Silicio aprašymas. Silicis ir jo junginiai. Silikato pramonė
Silicis ir jo junginiai. Silikato pramonė
Silicis - IV elementasA grupeskaip anglis. Todėl išoriniame energijos lygmenyje jis turi keturis elektronus. Šiuos keturis elektronus jis gali duoti ir parodyti savybių mažinimas, o oksidacijos laipsnis bus lygus +4 ir gali pridėti keturis elektronus ir pasirodyti oksidacijos savybėso oksidacijos laipsnis -4 .
Gamtoje silicis yra antrasis cheminis elementas po deguonies. Gamtoje jis rasti tik kaip junginiai. Dažniausiai silicio junginiai yra silicio oksidas (IV) - SiO 2 - silicio dioksido. Gamtoje jis yra mineralinis kvarcas. Jo įvairovė yra akmens krištolas, ametistas, agatas, topazas, opalas, jaspis, chalcedonas, karneinas, kurie naudojami kaip dekoratyviniai ir pusbrangiai akmenys.
Natūralūs silikatai - kompleksinės medžiagos. Jų sudėtis yra pavaizduota kaip keletas oksidų. Skambinami silikatai, įskaitant aliuminį aliuminio silikatai. Tai yra kaolinitas, lauko špatas, žėručio.
Asbestas Jis taip pat yra silikatas ir naudojamas ugniai atspariems audiniams gaminti.
Nuo mineralų veislių, pagrįstų silicio oksidu (IV), primityvūs žmonės sukūrė įrankius. Silicis pradėjo akmens amžius, ty šimtaprocentinis žiedinių įrankių amžius dėl jo prieinamumo ir gebėjimo suformuoti aštrius pjovimo kraštus.
Silicio oksidas (IV) suteikia stiprumo augalų stiebams ir gyvūnų apsauginiams dangteliams.
Dėl šios priežasties oksidas, nendrės, nendrės, nugarinės ir nugarinės lapai pjaunami, grūdų stiebai nepatenka nuo lietaus ir vėjo, žuvų svarstyklės, vabzdžių kriauklės, drugelių sparnai, paukščių plunksnos ir gyvūnų plaukai yra stiprūs.
Silicis yra diatominių dumblių ir radiolarijų komponentas.
Silicio pramonė gauna silicio oksido (IV) kokso atgavimas elektrinėse krosnyse.
Jie ją gauna laboratorijoje silicio oksido (IV) sumažinimas aliuminiu arba magniu.
Silicio egzistuoja formoje du alotropiniai pakeitimai: amorfinis ir kristalinis.
Amorfinis silicis yra rudi milteliai.
Crystal Silicon - kietas tamsiai pilkas su metaliniu blizgesiu. Jis yra trapus ir ugniai atsparus. Taip yra dėl jos kristalų struktūros. Silicio struktūra panaši į deimantų struktūrą, ty šiame kristale kiekvienas atomas yra apsuptas keturių kitų atomų ir yra susijęs su jais. kovalentinės obligacijos.
Silicis yra puslaidininkis. Didėjant temperatūrai, padidėja jo elektrinis laidumas. Pavyzdžiui, palydovams, erdvėlaiviams, stotims ir stogams įrengiamos saulės baterijos. Šios baterijos saulės energiją paverčia elektros energija dėl puslaidininkinių kristalų, pvz., Silicio.
Kambario temperatūroje silicis yra inertinis., tačiau šildant jis reaguoja su metalais ir nemetalais.
Silicis dega deguonis susidaro silicio oksidas (IV).
Šioje reakcijoje silicis padidina oksidacijos būseną nuo 0 iki +4, o deguonis sumažėja nuo 0 iki -2. Todėl silicis veikia kaip redukcinis agentas, o deguonis - kaip oksidatorius.
Silicio redukcinės savybės yra naudojamos metalurgijoje gauti kai kuriuos metalusiš jų oksidų.
Silicis su metalais reaguoja šildant, suformuojant junginius, kurie vadinami silicidai. Pavyzdžiui, magnio silicidas susidaro reaguojant magniui su siliciu. Šioje reakcijoje magnio oksidacijos būsena padidėja nuo 0 iki +2, o silicis sumažėja nuo 0 iki -4. Todėl magnis yra redukuojantis agentas, o silicis yra oksidatorius.
Silicidai lengvai skaidosi vandeniu arba rūgštimis.tai gamina dujas silanas - vandenilio junginys iš silicio. Taigi, kai magnio silicidas sąveikauja su druskos rūgštimi, susidaro magnio chloridas ir silano dujos.
Silanas ore savaime užsidega ir sudegina silicio oksido (IV) ir vandens susidarymą.
Silicis sąveikauja su koncentruotais šarminiais tirpalais.. Pavyzdžiui, silicio ir koncentruoto natrio hidroksido tirpalo sąveika susidaro natrio silikatas ir vandenilis.
Gauti silicio silicio (IV) kaitinimas magnio arba anglies.
Reakcijoje su magniju magnio silicis sumažėja iš silicio oksido (IV), o silicio oksido (IV) reakcijoje su anglimi anglis atkuria silicį iš oksido.
Silicio oksidas (IV), silicio dioksido - Si02 yra kieta, labai ugniai atspari medžiaga, netirpi vandenyje. Šis oksidas turi atomų kristalų grotelės, kuriame mazgai yra silicio ir deguonies atomai.
Silicio oksidas (IV) yra rūgšties oksidastodėl turi visas šių oksidų savybes. Tačiau šis oksidas netirpsta vandenyje, bet reaguoja su šarminiais tirpalais. Tokiu būdu natrio silikatas ir vanduo susidaro reaguojant silicio oksidui (IV) natrio hidroksidu.
Silicio oksidas (IV) įkaitinus, reaguoja su baziniais oksidais. Taigi reakcijoje su kalcio oksidu susidaro kalcio silikatas.
Silicio oksidas (IV) sąveikauja, kai kaitinama karbonatais, todėl reakcijoje su natrio karbonatu susidaro natrio silikatas ir anglies dioksidas.
Natrio ir kalio silikatai vadinami tirpiais stiklais. Jų vandeniniai tirpalai yra silikato klijai.
Silicio oksidas (IV) reaguoja su vandenilio fluoridu ir fluoro rūgštimi, kad susidarytų dujinis silicio fluoridas.
Ši savybė naudojama ėsdinimui ant stiklo užrašų, brėžinių ir etikečių.
Silicio rūgšties sudėtis gali būti išreikštas kaip H2 SiO3. Silicio rūgštis yra želatina, vandenyje netirpi medžiaga. Ji nurodo labai silpnos rūgštys (net silpnesnė nei anglis). Džiovinus tirpalas, kurio sudėtyje yra silicio rūgšties silikagelis, kuris naudojamas kaip adsorbentas.
Silicio rūgštis - laisvas ryšys ir laikant arba šildant, suskaidomas į silicio dioksidą (IV) ir vandenį.
Kokybinė reakcija į silikato joną yra silikatų reakcija su stiprių rūgščių tirpalais, tai sudaro silicio rūgštį želatinių nuosėdų pavidalu. Pavyzdžiui, natrio silikato reakcijai su vandenilio chlorido rūgštimi susidaro druska - natrio chloridas ir silicio rūgštis želatinių nuosėdų pavidalu.
Padarykime eksperimentą. Norėdami tai padaryti, praleiskite anglies dioksidą per natrio silikato tirpalą. Šiuo atveju galime stebėti želatinių nuosėdų susidarymą. Tai sudarė silicio rūgštį. Taigi silicio rūgštis yra labai silpna, net silpnesnė nei anglies rūgštis, kuri gali jį išstumti iš druskos tirpalo.
O dabar į šią želatinę nuosėdas įpilama koncentruoto šarmo tirpalo ir pašildoma liepsnos dvasia. Dėl tirpios druskos, natrio silikato susidaro nuosėdos.
Naudojamas silicis puslaidininkinėms medžiagoms ir rūgštims atspariems lydiniams. Toks silicio junginys kaip silicio karbidas - SiC - naudojamas metalo pjovimo staklių šlifavimui ir brangakmenių poliravimui, nes kietumas yra mažesnis nei deimantų.
Kvarciniai cheminiai stiklo dirbiniai gaminami iš kvarco, kuris atlaiko aukštą temperatūrą ir staigius temperatūros pokyčius.
Vandenyje tirpūs natrio ir kalio silikatai (" tirpus stiklas") Naudojamas kaip ugniai atsparus agentas medienai ir audiniams impregnuoti. Ugniai atsparių ir izoliacinių tekstilės gaminių gamybai naudojami ir natūralūs silikatai - asbestas.
Silikato pramonei priskiriama gamyba:
· Stiklas;
· Keramikos gaminiai (porcelianas, keramikos fajansas), plytos, plytelės ir stogo dangos;
· Cementas.
Silicio junginiai yra stiklo ir cemento gamybos pagrindas. Pavyzdžiui, paprastas langų stiklas gaminamas sulydant sodos, kalkakmenio ir smėlio mišinį. Stiklas turi galimybę suminkštinti ir išlydyti kitokia forma, todėl jis naudojamas patiekalų gamybai.
Tam tikros stiklo savybės suteikia priedų. Pavyzdžiui, jei pakeisite natrio oksidą kalio oksidu, galite gauti kietą bohemijos stiklaspridedant švino (II) oksido krištolaspridedant chromo (III) oksido žalias stiklas, pridedant kobalto oksido - mėlynair pridedant mangano (II) oksido - violetinės spalvos. Įdėkite aukso ir seleno druskų rubino stiklaskurių žvaigždės yra padarytos Maskvos Kremlius.
Siekiant pagerinti stiklo mechanines savybes gesinimas. Užšalimas yra tas, kad specialios kompozicijos stiklas yra kaitinamas iki maždaug 600 ° C temperatūros ir greitai atšaldomas. Toks grūdinimas leidžia gauti nešiojamą stiklą.
Stiklas buvo žinomas žmogui ilgą laiką, prieš tris ar keturis tūkstančius metų, stiklo gamyba buvo Egiptas, Sirija, Fenikija, Juodoji jūra.
Stiklas yra nuostabi medžiaga. Į Senovės roma meistrai išmoko, kaip gauti spalvotą stiklą ir mozaiką iš jų gabalų. Stiklo langai iš bažnyčių, muziejų, įvairių mozaikos plokščių.
Stiklo gaminiai platus: tai langas, butelis, lempa, veidrodis ir optinis.
Pagrindinė keramikos gaminių žaliava yra molis. Kai molis sumaišomas su vandeniu, formuojama pastinė masė, kuri po džiovinimo ir degimo gali išlaikyti savo formą. Kai kurie keramikos dangos apledėjimo - plonas stiklo medžiagos sluoksnis. Glazūra daro keramiką atsparias vandeniui, apsaugo nuo užteršimo, apsaugo nuo rūgščių ir šarmų poveikio, prideda blizgesį.
Svarbus silicio junginys yra cemento. Jis gaunamas sukepinant molį ir kalkakmenį. Jei sumaišysite cemento miltelius su vandeniu, vadinamasis „ cemento skiedinys, Kas tada palaipsniui sukietėja. Jei pridėsite prie cemento smėlio ar žvyro, gausite betonas. Betono stiprumas gali būti padidintas, jei įeisite į geležies rėmą, tada paaiškės gelžbetonisiš jų gaminamos sienų plokštės.
Silicis buvo gautas 1824 Švedijos chemikas Bercalius. Bet prieš dvylika metų jis gavo silicį Gay Lussac ir Tenar, tačiau jis buvo labai užterštas priemaišomis.
Lotynų kalbos pavadinimas silicio iš lotynų kalbos silex - „flint“. Rusijos pavadinimas „silicis“ kilęs iš graikų kalbos kremnos - "uola, uola".
Taigi, silicio elementas IVA grupes. Jis pasižymi oksidacijos būsenomis +4 ir -4. Reakcijose su deguonimi ir kitomis nemetalinėmis medžiagomis jis pasižymi mažinančiomis savybėmis ir reakcijomis su metalais - oksiduoja. Gamtoje silicis randamas junginių pavidalu. Dažniausiai jis yra silicio oksidas (IV) - silicio dioksidas, kuris yra rūgšties oksidas ir pasižymi šių oksidų savybėmis. Silicio vandenilio junginys yra silanas. SiH 4 , kurį sudaro rūgščių arba vandens poveikis silicidams - metalo junginiams su siliciu. Silicio oksidas (IV) atitinka silicio rūgštį. Šis silpnas dvigubas, želatinis vandenyje netirpus rūgštis. Kokybinė reakcija į silikato joną yra stiprių rūgščių poveikis silikatams, nes dėl šių reakcijų susidaro želatinės nuosėdos - silicio rūgštis. Silicio oksidas (IV) ir silikatai yra plačiai naudojami pramonėje. Silikato pramonė apima stiklo ir cemento gamybą, keramikos gaminius ir plytas.
Silicis gaunamas redukuojant oksidą perkaitant magnio:
Iš dviejų alotropinių silicio modifikacijų, kristalinio ir amorfinio silicio yra chemiškai aktyvesnis. Sušildant, susidaro su deguonimi
ir su visais halogenais, pavyzdžiui:
Aukštoje temperatūroje silicis sujungia su anglies dvideginiu ir sudaro karborundą - medžiaga, kurios kietumas yra artimas deimantui:
Reakcijai su aktyviais metalais, susidariusiais susidarant silicidams, silicis veikia kaip oksidatorius:
Vandenilio chlorido rūgšties poveikis silicidams yra paprasčiausias vandenilio junginio silicio silanas.
Silicio oksidas ir silicio rūgštys.
Silicio oksidas yra kieta, labai ugniai atspari medžiaga (lydymosi temperatūra, plačiai paplitusi gamtoje. Jis randamas dviejų modifikacijų - kristalinio ir amorfinio silicio dioksido pavidalu - tai daugelio silicio rūgščių anhidridas, kurio sudėtis gali būti išreikšta bendra formulė, kurioje x ir y yra sveiki skaičiai:
1), t.y. - metazilo rūgštis;
2), t.y. - ortocheminė rūgštis;
3), t.y. - bimetakrino rūgštis.
Silicio rūgštys, kurių molekulės turi daugiau nei vieną molekulę, yra polisilicio. Paprastiausia silicio rūgštis dažnai vadinama silicio rūgštimi.
Visos silicio rūgštys yra labai silpnos (silpnesnės už anglis). Visų silicio rūgščių druskos yra vadinamos silikatais, nors, kaip taisyklė, švietimo literatūroje silikatai reiškia metacilo rūgšties druskas. Silikatų tirpalai auga ore, nes anglies dioksidas (IV) ore pakeičia druskos rūgštį iš jo druskų:
Silicio rūgštis beveik netirpsta vandenyje - ši savybė naudojama kaip kokybinė reakcija į joną.
Silikatai gaunami sujungus silicio dioksidą su šarmais arba karbonatais:
Labiausiai naudojami silikatai yra natris ir kalis. Koncentruoti šių druskų tirpalai vadinami skystu stiklu; dėl hidrolizės jie turi stipriai šarminę reakciją. Skystas stiklas naudojamas klijų ir vandeniui atsparių audinių gamyboje.
- silicio elemento charakteristika: elektroninė struktūra, galimos oksidacijos būsenos, pagrindiniai junginiai: oksidas, hidroksidas. Amorfinis ir kristalinis silicis.
Silicis- 3 periodo elementas ir periodinės sistemos IVA grupė, serijos numeris yra 14. Elektroninė atomo formulė yra 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. Tipinis oksidacijos laipsnis junginiuose + IV.
Silicio oksidacijos skalė:
Ne metalų silicio elektronegatyvumas nėra didelis (2,25). Rodo ne metalo (rūgšties) savybes; formuoja oksidus, silicio rūgštis, labai daug druskų - silikatų grandinių, juostelių ir trimatių tetraedro tinklų, dvejetainių junginių pavidalu. Šiuo metu yra plačiai sukurta organinių silicio junginių su Si-C ir silikoninių organinių polimerų - silikonų ir silikoninių kaučiukų su Si-Si, Si-O ir Si-C obligacijomis chemija.
Svarbiausias negyvojo pobūdžio elementas, antrasischeminis paplitimas. Jis randamas tik susijusioje formoje. Labai svarbus daugelio organizmų elementas.
Silicio Si -Paprasta medžiaga. Šiurkštus kristalinis - tamsiai pilkas, su metaliniu blizgesiu, labai sunku, labai trapi, nepermatomas, ugniai atsparus, bendras puslaidininkis. Kristalinės grotelės yra atominės, Si-Si obligacijos yra labai stiprios. Amorfinis - baltas arba įdegis (su priemaišomis, daugiausia Fe), chemiškai aktyvesnis. Jis yra pastovus ore (jis yra padengtas stipria oksido plėvele), nereaguoja su vandeniu. Reaguoja su HF (konc.), Šarmais. Jis oksiduojamas deguonimi, chloru. Išgautas magnio. Sukepintas grafitu. Pramoniniu požiūriu svarbus yra lydinys su geležimi - ferosilicio(12–90% Si). Jis naudojamas kaip lydinio priedas plieno ir spalvotųjų metalų lydiniuose, puslaidininkinių medžiagų komponentas mikroelektronikai, silikono pagrindas.
Svarbiausių reakcijų lygtys:
Gautipramonėje: SiCl 4 arba SiO 2 atstatymas kalcinavimo metu:
SiCl4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl2
SiO 2 + 2Mg = Si+ 2MO
(Paskutinę reakciją galima atlikti laboratorijoje; po apdorojimo druskos rūgštimi lieka amorfinis silicis).
Silicio dioksidas SiO 2 -Rūgšties oksidas. Baltas milteliai (kvarco smėlis)ir skaidrūs kristalai, natūralus produktas, dažomas priemaišomis (silicio dioksidas) - paprasto smėlio ir akmens pavidalu (flintas).Kristalinės grotelės yra atominės, kiekvienas silicio atomas yra apsuptas keturių deguonies atomų, o kiekvieną deguonies atomą supa du silicio atomai. Ji turi keletą kristalų modifikacijų (visi mineralai), svarbiausia - kvarcas, tridimichi cristobalite,retas ir dirbtinai gautas - kitit, coesit, stishovit, melanophlogite, pluoštinis silicio dioksidas, lėtai lydant lydalą, susidaro amorfinė forma - kvarco stiklas(gamtoje, mineralinis lechateleit).Chemiškai aktyviausia amorfinė forma.
Praktiškai nereaguoja su vandeniu (iš tirpalo nusodina SiO 2 nH 2 O), įprastos rūgštys. Kvarco stiklo korozijos HF (konc.). Reaguoja su šarmais tirpalo (formos) ortosilikatai)ir lydant (produktai - metazilikatai).Jis yra lengvai chloruojamas esant koksui. Išgauti kokso, magnio, geležies (aukštakrosnės procese).
Jis naudojamas kaip pramoninė žaliava gaminant silicį, paprastą, termiškai ir chemiškai atsparų stiklą,
porcelianas, keramika, abrazyvai ir adsorbentai, gumos užpildai, tepalai, klijai ir dažai, statybinių klijų tirpalų komponentai kvarco pavienių kristalų pavidalu yra ultragarso generatorių ir tikslaus kvarco laikrodžių judėjimo pagrindas. Kvarco veislės ( roko kvarcas, rožinis kvarcas, ametistas, dūminis kvarcas, kalcedonas, oniksas ir tt) - brangakmeniai, pusbrangiai arba dekoratyviniai akmenys.
Svarbiausių reakcijų lygtys:
Silicio dioksido polihidratas SiO 2 nH 2 O -Silicio rūgštys, turinčios kintamą SiO2 ir H2O kiekį. Baltas, amorfinis (stiklinis) polimeras su grandine, juostele, lakštu, tinkleliu ir rėmo struktūra. Kai šildoma, palaipsniui suskaidoma. Labai mažai tirpsta vandenyje. Virš nuosėdų tirpale yra monomero silpnas silicio silicisrūgštis H4 SiO 4 (tetraedrinė struktūra, sp3 hibridizacija), 0,00673 g / 100 g H2O tirpumas 20 ° C temperatūroje. Nusistovėjus tirpalui, atsiranda polikondensacija ir silicio rūgštys H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9, o tada hidrosolio n (sol metasiliconrūgštys) ir, galiausiai, hidrogelio 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.
Koncentruotų šarmų poveikiu jis paverčiamas tirpalu. Kitos cheminės savybės yra panašios į SiO 2. Mineralai gamtoje opalasir kalcedonas (agatas, jaspis).Monomerinė meta-silicio rūgštis H 2 SiO 3 nebuvo gauta.
Svarbiausių reakcijų lygtys:
Gauti: stipraus rūgšties perkėlimas iš silikato tirpalo, pavyzdžiui:
K 2 SiO 3 + 2НCl + (n - 1) Н 2 O = 2КCl + SiO 2 nH 2 O↓
Natrio metasilikatas Na 2 SiO 3 -Druskingas Balta, kai kaitinama, ištirpstant. Jis ištirpsta šaltame vandenyje (stipri anijonų hidrolizė). Koncentruotas tirpalas - koloidinis („skystas stiklas“, kuriame yra SiO 2 nH 2 O hidrosolio). Jis suskaido karštame vandenyje, reaguoja su rūgštimis, šarmais, anglies dioksidu.
Jis naudojamas kaip stiklo, specialių cementų ir betonų įkrovos sudedamoji dalis, jis yra silikatinių dažų ir klijų dalis, šaltos glazūros, aliuminio silikato katalizatoriai, gaminant popierių ir kartoną, silikagelį ir sintetinius ceolitus. Svarbiausių reakcijų lygtys:
Gauti: sodos sujungimas su smėliu
Na 2 SiO 3 + Si02 = CO 2 + Na 2 SiO 3(1150 ° C)
Silikatai.Silicio oksidacijos būsenoje + IV, be Si02, yra labai daug ir dažnai sudėtinga sudėtyje ir struktūroje silikato jonai(taip, išskyrus zetasilikato jonasSiO 3 2- ir ortosilikato jonasSiO 4 4 žinomi jonai Si2O7 6-, Si3O9 6-, Si2O10 4- ir tt). Kad būtų lengviau įrašyti, visi silikatai yra pavaizduoti kaip turintys joną SiO3 2-.
Kaip silikato klijai naudojamas prisotintas natrio ir kalio silikato tirpalas (klampus „skystasis stiklas“).
Natrio ir kalcio silikatai yra stiklo dalis; jis gaunamas sujungiant silicio kvarco SiO 2, kalkakmenio CaCO 3 ir natrio Na 2CO 3:
Dažnai stiklo kompozicija išreiškiama oksidais, pavyzdžiui, paprastu stiklu Na2O CaO 6SiO 2.
Tarp silikatinių mineralų mes pastebime molis (aliuminio silikatai), labai švarus molis - kaolinasAl 2 O 3 2SiO 2 2Н 2 O naudojamas porceliano gamybai.
Silikatai ir aliuminio silikatai naudojami pramonėje keramikos, cemento, betono ir kitų statybinių medžiagų gamybai.
Silicio SiCl 4.Dvejetainis ryšys. Bespalvis skystis turi platų skysčių kiekį. Molekulė turi tetraedrinę struktūrą (sp 3 hibridizacija). Termiškai atspari. „Dūmai“ drėgname ore. Pilnai hidrolizuojamas vandeniu. Skirta šarmais. Atkurta vandenilio, natrio, cinko. Chlorinatai aliuminio oksidas.
Naudojamas didelio grynumo silicio gamybai puslaidininkių technologijoms.
Svarbiausių reakcijų lygtys:
Gautiį pramonė- Silicio arba silicio smėlio SiO chloravimas.
Kristalinis silicis yra pagrindinė silicio forma, naudojama gaminant fotoelektrinius konverterius ir kietojo kūno elektroninius prietaisus, naudojantys plokštumą. Aktyviai vystosi silicio pluošto (epitaksinių sluoksnių) kristalinės ir amorfinės struktūros naudojimas įvairiuose substratuose.