Unde se folosește siliciul? Siliciul: proprietăți și utilizări în scopuri medicinale. Siliciul ca material de construcție
Trimite-ți munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Folosiți formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
Postat pe http://www.allbest.ru/
MINISTERUL SUCURSALEI RUSIEI
instituție de învățământ bugetar de stat federal
studii superioare profesionale
„Institutul Tehnologic de Stat din Sankt Petersburg
Fizicienii ruși Andrei Geim și Konstantin Novosilov lucrează în această lucrare împreună cu cercetători de la Universitatea din Manchester, cu care au reușit să creeze un tranzistor de tunel pe bază de grafen potrivit pentru productie industriala... Tranzistorul cu efect de tunel, spre deosebire de tranzistoarele convenționale cu efect de câmp, folosește un câmp electric pentru a controla conductanța unui canal într-un material semiconductor. Astfel, canalele sale sunt conduse de efectul de tunelare cuantică. Conform teoriei cuantice, electronii pot traversa o barieră chiar dacă nu au suficientă energie pentru a face acest lucru.
(universitate tehnică) "(SPbGTI (TU))
Scaun HNT MET
UGS 240100.62
SPECIALITATE Tehnologie chimică
DIRECȚIE Chimia substanțelor și a materialelor
DISCIPLINA Introducere în specialitate
PE TEMATICĂ: Siliciul, proprietățile și aplicarea sa în electronica modernă
Interpretat de un elev din anul 1, grupul 131
Zhukovskaya Ekaterina Olesevna
Prin scăderea lățimii barierei, efectul cuantic poate fi îmbunătățit, iar energia pe care trebuie să o traverseze electronii bariera scade brusc. Ca urmare, cu efectul de tunelare, tensiunea tranzistoarelor poate fi redusă, ceea ce va ajuta la reducerea consumului de energie.
Microprocesoare inspirate de structura creierului
Astfel, se așteaptă ca noile generații de sisteme de tehnologie informațională să completeze mașinile actuale von Neumann, dotate cu un ecosistem evolutiv de sisteme, software și servicii. Memristor este o idee dezvoltată de inginerul electric Leon Chua și are proprietatea de a fi foarte asemănătoare în activitatea sa cu neuronii care codifică, transmit și stochează informații. Astfel, informațiile trebuie primite, procesate și stocate, dar nu în același timp. Memoristicile pot funcționa în același timp, astfel încât puteți crea un computer care poate face calculul mult mai rapid, îl poate rezolva și salva soluția, economisind în același timp toată energia care a fost cheltuită anterior trimitând informații dintr-o parte în alta.
Yezhovsky Yuri Konstantinovich
Sankt Petersburg 2013
Introducere
1. Siliciul
2. Istorie
3. Originea numelui
4. A fi în natură
5. Primirea
6. Proprietăți fizice
7. Proprietăți electrofizice
10. Cerere
Lista de referinte
Introducere
Siliciul este unul dintre elementele importante. Vernadsky a scris celebra sa lucrare: „Niciun organism nu poate exista fără siliciu” (1944). Într-un manual de chimie pentru școlarii de clasa a IX-a (ediția Minsk: „Slovo”, 1977) în secțiunea „Silicon” se spune: „... siliciul este un material semiconductor extrem de important utilizat pentru fabricarea dispozitivelor microelectronice -„ microcircuite ”. utilizat în producția de baterii solare, transformă energia solară în energie electrică. Printre 104 elemente ale tabelului periodic, siliciul are un rol special. Este un element piezoelectric. Poate converti un tip de energie în altul. Mecanic în electric, lumină în căldură etc. " Siliciul este la baza schimbului de informații energetice în spațiu și pe Pământ. De la masă compoziție chimică Se poate observa că cel mai frecvent element din această lume este oxigenul - 47%, locul al doilea este ocupat de siliciu - 29,5%, iar conținutul altor elemente este mult mai mic.
Pentru ca acest nou model de computer să devină realitate, va fi necesar să dezvoltăm un nou sistem de operare pe care compania rulează deja, care va servi și ca ajutor pentru obiectivul său de a câștiga credibilitate în lumea tehnologiei informației. Litografia UV extremă este o altă tehnică la care electronica mare lucrează pentru a depăși problema legii lui Moore care încetinește din cauza limitărilor siliciului ca semiconductor.
Până vine calculul cuantic
Este o tehnologie bazată pe starea cuantică a electronilor și este utilizată pe hard disk-uri avansate pentru a stoca date și a accesa memoria magnetică aleatorie. Un computer cuantic funcționează într-un mod complet diferit cu computerele actuale: în loc să se bazeze pe uși logice sau o combinație de uși logice pentru a procesa informații, acesta va funcționa cu regulile fizicii cuantice. Calculatoarele cuantice pot folosi aceste legi pentru a rezolva problemele mai rapid și mai eficient.
Cel mai răspândit semiconductor în producția de componente electronice este siliciul, deoarece rezervele sale pe planetă sunt practic nelimitate.
1. Siliciul
Siliciul este un element al subgrupului principal al celui de-al patrulea grup al perioadei a treia a sistemului periodic al elementelor chimice ale lui D. I. Mendeleev, cu numărul atomic 14. Este desemnat prin simbolul Si (latin Silicium).
În Spania, avem unul dintre cei mai mari experți din lume în domeniul calculelor cuantice, fizicianul Juan Ignacio Tsirak, care este directorul departamentului teoretic de la Institutul de Optică Cuantică. Max Planck. Computerul cuantic nu va fi folosit pentru a citi e-mailuri sau pentru a face cumpărături pe internet, deoarece avem deja computerele noastre și, de asemenea, funcționează foarte bine. Un computer cuantic ar servi ca un calcul puternic pe care în mod normal oamenii nu ar trebui să îl facă, ci cei care fac proiectarea materialelor sau dezvoltarea medicamentelor.
Aspectul unei substanțe simple
În formă amorfă - pulbere maro, în formă cristalină - gri închis, ușor strălucitor.
Proprietățile atomului
Numele, simbolul, numărul: siliciu / siliciu (Si), 14
Masa atomică (masa molară) 28.0856 amu (g / mol)
Configurație electronică: 3s2 3p2, conn. 3s 3p3 (hibridizare)
Raza atomică 132 nm
Proprietăți chimice
Juan Ignacio Chirac. Juan Ignacio Chirac dezvăluie în mod clar problemele cu care se confruntă acum dezvoltarea computerelor cuantice: pe computerele clasice, dacă după un timp stocăm puține informații, acestea încă există. Nu merge de la zero la unu, doar rămâne. Cu toate acestea, în computerele cuantice, bitul cuantic, echivalentul de bit, este foarte sensibil și orice interacțiune cu mediul poate schimba complet calculul. Deci, trebuie să le izolați bine, aceasta este principala problemă: cum să le izolați.
Dacă nu sunt complet izolate sau apare un fel de eroare, ar trebui să ne gândim cum să o remediem sau cum să o remediem. Aceasta este o parte fundamentală a investigațiilor în curs. În urma scepticismului inițial cu care s-a primit știrea, există un interes din ce în ce mai mare din partea companiilor și instituțiilor pentru accesarea tehnologiei lor și pătrunderea în lumea calculelor cuantice. Dacă se face cu precizie, qubiturile mașinilor caută o stare de energie scăzută, care reprezintă răspunsul la o problemă dată.
Raza covalentă 111 nm
Raza ionică 42 (+ 4e) 271 (-4e) nm
Electronegativitate 1,90 (scară Pauling)
Potențialul electrodului 0
Stări de oxidare: +4, +2, 0, -4
Energie de ionizare (primul electron) 786,0 (8,15) kJ / mol (eV)
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (la nivel normal) 2,33 g / cm3
Punct de topire 1414,85 ° C (1688 K)
Prin urmare, mașina este ideală pentru rezolvarea așa-numitelor „probleme de optimizare” în care există o serie de criterii care trebuie îndeplinite simultan și în care există o soluție de neegalat care satisface cele mai multe dintre ele, de exemplu, ruta optimă pentru un camion pentru a minimiza timpul și distanța parcursă. distanţă. De asemenea, poate fi foarte util să găsiți esența structurilor complexe de date, care pot fi utilizate, de exemplu, pentru a căuta și prelucra date pe rețelele sociale sau pentru a recunoaște tiparele din imagini.
Temperatura de evaporare 2349,85 ° C (2623 K)
Căldura de fuziune 50,6 kJ / mol
Căldura de vaporizare 383 kJ / mol
Capacitate de căldură molară 20,16 J / (K mol)
Volumul molar 12,1 cm3 / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structură de rețea: cubică, diamantată
Parametrii rețelei: 5.4307 E
Temperatura Debye 625 K
Alte caracteristici
Un computer cuantic va fi capabil să învețe funcțiile cheie într-un anumit mod, cum ar fi o mașină, prin afișarea multor imagini ale mașinilor. Odată ce le recunoașteți, le veți putea recunoaște mai ușor decât sistemele convenționale. În plus, odată ce ați definit caracteristicile a ceea ce face o mașină recunoscută, o puteți folosi pentru a „preda” computerele tradiționale pentru a ușura recunoașterea mașinii. Prin împletirea particulelor, computerele cuantice topologice ar crea fire imaginare ale căror noduri și răsuciri ar crea un sistem de calcul puternic.
Conductivitate termică (300 K) 149 W / (m K)
2. Istorie
Compușii naturali de siliciu sau siliciu (siliciu englez, silicium francez și german) - dioxid de siliciu (silice) - sunt cunoscuți de mult timp. Anticii știau bine cristalul de piatră sau cuarț, precum și pietrele prețioase, care sunt cuarț vopsite în diferite culori (ametist, cuarț fumuriu, calcedonie, crizoprază, topaz, onix etc.) Siliciul elementar a fost obținut abia în secolul al XIX-lea, deși încercările Scheele și Lavoisier, Dzvi (cu ajutorul stâlpului Voltaic), Gay-Lussac și Thénard (chimic) s-au angajat să descompună silica. Vercelius, încercând să descompună silice, a încălzit-o într-un amestec cu pulbere de fier și cărbune la 1500 ° C și a obținut ferosilicon. Abia în 1823 r. atunci când a studiat compușii acidului fluorhidric, inclusiv SiF4, a obținut siliciu amorf liber („radical de silice”) prin interacțiunea vaporilor de fluorură de siliciu și potasiu. Saint Clair-Deville a obținut siliciu cristalin în 1855.
Mai important, matematica mișcărilor sale va corecta greșelile care au constituit până acum cea mai importantă provocare cu care se confruntă proiectanții de computere cuantice. În timpul petrecut pe teren, compania spune că au făcut progrese uriașe în interfețele semiconductoare, permițând materialelor conductoare să se comporte ca și cum ar fi superconductori.
Acest lucru permite semiconductoarelor să funcționeze la viteze de ceas extrem de mari, cu o disipare mică sau deloc a căldurii. Avem speranță și optimism că aceste realizări vor duce la rezultate practice, dar este dificil să știm când și unde. Acesta este un pas important pentru a ajuta la crearea instrumentelor informatice necesare care vor funcționa pe computerele cuantice moderne.
3. Originea numelui
Denumirea de silicium sau kizel (Kiesel, silex) a fost propusă de Berzelius. Anterior, Thomson a propus denumirea de silicon (siliciu), adoptat în Anglia și SUA, prin analogie cu grapele (borul) și carbonul (carbonul). Cuvântul siliciu (Silicium) provine din silice (silice); sfârșitul „a” a fost adoptat în secolele XVIII și XIX. pentru a desemna terenuri (Silice, Aluminia, Thoria, Terbia, Glucina, Cadmia etc.). La rândul său, cuvântul silice este asociat cu lat. Silex (puternic, silex).
În acest scop, a fost prezentat un studiu cu o nouă invenție, în care biții cuantici reali pot fi transferați între module separate de calcul cuantic pentru a putea crea o mașină complet modulară pe scară largă. Până în prezent, oamenii de știință au propus utilizarea conexiunilor cu fibră optică pentru a conecta module individuale de calcul, dar în acest proiect ne concentrăm pe câmpuri electrice care permit transferul atomilor încărcați de la un modul la altul.
Cu acest nou design, puteți obține viteze de conectare de până la 000 de ori mai rapide între diferitele module de calcul cuantic care alcătuiesc mașina. De mulți ani, oamenii spun că este imposibil să construiești un computer cuantic real. Cu munca noastră, am arătat nu numai că se poate realiza, dar acum prezentăm un plan de construcție concret. Winfried Hensinger, om de știință la Universitatea din Sussex.
Numele rusesc pentru siliciu provine din cuvintele slavice vechi flint (numele pietrei), kremyk, puternic, kresmen, kresati (lovirea unei centuri cu un fier pentru a obține scântei) etc. În literatura chimică rusă de la începutul secolului al XIX-lea. există denumirile de silice (Zaharov, 1810), silicium (Soloviev, Dvigubsky, 1824), silex (Strakhov, 1825), siliciu (Iovskiy, 1827), silice și siliciu (Hess, 1831).
Calculatoarele biologice ca un nou mod de a înțelege informatica
Calculul biologic constă în utilizarea organismelor vii sau a componentelor acestora pentru a efectua calcule de calcul sau alte operații legate de calcul. În el a rezolvat o instanță cu șapte noduri ale problemei traiectoriei hamiltoniene. Printre diferitele progrese care au loc în domeniul calculului biologic, se poate menționa munca depusă de oamenii de știință de la Technion Israel Institute of Technology, care au proiectat și construit un traductor biologic avansat care funcționează ca o mașină de calcul capabilă să manipuleze codurile genetice și să utilizeze rezultatele pentru calculele ulterioare.
4. A fi în natură
Cel mai adesea în natură, siliciul se găsește sub formă de silice - compuși pe bază de dioxid de siliciu (IV) SiO2 (aproximativ 12% din masa scoarței terestre). Principalele minerale și roci formate din dioxid de siliciu sunt nisipul (râul și cuarțul), cuarțul și cuarțitul, silexul, feldspatii. Al doilea grup cel mai frecvent de compuși ai siliciului în natură sunt silicații și aluminosilicații.
Progresele ar putea duce la noi oportunități în biotehnologie, cum ar fi terapia genică individualizată. De asemenea, cercetătorii de la Universitatea McGill din Canada lucrează cu oameni de știință din Germania, Suedia și Olanda pentru a dezvolta calcule biologice cu o nouă abordare care poate rezolva problemele actuale ale utilizării acestor tehnologii. Sarcina sa este de a crea un model de calcul biologic care utilizează fibre proteice pentru a transmite informații în loc de electroni.
Acesta este un microcip mic, de aproximativ 1,5 cm2, cu o structură asemănătoare rețelei de canale prin care curg lanțuri de proteine. Unul dintre avantajele acestui prototip față de supercomputerele electronice este că abia se încălzește și necesită mult mai puțină energie pentru a funcționa, deci acest model este mult mai stabil. În dovada de concept care a fost efectuată până acum, microcipul biologic a arătat că este capabil să rezolve în mod eficient o problemă matematică complexă, dar încă nu este comparabil cu eficiența microcircuitelor electronice, astfel încât cercetătorii mai au mult de lucru pentru a obține o echipă pe deplin funcțională. ...
Se remarcă fapte izolate ale găsirii siliciului pur sub formă nativă.
Siliciul se găsește în majoritatea mineralelor și minereurilor. Depozitele necesare de cuarțit și nisip de cuarț se găsesc în multe țări ale lumii. Cu toate acestea, pentru a obține mai mult produs de calitate sau pentru a crește indicatorii de rentabilitate, este mai profitabil să se utilizeze materii prime cu un conținut maxim de siliciu (până la 99% SiO2). Astfel de depozite bogate sunt extrem de rare și au fost utilizate în mod activ și de mult timp de industria concurentă a sticlei din întreaga lume. Acesta din urmă, însă, este reticent în procesarea materiilor prime chiar și cu o contaminare minimă a fierului, dar în producția de feroaliaje nu este foarte critic. În general, în întreaga lume, asigurarea producției de siliciu cu materii prime este considerată ridicată, iar ponderea corespunzătoare a costurilor în costul său este nesemnificativă (mai puțin de 10%).
Fluxurile de cod genetice sunt codificate și fiecare valoare este atribuită fiecărei baze. Și, în cele din urmă, vedem un exemplu despre cât de mult mai trebuie făcut în lumea computerelor și cum uneori șansa poate deschide o lume cu totul nouă de opțiuni atunci când vine vorba despre modul în care funcționează computerele în acest moment. La prima vedere, totuși, poate părea că un nonsens este un avantaj atunci când vine vorba de rezolvarea celor mai dificile probleme pentru computere, cum ar fi înțelegerea videoclipurilor sau a altor date greoaie din lumea reală, deoarece cipul care garantează calcule inexacte poate obține rezultate bune pe multe probleme care necesită mai puține circuite și consumă mai puțină energie.
atom amorf de siliciu
5. Primirea
„Siliciul liber poate fi obținut prin calcinarea nisipului alb fin cu magneziu, care este dioxid de siliciu:
Aceasta formează o pulbere maro siliciu amorf».
În industrie, siliciul de puritate tehnică se obține prin reducerea topiturii de SiO2 cu cocs la o temperatură de aproximativ 1800 ° C în cuptoarele minereotermice de tip arbore. Puritatea siliciului obținută în acest mod poate ajunge la 99,9% (principalele impurități sunt carbonul, metalele).
Este posibilă o purificare suplimentară a siliciului de impurități.
Curățarea în condiții de laborator poate fi efectuată prin prepararea preliminară a silicidei de magneziu Mg2Si. Mai mult, monosilanul gazos SiH4 este obținut din silicură de magneziu folosind acizi clorhidric sau acetic. Monosilanul este purificat prin rectificare, sorbție și alte metode și apoi descompus în siliciu și hidrogen la o temperatură de aproximativ 1000 ° C.
Purificarea siliciului la scară industrială se realizează prin clorurarea directă a siliciului. În acest caz, se formează compuși cu compoziția SiCl4 și SiCl3H. Aceste cloruri sunt purificate de impurități în diferite moduri (de obicei prin distilare și disproporționare) și, în etapa finală, sunt reduse cu hidrogen pur la temperaturi de la 900 la 1100 ° C.
Se dezvoltă tehnologii industriale mai ieftine, mai curate și mai eficiente pentru purificarea siliciului. Pentru 2010, acestea includ tehnologii de purificare a siliciului care utilizează fluor (în loc de clor); tehnologii pentru distilarea monoxidului de siliciu; tehnologii bazate pe gravarea impurităților concentrându-se pe limitele intercristaline.
Metoda de obținere a siliciului în forma sa pură a fost dezvoltată de Nikolai Nikolaevich Beketov.
În Rusia, siliciul tehnic este produs de OK Rusal la fabricile din Kamensk-Uralsky (regiunea Sverdlovsk) și Shelekhov (regiunea Irkutsk); Siliciul rafinat folosind tehnologia clorurii este produs de grupul Nitol Solar la uzina din Usolye-Sibirskoye.
6. Proprietăți fizice
Structura cristalină a siliciului
Rețeaua cristalină de siliciu este cubică, centrată pe față, de tip diamant, parametru a \u003d 0,54307 nm (la presiuni ridicate, s-au obținut alte modificări polimorfe ale siliciului), dar datorită lungimii mai mari a legăturii dintre atomii de Si - Si comparativ cu lungimea legături C - C duritatea siliciului este semnificativ mai mică decât cea a diamantului. Siliciul este fragil, doar atunci când este încălzit la peste 800 ° C devine o substanță ductilă. Interesant este că siliciul este transparent la radiația infraroșie de la o lungime de undă de 1,1 μm. Concentrarea de sine purtători de încărcare - 5,81 · 1015 m 3 (pentru o temperatură de 300 K).
7. Proprietăți electrofizice
Siliciul elementar sub formă monocristalină este un semiconductor cu decalaj indirect. Distanța de bandă la temperatura camerei este 1,12 eV, iar la T \u003d 0 K este 1,21 eV. Concentrația purtătorilor de sarcină intrinsecă în siliciu în condiții normale este de aproximativ 1,5 × 1010 cm3.
Proprietățile electrofizice ale siliciului cristalin sunt foarte influențate de impuritățile conținute în acesta. Pentru a obține cristale de siliciu cu conductivitate în găuri, atomii de elemente din grupa III, cum ar fi bor, aluminiu, galiu, indiu, sunt introduși în siliciu. Pentru a obține cristale de siliciu cu conductivitate electronică, atomii sunt introduși în siliciu elemente ale V grupuri precum fosfor, arsenic, antimoniu.
La crearea dispozitivelor electronice pe bază de siliciu, stratul de suprafață al materialului este implicat în principal (până la zeci de microni), astfel încât calitatea suprafeței cristalului poate avea un efect semnificativ asupra proprietăților electrice ale siliciului și, în consecință, asupra proprietăților dispozitivului finit. Unele dispozitive utilizează tehnici de modificare a suprafeței, cum ar fi tratarea suprafeței siliciului cu diverși agenți chimici.
Constanta dielectrică: 12
Mobilitate electronică: 1200-1450 cm2 / (V s).
Mobilitatea găurilor: 500 cm2 / (V s).
Banda interzisă 1.205-2.84 10 4 T
Durata de viață a electronilor: 5 ns - 10 ms
Calea liberă a unui electron: aproximativ 0,1 cm
Calea fără găuri: aproximativ 0,02 - 0,06 cm
Toate valorile se bazează pe condiții normale.
8. Proprietăți chimice
La fel ca atomii de carbon, atomii de siliciu se caracterizează prin starea de hibridizare sp3 a orbitalilor. În legătură cu hibridizarea, siliciul cristalin pur formează o rețea asemănătoare diamantului în care siliciu este tetravalent. În compuși, siliciul se manifestă de obicei ca un element tetravalent cu o stare de oxidare de +4 sau -4. Există compuși bivalenți de siliciu, de exemplu, oxid de siliciu (II) - SiO.
În condiții normale, siliciul este chimic inactiv și reacționează activ numai cu fluor gazos, formând astfel tetrafluorură de siliciu volatil SiF4. Această „inactivitate” a siliciului este asociată cu pasivarea suprafeței cu un strat la scară nanoică de dioxid de siliciu, care se formează imediat în prezența oxigenului, a aerului sau a apei (vapori de apă).
Când este încălzit la temperaturi peste 400-500 ° C, siliciul reacționează cu oxigenul pentru a forma dioxid de SiO2, procesul este însoțit de o creștere a grosimii stratului de dioxid de pe suprafață, rata procesului de oxidare este limitată de difuzia oxigenului atomic prin filmul de dioxid.
Când este încălzit la temperaturi de peste 400-500 ° C, siliciul reacționează cu clor, brom și iod pentru a forma tetrahalidele corespunzătoare ușor volatile SiHal4 și, eventual, halogenuri cu o compoziție mai complexă.
Siliciul nu reacționează direct cu hidrogen, compușii de siliciu cu hidrogen - silani cu formula generală SinH2n + 2 - sunt obținuți indirect. Monosilanul SiH4 (se numește adesea pur și simplu silan) este eliberat atunci când silicidele metalice reacționează cu soluții acide, de exemplu:
Silanul SiH4 format în această reacție conține o impuritate a altor silani, în special disilanul Si2H6 și trisilanul Si3H8, care conțin un lanț de atomi de siliciu legați prin legături simple (--Si - Si - Si--).
Cu azot, siliciul la o temperatură de aproximativ 1000 ° C formează nitrură de Si3N4, cu boruri - boruri rezistente termic și chimic SiB3, SiB6 și SiB12.
La temperaturi peste 1000 ° C, puteți obține un compus de siliciu și cel mai apropiat analog al acestuia conform tabelului periodic - carbură de carbon - siliciu SiC (carborund), care se caracterizează prin duritate ridicată și activitate chimică scăzută. Carborundum este utilizat pe scară largă ca abraziv. În același timp, în mod interesant, o topire de siliciu (1415 ° C) poate contacta carbonul pentru o lungă perioadă de timp sub formă de bucăți mari de grafit fin granulat cu granulație fină prin presare izostatică, practic nedizolvându-se și neacționând cu acesta din urmă.
Elementele care stau la baza grupului 4 (Ge, Sn, Pb) sunt infinit solubile în siliciu, ca majoritatea celorlalte metale. Când siliciu este încălzit cu metale, se pot forma silicide. Silicidele pot fi împărțite în două grupe: ionic-covalent (silicide ale metalelor alcaline, alcalino-pământoase și magneziu precum Ca2Si, Mg2Si etc.) și asemănătoare metalelor (silicide ale metalelor de tranziție). Silicidele metalelor active se descompun sub acțiunea acizilor, silicidele metalelor de tranziție sunt stabile chimic și nu se descompun sub acțiunea acizilor. Silicidele de tip metal au puncte de topire ridicate (până la 2000 ° C). Cel mai adesea, se formează silicide metalice din compozițiile MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 și MeSi2. Silicidele metalice sunt inerte chimic și rezistente la oxigen chiar și la temperaturi ridicate.
Trebuie remarcat în special faptul că siliciul formează un amestec eutectic cu fierul, ceea ce permite sinterizarea (topirea) acestor materiale pentru a forma ceramică de ferosilicon la temperaturi semnificativ mai mici decât temperaturile de topire ale fierului și siliciului.
Când SiO2 este redus cu siliciu la temperaturi peste 1200 ° C, se formează oxid de siliciu (II) - SiO. Acest proces este observat în mod constant în producerea cristalelor de siliciu folosind metodele Czochralski, cristalizarea direcționată, deoarece acestea folosesc recipiente cu dioxid de siliciu, ca material cel mai puțin poluant pentru siliciu.
Siliciul se caracterizează prin formarea de compuși organosilicici în care atomii de siliciu sunt legați în lanțuri lungi datorită atomilor de oxigen de punte --O-- și la fiecare atom de siliciu, pe lângă doi atomi de O, mai sunt atașați doi radicali organici R1 și R2 \u003d CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 etc.
Un amestec de acizi fluorhidric și nitric este cel mai utilizat pentru gravarea siliciului. Unele substanțe speciale includ adăugarea de anhidridă cromică și alte substanțe. În timpul gravării, soluția de gravare acidă se încălzește rapid până la punctul de fierbere, în timp ce rata de gravare crește de multe ori.
Si + 2HNO3 \u003d SiO2 + NO + NO2 + H2O
SiO2 + 4HF \u003d SiF4 + 2H2O
3SiF4 + 3H2O \u003d 2H2SiF6 + vH2SiO3
Pentru gravarea siliciului, pot fi utilizate soluții apoase de alcalii. Gravarea siliciului în soluții alcaline începe la o temperatură a soluției mai mare de 60 ° C.
Si + 2KOH + H2O \u003d K2SiO3 + 2H2 ^
K2SiO3 + 2H2O-H2SiO3 + 2KOH
9. Siliciul din corpul uman
Si este un oligoelement esențial în corpul uman. Rolul principal al siliciului în corpul uman este participarea la o reacție chimică, a cărei esență este de a lega subunitățile țesuturilor fibroase ale corpului (colagen și elastină), ceea ce le conferă rezistență și elasticitate. De asemenea, el este direct implicat în procesul de mineralizare osoasă. Se găsește în multe organe și țesuturi, cum ar fi plămânii, glandele suprarenale, traheea, oasele și ligamentele, ceea ce indică biocompatibilitatea crescută a acesteia.O altă funcție importantă a siliciului este menținerea metabolismului normal în organism. Mai precis - dacă siliciul nu este suficient, atunci alte 70 de elemente nu sunt absorbite de corp. Siliciul creează sisteme coloidale care absorb microorganisme dăunătoare și viruși, purificând astfel corpul. O persoană are nevoie de cel puțin 10 miligrame de siliciu zilnic. Siliciul poate fi livrat organismului în două moduri: apă care conține siliciu și consumul anumitor plante. Cu alimente, până la 1 g de Si este furnizat corpului uman în fiecare zi, lipsa acestui element poate duce la slăbirea țesutului osos și la dezvoltarea bolilor infecțioase.
Bine cunoscut proprietăți medicinale apa cu siliciu. Apa cu siliciu este un mijloc simplu de completare a concentrației acestei substanțe vitale în organism. Una dintre cele mai bogate surse naturale de siliciu este argila albastră, medicinală, alimentară.
10. Cerere
Aplicare în medicină:
În medicină, siliciul este utilizat în siliconi, compuși inerți cu conținut molecular ridicat care sunt folosiți ca acoperiri pentru tehnologia medicală. În ultimii ani, suplimentele alimentare și medicamente, îmbogățit cu siliciu, utilizat pentru prevenirea și tratamentul osteoporozei, aterosclerozei, bolilor unghiilor, părului și pielii.
Aplicare în construcții și industria ușoară:
Compușii de siliciu sunt folosiți pe scară largă atât în \u200b\u200bdomeniul tehnologiei înalte, cât și în viața de zi cu zi. Silica și silicații naturali sunt precursori în producția de sticlă, ceramică, porțelan, ciment, produse din beton, materiale abrazive etc. Dioxidul de siliciu este utilizat în combinație cu o serie de ingrediente pentru a face cabluri de fibră optică. Mica și azbestul sunt utilizate ca materiale de izolare electrică și termică.
Betonul împușcat modificat cu polimer este un material de tunelare rentabil. Siliconii previn deteriorarea umezelii și a substanțelor chimice nocive. Acoperirile de acoperiș pe bază de dispersii de silicon permit idei de design îndrăznețe și au caracteristici tehnice impresionante. Dispersiile de copolimeri asigură echilibrul necesar de aderență și flexibilitate pentru etanșanții HVAC de înaltă calitate.
Siliconii sunt minunați pentru finisarea pielii și a textilelor, protejarea produsului final și optimizarea proceselor de fabricație.
Diversi compuși siliconici sunt potriviți ca agenți antispumă pentru toate tipurile de agenți de curățare.
Dispersiile pe bază de siliciu asigură o absorbție eficientă și sunt utilizate la fabricarea absorbanților.
Siliconii pot fi găsiți sub capotă, în transmisii, electronice și sisteme electrice, în interiorul mașinilor sau în cusăturile caroseriei. Chiar și la temperaturi ridicate, siliciul protejează împotriva substanțelor agresive sau acționează ca o punte, amortizor de vibrații, conductor sau izolator. Toate acestea sunt posibile doar datorită faptului că polimerii care conțin siliciu au o gamă uimitor de largă de proprietăți utile.
Adezivii și etanșanții sunt produse critice în multe industrii cheie. Siliciul este utilizat într-o varietate de aplicații industriale, de la hârtie, ambalaje, adezivi pentru lemn și pardoseală până la sectoarele auto și eolian.
Aplicații pentru industria grea:
Utilizarea siliciului ca bază pentru o gamă întreagă de semiconductori - de la baterii solare la procesoare de calculator - este „auzită”, prin urmare acest material este baza majorității „tehnologiilor înalte”. Tonajul producției mondiale de siliciu semiconductor de înaltă puritate a crescut de câteva decenii la o rată medie de până la 20% pe an și nu are analogi printre alte metale rare.
Siliciul de înaltă puritate este utilizat în tehnologia semiconductoarelor și de puritate tehnică (96-99% Si) - în metalurgia feroasă și neferoasă pentru a obține aliaje neferoase (silumin, etc.), aliaje (oțeluri cu siliciu și aliaje utilizate în echipamente electrice) și dezoxidare oțel și aliaje (îndepărtarea oxigenului), producția de silicură etc.
În industrie, siliciul de puritate tehnică se obține prin reducerea topiturii de SiO2 cu cocs la o temperatură de aproximativ 1800 grade Celsius în cuptoarele minereotermice de tip arbore. Puritatea siliciului obținut în acest mod poate ajunge la 99,9% (principalele impurități sunt carbonul, metalele).
Utilizarea siliciului pur și a compușilor săi în industria chimică crește cu o rată de depășire (aproximativ 8% din creștere pe an). În ultimele decenii, țările dezvoltate au dezvoltat rapid tehnologii pentru producerea unei game de materiale din silicon (organosilici) utilizate în producția de materiale plastice, vopsele și lacuri, lubrifianți etc.
Cu toate acestea, majoritatea aplicațiilor de siliciu din lume (aproape 80%) rămân tradiționale - este un aliaj principal în producerea unei game de oțeluri speciale (electrice, rezistente la căldură) și diverse aliaje (silumine etc.). O parte semnificativă din siliciu și aliajele sale este utilizată în metalurgia feroasă ca un deoxidant foarte eficient pentru oțeluri.
Feroaliajele și alte aliaje de siliciu sunt utilizate în principal în metalurgia feroasă. Sunt mai ieftine și mai avansate din punct de vedere tehnologic, iar conținutul de fier (și, în unele cazuri, aluminiu) nu este atât de critic. Compoziția oțelurilor electrice, de regulă, conține 3,8-4,2% siliciu, prin urmare, numai aceste industrii siderurgice din lume consumă mai mult de 0,5 milioane de tone de siliciu pe an ca aliaj principal. O altă aplicație semnificativă a ferosiliciului (inclusiv silicomanganezul și compozițiile complexe) este în deoxidanții eficienți și relativ ieftini pentru oțeluri.
În metalurgia neferoasă (și industria chimică), magneziul metalic este utilizat mai mult. Găsește cea mai mare aplicație ca aliaj principal de aliaje de aluminiu întărit (silumine) și aliaje de magneziu.
Siliciul găsește o anumită utilizare (ca carbură de siliciu și compoziții complexe) în producția de produse și instrumente abrazive și din carbură.
Aplicații în energie, electricitate și electronică:
Proprietățile duale ale siliciului, cum ar fi conductivitatea electrică și calitățile izolante, precum și flexibilitatea, permit siliciului să fie utilizat pe întreaga linie de produse, cum ar fi corpurile de iluminat, condensatorii, izolatorii și cipurile și dielectricele. Astfel, siliciul izolează împotriva tuturor tipurilor de efecte externe, cum ar fi murdăria, umezeala, radiațiile sau căldura.
În electronica de consum și senzorii de măsurare, siliconii asigură fiabilitatea și siguranța echipamentelor electrice și electronice sensibile. Acestea sunt utilizate în industria auto, industria ușoară, industria semiconductoarelor și optoelectronica, precum și în instrumentele de măsurare și tehnologia de control și iluminare.
În rezistențe și condensatoare, rășinile silicon metilice asigură o acoperire eficientă pentru a preveni incendiile în caz de supratensiune.
În izolatoare, cabluri și transformatoare, silice pirogenică prezintă o izolație termică excelentă pe o gamă largă de temperaturi, de la temperatura camerei la peste 1000 ° C.
Tehnologiile informaționale moderne și promițătoare (computere, electronice, telecomunicații etc.) se bazează și se vor baza pe utilizarea siliciului semiconductor. Cele mai solicitate acum sunt semifabricatele - napolitane de siliciu de precizie (lustruite) cu diametrul de până la 300 mm, pe baza cărora sunt create cele mai moderne microcircuite (dimensiuni ale elementelor până la 0,065 microni).
Utilizarea siliciului în industria aviației se datorează capacității sale de a genera energie prin panouri solare de înaltă calitate, precum și de a servi ca substrat în microcircuite complexe și de a proteja corpurile navei de influențele externe.
Siliciul (c-Si) în diferitele sale forme (cristaline, policristaline, amorfe) acum și în viitorul previzibil va rămâne principalul material pentru microelectronică. Acest lucru se datorează unui număr de proprietăți fizice și chimice unice, dintre care se disting următoarele:
1. Siliciul ca materie primă este disponibil și ieftin, iar tehnologia de producție, purificare, prelucrare și aliere a acestuia este bine dezvoltată, ceea ce oferă un grad ridicat de perfecțiune cristalografică a structurilor fabricate. Trebuie subliniat în mod special că siliciul este mult superior oțelului în acest indicator.
2. Siliciul are proprietăți mecanice bune. În ceea ce privește modulul lui Young, siliciul se apropie de oțel inoxidabil și este mult superior cuarțului și al diverselor ochelari. În ceea ce privește duritatea, siliciul este aproape de cuarț și este aproape de două ori mai dur decât fierul. Monocristalele de siliciu au un punct de randament de trei ori mai mare decât cel al oțelului inoxidabil. Cu toate acestea, la deformare, se prăbușește fără modificări vizibile de dimensiune, în timp ce metalele suferă de obicei deformări plastice. Motivele distrugerii siliciului sunt asociate cu defecte structurale ale rețelei cristaline situate pe suprafața cristalelor unice de siliciu.
Industria semiconductorilor rezolvă cu succes problema tratamentului de suprafață de înaltă calitate al siliciului, astfel încât adesea componentele mecanice din siliciu (de exemplu, elementele elastice din senzorii de presiune) sunt mai puternice decât oțelul.
Tehnologia microelectronică pentru fabricarea dispozitivelor de siliciu se bazează pe utilizarea straturilor subțiri create prin implantarea ionică sau difuzia termică a atomilor dopanți, care, în combinație cu metodele de depunere sub vid a metalelor pe o suprafață de siliciu, s-au dovedit a fi foarte convenabile în scopul produselor de miniaturizare.
Dispozitivele microelectronice din siliciu sunt fabricate folosind tehnologia de grup. Aceasta înseamnă că toate procesele de fabricație sunt efectuate pentru o placă de siliciu întreagă, care conține câteva sute de cristale individuale („așchii”). Și numai în ultima etapă de fabricație, placa este împărțită în cristale, care sunt apoi utilizate la asamblarea dispozitivelor individuale, ceea ce, în cele din urmă, le reduce brusc costul.
Pentru a reproduce dimensiunile și formele structurilor dispozitivelor din siliciu, se utilizează metoda fotolitografiei, care asigură o precizie ridicată de fabricație.
Pentru producția de senzori, capacitatea siliciului de a răspunde la diferite tipuri de influențe este deosebit de importantă: mecanică, termică, magnetică, chimică și electrică. Versatilitatea aplicației de siliciu ajută la reducerea costurilor senzorilor și la unificarea tehnologiei lor de fabricație. La senzori, siliciul servește ca traductor, al cărui scop principal este de a converti efectul fizic sau chimic măsurat într-un semnal electric. Funcțiile de siliciu din senzori sunt mult mai largi decât în \u200b\u200bcircuitele integrate convenționale. Acest lucru determină unele caracteristici specifice ale tehnologiei pentru fabricarea elementelor sensibile la siliciu.
Lista de referinte
1. Enciclopedie chimică: în 5 vol. / Redacție: I.L. Knunyants (redactor șef). - Moscova: Enciclopedia sovietică, 1990 .-- T. 2. - P. 508 .-- 671 p. - 100.000 de exemplare
2. J.P. Riley și Skirrow G. Oceanografia chimică V. 1, 1965
3. Siliciul metalic în ijolitele masivului Goryachegorsk, Petrologia condritelor obișnuite
4. Glinka N.L. Chimie generală. - ediția a 24-a, Rev. - L.: Chimie, 1985. - S. 492 .-- 702 p.
5. R Smith., Semiconductori: Per. din engleza - M.: Mir, 1982. - 560 p., Ill.
6. Pakhomova T.B., Alexandrova E.A., Simanova S.A. Siliciu: un ghid de studiu. - SPb.: SPbGTI (TU), 2003. - 24p.
7. Zi S., Fizica dispozitivelor semiconductoare: În 2 cărți. Carte. 1. Per. din engleza - M.: Mir, 1984. - 456 p., Ill.
8. Koledov LA Tehnologii și proiecte de microcircuite, microprocesoare și microasamblări: un manual // ediția a II-a, Rev. si adauga. - SPb .: Editura „Lan”, 2007.
9. Samsonov. Silicidele G.V și utilizarea lor în tehnologie. - Kiev, Editura Academiei de Științe din RSS Ucraineană, 1959. - 204 p. din Fig.
Postat pe Allbest.ru
...Documente similare
Structura atomului de siliciu, proprietățile sale chimice și fizice de bază. Distribuția silicaților și a siliciului în natură, utilizarea cristalelor de cuarț în industrie. Metode de obținere a siliciului pur și extrem de pur pentru tehnologia semiconductoarelor.
rezumat, adăugat 25.12.2014
Al doilea cel mai comun (după oxigen) element al scoarței terestre. Substanță simplă și siliciu element. Compuși de siliciu. Aplicații ale compușilor de siliciu. Compuși organosilici. Viața de siliciu.
rezumat adăugat la 14.08.2007
În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, siliciul ocupă locul al doilea după oxigen. Siliciul metalic și compușii săi și-au găsit aplicarea în diferite domenii ale tehnologiei. Sub formă de aditivi de aliere în producerea diferitelor clase de oțel și metale neferoase.
hârtie la termen, adăugată la 01/04/2009
Siliciul este un element al subgrupului principal al celui de-al patrulea grup al perioadei a treia a sistemului periodic al elementelor chimice ale D.I. Mendeleev; distribuție în natură. Un fel de minerale pe bază de oxid de siliciu. Aplicații ale compușilor de siliciu; sticlă.
prezentare adăugată la 16.05.2011
Proprietățile chimice ale substanțelor simple. Informații generale despre carbon și siliciu. Compuși chimici ai carbonului, ai oxigenului și ai derivaților care conțin azot. Carburi, solubile și insolubile în apă și acizi diluați. Compuși ai oxigenului din siliciu.
rezumat, adăugat 10/07/2010
Proprietățile fizice ale elementelor subgrupului principal al grupului III. Caracteristici generale ale aluminiului, borului. Natural compuși anorganici carbon. Proprietățile chimice ale siliciului. Interacțiunea carbonului cu metalele, nemetalele și apa. Proprietățile oxizilor.
prezentare adăugată pe 04/09/2017
Nitrirea directă a siliciului. Procese de depunere a vaporilor. Depunerea plasmatică și pulverizarea reactivă. Structura peliculelor subțiri de nitrură de siliciu. Influența suprafeței substratului asupra compoziției, structurii și morfologiei straturilor de nitrură de siliciu depuse.
termen de hârtie, adăugat 12/03/2014
Aliaje de siliciu-nichel, proprietățile acestora și aplicații industriale. Modelarea termodinamică a proprietăților soluțiilor metalice solide. Teoria soluțiilor „regulate”. Funcțiile termodinamice ale formării intermetalice. Calculul activităților componentelor.
teză, adăugată 13.03.2011
Revizuirea cuptoarelor de topire a minereului utilizate în producția de siliciu. Conversia compoziției chimice a materiilor prime și a substanțelor reductoare carbonice utilizate la producerea siliciului în cantități molare de elemente chimice, ținând cont de factorii de încărcare.
termen de hârtie adăugat 04/12/2015
Istoria descoperirii fosforului. Compuși naturali, distribuția fosforului în natură și producerea acestuia. Proprietăți chimice, configurație electronică și trecerea atomului de fosfor la o stare excitată. Interacțiunea cu oxigenul, halogenii, sulful și metalele.
Ministerul Educației Generale și Profesionale
Tehnica de stat din Novosibirsk
universitate.
RGR pe chimie organică.
"SILICIU"
Facultate: EM
Grupa: EM-012
Completat de: Danilov I.V.
Profesor: Shevnitsyna LV
Novosibirsk, 2001.
Siliciu (latin Silicium), Si, element chimic al grupei IV periodic
sistemele lui Mendeleev; numărul atomic 14, masa atomică 28,086. În natură
elementul este reprezentat de trei izotopi stabili: 28Si (92,27%), 29Si
(4,68%) și 30Si (3,05%).
Siliciul din organismele vii.
Siliciul din organism se prezintă sub formă de diverși compuși implicați
în principal în formarea părților și țesuturilor scheletice dure. Special
o mulțime de K. poate acumula unele plante marine (de exemplu, diatomee
alge) și animale (de exemplu, bureți silicioși, radiolari),
în timpul morții de pe fundul oceanului, formând depozite puternice de dioxid de siliciu. ÎN
mările și lacurile reci sunt dominate de mături biogene îmbogățite cu oxigen, în
mări tropicale - nămol de var cu un conținut scăzut de K.
multe plante K. acumulează ierburi, rufe, palmieri și cozi de cal. La vertebrate
cele mai mari cantități de K. se găsesc în țesutul conjunctiv dens, rinichi,
pancreas. Dieta umană zilnică conține până la 1 g K. Când
uman și cauzează boala -Silicoza (din latină silex -
cremene), o boală umană cauzată de inhalarea prelungită a prafului,
boli. Se găsește în rândul lucrătorilor din minerit, porțelan,
industriile metalurgice, constructoare de mașini. S. - cel mai mult
boală nefavorabilă din grupul pneumoconiozei; mai mult decât
cu alte boli se remarcă îmbinarea procesului tuberculos
(așa-numita silicotuberculoză) și alte complicații.
Istoria și utilizarea descoperirilor.
Referință istorică. K. compuși, răspândiți pe pământ, au fost
cunoscut omului din epoca de piatră. Utilizarea uneltelor de piatră pentru muncă
iar vânătoarea a continuat câteva milenii. Utilizarea compușilor K.,
legate de prelucrarea lor - fabricarea sticlei - au început în jurul anului 3000
ani î.Hr. e. (în Egiptul Antic). Cel mai vechi compus cunoscut K. este
dioxid de SiO2 (silice). În secolul al XVIII-lea. silica era considerată un corp simplu și
atribuit „terenurilor” (care se reflectă în numele său). Complexitatea compoziției
silica a fost stabilită de I. Ya. Berzelius. Siliciul gratuit pentru prima dată
a fost obținut în 1811 de către omul de știință francez J. Gay-Lussac și O. Thénard. ÎN
1825 Jens Jacob Berzelius, mineralog și chimist suedez, a primit un amorf
siliciu. Pulberea de siliciu amorf maro a fost obținută prin reducere
potasiu metalic din tetrafluorură de siliciu gazos:
SiF4 + 4K \u003d Si + 4KF
Ulterior, s-a obținut o formă cristalină de siliciu. Prin recristalizare
siliciu din metale topite s-au obținut solid gri, dar
cristale fragile cu un luciu metalic. Denumiri rusești pentru eliment
siliciul a fost introdus în utilizare de GI Hess în 1834.
Distribuție în natură.
După oxigen, siliciul este cel mai abundent element (27,6%) de pe pământ.
Este un element care se găsește în majoritatea mineralelor și rocilor,
constituind coaja tare a scoarței terestre. În scoarța terestră K. joacă la fel
un rol primar ca carbon în lumea animalelor și a plantelor. Pentru
geochimia K. este extrem de importantă pentru legătura puternică cu oxigenul. Cel mai
compuși de siliciu răspândiți - oxid de siliciu SiO2 și
derivați ai acidului silicic numiți silicați. Oxid de siliciu (IV)
apare ca un mineral de cuarț (silice, silex). În natură din aceasta
munți întregi sunt îngrămădite. Există altele foarte mari, cu o greutate de până la 40 de tone,
cristale de cuarț. Nisipul obișnuit constă din cuarț fin contaminat cu
diverse impurități. Consumul anual anual de nisip ajunge la 300
milioane de tone.
Dintre silicați, aluminosilicați (caolin
Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O, azbest CaO * 3MgO * 4SiO2, ortoclasă K2O * Al2O3 * 6SiO2 etc.).
Dacă pe lângă oxizi de siliciu și aluminiu, mineralul conține oxizi
sodiu, potasiu sau calciu, mineralul se numește feldspat (alb
mica etc.). Feldspatii reprezintă aproximativ jumătate din cei cunoscuți
natura silicaților. Rocile de granit și gneis includ cuarț, mică,
feldspat.
În floră și faună, siliciul este inclus în cantități nesemnificative
explică rezistența crescută a tulpinilor acestor plante. Coji de ciliați,
corpuri de bureți, ouă și pene de păsări, păr de animale, păr, vitros
ochii contin si siliciu.
Analiza probelor de sol lunar livrate de nave a arătat
prezența oxidului de siliciu într-o cantitate mai mare de 40%. Ca parte a pietrei
meteoriti, continutul de siliciu ajunge la 20%.
Structura atomică și chimică și fizică de bază. Insula Sfântă.
K. formează cristale, de culoare gri închis cu un luciu metalic,
un zăbrele cubic centrat pe față de tip diamant cu o perioadă a \u003d 5.431E,
cu o densitate de 2,33 g / cm3. La presiuni foarte mari, un nou (
aparent hexagonal) modificare cu o densitate de 2,55 g / cm3. K. se topește
la 1417 ° C, fierbe la 2600 ° C. Căldură specifică (la 20-100 ° С) 800
j / (kgChK), sau 0,191 cal / (gChrad); conductivitate termică chiar și pentru cei mai curați
probele nu sunt constante și sunt în intervalul (25 ° C) 84-126 W / (mChK) sau
0,20-0,30 cal / (cmChsecChgrad). Coeficientul de temperatură de expansiune liniară
2,33X10-6 K-1; sub 120K devine negativ. K. este transparent pentru
raze infrarosu cu unde lungi; indicele de refracție (pentru l \u003d 6 microni) 3,42;
constanta dielectrică 11.7. K. diamagnetic, magnetic atomic
susceptibilitate -0,13 × 10-6. Duritate K. Mohs 7.0, Brinell 2.4
Gn / m2 (240 kgf / mm2), modul elastic 109 Gn / m2 (10890 kgf / mm2),
factorul de compresibilitate este de 0,325X10-6 cm2 / kg. K. material fragil; vizibil
deformarea plastică începe la temperaturi peste 800 ° C.
K. este un semiconductor care se folosește din ce în ce mai mult. Electric
proprietățile lui K. depind foarte puternic de impurități. Volumul propriu specific
rezistența electrică K. la temperatura camerei se presupune a fi
2.3X103 ohmChm (2.3Ch105 ohmChm).
Semiconductor K. cu conductivitate de tip p (aditivi B, Al, In sau Ga) și n-
tipul (aditivi P, Bi, As sau Sb) are o rezistență semnificativ mai mică.
Decalajul de energie conform măsurătorilor electrice este de 1,21 eV la
0 K și scade la 1.119 eV la 300 K.
În conformitate cu poziția lui K. în sistemul periodic al lui Mendeleev 14
electronii atomului K. sunt distribuiți pe trei cochilii: în prima (din nucleu) 2
electron, în al doilea 8, în al treilea (valență) 4; configurare electronică
cochilii 1s22s22p63s23p2. Potențiale consecutive de ionizare (eV):
8.149; 16,34; 33.46 și 45.13. Raza atomică 1,33Е, raza covalentă
1.17E, raze ionice Si4 + 0.39E, Si4- 1.98E.
În compuși, K. (similar cu carbonul) este 4-valent. Cu toate acestea, spre deosebire de
carbon, K. împreună cu numărul de coordonare 4 prezintă o coordonare
numărul 6, care se explică prin volumul mare al atomului său (un exemplu de asemenea
compușii sunt fluorosilici conținând grupa 2-).
Legătura chimică dintre un atom și alți atomi se realizează de obicei în detrimentul
orbitali sp3 hibrizi, dar este de asemenea posibil să se implice două din cele cinci
(vacante) 3d-orbitali, mai ales când K. este coordonat cu șase.
Cu o mică valoare electronegativitate de 1,8 (comparativ cu 2,5 pentru
carbon; 3.0 pentru azot etc.), K. în compuși cu nemetale
este pozitiv din punct de vedere electric, iar acești compuși sunt de natură polară. Mare
energie de legare cu oxigen Si-O, egală cu 464 kJ / mol (111 kcal / mol),
determină rezistența sa compuși de oxigen (SiO2 și silicați).
Energia legăturii Si-Si este redusă, 176 kJ / mol (42 kcal / mol); Spre deosebire de
carbonul, formarea de lanțuri lungi și o legătură dublă nu este caracteristică lui K.
între atomii de Si. În aer K. datorită formării unui oxid protector
filmele sunt stabile chiar și la temperaturi ridicate. Oxidează oxigenul
începând de la 400 ° C, formând dioxid de siliciu SiO2. De asemenea, cunoscut monoxid
SiO, stabil la temperaturi ridicate ca gaz; ca urmare a ascuțitului
răcire, se poate obține un produs solid, care se descompune ușor în
un amestec fin de Si și SiO2. K. este rezistent la acizi și se dizolvă numai în
amestecuri de acizi nitric și fluorhidric; se dizolvă ușor în cald
soluții alcaline cu evoluție de hidrogen. K. reacționează cu fluor atunci când
temperatura camerei, cu restul de halogeni - la încălzirea cu
formarea compușilor cu formula generală SiX4 (vezi Halogenuri de siliciu).
Hidrogenul nu reacționează direct cu K. și silice (silani)
obțineți descompunerea silicidelor (vezi mai jos). Silice cunoscute din SiH4
până la Si8H18 (similar în compoziție cu hidrocarburile saturate). K. formează 2
grupe de silani care conțin oxigen - siloxani și siloxeni. Cu azot K.
reacționează la temperaturi peste 1000 ° C. O mare importanță practică este
nitrură Si3N4, care nu se oxidează în aer chiar și la 1200 ° C, rezistentă la
în raport cu acizii (cu excepția nitricilor) și alcalii, precum și cu cele topite
metale și zgură, ceea ce îl face un material valoros pentru produse chimice
industria, pentru producerea de materiale refractare etc. Duritate ridicată și
de asemenea rezistența termică și chimică se disting prin compușii K. cu
carbon (SiC carbură de siliciu) și bor (SiB3, SiB6, SiB12). Cand
încălzirea K. reacționează (în prezența catalizatorilor metalici,
de exemplu cupru) cu compuși organoclorurați (de exemplu, cu CH3Cl) cu
formarea de organohalosilani [de exemplu, Si (CH3) 3CI], care servesc la
sinteza a numeroși compuși organosilici.
Primind.
Cea mai simplă și mai convenabilă metodă de laborator pentru producerea siliciului este
reducerea oxidului de siliciu SiO2 la temperaturi ridicate cu metale -
restauratori. Datorită stabilității oxidului de siliciu pentru reducere
utilizați agenți reducători activi precum magneziul și aluminiul:
3SiO2 + 4Al \u003d 3Si + 2Al2O3
După reducerea cu aluminiu metalic, cristalină
siliciu. Metoda de reducere a metalelor din oxizii lor metalici
aluminiul a fost descoperit de fizico-chimistul rus NN Beketov în 1865. Cand
reducerea oxidului de siliciu cu aluminiu, căldura eliberată nu este suficientă pentru
produse de reacție de topire - siliciu și oxid de aluminiu, care
se topește la 2050 C. Pentru a scădea punctul de topire al produselor de reacție în
la amestecul de reacție se adaugă sulf și exces de aluminiu. Reacția se formează
sulfură de aluminiu cu topire redusă:
2Al + 3S \u003d Al2S3
Picături de siliciu topit se scufundă pe fundul creuzetului.
Puritatea tehnică (95-98%) se obține într-un arc electric
reducerea siliciului SiO2 între electrozi de grafit.
În legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor, metode de obținere
pur și mai ales pur K. Aceasta necesită o sinteză preliminară a celui mai pur
compuși inițiali K., din care se extrage K. prin reducere sau
descompunerea termică.
Siliciul semiconductor pur se obține în două forme: policristalin
(reducerea SiCI4 sau SiHCl3 cu zinc sau hidrogen, termic
descompunerea Sil4 și SiH4) și monocristalină (topirea zonei fără creuzet)
și prin „tragerea” unui singur cristal din K. topit - metoda Czochralski).
Tetraclorura de siliciu se obține prin clorurarea siliciului comercial.
Cea mai veche metodă de descompunere a tetraclorurii de siliciu este metoda
remarcabil academician chimist rus N. N. Beketov. Această metodă poate fi
reprezentat de ecuația:
SiCl4 + Zn \u003d Si + 2ZnCl2.
Aici vaporii de tetraclorură de siliciu, care fierb la o temperatură de 57,6 ° C,
interacționează cu vaporii de zinc.
În prezent, tetraclorura de siliciu este redusă cu hidrogen. Reacţie
curge conform ecuației:
SiCI4 + 2H2 \u003d Si + 4HCI.
Siliciul se obține sub formă de pulbere. Se utilizează și metoda iodurii
obținerea siliciului, similar cu metoda de obținere a iodurii descrisă anterior
titan pur.
Pentru a obține siliciu pur, acesta este purificat de impurități prin topirea zonei.
în același mod în care se obține titanul pur.
Pentru o varietate de dispozitive semiconductoare,
materiale semiconductoare obținute sub formă de cristale unice, începând cu anul
material policristalin, apar modificări necontrolate
proprietăți electrice.
La rotirea monocristalelor, se utilizează metoda Czochralski, care constă din
în următoarele: o tijă este coborâtă în materialul topit, la capătul căruia
există un cristal din acest material; el servește ca embrion al viitorului
monocristal. Tija este scoasă din topitură cu o viteză mică de până la 1-2
mm / min. Ca urmare, un singur cristal de dimensiunea dorită este crescut treptat. De
este decupat de napolitele utilizate în dispozitivele semiconductoare.
Cerere.
Carbonul special aliat este utilizat pe scară largă ca material pentru fabricare
dispozitive semiconductoare (tranzistoare, termistori, redresoare de putere
diode curente, controlate - tiristoare; celule solare fotovoltaice utilizate în
nave spațiale etc.). Deoarece K. este transparent față de razele cu o lungime
unde de la 1 la 9 microni, este utilizat în optica cu infraroșu (vezi și Cuarț).
K. are diverse domenii de aplicare în continuă expansiune. ÎN
metalurgia K. este utilizată pentru îndepărtarea dizolvată în topit
oxigen metale (dezoxidare). K. este o parte integrantă a unui mare
numărul de aliaje de fier și metale neferoase. De obicei, K. se alătură aliajelor
rezistență crescută la coroziune, le îmbunătățește proprietățile de turnare și
crește rezistența mecanică; totuși, cu un conținut mai mare al acestuia, K. poate
provoacă fragilitate. Cele mai importante sunt fierul, cuprul și aluminiul
compuși organosilici și silicide. Silice și mulți silicați
(argile, feldspati, micas, talc etc.) sunt prelucrate prin sticlă,
ciment, ceramică, electrice și alte industrii.
Siliconizarea, suprafața sau saturația volumetrică a materialului cu siliciu.
Este produs prin prelucrarea materialului în vapori de siliciu formati la maxim
temperatura superioară umpluturii de siliciu sau într - un mediu gazos care conține
clorosilani reduși de hidrogen (de exemplu, prin reacția SiCI4 + 2H2
Si + 4HC1). Este utilizat în principal ca mijloc de protecție a materialelor refractare
metale (W, Mo, Ta, Ti etc.) din oxidare. Rezistența la oxidare
datorită formării la S. de difuzie densă
Acoperiri cu silicură „auto-vindecătoare” (WSi2, MoSi2 etc.). Larg
se utilizează grafit siliconat.
Conexiuni.
Silicide.
Silicide (din lat. Silicium - siliciu), compuși chimici ai siliciului cu
metale și unele nemetale. C. după tipul de legătură chimică poate fi
subdivizate în trei grupe principale: ionic-covalent, covalent și
asemănător metalului. S. ionic-covalente sunt formate din alcaline (cu excepția
sodiu și potasiu) și metale alcalino-pământoase, precum și metalele din subgrupuri
cupru și zinc; covalent - bor, carbon, azot, oxigen, fosfor,
sulf, se mai numesc boruri, carburi, nitruri de siliciu) etc .;
metal-like - metale de tranziție.
Primit prin topirea sau sinterizarea unui amestec de pulbere de Si și
metalul corespunzător: prin încălzirea oxizilor metalici cu Si, SiC, SiO2 și
silicați naturali sau sintetici (uneori amestecați cu carbon);
interacțiunea metalului cu un amestec de SiCl4 și H2; electroliza topiturilor,
format din K2SiF6 și oxidul metalului corespunzător. Covalent și
metal asemănător S. refractar, rezistent la oxidare, acțiunea mineralului
acizi și diverse gaze agresive. S. sunt utilizate ca parte a materialelor termorezistente
materiale compozite metaloceramice pentru aviație și rachete
tehnologie. MoSi2 este utilizat pentru producerea de încălzitoare pentru cuptoare cu rezistență,
lucrează în aer la temperaturi de până la 1600 ° С. FeSi2, Fe3Si2, Fe2Si
fac parte din ferosiliciul utilizat pentru dezoxidare și aliere
oțeluri. Carbidul de siliciu este unul dintre materialele semiconductoare.
Grafit siliconat
Grafit siliconat, grafit saturat cu siliciu. Produs prin prelucrare
grafit poros într-o umplutură de siliciu la 1800-2200 ° C (în timp ce vapori
siliciul se depune în pori). Compus din bază de grafit, carbură de siliciu
și siliciu liber. Combină rezistența la temperaturi ridicate caracteristică grafitului
și rezistență la temperaturi ridicate cu densitate, etanșeitate la gaz,
rezistență ridicată la oxidare la temperaturi de până la 1750 ° C și eroziune
persistenţă. Este folosit pentru căptușirea cuptoarelor cu temperatură înaltă, în
dispozitive pentru turnarea metalului, în elemente de încălzire, pentru
fabricarea de piese pentru tehnologia aeriană și spațială, lucrând în
temperaturi ridicate și condiții de eroziune
Silal (din latină Silicium - siliciu și aliaj englezesc - aliaj), fontă termorezistentă
cu un conținut ridicat de siliciu (5-6%). 2 URSS sunt produse în URSS
S. - cu grafit lamelar și nodular. De la S., relativ
piese turnate ieftine care funcționează la temperaturi ridicate (800-900
° C), de exemplu ușile cuptoarelor, grătarelor, părților cazanelor cu abur.
Silumin (din lat. Silicium - siliciu și Aluminiu - aluminiu), denumire comună
un grup de aliaje de turnare pe bază de aluminiu care conțin siliciu (4-13%, în
unele mărci până la 23%). În funcție de combinația dorită
proprietățile tehnologice și operaționale ale C. sunt aliate cu Cu, Mn, Mg, uneori
Zn, Ti, Be și alte metale. C. au turnare ridicată și suficientă
proprietăți mecanice ridicate, totuși inferioare în mecanică
proprietățile aliajelor de turnare bazate pe sistemul Al - Cu. La meritele lui S.
rezistența lor crescută la coroziune în mediu umed și umed
atmosfere. S. sunt utilizate la fabricarea pieselor cu configurație complexă,
în principal în construcția de autovehicule și aeronave. În URSS se produce S. de clasele AL2,
AL4, AL9 etc.
Silicomanganeză
Silicomanganezul este un feroaliaj ale cărui componente principale sunt siliciu și mangan;
este topit în cuptoare minereotermice printr-un proces de reducere a carbonului. DIN.
cu 10-26% Si (restul este Mn, Fe și impurități), obținut din minereu de mangan,
zgură de mangan și cuarțit, utilizate în siderurgie ca
deoxidant și aditiv de aliere, precum și pentru topirea feromanganezului cu
conținut redus de carbon prin proces silicotermic. C. cu 28-30% Si
(materia primă pentru care se obține special bogat în mangan
zgură cu conținut scăzut de fosfor) este utilizată în producția de mangan metalic.
Silicocrom
Silicocrom, ferosilicocrom, feroaliaje, ale căror componente principale sunt
siliciu și crom; topit într-un cuptor minereu-termic cu un reducător de carbon
un proces de cuarțit și ferocrom de conversie granulat sau
minereu de crom. C. cu 10-46% Si (restul este Cr, Fe și impurități) este utilizat pentru
topirea oțelului slab aliat, precum și pentru obținerea ferocromului cu
conținut redus de carbon prin proces silicotermic. C. cu 43-55% Si
utilizat la producerea ferocromului fără carbon și la topire
din oțel inoxidabil.
Silchrome
Silchrome (din latinescul Silicium - siliciu și Crom - crom), denumire comună
grupe de oțeluri rezistente la căldură și rezistente la căldură aliate cu Cr (5-14%) și Si
(1-3%). În funcție de nivelul necesar de proprietăți operaționale, C.
suplimentar aliat cu Mo (până la 0,9%) sau Al (până la 1,8%). C. rezistent împotriva
oxidare în aer și în medii care conțin sulf până la 850-950 ° С; aplica
în principal pentru fabricarea supapelor pentru motoarele cu ardere internă,
precum și detalii despre centralele de cazane, grătarele etc.
sarcini mecanice, piese din S. funcționează fiabil pentru o lungă perioadă de timp
la temperaturi de până la 600-800 ° C. În URSS, S. de clasele 4Х9С2,
4X10C2M etc.
Halogenuri de siliciu
Halogenuri de siliciu, compuși de siliciu cu halogeni. Cunoscut K. g.
din următoarele tipuri (X-halogen): SiX4, SiHnX4-n (halogenosilani), SinX2n + 2 și
halogenuri mixte precum SiClBr3. În condiții normale, SiF4 este un gaz,
SiCl4 și SiBr4 - lichide (tm - 68,8 și 5 ° С), SiI4 - solid (tnl
124 ° C). Compușii SiX4 se hidrolizează ușor: SiX4 + 2H2O \u003d SiO2 + 4HX;
fum în aer datorită formării particulelor foarte mici de SiO2;
tetrafluorura de siliciu reacționează diferit: 3SiF4 + 2H2O \u003d SiO2 + 2H2SiF6. Clorosilani
(SiHnX4-n), de exemplu SiHCl3 (obținut prin acțiunea HCl gazos asupra Si),
sub acțiunea apei formează compuși polimerici cu un siloxan puternic
lanț Si-O-Si. Clorosilani foarte reactivi
servesc ca materii prime pentru producerea de compuși organosilici.
Compușii de tip SinX2n + 2 conținând lanțuri de atomi de Si, la X - clor, dau
o serie, inclusiv Si6Cl14 (tnl 320 ° C); restul halogenilor formează numai Si2X6.
S-au obținut compuși de tipuri (SiX2) n și (SiX) n. Molecule SiX2 și SiX
există la temperaturi ridicate sub formă de gaz și cu răcire bruscă
(azot lichid) formează substanțe polimerice solide, insolubile în
solvenți organici comuni.
Tetraclorura de siliciu SiCl4 este utilizată în producția de uleiuri lubrifiante,
izolație electrică, fluide de transfer termic, lichide hidrofuge etc.
Carbură de siliciu.
Carbură de siliciu, carborund, SiC, compus siliciu-carbon; unul dintre
cele mai importante carburi utilizate în tehnologie. În forma sa pură, K. to. Este incolor
cristal cu luciu de diamant; produs tehnic verde sau albastru-negru
culori. Există două modificări cristaline principale -
hexagonal (a-SiC) și cubic (b-SiC), cu hexagonal fiind
„Molecula gigantă” construită pe principiul unui fel de structură
polimerizarea dirijată a moleculelor simple. Straturi de atomi de carbon și
siliciu în a-SiC sunt plasate unele față de altele în moduri diferite, formând multe
tipuri structurale. Trecerea de la b-SiC la a-SiC are loc la o temperatură
2100-2300 ° C (tranziția inversă nu este de obicei observată). K. k. Refractar
(se topește cu descompunere la 2830 ° C), are o duritate extrem de mare
(micro duritate 33400 Mn / m2 sau 3,34 tf / mm2), al doilea doar după diamant și bor
carbura B4C; fragil; densitate 3,2 g / cm3. K. to. Este stabil în diferite
medii chimice, inclusiv la temperaturi ridicate.
K. to. Se obține în cuptoare electrice la 2000-2200 ° C dintr-un amestec de nisip de cuarț
(51-55%), cocs (35-40%) cu adaos de NaCI (I-5%) și rumeguș (5-10%).
Datorită durității sale ridicate, rezistenței chimice și rezistenței la uzură, K.
deoarece este utilizat pe scară largă ca material abraziv (la măcinare), pentru tăiere
materiale dure, puncte de scule, precum și pentru fabricarea diferitelor
părți ale echipamentelor chimice și metalurgice care funcționează în complex
condiții de temperatură ridicată. K. to., Aliat cu diferite impurități,
utilizat în tehnologia semiconductoarelor, în special în cazul creșterii
temperaturile. Este interesant să folosiți K. to. În electrotehnică - pentru
fabricarea de încălzitoare pentru cuptoare cu rezistență electrică la temperaturi ridicate
(tije de sită), paratrăsneturi pentru liniile electrice de transmisie
rezistențe curente, neliniare, ca parte a dispozitivelor izolatoare electrice etc.
Dioxid de siliciu
DIOXID DE SILICON (silice), SiO2, cristale. Cel mai comun
mineral - cuarț; nisipul obișnuit este, de asemenea, dioxid de siliciu. Folosit in
productie de sticla, portelan, faianta, beton, caramida, ceramica, as
umplutură de cauciuc, adsorbant în cromatografie, electronică, acustică
și alte minerale de silice, o serie de specii minerale, care sunt
modificări polimorfe ale dioxidului de siliciu; stabil sub anumite
intervalele de temperatură în funcție de presiune.
| Nume | | Sistem | Presiune, | Tempera- | Densitate |
| Mineral | | | sunt * | | Th, |
| | | | | rotund, ° С | kg / m "|
| b-cristobali | | cubic | 1 | 1728-147 | 2190 |
| t | | | | 0 | |
| b-tridimit | | Hexagonal | 1 | 1470-870 | 2220 |
| | | naya | | | |
| un cuarț | | hexagonal | 1 | 870-573 | 2530 |
| | | naya | | | |
| b-cuarț | | trigonal | 1 | sub 573 | 2650 |
| b1-tridimit | | hexagonal | 1 | 163-117 | aprox. |
| | | naya | | | 2260 |
| a-tridimit | metastabil | rombic | 1 | sub 117 | aprox. |
| | th | | | | 2260 |
| a-cristobali | | Tetragonal | 1 | sub 200 | 2320 |
| t | | naya | | | |
| Coesit | Metastabil | monoclinic | 35 mii | 1700-500 | 2930 |
| | e la scăzut | | | | |
| | temp- | | | | |
| | raturah și | | | | |
| | presiuni | | | | |
| Stishovit | | tetragonal | 100-180 | 1400-600 | 4350 |
| | | naya | mie | | |
| Kitit | | tetragonal | 350-1260 | 585-380 | 2500 |
| | | naya | | | |
* 1 am \u003d 1 kgf / cm2 @ 0,1 Mn / m2.
Baza structurii cristaline a materialului cristalin este un cadru tridimensional,
construit din tetraedre care se conectează prin oxigen comun (5104).
Cu toate acestea, simetria aranjamentului, densității de ambalare și reciprocă
orientările sunt diferite, ceea ce se reflectă în simetria cristalelor individuale
minerale și a acestora proprietăți fizice... Excepția este stishovită,
baza structurii cărora sunt octaedri (SiO6), care formează structura,
asemănător cu rutilul. Tot cuarț m. (Cu excepția unor soiuri de cuarț)
de obicei incolor. Duritatea pe scara mineralogică este diferită: de la 5,5 (a-
tridimit) la 8-8,5 (stișovit).
K. m. Se găsesc de obicei sub formă de boabe foarte mici, criptocristaline
fibroasă (a-cristobalită, așa-numita lusatită) și uneori sferoidală
formațiuni. Mai rar - sub formă de cristale tabulare sau lamelare
formă (tridimită), octaedrică, dipiramidală (a- și b-cristobalită),
ac fin (coesit, stishovit). Cele mai multe m de cuarț (cu excepția cuarțului) sunt foarte
rare și instabile în zonele de suprafață ale scoarței terestre.
Modificări la temperatură ridicată SiO2 - b-tridimit, b-cristobalit -
sunt formate în goluri mici de roci efuzive tinere (dacite, bazalturi,
liparite etc.). A-cristobalit la temperatură scăzută, împreună cu a-tridimit,
este una dintre părțile constitutive ale agatelor, calcedoniei, opalilor; depus
din soluții apoase fierbinți, uneori din SiO2 coloidal. Stișovită și Coezită
găsit în gresele craterului meteoric al Devil's Canyon din Arizona (SUA),
unde s-au format datorită cuarțului la presiune ultra-înaltă instantanee și
când temperatura crește în timpul căderii unui meteorit. În natură, de asemenea
există: sticlă de cuarț (așa-numita leschatelită), formată în
ca urmare a topirii nisipului de cuarț dintr-o lovitură de trăsnet și a melanoflogitei
sub formă de mici cristale și cruste cubice (pseudomorfi constând din
cuarț asemănător opalei și cu calcedonie), cultivat pe sulf nativ în
zăcăminte din Sicilia (Italia). Kitita nu a fost găsită în natură.
Cuarț (Quarz german), mineral; sub numele K., două cristaline
modificări ale dioxidului de siliciu SiO2: hexagonal K. (sau a-K.), stabil
la o presiune de 1 atm (sau 100 kn / m2) în intervalul de temperatură 870-573 ° C și
trigonal (b-K.), stabil la temperaturi sub 573 ° C. b-K. cel mai
se găsește pe scară largă în natură. Se cristalizează în clasa trigonală
trapezoedru al sistemului trigonal. Structură cristalină de tip cadru
construit din tetraedre siliciu-oxigen dispuse elicoidal (cu
cursa șurubului drept sau stâng) în raport cu axa principală a cristalului. ÎN
în funcție de aceasta, dreapta și stânga structurală și morfologică
forme de cristal care diferă extern prin simetria aranjamentului unora
fețe (de exemplu, trapezohedron etc.). Lipsa avioanelor și a centrului
simetria în cristale K. determină prezența piezoelectricului și
proprietățile piroelectrice.
Cel mai adesea cristalele de K. au un aspect alungit-prismatic cu
dezvoltarea predominantă a fețelor unei prisme hexagonale și a două romboedri
(cap de cristal). Mai rar, cristalele iau forma unui pseudo-hexagonal
bipiramide. Cristalele externe regulate de K. sunt de obicei înfrățite complex,
formând cele mai adesea zone înfrățite pe așa-numitele. Braziliană sau
legile dauphineane. Acestea din urmă apar nu numai în timpul creșterii cristalelor,
dar și ca urmare a rearanjării structurale interne la termica a - b
tranziții însoțite de compresie, precum și deformații mecanice.
Culoarea cristalelor, a boabelor și a agregatelor este foarte diversă: cea mai comună
incolor, alb lăptos sau gri K. Transparent sau translucid
cristale frumos colorate, numite în special: incolore, transparente -
stras; mov - ametist; afumat - rauchtopaz; negru
Morion; galben auriu - citrin. Culori diferite se datorează de obicei
defecte structurale la înlocuirea Si4 + cu Fe3 + sau Al3 + cu simultan
intrând în rețeaua Na1 +, Li1 + sau (OH) 1-. De asemenea, greu de întâlnit
cristale colorate datorită microincluziunilor de minerale străine: prase verzi
Incluziuni de microcristale de actinolit sau clorit; strălucire aurie
aventurină - incluziuni de mică sau hematită etc. Criptocristalină
soiurile K. - agat și calcedonie - constau din cele mai fine fibroase
formațiuni. Pentru. Optic uniaxial, pozitiv. Indici de refracție
(pentru lumina zilei l \u003d 589,3): ne \u003d 1,553; nu \u003d \u003d 1.544. Transparent pentru
razele ultraviolete și parțial infraroșii. La transmiterea luminii
un fascicul polarizat plan în direcția axei optice, cristale stângaci K.
rotiți planul de polarizare spre stânga, iar dreapta - spre dreapta. În partea vizibilă
spectrul, valoarea unghiului de rotație (per grosimea de 1 mm a plăcii lui K.) variază de la
32,7 (pentru l 486 nm) la 13,9 ° (728 nm). Valoarea dielectrică
permeabilitate (eij), modul piezoelectric (djj) și elastic
coeficienții (Sij) sunt după cum urmează (la temperatura camerei): 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. Coeficienți lineari
expansiunile sunt: \u200b\u200bperpendiculare pe axa ordinului 3 13,4 * 10-6 și
paralel cu axa 8 * 10-6. Căldura transformării b - a K. este de 2,5 kcal / mol
(10,45 kJ / mol). Duritatea mineralogică 7; densitate 2650
kg / m3. Se topește la o temperatură de 1710 ° C și se solidifică atunci când este răcit în așa-numitul.
pahar de cuarț. Fused K. este un bun izolator; rezistenta cubului cu
o margine de 1 cm la 18 ° C este de 5 * 1018 ohm / cm, coeficientul de expansiune liniară
0,57 * 10-6 cm / ° C. A fost dezvoltată o tehnologie de cultivare viabilă din punct de vedere economic
monocristale sintetice, care se obțin din soluții apoase de SiO2
la presiuni și temperaturi ridicate (sinteză hidrotermală). Cristale
k. sintetic au proprietăți piezoelectrice stabile,
rezistență la radiații, uniformitate optică ridicată și altele valoroase
proprietăți tehnice.
K. natural este un mineral foarte răspândit, care este esențial
o parte integrantă a multor roci, precum și depozite de utile
fosile din cele mai diverse geneze. Cel mai important pentru
industria cuarțului - nisipuri de cuarț, cuarțite și
monocristalin cristalin K. Acesta din urmă este rar și foarte
foarte apreciat. În URSS, principalele depozite cristaline ale K. se află în Ural, în
RSS ucraineană (Volyn), în Pamir, în bazinul râului. Aldan; în străinătate - depozite în
Brazilia și Republica Malgașă. Nisipurile de cuarț sunt o materie primă importantă pentru
industria ceramicii și sticlei. Monocristale K. găsi
aplicație în ingineria radio (stabilizatori de frecvență piezoelectrică,
filtre, rezonatoare, plăci piezoelectrice în instalații cu ultrasunete etc.); în
instrumente optice (prisme pentru spectrografe, monocromatoare, lentile
pentru optica ultravioletă etc.). Fused K. este folosit pentru
fabricarea de sticlărie chimică specială. K. este folosit și pentru
obținând siliciu chimic pur. Transparent, frumos colorat
soiurile de K. sunt pietre semiprețioase și sunt utilizate pe scară largă în
afaceri de bijuterii.
Sticlă de cuarț, sticlă de silicat monocomponent obținută prin topire
soiuri naturale de silice - cristal de rocă, cuarț venos și
nisip de cuarț, precum și dioxid de siliciu sintetic. Distingeți două
tip de K. industriale: transparent (optic și tehnic) și
opac. Opacitate către. Oferă o cantitate mare
mici bule de gaz distribuite în el (cu un diametru de la 0,03 la 0,3
μm), împrăștiind lumina. K. transparente optice obținute prin topire
cristalul de rocă, complet omogen, nu conține gaze vizibile
bule; are cel mai mic indicator dintre ochelarii cu silicat
refracție (nD \u003d 1.4584) și cea mai mare transmitanță a luminii, în special pentru
raze ultraviolete. Pentru K. cu. caracterizată prin termice ridicate și
rezistență chimică; temperatura de înmuiere K. pag. 1400 ° C. K. s. bun
dielectric, conductivitate electrică specifică la 20 ° С-10-14 - 10-16 ohm-
1m-1, pierderea dielectrică tangentă la 20 ° C și frecvență
106 Hz - 0,0025-0,0006. K. s. utilizat pentru fabricarea laboratorului
vase, creuzete, instrumente optice, izolatoare (în special pentru
temperaturi), produse rezistente la fluctuațiile de temperatură.
Silani (din latinescul Silicium - siliciu), compuși ai siliciului cu hidrogen total
formulele SinH2n + 2. S-au obținut silani până la octasilan Si8H18. Cand
temperatura camerei, primii doi K. - monosilan SiH4 și disilan Si2H6 -
gazoase, restul sunt lichide volatile. Toți K. au un miros neplăcut,
otrăvitor. K. este mult mai puțin stabil decât alcanii din aer
autoaprindere, de exemplu 2Si2H6 + 7O2 \u003d 4SiO2 + 6H2O. Apa se descompune:
Si3H8 + 6H2O \u003d 3SiO2 + 10H2. K. nu apar în natură. În laborator prin acțiune
acizi diluați în silicură de magneziu, se obține un amestec de K. diferit
puternic răcit și separat (prin distilare fracționată în absența completă a
aer).
Acid silicic
Acizi silicici, derivați ai anhidridei silicice SiO2; foarte slab
acizi, ușor solubili în apă. În forma sa pură,
acid metasilicic H2SiO3 (mai precis, forma sa polimerică H8Si4O12) și
H2Si2O5. Dioxid de siliciu amorf (silice amorf) în soluție apoasă
(solubilitatea aproximativ 100 mg în 1 l) formează predominant ortosilicon
acid H4SiO4. În soluțiile suprasaturate de K. to. Obținute în moduri diferite.
se modifică odată cu formarea particulelor coloidale (masa molară până la 1500), cu
ale căror suprafețe sunt grupe OH. Educat așa mai departe. sol in
în funcție de pH, pH-ul poate fi stabil (pH aproximativ 2)
sau se poate agrega pentru a forma un gel (pH 5-6). Durabil
soli foarte concentrați de K. până la., care conțin substanțe speciale -
stabilizatori, folosiți la fabricarea hârtiei, în textile
industrie, pentru purificarea apei. Acid fluorosilicic, H2SiF6,
acid anorganic puternic. Există doar în soluție apoasă; în
forma liberă se descompune în tetrafluorură de siliciu SiF4 și fluorură de hidrogen
HF. Este folosit ca un dezinfectant puternic, dar în principal -
pentru a obține săruri de K. la. - silicofluoruri.
Silicați
SILICATE, săruri de acid silicic. Cel mai răspândit în scoarța terestră
(80% din masă); sunt cunoscute mai mult de 500 de minerale, dintre care sunt prețioase
pietre precum smarald, beril, acvamarin. Silicații sunt baza cimenturilor,
ceramică, emailuri, sticlă silicată; materii prime în producția multor metale,
adezivi, vopsele etc; materiale electronice radio etc. Fluoruri de siliciu,
fluorosilicați, săruri ale acidului fluorhidrosilicic H2SiF6. Când este încălzit
descompune, de exemplu CaSiF6 \u003d CaF2 + SiF4. Sărurile Na, K, Rb, Cs și Ba tare
solubil în apă și formează cristale caracteristice, care este utilizat în
analiza cantitativă și microchimică. Cele mai practice
are silicofluorură de sodiu Na2SiF6 (în special în producție
cimenturi rezistente la acid, emailuri etc.). O proporție semnificativă de Na2SiF6
procesat la NaF. Obțineți Na2SiF6 din deșeurile care conțin SiF4
plante superfosfat. Fluoruri de siliciu Mg, Zn și Al ușor solubile în apă
(denumirea tehnică fluates) sunt utilizate pentru hidroizolație
piatră de construcție. Toate K. (precum și H2SiF6) sunt otrăvitoare.
Aplicații.
Fig. 1 Cuarț dreapta și stânga.
Fig. 2 Minerale de silice.
Fig. 3 Cuarț (structură)