Povzetek: “Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe. Silicij je biogeni element. Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe - kemijske lastnosti silicija

Kristalni silicij je temno siv material z jeklenim leskom. Struktura silicija je podobna strukturi diamanta: kristalna rešetka je kubična s središčem, vendar zaradi daljše vezi med atomi Si-Si glede na dolžino vezi C-C Trdota silicija je veliko manjša od diamanta. Silicij je zelo krhek, njegova gostota je 2,33 g / cm 3.

Podobno kot premog se nanaša na ognjevzdržne snovi.

Kristalna struktura silicija (slika 2).

Kristalna rešetka silicija je kubični obraz-centriran tip diamanta, parameter a = 0,54307 nm (druge polimorfne modifikacije silicija dobimo pri visokih tlakih), vendar zaradi daljše vezne dolžine med atomi Si-Si glede na dolžino vezi C-C Trdota silicija je veliko manjša od diamanta. Silicij je krhek, šele ko se segreje nad 800 ° C postane plastična snov. Zanimivo je, da je silicij transparenten za infrardeče sevanje, ki se začne pri valovni dolžini 1,1 mikrometra. Koncentracija lastnega nosilca - 13,1 × 10 28 m 3;

Slika 2. Shema vezave silicijeve rešetke in kovalentne verige: a - kovalentna vez; b - splošni pogled

Kemijske lastnosti

V spojinah silicij kaže tendenco oksidacijskega stanja +4 ali 4, ker je atom silicija bolj značilen za sp 3 stanje - hibridizacija orbitalov. Zato je v vseh spojinah razen silike (II) \\ t Sio, silicij je tetravalenten.

Kemično je silicij neaktiven. Pri sobni temperaturi reagira samo s plinastim fluorom in nastane hlapen silicijev tetrafluorid. SiF 4 . Ko se segreje na temperaturo 400–500 ° C, reagira s kisikom in tvori dioksid Sio 2 , s klorom, bromom in jodom - z oblikovanjem ustreznih hlapnih tetrahalidov SiHalogen 4 .

Silicij ne reagira neposredno z vodikom, silicijeve spojine z vodikom so silani s splošno formulo Si n H 2n + 2 - Pridobljeno posredno. Monosilan SiH 4 (pogosto se imenuje preprosto silan) se sprosti, ko kovinski silicidi vplivajo na kisle raztopine, na primer:

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

Pri tej reakciji nastane silan SiH 4 vsebuje mešanico drugih silanov, zlasti disilana Si 2 H 6 in trisilan Si 3 H 8 kjer je veriga silicijevih atomov med seboj povezana z enojnimi vezmi (-Si-Si-Si-).

S dušikom silicij pri temperaturi okoli 1000 ° C tvori nitrid Si 3 N 4 z bor - termično in kemično odpornimi boridi Sib 3 SiB 6 in sib 12 . Spojina silicija in njen najbližji analog na periodni tabeli - ogljik - silicijev karbid SiC (karborund) je značilna visoka trdota in nizka kemijska aktivnost. Karborund se pogosto uporablja kot abraziv.

Ko se silicij segreje s kovinami, se pojavijo silicidi. Silicide lahko razdelimo v dve skupini: ionsko-kovalentni (alkalijski kovinski, zemeljskoalkalijski silicidi in magnezij). Ca 2 Si, Mg 2 Si in drugi.) in podobni kovini (silicidi prehodnih kovin). Silicidi aktivnih kovin se razgrajujejo pod vplivom kislin, silikidi prehodnih kovin so kemično stabilni in se ne razgradijo pod vplivom kislin. Kovinski silikidi imajo visoke talilne točke (do 2000 ° C). Najpogosteje nastajajo kovinski silikidi sestavkov. Mesi me 3 Si 2 Jaz 2 Si 3 Jaz 5 Si 3 in mesi 2 . Kovinski silikidi so kemično inertni, odporni na delovanje kisika tudi pri visokih temperaturah.

Pri obnavljanju Sio 2 silicij pri visokih temperaturah tvori kremen (II) Sio.

Za silicij je značilen nastanek organosilicijevih spojin, v katerih so atomi silicija povezani v dolge verige s premostitvijo kisikovih atomov - Oh- in na vsak atom silicija, razen dveh atomov Ohdodali še dva organska radikala R 1 in R 2 = CH 3 , C 2 H 5 , C 6 H 5 CH 2 CH 2 CF 3 in drugi

Za jedkalni silicij se najpogosteje uporablja mešanica fluorovodikove in dušikove kisline. Nekateri posebni nabiralci omogočajo dodajanje kromovega anhidrida in drugih snovi. Med jedkanjem se raztopina kislinskega jedkanja hitro segreje do vrelišča, medtem ko se hitrost jedkanja večkrat poveča.

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

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

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

Za jedkanje silicija se lahko uporabijo vodne raztopine alkalij. Jedkanje silicija v alkalnih raztopinah se začne pri temperaturi raztopine nad 60 ° C.

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

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

Fizične lastnosti

Kristalna rešetka tipa silicijevega kubičnega diamantnega središča, parameter a = 0,54307 nm (druge polimorfne modifikacije silicija so bile pridobljene pri visokih tlakih), vendar zaradi daljše vezne dolžine med atomi Si-Si v primerjavi z dolžino C - C vezi je trdota silicija bistveno manjša kot pri diamantu. Silicij je krhek, šele ko se segreje nad 800 ° C postane plastična snov. Zanimivo je, da je silicij transparenten za infrardeče sevanje, ki se začne pri valovni dolžini 1,1 mikrometra. Lastna koncentracija nosilca naboja - 13,1 · 10 28 m 3;

Elektrofizične lastnosti

Elementarni silicij v monokristalni obliki je polprevodnik, ki nima neposredne reže. Razpon vrzeli pri sobni temperaturi je 1,12 eV, pri T = 0 K pa 1,21 eV. Koncentracija lastnih nosilcev naboja v siliciju v normalnih pogojih je približno 1,5 · 10 10 cm3.

Na elektrofizične lastnosti kristalnega silicija močno vplivajo nečistoče, ki jih vsebuje. Za pridobivanje silicijevih kristalov z luknjasto prevodnostjo se atomi elementov tretje skupine, kot so bor, aluminij, galij, indij, vnašajo v silicij). Za pridobitev silicijevih kristalov z elektronsko prevodnostjo se atomi elementov skupine V, kot so fosfor, arzen in antimon, vnesejo v silicij. (sl. 3)

Slika 3. Silicijevi kristali in rezine za proizvodnjo polprevodnikov

Pri izdelavi elektronskih naprav, ki temeljijo na siliciju, se uporablja skoraj površinska plast materiala (do več deset mikronov), zato lahko kakovost površine kristalov pomembno vpliva na električne lastnosti silicija in s tem na lastnosti končne naprave. Pri izdelavi nekaterih naprav se uporabljajo tehnike, povezane s spreminjanjem površine, na primer z obdelavo površine silicija z različnimi kemičnimi sredstvi.

1. Dielektrična prepustnost: \\ t

2. Mobilnost elektronov: 1300-1450 cm / / (v · c).

3. Mobilnost lukenj: 500 cm² / (v · c).

4. Širina prepovedanega območja 1.205-2.84 · 10 -4 · T

5. Življenjska doba elektronov: 5 ns - 10 ms

6. Elektronska prosta pot: približno 0,1 cm

7. Dolžina prostega teka luknje: približno 0,02 - 0,06 cm

Občinska izobraževalna ustanova

"Srednja šola št. 6"

Mesta v Muromu

Izvleček v kemiji na temo:

»Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe. Silicij - biogeni element "

Izpolnjen študent 8 V razredu

Shvetsova Tatyana

Vodja Kornyshova S.S.

Uvod 3

Zgodovina odkrivanja silicija 4

Silicij v naravi in industrijsko rudarstvo 5

Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe 7

Načini pridobivanja silicija 10

Silicijeve spojine in njihove lastnosti 11

Silicij - hranilo 14

Silikatna industrija 17

Zaključek 19

Literatura 20

Uvod

Zdravilne lastnosti silicija so bile znane že pred našimi časi: v stari Indiji in na Kitajskem so se v Rusiji dolgo uporabljale zdravilne lastnosti mladega bambusa, ki je vseboval silicij, v Rusiji pa se je bela glina uporabljala za zdravljenje slabokrvnih otrok in slabotnih starejših od zastrupitve in zgage, kožnih bolezni. Tudi v farmacevtski praksi starodavne Indije in Kitajske, kasneje pa v ljudskem zdravilstvu mnogih držav, so uporabljali decoctions, infuzije in izvlečke takih silicijevih rastlin kot preslica, kopriva, planinar, bambus in slavni ginseng. Silikon se že več kot 200 let uporablja v klasični homeopatiji, zelo priljubljen v sodobni kozmetologiji in se široko uporablja v mezoterapiji za revitalizacijo kože (pomlajevanje).

Cilj: Preučiti lastnosti silicija in njegovih naravnih spojin, izboljšati znanje o strukturi atomov.

· Določite strukturo silicija, vrednost silicija in njegovih spojin ter njihovo praktično uporabo.

· Označite vrednost silicija kot hranilo

· Opredelite glavna področja silikatne industrije

Zgodovina odkrivanja silicija

Silicij je element glavne podskupine četrte skupine tretjega obdobja periodnega sistema kemijskih elementov. I. Mendeleev, z atomsko številko 14. Označena s simbolom Si (lat. Silicij).

Pure Creme so leta 1811 izolirali francoski znanstveniki Joseph Louis Gay-Lussac in Louis Jacques Tenard.

Leta 1825 je švedski kemik Johns Jakob Berzelius s pomočjo kovinskega kalija na silicijevem fluoridu SiF 4 pridobil čisti elementarni silicij. Novi element je dobil ime "silicij" (iz latinščine. Silex - flint). Rusko ime "silicij" je leta 1834 uvedel ruski kemik Nemec Ivanovič Hess. Prevedeno iz starodavne grške. Κρημνός - "pečine, gore".

(iz latinščine. silicis - kremena; rusko ime iz grškega - kremnos - pečina) Si - odkril J.
Berzelius (Stockholm, Švedska) leta 1824. In tukaj je silicij (Silicium - lat.) Kemijski element, atomska številka 14, skupina IV periodičnega sistema.

Leta 1825 je švedski kemik Johns Jacob Berzelius s kovinskim kalijem na silicijevem fluoridu SiF 4 pridobil čisti elementni silicij. Novi element je dobil ime "silicij" (iz latinščine. Silex - flint). Rusko ime "silicij" je leta 1834 uvedel ruski kemik Nemec Ivanovič Hess. Prevedeno iz grškega kremnosa - "pečine, gore".

Biti v naravi

Silicij v naravi in industrijsko rudarstvo

Najpogosteje v naravi se silicij nahaja v obliki silicijevega dioksida - spojin na osnovi silicijevega dioksida (IV) SiO 2 (približno 12% mase zemeljske skorje). Glavni minerali, ki jih tvori silicijev dioksid, so pesek (reka in kremen), kremen in kvarcit, kremen. Druga najpogostejša skupina silicijevih spojin v naravi so silikati in aluminosilikati.

Obstajajo ločena dejstva o iskanju čistega silicija v njegovi naravni obliki: kovinski silicij v ijolitah v masivu vročega rudarjenja, petrologija navadnih hondritov.

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe

Kristalni silicij je temno siva snov z jeklenim leskom. Struktura silicija je podobna strukturi diamanta: kristalna rešetka je kubična s središčem, vendar je zaradi daljše vezi med Si-Si atomi v primerjavi z dolžino vezi C - C trdota silicija veliko manjša od diamanta. Silicij je zelo krhek, njegova gostota je 2,33 g / cm 3.

Podobno kot premog se nanaša na ognjevzdržne snovi.

Kristalna struktura silicija.

Kemijske lastnosti

1. Si + 2HNO3 = Si02 + NO + NO2 + H20

2. Si02 + 4HF = SiF4 + 2H2O

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

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

2. K2SiO3 + 2H2O↔H2SiO3 + 2KOH

Fizične lastnosti

Kristalna rešetka silicija je kubični obrazno centriran diamant, parameter a = 0,54307 nm (druge polimorfne modifikacije silicija so bile pridobljene pri visokih tlakih), vendar je zaradi daljše vezne dolžine med Si-Si atomi v primerjavi s C-C dolžino trdote znatno manj kot diamant. Silicij je krhek, šele ko se segreje nad 800 ° C postane plastična snov. Zanimivo je, da je silicij transparenten za infrardeče sevanje, ki se začne pri valovni dolžini 1,1 mikrometra. Lastna koncentracija nosilcev naboja je 13,1 × 10 28 m -3

Elektrofizične lastnosti

Elementarni silicij v enokristalni obliki je posredni polprevodnik pasne vrzeli. Razpon pasu v sobi

temperatura je 1,12 eV, pri T = 0 K pa 1,21 eV. Koncentracija lastnih nosilcev naboja v siliciju v normalnih pogojih je približno 1,5 × 10 10 cm-3 [vir ni naveden 342 dni].

1. Dielektrična prepustnost: \\ t

2. Mobilnost elektronov: 1300-1450 cm² / (v · c).

3. Mobilnost lukenj: 500 cm² / (v · c).

4. Širina prepovedanega območja je 1,205-2,84 × 10 -4 · T

5. Življenjska doba elektronov: 5 ns - 10 ms

6. Elektronska prosta pot: približno 0,1 cm

7. Dolžina prostega teka luknje: približno 0,02 - 0,06 cm

Načini za pridobivanje silicija

Prosti silicij lahko dobimo z žganjem finega belega peska z magnezijem, ki je po kemijski sestavi skoraj čisti silicijev oksid,

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

amorfni silicij, ki nastane v tem primeru, ima obliko rjavega prahu, katerega gostota je 2,0 g / cm3.

V industriji se silikoni tehnične kakovosti pridobijo z zmanjšanjem taline SiO 2 s koksom pri približno 1800 ° C v obločnih pečeh. Čistost tako pridobljenega silicija lahko doseže 99,9% (glavne nečistoče so ogljik, kovine).

Možno nadaljnje čiščenje silicija iz nečistoč.

Čiščenje v laboratorijskih pogojih se lahko izvede s predhodno pripravo magnezijevega silicida Mg 2 Si. Nadalje, plinasti monosilan SiH4 dobimo iz magnezijevega silicida z uporabo klorovodikove ali ocetne kisline. Monosilan se prečisti z destilacijo, sorpcijo in drugimi metodami, nato pa razgradi v silicij in vodik pri temperaturi približno 1000 ° C.

· Čiščenje silicija v industrijskem merilu poteka z neposrednim kloriranjem silicija. Nastanejo spojine zmesi SiCl 4 in SiCl 3 H. Ti kloridi se očistijo iz nečistoč na različne načine (običajno z destilacijo in nesorazmerjem) in jih reduciramo v končni fazi s čistim vodikom pri temperaturi od 900 do 1100 ° C.

· Razvoj cenejših, čistejših in učinkovitejših industrijskih tehnologij čiščenja silicija. Za leto 2010 to vključuje tehnologijo čiščenja silicija, ki uporablja fluor (namesto klora); tehnologije za destilacijo silicijevega monoksida; tehnologije, ki temeljijo na jedkanju nečistoč, ki se osredotočajo na interkristalne meje.

Metodo izdelave silicija v njegovi čisti obliki je razvil Nikolaj Nikolajič Beketov.

Največji proizvajalec silicija v Rusiji je OKRusal - silicij se proizvaja v obratih v mestu Kamensk-Uralsky (regija Sverdlovsk) in mestu Shelekhov (regija Irkutsk).

Silicijeve spojine in njihove lastnosti

Povezave silicija

Silicijev karbid (SiC) silani (Si n H 2n + 2) fluorosilikatna kislina (H 2) silikatne kisline (SiO 2 · n H 2 O) silicijev oksid (II) (SiO) silicijev oksid (IV) (SiO 2) silikagel s feldspat ( n SiO2 · m H 2 O) Silikonsko olje Silikoni (n) Vanadijev silicid (V 3 Si) Renijev silicid (ReSi) Molibdenov silicid (MoSi 2) Antimonov silikat (Si 3 Sb 4) Bizmutov silicid (Si 3 Bi 4) Polonijev silicid (SiPo 2) Kalcijev silicid (CaSi 2) manganov silicid (Mg 2 Si) triklorosilan (SiHCl 3) silicijev klorid (IV) (SiCl 4) silicijevi kloridi silicijev nitrid (Si 3 N 4) silicijev tetraiodid (SiI 4) silicijev tetrabromid (SiBr 4) sulfid silicij (SiS 2) Moissanite

S kemičnimi lastnostmi je silicij nekovinski. Ker je na zunanji energijski ravni 4 elektrona, je stopnja oksidacije -4 in + 4 značilna za silicij. Kemično je silicij malo aktiven, pri sobni temperaturi reagira le s fluorovim plinom in nastane hlapen silicijev tetrafluorid:

Si + 2F 2 = SiF 4

Ko se segreje, zdrobljeni silicij reagira s kisikom in tvori silicijev oksid (IV):

Si + O2 = SiO2

Kisline (razen mešanice vodikovega fluorida in dušika) ne vplivajo na silicij. Vendar pa se raztopi v alkalijah, ki tvorijo silikat in vodik.

Si + 2 NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2

V spojinah silicija kaže stopnjo oksidacije +4 ali -4, saj je stanje sp3 hibridizacije orbitalov bolj značilno za silicijev atom. Zato je silicij v vseh spojinah razen silicijevega oksida (II) SiO tetravalenten.

Kemično silicij je neaktiven. Pri sobni temperaturi reagira le s plinastim fluorom in nastane hlapen silicijev tetrafluorid SiF 4. Ko se segreje na temperaturo 400-500 ° C, silicij reagira s kisikom in tvori SiO2 dioksid, s klorom, bromom in jodom, da se tvorijo ustrezni hlapni tetrahalidi SiHalogena 4.

Silicij ne reagira neposredno z vodikom, posredno pa dobimo silicijeve spojine z vodikom - silani s splošno formulo Si n H 2n + 2 -. Monosilan SiH 4 (pogosto se imenuje preprosto silan) se sprosti, ko kovinski silicidi vplivajo na kisle raztopine, na primer:

Ca2Si + 4HCl → 2CaCl2 + SiH4.

Silan SiH 4, ki nastane pri tej reakciji, vsebuje mešanico drugih silanov, zlasti disilana Si 2 H 6 in trisilana Si 3 H 8, v katerem je veriga silicijevih atomov, vezana z enojnimi vezmi (-Si-Si-Si-). .

S dušikom silicij pri temperaturi okoli 1000 ° C tvori nitrid Si 3 N 4, z bor - termično in kemično odpornimi boridi SiB 3, SiB 6 in SiB 12. Za spojino silicija in njen najbližji analog na periodni tabeli - ogljik - silicijev karbid SiC (karborund) je značilna visoka trdota in nizka kemijska aktivnost. Karborund se pogosto uporablja kot abraziv.

Ko se silicij segreje s kovinami, se pojavijo silicidi. Silicide lahko razdelimo v dve skupini: ionsko-kovalentni (alkalijske kovine, silicidi zemeljskoalkalijskih kovin in tip Ca 2 Si, Mg 2 Si itd.) In kovinski (silicidi prehodnih kovin). Silicidi aktivnih kovin se razgrajujejo pod vplivom kislin, silikidi prehodnih kovin so kemično stabilni in se ne razgradijo pod vplivom kislin. Kovinski silikidi imajo visoke talilne točke (do 2000 ° C). Najpogosteje nastajajo kovinski silikidi iz sestavkov MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 in MeSi2. Kovinski silikidi so kemično inertni, odporni na delovanje kisika tudi pri visokih temperaturah.

Ko SiO2 reduciramo s silicijem pri visokih temperaturah, nastane silicijev oksid (II) SiO.

Za silicij je značilna tvorba organosilicijevih spojin, v katerih so atomi silicija združeni v dolge verige s premostitvenimi atomi kisika -O-, in na vsak atom silicija, razen dveh atomov O, sta vezana še dva organska ostanka R1 in R2 = CH3, C 2H5, C6H5, CH2CH2CF3, itd.

4. Si + 2HNO3 = Si02 + NO + NO2 + H20

5. Si02 + 4HF = SiF4 + 2H2O

6. 3SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 + H2SiO3

Za jedkanje silicija se lahko uporabijo vodne raztopine alkalij. Jedkanje silicija v alkalnih raztopinah se začne pri temperaturi raztopine nad 60 ° C.

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

4. K2SiO3 + 2H2O↔H2SiO3 + 2KOH

je gradivo o najbolj odporni naravni spojini silicija - silicijevega oksida (IV). To so kremen, kremen, prozorni kristali kremenov - rock kristal, finokristalna sorta kvarca - jaspis, fini kremenovi zrni - pesek (vsi vzorci so predstavljeni na razstavi in so prikazani). Silikati so tudi v naravi zelo pogosti.

Na primer:

Kaolinit je glavna sestavina bele gline.

Iz umetnih silikatov sta najpomembnejša keramika, steklo in cement. Spoznajmo se s proizvodnjo nekaterih materialov, ki jih proizvaja silikatna industrija, več.

Silicon - Nutrient

V človeškem telesu je vsebnost silicija 7-10 let, najdemo jo v krvi, v mišicah, v imunsko kompetentnih organih - v timusni žlezi in nadledvičnih žlezah. Silicij je glavni strukturni element v človeškem telesu, če je kalcij sestavni del togih kostnih struktur mišično-skeletnega sistema, potem je silicij sestavni del prožnih struktur, potreben je za nastanek in razvoj vezivnega tkiva, ki je široko zastopano v našem telesu - kosti, sklepi, hrustanec, kite, očesne leče, krvne žile, koža, sluznice, lasje in nohti. Vezivno tkivo ima lastnost, ki jo ločuje od drugih tkiv telesa - sposobnost regeneracije (obnovitve). Visoka vsebnost silicija v veznem tkivu je posledica njegove prisotnosti v sestavi proteinskih kompleksov, ki tvorijo okostje tkiv in jim dajejo moč in elastičnost. Silicij sodeluje pri kemijskih reakcijah, ki zadržujejo posamezna vlakna kolagena in elastina, preprečujejo nastanek gub, normalizirajo hidracijo kože, krepijo lase in nohte. Silicijeve spojine so bistveni aktivatorji regeneracije vezivnega tkiva v človeškem telesu, pospešujejo presnovne procese v telesu, spodbujajo rast kožnih celic, proizvodnjo kolagena, elastina in keratina. Sposobnost silicija za strukturiranje vode in telesnih tekočin je znana, zmanjšuje površinsko napetost vode, zaradi česar je bolj biološko uporabna, zato silicij spodbuja hidracijo celic in tkiv. Ugotovljeno je bilo, da je pri otrocih nasičenost telesnih tkiv s tekočino višja kot pri starejših, zato ima silicij pomembno vlogo pri preprečevanju procesa staranja telesa. Silicij kot strukturni antioksidant blokira procese lipidne peroksidacije, kar pozitivno vpliva na povečanje zaščitne funkcije kože in povečuje odpornost las in nohtov na oksidativno delovanje prostih radikalov. Ker je biološka starost osebe natančno določena s hitrostjo presnovnih procesov, je pomanjkanje silicija v telesu eden od vzrokov staranja.

Znanstvene študije so pokazale, da silicij sodeluje pri presnovi več kot 70 elementov v sledovih (kalcij, magnezij, fluor, natrij, žveplo, aluminij, cink, molibden, mangan, kobalt in mnogi drugi), ki se ne absorbirajo, če telo nima silicija. Pomanjkanje silicija v telesu pomeni mikroelemente, motnje v delovanju mnogih telesnih sistemov in presnovne motnje. Kršitev silicijevega metabolizma vodi do anemije, osteoporoze, izpadanja las, bolezni sklepov, tuberkuloze, sladkorne bolezni, raka kože, žolčnih kamnov in urolitiaze.

Edinstvena sposobnost silicija za čiščenje živih organizmov je že dolgo znana, njene organske spojine pa lahko tvorijo v vodnem okolju telesa bioelektrično nabite sisteme, ki “držijo” viruse gripe, hepatitisa, herpesa, patogenov, gliv in jih deaktivirajo sami. Znano je, da pomanjkanje silicija vedno spremlja disbakterioza, katere najpogostejša manifestacija je kandidoza, ki se kaže kot ulcerozne lezije ustne sluznice, nosu, zgornjih dihal, prebavnega trakta in sečil. Silicijevi koloidi tvorijo kompleksne spojine s kandidi in njihovimi toksini in jih odstranijo iz telesa. Normalna flora črevesja, ki vključuje bifidobakterije in laktobacile, nima možnosti povezovanja s koloidnimi silicijskimi sistemi in ostaja v črevesju, kar je zelo pomembno za normalno delovanje.

prebavnega trakta. Da ne omenjamo vrednosti silicija za imunski sistem: krvne celice, ki so odgovorne za zaščitne funkcije telesa (monociti, limfociti) in proizvajajo zaščitna protitelesa, so predstavniki vezivnega tkiva. Zato pomanjkanje silicija zmanjšuje imunost in pojavljajo se dolgotrajne različne bolezni, najpogosteje gnojni procesi - furunkuloza, abscesi, sinusitis, otitis, tonzilitis, neozdravljive rane in fistule. Dokazano je bilo, da so številne hude bolezni (rak, tuberkuloza, gobavost, katarakta, hepatitis, dizenterija, revmatizem, artritis) povezane s pomanjkanjem silicija v tkivih ali s kršitvijo njegove presnove. Silicij ima protivnetno in imunostimulirajoč učinek pri okužbah dihal in kroničnem bronhitisu, zmanjšuje alergijske reakcije pri bronhialni astmi. Znanstveniki so že dolgo pozorni na dejstvo, da je na območjih, kjer je zemlja bogata s silicijem, rak zelo redka.

Silikon dobimo z vodo, rastlinsko in živalsko hrano, dnevna potreba po siliciju je 20-30 mg, zlasti nosečnice, doječe matere in otroci potrebujejo silicij posebej. Organi in sistemi se aktivno oblikujejo v otroškem organizmu in potreba po zavezujočem elementu je veliko večja kot pri odraslem. Pri pomanjkanju silicija v telesih otrok se razvija rahitis, uničujejo zobje in napreduje karies, otroci zaostajajo v telesnem in intelektualnem razvoju. Pri odraslih se karies pridruži izpadanju las, krhkosti in krhkim nohtom. S starostjo se vnos silicija zmanjša, kalcij zavzame mesto v kosteh, tako da kosti izgubijo elastičnost, se strdi, postanejo krhke, pojavi se osteoporoza. Približno na enak način se v telesu razvije osteohondroza: medvretenčne hrustanec se napolni s kalcijem, izgubi elastičnost, postane tanjša, njihova mobilnost pa se poslabša. Pri zmanjševanju količine silicija v telesu se kostno tkivo ne absorbira kalcija, v obliki soli, ki se odlaga v sklepih, v obliki peska in kamenja - v žolčniku in ledvicah, kar povzroča pojav protina. V procesu staranja se tveganje za zlome bistveno poveča, dokazano je, da se v mestu zloma pojavi močna akumulacija silicija in se njegova količina poveča 50-krat v primerjavi z zdravimi kostnimi območji. Telo ga pošlje v problematično območje "za pomoč" za hitro nastajanje novega kostnega tkiva. Vključitev silicija spodbuja fiksacijo kalcija v kosteh, izboljšuje elastičnost in mišični tonus, krepi vezi in hrustanca v sklepih. Znano je, da je starost osebe lahko ocenjena po stanju njegovih krvnih žil. Leta 1957 so francoski znanstveniki opisali dejstva, ki potrjujejo, da je ateroskleroza zelo nizka vsebnost silicija v stenah krvnih žil. Ko je silicij pomanjkljiv, ga kalcij nadomešča, zato se elastičnost krvnih žil zmanjšuje, hkrati pa se poveča prepustnost njihovih sten, holesterol prodre v kri skozi poškodbe, ki se oblikujejo iz tkiv in se nabirajo na stenah krvnih žil, da tvorijo plasti holesterola. Ta proces vodi do vazokonstrikcije in povzroča angino pektoris, srčni napad, aritmijo, kap, hipertenzijo, duševne motnje, motnje spomina itd. S pomanjkanjem silicija trpijo elastičnost in venske žile, vene se raztezajo in spremenijo svoj položaj, pojavi se krčne bolezni spodnjih okončin. Zadostna količina silicija v dnevnem obroku lahko obnovi notranjo sluznico krvnih žil, vrne elastičnost, izboljša venski krvni obtok in pomaga zmanjšati holesterol z nizko gostoto. Silicij je univerzalni in popolnoma varen spodbujevalec proizvodnje energije v telesu, ko vstopa v celice telesa.

obstaja aktivna sinteza adenozin trifosfata (ATP) - molekule, ki zagotavlja energijo za vse biokemične procese, ki se pojavljajo v celicah.

Biološka vloga

Za nekatere organizme je silicij pomembno hranilo. Je del podpornih formacij v rastlinah in skeletnih živalih. Silicij je v velikih količinah koncentriran z morskimi organizmi - diatomi, radiolarije, spužve. Velike količine silicijevega koncentrata preslice in trave, najprej - poddružine Bamboosov in Risovodnih, vključno s sejanjem riža. Človeško mišično tkivo vsebuje (1-2) × 10 -2% silicija, kostno tkivo - 17 × 10 -4%, kri - 3,9 mg / l. Vsak dan do 1 g silicija vstopi v človeško telo s hrano.

Silicijeve spojine so relativno netoksične. Zelo nevarno pa je vdihavanje visoko razpršenih delcev silikatov in silicijevega dioksida, ki nastajajo, na primer, med eksplozivnimi deli, pri udarjanju kamnin v rudnikih, pri peskalnih strojih itd. SiO 2 mikrodelci, ki padejo v pljuča, kristalizirajo v njih in nastali kristali uničijo pljučno tkivo in povzročijo hudo bolezen - silikozo. Da bi preprečili vstop nevarnega prahu v pljuča, je treba uporabiti respirator za zaščito dihal.

Silikatna industrija

Gzhel je eden tradicionalnih ruskih centrov za proizvodnjo keramike. To je obsežno območje, ki ga sestavlja 27 vasi, združenih v Gzhelskem Bushu, ki se nahaja približno 60 kilometrov od Moskve ob železniški progi Moskva-Murom-Kazan, zdaj pa je to Ramensko okrožje Moskovske regije (prikazano na zemljevidu Moskovske regije).

Že od nekdaj je bil Gzhel znan po svojih glinah. Veliki ruski znanstvenik M. V. Lomonosov, ki je cenil geljansko glino, je o njih napisal takšne vzvišene besede: »Težko je najti kakšno zemljo, ki bi bila najčistejša in brez uporabe, kjer nas na svetu kemiki imenujejo Gzhelian, kar še nikoli nisem videl lepše kot bela« Do sredine XVIII. Stoletja je Gzhel izdeloval lončenino, običajno za tisto čas, izdeloval opeke, lončarske cevi, pa tudi primitivne otroške igrače.

Druga polovica XVIII. Stoletja - polfaience, pridobljena kot vmesni material v iskanju porcelanskega recepta, pobarvana z modro smaltjo na sivi, debeli, porozni delci. Slika na kvasniki, vrči, krožniki so nosili grafični značaj in izgledali so kot naslikani oris.

Začetek XIX. Stoletja - obdobje porcelana. Porcelan zasebnih tovarn v Gzhelu se je odlikoval z veliko svetlostjo, kombinacijo kontrastnih barv različnih oblik vsakdanjih predmetov.

Leta 1972 je sodoben Gzhelov slog nastal s kobaltno modro barvo.

Vitki umetniški sistem Gzhelovih pisnih tehnik se je utrdil v posameznih rokopisih in značilnih načinih izvajalcev. Z uporabo istega sklopa slikovnih elementov v svojem delu je vsak umetnik ustvaril svojo lastno individualno slikarsko zgodbo: šopek ali ločen cvet, živalski ali rastlinski svet ter podobe ljudi.

Pomembna značilnost Gzhelovega modro-belega porcelanskega slikarstva je slikovit začetek. Velik pomen se pripisuje gibanju krtače, ki je sposobna ustvariti množico subtlestnih stopenj modre barve: od zvočnega nasičenega do zabrisanega modrega. Slika v kombinaciji z belim ozadjem na površini izdelka ustvari šablonski vzorec: v središču - svetlo, veliko mesto - podobo cvetja, okoli svetlobe razprševanja vej z listi in jagodami, kodre, vitice.

Barve iz porcelana, pobarvane s kobaltovim (II) oksidom.

Zdaj je nemogoče natančno povedati, kdo in kdaj je izumil steklo. Znano je samo, da je steklo eden najstarejših izumov človeštva. Tako je ogrlica, ki jo najdemo na vratu mumije egiptovske kraljice Hatshepsut, ki je sestavljena iz zelenkasto-črnih steklenih kroglic, stara 3400 let. Veliki mojstri proizvodnje različnih steklenih izdelkov so bili rimski steklarji. Izdelali so vrči za vodo, olje in vino, skodelice in skodelice, vaze, solze - drobne parfumske steklenice. Velik prispevek k razvoju umetniškega izdelovanja stekla v Rusiji je naredil Lomonosov. V tistem, ki ga je ustvaril leta 1748

okoli 4000 poskusov na vrelišču barvnega stekla je opravil kemični laboratorij, za katerega Lomonosov »ni le sestavljal receptov, temveč tudi materiale ... z lastnimi rokami večinoma visel in spravljal v pečici ...« Na podlagi receptov, ki jih je razvil Lomonosov, tovarna stekla v Ustu Rudita je leta 1753 začela proizvajati večbarvno prozorno steklo za izdelavo kroglic, posod in druge galanterije ter neprosojno za mozaik. Iz takega stekla, Lomonosov naredil več mozaik slike, med katerimi "Poltava bitko", ki je prejela največjo slavo in je preživela do danes.

Sestava konvencionalnega okenskega stekla je izražena kot Na2O * CaO * 6SiO2

Za izdelavo navadnega stekla uporabljamo kremenčev pesek, soda in apnenec. Te snovi so temeljito premešane in izpostavljene močnemu segrevanju. Kemijo postopka lahko predstavimo na naslednji način: med fuzijo nastanejo natrijevi in kalcijevi silikati, ki se nato zlijejo s silicijevim dioksidom (v presežku):

Si02 + Na2C03 = Na2Si03 + C02

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2

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

Za posebno steklo spremenite sestavo začetne zmesi. Zamenjava sode Na 2 CO 3 s kalijevim kloridom K 2 CO 3, dobimo ognjevzdržno steklo (za kemično steklovino). Zamenjajte s kredo CaCO 3 svinčev oksid (II) PbO in kalijevo soda, da dobite kristalno steklo. Je precej mehka in taljiva, vendar zelo težka, odlikuje jo močan sijaj in visok koeficient refrakcije svetlobe, ki razgrajuje svetlobne žarke na vse barve mavrice in povzroča igro svetlobe.

Vkljućitev borovega oksida namesto alkalnih sestavin daje to ognjevzdrżne lastnosti stekla.

Navadna steklena masa po ohlajanju ima rumenkasto-zelen ali modrozeleni odtenek. Steklo se lahko obarva, če je sestava mešanice vključena v določene kovinske okside. Železne spojine barve stekla v barvah - od modrozelene in rumene do rdeče-rjave, manganovega (IV) oksida - od rumene in rjave do vijolične, kromovega (III) oksida v travno zeleni, kobaltov (II) oksid - modre, Nikljev (II) oksid - od vijolične do sivo-rjave barve, natrijevega sulfida - do rumenega, bakrovega (II) oksida - do rdečega.

V človeškem življenju je steklo pridobilo ogromen pomen. Viden je povsod, na vsakem koraku - v vsakdanjem življenju našega življenja, v industriji, v tehnologiji, v znanosti, v umetniških delih. Okna, steklenice, svetilke, ogledala, steklo domače in laboratorijske steklene posode, optično steklo (od očal za očala do kompleksnih anastigmatov), leče neskončnih optičnih naprav - od mikroskopov do teleskopov. Težko je našteti vse uporabe stekla in je nemogoče prešteti različne predmete iz njega. Ta material, zaradi svojih edinstvenih lastnosti, uživa in verjetno je šarmanten, bo vedno prisoten v življenju, sposobnem ceniti njegovo lepoto.

Zaključek

Tako je danes dokazano, da silicij prispeva k:

· Čiščenje in krepitev telesa ter učinkovita absorpcija hranil, makro- in mikrohranil

· Povečajte splošni tonus, povečajte energetske vire telesa, izboljšajte duševno aktivnost, upočasnite proces staranja

· Odprava motenj, ki jih povzročajo škodljivi učinki prostih radikalov, preprečevanje razvoja mnogih kroničnih bolezni

Silicijevi atomi so osnova gline, peska in kamenja. Večina skorje je sestavljena iz anorganskih silicijevih spojin (28 vol.%). Lahko rečemo, da je celoten anorganski svet povezan s silicijem. V naravnih pogojih so silicijevi minerali najdeni tudi v kalcitih in kredi. Silicij je drugi element po kisiku v rezervah v skorji in predstavlja približno tretjino njegove celotne teže. Vsak 6 atomov v zemeljski skorji je silicijev atom. Silicij v morski vodi vsebuje še več kot fosfor, ki je tako potreben za življenje na Zemlji. V našem telesu se silicij nahaja v ščitnici, nadledvičnih žlezah, hipofizi. Najvišjo koncentracijo ima v laseh in nohtih. Silicij je tudi sestavni del kolagena - glavnega proteina vezivnega tkiva. Njegova glavna vloga je sodelovanje v kemijski reakciji, pritrjevanje posameznih vlaken kolagena in elastina, kar daje moč in elastičnost vezivnega tkiva. Pomanjkanje silicija v telesu vodi do: osteomalacije (mehčanje kosti), bolezni oči, zob, nohtov, kože in las; pospešeno poslabšanje sklepnega hrustanca; erizipele kože; kamni v jetrih in ledvicah; disbakterioza; ateroskleroza. Ugotovljeno je bilo razmerje med koncentracijo silicija v pitni vodi in bolezni srca in ožilja. Tuberkulozo, sladkorno bolezen, gobavost, hepatitis, hipertenzijo, katarakte, artritis, rak spremlja zmanjšanje koncentracije silicija v tkivih in organih ali motnje v njeni presnovi. Medtem, naše telo izgubi silicij dnevno - v povprečju zaužijemo 3,5 mg silicija na dan s hrano in vodo ter izgubimo približno 9 mg na dan.

Literatura

· Samsonov. GV Silicidi in njihova uporaba v tehnologiji. Kijev, Založba Akademije znanosti Ukrajinske SSR, 1959. 204 str.

Aleshin E.P., Aleshin N.E. Moskva, 1993. 504 str.

"Ogljik in silicij" - Dobro poliran diamant - diamant. Mehki grafit ima večplastno strukturo. Silicijev oksid (IV). Zrcalni ogljik ima večplastno strukturo. Kemijske lastnosti Ogljik. Grafit Metode pridobivanja: laboratorijske in industrijske. Steklo Eden najmehkejših med trdnimi snovmi. Več kot 99% ogljika v ozračju je v obliki ogljikovega dioksida.

"Silicij" - medsebojno delovanje s kovinami. Splošne značilnosti silicija na položaju v periodičnem sistemu. Uporaba. Izdelki iz silikatne industrije. Silikati - soli silicijeve kisline. Silicidi V laboratorijih se silicij proizvaja z zmanjšanjem silicijevega oksida SiO2. Struktura silicijevega atoma. Do konca zunanje ravni silicija nima 4 elektronov.

"Silicon Lesson" - o manifestaciji nekovinskih in kovinskih lastnosti. Izberite pravilne izjave: Oksidi, ogljik in silicijevi hidroksidi? Narava oksida: a) bazična, b) kisla, c) amfoterna. Vrste veznih in kristalnih mrež v enostavnih snoveh. Silikatna industrija. Ekspresna anketa. Cvet - pet cvetov.

"Silikonske spojine" - kubična rešetka s sredinsko glavo. Jasper Minerali na osnovi SiO2. Agat Silicij in njegove spojine. Silikati in vodik. Ametist. Pridobivanje silikatov. Pridobivanje silicija v laboratoriju. Uporaba silicija. Kemijske lastnosti SiO2. Naravni silikati. Sorte kremena. Odkritje silicija. Silicijev oksid.

"Izotopi silicija" - proizvodnja monokristalnega semena. Porazdelitev koncentracije izotopov po dolžini semena. Možnosti uporabe monoizotopnega silicija. Toplotna prevodnost izotopsko obogatenega silicija-28. Ramanski spektri izotopsko obogatenega silicija. Crucible Odvisnost pasovne vrzeli silicija na atomsko maso.

"Silicij in njegove spojine" - Silicij je lahko oksidant in reducent. Kristalna mreža silicija spominja na strukturo diamanta. Silikati Silikati predstavljajo več kot 1/4 mase celotne skorje. Keramika. Silicij so prvič odkrili leta 1811 Gay-Lussac in Tenar. Sodobne lončarske jedi. Upoštevajte naravne silicijeve spojine.

Skupaj je predstavljenih 6 predstavitev.

Občinska izobraževalna ustanova

"Srednja šola št. 6"

Mesta v Muromu

Izvleček v kemiji na temo:

»Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe. Silicij - biogeni element "

Izpolnjen študent 8 V razredu

Shvetsova Tatyana

Vodja Kornyshova S.S.

Uvod 3

Zgodovina odkrivanja silicija 4

Silicij v naravi in industrijsko rudarstvo 5

Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe 7

Načini pridobivanja silicija 10

Silicijeve spojine in njihove lastnosti 11

Silicij - hranilo 14

Silikatna industrija 17

Zaključek 19

Literatura 20

Uvod

Cilj: Preučiti lastnosti silicija in njegovih naravnih spojin, izboljšati znanje o strukturi atomov.

· Določite strukturo silicija, vrednost silicija in njegovih spojin ter njihovo praktično uporabo.

· Označite vrednost silicija kot hranilo

· Opredelite glavna področja silikatne industrije

Zgodovina odkrivanja silicija

Silicij je element glavne podskupine četrte skupine tretjega obdobja periodnega sistema kemijskih elementov. I. Mendeleev, z atomsko številko 14. Označena s simbolom Si (lat. Silicij).

Pure Creme so leta 1811 izolirali francoski znanstveniki Joseph Louis Gay-Lussac in Louis Jacques Tenard.

Biti v naravi

Silicij v naravi in industrijsko rudarstvo

Obstajajo ločena dejstva o iskanju čistega silicija v njegovi naravni obliki: kovinski silicij v ijolitah v masivu vročega rudarjenja, petrologija navadnih hondritov.

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

Silicij, njegove lastnosti in alotropne spremembe

Podobno kot premog se nanaša na ognjevzdržne snovi.

Kristalna struktura silicija.

Kemijske lastnosti

1. Si + 2HNO3 = Si02 + NO + NO2 + H20

2. Si02 + 4HF = SiF4 + 2H2O

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

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

2. K2SiO3 + 2H2O↔H2SiO3 + 2KOH

Fizične lastnosti

Elektrofizične lastnosti

Elementarni silicij v enokristalni obliki je posredni polprevodnik pasne vrzeli. Razpon pasu v sobi

temperatura je 1,12 eV, pri T = 0 K pa 1,21 eV. Koncentracija lastnih nosilcev naboja v siliciju v normalnih pogojih je približno 1,5 × 10 10 cm-3 [vir ni naveden 342 dni].

1. Dielektrična prepustnost: \\ t

2. Mobilnost elektronov: 1300-1450 cm² / (v · c).

3. Mobilnost lukenj: 500 cm² / (v · c).

4. Širina prepovedanega območja je 1,205-2,84 × 10 -4 · T

5. Življenjska doba elektronov: 5 ns - 10 ms

6. Elektronska prosta pot: približno 0,1 cm

7. Dolžina prostega teka luknje: približno 0,02 - 0,06 cm

Načini za pridobivanje silicija

Prosti silicij lahko dobimo z žganjem finega belega peska z magnezijem, ki je po kemijski sestavi skoraj čisti silicijev oksid,

· SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si,

amorfni silicij, ki nastane v tem primeru, ima obliko rjavega prahu, katerega gostota je 2,0 g / cm3.

Možno nadaljnje čiščenje silicija iz nečistoč.

Metodo izdelave silicija v njegovi čisti obliki je razvil Nikolaj Nikolajič Beketov.

Največji proizvajalec silicija v Rusiji je OKRusal - silicij se proizvaja v obratih v mestu Kamensk-Uralsky (regija Sverdlovsk) in mestu Shelekhov (regija Irkutsk).

Silicijeve spojine in njihove lastnosti

Povezave silicija

Si + 2F 2 = SiF 4

Ko se segreje, zdrobljeni silicij reagira s kisikom in tvori silicijev oksid (IV):

Si + O2 = SiO2

Kisline (razen mešanice vodikovega fluorida in dušika) ne vplivajo na silicij. Vendar pa se raztopi v alkalijah, ki tvorijo silikat in vodik.

Si + 2 NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2

Ca2Si + 4HCl → 2CaCl2 + SiH4.

Ko SiO2 reduciramo s silicijem pri visokih temperaturah, nastane silicijev oksid (II) SiO.

4. Si + 2HNO3 = Si02 + NO + NO2 + H20

5. Si02 + 4HF = SiF4 + 2H2O

6. 3SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 + H2SiO3

Za jedkanje silicija se lahko uporabijo vodne raztopine alkalij. Jedkanje silicija v alkalnih raztopinah se začne pri temperaturi raztopine nad 60 ° C.

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

4. K2SiO3 + 2H2O↔H2SiO3 + 2KOH

Na primer:

Kaolinit je glavna sestavina bele gline.

Iz umetnih silikatov sta najpomembnejša keramika, steklo in cement. Spoznajmo se s proizvodnjo nekaterih materialov, ki jih proizvaja silikatna industrija, več.

Silicon - Nutrient

obstaja aktivna sinteza adenozin trifosfata (ATP) - molekule, ki zagotavlja energijo za vse biokemične procese, ki se pojavljajo v celicah.

Biološka vloga

Silikatna industrija

Začetek XIX. Stoletja - obdobje porcelana. Porcelan zasebnih tovarn v Gzhelu se je odlikoval z veliko svetlostjo, kombinacijo kontrastnih barv različnih oblik vsakdanjih predmetov.

Leta 1972 je sodoben Gzhelov slog nastal s kobaltno modro barvo.

Barve iz porcelana, pobarvane s kobaltovim (II) oksidom.

Sestava konvencionalnega okenskega stekla je izražena kot Na2O * CaO * 6SiO2

Si02 + Na2C03 = Na2Si03 + C02

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2

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

Vkljućitev borovega oksida namesto alkalnih sestavin daje to ognjevzdrżne lastnosti stekla.

Zaključek

Tako je danes dokazano, da silicij prispeva k:

· Čiščenje in krepitev telesa ter učinkovita absorpcija hranil, makro- in mikrohranil

· Povečajte splošni tonus, povečajte energetske vire telesa, izboljšajte duševno aktivnost, upočasnite proces staranja

· Odprava motenj, ki jih povzročajo škodljivi učinki prostih radikalov, preprečevanje razvoja mnogih kroničnih bolezni

Literatura

· Samsonov. GV Silicidi in njihova uporaba v tehnologiji. Kijev, Založba Akademije znanosti Ukrajinske SSR, 1959. 204 str.

Aleshin E.P., Aleshin N.E. Moskva, 1993. 504 str.

Allotropija (od antične grščine. Αλλος - "drugo", τροπος - "turn, lastnina") - obstoj dveh ali več preprostih snovi istega kemičnega elementa, drugačne po zgradbi in lastnostih - tako imenovane alotropne modifikacije ali oblike.

Pojav alotropije je posledica bodisi različne sestave molekul preproste snovi (alotropija sestave) bodisi metode postavljanja atomov ali molekul v kristalno mrežo (alotropija oblike).

2.1 Kristalni silicij

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 uporaba silicija v obliki tankih plasti (epitaksialnih plasti) kristalne in amorfne strukture na različnih substratih. Temno siva snov z kovinskim sijajem, velika trdota, krhkost, polprevodnik, inertna.

Odvisno od cilja se razlikujejo:

1 Silicij elektronske kakovosti (tako imenovani "elektronski silicij") - silicij najvišje kakovosti z vsebnostjo silicija več kot 99,999 mas.%, Višje življenjske dobe (več kot 25 μs), ki se uporablja za proizvodnjo polprevodniških elektronskih naprav, mikrovezij itd. Električna upornost silicija elektronske kakovosti je lahko v območju od okoli 0,001 do 150 Ohm · cm, toda odpornost mora biti zagotovljena izključno z nečistočo, t.j. in zagotavljanje predpisane električne upornosti je praviloma nesprejemljivo. Večina silicijevih kristalov elektronske kakovosti je tako imenovana. "Kristali brez dislokacij", t.j. gostota dislokacij v njih ne presega 10 cm-2, v nekaterih primerih pa se tudi za izdelavo elektronskih naprav uporabljajo ingoti z dvojno ali celo polikristalno strukturo.

2 Solarni razred silicija (tako imenovani "sončni silicij") je silicij z vsebnostjo silicija več kot 99,99 mas.%, S povprečnimi vrednostmi neravnotežnih življenjskih dob in nosilnostjo (do 25 μs in do 10 cm), ki se uporabljajo za \\ t proizvodnja fotovoltaičnih celic (sončne celice);

3 Tehnični silicijevi bloki silicija polikristalne strukture, pridobljeni po metodi karbotermnega redukcije iz čistega kremenovega peska; vsebuje 98% silicija, glavna nečistota je ogljik, ima visoko vsebnost legirnih elementov - bor, fosfor, aluminij; uporabljajo predvsem za proizvodnjo polikristaliničnih

silicij; v obdobju 2006–2009 Zaradi pomanjkanja silikonskih surovin za sončno energijo je bil ta material uporabljen za proizvodnjo kristalnega silicija sončne kakovosti: v ta namen je bilo dodatno čiščenje tehničnega silicija izvedeno z drobljenjem na interkristalnih mejah in jedkanju, ki se je koncentriralo na meje, nato je bila izvedena rekristalizacija po eni od zgoraj navedenih metod)

Glede na metodo rekristalizacije obstajajo:

- monokristalni silicij - cilindrični silikonski ingoti mono- in polikristalne strukture s premerom do 400 mm, dobljeni po Czochralski metodi. V monosilikonu je kristalna struktura enakomerna, brez meja zrn (kar je opazno tudi po videzu). Uredna razporeditev silicijevih atomov v enojni kristalni rešetki silicija ustvarja jasno strukturo pasu. Vsak silicijev atom ima 4 elektrone na zunanji lupini. Elektroni sosednjih atomov tvorijo pare, ki pripadajo obema atomoma hkrati, zato ima vsak atom 4 vezi s sosednjimi atomi.

Obnašanje monokristalnega silicija je dobro predvidljivo, vendar je zaradi nizke stopnje rasti in kompleksnosti proizvodnega procesa najdražja vrsta silicija. Monokristalni silicij je osnova sodobne elektronske tehnologije. Izdelane so izjemno visoke zahteve za čistost in popolnost strukture. Koncentracije električno aktivnih dodatkov so običajno v območju 10 13 –10 18 cm3, električno aktivne nečistoče v ozadju so manjše od 10 15 cm3, električno neaktivne nečistoče pa so manjše od 10 18 –10 19 cm3. Glavne vrste strukturnih napak so tako imenovani mikroodpadki. Praviloma so to majhne dislokacijske zanke ali grozde notranjih in nečistočnih napak.

- monokristalni silicijevi brezkrvni - cilindrični silicijevi ingoti monokristalne strukture s premerom do 150 mm, dobljeni s postopkom taljenja z zrnastim pasom;

- večsilikonski - pravokotni bloki silicija polikristalne strukture z dimenzijami do 1000x1000x600mm, dobljeni z metodo usmerjene kristalizacije v posodi. Zaseda vmesni položaj med poli- in monokristalnim silicijem po velikosti in številu kristalov. Veliko je lažje gojiti večkristale silicija kot posamezni kristali, zato je njihova cena nižja. Kakovost multikristala v primerjavi z monokristalom je prav tako nižja zaradi prisotnosti večkratnih zrnastih meja posameznih kristalov, iz katerih je sestavljen multikristal. Meje zrn ustvarjajo dodatne napake v razponu polprevodnikov, ki so lokalna središča z visoko stopnjo rekombinacije, kar vodi do zmanjšanja skupne hitrosti.

manjšinskih prevoznikov. Poleg tega meje zrn zmanjšujejo zmogljivost s preprečevanjem nosilnega toka in ustvarjanjem ranžirnih poti za tok, ki teče skozi p-n spoj.

Da bi se izognili prevelikim izgubam rekombinacije na mejah zrn, mora biti velikost zrn vsaj nekaj milimetrov. Ta pogoj pomeni tudi, da bo velikost posameznega zrna večja od debeline sončne celice, kar bo zmanjšalo odpornost na nosilni tok in skupno dolžino robnih območij v sončni celici. Takšen multikristalni silicij se široko uporablja v komercialnih sončnih celicah.

- polisilicij je silicij visoke čistosti z vsebnostjo nečistote manj kot 0,0001%, sestavljeno iz velikega števila majhnih kristalnih zrn, ki so naključno naravnane ena na drugo.

Pravzaprav je tudi tehnični silicij polikristalen, da bi se izognili zmedi, koncept "polikristalnega silicija" velja samo za zelo čisti polprevodniški silicij. Polisilicij je najčistejša oblika industrijsko proizvedenega silicija in glavni material za mikroelektroniko in sončno energijo - polizdelki, pridobljeni s prečiščevanjem tehničnega silicija s kloridnimi metodami in uporabljeni za proizvodnjo mono- in multikristalnega silicija.

Trenutno je značilna polisilicijska "elektronska" (polprevodniška) kakovost (vsebnost nečistoč manjša od · 10 -10%) in polisilicijska »sončna« kvaliteta (vsebnost nečistoč manj kot 1, 10%), večina polikristalnega silicija na svetu pa v obliki cilindrične palice sive barve z grobo dendritično površino. V sredini palice je »seme« mono ali polisilicija okroglega ali kvadratnega prereza s premerom 8–10 mm. Iz "semena", ki je pravokotno na tvorbo, rastejo zapakirani kristaliti v obliki kratkih iglic s presekom manj kot 1 mm.

Polisilicij je surovina za proizvodnjo naprednejših tipov silicija - multikristalnega silicija (multisilicija) in monokristalnega silicija (monosilicija), na nekaterih področjih pa se lahko uporablja tudi v čisti obliki.

-. silikonski ostanki - potaknjenci, ostanki in drugi čisti odpadki iz proizvodnje silicija po zgoraj opisanih metodah brez oksidacije, se lahko taljeni deli lončka ali obloge - delno razdelijo na podskupine, odvisno od porekla - se uporabljajo kot surovine, ki jih je mogoče reciklirati pri proizvodnji kristalnega silicija;

-. umg-ostanki - metalurško očiščen tehnični silicij - je tehnični silicij, ki se prečisti z medsebojnim delovanjem taline silicija z drugimi snovmi (za ekstrakcijo nečistoč ali njihovo prenašanje v netopno ali plinasto fazo itd.) in po

po usmerjeni kristalizaciji in kasnejši odstranitvi cone koncentracije onesnaževalcev;

-. odpadki, ki nastanejo pri gnilobi, potaknjenci in drugi odpadki pri pridobivanju kristalnega silicija po zgoraj opisanih metodah z ostanki lončka ali oblog, sledovi oksidacije, žlindra - praviloma je to tudi območje, kjer so nečistoče - najbolj umazani silicij - potisnjene nazaj med kristalizacijo - lahko pa se ločijo na podskupine, odvisno od njihovega porekla - po čiščenju iz nečistoč tujih snovi se lahko uporabijo kot dodatek surovinam, ki jih je mogoče reciklirati, po prejemu silicijevih razredov z zmanjšanimi zahtevami glede kakovosti.

Silikonski monokristalni lonček se proizvaja samo elektronsko. Multi-silicij se proizvaja samo s sončno kakovostjo. Monokristalni silicij, cevi in trakovi, dobljeni po metodi Czochralski, so lahko elektronski in sončni.