Gdzie jest używany silikon? Krzem: właściwości i zastosowania do celów leczniczych. Krzem jako materiał budowlany

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

dobra robota do serwisu "\u003e

Początek ery grafenu

Ponadto węgiel ma również tendencję do generowania mniej ciepła i poprzez wytwarzanie znacznie mniejszych tranzystorów, jakie można mieć duża ilość je w tej samej przestrzeni. Początkowa użyteczność tego układu znajdzie się w telefonach komórkowych, gdzie można go używać jako odbiornika radiowego, co pozwala na tłumaczenie sygnałów na zrozumiałe informacje, które można wysyłać i odbierać. Negatywną stroną, jak zwykle, gdy mówimy o wykorzystaniu grafenu jako materiału, jest wysoki koszt jego produkcji, który w tej chwili uniemożliwia jego komercyjne wykorzystanie w krótkim okresie.

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Wysłany na http://www.allbest.ru/

MINISTERSTWO ODDZIAŁU ROSJI

federalna budżetowa instytucja edukacyjna

wyższe wykształcenie zawodowe

Państwowy Instytut Technologiczny w Petersburgu

(uczelnia techniczna) ”(SPbSTI (TU))

KRZESŁO HNT MET

UGS 240100.62

SPECJALNOŚĆ Technologia chemiczna

KIERUNEK Chemia substancji i materiałów

DYSCYPLINA Wprowadzenie do specjalności

NA TEMAT: Krzem, jego właściwości i zastosowanie w nowoczesnej elektronice

Wykonywany przez studentkę I roku, grupa 131

Zhukovskaya Ekaterina Olesevna

Yezhovsky Yuri Konstantinovich

Sankt Petersburg 2013

Wprowadzenie

1. Krzem

2. Historia

3. Pochodzenie nazwy

4. Bycie w naturze

5. Otrzymywanie

6. Właściwości fizyczne

7. Właściwości elektrofizyczne

8. Właściwości chemiczne

10. Zastosowanie

Lista referencji

Wprowadzenie

Krzem jest jednym z ważnych elementów. Vernadsky napisał swoje słynne dzieło: „Żaden organizm nie może istnieć bez krzemu” (1944). W podręczniku chemii dla uczniów dziewiątej klasy (wydawnictwo w Mińsku: "Slovo", 1977) w dziale "Krzem" jest powiedziane: "... krzem jest niezwykle ważnym materiałem półprzewodnikowym używanym do produkcji urządzeń mikroelektronicznych -" mikroukłady. "używany do produkcji baterii słonecznych, zamienia energię słoneczną na energię elektryczną. Spośród 104 elementów układu okresowego szczególną rolę pełni krzem. Jest elementem piezoelektrycznym. Potrafi przekształcić jeden rodzaj energii w inny. Mechaniczny w inny. elektryczne, światło w ciepło itp. " To krzem jest podstawą wymiany informacji o energii w kosmosie i na Ziemi. Ze stołu skład chemiczny Widać, że najpowszechniejszym pierwiastkiem na tym świecie jest tlen - 47%, drugie miejsce zajmuje krzem - 29,5%, a zawartość pozostałych pierwiastków jest znacznie mniejsza.

Najpowszechniejszym półprzewodnikiem w produkcji elementów elektronicznych jest krzem, ponieważ jego rezerwy na planecie są prawie nieograniczone.

1. Krzem

Krzem jest pierwiastkiem głównej podgrupy czwartej grupy III okresu okresowego układu pierwiastków chemicznych DI Mendelejewa, o liczbie atomowej 14. Oznaczony jest symbolem Si (łac. Silicium).

Wygląd prostej substancji

W postaci amorficznej - proszek brązowy, w postaci krystalicznej - ciemnoszary, lekko błyszczący.

Właściwości atomu

Nazwa, symbol, numer: Krzem / Krzem (Si), 14

Masa atomowa (masa molowa) 28,0856 amu (g / mol)

Konfiguracja elektroniczna: 3s2 3p2, połącz. 3s 3p3 (hybrydyzacja)

Promień atomowy 132 nm

Właściwości chemiczne

Promień kowalencyjny 111 nm

Promień jonów 42 (+ 4e) 271 (-4e) nm

Elektroujemność 1,90 (skala Paulinga)

Potencjał elektrody 0

Stany utlenienia: +4, +2, 0, -4

Energia jonizacji (pierwszy elektron) 786,0 (8,15) kJ / mol (eV)

Właściwości termodynamiczne prostej substancji

Gęstość (na normalnym poziomie) 2,33 g / cm3

Temperatura topnienia 1414,85 ° C (1688 K)

Temperatura parowania 2349,85 ° C (2623 K)

Ciepło topnienia 50,6 kJ / mol

Ciepło parowania 383 kJ / mol

Molowa pojemność cieplna 20,16 J / (K · mol)

Objętość molowa 12,1 cm3 / mol

Sieć krystaliczna prostej substancji

Struktura kratowa: sześcienna, diamentowa

Parametry kraty: 5,4307 E.

Temperatura Debye 625 K.

Inne cechy

Przewodność cieplna (300 K) 149 W / (m · K)

2. Historia

Naturalne związki krzemu lub krzemu (krzem angielski, krzem francuski i niemiecki) - dwutlenek krzemu (krzemionka) - znane są od dawna. Starożytni dobrze znali kryształ górski, czyli kwarc, a także kamienie szlachetne, którymi są kwarc pomalowany na różne kolory (ametyst, kwarc dymny, chalcedon, chryzopraz, topaz, onyks itp.). Krzem elementarny uzyskano dopiero w XIX wieku, chociaż próby Scheele i Lavoisier, Dzvi (przy pomocy filara woltaicznego), Gay-Lussac i Thénard (chemicznie) podjęli się rozkładu krzemionki. Vercelius, próbując rozłożyć krzemionkę, ogrzał ją w mieszaninie z proszkiem żelaza i węglem do 1500 ° C i uzyskał żelazokrzem. Dopiero w 1823 r. badając związki kwasu fluorowodorowego, w tym SiF4, uzyskał wolny bezpostaciowy krzem („rodnik krzemionkowy”) w wyniku oddziaływania par fluorku krzemu i potasu. Saint Clair-Deville uzyskał krystaliczny krzem w 1855 roku.

3. Pochodzenie nazwy

Nazwę krzem lub kizel (Kiesel, krzemień) zaproponował Berzelius. Wcześniej Thomson zaproponował nazwę silikon (krzem), przyjętą w Anglii i Stanach Zjednoczonych przez analogię z bronami (bor) i węglem (węgiel). Słowo krzem (krzem) pochodzi od krzemionki (krzemionki); końcówka „a” została przyjęta w XVIII i XIX wieku. do wyznaczenia gruntów (krzemionka, glina, thoria, terbia, glucina, kadmia itp.). Z kolei słowo krzemionka jest związane z łac. Silex (mocny, krzemień).

Rosyjska nazwa krzemu pochodzi od starosłowiańskich słów flint (nazwa kamienia), kremyk, strong, kresmen, kresati (uderzanie żelazem w pas w celu wywołania iskier) itp. W rosyjskiej literaturze chemicznej początku XIX wieku . istnieją nazwy krzemionka (Zakharov, 1810), krzem (Sołowiew, Dvigubsky, 1824), krzemień (Strakhov, 1825), krzemionka (Iovskiy, 1827), krzemionka i krzem (Hess, 1831).

4. Bycie w naturze

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

Odnotowano pojedyncze fakty dotyczące znalezienia czystego krzemu w postaci natywnej.

Krzem znajduje się w większości minerałów i rud. W wielu krajach świata istnieją niezbędne złoża kwarcytu i piasku kwarcowego. Jednak, aby uzyskać więcej produkt jakościowy lub w celu zwiększenia wskaźników rentowności bardziej opłaca się stosować surowce o maksymalnej zawartości krzemu (do 99% SiO2). Tak bogate złoża są niezwykle rzadkie i od dawna są aktywnie i od dawna wykorzystywane przez konkurencyjny przemysł szklarski na całym świecie. Ten ostatni jest jednak niechętny przetwarzaniu surowców nawet przy minimalnym zanieczyszczeniu żelazem, ale w produkcji żelazostopów nie jest to zbyt krytyczne. Na całym świecie podaż surowców do produkcji krzemu jest uważana za wysoką, a odpowiadający jej udział kosztów w jej koszcie jest znikomy (poniżej 10%).

bezpostaciowy atom krzemu

5. Otrzymywanie

„Wolny krzem można uzyskać przez kalcynację drobnego białego piasku z magnezem, który jest dwutlenkiem krzemu:

To tworzy brązowy proszek bezpostaciowy krzem».

W przemyśle krzem o jakości technicznej otrzymuje się poprzez redukcję stopionego SiO2 koksem w temperaturze ok. 1800 ° C w szybowych piecach rudy. Czystość otrzymanego w ten sposób krzemu może sięgać 99,9% (główne zanieczyszczenia to węgiel, metale).

Możliwe jest dalsze oczyszczanie krzemu z zanieczyszczeń.

Czyszczenie w warunkach laboratoryjnych można przeprowadzić poprzez wstępne przygotowanie krzemku magnezu Mg2Si. Ponadto gazowy monosilan SiH4 otrzymuje się z krzemku magnezu przy użyciu kwasu solnego lub octowego. Monosilan jest oczyszczany metodą rektyfikacji, sorpcji i innymi metodami, a następnie rozkładany na krzem i wodór w temperaturze około 1000 ° C.

Oczyszczanie krzemu na skalę przemysłową przeprowadza się przez bezpośrednie chlorowanie krzemu. W tym przypadku powstają związki o składzie SiCl4 i SiCl3H. Chlorki te są na różne sposoby oczyszczane z zanieczyszczeń (zwykle przez destylację i dysproporcjonowanie), a na ostatnim etapie są redukowane czystym wodorem w temperaturze od 900 do 1100 ° C.

Opracowywane są tańsze, czystsze i bardziej wydajne przemysłowe technologie oczyszczania krzemu. Na rok 2010 obejmują one technologie oczyszczania krzemu z wykorzystaniem fluoru (zamiast chloru); technologie destylacji tlenku krzemu; technologie oparte na wytrawianiu zanieczyszczeń koncentrujących się na granicach międzykrystalicznych.

Metodę otrzymywania krzemu w czystej postaci opracował Nikołaj Nikołajewicz Beketow.

W Rosji OK Rusal produkuje krzem techniczny w fabrykach w Kamensk-Uralsky (obwód swierdłowski) i Shelekhov (obwód irkucki); Krzem rafinowany w technologii chlorkowej jest produkowany przez grupę Nitol Solar w zakładzie w Usolye-Sibirskoye.

6. Właściwości fizyczne

Struktura krystaliczna krzemu

Sieć krystaliczna krzemu jest sześcienna, centrowana na powierzchni, typu diamentu, parametr a \u003d 0,54307 nm (przy wysokie ciśnienie uzyskano inne polimorficzne modyfikacje krzemu), ale ze względu na większą długość wiązania między atomami Si - Si w porównaniu z długością linki C - C twardość krzemu jest znacznie mniejsza niż diamentu. Krzem jest kruchy, dopiero po podgrzaniu powyżej 800 ° C staje się substancją plastyczną. Co ciekawe, krzem jest przezroczysty dla promieniowania podczerwonego o długości fali 1,1 μm. Koncentracja na sobie nośniki ładunku - 5,81 · 1015 m3 (dla temperatury 300 K).

7. Właściwości elektrofizyczne

Krzem pierwiastkowy w postaci monokrystalicznej jest półprzewodnikiem ze szczeliną pośrednią. Przerwa energetyczna w temperatura pokojowa wynosi 1,12 eV, a przy T \u003d 0 K wynosi 1,21 eV. Stężenie wewnętrznych nośników ładunku w krzemie w normalnych warunkach wynosi około 1,5 × 1010 cm ~ 3.

Na właściwości elektrofizyczne krzemu krystalicznego duży wpływ mają zawarte w nim zanieczyszczenia. Aby otrzymać kryształy krzemu o przewodnictwie dziurowym, do krzemu wprowadza się atomy pierwiastków z grupy III, takich jak bor, glin, gal, ind. Aby otrzymać kryształy krzemu o przewodnictwie elektronowym, do krzemu wprowadza się atomy elementy Vth grupy takie jak fosfor, arsen, antymon.

Podczas tworzenia urządzeń elektronicznych na bazie krzemu zaangażowana jest głównie warstwa powierzchniowa materiału (do kilkudziesięciu mikronów), więc jakość powierzchni kryształu może mieć znaczący wpływ na właściwości elektrofizyczne krzemu, a tym samym na właściwości gotowego urządzenia. Niektóre urządzenia wykorzystują techniki modyfikacji powierzchni, takie jak obróbka powierzchni krzemu różnymi środkami chemicznymi.

Stała dielektryczna: 12

Ruchliwość elektronów: 1200-1450 cm2 / (V s).

Ruchliwość otworu: 500 cm2 / (V s).

Zakazany pas 1,205-2,84 10 4 T

Żywotność elektronów: 5 ns - 10 ms

Swobodna droga elektronu: około 0,1 cm

Droga wolna od otworów: około 0,02 - 0,06 cm

Wszystkie wartości są oparte na normalnych warunkach.

8. Właściwości chemiczne

Podobnie jak atomy węgla, atomy krzemu charakteryzują się stanem hybrydyzacji sp3 orbitali. W połączeniu z hybrydyzacją czysty krzem krystaliczny tworzy podobną do diamentu siatkę, w której krzem jest czterowartościowy. W związkach krzem zwykle przejawia się również jako pierwiastek czterowartościowy o stopniu utlenienia +4 lub -4. Istnieją dwuwartościowe związki krzemu, na przykład tlenek krzemu (II) - SiO.

W normalnych warunkach krzem jest nieaktywny chemicznie i aktywnie reaguje tylko z gazowym fluorem, tworząc w ten sposób lotny czterofluorek krzemu SiF4. Ta „bezczynność” krzemu jest związana z pasywacją powierzchni nanocząsteczkową warstwą dwutlenku krzemu, który tworzy się natychmiast w obecności tlenu, powietrza lub wody (para wodna).

Krzem po podgrzaniu do temperatur powyżej 400-500 ° C reaguje z tlenem tworząc dwutlenek SiO2, procesowi towarzyszy wzrost grubości warstwy dwutlenku na powierzchni, szybkość procesu utleniania jest ograniczona dyfuzją tlenu atomowego przez warstwę dwutlenku węgla.

Po podgrzaniu do temperatury powyżej 400-500 ° C krzem reaguje z chlorem, bromem i jodem, tworząc odpowiednie łatwo lotne tetrahalogenki SiHal4 i ewentualnie halogenki o bardziej złożonym składzie.

Krzem nie reaguje bezpośrednio z wodorem, pośrednio otrzymuje się związki krzemu z wodorem - silany o wzorze ogólnym SinH2n + 2 -. Monosilan SiH4 (często nazywany po prostu silanem) jest uwalniany, gdy krzemki metali reagują z roztworami kwasów, na przykład:

Powstały w tej reakcji silan SiH4 zawiera domieszki innych silanów, w szczególności disilanu Si2H6 i trisilanu Si3H8, w których występuje łańcuch atomów krzemu połączonych wiązaniami pojedynczymi (--Si - Si - Si--).

Wraz z azotem krzem w temperaturze ok. 1000 ° C tworzy azotek Si3N4, z borkiem odpornymi termicznie i chemicznie na borki SiB3, SiB6 i SiB12.

W temperaturach powyżej 1000 ° C można otrzymać związek krzemu i jego najbliższy analogicznie układ okresowy - węgiel - węglik krzemu SiC (karborund), który charakteryzuje się dużą twardością i niską aktywnością chemiczną. Karborund jest szeroko stosowany jako materiał ścierny. Jednocześnie, co ciekawe, stopiony silikon (1415 ° C) może przez długi czas kontaktować się z węglem w postaci dużych kawałków gęsto spiekanego drobnoziarnistego grafitu przez prasowanie izostatyczne, praktycznie nie rozpuszczając się ani nie wchodząc z nim w interakcje.

Podstawowe pierwiastki czwartej grupy (Ge, Sn, Pb) są nieskończenie rozpuszczalne w krzemie, podobnie jak większość innych metali. Podczas podgrzewania krzemu metalami mogą tworzyć się krzemki. Krzemki można podzielić na dwie grupy: jonowo-kowalencyjne (krzemki metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych i magnezu, takie jak Ca2Si, Mg2Si, itp.) Oraz metalopodobne (krzemki metali przejściowych). Krzemki metali aktywnych rozkładają się pod działaniem kwasów, krzemki metali przejściowych są stabilne chemicznie i nie ulegają rozkładowi pod działaniem kwasów. Krzemki metalopodobne mają wysokie temperatury topnienia (do 2000 ° C). Najczęściej powstają metalopodobne krzemki kompozycji MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 i MeSi2. Krzemki podobne do metali są chemicznie obojętne i odporne na działanie tlenu nawet w wysokich temperaturach.

Należy szczególnie zauważyć, że krzem tworzy z żelazem mieszaninę eutektyczną, co umożliwia spiekanie (stapianie) tych materiałów z wytworzeniem ceramiki żelazokrzemu w temperaturach zauważalnie niższych niż temperatury topnienia żelaza i krzemu.

Kiedy SiO2 jest redukowany krzemem w temperaturach powyżej 1200 ° C, tworzy się tlenek krzemu (II) - SiO. Proces ten jest stale obserwowany przy produkcji kryształów krzemu metodą Czochralskiego, ukierunkowanej krystalizacji, ponieważ wykorzystują one pojemniki z dwutlenkiem krzemu jako najmniej zanieczyszczającym krzemem materiałem.

Krzem charakteryzuje się tworzeniem związków krzemoorganicznych, w których atomy krzemu są połączone w długie łańcuchy dzięki mostkowaniu atomów tlenu - O--, a do każdego atomu krzemu oprócz dwóch atomów O dołączone są jeszcze dwa rodniki organiczne R1 i R2 \u003d CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 itd.

Do wytrawiania krzemu najczęściej stosuje się mieszaninę kwasów fluorowodorowego i azotowego. Niektóre specjalne środki wytrawiające obejmują dodatek bezwodnika chromowego i innych substancji. Podczas wytrawiania kwasowy roztwór trawiący szybko nagrzewa się do temperatury wrzenia, podczas gdy szybkość trawienia wzrasta wielokrotnie.

Si + 2HNO3 \u003d SiO2 + NO + NO2 + H2O

SiO2 + 4HF \u003d SiF4 + 2H2O

3SiF4 + 3H2O \u003d 2H2SiF6 + vH2SiO3

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

Si + 2KOH + H2O \u003d K2SiO3 + 2H2 ^

K2SiO3 + 2H2O-H2SiO3 + 2KOH

9. Krzem w organizmie człowieka

Si jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym w ludzkim ciele. Główną rolą krzemu w organizmie człowieka jest udział w reakcji chemicznej, której istotą jest spajanie ze sobą podjednostek tkanek włóknistych organizmu (kolagenu i elastyny), co nadaje im siłę i elastyczność. Jest również bezpośrednio zaangażowany w proces mineralizacji kości. Występuje w wielu narządach i tkankach, takich jak płuca, nadnercza, tchawica, kości i więzadła, co wskazuje na jego zwiększoną biozgodność.Inną ważną funkcją krzemu jest utrzymanie prawidłowego metabolizmu w organizmie. Dokładniej, jeśli krzemu nie wystarczy, to około 70 innych pierwiastków nie jest wchłanianych przez organizm. Krzem tworzy układy koloidalne, które pochłaniają szkodliwe mikroorganizmy i wirusy, oczyszczając w ten sposób organizm. Osoba potrzebuje co najmniej 10 miligramów krzemu dziennie. Krzem można dostarczać do organizmu na dwa sposoby: wodę zawierającą krzem i zjadając określone rośliny. Z pożywieniem codziennie do organizmu człowieka dostarczane jest do 1 g Si, brak tego pierwiastka może prowadzić do osłabienia tkanki kostnej i rozwój chorób zakaźnych.

Powszechnie znany właściwości lecznicze woda silikonowa. Woda silikonowa to prosty sposób na uzupełnienie stężenia tej witalnej substancji w organizmie. Jednym z najbardziej bogatych w krzem źródeł naturalnych jest niebieska glinka spożywcza lecznicza.

10. Zastosowanie

Zastosowanie w medycynie:

W medycynie krzem jest stosowany w silikonach, wielkocząsteczkowych obojętnych związkach stosowanych jako powłoki w technologii medycznej. W ostatnich latach suplementy diety i lekiwzbogacony krzemem, stosowany w profilaktyce i leczeniu osteoporozy, miażdżycy, chorób paznokci, włosów i skóry.

Zastosowanie w budownictwie i przemyśle lekkim:

Związki krzemu są szeroko stosowane zarówno w dziedzinie zaawansowanych technologii, jak iw życiu codziennym. Krzemionka i krzemiany naturalne są prekursorami w produkcji szkła, ceramiki, porcelany, cementu, wyrobów betonowych, materiałów ściernych itp. Dwutlenek krzemu jest używany w połączeniu z wieloma składnikami do produkcji kabli światłowodowych. Mika i azbest są używane jako materiały do \u200b\u200bizolacji elektrycznej i termicznej.

Beton natryskowy modyfikowany polimerami jest opłacalnym materiałem do tuneli. Silikony zapobiegają uszkodzeniom spowodowanym wilgocią i szkodliwymi chemikaliami. Pokrycia dachowe na bazie dyspersji silikonowych pozwalają na odważne pomysły projektowe i imponujące parametry techniczne. Dyspersje kopolimerowe zapewniają niezbędną równowagę przyczepności i elastyczności dla wysokiej jakości uszczelniaczy HVAC.

Silikony świetnie nadają się do wykańczania skóry i tekstyliów, chroniąc produkt końcowy i optymalizując procesy produkcyjne.

Różne związki silikonowe nadają się jako środki przeciwpieniące do wszystkich typów środków czyszczących.

Dyspersje na bazie krzemu zapewniają wydajną absorpcję i są stosowane do produkcji absorbentów.

Silikony można znaleźć pod maską, w przekładniach, elektronice i układach elektrycznych, we wnętrzach samochodów czy w szwach karoserii. Silikon nawet w wysokich temperaturach chroni przed substancjami agresywnymi lub działa jako mostek, tłumik drgań, przewodnik czy izolator. Wszystko to jest możliwe tylko dzięki temu, że polimery zawierające krzem mają niezwykle szeroki zakres użytecznych właściwości.

Kleje i uszczelniacze to produkty krytyczne w wielu kluczowych gałęziach przemysłu. Krzem jest używany w wielu różnych zastosowaniach przemysłowych, od klejów do papieru, opakowań, klejów do drewna i podłóg po sektor motoryzacyjny i energetykę wiatrową.

Zastosowania w przemyśle ciężkim:

Użycie krzemu jako podstawy całej gamy półprzewodników - od baterii słonecznych po procesory komputerowe - jest „słyszalne”, dlatego właśnie ten materiał jest podstawą większości „wysokich technologii”. Tonaż światowej produkcji krzemu półprzewodnikowego o wysokiej czystości rośnie od kilkudziesięciu lat w średnim tempie do 20% rocznie i nie ma odpowiednika wśród innych metali rzadkich.

Krzem o wysokiej czystości stosuje się w technologii półprzewodników, a czystości technicznej (96-99% Si) - w hutnictwie żelaza i metali nieżelaznych do otrzymywania stopów nieżelaznych (silumin itp.), Stopów (stale i stopy krzemowe stosowane w urządzeniach elektrycznych) ) oraz stali i stopów odtleniających (usuwanie tlenu), produkcja krzemku itp.

W przemyśle krzem o jakości technicznej otrzymuje się poprzez redukcję stopionego SiO2 koksem w temperaturze około 1800 stopni Celsjusza w szybowych piecach kruszcowych. Czystość otrzymanego w ten sposób krzemu może sięgać 99,9% (główne zanieczyszczenia to węgiel, metale).

Wykorzystanie czystego krzemu i jego związków w przemyśle chemicznym rośnie w szybkim tempie (około 8% wzrostu rocznie). W ostatnich dziesięcioleciach kraje rozwinięte szybko rozwinęły technologie wytwarzania szeregu materiałów silikonowych (organosilikonowych) stosowanych do produkcji tworzyw sztucznych, farb i lakierów, smarów itp.

Jednak większość zastosowań krzemu na świecie (prawie 80%) pozostaje tradycyjna - jest on stopem wyjściowym do produkcji szeregu stali specjalnych (elektrotechnicznych, żaroodpornych) oraz różnych stopów (siluminy itp.). Znaczna część krzemu i jego stopów jest wykorzystywana w metalurgii żelaza jako bardzo skuteczny odtleniacz do stali.

Żelazostopy i inne stopy krzemu są stosowane głównie w metalurgii żelaza. Są tańsze i bardziej zaawansowane technologicznie w użyciu, a zawartość żelaza (aw niektórych przypadkach także aluminium) nie jest tak krytyczna. Skład stali elektrotechnicznych z reguły zawiera 3,8-4,2% krzemu, dlatego tylko te stalownie na świecie zużywają ponad 0,5 miliona ton krzemu rocznie jako stopu przedniego. Innym znaczącym zastosowaniem żelazokrzemu (w tym także krzemomanganu i złożonych kompozycji) jest skuteczne i stosunkowo niedrogie odtleniacze do stali.

W metalurgii metali nieżelaznych (i przemyśle chemicznym) metaliczny magnez jest szeroko stosowany. Największe zastosowanie znajduje jako główny stop utwardzanego aluminium (siluminy) i stopów magnezu.

Krzem znajduje zastosowanie (jako węglik krzemu i złożone kompozycje) w produkcji wyrobów i narzędzi ściernych i węglikowych.

Zastosowania w energetyce, elektrotechnice i elektronice:

Podwójne właściwości krzemu, takie jak przewodność elektryczna i właściwości izolacyjne, a także elastyczność, pozwalają na stosowanie krzemu w całej linii produktów, takich jak urządzenia oświetleniowe, kondensatory, izolatory, a także chipy i dielektryki. W ten sposób silikon izoluje przed wszelkiego rodzaju wpływami zewnętrznymi, takimi jak brud, wilgoć, promieniowanie lub ciepło.

W elektronice użytkowej i czujnikach pomiarowych silikony zapewniają niezawodność i bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych i wrażliwych urządzeń elektronicznych. Znajdują zastosowanie w przemyśle samochodowym, lekkim, półprzewodnikowym i optoelektronicznym, a także w przyrządach pomiarowych i technice sterowniczej i oświetleniowej.

W rezystorach i kondensatorach żywice metylosilikonowe zapewniają skuteczną powłokę zapobiegającą pożarom w przypadku skoków napięcia.

W izolatorach, kablach i transformatorach pirogeniczna krzemionka wykazuje doskonałą izolację termiczną w szerokim zakresie temperatur, od temperatury pokojowej do ponad 1000 ° C.

Nowoczesne i obiecujące technologie informacyjne (komputery, elektronika, telekomunikacja itp.) Są oparte i będą oparte na wykorzystaniu krzemu półprzewodnikowego. Najbardziej poszukiwane są obecnie półprodukty - precyzyjne (polerowane) wafle silikonowe o średnicy do 300 mm, na bazie których powstają najnowocześniejsze mikroukłady (rozmiary elementów do 0,065 mikrona).

Zastosowanie krzemu w przemyśle lotniczym wynika z jego zdolności do generowania energii poprzez wysokiej jakości panele słoneczne, a także służy jako podłoże w złożonych mikroukładach i chroni kadłuby statków przed wpływami zewnętrznymi.

Krzem (c-Si) w różnych formach (krystaliczny, polikrystaliczny, amorficzny) obecnie iw dającej się przewidzieć przyszłości pozostanie głównym materiałem dla mikroelektroniki. Wynika to z szeregu unikalnych właściwości fizycznych i chemicznych, spośród których można wyróżnić:

1. Krzem jako materiał wyjściowy jest dostępny i tani, a technologia jego produkcji, oczyszczania, przetwarzania i stapiania jest dobrze rozwinięta, co zapewnia wysoki stopień krystalograficznej doskonałości wytwarzanych konstrukcji. Należy szczególnie podkreślić, że krzem w tym wskaźniku znacznie przewyższa stal.

2. Krzem ma dobre właściwości mechaniczne. Pod względem modułu Younga krzem zbliża się do stali nierdzewnej i jest znacznie lepszy od kwarcu i różnych szkieł. Pod względem twardości krzem jest zbliżony do kwarcu i jest prawie dwukrotnie twardszy od żelaza. Monokryształy krzemu mają granicę plastyczności trzykrotnie wyższą niż stal nierdzewna. Jednak po odkształceniu zapada się bez widocznych zmian wielkości, podczas gdy metale zwykle ulegają odkształceniu plastycznemu. Przyczyny niszczenia krzemu są związane z defektami strukturalnymi sieci krystalicznej zlokalizowanej na powierzchni monokryształów krzemu.

Przemysł półprzewodników z powodzeniem rozwiązuje problem wysokiej jakości obróbki powierzchni krzemu, tak że często krzemowe elementy mechaniczne (na przykład elementy sprężyste w czujnikach ciśnienia) są mocniejsze niż stal.

Technologia mikroelektroniczna wytwarzania urządzeń krzemowych opiera się na zastosowaniu cienkich warstw powstałych w wyniku implantacji jonów lub dyfuzji termicznej atomów domieszki, co w połączeniu z metodami próżniowego osadzania metali na powierzchni krzemu okazało się bardzo wygodny w celu miniaturyzacji produktów.

Krzemowe urządzenia mikroelektroniczne są wytwarzane w technologii grupowej. Oznacza to, że wszystkie procesy produkcyjne dotyczą całej płytki krzemowej, która zawiera kilkaset pojedynczych kryształów („wiórów”). I dopiero na ostatnim etapie produkcji płytka zostaje podzielona na kryształy, które następnie wykorzystywane są do montażu poszczególnych urządzeń, co ostatecznie znacznie obniża ich koszt.

Do odwzorowania rozmiarów i kształtów struktur urządzeń silikonowych stosowana jest metoda fotolitografii, która zapewnia dużą dokładność wykonania.

Zdolność krzemu do reagowania różne rodzaje wpływy: mechaniczne, termiczne, magnetyczne, chemiczne i elektryczne. Wszechstronność zastosowania krzemu pomaga obniżyć koszty czujników i ujednolicić ich technologię produkcji. W czujnikach krzem służy jako przetwornik, którego głównym celem jest zamiana mierzonego efektu fizycznego lub chemicznego na sygnał elektryczny. Funkcje krzemu w czujnikach są znacznie szersze niż w konwencjonalnych układach scalonych. To determinuje pewne specyficzne cechy technologii wytwarzania elementów wrażliwych na krzem.

Lista referencji

1. Encyklopedia chemiczna: w 5 tomach. / Redakcja: I.L. Knunyants (redaktor naczelny). - Moskwa: Soviet Encyclopedia, 1990 - T. 2. - Str. 508. - 671 str. - 100 000 kopii

2. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965

3. Metaliczny krzem w ijolitach masywu Goryachegorsk, Petrologia zwykłych chondrytów

4. Glinka N.L. Chemia ogólna. - wydanie 24, Rev. - L .: Chemistry, 1985 - S. 492. - 702 str.

5. R Smith., Semiconductors: Per. z angielskiego - M .: Mir, 1982 - 560 str., Ill.

6. Pakhomova T.B., Alexandrova E.A., Simanova SA Krzem: przewodnik do nauki. - SPb .: SPbGTI (TU), 2003. - 24p.

7. Zi S., Fizyka przyrządów półprzewodnikowych: W 2 książkach. Książka. 1. Per. z angielskiego - M .: Mir, 1984. - 456 str., Ill.

8. Koledov LA Technologie i projekty mikroukładów, mikroprocesorów i mikroasemblerów: podręcznik // wyd. 2, Rev. i dodaj. - SPb .: Wydawnictwo „Lan”, 2007.

9. Samsonov. Krzemki G.V. i ich zastosowanie w technologii. - Kijów, Wydawnictwo Akademii Nauk Ukraińskiej SRR, 1959. - 204 str. z rys.

Wysłany na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Budowa atomu krzemu, jego podstawowe właściwości chemiczne i fizyczne. Rozkład krzemianów i krzemionki w przyrodzie, zastosowanie kryształów kwarcu w przemyśle. Metody otrzymywania czystego i wysoce czystego krzemu do technologii półprzewodników.

streszczenie, dodano 25.12.2014


Drugi najbardziej rozpowszechniony (po tlenie) element skorupy ziemskiej. Prosta substancja i pierwiastek krzemu. Związki krzemu. Zastosowania związków krzemu. Związki krzemoorganiczne. Życie krzemu.

streszczenie dodane 14.08.2007


Pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej krzem zajmuje drugie miejsce po tlenie. Krzem metaliczny i jego związki znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach techniki. W postaci dodatków stopowych przy produkcji różnych gatunków stali i metali nieżelaznych.

praca semestralna, dodano 01.04.2009


Krzem jest elementem głównej podgrupy czwartej grupy trzeciego okresu okresowego układu pierwiastków chemicznych D.I. Mendeleev; dystrybucja w przyrodzie. Rodzaje minerałów na bazie tlenku krzemu. Zastosowania związków krzemu; szkło.

prezentacja dodana 16.05.2011


Właściwości chemiczne prostych substancji. Ogólne informacje o węglu i krzemie. Związki chemiczne węgla, jego tlenu i pochodnych zawierających azot. Węgliki, rozpuszczalne i nierozpuszczalne w wodzie oraz rozcieńczone kwasy. Związki tlenu krzemu.

streszczenie, dodano 10.07.2010


Właściwości fizyczne pierwiastków z głównej podgrupy III grupy. Ogólna charakterystyka aluminium, boru. Naturalny związki nieorganiczne węgiel. Właściwości chemiczne krzemu. Interakcja węgla z metalami, niemetalami i wodą. Właściwości tlenków.

prezentacja dodana 04/09/2017


Bezpośrednie azotowanie krzemu. Procesy naparowywania. Osadzanie plazmowe i rozpylanie reaktywne. Struktura cienkich warstw azotku krzemu. Wpływ powierzchni podłoża na skład, strukturę i morfologię osadzonych warstw azotku krzemu.

praca semestralna, dodano 12.03.2014


Stopy krzemowo-niklowe, ich właściwości i zastosowania przemysłowe. Modelowanie termodynamiczne właściwości stałych roztworów metalicznych. Teoria rozwiązań „regularnych”. Termodynamiczne funkcje formacji międzymetalicznej. Obliczanie aktywności komponentów.

praca dyplomowa, dodano 13.03.2011


Przegląd pieców do wytapiania rud stosowanych do produkcji krzemu. Przeliczenie składu chemicznego surowców i reduktorów węglowych stosowanych do produkcji krzemu w ilościach molowych pierwiastków chemicznych z uwzględnieniem współczynników obciążenia.

praca semestralna dodano 04.12.2015


Historia odkrycia fosforu. Związki naturalne, rozmieszczenie fosforu w przyrodzie i jego produkcja. Właściwości chemiczne, konfiguracja elektronowa i przejście atomu fosforu w stan wzbudzony. Interakcja z tlenem, halogenami, siarką i metalami.

Ministerstwo Edukacji Ogólnej i Zawodowej

Nowosybirsk State Technical

uniwersytet.

RGR na temat chemii organicznej.

"KRZEM"

Wydział: EM

Grupa: EM-012

Ukończone przez: Danilov I.V.

Nauczyciel: Shevnitsyna LV

Nowosybirsk, 2001.

Krzem (łac. Silicium), Si, pierwiastek chemiczny grupy IV okresowy

systemy Mendelejewa; liczba atomowa 14, masa atomowa 28.086. W naturze

pierwiastek reprezentowany jest przez trzy stabilne izotopy: 28Si (92,27%), 29Si

(4,68%) i 30Si (3,05%).

Krzem w organizmach żywych.

Krzem w organizmie występuje w postaci różnych związków

głównie w tworzeniu twardych części szkieletowych i tkanek. Specjalny

dużo K. może gromadzić niektóre rośliny morskie (na przykład okrzemki

glony) i zwierzęta (na przykład gąbki krzemionkowe, radiolaria),

podczas wymierania na dnie oceanu, tworząc potężne złoża dwutlenku krzemu. W

zimne morza i jeziora są zdominowane przez muły biogenne wzbogacone w tlen

morza tropikalne - muł wapienny o niskiej zawartości potasu.

wiele roślin K. gromadzi trawy, turzyce, palmy i skrzypy. U kręgowców

największe ilości K. znajdują się w gęstej tkanka łącznanerki,

trzustka. Dzienna dieta człowieka zawiera do 1 g K. Kiedy

człowieka i powoduje chorobę -Silicosis (z łaciny silex -

krzemień), choroba człowieka spowodowana długotrwałym wdychaniem pyłu,

choroby. Występuje wśród pracowników górnictwa, porcelany,

przemysł metalurgiczny, maszynowy. S. - najbardziej

niekorzystna choroba z grupy pylicy płuc; więcej niż

w przypadku innych chorób obserwuje się połączenie procesu gruźliczego

(tzw. silikotuberculosis) i inne powikłania.

Historia odkrycia i wykorzystanie.

Odniesienie historyczne. Związki K., rozpowszechnione na ziemi, były

znane człowiekowi z epoki kamienia łupanego. Używanie kamiennych narzędzi do pracy

a polowanie trwało kilka tysiącleci. Zastosowanie związków K.,

związane z ich przetwórstwem - szklarstwem - rozpoczęto około 3000

lata pne mi. (w starożytnym Egipcie). Najwcześniejszym znanym związkiem K. jest

dwutlenek SiO2 (krzemionka). W XVIII wieku. krzemionkę uważano za prosty korpus i

przypisywana „ziemiom” (co znajduje odzwierciedlenie w jego nazwie). Złożoność kompozycji

krzemionkę założył I. Ya. Berzelius. Darmowy silikon po raz pierwszy

został uzyskany w 1811 roku przez francuskiego naukowca J. Gay-Lussaca i O. Thénarda. W

1825 Szwedzki mineralog i chemik Jens Jacob Berzelius otrzymał amorficzny

krzem. Brązowy bezpostaciowy proszek krzemowy otrzymano przez redukcję

metal potasowy lub gazowy czterofluorek krzemu:

SiF4 + 4K \u003d Si + 4KF

Później uzyskano krystaliczną postać krzemu. Przez rekrystalizację

krzem ze stopionych metali uzyskano szare ciało stałe, ale

kruche kryształy o metalicznym połysku. Rosyjskie nazwy elimentu

krzem został wprowadzony do użytku przez G.I. Hessa w 1834 roku.

Dystrybucja w przyrodzie.

Krzem jest po tlenie najliczniejszym pierwiastkiem (27,6%) na ziemi.

Jest to pierwiastek występujący w większości minerałów i skał,

stanowiące twardą skorupę ziemską. W skorupie ziemskiej K. gra to samo

główną rolę jako węgiel w świecie zwierząt i roślin. Dla

geochemia K. jest niezwykle ważna ze względu na jego silne wiązanie z tlenem. Większość

rozpowszechnione związki krzemu - tlenek krzemu SiO2 i

pochodne kwasu krzemowego zwane krzemianami. Tlenek krzemu (IV)

występuje w postaci minerału kwarcu (krzemionka, krzemień). W naturze z tego

piętrzą się całe góry. Są bardzo duże, ważące nawet 40 ton,

kryształy kwarcu. Zwykły piasek składa się z drobnego zanieczyszczonego kwarcu

różne zanieczyszczenia. Roczne globalne zużycie piasku sięga 300

milionów ton.

Spośród krzemianów glinokrzemiany (kaolin

Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O, azbest CaO * 3MgO * 4SiO2, ortoklaz K2O * Al2O3 * 6SiO2 itp.).

Jeśli oprócz tlenków krzemu i glinu minerał zawiera tlenki

sód, potas lub wapń, minerał nazywany jest skaleniem (biały

mika itp.). Skaleń stanowi około połowy znanych

charakter krzemianów. Skały granitowe i gnejsowe obejmują kwarc, mikę,

skaleń.

We florze i faunie krzem występuje w znikomych ilościach

wyjaśnia zwiększoną wytrzymałość łodyg tych roślin. Muszle orzęskowe,

korpusy gąbczaste, jaja i pióra ptasie, sierść zwierzęca, sierść, ciało szkliste

oczy również zawierają krzem.

Analiza próbek gleby księżycowej dostarczonych przez statki wykazała

obecność tlenku krzemu w ilości powyżej 40 procent. Jako część kamienia

w meteorytach zawartość krzemu sięga 20 proc.

Budowa atomu i podstawowe cechy chemiczne i fizyczne. Święta Wyspa.

K. tworzy kryształy ciemnoszare z metalicznym połyskiem, które posiadają

sześcienną kratownicę typu diamentowego z okresem a \u003d 5,431E,

o gęstości 2,33 g / cm3. Przy bardzo wysokich ciśnieniach nowy (

pozornie heksagonalna) modyfikacja o gęstości 2,55 g / cm3. K. topi się

w 1417 ° C wrze w 2600 ° C Ciepło właściwe (przy 20-100 ° С) 800

j / (kgChK) lub 0,191 cal / (gChrad); przewodnictwo cieplne nawet dla najczystszych

próbki nie są stałe i mieszczą się w zakresie (25 ° C) 84-126 W / (mChK) lub

0,20-0,30 cal / (cmChsecChgrad). Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej

2,33X10-6 K-1; poniżej 120K staje się ujemne. K. jest przezroczysty dla

promienie podczerwone o długich falach; współczynnik załamania światła (dla l \u003d 6 mikronów) 3,42;

stała dielektryczna 11,7. K. diamagnetyczny, magnetyczny atomowy

wrażliwość -0,13 × 10-6. Twardość K. Mohs 7,0, Brinell 2,4

Gn / m2 (240 kgf / mm2), moduł sprężystości 109 Gn / m2 (10890 kgf / mm2),

współczynnik ściśliwości wynosi 0,325 × 10-6 cm2 / kg. K. kruchy materiał; zauważalny

odkształcenie plastyczne rozpoczyna się w temperaturach powyżej 800 ° C.

K. to półprzewodnik, który znajduje coraz większe zastosowanie. Elektryczny

właściwości K. bardzo silnie zależą od zanieczyszczeń. Własny określony wolumen

zakłada się, że opór elektryczny K. w temperaturze pokojowej wynosi

2,3 x 103 omów (2,3 x 105 omów).

Półprzewodnik K. o przewodnictwie typu p (dodatki B, Al, In lub Ga) oraz n-

typ (dodatki P, Bi, As lub Sb) ma znacznie mniejszą odporność.

Luka energetyczna według pomiarów elektrycznych wynosi 1,21 eV przy

0 K i maleje do 1,119 eV przy 300 K.

Zgodnie z pozycją K. w układzie okresowym Mendelejewa 14

elektrony atomu K. są rozmieszczone na trzech powłokach: w pierwszej (z jądra) 2

elektron, w drugiej 8, w trzeciej (wartościowość) 4; konfiguracja elektroniczna

muszle 1s22s22p63s23p2. Kolejne potencjały jonizacyjne (eV):

8,149; 16,34; 33,46 i 45,13. Promień atomowy 1,33Е, promień kowalencyjny

1,17E, promienie jonowe Si4 + 0,39E, Si4-1,98E.

W związkach K. (podobnie jak węgiel) ma 4-wartościowość. Jednak w przeciwieństwie do

węgiel K. wraz z liczbą koordynacyjną 4 wykazuje koordynację

numer 6, co tłumaczy się dużą objętością jego atomu (przykład np

związki zawierają fluorosilikon z grupy 2-).

Wiązanie chemiczne między atomem a innymi atomami jest zwykle realizowane kosztem

hybrydowe orbitale sp3, ale możliwe jest również zaangażowanie dwóch z pięciu

(wolne) orbitale 3D, zwłaszcza gdy K. jest sześciokoordynacyjny.

Przy małej wartości elektroujemności 1,8 (w porównaniu z 2,5 dla

węgiel; 3.0 dla azotu itp.), K. w związkach z niemetalami

jest elektrycznie dodatnia, a związki te mają charakter polarny. Duży

energia wiązania z tlenem Si-O równa 464 kJ / mol (111 kcal / mol),

określa wytrzymałość jego związki tlenu (SiO2 i krzemiany).

Energia wiązania Si-Si jest niska, 176 kJ / mol (42 kcal / mol); w odróżnieniu

węgiel, dla K. tworzenie długich łańcuchów i podwójnych wiązań nie jest charakterystyczne

między atomami Si. W powietrzu K. z powodu tworzenia ochronnego tlenku

folie są stabilne nawet w podwyższonych temperaturach. Utlenia się w tlenie

zaczynając od 400 ° C, tworząc dwutlenek krzemu SiO2. Znany również tlenek

SiO, stabilny w wysokich temperaturach jako gaz; w wyniku ostrego

chłodzenie można uzyskać stały produkt, który łatwo się rozkłada

drobna mieszanina Si i SiO2. K. jest odporny na kwasy i rozpuszcza się tylko w

mieszaniny kwasu azotowego i fluorowodorowego; łatwo rozpuszcza się na gorąco

roztwory alkaliczne z wydzielaniem wodoru. K. reaguje z fluorem, gdy

temperatura pokojowa, z resztą halogenów - po podgrzaniu z

tworzenie związków o wzorze ogólnym SiX4 (patrz halogenki krzemu).

Wodór nie reaguje bezpośrednio z K. i krzemionkami (silanami)

uzyskać rozkład krzemków (patrz poniżej). Znane krzemionki z SiH4

do Si8H18 (podobny składem do węglowodorów nasyconych). K. formularze 2

grupy silanów zawierających tlen - siloksany i silokseny. Z azotem K.

reaguje w temperaturach powyżej 1000 ° C Ma to ogromne znaczenie praktyczne

azotek Si3N4, który nie utlenia się w powietrzu nawet w 1200 ° C, odporny na

w stosunku do kwasów (oprócz azotowych) i zasad, a także do stopionych

metale i żużle, co czyni go cennym materiałem chemicznym

przemysł, do produkcji materiałów ogniotrwałych itp. Wysoka twardość i

również odporność termiczną i chemiczną wyróżnia związki K. z

węgiel (węglik krzemu SiC) i bor (SiB3, SiB6, SiB12). Kiedy

ogrzewanie K. reaguje (w obecności metalowych katalizatorów,

na przykład miedź) ze związkami chloroorganicznymi (na przykład z CH3Cl) z

tworzenie organohaloosilanów [na przykład Si (CH3) 3CI], które służą do

synteza wielu związków krzemoorganicznych.

Otrzymywanie.

Najprostszą i najwygodniejszą laboratoryjną metodą produkcji krzemu jest

redukcja tlenku krzemu SiO2 w wysokich temperaturach z metalami -

konserwatorzy. Ze względu na stabilność tlenku krzemu do redukcji

stosować takie aktywne środki redukujące jak magnez i aluminium:

3SiO2 + 4Al \u003d 3Si + 2Al2O3

Po redukcji metalicznym aluminium, krystaliczny

krzem. Metoda redukcji metali z ich tlenków metali

aluminium zostało odkryte przez rosyjskiego fizykochemika NN Beketova w 1865 roku. Kiedy

redukcja tlenku krzemu glinem, wydzielone ciepło nie wystarcza

produkty reakcji topnienia - krzemu i tlenku glinu, które

topi się w 2050 ° C. Aby obniżyć temperaturę topnienia produktów reakcji w

do mieszaniny reakcyjnej dodaje się siarkę i nadmiar glinu. Powstaje reakcja

niskotopliwy siarczek glinu:

2Al + 3S \u003d Al2S3

Krople stopionego krzemu opadają na dno tygla.

Czystość techniczną (95-98%) uzyskuje się w łuku elektrycznym

redukcja krzemionki SiO2 pomiędzy elektrodami grafitowymi.

W związku z rozwojem technologii półprzewodników, metody otrzymywania

czysty i szczególnie czysty K. Wymaga to wstępnej syntezy tego, co najczystsze

wyjściowe związki K., z których K. jest ekstrahowany przez redukcję lub

rozkład termiczny.

Czysty krzem półprzewodnikowy otrzymywany jest w dwóch postaciach: polikrystalicznej

(redukcja SiCI4 lub SiHCl3 cynkiem lub wodorem, termiczna

rozkład Sil4 i SiH4) i monokrystaliczny (topienie w strefie wolnej od tygla

i „wyciągając” pojedynczy kryształ ze stopionego K. - metoda Czochralskiego).

Tetrachlorek krzemu otrzymuje się przez chlorowanie krzemu dostępnego w handlu.

Najstarszą metodą rozkładu czterochlorku krzemu jest metoda

wybitny rosyjski chemik akademik N.N. Beketov. Ta metoda może być

reprezentowane przez równanie:

SiCl4 + Zn \u003d Si + 2ZnCl2.

Tutaj opary czterochlorku krzemu wrzące w temperaturze 57,6 ° C,

oddziałują z oparami cynku.

Obecnie tetrachlorek krzemu redukuje się wodorem. Reakcja

przepływa zgodnie z równaniem:

SiCl4 + 2H2 \u003d Si + 4HCl.

Krzem jest otrzymywany w postaci proszku. Stosowana jest również metoda jodkowa

otrzymywanie krzemu, podobnie jak wcześniej opisana metoda otrzymywania jodków

czysty tytan.

Aby uzyskać czysty krzem, jest on oczyszczany z zanieczyszczeń poprzez topienie strefowe.

w taki sam sposób jak czysty tytan.

Dla różnych urządzeń półprzewodnikowych,

materiały półprzewodnikowe otrzymane w postaci monokryształów, ponieważ w

materiał polikrystaliczny, zachodzą niekontrolowane zmiany

właściwości elektryczne.

Podczas obracania monokryształów stosuje się metodę Czochralskiego, na którą składa się

w następujący sposób: pręt jest opuszczany do stopionego materiału, na końcu którego

jest kryształ tego materiału; służy jako zarodek przyszłości

pojedynczy kryształ. Pręt jest wyciągany ze stopu z małą prędkością do 1-2

mm / min. W rezultacie stopniowo rośnie pojedynczy kryształ o pożądanej wielkości. Z

jest wycinany przez płytki stosowane w urządzeniach półprzewodnikowych.

Podanie.

Jako materiał do produkcji szeroko stosowany jest specjalnie stopiony węgiel

przyrządy półprzewodnikowe (tranzystory, termistory, prostowniki mocy

prądowe, sterowane diody - tyrystory; słoneczne ogniwa fotowoltaiczne stosowane w

statki kosmiczne itp.). Ponieważ K. jest przezroczysty dla promieni o długości

fale od 1 do 9 mikronów, jest używany w optyce podczerwieni (patrz także Kwarc).

K. ma różnorodne i wciąż poszerzające się obszary zastosowań. W

metalurgia K. służy do usuwania rozpuszczonych w stanie stopionym

metale tlenowe (odtlenianie). K. jest integralną częścią dużego

liczba stopów żelaza i metali nieżelaznych. Zwykle K. podaje stopy

zwiększona odporność na korozję, poprawia właściwości odlewnicze i

zwiększa wytrzymałość mechaniczną; jednak z większą zawartością K. kan

powodować kruchość. Najważniejsze z nich to żelazo, miedź i aluminium

związki krzemoorganiczne i krzemki. Krzemionka i wiele krzemianów

(gliny, skalenie, mika, talk itp.) są przetwarzane na szkło,

przemysł cementowy, ceramiczny, elektryczny i inne.

Silikonizacja, powierzchniowe lub objętościowe nasycenie materiału silikonem.

Powstaje w wyniku przetworzenia materiału w parę krzemu utworzoną na wysokim poziomie

temperatura powyżej zasypki silikonowej lub w środowisku gazowym zawierającym

chlorosilany zredukowane wodorem (na przykład w reakcji SiCI4 + 2H2

Si + 4HC1). Stosowany jest głównie jako środek ochrony materiałów ogniotrwałych

metale (W, Mo, Ta, Ti itp.) z utleniania. Odporność na utlenianie

ze względu na tworzenie się w S. gęstej dyfuzji

Powłoki silikonowe „samonaprawiające się” (WSi2, MoSi2 itp.). Szeroki

zastosowano silikonowany grafit.

Znajomości.

Krzemki.

Krzemki (z łac. Krzem - krzem), związki chemiczne krzemu z

metale i niektóre niemetale. C. według rodzaju wiązania chemicznego

podzielony na trzy główne grupy: jonowo-kowalencyjne, kowalencyjne i

metalopodobny. Jonowo-kowalencyjne S. są utworzone przez alkalia (z wyjątkiem

sód i potas) i metale ziem alkalicznych, a także metale z podgrup

miedź i cynk; kowalencyjne - bor, węgiel, azot, tlen, fosfor,

siarka, nazywane są również borkami, węglikami, azotkami krzemu) itp .;

metalopodobne - metale przejściowe.

Otrzymywany przez stapianie lub spiekanie proszkowej mieszaniny Si i

odpowiedni metal: przez ogrzewanie tlenków metali z Si, SiC, SiO2 i

naturalne lub syntetyczne krzemiany (czasami zmieszane z węglem);

oddziaływanie metalu z mieszaniną SiCl4 i H2; elektroliza stopów,

składający się z K2SiF6 i tlenku odpowiedniego metalu. Kowalencyjne i

metalopodobny S. ogniotrwały, odporny na utlenianie, działanie mineralne

kwasy i różne agresywne gazy. S. są używane jako część żaroodporna

materiały kompozytowe metalowo-ceramiczne dla lotnictwa i pocisków rakietowych

technologia. MoSi2 służy do produkcji nagrzewnic pieców oporowych,

praca w powietrzu w temperaturach do 1600 ° С. FeSi2, Fe3Si2, Fe2Si

są częścią żelazokrzemu używanego do odtleniania i tworzenia stopów

stale. Węglik krzemu jest jednym z materiałów półprzewodnikowych.

Grafit silikonowany

Grafit silikonowany, grafit nasycony silikonem. Wyprodukowane przez przetwarzanie

porowaty grafit w wypełnieniu silikonowym w temperaturze 1800-2200 ° C (podczas gdy opary

krzem osadza się w porach). Złożony z grafitu, węglika krzemu

i wolny silikon. Łączy odporność na wysoką temperaturę charakterystyczną dla grafitu

i wytrzymałość w podwyższonych temperaturach wraz z gęstością, gazoszczelnością,

wysoka odporność na utlenianie w temperaturach do 1750 ° C i erozję

trwałość. Służy do wykładania pieców wysokotemperaturowych w

urządzenia do odlewania metali, w elementach grzejnych, do

produkcja części dla technologii lotniczych i kosmicznych, praca w

wysoka temperatura i warunki erozji

Silal (z łaciny Silicium - stop krzemowy i angielski - stop), żeliwo żaroodporne

o wysokiej zawartości krzemu (5-6%). W ZSRR produkowane są 2 odmiany

S. - z grafitem płatkowym i sferoidalnym. Od S. stosunkowo

tanie części odlewane działające w wysokich temperaturach (800-900

° C), na przykład drzwiczki pieców z paleniskiem otwartym, ruszty, części kotłów parowych.

Silumin (z łac. Krzem - krzem i aluminium - aluminium), nazwa zwyczajowa

grupa stopów odlewniczych na bazie aluminium zawierających krzem (4-13%, in

niektóre marki do 23%). W zależności od pożądanej kombinacji

właściwości technologiczne i eksploatacyjne C. są czasami stapiane z Cu, Mn, Mg

Zn, Ti, Be i inne metale. C. mieć wysoki rzut i dostateczny

wysokie właściwości mechaniczne, jednak gorsze pod względem mechanicznym

właściwości stopów odlewniczych opartych na układzie Al - Cu. Ku zasługom S.

ich zwiększona odporność na korozję w mokrych i morskich

atmosferach. S. są używane do produkcji części o złożonej konfiguracji,

głównie w przemyśle samochodowym i lotniczym. W ZSRR S. klas AL2,

AL4, AL9 itp.

Krzemomangan

Krzemomangan to żelazostop, którego głównymi składnikami są krzem i mangan;

jest wytapiany w piecach rudy termicznej w procesie redukcji węgla. Z.

z 10-26% Si (reszta to Mn, Fe i zanieczyszczenia), otrzymywany z rudy manganu,

żużel manganowy i kwarcyt, stosowane w stalownictwie jako

odtleniacz i dodatek stopowy, a także do wytapiania żelazomanganu z

zmniejszona zawartość węgla w procesie krzemotermicznym. C. z 28-30% Si

(surowiec do którego jest specjalnie pozyskiwany wysokomangan

żużel niskofosforowy) jest używany do produkcji metalicznego manganu.

Silicochrom

Krzemochrom, żelazokrzemochrom, żelazostop, których głównymi składnikami są

krzem i chrom; wytopiony w piecu rudy termicznym z redukcją węgla

proces kwarcytu i granulowanego żelazochromu konwersji lub

ruda chromu. C. z 10-46% Si (reszta to Cr, Fe i zanieczyszczenia)

wytapianie stali niskostopowej, a także otrzymywanie żelazochromu z

zmniejszona zawartość węgla w procesie krzemotermicznym. C. z 43-55% Si

stosowany do produkcji żelazochromu bezemisyjnego i do wytapiania

ze stali nierdzewnej.

Silchrome

Silkhrom (z łac. Silicium - krzem i Chrom - chrom), nazwa zwyczajowa

grupy stali żaroodpornych i żaroodpornych z dodatkiem Cr (5-14%) i Si

(1–3%). W zależności od wymaganego poziomu właściwości użytkowych C.

dodatkowo stopowane Mo (do 0,9%) lub Al (do 1,8%). C. odporny na

utlenianie w powietrzu i mediach zawierających siarkę do 850-950 ° С; zastosować

głównie do produkcji zaworów do silników spalinowych,

a także detale kotłowni, rusztów itp.

obciążenia mechaniczne, części wykonane ze S. pracują niezawodnie przez długi czas

termin w temperaturach do 600-800 ° C W ZSRR S. klas 4Х9С2,

4X10C2M itp.

Halogenki krzemu

Halogenki krzemu, związki krzemu z halogenami. Znany K. g.

następujących typów (X-halogen): SiX4, SiHnX4-n (halogenosilany), SinX2n + 2 oraz

mieszane halogenki, takie jak SiClBr3. W normalnych warunkach SiF4 jest gazem,

SiCl4 i SiBr4 to ciecze (tm - 68,8 i 5 ° С), SiI4 to ciało stałe (tnl

124 ° C). Związki SiX4 są łatwo hydrolizowane: SiX4 + 2H2O \u003d SiO2 + 4HX;

dym w powietrzu z powodu tworzenia się bardzo małych cząstek SiO2;

tetrafluorek krzemu reaguje inaczej: 3SiF4 + 2H2O \u003d SiO2 + 2H2SiF6. Chlorosilany

(SiHnX4-n), na przykład SiHCl3 (otrzymywany przez działanie gazowego HCl na Si),

pod działaniem wody tworzą związki polimerowe z silnym siloksanem

łańcuch Si-O-Si. Wysoko reaktywne chlorosilany

służą jako materiały wyjściowe do produkcji związków krzemoorganicznych.

Powstają związki typu SinX2n + 2 zawierające łańcuchy atomów Si w X - chlor

seria, w tym Si6Cl14 (tnl 320 ° C); pozostałe halogeny tworzą tylko Si2X6.

Otrzymano związki typu (SiX2) n i (SiX) n. Cząsteczki SiX2 i SiX

istnieją w wysokich temperaturach w postaci gazu i przy ostrym chłodzeniu

(ciekły azot) tworzy stałe substancje polimerowe, nierozpuszczalne w

powszechne rozpuszczalniki organiczne.

Do produkcji olejów smarowych stosowany jest czterochlorek krzemu SiCl4,

izolacja elektryczna, płyny do przenoszenia ciepła, środki hydrofobowe itp.

Węglik krzemu.

Węglik krzemu, karborund, SiC, związek krzemowo-węglowy; jeden z

najważniejsze węgliki stosowane w technologii. W czystej postaci K. to. Jest bezbarwny

kryształ o diamentowym połysku; wyrób techniczny zielony lub niebiesko-czarny

zabarwienie. To. To. Istnieje w dwóch głównych krystalicznych modyfikacjach -

sześciokątny (a-SiC) i sześcienny (b-SiC), z sześciokątnym bytem

„Gigantyczna cząsteczka” zbudowana na zasadzie pewnego rodzaju strukturalnego

ukierunkowana polimeryzacja prostych cząsteczek. Warstwy atomów węgla i

krzem w a-SiC są umieszczone względem siebie na różne sposoby, tworząc wiele

typy strukturalne. Przejście od b-SiC do a-SiC zachodzi w temperaturze

2100-2300 ° C (zwykle nie obserwuje się przejścia wstecznego). K. k. Ogniotrwały

(topi się z rozkładem w temperaturze 2830 ° C), posiada wyjątkowo wysoką twardość

(mikrotwardość 33400 Mn / m2 lub 3,34 tf / mm2), ustępuje tylko diamentowi i borem

węglik B4C; kruchy; gęstość 3,2 g / cm3. K. do. Jest stabilny w różnych

środowiska chemiczne, w tym w wysokich temperaturach.

K. do. Otrzymywany w piecach elektrycznych w temperaturze 2000-2200 ° C z mieszanki piasku kwarcowego

(51-55%), koks (35-40%) z dodatkiem NaCl (I-5%) oraz trociny (5-10%).

Ze względu na dużą twardość, odporność chemiczną i odporność na zużycie K.

ponieważ jest szeroko stosowany jako materiał ścierny (podczas szlifowania), do cięcia

twarde materiały, ostrza narzędzi, a także do produkcji różnych

części urządzeń chemicznych i metalurgicznych pracujących w kompleksie

warunki wysokiej temperatury. K. to., Domieszkowane różnymi zanieczyszczeniami,

stosowany w technologii półprzewodników, zwłaszcza o podwyższonej

temperatury. Ciekawe jest użycie K. do. W elektrotechnice - dla

produkcja grzałek do wysokotemperaturowych elektrycznych pieców oporowych

(pręty sitowe), odgromniki do elektrycznych linii przesyłowych

rezystancje prądowe, nieliniowe, jako część urządzeń elektroizolacyjnych itp.

Dwutlenek krzemu

DWUTLENEK KRZEMU (krzemionka), SiO2, kryształy. Najczęściej

minerał - kwarc; zwykły piasek to także dwutlenek krzemu. Wykorzystane w

produkcja szkła, porcelany, ceramiki, betonu, cegły, ceramiki, m.in.

wypełniacz gumowy, adsorbent w chromatografii, elektronice, akustooptyce

i inne minerały krzemionkowe, wiele gatunków minerałów, które są

polimorficzne modyfikacje dwutlenku krzemu; stabilny pod pewnymi warunkami

przedziały temperatur w zależności od ciśnienia.

| Imię | | System | Ciśnienie, | Temperatura | Gęstość |

| Minerał | | | jestem * | | Th, |

| | | | | okrągłe, ° С | kg / m "|

| b-cristobali | | sześcienny | 1 | 1728-147 | 2190 |

| t | | | | 0 | |

| b-trydymit | | Sześciokątne | 1 | 1470-870 | 2220 |

| | | naya | | | |

| a-kwarc | | sześciokątny | 1 | 870-573 | 2530 |

| | | naya | | | |

| kwarc b | | trigonal | 1 | poniżej 573 | 2650 |

| b1-trydymit | | sześciokątny | 1 | 163-117 | ok. |

| | | naya | | | 2260 |

| a-trydymit | metastabilny | rombowy | 1 | poniżej 117 | ok. |

| | th | | | | 2260 |

| a-cristobali | | Czworokątny | 1 | poniżej 200 | 2320 |

| t | | naya | | | |

| Coesite | Metastable | jednoskośne | 35 tys | 1700-500 | 2930 |

| | e na niskim | | | | |

| | temp- | | | | |

| | raturah i | | | | |

| | ciśnienia | | | | |

| Stishovit | | czworokątny | 100-180 | 1400-600 | 4350 |

| | | naya | tysiąc | | |

| Kitit | | czworokątny | 350-1260 | 585-380 | 2500 |

| | | naya | | | |

* 1 rano \u003d 1 kgf / cm2 przy 0,1 Mn / m2.

Podstawą struktury krystalicznej materiału krystalicznego jest trójwymiarowy szkielet,

zbudowany z czworościanów połączonych wspólnym tlenem (5104).

Jednak symetria ich ułożenia, gęstości upakowania i wzajemności

orientacje są różne, co znajduje odzwierciedlenie w symetrii kryształów osobników

minerały i ich właściwości fizyczne... Wyjątkiem jest stiszowit,

podstawą budowy są ośmiościany (SiO6), które tworzą strukturę,

podobny do rutylu. Cały kwarc m. (Z wyjątkiem niektórych odmian kwarcu)

zwykle bezbarwny. Twardość w skali mineralogicznej jest różna: od 5,5 (a-

trydymit) do 8-8,5 (stiszowit).

K. m. Występują zwykle w postaci bardzo małych ziaren, kryptokrystalicznych

włóknisty (a-krystobalit, tak zwany lussatyt), a czasem sferoidalny

formacje. Rzadziej - w postaci kryształów tabelarycznych lub lamelarnych

kształt (trydymit), oktaedryczny, dipiramidalny (a- i b-krystobalit),

cienkoigłowa (coesite, stishovite). Większość kwarcu m. (Z wyjątkiem kwarcu)

rzadkie i niestabilne w strefach powierzchniowych skorupy ziemskiej.

Modyfikacje wysokotemperaturowe SiO2 - b-trydymit, b-krystobalit -

powstają w małych pustkach młodych skał wylewnych (dacyty, bazalty,

liparyty itp.). A-krystobalit niskotemperaturowy wraz z a-trydymitem,

jest jednym z elementów składowych agatów, chalcedonu, opali; zdeponowany

z gorących roztworów wodnych, czasem z koloidalnego SiO2. Stishovite i Coesite

znalezione w piaskowcach krateru meteorytu Devil's Canyon w Arizonie (USA),

gdzie powstały z powodu kwarcu przy chwilowym ultra wysokim ciśnieniu i

kiedy temperatura wzrasta podczas upadku meteorytu. Również w naturze

występują: szkło kwarcowe (tzw. leschatelit), powstałe w r

w wyniku stopienia piasku kwarcowego po uderzeniu pioruna i melanoflogitu - w

w postaci małych sześciennych kryształów i skorupek (pseudomorfy składające się z

opal i kwarc chalcedonowy), uprawiany na rodzimej siarki w r

złoża Sycylii (Włochy). Kitite nie został znaleziony w naturze.

Kwarc (niemiecki Quarz), minerał; pod nazwą K., dwa krystaliczne

modyfikacje dwutlenku krzemu SiO2: heksagonalny K. (lub a-K.), stabilny

przy ciśnieniu 1 atm (lub 100 kn / m2) w zakresie temperatur 870-573 ° C, oraz

trygonalny (b-K.), stabilny w temperaturach poniżej 573 ° C. b-K. większość

występuje powszechnie w przyrodzie. Krystalizuje się w klasie trygonalnej

trapezoedr układu trygonalnego. Struktura kryształu typu ramkowego

zbudowany z tetraedrów krzemowo-tlenowych ułożonych helikalnie (z

prawy lub lewy skok śruby) w stosunku do głównej osi kryształu. W

w zależności od tego prawe i lewe strukturalne i morfologiczne

kryształowe kształty, które różnią się zewnętrznie symetrią rozmieszczenia niektórych

twarze (na przykład trapezoedr itp.). Brak płaszczyzn i środka

symetria w kryształach K. determinuje obecność piezoelektrycznych i

właściwości pyroelektryczne.

Najczęściej kryształy K. mają wygląd podłużno-pryzmatyczny z

dominujące rozwinięcie ścian sześciokątnego graniastosłupa i dwóch romboedrów

(kryształowa głowa). Rzadziej kryształy przybierają postać pseudoheksagonalnej

bipiramidy. Zewnętrznie regularne kryształy K. są zwykle kompleksowo bliźniacze,

tworząc najczęściej bliźniacze obszary na tzw. Brazylijski lub

prawa dauphinean. Te ostatnie powstają nie tylko podczas wzrostu kryształów,

ale także w wyniku wewnętrznego przegrupowania strukturalnego przy termicznym a - b

przejścia, którym towarzyszy ściskanie, a także odkształcenia mechaniczne.

Kolor kryształów, ziaren i agregatów jest bardzo zróżnicowany: najczęściej

bezbarwny, mlecznobiały lub szary K. Przezroczysty lub prześwitujący

pięknie ubarwione kryształy, zwane zwłaszcza: bezbarwne, przezroczyste -

kryształ górski; fioletowy - ametyst; dymny - rauchtopaz; czarny

Morion; złotożółty - cytryn. Zwykle wynikają z różnych kolorów

wady strukturalne przy wymianie Si4 + na Fe3 + lub Al3 + z jednoczesnym

wchodząc do sieci Na1 +, Li1 + lub (OH) 1-. Trudno też spotkać

kolorowe kryształy z powodu mikroinkluzji obcych minerałów: zielona praza

Wtrącenia mikrokryształów aktynolitu lub chlorynu; złoty połysk

awenturyn - wtrącenia miki lub hematytu itp. Kryptokrystaliczny

odmiany K. - agat i chalcedon - składają się z najlepszych włóknistych

formacje. To. Optycznie jednoosiowe, pozytywne. Współczynniki refrakcji

(dla światła dziennego l \u003d 589,3): ne \u003d 1,553; no \u003d \u003d 1,544. Przezroczysty dla

promienie ultrafioletowe i częściowo podczerwone. Podczas przesyłania światła

wiązka spolaryzowana płasko w kierunku osi optycznej, kryształy lewoskrętne K.

obróć płaszczyznę polaryzacji w lewo, a w prawo - w prawo. W widocznej części

widmo, wartość kąta obrotu (na 1 mm grubości płytki K.) waha się od

32,7 (dla 1486 nm) do 13,9 ° (728 nm). Wartość dielektryczna

przepuszczalność (eij), moduł piezoelektryczny (djj) i sprężystość

współczynniki (Sij) są następujące (w temperaturze pokojowej): e11 \u003d 4,58; e33 \u003d

4,70; d11 \u003d -6,76 * 10-8; d14 \u003d 2,56 * 10-8; S11 \u003d 1,279; S12 \u003d - 0,159; S13 \u003d

0,110; S14 \u003d -0,446; S33 \u003d 0,956; S44 \u003d 1,978. Współczynniki liniowe

ekspansje są: prostopadłe do osi 3-go rzędu 13,4 * 10-6 i

równolegle do osi 8 * 10-6. Ciepło przemiany b - a K. wynosi 2,5 kcal / mol

(10,45 kJ / mol). Twardość mineralogiczna 7; gęstość 2650

kg / m3. Topi się w temperaturze 1710 ° C i krzepnie po schłodzeniu w tzw.

szkło kwarcowe. Fused K. jest dobrym izolatorem; kostka oporowa z

krawędź 1 cm przy 18 ° С wynosi 5 * 1018 omów / cm, współczynnik rozszerzalności liniowej

0,57 * 10-6 cm / ° C. Opracowano ekonomicznie opłacalną technologię uprawy

syntetyczne monokryształy, które otrzymuje się z wodnych roztworów SiO2

w podwyższonych ciśnieniach i temperaturach (synteza hydrotermalna). Kryształy

syntetyczne K. mają stabilne właściwości piezoelektryczne,

odporność na promieniowanie, wysoka jednorodność optyczna i inne cenne

właściwości techniczne.

Naturalny K. to bardzo rozpowszechniony minerał, który jest niezbędny

integralna część wielu skał, a także złóż użytecznych

skamieniałości o najbardziej zróżnicowanej genezie. Najważniejsze dla

przemysłowe materiały kwarcowe - piaski kwarcowe, kwarcyty i

krystaliczny monokrystaliczny K. Ten ostatni jest rzadki i bardzo

wysoko ceniony. W ZSRR główne złoża kryształów K. znajdują się na Uralu, w r

Ukraińska SRR (Wołyń), w Pamirze, w dorzeczu rzeki. Aldan; za granicą - wpłaty w

Brazylia i Republika Madagaskaru. Piaski kwarcowe są ważnym surowcem

przemysł ceramiczny i szklarski. Monokryształy K. znaleźć

zastosowanie w radiotechnice (piezoelektryczne stabilizatory częstotliwości,

filtry, rezonatory, płytki piezoelektryczne w instalacjach ultradźwiękowych itp.); w

oprzyrządowanie optyczne (pryzmaty do spektrografów, monochromatory, soczewki

do optyki ultrafioletowej itp.). Fused K. jest używany do

wykonanie specjalnego szkła chemicznego. K. jest również używany do

uzyskanie chemicznie czystego krzemu. Przezroczysty, pięknie zabarwiony

odmiany K. są kamieniami półszlachetnymi i są szeroko stosowane w

biznes jubilerski.

Szkło kwarcowe, jednoskładnikowe szkło krzemianowe otrzymywane przez stapianie

naturalne odmiany krzemionki - kryształ górski, kwarc żyłkowy i

piasek kwarcowy, a także syntetyczny dwutlenek krzemu. Rozróżnij dwa

rodzaj przemysłowych K.s .: przezroczyste (optyczne i techniczne) oraz

nieprzezroczysty. Krycie do strony. Daje dużą ilość

rozprowadzone w nim małe pęcherzyki gazu (o średnicy od 0,03 do 0,3

μm), rozpraszając światło. Optyczne przezroczyste szkło kryształowe, otrzymywane przez stapianie

kryształ górski, całkowicie jednorodny, nie zawiera widzialnego gazu

bąbelki; ma najniższy wskaźnik wśród szkieł krzemianowych

refrakcja (nD \u003d 1,4584) i najwyższa przepuszczalność światła, zwłaszcza dla

promienie ultrafioletowe. Dla K. z. charakteryzuje się wysoką temperaturą i

odporność chemiczna; temperatura mięknienia K. strona. 1400 ° C K. s. dobry

dielektryk, przewodnictwo elektryczne właściwe przy 20 ° С-10-14-10-16 ohm-

1m-1, strata dielektryczna styczna przy 20 ° C i częstotliwości

106 Hz - 0,0025-0,0006. K. s. używany do produkcji laboratorium

naczynia, tygle, instrumenty optyczne, izolatory (zwłaszcza do wysokich

temperatury), produkty odporne na wahania temperatury.

Silany (z łaciny Silicium - silicon), związki krzemu z całkowitym wodorem

formuły SinH2n + 2. Otrzymano silany do oktasilanu Si8H18. Kiedy

temperatura pokojowa, pierwsze dwa K. - monosilan SiH4 i disilan Si2H6 -

w postaci gazowej, reszta to ciecze lotne. Wszystkie K. mają nieprzyjemny zapach,

trujący. K. jest znacznie mniej stabilny w powietrzu niż alkany

samozapłon, na przykład 2Si2H6 + 7O2 \u003d 4SiO2 + 6H2O. Woda rozkłada się:

Si3H8 + 6H2O \u003d 3SiO2 + 10H2. K. nie występują w przyrodzie. W laboratorium przez działanie

rozcieńczone kwasy do krzemku magnezu, otrzymuje się mieszaninę różnych K., jego

silnie schłodzone i oddzielone (przez destylację frakcjonowaną przy całkowitym braku

powietrze).

Kwas krzemowy

Kwasy krzemowe, pochodne bezwodnika krzemowego SiO2; bardzo słaby

kwasy, słabo rozpuszczalne w wodzie. W czystej postaci

kwas metakrzemowy H2SiO3 (a dokładniej jego postać polimerowa H8Si4O12) i

H2Si2O5. Amorficzny dwutlenek krzemu (amorficzna krzemionka) w roztworze wodnym

(rozpuszczalność około 100 mg w 1 litrze) tworzy głównie ortokrzem

kwas H4SiO4. W przesyconych roztworach K. do. Otrzymywane na różne sposoby.

zmienia się wraz z tworzeniem się cząstek koloidalnych (masa molowa do 1500), wg

których powierzchnie są grupami OH. Tak wykształcony. sol w

w zależności od pH pH może być stabilne (pH około 2)

lub może agregować tworząc żel (pH 5-6). Zrównoważony

silnie skoncentrowane zole K. k., zawierające specjalne substancje -

stabilizatory stosowane do produkcji papieru, w tekstyliach

przemysł, do uzdatniania wody. Kwas fluorokrzemowy, H2SiF6,

silny kwas nieorganiczny. Występuje tylko w roztworze wodnym; w

wolna postać rozkłada się na czterofluorek krzemu SiF4 i fluorowodór

HF. Jest stosowany jako silny środek dezynfekujący, ale głównie -

w celu uzyskania soli K. do. - krzemofluorków.

Krzemiany

Krzemiany, sole kwasu krzemowego. Najbardziej rozpowszechniony w skorupie ziemskiej

(80% wagowo); znanych jest ponad 500 minerałów, w tym cenne

kamienie takie jak szmaragd, beryl, akwamaryn. Krzemiany są podstawą cementów,

ceramika, emalie, szkło krzemianowe; surowce do produkcji wielu metali,

kleje, farby itp.; materiały radioelektroniczne itp. Fluorki krzemu,

fluorokrzemiany, sole kwasu fluorowodorokrzemowego H2SiF6. Po podgrzaniu

rozkładać, na przykład CaSiF6 \u003d CaF2 + SiF4. Sole Na, K, Rb, Cs i Ba twarde

rozpuszczalne w wodzie i tworzą charakterystyczne kryształy, które są używane w

analiza ilościowa i mikrochemiczna. Najbardziej praktyczne

zawiera krzemofluorek sodu Na2SiF6 (w szczególności w produkcji

kwasoodporne cementy, emalie itp.). Znaczna część Na2SiF6

przetwarzane na NaF. Uzyskaj Na2SiF6 z odpadów zawierających SiF4

zakłady superfosfatu. Fluorki krzemu Mg, Zn i Al łatwo rozpuszczalne w wodzie

(nazwa techniczna płyny) służą do uszczelniania

kamień budowlany. Wszystkie K. (a także H2SiF6) są trujące.

Aplikacje.

Rys. 1 Prawy i lewy kwarc.

Ryc.2 Minerały krzemionkowe.

Rys.3 Kwarc (struktura)