Opis silicija. Silicij in njegove spojine. Silikatna industrija
Silicij in njegove spojine. Silikatna industrija
Silicij - element IVA skupinkot ogljik. Zato ima na zunanji energijski ravni štiri elektrone. Ti štirje elektroni lahko daje in manifestira zmanjšanje lastnosti, medtem ko bo njegova stopnja oksidacije enaka +4 in lahko pripne štiri elektrone in manifestira oksidacijske lastnostimedtem ko bo stopnja oksidacije -4 .
V naravi silicij je drugi kemični element po kisiku. V naravi je le kot spojine. Najpogostejše silicijeve spojine so silicijev oksid (IV) - SiO 2 - silicijev dioksid. V naravi tvori mineral kremena. Njegova sorta je kamniti kristal, ametist, ahat, topaz, opal, jaspis, kalcedon, žganje, ki se uporabljajo kot okrasni in poldragi kamni.
Naravni silikati - kompleksne snovi. Njihova sestava je prikazana kot več oksidov. Silikati, ki vključujejo aluminij, se imenujejo aluminosilikati. To je kaolinit, glinenec, sljuda.
Azbest Prav tako je silikat in se uporablja za proizvodnjo ognjevzdržnih tkanin.
Iz vrst mineralov na osnovi silicijevega oksida (IV) so primitivni ljudje izdelovali orodja. Silicij se je začel staroststoletje kremenih orodij zaradi svoje razpoložljivosti in zmožnosti oblikovanja ostrih rezalnih robov.
Silicijev oksid (IV) daje moč rastlinam in zaščitnim pokrovom za živali.
Zahvaljujoč temu oksidu trdno stojijo trstičje, trstje, horsetails, režejo se šaške liste, peclji žit ne padajo zaradi dežja in vetra, močne so ribje luske, lupine žuželk, metulja, perje ptic in živalska dlaka.
Silicij je sestavni del diatomejskih alg in radiolarijev.
Prejemanje silicijeve industrije pridobivanje koksa silicijevega oksida (IV) v električnih pečeh.
Dobijo ga v laboratoriju redukcija silicijevega oksida (IV) z aluminijem ali magnezijem.
Silicij obstaja v obliki dve alotropni spremembiamorfni in kristalinični.
Amorfni silicij je rjav prah.
Kristalni silicij - trdno temno sivo s kovinskim leskom. Je krhka in ognjeodporna. To je posledica strukture njegovih kristalov. Struktura silicija je podobna strukturi diamanta, to pomeni, da je v tem kristalu vsak atom obdan s štirimi drugimi atomi in je z njimi povezan. kovalentne vezi.
Silicij je polprevodnik. S povečanjem temperature se poveča njegova električna prevodnost. Na primer, sončne baterije so nameščene na satelitih, vesoljskih plovilih, postajah in strehah. Te baterije pretvarjajo sončno energijo v električno energijo zaradi polprevodniških kristalov, kot je silicij.
Pri sobni temperaturi je silicij inerten., pri segrevanju pa reagira s kovinami in nekovinami.
Silicij opekline v kisiku s tvorbo silicijevega oksida (IV).
V tej reakciji silicij poveča svoje oksidacijsko stanje od 0 do +4, kisik pa se zmanjša od 0 do -2. Zato silicij deluje kot reducent in kisik - kot oksidant.
Redukcijske lastnosti silicija se uporabljajo v metalurgiji pridobivanje nekaterih koviniz njihovih oksidov.
Silicij reagira s kovinami pri segrevanjus tvorbo spojin, ki se imenujejo silicidi. Na primer, magnezijev silikid nastane pri reakciji magnezija s silicijem. V tej reakciji magnezij poveča svoje oksidacijsko stanje od 0 do +2, silicij pa se zniža od 0 do -4. Zato je magnezij redukcijsko sredstvo in silicij je oksidacijsko sredstvo.
Silikidi se z vodo ali kislinami zlahka razgradijo.to proizvaja plin silan - vodikove spojine silicija. Torej, ko magnezijev silicid deluje v interakciji s klorovodikovo kislino, se tvorita magnezijev klorid in silan.
Silan v zraku se samodejno vname in požari z nastajanjem silicijevega oksida (IV) in vode.
Silicij komunicira s koncentriranimi alkalnimi raztopinami.. Na primer, interakcija silicija s koncentrirano raztopino natrijevega hidroksida proizvaja natrijev silikat in vodik.
Silicij je mogoče dobiti ogrevanje kremena (IV) z magnezijem ali ogljikom.
V reakciji z magnezijem magnezij zmanjša silicij iz silicijevega oksida (IV), pri reakciji silicijevega oksida (IV) z ogljikom pa ogljik obnovi silicij iz njegovega oksida.
Silicijev oksid (IV), silicijev dioksid - SiO2 je trdna, zelo ognjeodporna snov, netopna v vodi. Ta oksid ima atomska kristalna rešetka, v katerih vozliščih so atomi silicija in kisika.
Silicijev oksid (IV) je kislinskega oksidazato kaže vse lastnosti, značilne za te okside. Vendar pa ta oksid ne raztopi v vodi, ampak reagira z alkalijskimi raztopinami. Tako se pri reakciji silicijevega oksida (IV) z natrijevim hidroksidom tvori natrijev silikat in voda.
Silicijev oksid (IV) reagira z osnovnimi oksidi pri segrevanju. Tako se v reakciji s kalcijevim oksidom tvori kalcijev silikat.
Silicijev oksid (IV) med segrevanjem z karbonatiV reakciji z natrijevim karbonatom nastanejo natrijev silikat in ogljikov dioksid.
Natrijev in kalijev silikat se imenuje topno steklo. Njihove vodne raztopine so silikatno lepilo.
Silicijev oksid (IV) reagira s fluorovodikom in fluorovodikovo kislino, da nastane plinski silicijev fluorid.
Ta lastnost se uporablja za jedkanje na steklenih napisih, risbah in etiketah.
Sestava silicijeve kisline lahko izrazimo kot H2S04. Silikatna kislina je želatinasta, v vodi netopna snov. Nanaša se na zelo šibke kisline premog). Ob sušenju nastane raztopina, ki vsebuje silicijevo kislino silikagel, ki se uporablja kot adsorbent.
Silikatna kislina - ohlapna povezava in ko se skladišči ali segreva, razpade v silicijev dioksid (IV) in vodo.
Kvalitativna reakcija na silikatni ion je reakcija silikatov z raztopinami močnih kislin, kar tvori silicijevo kislino v obliki želatinaste oborine. Na primer, pri reakciji natrijevega silikata s klorovodikovo kislino nastane sol - natrijev klorid in silicijeva kislina v obliki želatinaste oborine.
Naredimo eksperiment. V ta namen preskočite ogljikov dioksid skozi raztopino natrijevega silikata. V tem primeru lahko opazimo nastajanje želatinaste usedline. Ta je tvorila silicijevo kislino. Silikatna kislina je tako zelo šibka, še slabša od karbonske kisline, ki jo lahko izloči iz raztopine soli.
In zdaj temu želatinastemu sedimentu dodamo koncentrirano raztopino alkalij in segrejemo žarilno svetilko na plamenu. Oborina se začne raztapljati zaradi tvorbe topne soli, natrijevega silikata.
Uporablja se silicij za polprevodniške materiale in kislinsko odporne zlitine. Takšna silikonska spojina kot silicijevega karbida - SiC - uporablja se za brušenje sekalcev kovinskih orodij za rezanje in poliranje dragih kamnov, ker je v trdoti slabša le za diamant.
Kvarčna kemična steklovina se proizvaja iz kremena, ki vzdrži visoke temperature in nenadne temperaturne spremembe.
V vodi topni silikati natrija in kalija (" topnega stekla") Uporablja se kot ognjevzdržno sredstvo za impregniranje lesa in tkanin. Za izdelavo ognjevarnih in izolacijskih tekstilij se uporabljajo tudi naravni silikati - azbest.
Silikatna industrija vključuje proizvodnjo:
· Steklo;
· Keramični izdelki (porcelan, keramika), opeke, ploščice in strešni materiali;
· Cement.
Silicijeve spojine so osnova za proizvodnjo stekla in cementa. Na primer, običajno okensko steklo se proizvaja s taljenjem mešanice sode, apnenca in peska. Steklo ima sposobnost mehčanja in v staljenem stanju ima drugačno obliko, zato se uporablja za proizvodnjo jedi.
Nekatere lastnosti stekla dajejo dodatke. Na primer, če zamenjate natrijev oksid s kalijevim oksidom, lahko dobite trdno snov bohemsko stekloz dodajanjem svinčevega (II) oksida kristalno stekloz dodatkom kromovega (III) oksida zeleno steklo, z dodajanjem kobaltovega oksida - modrain dodajanje manganovega (II) oksida - vijolične barve. Dodajanje soli zlata in selena, dobite ruby steklokatere so zvezde Moskovski Kremelj.
Za izboljšanje mehanskih lastnosti stekla se izpostavi gašenje. Hlajenje je, da se steklo posebne sestave segreje na temperaturo okoli 600 ° C in nato hitro ohladi. Takšno utrjevanje vam omogoča, da dobite neprebojno steklo.
Steklo je človeku znano že dolgo, tri ali štiri tisoč let nazaj, proizvodnja stekla je bila Egipt, Sirija, Fenicija, Črno morje.
Steklo je neverjeten material. V Stari Rim mojstri so se naučili obarvati steklo in narediti mozaik iz svojih kosov. Steklena okna cerkva, muzejev, različnih mozaičnih plošč so izdelana iz stekla.
Uporaba stekla obsežno: to je okno, steklenica, svetilka, ogledalo in optični.
Glavna surovina pri proizvodnji keramičnih izdelkov je glina. Ko se glina pomeša z vodo, se oblikuje pastozna masa, ki po sušenju in žganju ohranja svojo obliko. Nekateri lončarski pokrovi zaledenitev - tanek sloj steklastega materiala. Glaze naredi keramiko vodoodporno, jo ščiti pred kontaminacijo, ščiti pred delovanjem kislin in alkalij, dodaja sijaj.
Pomembna silikonska spojina je cement. Pridobiva se s sintranjem gline in apnenca. Če mešamo cementni prah z vodo, tako imenovani " cementno malto, Ki se nato postopoma strdi. Če dodate cementnemu pesku ali gramozu, dobite betona. Moč betona se lahko poveča, če vstopite v železni okvir, potem se izkaže armirani betonod tega so izdelani stenski paneli, bloki prekrivanja.
Silicij smo dobili v 1824 švedski kemik Bercalius. Toda dvanajst let pred tem je dobil silicij Gay Lussac in Tenar, vendar je bila zelo onesnažena z nečistočami.
Latinsko ime silicij iz latinščine silex - "kremen". Rusko ime "silicij" prihaja iz grščine kremnos - "pečina, skala."
Tako silicij - element IV. \\ tA skupin. Zanj so značilna oksidacijska stanja +4 in -4. V reakcijah s kisikom in drugimi nekovinami ima zmanjšane lastnosti in v reakcijah z oksidacijo kovin. V naravi se silicij nahaja v obliki spojin. Njegova najpogostejša spojina je silicijev oksid (IV) - silicijev dioksid, ki je kislinski oksid in ima lastnosti, značilne za te okside. Silicijeva vodikova spojina je silan - SiH 4 , ki nastane z delovanjem kislin ali vode na silicide - kovinske spojine s silicijem. Silicijev oksid (IV) ustreza silicijevi kislini. Ta šibka dvobazna, želatinasta, v vodi netopna kislina. Kakovostna reakcija na silikatni ion je delovanje močnih kislin na silikate, saj se zaradi teh reakcij tvori želatinasta oborina - silicijeva kislina. Silicijev oksid (IV) in silikati se pogosto uporabljajo v industriji. Silikatna industrija vključuje proizvodnjo stekla in cementa, keramičnih izdelkov in opeke.
Silicij se pridobiva z zmanjšanjem njegovega oksida s presežkom magnezija pri segrevanju: \\ t
Od dveh alotropnih modifikacij silicija, kristaliničnega in amorfnega silicija je kemično aktivnejši. Ko se segreje, reagira s kisikom
in tudi z vsemi halogeni, na primer:
Pri visokih temperaturah se silicij kombinira z ogljikom in tvori karborund - snov, ki je po trdoti blizu diamantu:
V reakcijah z aktivnimi kovinami, ki se pojavljajo pri tvorbi silicidov, silicij deluje kot oksidant:
Pod delovanjem klorovodikove kisline na silikide dobimo najpreprostejšo vodikove spojine silicijevega silana.
Silicijev oksid in silicijeve kisline.
Silicijev oksid je trdna, zelo ognjeodporna snov (tališče, široko razširjena v naravi. Najdemo ga v obliki dveh modifikacij - kristaliničnega in amorfnega silicijevega dioksida. Je anhidrid številnih silicijevih kislin, katerih sestava se lahko izrazi s splošno formulo kjer so x in y cela števila:
1), t.j. - metasilicne kisline;
2), t.j. - ortokremična kislina;
3), t.j. - bimetakrinske kisline.
Silikatne kisline, katerih molekule vsebujejo več kot eno molekulo, spadajo v polisilicij. Najenostavnejša silicijeva kislina se pogosto imenuje preprosto silicijeva kislina.
Vse silicijeve kisline so zelo šibke (šibkejše od premoga). Soli vseh silicijevih kislin se imenujejo silikati, čeprav praviloma v izobraževalni literaturi silikati pomenijo soli metacilne kisline. Ko stojijo na zraku, raztopine silikatov postanejo motne, ker ogljikov dioksid (IV) v zraku iz nje izloča silicijevo kislino:
Silicic acid je praktično netopen v vodi - ta lastnost se uporablja kot kvalitativna reakcija na ion.
Silikati se pridobivajo s taljenjem kremena z alkalijami ali karbonati: \\ t
Najpogosteje uporabljeni silikati so natrij in kalij. Koncentrirane raztopine teh soli se imenujejo tekoče steklo; zaradi hidrolize imajo močno alkalno reakcijo. Tekoče steklo se uporablja pri izdelavi lepil in vodoodpornih tkanin.
- lastnosti silicijevega elementa: elektronska struktura, možna oksidacijska stanja, glavne spojine: oksid, hidroksid. Amorfni in kristalni silicij.
Silicij- element tretjega obdobja in IVA-skupina periodičnega sistema, serijska številka 14. Elektronska formula atoma je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. Značilna stopnja oksidacije v spojinah IV.
Stopnja oksidacije silicija:
Silicijeva elektronegativnost pri nekovinah ni visoka (2.25). Prikazuje nekovinske (kislinske) lastnosti; oblikuje okside, silicijeve kisline, zelo veliko število soli - silikati v obliki verig, trakov in tridimenzionalnih tetraedrskih mrež, binarnih spojin. Trenutno je kemija organskih silicijevih spojin s Si - C vezmi in silikonskimi organskimi polimeri - silikoni in silikonskimi kavčuki z vezmi Si - Si, Si - O in Si - C, široko razvita.
Najpomembnejši element nežive narave, drugis kemično razširjenostjo. Najdemo ga le v sorodni obliki. Pomemben element za mnoge organizme.
Silikonski Si -Enostavna snov. Grobo kristalen - temno siv, s kovinskim sijajem, zelo trda, zelo krhka, neprozorna, ognjevzdržna, skupni polprevodnik. Kristalna rešetka je atomska, Si - Si vezi so zelo močne. Amorfni - beli ali tan (z nečistočami, predvsem Fe), bolj kemično aktivna. Stalen je na zraku (prekrit je z močnim oksidnim filmom), ne reagira z vodo. Reagira s HF (konc.), Alkalije. Oksidira ga kisik, klor. Obnovljen z magnezijem. Sintran z grafitom. Industrijsko pomembna je zlitina z železom - ferosilicij(12–90% Si). Uporablja se kot legirni dodatek v jeklu in zlitinah barvnih kovin, ki je sestavni del polprevodniških materialov za mikroelektroniko, osnova silikonov.
Enačbe najpomembnejših reakcij:
Pridobivanjev industriji: obnova SiCl 4 ali SiO 2 med žganjem:
SiCl 4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl2
SiO2 + 2Mg = Si+ 2MgO
(Zadnja reakcija se lahko izvede v laboratoriju; amorfni silicij ostane po obdelavi s klorovodikovo kislino).
Silicijev dioksid SiO 2 -Kislinski oksid. Bel prah (kremenčev pesek)in bistri kristali, naravni izdelek obarvan z nečistočami (silicijev dioksid) - v obliki navadnega peska in kamna (kremen).Kristalna mreža je atomska, vsak silicijev atom je obkrožen s štirimi atomi kisika in vsak atom kisika je obdan z dvema atomoma silicija. Ima več kristalnih modifikacij (vse minerale), najpomembnejše - kremen, tridimiči kristobalit,redko in umetno pridobljeno - \\ t kitit, koesit, stishovit, melanoflogit, vlaknasti silicijev dioksids počasnim ohlajanjem taline nastane amorfna oblika - kremenovo steklo(v naravi, mineral lechateleit).Najbolj kemično aktivna amorfna oblika.
Praktično ne reagira z vodo (hidrat SiO 2 nH 2 O izloča iz raztopine), običajne kisline. Kremenovo steklo korodira v HF (konc.). Reakcije z alkalijami v raztopini (oblike ortosilikati)in pri fiksiranju (izdelki - metasilicati).Lahko se klorira v prisotnosti koksa. Predelava s koksom, magnezijem, železom (v plavžu).
Uporablja se kot industrijska surovina v proizvodnji silicijevega, navadnega, termično in kemično odpornega stekla,
porcelan, keramika, abrazivi in adsorbenti, gumijasta polnila, maziva, lepila in barve, komponente gradbenih veznih rešitev, v obliki kremenovih monokristalov, so osnova ultrazvočnih generatorjev in natančnih premikov kvarčnih ur. Sorte kremena (\\ t rock kristal, vrtni kremen, ametist, dimni kremen, kalcedon, onyxy itd.) - dragoceni, poldragi ali okrasni kamni.
Enačbe najpomembnejših reakcij:
Silicijev dioksid polihidrat SiO 2 nH 2 O -Silikatne kisline s spremenljivo vsebnostjo SiO 2 in H 2 O. Bel, amorfen (steklast) polimer z verigo, trakom, listom, mrežo in okvirno strukturo. Ko se segreje postopoma razpade. Zelo malo topne v vodi. Nad oborino v raztopini je monomerna šibka silicijev silicijkislina H 4 SiO 4 (tetraedarna struktura, sp3 hibridizacija), topnost 0,00673 g / 100 g H20 pri 20 ° C. Pri stoječi raztopini pride do polikondenzacije in silicijeve kisline H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9 in nato hidrosol n (sol). metasiliconin končno, hidrogel Si02 nH2O (n< 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 nН 2 O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.
Pretvori se v raztopino z delovanjem koncentriranih alkalij. Ostale kemijske lastnosti so podobne SiO2. Minerali v naravi opalin kalcedona (ahat, jaspis).Monomerne meta-silicijeve kisline H2Si03 ni bila dobljena.
Enačbe najpomembnejših reakcij:
Pridobivanje: premik z raztopino silikata z močno kislino, na primer:
K 2 SiO 3 + 2NCl + (n - 1) N 2 O = 2 KCl + Si02 nH2O↓
Natrijev metasilikat Na 2 SiO 3 -Slanica Bela, ko se segreje tali brez razkroja. Raztopi se v mrzli vodi (močna anionska hidroliza). Koncentrirana raztopina - koloidni ("tekoče steklo" vsebuje SiO 2 nH 2 O hidrosol). Razpade se v vroči vodi, reagira s kislinami, lugi, ogljikovim dioksidom.
Uporablja se kot sestavni del naboja pri proizvodnji stekla, posebnih cementov in betonov, je del silikatnih barv in lepil, hladnih glazur, aluminosilikatnih katalizatorjev, pri proizvodnji papirja in kartona, silikagela in sintetičnih zeolitov. Enačbe najpomembnejših reakcij:
Pridobivanje: fuzija sode s peskom
Na 2 SiO 3 + SiO 2 = CO 2 + Na2Si03(1150 ° C)
Silikati.Silicij v oksidacijskem stanju + IV je poleg SiO 2 v zelo številnih in pogosto zelo kompleksnih sestavinah in strukturah silikatni ioni(tako, razen zetasilikatni ionSi02 3-in ortosilikatni ionSiO4 4-znani ioni Si 2 O 7 6-, Si 3 O 9 6-, Si 2 O 10 4, itd.). Za lažje beleženje so vsi silikati prikazani kot vsebujejo ion SiO3 2-.
Nasičena raztopina natrijevega in kalijevega silikata (viskozno "tekoče steklo") se uporablja kot silikatno lepilo.
Silikati natrija in kalcija so del stekla; dobimo ga s taljenjem kremenčevega kremena SiO 2, apnenca CaCO 3 in soda Na 2 CO 3:
Pogosto je sestava stekla izražena kot oksidi, na primer navadna steklena Na 2 O CaO 6SiO 2.
Med silikatnimi minerali ugotavljamo glina (aluminosilikati. \\ t), zelo čista glina - kaolinAl 2 O 3 2SiO 2 2N 2 O se uporablja za izdelavo porcelana.
Silikati in aluminosilikati se uporabljajo v industriji za proizvodnjo keramike, cementa, betona in drugih gradbenih materialov.
Silicijev SiCl 4.Binarna povezava. Brezbarvna tekočina, ima širok razpon tekočega stanja. Molekula ima tetraedrično strukturo (sp 3 hibridizacija). Toplotno odporna. "Kadi" v vlažnem zraku. Popolnoma hidroliziran z vodo. Razgradi z alkalijami. Obnovljeno z vodikom, natrijem, cinkom. Klorinira glinica.
Uporablja se pri izdelavi silicija visoke čistosti za polprevodniško tehnologijo.
Enačbe najpomembnejših reakcij:
Pridobivanjev industriji- kloriranje silicija ali kremenovega peska SiO 2.
Kristalni silicij je glavna oblika, pri kateri se silicij uporablja pri proizvodnji fotoelektričnih pretvornikov in polprevodniških elektronskih naprav z uporabo planarne tehnologije. Aktivno se razvija silicij v obliki tankih plasti (epitaksialnih plasti) kristalne in amorfne strukture na različnih substratih.