikan dan wujudkan mengurangi sifat, sedangkan tingkat oksidasi akan sama dengan +4 dan dapat melampirkan empat elektron dan bermanifestasi sifat oksidasisedangkan tingkat oksidasi akan dia miliki -4 .
Di alam silikon adalah unsur kimia kedua setelah oksigen. Di alam dia hanya ditemukan sebagai senyawa. Senyawa silikon yang paling umum adalah silikon oksida (IV) - SiO 2 - silika. Di alam, itu membentuk mineral kuarsa. Varietasnya adalah batu kristal, batu kecubung, batu akik, batu akik, batu opal, jasper, kalsedon, carnelian, yang digunakan sebagai batu hias dan semi mulia.
Silikat alami - zat kompleks. Komposisi mereka digambarkan sebagai beberapa oksida. Silikat, yang termasuk aluminium, disebut aluminosilikat. Itu kaolinit, feldspar, mika.
Asbes Ini juga silikat dan digunakan untuk pembuatan kain tahan api.
Dari varietas mineral berdasarkan silikon oksida (IV), orang primitif membuat alat. Silikon telah dimulai zaman batu, yaitu, abad alat batu karena ketersediaan dan kemampuan untuk membentuk ujung tombak yang tajam.
Silikon oksida (IV) memberi kekuatan pada batang tanaman dan tutup pelindung binatang.
Berkat oksida ini, alang-alang, alang-alang, ekor kuda berdiri dengan kuat, dan daun sedge dipotong, batang sereal tidak jatuh dari hujan dan angin, dan sisik ikan, kerang serangga, sayap kupu-kupu, sayap kupu-kupu, bulu burung dan bulu hewan kuat.
Silikon adalah komponen alga diatom dan radiolaria.
Industri silikon terima pemulihan kokas silikon oksida (IV) dalam tungku listrik.
Mereka mendapatkannya di lab reduksi silikon oksida (IV) dengan aluminium atau magnesium.
Silikon ada dalam bentuk dua modifikasi alotropik: amorf dan kristal.
Silikon amorf adalah bubuk coklat.
Silikon kristal - abu-abu gelap pekat dengan kilau logam. Itu rapuh dan tahan api. Ini karena struktur kristalnya. Struktur silikon mirip dengan struktur berlian, yaitu, dalam kristal ini, setiap atom dikelilingi oleh empat atom lain dan dikaitkan dengan mereka. obligasi kovalen.
Silikon adalah semikonduktor. Dengan meningkatnya suhu, konduktivitas listriknya meningkat. Sebagai contoh, baterai tenaga surya dipasang pada satelit, pesawat ruang angkasa, stasiun dan atap rumah. Baterai ini mengubah energi matahari menjadi energi listrik, karena kristal semikonduktor seperti silikon.
Pada suhu kamar, silikon lembam., tetapi ketika dipanaskan bereaksi dengan logam dan non-logam.
Silikon membakar oksigen dengan pembentukan silikon oksida (IV).
Dalam reaksi ini, silikon meningkatkan keadaan oksidasi dari 0 hingga +4, dan oksigen menurun dari 0 menjadi -2. Karena itu, silikon bertindak sebagai zat pereduksi, dan oksigen - sebagai zat pengoksidasi.
Sifat pereduksi silikon digunakan dalam metalurgi untuk dapatkan beberapa logamdari oksida mereka.
Silikon bereaksi dengan logam ketika dipanaskan, dengan pembentukan senyawa yang disebut silikida. Misalnya, magnesium silisida terbentuk dalam reaksi magnesium dengan silikon. Dalam reaksi ini, magnesium meningkatkan tingkat oksidasi dari 0 hingga +2, dan silikon lebih rendah dari 0 hingga -4. Oleh karena itu, magnesium adalah agen pereduksi, dan silikon adalah agen pengoksidasi.
Silisida mudah terurai dengan air atau asam.ini menghasilkan gas silan - senyawa hidrogen silikon. Jadi, ketika magnesium silisida berinteraksi dengan asam hidroklorat, magnesium klorida dan gas silan terbentuk.
Silane di udara menyala sendiri dan terbakar dengan pembentukan silikon oksida (IV) dan air.
Silikon berinteraksi dengan larutan alkali terkonsentrasi.. Misalnya, interaksi silikon dengan larutan natrium hidroksida pekat menghasilkan natrium silikat dan hidrogen.
Silikon bisa didapat heating silica (IV) dengan magnesium atau karbon.
Dalam reaksi dengan magnesium, magnesium mengurangi silikon dari silikon oksida (IV), dan dalam reaksi silikon oksida (IV) dengan karbon, karbon mengembalikan silikon dari oksida.
Silikon oksida (IV), silika - SiO 2 adalah zat padat, sangat tahan api, tidak larut dalam air. Oksida ini memiliki kisi kristal atom, di mana simpul ada atom silikon dan oksigen.
Silikon oksida (IV) adalah asam oksidaOleh karena itu, menunjukkan semua sifat karakteristik oksida ini. Namun oksida ini tidak larut dalam air, tetapi bereaksi dengan larutan alkali. Jadi, natrium silikat dan air terbentuk dalam reaksi silikon oksida (IV) dengan natrium hidroksida.
Silikon oksida (IV) bereaksi dengan oksida basa ketika dipanaskan. Jadi, dalam reaksi dengan kalsium oksida, kalsium silikat terbentuk.
Silikon oksida (IV) berinteraksi ketika dipanaskan dengan karbonat, sehingga dalam reaksi dengan natrium karbonat natrium silikat dan karbon dioksida terbentuk.
Natrium dan kalium silikat disebut gelas larut. Solusi berair mereka lem silikat.
Silikon oksida (IV) bereaksi dengan hidrogen fluorida dan asam hidrofluorat untuk membentuk gas silikon fluorida.
Properti ini digunakan untuk etsa pada prasasti kaca, gambar dan label.
Komposisi asam silikat dapat dinyatakan sebagai H 2 SiO 3. Asam silikat adalah zat agar-agar yang tidak larut dalam air. Dia merujuk asam yang sangat lemah (Bahkan lebih lemah dari batubara). Setelah pengeringan, larutan yang mengandung bentuk asam silikat gel silika, yang digunakan sebagai adsorben.
Asam silikat - koneksi longgar dan ketika disimpan atau dipanaskan, terurai menjadi silika (IV) dan air.
Reaksi kualitatif terhadap ion silikat adalah reaksi silikat dengan larutan asam kuat, ini membentuk asam silikat dalam bentuk endapan agar-agar. Misalnya, dalam reaksi natrium silikat dengan asam klorida, terbentuk garam - natrium klorida dan asam silikat dalam bentuk endapan agar-agar.
Ayo lakukan percobaan. Untuk melakukan ini, lewatkan karbon dioksida melalui larutan natrium silikat. Dalam hal ini, kita dapat mengamati pembentukan sedimen agar-agar. Ini membentuk asam silikat. Dengan demikian, asam silikat sangat lemah, bahkan lebih lemah dari asam karbonat, yang dapat menggantikannya dari larutan garam.
Dan sekarang untuk sedimen agar-agar ini kami menambahkan larutan alkali terkonsentrasi dan memanaskan lampu roh pada nyala api. Endapan mulai larut karena pembentukan garam yang larut, natrium silikat.
Silikon digunakan untuk bahan semikonduktor dan paduan tahan asam. Senyawa silikon seperti silikon karbida - SiC - digunakan untuk menggiling gigi seri alat mesin pemotong logam dan memoles batu mulia, karena dalam kekerasan itu lebih rendah hanya untuk berlian.
Gelas kimia kuarsa dibuat dari kuarsa, yang tahan terhadap suhu tinggi dan perubahan suhu mendadak.
Silikat yang larut dalam air natrium dan kalium (" gelas larut") Digunakan sebagai bahan tahan api untuk menghamili kayu dan kain. Untuk pembuatan tahan api dan isolasi tekstil juga digunakan silikat alami - asbes.
Dengan industri silikat termasuk produksi:
· Kaca;
· Produk keramik (porselen, faience tembikar), batu bata, ubin, dan bahan atap;
· Semen.
Senyawa silikon adalah dasar untuk produksi gelas dan semen. Misalnya, kaca jendela biasa diproduksi dengan menggabungkan campuran soda, batu kapur, dan pasir. Kaca memiliki kemampuan untuk melunakkan dan dalam keadaan cair untuk mengambil bentuk yang berbeda, sehingga digunakan untuk produksi hidangan.
Sifat-sifat tertentu dari kaca memberikan aditif. Misalnya, jika Anda mengganti natrium oksida dengan kalium oksida, Anda bisa mendapatkan padatan gelas bohemiandengan menambahkan timbal (II) oksida dapat diperoleh gelas kristaldengan menambahkan kromium (III) oksida dapat diperoleh gelas hijausaat menambahkan oksida kobalt - biru, dan menambahkan mangan (II) oksida - ungu. Menambahkan garam emas dan selenium, dapatkan gelas rubydimana bintang-bintang dibuat Kremlin Moskow.
Untuk meningkatkan sifat mekanik kaca dikenakan pendinginan. Pendinginan adalah bahwa gelas komposisi khusus dipanaskan hingga suhu sekitar 600 ° C, dan kemudian didinginkan dengan cepat. Pengerasan semacam itu memungkinkan Anda mendapatkan kaca anti peluru.
Kaca telah dikenal manusia sejak lama, tiga atau empat ribu tahun yang lalu, produksi kaca itu Mesir, Suriah, Fenisia, Laut Hitam.
Kaca adalah bahan yang luar biasa. Masuk Roma kuno para master belajar cara mendapatkan kaca berwarna dan membuat mosaik dari potongan-potongan mereka. Jendela kaca gereja, museum, berbagai panel mosaik terbuat dari kaca.
Aplikasi gelas luas: itu adalah jendela, botol, lampu, cermin, dan optik.
Bahan baku utama dalam pembuatan produk keramik adalah tanah liat. Ketika tanah liat dicampur dengan air, massa pucat terbentuk, yang, setelah kering dan terbakar, mampu mempertahankan bentuknya. Beberapa penutup tembikar lapisan gula - lapisan tipis bahan vitreous. Glaze membuat keramik kedap air, melindunginya dari kontaminasi, melindungi terhadap aksi asam dan alkali, menambahkan kilau.
Senyawa silikon yang penting adalah semen. Itu diperoleh dengan sintering tanah liat dan batu kapur. Jika Anda mencampur bubuk semen dengan air, yang disebut " mortar semen, Yang kemudian secara bertahap mengeras. Jika Anda menambah pasir semen atau kerikil, Anda dapatkan konkret. Kekuatan beton bisa ditingkatkan jika Anda memasuki rangka besi, maka ternyata beton bertulangpanel dinding yang mana, blok tumpang tindih dibuat.
Silikon diperoleh di 1824 tahun oleh ahli kimia Swedia Bercalius. Tapi dua belas tahun sebelum itu, silikon didapat Gay Lussac dan Tenar, tapi sangat tercemar dengan kotoran.
Nama latin silicium dari bahasa latin silex - "batu api". Nama Rusia "silikon" berasal dari bahasa Yunani kremnos - "tebing, batu."
Jadi, silikon - elemen IVA kelompok. Ditandai dengan derajat oksidasi +4 dan -4. Dalam reaksi dengan oksigen dan non-logam lainnya, ia menunjukkan sifat yang mengurangi, dan dalam reaksi dengan logam - pengoksidasi. Di alam, silikon ditemukan dalam bentuk senyawa. Senyawa yang paling umum adalah silikon oksida (IV) - silika, yang merupakan oksida asam dan menunjukkan sifat karakteristik oksida ini. Senyawa hidrogen silikon adalah silan - Sih 4 , yang dibentuk oleh aksi asam atau air pada silisida - senyawa logam dengan silikon. Silikon oksida (IV) sesuai dengan asam silikat. Asam lemah dibasic, gelatin, dan tidak larut air ini lemah. Reaksi kualitatif terhadap ion silikat adalah aksi asam kuat pada silikat, karena sebagai hasil dari reaksi ini terbentuk endapan agar-agar - asam silikat. Silikon oksida (IV) dan silikat banyak digunakan dalam industri. Industri silikat meliputi produksi kaca dan semen, produk keramik dan batu bata.
Silikon diperoleh dengan mengurangi oksida dengan kelebihan magnesium saat dipanaskan:
Dari dua modifikasi alotropik silikon, kristal dan amorf, silikon amorf lebih aktif secara kimia. Bereaksi dengan oksigen ketika dipanaskan, membentuk
dan juga dengan semua halogen, misalnya:
Pada suhu tinggi, silikon bergabung dengan karbon, membentuk karborundum - suatu zat yang dekat dengan kekerasan terhadap berlian:
Dalam reaksi dengan logam aktif yang terjadi dengan pembentukan silisida, silikon bertindak sebagai zat pengoksidasi:
Di bawah aksi asam klorida pada silisida, senyawa silikon silana hidrogen yang paling sederhana diperoleh.
Silikon oksida dan asam silikat.
Silikon oksida adalah zat padat, sangat tahan api (titik lebur, didistribusikan secara luas di alam. Ia ditemukan dalam bentuk dua modifikasi - kristal dan silika amorf. Ini adalah anhidrida dari sejumlah asam silikat yang komposisinya dapat dinyatakan dengan rumus umum di mana x dan y adalah bilangan bulat:
1), yaitu - asam metasilat;
2), yaitu - asam ortokimiaik;
3), yaitu - asam dimetacrytic.
Asam silikat, molekul yang mengandung lebih dari satu molekul milik polisilikon. Asam silikat paling sederhana sering disebut asam silikat sederhana.
Semua asam silikat sangat lemah (lebih lemah dari batubara). Garam dari semua asam silikat disebut silikat, meskipun, sebagai suatu peraturan, dalam literatur pendidikan, silikat menyiratkan garam asam metasilikat. Ketika berdiri di udara, larutan silikat tumbuh keruh, karena karbon dioksida (IV) di udara menggantikan asam silikat dari garamnya:
Asam silikat praktis tidak larut dalam air - sifat ini digunakan sebagai reaksi kualitatif terhadap ion.
Silikat diperoleh dengan menggabungkan silika dengan alkali atau karbonat:
Silikat yang paling banyak digunakan adalah natrium dan kalium. Larutan pekat dari garam-garam ini disebut gelas cair; mereka memiliki reaksi yang sangat basa karena hidrolisis. Kaca cair digunakan dalam pembuatan lem dan kain tahan air.
- karakteristik elemen silikon: struktur elektronik, kemungkinan tingkat oksidasi, senyawa utama: oksida, hidroksida. Silikon amorf dan kristal.
Silikon- sebuah elemen dari periode ke-3 dan kelompok-IVA dari sistem Berkala, nomor seri adalah 14. Rumus elektronik atom adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. Tingkat karakteristik oksidasi dalam senyawa + IV.
Skala oksidasi silikon:
Keelektronegatifan silikon tidak tinggi untuk non-logam (2,25). Menunjukkan sifat non-logam (asam); membentuk oksida, asam silikat, sejumlah besar garam - silikat dalam bentuk rantai, pita dan jaringan tetrahedron tiga dimensi, senyawa biner. Saat ini, kimia senyawa silikon organik dengan ikatan Si - C dan polimer organik silikon - silikon dan karet silikon dengan ikatan Si - Si, Si - O dan Si - C, dikembangkan secara luas.
Unsur paling penting dari alam mati, yang keduaoleh prevalensi kimia. Itu hanya ditemukan dalam bentuk terkait. Unsur vital bagi banyak organisme.
Silikon Si -Zat sederhana. Kasar-kristal - abu-abu gelap, dengan kilau logam, sangat keras, sangat rapuh, buram, tahan api, semikonduktor yang umum. Kisi kristal adalah atom, ikatan Si-Si sangat kuat. Amorf - putih atau cokelat (dengan kotoran, terutama Fe), lebih aktif secara kimia. Itu stabil di udara (ditutupi dengan film oksida yang kuat), tidak bereaksi dengan air. Bereaksi dengan HF (conc.), Alkalis. Dioksidasi oleh oksigen, klorin. Dipulihkan oleh magnesium. Disinter dengan grafit. Yang penting secara industri adalah paduan dengan besi - ferrosilicon(12–90% Si). Ini digunakan sebagai campuran aditif dalam baja dan paduan logam non-ferrous, komponen bahan semikonduktor untuk mikroelektronika, basis silikon.
Persamaan reaksi yang paling penting:
Mendapatkandalam industri: pemulihan SiCl 4 atau SiO 2 selama kalsinasi:
SiCl 4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl 2
SiO 2 + 2Mg = Si+ 2MgO
(Reaksi terakhir dapat dilakukan di laboratorium; silikon amorf tetap setelah perawatan dengan asam klorida).
Silikon dioksida SiO 2 -Asam oksida. Bubuk putih (pasir kuarsa)dan kristal jernih, produk alami diwarnai dengan kotoran (silika) - dalam bentuk pasir dan batu biasa (Flint).Kisi kristal adalah atom, setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen, dan setiap atom oksigen dikelilingi oleh dua atom silikon. Ini memiliki beberapa modifikasi kristal (semua mineral), yang paling penting - kuarsa, tridimichi cristobalite,langka dan diperoleh secara artifisial - kitit, coesit, stishovit, melanophlogite, berserat silika, dengan pendinginan yang lambat dari lelehan, bentuk amorf terbentuk - gelas kuarsa(di alam, mineral lechateleit).Bentuk amorf yang paling aktif secara kimia.
Praktis tidak bereaksi dengan air (hidrat SiO 2 nH 2 O mengendap dari larutan), asam yang umum. Kaca kuarsa terkorosi dalam HF (conc.). Bereaksi dengan alkali dalam larutan (bentuk orthosilicates)dan ketika melebur (produk - bermetilasi).Mudah diklorinasi di hadapan coke. Dipulihkan oleh kokas, magnesium, besi (dalam proses blast furnace).
Ini digunakan sebagai bahan baku industri dalam produksi silikon, kaca biasa, termo- dan kimia,
porselen, keramik, abrasive dan adsorben, pengisi karet, pelumas, perekat dan cat, komponen solusi pengikatan bangunan, dalam bentuk kristal tunggal kuarsa adalah dasar generator ultrasonik dan pergerakan tepat dari jam tangan kuarsa. Varietas kuarsa ( batu kristal, kuarsa mawar, batu kecubung, kuarsa berasap, kalsedon, onyxy dll.) - batu permata, semi mulia atau ornamen.
Persamaan reaksi yang paling penting:
Silicon dioxide polyhydrate SiO 2 nH 2 O -Asam silikat dengan kandungan variabel SiO 2 dan H 2 O. Polimer putih, amorf (vitreous) dengan rantai, pita, lembaran, jala, dan struktur rangka. Saat dipanaskan, secara bertahap terurai. Sangat sedikit larut dalam air. Di atas endapan dalam larutan ada monomer yang lemah silikon silikonasam H 4 SiO 4 (struktur tetrahedral, hibridisasi sp 3), kelarutan 0,00673 g / 100 g H 2 O pada 20 ° C. Setelah berdiri larutan, polikondensasi terjadi dan asam silikat H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9, dan kemudian hidrosol n (sol metasilikonasam) dan, akhirnya, hidrogel SiO 2 nH 2 O (n< 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 nН 2 O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.
Ini dikonversi menjadi larutan dengan aksi alkali pekat. Sifat kimia lainnya mirip dengan SiO 2. Mineral di alam opaldan kalsedon (batu akik, jasper).Asam monomer meta-silikat H 2 SiO 3 tidak diperoleh.
Persamaan reaksi yang paling penting:
Mendapatkan: perpindahan oleh asam kuat dari larutan silikat, misalnya:
K 2 SiO 3 + 2НCl + (n - 1) Н 2 O = 2КCl + SiO 2 nH 2 O↓
Sodium metasilicate Na 2 SiO 3 -Saline Putih, saat dipanaskan meleleh tanpa dekomposisi. Ini larut dalam air dingin (hidrolisis anion kuat). Solusi terkonsentrasi - koloid ("gelas cair", mengandung hidrosol SiO 2 nH 2 O). Ini terurai dalam air panas, bereaksi dengan asam, alkali, karbon dioksida.
Ini digunakan sebagai komponen muatan dalam produksi kaca, semen khusus dan beton, itu adalah bagian dari cat silikat dan lem, glasir dingin, katalis aluminosilikat, dalam pembuatan kertas dan kardus, gel silika, dan zeolit sintetis. Persamaan reaksi yang paling penting:
Mendapatkan: fusi soda dengan pasir
Na 2 SiO 3 + SiO 2 = CO 2 + Na 2 SiO 3(1150 ° C)
Silikat.Silikon dalam keadaan oksidasi + IV adalah, di samping SiO 2, dalam komposisi dan struktur yang sangat banyak dan seringkali sangat kompleks ion silikat(jadi, kecuali zeasifikasi ionSiO 3 2- dan ion ortosilikatSiO 4 4 ion yang dikenal Si 2 O 7 6-, Si 3 O 9 6-, Si 2 O 10 4-, dll.). Untuk memudahkan perekaman, semua silikat digambarkan mengandung ion SiO 3 2-.
Larutan natrium dan kalium silikat jenuh ("gelas cair" kental) digunakan sebagai lem silikat.
Silikat natrium dan kalsium adalah bagian dari gelas; ini diperoleh dengan menggabungkan kuarsa silika SiO 2, batu kapur CaCO 3 dan soda Na 2 CO 3:
Seringkali komposisi gelas dinyatakan dalam bentuk oksida, misalnya, gelas biasa Na2O CaO6SiO2.
Di antara mineral silikat yang kami catat tanah liat (aluminosilikat), tanah liat yang sangat bersih - kaolinAl 2 O 3 2SiO 2 2Н 2 O digunakan untuk membuat porselen.
Silikat dan aluminosilikat digunakan dalam industri untuk produksi keramik, semen, beton dan bahan bangunan lainnya.
Silikon SiCl 4.Koneksi biner. Cairan tidak berwarna, memiliki berbagai macam keadaan cair. Molekul memiliki struktur tetrahedral (sp 3 hibridisasi). Tahan panas. "Merokok" di udara lembab. Sepenuhnya terhidrolisis dengan air. Terurai oleh alkali. Dipulihkan oleh hidrogen, natrium, seng. Mengklorinasi alumina.
Digunakan dalam pembuatan silikon dengan kemurnian tinggi untuk teknologi semikonduktor.
Persamaan reaksi yang paling penting:
Mendapatkandi industri- Klorinasi silikon atau pasir silika SiO 2.
Silikon kristal adalah bentuk utama di mana silikon digunakan dalam produksi konverter fotoelektrik dan perangkat elektronik solid-state menggunakan teknologi planar. Penggunaan silikon dalam bentuk film tipis (lapisan epitaxial) dari struktur kristal dan amorf pada berbagai substrat sedang aktif dikembangkan.