Streszczenie: „Krzem, jego właściwości i zmiany alotropowe. Krzem jest pierwiastkiem biogennym. Krzem, jego właściwości i modyfikacje alotropowe - właściwości chemiczne krzemu

Krystaliczny krzem jest ciemnoszarym materiałem ze stalowym połyskiem. Struktura krzemu jest podobna do struktury diamentu: sieć krystaliczna jest sześcienna skoncentrowana na twarzy, ale ze względu na dłuższe wiązanie między atomami Si-Si w stosunku do długości wiązania C-C Twardość krzemu jest znacznie mniejsza niż diamentu. Krzem jest bardzo delikatny, jego gęstość wynosi 2,33 g / cm 3.

Podobnie jak węgiel, odnosi się do substancji ogniotrwałych.

Struktura krystaliczna krzemu (rys. 2).

Sieć krystaliczna krzemu jest typem diamentu sześciennego zorientowanym na twarz, parametrem a = 0,54307 nm (inne modyfikacje polimorficzne krzemu są uzyskiwane przy wysokich ciśnieniach), ale ze względu na dłuższą długość wiązania między atomami Si-Si w stosunku do długości wiązania C-C Twardość krzemu jest znacznie mniejsza niż diamentu. Krzem jest delikatny, dopiero po podgrzaniu powyżej 800 ° C staje się substancją plastyczną. Co ciekawe, krzem jest przezroczysty dla promieniowania podczerwonego, zaczynając od długości fali 1,1 mikrometra. Własna koncentracja przewoźnika - 13,1 × 10 28 m? 3

Rysunek 2. Struktura sieci krzemowej i schemat wiązania łańcucha kowalencyjnego: a - wiązanie kowalencyjne; b - widok ogólny

Właściwości chemiczne

W związkach krzem wykazuje tendencję do wykazywania stopnia utlenienia +4 lub A4, ponieważ atom krzemu jest bardziej charakterystyczny dla stanu sp3 - hybrydyzacji orbitali. Dlatego we wszystkich związkach oprócz krzemionki (II) Sio, krzem jest czterowartościowy.

Krzem chemiczny jest nieaktywny. Z temperatura pokojowa reaguje tylko z gazowym fluorem, tworząc lotny tetrafluorek krzemu SiF 4 . Po podgrzaniu do temperatury 400-500 ° C krzem reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek Sio 2 , z chlorem, bromem i jodem - z utworzeniem odpowiednich łatwo lotnych tetrahalogenków SiHalogen 4 .

Krzem nie reaguje bezpośrednio z wodorem, związki krzemu z wodorem są silanami o ogólnym wzorze Si n H 2n + 2 - Uzyskane pośrednio. Monosilan SiH 4 (często nazywany jest po prostu silanem) jest uwalniany, gdy krzemki metali oddziałują z roztworami kwasu, na przykład:

Ca 2 Si + 4HCl\u003e 2CaCl 2 + SiH 4 ^

Silan powstał w tej reakcji SiH 4 zawiera domieszkę innych silanów, w szczególności disilanu Si 2 H 6 i trisilan Si 3 H 8 w którym znajduje się łańcuch atomów krzemu połączonych ze sobą pojedynczymi wiązaniami (-Si-Si-Si-).

W przypadku azotu krzem w temperaturze około 1000 ° C tworzy azotek Si 3 N 4 , z borowo - termoodpornymi i chemicznie odpornymi borkami Sib 3 SiB 6 i sib 12 . Związek krzemu i jego najbliższy analog na układzie okresowym - węglik krzemu SiC (karborund) charakteryzuje się wysoką twardością i niską aktywnością chemiczną. Karborund jest szeroko stosowany jako środek ścierny.

Gdy krzem jest podgrzewany metalami, występują krzemki. Krzemki można podzielić na dwie grupy: jonowo-kowalencyjne (metal alkaliczny, krzemki metali ziem alkalicznych i magnez Ca 2 Si, Mg 2 Si i inne.) i metalopodobne (krzemki metali przejściowych). Krzemki metali aktywnych rozkładają się pod działaniem kwasów, krzemki metali przejściowych są stabilne chemicznie i nie rozkładają się pod działaniem kwasów. Krzemki podobne do metali mają wysokie temperatury topnienia (do 2000 ° C). Najczęściej tworzą się metaliczne krzemiany kompozycji. Mesi mnie 3 Si 2 Ja 2 Si 3 Ja 5 Si 3 i mesi 2 . Krzemki podobne do metali są chemicznie obojętne, odporne na działanie tlenu nawet w wysokich temperaturach.

Podczas przywracania Sio 2 krzem w wysokich temperaturach tworzy krzemionkę (II) Sio.

Krzem charakteryzuje się tworzeniem związków krzemoorganicznych, w których atomy krzemu są połączone długimi łańcuchami przez mostkowanie atomów tlenu - Oh- i do każdego atomu krzemu, z wyjątkiem dwóch atomów Ohdodano jeszcze dwa rodniki organiczne R 1 i R 2 = CH 3 , C 2 H 5 , C 6 H 5 CH 2 CH 2 CF 3 i inni

Do trawienia krzemu najczęściej stosuje się mieszaninę kwasów fluorowodorowego i azotowego. Niektóre specjalne zbieracze zapewniają dodanie bezwodnika chromowego i innych substancji. Podczas trawienia roztwór do trawienia kwasem jest szybko podgrzewany do temperatury wrzenia, podczas gdy szybkość trawienia wzrasta wielokrotnie.

Si + 2HNO 3 = SiO 2 + NO + NO 2 + H 2 O

Sio 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O

3SiF 4 + 3H 2 O = 2H 2 SiF 6 + vH 2 Sio 3

Do wytrawiania krzemu można stosować wodne roztwory alkaliów. Trawienie krzemu w roztworach alkalicznych rozpoczyna się w temperaturze roztworu powyżej 60 ° C.

Si + 2KOH + H 2 O = k 2 Sio 3 + 2H 2 ^

K 2 Sio 3 + 2H 2 O-h 2 Sio 3 + 2KOH

Właściwości fizyczne

Sieć krystaliczna krzemowego typu sześciennego, wyśrodkowanego diamentu, parametr a = 0,54307 nm (inne modyfikacje polimorficzne krzemu otrzymano przy wysokich ciśnieniach), ale ze względu na dłuższą długość wiązania między atomami Si-Si w porównaniu do długości połączenie C-C Twardość krzemu jest znacznie mniejsza niż diamentu. Krzem jest delikatny, dopiero po podgrzaniu powyżej 800 ° C staje się substancją plastyczną. Co ciekawe, krzem jest przezroczysty dla promieniowania podczerwonego, zaczynając od długości fali 1,1 mikrometra. Stężenie nośnika własnego - 13,1 · 10 28 m? 3

Właściwości elektrofizyczne

Krzem pierwiastkowy w postaci monokrystalicznej jest półprzewodnikiem bez szczeliny. Pasmo zabronione w temperaturze pokojowej wynosi 1,12 eV, a przy T = 0 K wynosi 1,21 eV. Stężenie nośników ładunku wewnętrznego w krzemie w normalnych warunkach wynosi około 1,5 · 10 10 cm · 3.

Na właściwości elektrofizyczne krzemu krystalicznego duży wpływ mają zawarte w nim zanieczyszczenia. Aby otrzymać kryształy krzemu z przewodnością otworu, atomy pierwiastków trzeciej grupy, takich jak bor, glin, gal, ind, są wprowadzane do krzemu). Aby otrzymać kryształy krzemu o przewodności elektronowej, atomy pierwiastków wprowadza się do krzemu. V-ta grupatakie jak fosfor, arsen, antymon. (rys. 3)

Rysunek 3. Kryształy krzemu i płytki do produkcji półprzewodników

Podczas tworzenia urządzeń elektronicznych opartych na krzemie stosowana jest warstwa bliskiej powierzchni materiału (do dziesiątek mikronów), więc jakość powierzchni kryształu może mieć znaczący wpływ na właściwości elektryczne krzemu i, odpowiednio, właściwości gotowego urządzenia. Podczas tworzenia niektórych urządzeń stosuje się techniki związane z modyfikacją powierzchni, na przykład przez obróbkę powierzchni krzemu różnymi środkami chemicznymi.

1. Przepuszczalność dielektryczna: 12

2. Ruchliwość elektronów: 1300-1450 cmІ / (in · c).

3. Ruchliwość otworu: 500 cm² / (cale).

4. Szerokość zakazanej strefy 1,205-2,84 · 10 -4 · T

5. Żywotność elektronów: 5 ns - 10 ms

6. Elektron oznacza swobodną ścieżkę: około 0,1 cm

7. Długość swobodnego biegu otworu: około 0,02 - 0,06 cm

Miejska instytucja edukacyjna

„Szkoła średnia nr 6”

Miasta Murom

Streszczenie w chemii na ten temat:

„Krzem, jego właściwości i zmiany alotropowe. Krzem - pierwiastek biogenny ”

Spełniony uczeń 8 W klasie

Szewcowa Tatyana

Head Kornyshova S.S.

Wprowadzenie 3

Silicon Discovery History 4

Krzem w przyrodzie i jego górnictwo przemysłowe 5

Krzem, jego właściwości i modyfikacje alotropowe 7

Sposoby uzyskania krzemu 10

Związki krzemu i ich właściwości 11

Silicon - Nutrient 14

Przemysł krzemianowy 17

Wniosek 19

Literatura 20

Wprowadzenie

Lecznicze właściwości krzemu były znane na długo przed naszymi dniami: w starożytnych Indiach i Chinach od dawna były używane właściwości lecznicze młody bambus zawierający krzem, aw Rosji używali białej glinki do leczenia anemicznych dzieci i słabych starszych ludzi, od zatruć i zgagi, chorób skóry. Nawet w praktyce farmaceutycznej starożytnych Indii i Chin, a później tradycyjna medycyna Wiele krajów stosowało wywary, napary i ekstrakty z takich roślin zawierających krzem, jak skrzyp, pokrzywa, alpinista, bambus i słynny żeń-szeń. Od ponad 200 lat krzem jest stosowany w homeopatii klasycznej, jest bardzo popularny we współczesnej kosmetologii i jest szeroko stosowany w mezoterapii do rewitalizacji skóry (odmładzanie).

Cel: Zbadanie właściwości krzemu i jego naturalnych związków, w celu poprawy wiedzy o strukturze atomów.

· Określić strukturę krzemu, wartość krzemu i jego związków oraz ich praktyczne zastosowanie.

· Podkreśl wartość krzemu jako składnika odżywczego

· Zidentyfikuj główne obszary przemysłu krzemianowego

Silicon Discovery History

Krzem jest elementem głównej podgrupy czwartej grupy trzeciego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych. I. Mendelejew, o liczbie atomowej 14. Oznaczony symbolem Si (łac. Krzem).

Pure Creme został wyizolowany w 1811 roku przez francuskich naukowców Josepha Louisa Gay-Lussaca i Louisa Jacquesa Tenarda.

W 1825 r. Szwedzki chemik Johns Jakob Berzelius, dzięki działaniu metalicznego potasu na fluorku krzemu SiF 4, otrzymał czysty pierwiastkowy krzem. Nowy element otrzymał nazwę „krzem” (od łaciny. Silex - krzemień). Rosyjska nazwa „krzem” została wprowadzona w 1834 r. Przez rosyjskiego chemika niemieckiego Iwanowicza Hessa. Przetłumaczone ze starożytnej greki.κρημνός - „urwisko, góra”.

(z łaciny. silicis - krzemień; rosyjska nazwa z greckiego - kremnos - urwisko) Si - odkryta przez J.
Berzelius (Sztokholm, Szwecja) w 1824 roku. I tu jest krzem (Silicium - lat.) Pierwiastek chemiczny, liczba atomowa 14, grupa IV układu okresowego.

W 1825 roku szwedzki chemik Johns Jacob Berzelius, dzięki działaniu metalicznego potasu na fluorku krzemu SiF 4, uzyskał czysty krzem pierwiastkowy. Nowy element otrzymał nazwę „krzem” (od łaciny. Silex - krzemień). Rosyjska nazwa „krzem” została wprowadzona w 1834 r. Przez rosyjskiego chemika niemieckiego Iwanowicza Hessa. Przetłumaczone z greckiego kremnos - „urwisko, góra”.

Bycie w naturze

Krzem w przyrodzie i jego górnictwo przemysłowe

Najczęściej w przyrodzie krzem występuje w postaci krzemionki - związków na bazie dwutlenku krzemu (IV) SiO2 (około 12% masy skorupy ziemskiej). Głównymi minerałami utworzonymi przez dwutlenek krzemu są piasek (rzeka i kwarc), kwarc i kwarcyt, krzemień. Drugą najczęstszą grupą związków krzemu w przyrodzie są krzemiany i glinokrzemiany.

Istnieją pojedyncze fakty znalezienia czystego krzemu w jego rodzimej postaci: metaliczny krzem w ijolitah masywu Hot Mining, petrologia zwykłych chondrytów.

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

Krzem, jego właściwości i modyfikacje alotropowe

Krystaliczny krzem jest ciemnoszarą substancją o stalowym połysku. Struktura krzemu jest podobna do struktury diamentu: sieć krystaliczna jest sześcienna centralnie, ale ze względu na dłuższą długość wiązania między atomami Si-Si w porównaniu z komunikacja C-C Twardość krzemu jest znacznie mniejsza niż diamentu. Krzem jest bardzo delikatny, jego gęstość wynosi 2,33 g / cm 3.

Podobnie jak węgiel, odnosi się do substancji ogniotrwałych.

Struktura krystaliczna krzemu.

Właściwości chemiczne

1. Si + 2HNO 3 = SiO 2 + NO + NO 2 + H 2 O

2. SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O

3. 3SiF 4 + 3H 2 O = 2H 2 SiF 6 + ↓ H 2 SiO 3

1. Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2

2. K 2 SiO 3 + 2 H 2 O £ H 2 SiO 3 + 2 KOH

Właściwości fizyczne

Sieć krystaliczna krzemu jest sześciennym typem diamentu skoncentrowanym na powierzchni, parametr a = 0,54307 nm (inne modyfikacje polimorficzne krzemu uzyskano przy wysokich ciśnieniach), ale ze względu na dłuższą długość wiązania między atomami Si-Si w porównaniu z długością wiązania C-C, twardość krzemu jest znacznie mniej niż diament. Krzem jest delikatny, dopiero po podgrzaniu powyżej 800 ° C staje się substancją plastyczną. Co ciekawe, krzem jest przezroczysty dla promieniowania podczerwonego, zaczynając od długości fali 1,1 mikrometra. Wewnętrzne stężenie nośników ładunku wynosi 13,1 x 10 28 m-3

Właściwości elektrofizyczne

Krzem pierwiastkowy w postaci pojedynczego kryształu jest półprzewodnikiem pośrednim pasma wzbronionego. Pas luki w pokoju

temperatura wynosi 1,12 eV, a przy T = 0 K wynosi 1,21 eV. Stężenie nośników ładunku wewnętrznego w krzemie w normalnych warunkach wynosi około 1,5 x 10 10 cm -3 [źródło nie określono 342 dni].

Na właściwości elektrofizyczne krzemu krystalicznego duży wpływ mają zawarte w nim zanieczyszczenia. Aby otrzymać kryształy krzemu z przewodnością otworu, atomy pierwiastków trzeciej grupy, takich jak bor, glin, gal, ind, są wprowadzane do krzemu). Aby uzyskać kryształy krzemu o przewodnictwie elektronowym, atomy pierwiastków z grupy V, takie jak fosfor, arsen i antymon, są wprowadzane do krzemu.

1. Przepuszczalność dielektryczna: 12

2. Ruchliwość elektronów: 1300-1450 cm² / (in · c).

3. Ruchliwość otworu: 500 cm² / (cale).

4. Szerokość zakazanej strefy 1,205-2,84 × 10 -4 · T

5. Żywotność elektronów: 5 ns - 10 ms

6. Elektron oznacza swobodną ścieżkę: około 0,1 cm

7. Długość swobodnego biegu otworu: około 0,02 - 0,06 cm

Sposoby uzyskania krzemu

Wolny krzem można otrzymać przez kalcynację drobnego białego piasku magnezem, który w składzie chemicznym jest prawie czystym tlenkiem krzemu,

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

utworzony w tym przypadku bezpostaciowy krzem ma postać brązowego proszku, którego gęstość wynosi 2,0 g / cm3

W przemyśle krzem techniczny jest uzyskiwany przez redukcję stopu SiO2 z koksem przy około 1800 ° C w piecach łukowych. Czystość tak otrzymanego krzemu może osiągnąć 99,9% (głównymi zanieczyszczeniami są węgiel, metale).

Możliwe dalsze oczyszczanie krzemu z zanieczyszczeń.

· Czyszczenie w warunkach laboratoryjnych można przeprowadzić przez wstępne przygotowanie krzemku magnezu Mg 2 Si. Ponadto, gazowy monosilan SiH4 otrzymuje się z krzemku magnezu stosując kwas chlorowodorowy lub octowy. Monosilan jest oczyszczany przez destylację, sorpcję i inne metody, a następnie rozkładany na krzem i wodór w temperaturze około 1000 ° C.

· Oczyszczanie krzemu na skalę przemysłową odbywa się poprzez bezpośrednie chlorowanie krzemu. Tworzą się związki o składzie SiCl 4 i SiCl 3 H. Te chlorki są oczyszczane z zanieczyszczeń na różne sposoby (zwykle przez destylację i dysproporcjonowanie) i są redukowane w końcowym etapie za pomocą czystego wodoru w temperaturach od 900 do 1100 ° C.

· Opracowanie tańszych, czystszych i wydajniejszych technologii oczyszczania silikonu przemysłowego. W 2010 r. Obejmują one technologię oczyszczania krzemu przy użyciu fluoru (zamiast chloru); technologie destylacji tlenku krzemu; technologie oparte na trawieniu zanieczyszczeń, koncentrujące się na granicach międzykrystalicznych.

Metodę wytwarzania krzemu w czystej postaci opracował Nikołaj Nikołajewicz Beketow.

Największym producentem krzemu w Rosji jest OKRusal - krzem produkowany jest w zakładach w mieście Kamensk-Uralsky (region Swierdłowski) oraz w mieście Shelekhov (obwód irkucki).

Związki krzemu i ich właściwości

Połączenia krzem

Węglik krzemu (SiC) Silany (Si n H 2n + 2) Kwas fluorokrzemowy (H 2) Kwasy krzemowe (SiO 2 · n H 2 O) Tlenek krzemu (II) (SiO) Tlenek krzemu (IV) (SiO 2) Żel krzemionkowy ze skalenia ( n SiO2 · m H 2 O) Olej silikonowy Silikony (n) Krzemek wanadu (V 3 Si) Krzem krzemowy (ReSi) Krzemek molibdenu (MoSi 2) Krzemian antymonu (Si 3 Sb 4) Krzemek bizmutu (Si 3 Bi 4) Krzemek polonu (SiPo 2) Krzemek wapnia (CaSi 2) Krzemek manganu (Mg 2 Si) Trichlorosilan (SiHCl 3) Chlorek krzemu (IV) (SiCl 4) Chlorki krzemu Azotek krzemu (Si 3 N 4) Krzemowy tetrajodek (SiI 4) Krzemowy tetrabromek (SiBr 4) Siarczek krzem (SiS 2) Moissanite

Przez właściwości chemiczne krzem jest niemetalem. Ponieważ na poziomie energii zewnętrznej występują 4 elektrony, stopień utlenienia zarówno -4, jak i +4 jest charakterystyczny dla krzemu. Chemicznie krzem jest mało aktywny, w temperaturze pokojowej reaguje tylko z gazem fluorowym i powstaje lotny tetrafluorek krzemu:

Si + 2F 2 = SiF 4

Po podgrzaniu pokruszony krzem reaguje z tlenem, tworząc tlenek krzemu (IV):

Si + O 2 = SiO 2

Kwasy (z wyjątkiem mieszaniny fluorowodoru i azotu) nie wpływają na krzem. Jednak rozpuszcza się w alkaliach, tworząc krzemian i wodór.

Si + 2 NaOH + H2O = Na2 SiO3 + 2H2

W związkach krzem wykazuje stopień utlenienia +4 lub -4, ponieważ stan hybrydyzacji orbitali sp3 jest bardziej charakterystyczny dla atomu krzemu. Dlatego we wszystkich związkach z wyjątkiem tlenku krzemu (II) SiO krzem jest czterowartościowy.

Chemicznie krzem jest nieaktywny. W temperaturze pokojowej reaguje tylko z gazowym fluorem i powstaje lotny tetrafluorek krzemu SiF4. Po ogrzaniu do temperatury 400-500 ° C krzem reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek SiO2, z chlorem, bromem i jodem, tworząc odpowiednie łatwo lotne tetrahalogenki SiHalogenu 4.

Krzem nie reaguje bezpośrednio z wodorem, związki krzemu z wodorem - silanami o wzorze ogólnym Si n H 2n + 2 - otrzymuje się pośrednio. Monosilan SiH 4 (często nazywany po prostu silanem) jest uwalniany, gdy krzemki metali oddziałują z roztworami kwasu, na przykład:

Ca 2 Si + 4HCl → 2CaCl 2 + SiH 4.

Silan SiH4 utworzony w tej reakcji zawiera domieszkę innych silanów, w szczególności disilanu Si2H6 i trisilanu Si3H8, w którym występuje łańcuch atomów krzemu połączonych pojedynczymi wiązaniami (-Si-Si-Si-) .

Z azotem krzem w temperaturze około 1000 ° C tworzy azotek Si 3 N 4, z borowo - termicznie i chemicznie odpornymi borkami SiB 3, SiB 6 i SiB 12. Związek krzemu i jego najbliższy analog w układzie okresowym - węglik - węglik krzemu SiC (karborund) charakteryzuje się wysoką twardością i niską aktywnością chemiczną. Karborund jest szeroko stosowany jako środek ścierny.

Gdy krzem jest podgrzewany metalami, występują krzemki. Krzemki można podzielić na dwie grupy: jonowo-kowalencyjne (metal alkaliczny, krzemki metali ziem alkalicznych i typ Ca 2 Si, Mg 2 Si, itp.) I metalopodobne (krzemki metali przejściowych). Krzemki metali aktywnych rozkładają się pod działaniem kwasów, krzemki metali przejściowych są stabilne chemicznie i nie rozkładają się pod działaniem kwasów. Krzemki podobne do metali mają wysokie temperatury topnienia (do 2000 ° C). Najczęściej tworzą się metaliczne krzemki kompozycji MeSi, Me 3 Si 2, Me 2 Si 3, Me 5 Si 3 i MeSi 2. Krzemki podobne do metali są chemicznie obojętne, odporne na działanie tlenu nawet w wysokich temperaturach.

Gdy SiO2 jest redukowany przez krzem w wysokich temperaturach, tworzy się tlenek krzemu (II) SiO.

Krzem charakteryzuje się tworzeniem związków krzemoorganicznych, w których atomy krzemu są połączone w długie łańcuchy przez mostkowe atomy tlenu -O-, a do każdego atomu krzemu, z wyjątkiem dwóch atomów O, przyłączone są jeszcze dwa rodniki organiczne R1 i R2 = CH3, C 2H 5, C 6H 5, CH 2 CH 2 CF 3 itd.

4. Si + 2HNO 3 = SiO 2 + NO + NO 2 + H 2 O

5. SiO2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O

6. 3SiF 4 + 3H 2O = 2H 2 SiF 6 + ↓ H 2 SiO 3

Do wytrawiania krzemu można stosować wodne roztwory alkaliów. Trawienie krzemu w roztworach alkalicznych rozpoczyna się w temperaturze roztworu powyżej 60 ° C.

3. Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2

4. K 2 SiO 3 + 2 H 2 O £ H 2 SiO 3 + 2 KOH

jest to materiał o najbardziej odpornym naturalnym związku krzemu - tlenku krzemu (IV). Są to krzemionka, kwarc, przezroczyste kryształy kwarcu - kryształ górski, drobnokrystaliczna odmiana kwarcu - jaspis, drobne ziarna kwarcu - piasek (wszystkie próbki są prezentowane na wystawie i są zademonstrowane). Krzemiany są również niezwykle powszechne w przyrodzie.

Na przykład:

Kaolinit jest głównym składnikiem białej glinki.

Ze sztucznych krzemianów największe znaczenie mają ceramika, szkło i cement. Zapoznajmy się z produkcją niektórych materiałów wytwarzanych przez przemysł krzemianowy, więcej.

Krzem - Składnik Odżywczy

W ludzkim ciele zawartość krzemu wynosi 7-10 lat, znajduje się we krwi, w mięśniach, w kompetentnych narządach odpornościowych - grasicy i nadnerczach. Krzem jest głównym elementem strukturalnym w ludzkim ciele, jeśli wapń jest elementem sztywnych struktur kostnych układu mięśniowo-szkieletowego, to krzem jest elementem elastycznych struktur, jest niezbędny do tworzenia i rozwoju tkanki łącznej, która jest szeroko reprezentowana w naszym ciele - kości, stawy, chrząstka, ścięgien, soczewki oka, naczyń krwionośnych, a także skóry, błon śluzowych, włosów i paznokci. Tkanka łączna ma właściwość, która odróżnia ją od innych tkanek ciała - zdolność do regeneracji (przywracania). Wysoka zawartość krzemu w tkance łącznej wynika z jego obecności w kompozycji kompleksów białkowych, które tworzą szkielet tkanek i nadają im siłę i elastyczność. Krzem bierze udział w reakcjach chemicznych, które utrzymują poszczególne włókna kolagenu i elastyny, zapobiegają powstawaniu zmarszczek, normalizują nawilżenie skóry, wzmacniają włosy i paznokcie. Związki krzemu są niezbędnymi aktywatorami regeneracji tkanki łącznej w organizmie człowieka, przyspieszają procesy metaboliczne w organizmie, działają stymulująco na wzrost komórek skóry, produkcję kolagenu, elastyny i keratyny. Zdolność krzemu do struktury wody i płynów ustrojowych jest znana, zmniejsza napięcie powierzchniowe wody, czyniąc ją bardziej biodostępną, a zatem krzem sprzyja nawodnieniu komórek i tkanek. Okazało się, że u dzieci nasycenie tkanek ciała płynem jest wyższe niż u osób starszych, dlatego krzem odgrywa znaczącą rolę w zapobieganiu procesowi starzenia się organizmu. Jako przeciwutleniacz strukturalny krzem blokuje procesy peroksydacji lipidów, co ma pozytywny wpływ na wzmocnienie funkcji ochronnej skóry i zwiększenie odporności włosów i paznokci na utleniające działanie wolnych rodników. Ponieważ wiek biologiczny osoby jest dokładnie określony przez tempo procesów metabolicznych, brak krzemu w organizmie jest jedną z przyczyn starzenia się.

Badania naukowe wykazały, że krzem bierze udział w metabolizmie ponad 70 pierwiastków śladowych (wapnia, magnezu, fluoru, sodu, siarki, glinu, cynku, molibdenu, manganu, kobaltu i wielu innych), które nie są wchłaniane, jeśli organizmowi brakuje krzemu. Brak krzemu w organizmie pociąga za sobą mikroelementy, zaburzenia funkcji wielu układów organizmu i zaburzenia metaboliczne. Naruszenie metabolizmu krzemu prowadzi do niedokrwistości, osteoporozy, wypadania włosów, chorób stawów, gruźlicy, cukrzycy, róży skóry, kamieni żółciowych i kamicy moczowej

Od dawna znana jest unikalna zdolność krzemu do oczyszczania organizmów żywych, jego związki organiczne mogą tworzyć w środowisku wodnym organizmu bioelektrycznie naładowane układy, które „przyklejają” wirusy grypy, zapalenia wątroby, opryszczki, patogeny, grzyby i dezaktywują je dla siebie. Wiadomo, że niedoborowi krzemu zawsze towarzyszy dysbakterioza, której najczęstszą manifestacją jest kandydoza, objawiająca się wrzodziejącymi zmianami błony śluzowej jamy ustnej, nosa, górnych dróg oddechowych, przewodu pokarmowego i układu moczowego. Koloidy krzemu tworzą złożone związki z Candides i ich toksynami i usuwają je z organizmu. Normalna flora jelitowa, która obejmuje bifidobakterie i pałeczki kwasu mlekowego, nie ma zdolności łączenia się z systemami krzemu koloidalnego i pozostaje w jelicie, co jest bardzo ważne dla normalnego funkcjonowania

przewód pokarmowy. Nie wspominając o wartości krzemu dla układu odpornościowego: krwinki odpowiedzialne za ochronne funkcje organizmu (monocyty, limfocyty) i wytwarzające ochronne przeciwciała - są przedstawicielami tkanki łącznej. Dlatego niedobór krzemu zmniejsza odporność i pojawiają się różne choroby, które są przewlekłe, najczęściej są to procesy ropne - furunculosis, ropnie, zapalenie zatok, zapalenie ucha, zapalenie migdałków, rany i przetoki bez leczenia. Udowodniono już, że wiele poważnych chorób (rak, gruźlica, trąd, zaćma, zapalenie wątroby, czerwonka, reumatyzm, zapalenie stawów) wiąże się z brakiem krzemu w tkankach lub z naruszeniem jego metabolizmu. Krzem ma działanie przeciwzapalne i immunostymulujące w zakażeniach układu oddechowego i przewlekłym zapaleniu oskrzeli, zmniejsza reakcje alergiczne w astmie oskrzelowej. Naukowcy od dawna zwracają uwagę na fakt, że na obszarach, gdzie gleba jest bogata w krzem, rak jest niezwykle rzadki.

Otrzymujemy krzem z wodą, pokarmem roślinnym i zwierzęcym, dzienne zapotrzebowanie na krzem wynosi 20-30 mg, kobiety w ciąży, matki karmiące i dzieci szczególnie potrzebują krzemu. Organy i systemy są aktywnie formowane w organizmie dziecka, a potrzeba elementu wiążącego jest znacznie wyższa niż u dorosłego. Z niedoborem krzemu w ciałach dzieci rozwija się krzywica, niszczą zęby i postępuje próchnica, dzieci pozostają w tyle w rozwoju fizycznym i intelektualnym. U dorosłych próchnica łączy utratę włosów, kruchość i łamliwe paznokcie. Wraz z wiekiem spożywanie krzemu zmniejsza się, wapń zajmuje miejsce w kościach, więc kości tracą elastyczność, twardnieją, stają się kruche i występuje osteoporoza. W przybliżeniu w ten sam sposób rozwija się osteochondroza w organizmie: chrząstki międzykręgowe są wypełnione wapniem, tracą elastyczność, stają się cieńsze, a ich ruchliwość pogarsza się. Gdy ilość krzemu w organizmie zmniejsza się, wapń nie jest wchłaniany przez tkankę kostną, w postaci soli, którą odkłada się w stawach, w postaci piasku i kamieni - w woreczek żółciowy i nerki, prowokując wystąpienie zespołu dnawego. W procesie starzenia wzrasta znacznie ryzyko złamań, udowodniono, że silna akumulacja krzemu występuje w miejscu złamania, a jego ilość wzrasta 50 razy w porównaniu ze zdrowymi częściami kości. Organizm wysyła je do obszaru problemowego „aby pomóc” w celu szybkiego utworzenia nowej tkanki kostnej. Rejestracja krzemu sprzyja utrwalaniu wapnia w kościach, poprawia elastyczność i napięcie mięśniowe, wzmacnia więzadła i chrząstki stawów. Wiadomo, że wiek osoby można ocenić na podstawie stanu jego naczyń krwionośnych. W 1957 roku francuscy naukowcy opisali fakty potwierdzające, że miażdżyca ma bardzo niską zawartość krzemu w ścianach naczyń krwionośnych. W przypadku niedoboru krzemu wapń go zastępuje, dlatego zmniejsza się elastyczność naczyń krwionośnych, a jednocześnie zwiększa się przepuszczalność ich ścian, cholesterol przenika do krwi przez powstałe ubytki z tkanek i osiada na ścianach naczyń krwionośnych, tworząc płytki cholesterolu. Proces ten prowadzi do zwężenia naczyń i powoduje dusznicę bolesną, atak serca, arytmię, udar, nadciśnienie, zaburzenia psychiczne, zaburzenia pamięci itp. Z niedoborem krzemu, elastycznością i uszkodzeniem naczyń żylnych, żyły się rozciągają i zmieniają swoją pozycję, i pojawia się choroba żylaków kończyn dolnych. Wystarczająca ilość krzemu w codziennej diecie może przywrócić wewnętrzną wyściółkę naczyń krwionośnych, przywrócić im elastyczność, poprawić krążenie żylne i pomóc obniżyć poziom cholesterolu o niskiej gęstości. Krzem jest uniwersalnym i absolutnie bezpiecznym stymulatorem produkcji energii w ciele, gdy wchodzi do komórek organizmu.

istnieje aktywna synteza adenozynotrifosforanu (ATP) - cząsteczki, która zapewnia energię dla wszystkich procesów biochemicznych zachodzących w komórkach.

Rola biologiczna

Dla niektórych organizmów krzem jest ważnym składnikiem odżywczym. Jest częścią formacji wspierających w roślinach i szkieletach - u zwierząt. Krzem jest skoncentrowany w dużych ilościach przez organizmy morskie - okrzemki, radiolariany, gąbki. Duże ilości krzemu koncentrują skrzyp i zboża, przede wszystkim - podrodzinę Bamboks i Risovidnyh, w tym - siew ryżu. Ludzka tkanka mięśniowa zawiera (1-2) × 10-2% krzemu, tkankę kostną - 17 × 10-4%, krew - 3,9 mg / l. Każdego dnia do 1 g krzemu dostaje się do organizmu człowieka z pożywieniem.

Związki krzemu są stosunkowo nietoksyczne. Jednak bardzo niebezpieczne jest wdychanie silnie rozproszonych cząstek zarówno krzemianów, jak i dwutlenku krzemu, które powstają na przykład w wyniku wybuchu, dłutowania skał w kopalniach, urządzeń do piaskowania itp. Mikrocząstki SiO 2, które wpadają do płuc, krystalizują w nich, i powstałe kryształy niszczą tkankę płuc i powodują ciężką chorobę - krzemicę. Aby zapobiec przedostawaniu się niebezpiecznego pyłu do płuc, należy stosować respirator w celu ochrony narządów oddechowych.

Przemysł krzemianowy

Gzhel jest jednym z tradycyjnych rosyjskich ośrodków produkcji ceramiki. Jest to rozległy obszar składający się z 27 wiosek zjednoczonych w „Gzhelsky Bush” położonych około 60 km od Moskwy wzdłuż linii kolejowej Moskwa-Murom-Kazan, a teraz jest to Ramensky District of Moscow Region (pokazany na mapie regionu moskiewskiego).

Gzhel od dawna słynie z gliny. Wielki rosyjski naukowiec M. V. Łomonosow, który docenił glinę gzińską, napisał o nich tak wzniosłe słowa: „Tam, gdzie światowi chemicy nazywają nas Gzhel, nie ma najczystszej ziemi i bez żadnego użycia, czego nigdy nie widziałem piękniej nigdzie” Do połowy XVIII wieku Gzhel robił ceramikę, zwykle w tym czasie, robił cegły, fajki ceramiczne, a także prymitywne zabawki dla dzieci.

Druga połowa XVIII wieku - półfajka, uzyskana jako materiał pośredni w poszukiwaniu receptury porcelany, pomalowana niebieskim smaltem na szarym, grubym, porowatym kawałku. Obraz na kvasnikach, dzbanach, talerzach nosił charakter graficzny i wyglądał jak malowany rysunek konspektu.

Początek XIX wieku - era porcelany. Porcelana prywatnych fabryk w Gzhel wyróżniała się wielką jasnością, połączeniem kontrastujących farb różnych form przedmiotów codziennego użytku.

W 1972 roku nowoczesny styl produktu Gzhel został stworzony przy użyciu niebieskiej farby kobaltowej.

Smukły system artystyczny pisma Gzhel został utrwalony w indywidualnych pismach ręcznych i osobliwych manierach wykonawców. Używając tego samego zestawu elementów graficznych w swojej pracy, każdy artysta stworzył własną indywidualną historię malarską: bukiet lub osobny kwiat, zwierzę lub świat roślin, obrazy ludzi.

Ważną cechą niebiesko-białego obrazu porcelany Gzhel jest malowniczy początek. Duże znaczenie przywiązuje się do ruchu pędzla, zdolnego do tworzenia wielu najsubtelniejszych stopni niebieskiego koloru: od dźwięcznego nasyconego do niewyraźnego niebieskiego. W połączeniu z białym tłem obraz tworzy ażurowy wzór na powierzchni produktu: w środku - jasny, duży punkt - obraz kwiatu i wokół lekkiego rozproszenia gałązek z liśćmi i jagodami, loki, wąsów.

Farby do malowania porcelany malowane tlenkiem kobaltu (II).

Teraz nie można dokładnie określić, kto i kiedy wynalazł szkło. Wiadomo tylko, że szkło jest jednym z najstarszych wynalazków ludzkości. Zatem naszyjnik znaleziony na szyi mumii egipskiej królowej Hatszepsut, składający się z zielono-czarnych szklanych koralików, ma 3400 lat. Wielkimi mistrzami produkcji różnych wyrobów szklanych byli rzymscy producenci szkła. Zrobili dzbanki na wodę, olej i wino, kubki i filiżanki, wazony, łezki - małe butelki perfum. Duży wkład w rozwój produkcji szkła artystycznego w Rosji miał Lomonosov. Stworzony przez niego w 1748 roku

laboratorium chemiczne przeprowadziło około 4000 eksperymentów na gotowaniu kolorowego szkła, dla których Łomonosow „nie tylko napisał przepisy, ale także materiały ... przeważnie zawiesił je i umieścił w piecu ...” Na podstawie przepisów opracowanych przez Łomonosowa, fabrykę szkła w Ust– Ruditsa w 1753 roku zaczął produkować wielobarwne szkło przezroczyste do produkcji koralików, naczyń i innych wyrobów pasmanteryjnych oraz nieprzezroczyste dla mozaiki. Z takiego szkła Łomonosow wykonał kilka obrazów mozaikowych, wśród których była „Bitwa Połtawska”, która zyskała największą sławę i przetrwała do dziś.

Skład zwykłego szkła okiennego wyraża się wzorem Na 2 O * CaO * 6SiO 2

Do produkcji zwykłego szkła używamy piasku kwarcowego, sody i wapienia. Substancje te są dokładnie mieszane i poddawane silnemu ogrzewaniu. Chemię procesu można przedstawić następująco: podczas syntezy powstają krzemiany sodu i wapnia, które następnie łączą się z krzemionką (w nadmiarze):

SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO2

SiO 2 + CaCO 3 = CaSiO 3 + CO2

Na 2 SiO 3 + CaSiO 3 + 4SiO 2 = Na 2 O * CaO * 6SiO 2

W przypadku specjalnego szkła zmień skład początkowej mieszanki. Zamieniając sodę na potas Na 2 CO 3 K 2 CO 3, należy uzyskać szkło ogniotrwałe (do wyrobów ze szkła chemicznego). Zastępując kredę CaCO 3 tlenek ołowiu (II) PbO i sodę potasową, uzyskaj szkło kryształowe. Jest raczej miękki i topliwy, ale bardzo ciężki, wyróżnia się silnym blaskiem i wysokim współczynnikiem załamania światła, rozkładając promienie świetlne na wszystkie kolory tęczy i powodując grę światła.

Włączenie tlenku boru zamiast składników alkalicznych nadaje mu właściwości ogniotrwałe.

Zwykła masa szklana po schłodzeniu ma odcień żółtawozielony lub niebieskozielony. Szkło może być zabarwione, jeśli skład mieszaniny powoduje włączenie niektórych tlenków metali. Związki żelazne malują szkło w kolorach - od niebieskawo-zielonego i żółtego do czerwono-brązowego, tlenek manganu (IV) - od żółtego i brązowego do fioletowego, tlenek chromu (III) w trawiastej zieleni, tlenek kobaltu (II) - w kolorze niebieskim, Tlenek niklu (II) - od fioletowego do szaro-brązowego, siarczek sodu - do żółtego, tlenek miedzi (II) - do czerwonego.

W życiu ludzkim szkło zyskało ogromne znaczenie. Jest widoczny wszędzie, na każdym kroku - w codziennym życiu, w przemyśle, w technologii, w nauce, w dziełach sztuki. Okno, butelka, lampa, lustro, szkło do szkła domowego i laboratoryjnego, szkło optyczne (od okularów szklanych do złożonych anastigmatów kamer), soczewki nieskończonych urządzeń optycznych - od mikroskopów po teleskopy. Trudno jest wymienić wszystkie zastosowania szkła i nie można policzyć różnych przedmiotów z niego wykonanych. Ten materiał, ze względu na swoje unikalne właściwości, cieszy się i prawdopodobnie jest czarujący, zawsze będzie obecny w życiu zdolnym docenić jego piękno.

Wniosek

Tak więc dzisiaj udowodniono, że krzem przyczynia się do:

· Oczyszczanie i wzmacnianie organizmu oraz wydajne wchłanianie składników odżywczych, makro- i mikroelementów

· Zwiększ ogólny ton, zwiększ zasoby energetyczne organizmu, popraw wydajność umysłową, spowolnij proces starzenia się

· Eliminacja zaburzeń spowodowanych szkodliwym działaniem wolnych rodników, zapobiegających rozwojowi wielu chorób przewlekłych

Atomy krzemu stanowią podstawę gliny, piasku i skał. Większość skorupy składa się z nieorganicznych związków krzemu (28% obj.). Możemy powiedzieć, że cały świat nieorganiczny jest związany z krzemem. W warunkach naturalnych minerały krzemowe występują także w kalcytach i kredach. Krzem jest drugim pierwiastkiem za tlenem pod względem rezerw w skorupie i stanowi około jednej trzeciej jego całkowitej masy. Co 6 atomów w skorupie ziemskiej jest atomem krzemu. Krzem w wodzie morskiej zawiera nawet więcej niż fosfor, który jest niezbędny do życia na Ziemi. W naszym ciele krzem znajduje się w tarczycy, nadnerczach, przysadce mózgowej. Najwyższe stężenie występuje we włosach i paznokciach. Krzem jest również składnikiem kolagenu, głównego białka tkanki łącznej. Jego główną rolą jest udział w reakcji chemicznej, zapinanie pojedynczych włókien kolagenu i elastyny, dając siłę i elastyczność tkanki łącznej. Brak krzemu w organizmie prowadzi do: osteomalacji (zmiękczenia kości), chorób oczu, zębów, paznokci, skóry i włosów; przyspieszone zużycie chrząstki stawowej; róży skóry; kamienie w wątrobie i nerkach; dysbakterioza; miażdżyca tętnic. Stwierdzono związek między stężeniem krzemu w wodzie pitnej a chorobami układu krążenia. Gruźlicy, cukrzycy, trądu, zapalenia wątroby, nadciśnienia tętniczego, zaćmy, zapalenia stawów, nowotworom towarzyszy spadek stężenia krzemu w tkankach i narządach lub zaburzenia jego metabolizmu. Tymczasem nasz organizm codziennie traci krzem - średnio spożywamy 3,5 mg krzemu dziennie z jedzeniem i wodą, a tracimy około 9 mg dziennie.

Literatura

· Samsonow. Krzemki GV i ich zastosowanie w inżynierii. Kijów, Wydawnictwo Akademii Nauk Ukraińskiej SRR, 1959. 204 s. Z chorym.

· Aleshin E. P., Aleshin N. E. Rys. Moskwa, 1993. 504 str. 100 rys.

„Węgiel i krzem” - dobrze zmielony diament - diament. Miękki grafit ma strukturę warstwową. Tlenek krzemu (IV). Węgiel lustrzany ma strukturę warstwową. Właściwości chemiczne Węgiel. Grafit Metody pozyskiwania: laboratoryjne i przemysłowe. Szkło Jeden z najłagodniejszych wśród ciał stałych. Ponad 99% węgla w atmosferze ma postać dwutlenku węgla.

„Krzem” - interakcja z metalami. Ogólna charakterystyka krzemu na pozycji w układzie okresowym. Aplikacja. Produkty przemysłu krzemianowego. Krzemiany - sole kwasu krzemowego. Krzemki W laboratoriach krzem wytwarza się przez redukcję tlenku krzemu SiO2. Struktura atomu krzemu. Do końca zewnętrznego poziomu krzem nie ma 4 elektronów.

„Lekcja silikonowa” - o przejawach właściwości niemetalicznych i metalicznych. Wybierz prawidłowe stwierdzenia: tlenki, węgiel i wodorotlenki krzemu? Charakter tlenku: a) zasadowy, b) kwaśny, c) amfoteryczny. Rodzaje wiązań i sieci krystalicznych w prostych substancjach. Przemysł krzemianowy. Ekspresowa ankieta. Kwiat - pięć kwiatów.

„Silicon Compounds” - sześcienna siatka zorientowana na twarz. Jasper Minerały na bazie SiO2. Agat Krzem i jego związki. Krzemiany i wodór. Ametyst. Uzyskiwanie krzemianów. Zdobycie krzemu w laboratorium. Zastosowanie krzemu. Właściwości chemiczne SiO2. Naturalne krzemiany. Odmiany kwarcu. Odkrycie krzemu. Tlenek krzemu.

„Izotopy krzemu” - produkcja nasion monokrystalicznych. Rozkład stężenia izotopów wzdłuż długości nasion. Perspektywy użycia krzemu monoizotopowego. Przewodność cieplna krzemu wzbogaconego izotopowo-28. Widma Ramana krzemu wzbogaconego izotopowo. Tygiel Zależność pasma wzbronionego krzemu od masy atomowej.

„Krzem i jego związki” - Krzem może być zarówno środkiem utleniającym, jak i środkiem redukującym. Sieć krystaliczna krzemu przypomina strukturę diamentu. Krzemiany Krzemiany stanowią ponad 1/4 masy całej skorupy. Ceramika. Krzem został po raz pierwszy odkryty w 1811 roku przez Gay-Lussaca i Tenar. Nowoczesne naczynia ceramiczne. Rozważmy naturalne związki krzemu.

Łącznie jest 6 prezentacji.

Miejska instytucja edukacyjna

„Szkoła średnia nr 6”

Miasta Murom

Streszczenie w chemii na ten temat:

„Krzem, jego właściwości i zmiany alotropowe. Krzem - pierwiastek biogenny ”

Spełniony uczeń 8 W klasie

Szewcowa Tatyana

Head Kornyshova S.S.

Wprowadzenie 3

Silicon Discovery History 4

Krzem w przyrodzie i jego górnictwo przemysłowe 5

Krzem, jego właściwości i modyfikacje alotropowe 7

Sposoby uzyskania krzemu 10

Związki krzemu i ich właściwości 11

Silicon - Nutrient 14

Przemysł krzemianowy 17

Wniosek 19

Literatura 20

Wprowadzenie

Uzdrawiające właściwości krzemu były znane na długo przed naszymi dniami: w starożytnych Indiach i Chinach, uzdrawiające właściwości młodego bambusa zawierającego krzem były długo używane w Rosji, a biała glina była używana w Rosji do leczenia anemicznych dzieci i słabych starych ludzi przed zatruciem i zgagą, z powodu chorób skóry. Nawet w praktyce farmaceutycznej starożytnych Indii i Chin, a później w medycynie ludowej wielu krajów stosowano wywary, napary i ekstrakty z takich roślin zawierających krzem, jak skrzyp, pokrzywa, alpinista, bambus i słynny żeń-szeń. Od ponad 200 lat krzem jest stosowany w homeopatii klasycznej, jest bardzo popularny we współczesnej kosmetologii i jest szeroko stosowany w mezoterapii do rewitalizacji skóry (odmładzanie).

Cel: Zbadanie właściwości krzemu i jego naturalnych związków, w celu poprawy wiedzy o strukturze atomów.

· Określić strukturę krzemu, wartość krzemu i jego związków oraz ich praktyczne zastosowanie.

· Podkreśl wartość krzemu jako składnika odżywczego

· Zidentyfikuj główne obszary przemysłu krzemianowego

Silicon Discovery History

Krzem jest elementem głównej podgrupy czwartej grupy trzeciego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych. I. Mendelejew, o liczbie atomowej 14. Oznaczony symbolem Si (łac. Krzem).

Pure Creme został wyizolowany w 1811 roku przez francuskich naukowców Josepha Louisa Gay-Lussaca i Louisa Jacquesa Tenarda.

Bycie w naturze

Krzem w przyrodzie i jego górnictwo przemysłowe

Istnieją pojedyncze fakty znalezienia czystego krzemu w jego rodzimej postaci: metaliczny krzem w ijolitah masywu Hot Mining, petrologia zwykłych chondrytów.

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

Krzem, jego właściwości i modyfikacje alotropowe

Krystaliczny krzem jest ciemnoszarą substancją o stalowym połysku. Struktura krzemu jest podobna do struktury diamentu: sieć krystaliczna jest sześcienna, ale z powodu dłuższego wiązania między atomami Si-Si w porównaniu z długością wiązania C-C, twardość krzemu jest znacznie mniejsza niż diamentu. Krzem jest bardzo delikatny, jego gęstość wynosi 2,33 g / cm 3.

Podobnie jak węgiel, odnosi się do substancji ogniotrwałych.

Struktura krystaliczna krzemu.

Właściwości chemiczne

1. Si + 2HNO 3 = SiO 2 + NO + NO 2 + H 2 O

2. SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O

3. 3SiF 4 + 3H 2 O = 2H 2 SiF 6 + ↓ H 2 SiO 3

1. Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2

2. K 2 SiO 3 + 2 H 2 O £ H 2 SiO 3 + 2 KOH

Właściwości fizyczne

Właściwości elektrofizyczne

Krzem pierwiastkowy w postaci pojedynczego kryształu jest półprzewodnikiem pośrednim pasma wzbronionego. Pas luki w pokoju

Na właściwości elektrofizyczne krzemu krystalicznego duży wpływ mają zawarte w nim zanieczyszczenia. Aby otrzymać kryształy krzemu z przewodnością otworu, atomy pierwiastków trzeciej grupy, takich jak bor, glin, gal, ind, są wprowadzane do krzemu). Aby uzyskać kryształy krzemu o przewodnictwie elektronowym, atomy pierwiastków z grupy V, takie jak fosfor, arsen i antymon, są wprowadzane do krzemu.

1. Przepuszczalność dielektryczna: 12

2. Ruchliwość elektronów: 1300-1450 cm² / (in · c).

3. Ruchliwość otworu: 500 cm² / (cale).

4. Szerokość zakazanej strefy 1,205-2,84 × 10 -4 · T

5. Żywotność elektronów: 5 ns - 10 ms

6. Elektron oznacza swobodną ścieżkę: około 0,1 cm

7. Długość swobodnego biegu otworu: około 0,02 - 0,06 cm

Sposoby uzyskania krzemu

Wolny krzem można otrzymać przez kalcynację drobnego białego piasku magnezem, który w składzie chemicznym jest prawie czystym tlenkiem krzemu,

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

utworzony w tym przypadku bezpostaciowy krzem ma postać brązowego proszku, którego gęstość wynosi 2,0 g / cm3

Możliwe dalsze oczyszczanie krzemu z zanieczyszczeń.

Metodę wytwarzania krzemu w czystej postaci opracował Nikołaj Nikołajewicz Beketow.

Największym producentem krzemu w Rosji jest OKRusal - krzem produkowany jest w zakładach w mieście Kamensk-Uralsky (region Swierdłowski) oraz w mieście Shelekhov (obwód irkucki).

Związki krzemu i ich właściwości

Połączenia krzem

Według właściwości chemicznych krzem jest niemetalem. Ponieważ na poziomie energii zewnętrznej występują 4 elektrony, stopień utlenienia zarówno -4, jak i +4 jest charakterystyczny dla krzemu. Chemicznie krzem jest mało aktywny, w temperaturze pokojowej reaguje tylko z gazem fluorowym i powstaje lotny tetrafluorek krzemu:

Si + 2F 2 = SiF 4

Po podgrzaniu pokruszony krzem reaguje z tlenem, tworząc tlenek krzemu (IV):

Si + O 2 = SiO 2

Kwasy (z wyjątkiem mieszaniny fluorowodoru i azotu) nie wpływają na krzem. Jednak rozpuszcza się w alkaliach, tworząc krzemian i wodór.

Si + 2 NaOH + H2O = Na2 SiO3 + 2H2

Ca 2 Si + 4HCl → 2CaCl 2 + SiH 4.

Gdy SiO2 jest redukowany przez krzem w wysokich temperaturach, tworzy się tlenek krzemu (II) SiO.

4. Si + 2HNO 3 = SiO 2 + NO + NO 2 + H 2 O

5. SiO2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O

6. 3SiF 4 + 3H 2O = 2H 2 SiF 6 + ↓ H 2 SiO 3

Do wytrawiania krzemu można stosować wodne roztwory alkaliów. Trawienie krzemu w roztworach alkalicznych rozpoczyna się w temperaturze roztworu powyżej 60 ° C.

3. Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2

4. K 2 SiO 3 + 2 H 2 O £ H 2 SiO 3 + 2 KOH

Na przykład:

Kaolinit jest głównym składnikiem białej glinki.

Ze sztucznych krzemianów największe znaczenie mają ceramika, szkło i cement. Zapoznajmy się z produkcją niektórych materiałów wytwarzanych przez przemysł krzemianowy, więcej.

Krzem - Składnik Odżywczy

Otrzymujemy krzem z wodą, pokarmem roślinnym i zwierzęcym, dzienne zapotrzebowanie na krzem wynosi 20-30 mg, kobiety w ciąży, matki karmiące i dzieci szczególnie potrzebują krzemu. Organy i systemy są aktywnie formowane w organizmie dziecka, a potrzeba elementu wiążącego jest znacznie wyższa niż u dorosłego. Z niedoborem krzemu w ciałach dzieci rozwija się krzywica, niszczą zęby i postępuje próchnica, dzieci pozostają w tyle w rozwoju fizycznym i intelektualnym. U dorosłych próchnica łączy utratę włosów, kruchość i łamliwe paznokcie. Wraz z wiekiem spożywanie krzemu zmniejsza się, wapń zajmuje miejsce w kościach, więc kości tracą elastyczność, twardnieją, stają się kruche i występuje osteoporoza. W przybliżeniu w ten sam sposób rozwija się osteochondroza w organizmie: chrząstki międzykręgowe są wypełnione wapniem, tracą elastyczność, stają się cieńsze, a ich ruchliwość pogarsza się. Gdy zmniejsza się ilość krzemu w organizmie, wapń nie jest wchłaniany przez tkankę kostną, w postaci soli, którą odkłada się w stawach, w postaci piasku i kamieni - w woreczku żółciowym i nerkach, powodując wystąpienie zespołu dnawego. W procesie starzenia wzrasta znacznie ryzyko złamań, udowodniono, że silna akumulacja krzemu występuje w miejscu złamania, a jego ilość wzrasta 50 razy w porównaniu ze zdrowymi częściami kości. Organizm wysyła je do obszaru problemowego „aby pomóc” w celu szybkiego utworzenia nowej tkanki kostnej. Rejestracja krzemu sprzyja utrwalaniu wapnia w kościach, poprawia elastyczność i napięcie mięśniowe, wzmacnia więzadła i chrząstki stawów. Wiadomo, że wiek osoby można ocenić na podstawie stanu jego naczyń krwionośnych. W 1957 roku francuscy naukowcy opisali fakty potwierdzające, że miażdżyca ma bardzo niską zawartość krzemu w ścianach naczyń krwionośnych. W przypadku niedoboru krzemu wapń go zastępuje, dlatego zmniejsza się elastyczność naczyń krwionośnych, a jednocześnie zwiększa się przepuszczalność ich ścian, cholesterol przenika do krwi przez powstałe ubytki z tkanek i osiada na ścianach naczyń krwionośnych, tworząc płytki cholesterolu. Proces ten prowadzi do zwężenia naczyń i powoduje dusznicę bolesną, atak serca, arytmię, udar, nadciśnienie, zaburzenia psychiczne, zaburzenia pamięci itp. Z niedoborem krzemu, elastycznością i uszkodzeniem naczyń żylnych, żyły się rozciągają i zmieniają swoją pozycję, i pojawia się choroba żylaków kończyn dolnych. Wystarczająca ilość krzemu w codziennej diecie może przywrócić wewnętrzną wyściółkę naczyń krwionośnych, przywrócić im elastyczność, poprawić krążenie żylne i pomóc obniżyć poziom cholesterolu o niskiej gęstości. Krzem jest uniwersalnym i absolutnie bezpiecznym stymulatorem produkcji energii w ciele, gdy wchodzi do komórek organizmu.

istnieje aktywna synteza adenozynotrifosforanu (ATP) - cząsteczki, która zapewnia energię dla wszystkich procesów biochemicznych zachodzących w komórkach.

Rola biologiczna

Przemysł krzemianowy

Początek XIX wieku - era porcelany. Porcelana prywatnych fabryk w Gzhel wyróżniała się wielką jasnością, połączeniem kontrastujących farb różnych form przedmiotów codziennego użytku.

W 1972 roku nowoczesny styl produktu Gzhel został stworzony przy użyciu niebieskiej farby kobaltowej.

Farby do malowania porcelany malowane tlenkiem kobaltu (II).

Skład zwykłego szkła okiennego wyraża się wzorem Na 2 O * CaO * 6SiO 2

SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO2

SiO 2 + CaCO 3 = CaSiO 3 + CO2

Na 2 SiO 3 + CaSiO 3 + 4SiO 2 = Na 2 O * CaO * 6SiO 2

Włączenie tlenku boru zamiast składników alkalicznych nadaje mu właściwości ogniotrwałe.

Wniosek

Tak więc dzisiaj udowodniono, że krzem przyczynia się do:

· Oczyszczanie i wzmacnianie organizmu oraz wydajne wchłanianie składników odżywczych, makro- i mikroelementów

· Zwiększ ogólny ton, zwiększ zasoby energetyczne organizmu, popraw wydajność umysłową, spowolnij proces starzenia się

· Eliminacja zaburzeń spowodowanych szkodliwym działaniem wolnych rodników, zapobiegających rozwojowi wielu chorób przewlekłych

Literatura

· Samsonow. Krzemki GV i ich zastosowanie w inżynierii. Kijów, Wydawnictwo Akademii Nauk Ukraińskiej SRR, 1959. 204 s. Z chorym.

· Aleshin E. P., Aleshin N. E. Rys. Moskwa, 1993. 504 str. 100 rys.

Alotropia (od starożytnej Grecji. Αλλος - „inny”, τροπος - „zwrot, własność”) - istnienie dwóch lub więcej prostych substancji tego samego pierwiastka chemicznego, różniących się strukturą i właściwościami - tak zwane modyfikacje lub formy alotropowe.

Zjawisko alotropii jest spowodowane albo różnym składem cząsteczek prostej substancji (alotropia kompozycji), albo metodą umieszczania atomów lub cząsteczek w sieci krystalicznej (alotropia formy).

2.1 Kryształowy krzem

Krystaliczny krzem jest główną formą, w której krzem jest wykorzystywany do produkcji przetworników fotoelektrycznych i półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych wykorzystujących technologię płaską. Aktywnie stosuje się krzem w postaci cienkich warstw (warstw epitaksjalnych) o strukturze krystalicznej i amorficznej na różnych podłożach. Ciemnoszara substancja o metalicznym połysku, duża twardość, kruchość, półprzewodnik, obojętny.

W zależności od celu:

1 Krzem o jakości elektronicznej (tzw. „Krzem elektroniczny”) - krzem najwyższej jakości o zawartości krzemu powyżej 99,999% wag., O większej żywotności (ponad 25 μs), stosowany do produkcji półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych, mikroukładów itp. Oporność elektryczna krzemu o jakości elektronicznej może mieścić się w zakresie od około 0,001 do 150 omów · cm, ale oporność powinna być zapewniana wyłącznie przez zanieczyszczenie, tj. Inne zanieczyszczenia dostają się do kryształu, chociaż i zapewnienie określonej rezystywności elektrycznej z reguły jest niedopuszczalne. Większość kryształów krzemu o jakości elektronicznej to tzw. „Kryształy wolne od dyslokacji”, tj. Gęstość dyslokacji w nich nie przekracza 10 cm-2, jednak w niektórych przypadkach do wytwarzania urządzeń elektronicznych stosuje się również wlewki o strukturze bliźniaczej lub nawet polikrystalicznej.

2 Krzem klasy solarnej (tak zwany „krzem słoneczny”) jest krzemem o zawartości krzemu powyżej 99,99% wagowo, ze średnimi wartościami czasu życia nośnika nierównowagowego i oporności elektrycznej (do 25 μs i do 10 Ω cm) wykorzystywanych do produkcja ogniw fotowoltaicznych (ogniwa słoneczne);

3 Krzem techniczny - bloki krzemu o strukturze polikrystalicznej, otrzymane metodą redukcji karbotermicznej z czystego piasku kwarcowego; zawiera 98% krzemu, głównym zanieczyszczeniem jest węgiel, ma wysoką zawartość pierwiastków stopowych - bor, fosfor, aluminium; używany głównie do produkcji polikrystalicznego

krzem; w latach 2006–2009 Ze względu na brak surowców krzemowych o jakości ogniw słonecznych, podjęto próby wykorzystania tego materiału do produkcji krystalicznego krzemu o jakości słonecznej: w tym celu przeprowadzono dodatkowe oczyszczanie krzemu technicznego przez kruszenie na granicach międzykrystalicznych i trawienie zanieczyszczeń koncentrujących się na granicach, a następnie przeprowadzono rekrystalizację za pomocą jednej z powyższych metod)

W zależności od metody rekrystalizacji istnieją:

- krzem monokrystaliczny - cylindryczne wlewki krzemowe o strukturze mono- i polikrystalicznej o średnicy do 400 mm, otrzymane metodą Czochralskiego. W monosilikonie struktura krystaliczna jest jednolita, bez granic ziaren (co jest widoczne nawet w wyglądzie). Uporządkowane rozmieszczenie atomów krzemu w sieci krystalicznej krzemu tworzy wyraźną strukturę pasmową. Każdy atom krzemu ma 4 elektrony na zewnętrznej powłoce. Elektrony sąsiednich atomów tworzą pary, które należą do obu atomów w tym samym czasie, więc każdy atom ma 4 wiązania z sąsiednimi atomami.

Zachowanie monokrystalicznego krzemu jest dobrze przewidywalne, jednak ze względu na małą szybkość wzrostu i złożoność procesu wytwarzania jest to najdroższy rodzaj krzemu. Krzem monokrystaliczny jest podstawą nowoczesnej technologii elektronicznej. Wyjątkowo wysokie wymagania co do czystości i perfekcji struktury. Stężenia domieszek aktywnych elektrycznie zwykle mieszczą się w przedziale 10 13–10 18 cm3, elektrycznie aktywne zanieczyszczenia tła są mniejsze niż 10 15 cm3, a elektrycznie nieaktywne zanieczyszczenia są mniejsze niż 10 18–10 19 cm ³. Głównymi rodzajami wad konstrukcyjnych są tak zwane mikrodefekty. Z reguły są to małe pętle dyslokacji lub skupiska defektów punktów wewnętrznych i zanieczyszczeń.

- krzemowe jednokrystaliczne, nie tyglowe - cylindryczne wlewki krzemowe o strukturze pojedynczego kryształu o średnicy do 150 mm, otrzymane metodą topienia stref bez tygla;

- multisilikon - prostokątne bloki krzemu o strukturze polikrystalicznej o wymiarach do 1000x1000x600mm, uzyskane metodą krystalizacji kierunkowej w pojemniku. Zajmuje pozycję pośrednią między krzemem poli- i monokrystalicznym pod względem wielkości i liczby kryształów. Dużo łatwiej jest hodować wielokryształy krzemu niż monokryształy, więc ich koszt jest niższy. Jednakże jakość wielokryształu w porównaniu z pojedynczym kryształem jest również niższa ze względu na obecność wielu granic ziaren pojedynczych kryształów, z których składa się wielokrystaliczny. Granice ziaren tworzą dodatkowe defektywne poziomy w pasmie wzbronionym półprzewodnika, będąc lokalnymi centrami o wysokim współczynniku rekombinacji, co prowadzi do zmniejszenia całkowitej

czas życia przewoźników mniejszościowych. Ponadto granice ziarna zmniejszają wydajność poprzez zapobieganie prądowi nośnika i tworzenie ścieżek manewrowych dla prądu płynącego przez złącze p-n.

Aby uniknąć zbyt dużych strat rekombinacji na granicach ziaren, wielkość ziarna powinna wynosić co najmniej kilka milimetrów. Warunek ten oznacza również, że rozmiar pojedynczego ziarna będzie większy niż grubość ogniwa słonecznego, co zmniejszy odporność na prąd nośnika i całkowitą długość obszarów granicznych w ogniwie słonecznym. Taki wielokrystaliczny krzem jest szeroko stosowany w komercyjnych ogniwach słonecznych.

- polikrzem jest krzemem o wysokiej czystości z zawartością zanieczyszczeń mniejszą niż 0,0001%, składającą się z dużej liczby małych ziaren kryształu zorientowanych losowo względem siebie.

W rzeczywistości krzem techniczny jest również polikrystaliczny, jednak aby uniknąć nieporozumień, pojęcie „krzemu polikrystalicznego” stosuje się tylko do silikonu o wysokiej czystości. Polikrzem jest najczystszą formą krzemu produkowanego przemysłowo i głównym materiałem dla mikroelektroniki i energii słonecznej - półproduktem otrzymywanym przez oczyszczanie krzemu technicznego metodami chlorkowymi i wykorzystywanym do produkcji krzemu mono- i multikrystalicznego.

Obecnie wyróżnia się polisilikonową „elektronikę” (półprzewodnikową) jakość (zawartość zanieczyszczeń poniżej 1–10–10%) i polisilikonową „słoneczną” jakość (zawartość zanieczyszczeń poniżej 1–10–5%). Większość krzemu polikrystalicznego na świecie jest wytwarzana w postaci cylindryczne pręty koloru szarego o szorstkiej powierzchni dendrytycznej. W środku pręta znajduje się „nasiono” mono- lub polikrzemu o przekroju okrągłym lub kwadratowym o średnicy (boku) 8–10 mm. Blisko upakowane krystality w postaci krótkich igieł, o przekroju poprzecznym mniejszym niż 1 mm, wyrastają z „nasion” prostopadle do tworzącej.

Polisilikon jest surowcem do produkcji bardziej zaawansowanych rodzajów krzemu - krzemu multikrystalicznego (multisilicon) i krzemu monokrystalicznego (monosilicon), a także w niektórych zastosowaniach może być stosowany w czystej postaci.

-. Złom krzemu - sadzonki, fragmenty i inne czyste produkty odpadowe produkcji krzemu metodami opisanymi powyżej bez utleniania, stopione części tygla lub wykładziny - z kolei można podzielić na podgrupy w zależności od pochodzenia - stosuje się jako materiał roboczy w produkcji krzemu krystalicznego;

-. umg-złom - oczyszczony metalurgicznie krzem techniczny - jest krzemem technicznym poddawanym oczyszczaniu przez oddziaływanie stopu krzemu z innymi substancjami (do ekstrakcji zanieczyszczeń lub przeniesienia ich do fazy nierozpuszczalnej lub gazowej itp.) i po

po kierunkowej krystalizacji i późniejszym usunięciu strefy stężenia zanieczyszczeń;

-. zgnić złom - fragmenty, sadzonki i inne odpady z produkcji krzemu krystalicznego metodami opisanymi powyżej z pozostałościami tygla lub okładziny, śladami utleniania, żużlem - z reguły jest to również obszar, w którym zanieczyszczenia - najbardziej brudny krzem - zostały wypchnięte podczas krystalizacji - z kolei mogą być oddzielone na podgrupach, w zależności od ich pochodzenia - po oczyszczeniu z zanieczyszczeń obcych substancji można stosować jako dodatek do surowców wtórnych po otrzymaniu gatunków krzemu o obniżonych wymaganiach jakościowych.

Krzemowy tygiel monokrystaliczny produkowany jest wyłącznie w jakości elektronicznej. Wielokrzemowy jest produkowany tylko w jakości solarnej. Krzem monokrystaliczny, rury i taśmy otrzymane metodą Czochralskiego mogą być zarówno jakości elektronicznej, jak i słonecznej.