hóa học silic. Silicon và các hợp chất của nó: công thức

Silicon

SILICON-TÔI; m.[từ tiếng Hy Lạp krēmnos - vách đá, đá] Nguyên tố hóa học (Si), tinh thể màu xám đen với ánh kim loại được tìm thấy trong hầu hết các loại đá.

◁ Silicon, ồ, ồ. muối K. Siliceous (xem 2.K.; 1 điểm).

silic

(lat. Silicium), nguyên tố hóa học nhóm IV của bảng tuần hoàn. Tinh thể màu xám đậm có ánh kim loại; mật độ 2,33 g/cm3, tở nhiệt độ 1415oC. Chịu được tác động của hóa chất. Nó chiếm 27,6% khối lượng vỏ trái đất (vị trí thứ 2 trong số các nguyên tố), khoáng chất chính là silica và silicat. Một trong những vật liệu bán dẫn quan trọng nhất (bóng bán dẫn, nhiệt điện trở, tế bào quang điện). Là một phần không thể thiếu của nhiều loại thép và hợp kim khác (tăng độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn, cải thiện tính chất đúc).

SILICON

SILICON (lat. Silicium từ silex - đá lửa), Si (đọc là “silicium”, nhưng ngày nay khá thường xuyên là “si”), nguyên tố hóa học có số nguyên tử 14, khối lượng nguyên tử 28,0855. Tên tiếng Nga xuất phát từ kremnos trong tiếng Hy Lạp - vách đá, núi.
Silicon tự nhiên bao gồm hỗn hợp ba hạt nhân ổn định (cm. NUCLIDE) với số khối 28 (chiếm ưu thế trong hỗn hợp, nó chứa 92,27% khối lượng), 29 (4,68%) và 30 (3,05%). Cấu hình lớp điện tử bên ngoài của nguyên tử silicon trung tính không bị kích thích 3 S 2 R 2 . Trong các hợp chất, nó thường thể hiện trạng thái oxy hóa +4 (hóa trị IV) và rất hiếm khi +3, +2 và +1 (hóa trị III, II và I tương ứng). Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev, silicon nằm ở nhóm IVA (thuộc nhóm carbon), ở chu kỳ thứ ba.
Bán kính của nguyên tử silicon trung tính là 0,133 nm. Năng lượng ion hóa tuần tự của nguyên tử silicon là 8,1517, 16,342, 33,46 và 45,13 eV và ái lực của electron là 1,22 eV. Bán kính của ion Si 4+ có số phối trí là 4 (phổ biến nhất trong trường hợp silicon) là 0,040 nm, có số phối trí là 6 - 0,054 nm. Theo thang Pauling, độ âm điện của silicon là 1,9. Mặc dù silicon thường được phân loại là phi kim loại, nhưng trong một số tính chất, nó chiếm vị trí trung gian giữa kim loại và phi kim loại.
Ở dạng tự do - bột màu nâu hoặc vật liệu nhỏ gọn màu xám nhạt với ánh kim loại.
Lịch sử khám phá
Các hợp chất silicon đã được con người biết đến từ thời xa xưa. Nhưng con người chỉ biết đến chất silicon đơn giản này khoảng 200 năm trước. Trên thực tế, những nhà nghiên cứu đầu tiên thu được silicon là J. L. Gay-Lussac người Pháp. (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis) và L. J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). Vào năm 1811, họ phát hiện ra rằng đun nóng silicon florua với kim loại kali sẽ dẫn đến sự hình thành chất màu nâu nâu:
Tuy nhiên, SiF 4 + 4K = Si + 4KF, bản thân các nhà nghiên cứu đã không đưa ra kết luận chính xác về việc thu được một chất đơn giản mới. Vinh dự phát hiện ra nguyên tố mới thuộc về nhà hóa học người Thụy Điển J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob), người cũng đã nung nóng một hợp chất có thành phần K 2 SiF 6 với kim loại kali để tạo ra silicon. Ông đã thu được loại bột vô định hình giống như các nhà hóa học người Pháp, và vào năm 1824 đã công bố một chất nguyên tố mới mà ông gọi là “silicon”. Silic tinh thể chỉ được nhà hóa học người Pháp A. E. Sainte-Clair Deville thu được vào năm 1854 (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Ở trong tự nhiên
Xét về độ phong phú trong vỏ trái đất, silicon đứng thứ hai trong số tất cả các nguyên tố (sau oxy). Silicon chiếm 27,7% khối lượng vỏ trái đất. Silicon là thành phần của hàng trăm loại silicat tự nhiên khác nhau (cm. SILICATE) và aluminosilicat (cm. NHÔM SILICATE). Silica, hay silicon dioxide, cũng phổ biến (cm. SILICON DIOXIT) SiO 2 (cát sông (cm. CÁT), thạch anh (cm. THẠCH ANH), đá lửa (cm. FLINT) v.v.), chiếm khoảng 12% vỏ trái đất (theo khối lượng). Silicon không tồn tại ở dạng tự do trong tự nhiên.
Biên lai
Trong công nghiệp, silicon được sản xuất bằng cách khử SiO 2 nóng chảy với than cốc ở nhiệt độ khoảng 1800°C trong lò nung hồ quang. Độ tinh khiết của silicon thu được theo cách này là khoảng 99,9%. Vì silicon có độ tinh khiết cao hơn cần thiết cho mục đích sử dụng thực tế nên silicon thu được sẽ được clo hóa. Các hợp chất có thành phần SiCl 4 và SiCl 3 H được hình thành. Các clorua này được tinh chế thêm bằng nhiều cách khác nhau khỏi tạp chất và ở giai đoạn cuối, chúng được khử bằng hydro tinh khiết. Cũng có thể tinh chế silicon bằng cách thu được magie silicide Mg 2 Si trước tiên. Tiếp theo, monosilane SiH 4 dễ bay hơi thu được từ magie silicide sử dụng axit clohydric hoặc axit axetic. Monosilane được tinh chế thêm bằng cách chỉnh lưu, hấp phụ và các phương pháp khác, sau đó phân hủy thành silicon và hydro ở nhiệt độ khoảng 1000°C. Hàm lượng tạp chất trong silicon thu được bằng các phương pháp này giảm xuống còn 10 -8 -10 -6% trọng lượng.
Các tính chất vật lý và hóa học
Mạng tinh thể silicon loại kim cương lập phương tâm mặt, thông số một = 0,54307 nm (các biến đổi đa hình khác của silicon đã thu được ở áp suất cao), nhưng do độ dài liên kết giữa các nguyên tử Si-Si dài hơn so với độ dài của liên kết C-C, độ cứng của silicon thấp hơn đáng kể so với kim cương.
Mật độ silic là 2,33 kg/dm3. Điểm nóng chảy 1410°C, điểm sôi 2355°C. Silicon rất dễ vỡ, chỉ khi đun nóng trên 800°C mới trở thành chất dẻo. Điều thú vị là silicon trong suốt đối với bức xạ hồng ngoại (IR).
Silicon nguyên tố là một chất bán dẫn điển hình (cm. BÁN DẪN). Khoảng cách dải ở nhiệt độ phòng là 1,09 eV. Nồng độ chất mang dòng điện trong silicon có độ dẫn điện nội tại ở nhiệt độ phòng là 1,5·10 16 m -3. Các tính chất điện của silicon tinh thể bị ảnh hưởng rất lớn bởi các tạp chất vi mô mà nó chứa. Để thu được các tinh thể silicon đơn có độ dẫn lỗ, các chất phụ gia của nguyên tố nhóm III - boron - được đưa vào silicon. (cm. BOR (nguyên tố hóa học)), nhôm (cm. NHÔM), gali (cm. GALI) và Ấn Độ (cm. INDIUM), có tính dẫn điện - bổ sung các nguyên tố nhóm V - phốt pho (cm. PHOSPHO), thạch tín (cm. ARSENIC) hoặc antimon (cm. ANTIMONY). Các tính chất điện của silicon có thể thay đổi bằng cách thay đổi điều kiện xử lý của các tinh thể đơn lẻ, đặc biệt, bằng cách xử lý bề mặt silicon bằng nhiều tác nhân hóa học khác nhau.
Về mặt hóa học, silicon không hoạt động. Ở nhiệt độ phòng, nó chỉ phản ứng với khí flo, dẫn đến sự hình thành silicon tetraflorua SiF4 dễ bay hơi. Khi đun nóng đến nhiệt độ 400-500°C, silicon phản ứng với oxy tạo thành dioxide SiO 2, với clo, brom và iốt tạo thành tetrahalides dễ bay hơi tương ứng SiHal 4.
Silicon không phản ứng trực tiếp với hydro; các hợp chất silicon với hydro là silan (cm. SILAN) với công thức tổng quát Si n H 2n+2 - thu được gián tiếp. Monosilane SiH 4 (thường được gọi đơn giản là silane) được giải phóng khi các silic kim loại phản ứng với dung dịch axit, ví dụ:
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
Silane SiH 4 hình thành trong phản ứng này có chứa hỗn hợp các silane khác, cụ thể là disilane Si 2 H 6 và trisilane Si 3 H 8, trong đó có một chuỗi nguyên tử silicon liên kết với nhau bằng liên kết đơn (-Si-Si-Si -) .
Với nitơ, silicon ở nhiệt độ khoảng 1000°C tạo thành nitrit Si 3 N 4, với boron - các borit ổn định nhiệt và hóa học SiB 3, SiB 6 và SiB 12. Một hợp chất của silicon và chất tương tự gần nhất của nó theo bảng tuần hoàn - carbon - silicon cacbua SiC (carborundum (cm. CARBORUNDUM)) được đặc trưng bởi độ cứng cao và khả năng phản ứng hóa học thấp. Carborundum được sử dụng rộng rãi làm vật liệu mài mòn.
Khi nung silic với kim loại, silic sẽ tạo thành (cm. SILICIDE). Thuốc diệt silic có thể được chia thành hai nhóm: ion-cộng hóa trị (silic của kim loại kiềm, kiềm thổ và magie như Ca 2 Si, Mg 2 Si, v.v.) và loại giống kim loại (silicide của kim loại chuyển tiếp). Chất diệt silic của kim loại hoạt động bị phân hủy dưới tác dụng của axit; chất silic của kim loại chuyển tiếp ổn định về mặt hóa học và không bị phân hủy dưới tác dụng của axit. Các silic giống kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (lên tới 2000°C). Các silicua giống kim loại có các chế phẩm MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 và MSi 2 thường được hình thành nhất. Các chất silic giống kim loại có tính trơ về mặt hóa học và có khả năng chống oxy hóa ngay cả ở nhiệt độ cao.
Silicon dioxide SiO 2 là một oxit axit không phản ứng với nước. Tồn tại ở dạng nhiều dạng đa hình (thạch anh (cm. THẠCH ANH), tridymite, cristobalite, SiO 2 thủy tinh). Trong số những sửa đổi này, thạch anh có tầm quan trọng thực tế lớn nhất. Thạch anh có tính chất áp điện (cm. VẬT LIỆU ÁP ĐIỆN), nó trong suốt đối với bức xạ cực tím (UV). Nó được đặc trưng bởi hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, vì vậy các món ăn làm từ thạch anh không bị nứt dưới sự thay đổi nhiệt độ lên tới 1000 độ.
Thạch anh có khả năng kháng axit về mặt hóa học, nhưng phản ứng với axit flohydric:
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
và khí hydro florua HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Hai phản ứng này được sử dụng rộng rãi để khắc thủy tinh.
Khi SiO 2 kết hợp với kiềm và oxit bazơ, cũng như với cacbonat của kim loại hoạt động, silicat được hình thành (cm. SILICATE)- muối của axit silicic rất yếu không tan trong nước, không có thành phần không đổi (cm. AXIT SILICIC) công thức chung xH 2 O ySiO 2 (thường trong tài liệu họ viết không chính xác lắm không phải về axit silicic mà về axit silicic, mặc dù trên thực tế họ đang nói về cùng một thứ). Ví dụ, natri orthosilicate có thể thu được:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
canxi metasilicat:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
hoặc hỗn hợp canxi và natri silicat:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Kính cửa sổ được làm từ silicat Na 2 O·CaO·6SiO 2.
Cần lưu ý rằng hầu hết silicat không có thành phần cố định. Trong số tất cả các silicat, chỉ có natri và kali silicat hòa tan trong nước. Dung dịch của các silicat này trong nước được gọi là thủy tinh hòa tan. Do bị thủy phân, các dung dịch này có đặc điểm là môi trường có tính kiềm cao. Silicat thủy phân được đặc trưng bởi sự hình thành các dung dịch keo không đúng sự thật. Khi dung dịch natri hoặc kali silicat bị axit hóa, sẽ tạo ra kết tủa màu trắng dạng keo của axit silicic ngậm nước.
Thành phần cấu trúc chính của cả silicon dioxide rắn và tất cả các silicat là nhóm, trong đó nguyên tử silicon Si được bao quanh bởi một tứ diện gồm bốn nguyên tử oxy O. Trong trường hợp này, mỗi nguyên tử oxy được kết nối với hai nguyên tử silicon. Các mảnh có thể được kết nối với nhau theo nhiều cách khác nhau. Trong số các silicat, theo tính chất của các kết nối trong các mảnh của chúng, chúng được chia thành đảo, chuỗi, dải băng, lớp, khung và các loại khác.
Khi SiO 2 bị khử bởi silicon ở nhiệt độ cao, silicon monoxide có công thức SiO được hình thành.
Silicon được đặc trưng bởi sự hình thành các hợp chất organosilicon (cm. HỢP CHẤT HỮU CƠ), trong đó các nguyên tử silicon được kết nối thành chuỗi dài do các nguyên tử oxy bắc cầu -O-, và với mỗi nguyên tử silicon, ngoài hai nguyên tử O, còn có thêm hai gốc hữu cơ R 1 và R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6 được gắn H 5, CH 2 CH 2 CF 3, v.v.
Ứng dụng
Silicon được sử dụng làm vật liệu bán dẫn. Thạch anh được sử dụng làm chất áp điện, làm nguyên liệu sản xuất dụng cụ nấu nướng bằng hóa chất (thạch anh) chịu nhiệt và đèn UV. Silicat được sử dụng rộng rãi làm vật liệu xây dựng. Kính cửa sổ là silicat vô định hình. Vật liệu organosilicon được đặc trưng bởi khả năng chống mài mòn cao và được sử dụng rộng rãi trong thực tế như dầu silicon, chất kết dính, cao su và vecni.
Vai trò sinh học
Đối với một số sinh vật, silic là nguyên tố sinh học quan trọng (cm. NGUYÊN TỐ SINH HỌC). Nó là một phần của cấu trúc hỗ trợ ở thực vật và cấu trúc xương ở động vật. Silicon được tập trung với số lượng lớn bởi các sinh vật biển - tảo cát. (cm. TẢI TUYỆT VỜI), phóng xạ (cm. RADIOLARIA), bọt biển (cm. BÓNG ĐÁ). Mô cơ của con người chứa (1-2)·10 -2% silicon, mô xương - 17·10 -4%, máu - 3,9 mg/l. Có tới 1 g silicon đi vào cơ thể con người qua thức ăn mỗi ngày.
Các hợp chất silicon không độc hại. Tuy nhiên, việc hít phải các hạt silicat và silicon dioxide có độ phân tán cao, được hình thành, chẳng hạn như trong quá trình nổ mìn, khi đục đá trong hầm mỏ, trong quá trình vận hành máy phun cát, v.v., sẽ rất nguy hiểm khi các vi hạt SiO 2 xâm nhập vào phổi sẽ kết tinh lại. trong chúng, và các tinh thể sinh ra sẽ phá hủy mô phổi và gây ra một căn bệnh nghiêm trọng - bệnh bụi phổi silic (cm. SILICOS). Để ngăn chặn loại bụi nguy hiểm này xâm nhập vào phổi, bạn nên sử dụng mặt nạ phòng độc để bảo vệ hệ hô hấp.

từ điển bách khoa. 2009 .

từ đồng nghĩa:

Xem “silicon” là gì trong các từ điển khác:

- (ký hiệu Si), một nguyên tố hóa học màu xám phổ biến thuộc nhóm IV của bảng tuần hoàn, phi kim loại. Nó lần đầu tiên được phân lập bởi Jens BERZELIUS vào năm 1824. Silicon chỉ được tìm thấy trong các hợp chất như SILICA (silicon dioxide) hoặc trong... ... Từ điển bách khoa khoa học kỹ thuật

Silicon- được sản xuất gần như hoàn toàn bằng cách khử silic bằng phương pháp nhiệt cacbon sử dụng lò hồ quang điện. Nó là chất dẫn nhiệt và điện kém, cứng hơn thủy tinh, thường ở dạng bột hoặc thường là những mảnh không có hình dạng... ... Thuật ngữ chính thức

SILICON- hóa học. nguyên tố, phi kim loại, ký hiệu Si (lat. Silicium), tại. N. 14, lúc. m.28.08; silicon vô định hình và tinh thể (được chế tạo từ cùng loại tinh thể với kim cương) đã được biết đến. Bột màu nâu K. vô định hình có cấu trúc lập phương ở trạng thái phân tán cao... ... Bách khoa toàn thư bách khoa lớn

- (Silicium), Si, nguyên tố hóa học nhóm IV của hệ tuần hoàn, số nguyên tử 14, khối lượng nguyên tử 28,0855; phi kim loại, nhiệt độ nóng chảy 1415°C. Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái đất sau oxy, hàm lượng của nó trong lớp vỏ trái đất là 27,6% tính theo trọng lượng.… … Bách khoa toàn thư hiện đại

Si (lat. Silicium * a. silicium, silicon; n. Silizium; f. silicium; i. siliseo), hóa học. nguyên tố thuộc nhóm IV tuần hoàn. Hệ thống Mendeleev, tại. N. 14, lúc. m.28.086. Có 3 đồng vị ổn định được tìm thấy trong tự nhiên: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Bách khoa toàn thư địa chất

- (Si), tổng hợp đơn tinh thể, chất bán dẫn. Nhóm đối xứng điểm m3m, mật độ 2,33 g/cm3, Tmelt=1417°C. Độ cứng trên thang Mohs 7, giòn, độ dẻo dễ nhận thấy. biến dạng bắt đầu ở T>800°C. Dẫn nhiệt, hệ số nhiệt độ. tuyến tính... ... Bách khoa toàn thư vật lý

Từ điển Silicium của các từ đồng nghĩa tiếng Nga. danh từ silicon, số từ đồng nghĩa: 6 leucon (1) khoáng chất... Từ điển đồng nghĩa

Silicon- (Silicium), Si, nguyên tố hóa học nhóm IV của hệ tuần hoàn, số nguyên tử 14, khối lượng nguyên tử 28,0855; phi kim loại, nhiệt độ nóng chảy 1415°C. Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái đất sau oxy, hàm lượng của nó trong lớp vỏ trái đất là 27,6% tính theo trọng lượng.… … Từ điển bách khoa minh họa

- (lat. Silicium) Si, nguyên tố hóa học nhóm IV của bảng tuần hoàn, số nguyên tử 14, khối lượng nguyên tử 28,0855. Tinh thể màu xám đậm có ánh kim loại; mật độ 2,33 g/cm³, điểm nóng chảy 1415.C. Chịu được tác động của hóa chất. Làm nên... ... Từ điển bách khoa lớn

SILICON, silicon, pl. không có chồng (hóa học.). Một nguyên tố hóa học được tìm thấy trong hầu hết các loại đá. Từ điển giải thích của Ushakov. D.N. Ushakov. 1935 1940... Từ điển giải thích của Ushakov

Một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong công nghệ và công nghiệp là silicon. Nó có những đặc tính khác thường nhờ vào điều này. Ngày nay có rất nhiều hợp chất khác nhau của nguyên tố này đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp và tạo ra các sản phẩm kỹ thuật, bát đĩa, thủy tinh, thiết bị, vật liệu xây dựng và hoàn thiện, đồ trang sức và các ngành công nghiệp khác.

Đặc tính chung của silicon

Nếu xem xét vị trí của silicon trong bảng tuần hoàn, chúng ta có thể nói như sau:

Nằm trong nhóm IV của phân nhóm chính.
Số sê-ri 14.
Khối lượng nguyên tử 28.086.
Ký hiệu hóa học Si.
Tên là silicon, hoặc theo tiếng Latin - silicium.
Cấu hình điện tử của lớp ngoài là 4e:2e:8e.

Mạng tinh thể của silicon tương tự như mạng tinh thể của kim cương. Các nguyên tử được đặt tại các nút; kiểu của nó là lập phương tâm mặt. Tuy nhiên, do độ dài liên kết dài hơn nên tính chất vật lý của silicon rất khác với tính chất biến đổi đẳng hướng của carbon.

Các tính chất vật lý và hóa học

Một vài biến thể khác của silicon dioxide:

thạch anh;
sông và;
đá lửa;
fenspat.

Việc sử dụng silicon ở những dạng như vậy được thực hiện trong công trình xây dựng, công nghệ, điện tử vô tuyến, công nghiệp hóa chất và luyện kim. Tất cả các oxit được liệt kê đều thuộc về một chất duy nhất - silica.

Cacbua silic và ứng dụng của nó

Silicon và các hợp chất của nó là có thật. Một trong những vật liệu này là carborundum hoặc cacbua của nguyên tố này. Công thức hóa học của SiC. Xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật moissanite.

Ở dạng nguyên chất, hợp chất của carbon và silicon là những tinh thể trong suốt tuyệt đẹp, gợi nhớ đến cấu trúc kim cương. Tuy nhiên, vì mục đích kỹ thuật, các chất có màu xanh lá cây và đen được sử dụng.

Các đặc điểm chính của chất này, cho phép sử dụng nó trong luyện kim, công nghệ và công nghiệp hóa chất, như sau:

chất bán dẫn khe rộng;
độ bền rất cao (7 trên thang Mohs);
chịu được nhiệt độ cao;
ổn định điện tuyệt vời và độ dẫn nhiệt.

Tất cả điều này cho phép sử dụng carborundum làm vật liệu mài mòn trong luyện kim và tổng hợp hóa học. Và cũng trên cơ sở đó để sản xuất đèn LED quang phổ rộng, các bộ phận cho lò nấu chảy thủy tinh, vòi phun, đèn khò, đồ trang sức (moissanite có giá trị cao hơn zirconia khối).

Silan và ý nghĩa của nó

Hợp chất hydro của silicon được gọi là silane và không thể thu được bằng cách tổng hợp trực tiếp từ nguyên liệu ban đầu. Để thu được nó, người ta sử dụng silicua của nhiều kim loại khác nhau được xử lý bằng axit. Kết quả là khí silan thoát ra và muối kim loại được hình thành.

Điều thú vị là hợp chất được đề cập không bao giờ hình thành một mình. Phản ứng luôn tạo ra hỗn hợp mono-, di- và trisilane, trong đó các nguyên tử silicon được kết nối với nhau thành chuỗi.

Theo tính chất của chúng, các hợp chất này là chất khử mạnh. Bản thân chúng rất dễ bị oxy hóa bởi oxy, đôi khi gây nổ. Phản ứng với halogen luôn xảy ra dữ dội và tỏa nhiều năng lượng.

Các lĩnh vực ứng dụng của silane như sau:

Phản ứng tổng hợp hữu cơ dẫn đến sự hình thành các hợp chất organosilicon quan trọng - silicon, cao su, chất bịt kín, chất bôi trơn, nhũ tương và các chất khác.
Vi điện tử (màn hình tinh thể lỏng, mạch kỹ thuật tích hợp, v.v.).
Thu được polysilicon siêu tinh khiết.
Nha khoa cho chân tay giả.

Vì vậy, tầm quan trọng của silane trong thế giới hiện đại là rất cao.

Axit silicic và silicat

Hydroxit của nguyên tố được đề cập là các axit silicic khác nhau. Điểm nổi bật:

meta;
chỉnh hình;
polysilicic và các axit khác.

Tất cả chúng đều có chung đặc tính - cực kỳ mất ổn định ở trạng thái tự do. Chúng dễ dàng phân hủy dưới tác động của nhiệt độ. Trong điều kiện bình thường, chúng không tồn tại lâu, đầu tiên biến thành sol, sau đó thành gel. Sau khi sấy khô, những cấu trúc như vậy được gọi là silica gel. Chúng được sử dụng làm chất hấp phụ trong các bộ lọc.

Quan trọng, theo quan điểm công nghiệp, là muối của axit silicic - silicat. Chúng làm nền tảng cho việc sản xuất các chất như:

thủy tinh;
bê tông;
xi măng;
zeolit;
cao lanh;
sứ;
sứ;
pha lê;
gốm sứ.

Silicat kim loại kiềm hòa tan được, còn các loại khác thì không. Vì vậy, natri và kali silicat được gọi là thủy tinh lỏng. Keo văn phòng thông thường là muối natri của axit silicic.

Nhưng hợp chất thú vị nhất vẫn là thủy tinh. Họ đã nghĩ ra những biến thể nào của chất này! Ngày nay họ nhận được các tùy chọn màu sắc, quang học, mờ. Đồ thủy tinh gây ngạc nhiên với sự lộng lẫy và đa dạng của nó. Bằng cách thêm một số oxit kim loại và phi kim loại vào hỗn hợp, có thể tạo ra nhiều loại thủy tinh khác nhau. Đôi khi, cùng một thành phần nhưng tỷ lệ thành phần khác nhau dẫn đến sự khác biệt về tính chất của chất. Một ví dụ là đồ sứ và đồ đất nung, công thức của nó là SiO 2 *AL 2 O 3 *K 2 O.

Đây là một dạng sản phẩm có độ tinh khiết cao có thành phần được mô tả là silicon dioxide.

Những khám phá trong lĩnh vực hợp chất silicon

Trong vài năm nghiên cứu vừa qua, người ta đã chứng minh rằng silicon và các hợp chất của nó là những chất tham gia quan trọng nhất trong trạng thái bình thường của các sinh vật sống. Các bệnh như:

bệnh lao;
viêm khớp;
đục thủy tinh thể;
bệnh phong;
kiết lỵ;
bệnh thấp khớp;
viêm gan và những người khác.

Bản thân quá trình lão hóa của cơ thể cũng liên quan đến hàm lượng định lượng của silicon. Nhiều thí nghiệm trên động vật có vú đã chứng minh rằng khi thiếu nguyên tố này, các cơn đau tim, đột quỵ, ung thư sẽ xảy ra và virus viêm gan sẽ được kích hoạt.

CPU? Cát? Bạn có liên tưởng gì với từ này? Hoặc có thể là Thung lũng Silicon?
Dù vậy, chúng ta đều bắt gặp silicon hàng ngày và nếu bạn muốn tìm hiểu Si là gì và nó dùng để làm gì, hãy tham khảo con mèo.

Giới thiệu

Là sinh viên của một trong những trường đại học ở Moscow chuyên ngành Vật liệu nano, tôi muốn giới thiệu với bạn, quý độc giả thân mến, về các nguyên tố hóa học quan trọng nhất của hành tinh chúng ta. Tôi đã mất một thời gian dài để lựa chọn nơi bắt đầu, carbon hay silicon, và vẫn quyết định dừng lại ở Si, bởi vì trái tim của bất kỳ thiết bị hiện đại nào đều dựa trên nó, có thể nói như vậy, tất nhiên. Tôi sẽ cố gắng bày tỏ suy nghĩ của mình một cách cực kỳ đơn giản và dễ tiếp cận. Bằng cách viết tài liệu này, tôi chủ yếu dựa vào những người mới bắt đầu, nhưng những người ở trình độ cao hơn cũng sẽ có thể học được điều gì đó thú vị. được viết chỉ để mở rộng tầm nhìn của những người quan tâm. Vậy hãy bắt đầu.

silic

Silicon (lat. Silicium), Si, nguyên tố hóa học nhóm IV của hệ tuần hoàn Mendeleev; số nguyên tử 14, khối lượng nguyên tử 28,086.
Trong tự nhiên, nguyên tố này được biểu thị bằng ba đồng vị ổn định: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) và 30Si (3,05%).
Mật độ (không.) 2,33 g/cm³
Điểm nóng chảy 1688 K

bột Si

Tài liệu tham khảo lịch sử

Các hợp chất silicon, phổ biến rộng rãi trên trái đất, đã được con người biết đến từ thời đồ đá. Việc sử dụng các công cụ bằng đá để lao động và săn bắn vẫn tiếp tục trong nhiều thiên niên kỷ. Việc sử dụng các hợp chất Silicon liên quan đến quá trình chế biến chúng - sản xuất thủy tinh - bắt đầu vào khoảng năm 3000 trước Công nguyên. đ. (ở Ai Cập cổ đại). Hợp chất Silicon được biết đến sớm nhất là SiO2 oxit (silica). Vào thế kỷ 18, silica được coi là một chất rắn đơn giản và được phân loại là “trái đất” (như được phản ánh trong tên của nó). Sự phức tạp của thành phần silica được xác định bởi I. Ya. Lần đầu tiên, vào năm 1825, ông thu được nguyên tố silic từ silic florua SiF4, khử chất này bằng kim loại kali. Nguyên tố mới được đặt tên là “silicon” (từ tiếng Latin silex - đá lửa). Tên tiếng Nga được G. I. Hess giới thiệu vào năm 1834.

Silicon rất phổ biến trong tự nhiên như một phần của cát thông thường.

Sự phân bố của Silicon trong tự nhiên

Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất (sau oxy), hàm lượng trung bình của nó trong thạch quyển là 29,5% (theo khối lượng). Trong lớp vỏ trái đất, Silicon đóng vai trò chính giống như carbon trong thế giới động vật và thực vật. Đối với địa hóa học của silicon, mối liên hệ cực kỳ mạnh mẽ của nó với oxy là rất quan trọng. Khoảng 12% thạch quyển là silica SiO2 ở dạng khoáng thạch anh và các dạng của nó. 75% thạch quyển bao gồm nhiều loại silicat và aluminosilicat khác nhau (fenspat, micas, amphibole, v.v.). Tổng số khoáng chất có chứa silica vượt quá 400.

Tính chất vật lý của Silicon

Tôi nghĩ việc sống ở đây chẳng ích gì, tất cả các tài sản vật chất đều được cung cấp miễn phí, nhưng tôi sẽ liệt kê những tài sản cơ bản nhất.
Điểm sôi 2600 °C
Silicon trong suốt đối với tia hồng ngoại sóng dài
Hằng số điện môi 11,7
Độ cứng silicon Mohs 7.0
Tôi muốn nói rằng silicon là một vật liệu giòn; sự biến dạng dẻo đáng chú ý bắt đầu ở nhiệt độ trên 800°C.
Silicon là chất bán dẫn nên nó được sử dụng rộng rãi. Tính chất điện của silicon phụ thuộc rất nhiều vào tạp chất.

Tính chất hóa học của Silicon

Tất nhiên, có rất nhiều điều có thể nói ở đây, nhưng tôi sẽ tập trung vào điều thú vị nhất. Trong hợp chất Si (tương tự cacbon) 4-valentene.
Trong không khí, silicon ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao do hình thành màng oxit bảo vệ. Trong oxy, nó oxy hóa bắt đầu ở 400 °C, tạo thành oxit silic (IV) SiO2.
Silicon có khả năng kháng axit và chỉ hòa tan trong hỗn hợp axit nitric và axit flohydric, đồng thời dễ dàng hòa tan trong dung dịch kiềm nóng khi giải phóng hydro.
Silicon tạo thành 2 nhóm silan chứa oxy - siloxan và siloxen. Silicon phản ứng với nitơ ở nhiệt độ trên 1000 °C. Có tầm quan trọng thực tế lớn là nitrit Si3N4, không bị oxy hóa trong không khí ngay cả ở nhiệt độ 1200 °C, có khả năng chống lại axit (trừ nitric) và kiềm, cũng như kim loại nóng chảy và xỉ, khiến nó trở thành vật liệu có giá trị cho ngành công nghiệp hóa chất cũng như sản xuất vật liệu chịu lửa. Các hợp chất silicon với carbon (silicon cacbua SiC) và boron (SiB3, SiB6, SiB12) được đặc trưng bởi độ cứng cao, cũng như khả năng chịu nhiệt và hóa chất.

Thu được silicon

Tôi nghĩ đây là phần thú vị nhất, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn ở đây.
Tùy theo mục đích có:
1. Silicon chất lượng điện tử(còn gọi là “silic điện tử”) - loại silicon chất lượng cao nhất có hàm lượng silicon trên 99,999% tính theo trọng lượng, điện trở suất của silicon chất lượng điện tử có thể nằm trong khoảng từ 0,001 đến 150 Ohm cm, nhưng giá trị điện trở phải được đảm bảo độc quyền một tạp chất nhất định, tức là sự xâm nhập của các tạp chất khác vào tinh thể, ngay cả khi chúng cung cấp điện trở suất nhất định, theo quy luật là không thể chấp nhận được.
2. Silicon cấp năng lượng mặt trời(còn gọi là “silicon năng lượng mặt trời”) - silicon có hàm lượng silicon trên 99,99% trọng lượng, được sử dụng để sản xuất bộ chuyển đổi quang điện (pin năng lượng mặt trời).

3. Silicon kỹ thuật- khối silicon có cấu trúc đa tinh thể thu được bằng quá trình khử nhiệt từ cát thạch anh nguyên chất; chứa 98% silicon, tạp chất chính là carbon, được đặc trưng bởi hàm lượng cao các nguyên tố hợp kim - boron, phốt pho, nhôm; chủ yếu được sử dụng để sản xuất silicon đa tinh thể.

Silicon có độ tinh khiết kỹ thuật (95-98%) thu được trong hồ quang điện bằng cách khử silica SiO2 giữa các điện cực than chì. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, các phương pháp sản xuất silicon nguyên chất và có độ tinh khiết cao đã được phát triển. Điều này đòi hỏi sự tổng hợp sơ bộ các hợp chất silicon ban đầu tinh khiết nhất, từ đó silicon được chiết xuất bằng cách khử hoặc phân hủy nhiệt.
Silicon đa tinh thể (“polysilicon”) là dạng silicon tinh khiết nhất được sản xuất công nghiệp - một sản phẩm bán thành phẩm thu được bằng cách tinh chế silicon kỹ thuật bằng phương pháp clorua và florua và được sử dụng để sản xuất silicon đơn tinh thể và đa tinh thể.
Theo truyền thống, silicon đa tinh thể thu được từ silicon kỹ thuật bằng cách chuyển đổi nó thành các silan dễ bay hơi (monosilane, chlorosilanes, fluorosilanes), sau đó tách các silan thu được, tinh chế chỉnh lưu silane đã chọn và khử silane thành silicon kim loại.
Silicon bán dẫn tinh khiết thu được ở hai dạng: đa tinh thể(khử SiCl4 hoặc SiHCl3 bằng kẽm hoặc hydro, phân hủy nhiệt SiI4 và SiH4) và đơn tinh thể(nung chảy vùng không có nồi nấu kim loại và “kéo” một tinh thể từ silicon nóng chảy - phương pháp Czochralski).

Tại đây bạn có thể xem quá trình phát triển silicon bằng phương pháp Czochralski.

Phương pháp Czochralski- phương pháp phát triển tinh thể bằng cách kéo chúng lên trên từ bề mặt tự do của một khối lượng lớn nóng chảy khi bắt đầu kết tinh bằng cách đưa một tinh thể mầm (hoặc một số tinh thể) có cấu trúc nhất định và hướng tinh thể tiếp xúc với bề mặt tự do của tan chảy.

Ứng dụng của Silicon

Silicon pha tạp đặc biệt được sử dụng rộng rãi làm vật liệu sản xuất các thiết bị bán dẫn (bóng bán dẫn, nhiệt điện trở, bộ chỉnh lưu điện, thyristor; tế bào quang điện mặt trời được sử dụng trong tàu vũ trụ, cũng như nhiều thứ khác).
Vì silicon trong suốt đối với các tia có bước sóng từ 1 đến 9 micron nên nó được sử dụng trong quang học hồng ngoại.
Silicon có ứng dụng đa dạng và ngày càng mở rộng. Trong luyện kim Si
được sử dụng để loại bỏ oxy hòa tan trong kim loại nóng chảy (khử oxy).
Silicon là thành phần của một số lượng lớn các hợp kim của sắt và kim loại màu.
Thông thường, Silicon giúp cho hợp kim tăng khả năng chống ăn mòn, cải thiện tính chất đúc và tăng độ bền cơ học; tuy nhiên, ở mức độ cao hơn Silicon có thể gây giòn.
Quan trọng nhất là hợp kim sắt, đồng và nhôm có chứa silicon.
Silica được xử lý bằng thủy tinh, xi măng, gốm sứ, điện và các ngành công nghiệp khác.
Silicon siêu tinh khiết chủ yếu được sử dụng để sản xuất các thiết bị điện tử đơn lẻ (ví dụ: bộ xử lý máy tính của bạn) và các vi mạch đơn chip.
Silicon nguyên chất, chất thải silicon siêu tinh khiết, silicon luyện kim tinh khiết ở dạng silicon tinh thể là nguyên liệu chính cho năng lượng mặt trời.
Silicon đơn tinh thể - ngoài thiết bị điện tử và năng lượng mặt trời, còn được sử dụng để chế tạo gương laser khí.

Silicon siêu tinh khiết và các sản phẩm của nó

Silicon trong cơ thể

Silicon được tìm thấy trong cơ thể dưới dạng nhiều hợp chất khác nhau, chủ yếu liên quan đến việc hình thành các bộ phận và mô xương cứng. Một số thực vật biển (ví dụ, tảo cát) và động vật (ví dụ, bọt biển silic, loài phóng xạ) có thể tích lũy một lượng lớn silicon, tạo thành các lớp oxit silic (IV) dày khi chúng chết dưới đáy đại dương. Ở các vùng biển và hồ lạnh, phù sa sinh học giàu silic chiếm ưu thế; ở các vùng biển nhiệt đới, phù sa chứa canxi có hàm lượng silic thấp chiếm ưu thế. Trong số các thực vật trên cạn, ngũ cốc, cây cói, cây cọ, cây đuôi ngựa tích lũy rất nhiều silicon. Ở động vật có xương sống, hàm lượng oxit silic (IV) trong chất tro là 0,1-0,5%. Silicon được tìm thấy với số lượng lớn nhất trong mô liên kết dày đặc, thận và tuyến tụy. Chế độ ăn uống hàng ngày của con người có chứa tới 1 g silicon. Khi có hàm lượng bụi oxit silic (IV) cao trong không khí, nó sẽ xâm nhập vào phổi con người và gây ra bệnh bụi phổi silic.

Phần kết luận

Chà, chỉ vậy thôi, nếu bạn đọc đến cuối và tìm hiểu sâu hơn một chút thì bạn đã tiến gần hơn một bước đến thành công. Tôi hy vọng tôi đã không viết một cách vô ích và ít nhất có ai đó thích bài đăng này. Cám ơn vì sự quan tâm của bạn.

Các hợp chất silicon, phổ biến rộng rãi trên trái đất, đã được con người biết đến từ thời đồ đá. Việc sử dụng các công cụ bằng đá để lao động và săn bắn vẫn tiếp tục trong nhiều thiên niên kỷ. Việc sử dụng các hợp chất Silicon liên quan đến quá trình chế biến chúng - sản xuất thủy tinh - bắt đầu vào khoảng năm 3000 trước Công nguyên. đ. (ở Ai Cập cổ đại). Hợp chất Silicon được biết đến sớm nhất là SiO 2 oxit (silica). Vào thế kỷ 18, silica được coi là một chất rắn đơn giản và được gọi là “đất” (như được phản ánh trong tên của nó). Sự phức tạp của thành phần silica được xác định bởi I. Ya. Lần đầu tiên, vào năm 1825, ông thu được silicon nguyên tố từ silicon florua SiF 4, khử chất sau bằng kim loại kali. Nguyên tố mới được đặt tên là “silicon” (từ tiếng Latin silex - đá lửa). Tên tiếng Nga được G. I. Hess giới thiệu vào năm 1834.

Sự phân bố của Silicon trong tự nhiên. Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất (sau oxy), hàm lượng trung bình của nó trong thạch quyển là 29,5% (theo khối lượng). Trong lớp vỏ trái đất, Silicon đóng vai trò chính giống như carbon trong thế giới động vật và thực vật. Đối với địa hóa học của silicon, mối liên hệ cực kỳ mạnh mẽ của nó với oxy là rất quan trọng. Khoảng 12% thạch quyển là silica SiO 2 ở dạng khoáng thạch anh và các dạng của nó. 75% thạch quyển bao gồm nhiều loại silicat và aluminosilicat khác nhau (fenspat, micas, amphibole, v.v.). Tổng số khoáng chất có chứa silica vượt quá 400.

Trong các quá trình magma, sự phân hóa yếu của Silicon xảy ra: nó tích tụ cả trong granitoid (32,3%) và trong đá siêu bazơ (19%). Ở nhiệt độ cao và áp suất cao, độ hòa tan của SiO 2 tăng lên. Sự di chuyển của nó với hơi nước cũng có thể xảy ra, do đó, pegmatit của các mạch thủy nhiệt được đặc trưng bởi nồng độ thạch anh đáng kể, thường liên quan đến các nguyên tố quặng (thạch anh vàng, thạch anh-cassiterit và các mạch khác).

Tính chất vật lý của Silicon. Silicon tạo thành các tinh thể màu xám đen có ánh kim loại, có mạng tinh thể kiểu kim cương lập phương tâm mặt với chu kỳ a = 5,431 Å và mật độ 2,33 g/cm3. Ở áp suất rất cao, người ta đã thu được một biến thể mới (dường như là hình lục giác) với mật độ 2,55 g/cm 3. Silicon nóng chảy ở 1417°C và sôi ở 2600°C. Nhiệt dung riêng (ở 20-100 °C) 800 J/(kg K), hoặc 0,191 cal/(g deg); độ dẫn nhiệt ngay cả đối với các mẫu tinh khiết nhất cũng không cố định và nằm trong khoảng (25 °C) 84-126 W/(m·K), hoặc 0,20-0,30 cal/(cm giây độ). Hệ số nhiệt độ giãn nở tuyến tính là 2,33·10 -6 K -1, dưới 120 K thì trở thành âm. Silicon trong suốt đối với tia hồng ngoại sóng dài; chiết suất (với λ = 6 µm) 3,42; hằng số điện môi 11,7. Silicon có tính nghịch từ, độ nhạy từ nguyên tử là -0,13-10 -6. Độ cứng silicon theo Mohs 7.0, theo Brinell 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), mô đun đàn hồi 109 Gn/m2 (10.890 kgf/mm2), hệ số nén 0,325·10 -6 cm2 /kg. Silicon là vật liệu giòn; biến dạng dẻo đáng chú ý bắt đầu ở nhiệt độ trên 800°C.

Silicon là chất bán dẫn có nhiều công dụng. Tính chất điện của Silicon phụ thuộc rất nhiều vào tạp chất. Điện trở suất riêng của Silicon ở nhiệt độ phòng được lấy là 2,3·10 3 ohm·m (2,3·10 5 ohm·cm).

Chất bán dẫn Silicon có độ dẫn điện loại p (phụ gia B, Al, In hoặc Ga) và loại n (phụ gia P, Bi, As hoặc Sb) có điện trở thấp hơn đáng kể. Khoảng cách dải đo bằng điện là 1,21 eV ở 0 K và giảm xuống 1,119 eV ở 300 K.

Tính chất hóa học của Silicon. Theo vị trí của Silicon trong bảng tuần hoàn của Mendeleev, 14 electron của nguyên tử Silicon được phân bố trên ba lớp vỏ: ở lớp thứ nhất (từ hạt nhân) 2 electron, ở lớp thứ hai 8, ở lớp thứ ba (hóa trị) 4; cấu hình vỏ electron 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Thế ion hóa tuần tự (eV): 8,149; 16,34; 33,46 và 45,13. Bán kính nguyên tử 1,33Å, bán kính cộng hóa trị 1,17Å, bán kính ion Si 4+ 0,39Å, Si 4- 1,98Å.

Trong các hợp chất, Silicon (tương tự carbon) có hóa trị 4. Tuy nhiên, không giống như carbon, Silicon, cùng với số phối trí là 4, thể hiện số phối trí là 6, điều này được giải thích bởi thể tích nguyên tử lớn của nó (một ví dụ về các hợp chất như vậy là silicofluoride chứa nhóm 2-).

Liên kết hóa học của nguyên tử Silicon với các nguyên tử khác thường được thực hiện thông qua các quỹ đạo lai sp 3, nhưng cũng có thể liên quan đến hai trong số năm quỹ đạo 3d (còn trống) của nó, đặc biệt khi Silicon có tọa độ sáu. Có giá trị độ âm điện thấp là 1,8 (so với 2,5 đối với carbon; 3,0 đối với nitơ, v.v.), silicon trong các hợp chất với phi kim loại có tính điện ly và các hợp chất này có bản chất là cực. Năng lượng liên kết cao của Si - O với oxy, bằng 464 kJ/mol (111 kcal/mol), quyết định tính ổn định của các hợp chất oxy (SiO 2 và silicat). Năng lượng liên kết Si - Si thấp, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); Không giống như carbon, Silicon không có đặc điểm là hình thành chuỗi dài và liên kết đôi giữa các nguyên tử Si. Trong không khí, Silicon ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao do hình thành màng oxit bảo vệ. Trong oxy, nó oxy hóa bắt đầu ở 400 °C, tạo thành oxit silic (IV) SiO 2. Silicon (II) oxit SiO còn được biết đến, ổn định ở nhiệt độ cao dưới dạng khí; do làm lạnh nhanh, có thể thu được sản phẩm rắn dễ dàng phân hủy thành hỗn hợp mỏng Si và SiO 2. Silicon có khả năng kháng axit và chỉ hòa tan trong hỗn hợp axit nitric và axit flohydric; dễ dàng hòa tan trong dung dịch kiềm nóng và giải phóng hydro. Silicon phản ứng với flo ở nhiệt độ phòng và với các halogen khác khi đun nóng để tạo thành các hợp chất có công thức chung SiX 4. Hydro không phản ứng trực tiếp với Silicon và hydro silicas (silan) thu được bằng cách phân hủy silicide (xem bên dưới). Silicon hydro được biết đến từ SiH 4 đến Si 8 H 18 (thành phần tương tự như hydrocacbon bão hòa). Silicon tạo thành 2 nhóm silan chứa oxy - siloxan và siloxen. Silicon phản ứng với nitơ ở nhiệt độ trên 1000 °C. Si3N4 nitrit, không bị oxy hóa trong không khí ngay cả ở nhiệt độ 1200 °C, có khả năng chống lại axit (trừ axit nitric) và kiềm, cũng như kim loại nóng chảy và xỉ, rất thiết thực. tầm quan trọng của nó, khiến nó trở thành vật liệu có giá trị cho ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất vật liệu chịu lửa và các sản phẩm khác. Các hợp chất silicon với carbon (silicon cacbua SiC) và boron (SiB 3, SiB 6, SiB 12) được phân biệt bởi độ cứng cao, cũng như khả năng chịu nhiệt và hóa chất. Khi đun nóng, Silicon phản ứng (với sự có mặt của chất xúc tác kim loại, chẳng hạn như đồng) với các hợp chất clo hữu cơ (ví dụ, CH 3 Cl) để tạo thành organohalosilanes [ví dụ, Si(CH 3) 3 Cl], được sử dụng để tổng hợp của nhiều hợp chất organosilicon.

Silicon tạo thành hợp chất với hầu hết các kim loại - silicide (chưa tìm thấy hợp chất với Bi, Tl, Pb, Hg). Hơn 250 silicide đã thu được, thành phần của chúng (MeSi, MeSi 2, Me 5 Si 3, Me 3 Si, Me 2 Si và các loại khác) thường không tương ứng với các hóa trị cổ điển. Thuốc diệt silic có tính chịu lửa và cứng; Ferrosilicon (một chất khử trong quá trình nấu chảy các hợp kim đặc biệt, xem Hợp kim Ferro) và molybdenum silicide MoSi 2 (lò sưởi lò điện, cánh tuabin khí, v.v.) có tầm quan trọng thực tiễn lớn nhất.

Thu được Silicon. Silicon có độ tinh khiết kỹ thuật (95-98%) thu được trong hồ quang điện bằng cách khử silica SiO 2 giữa các điện cực than chì. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, các phương pháp sản xuất Silicon tinh khiết và có độ tinh khiết cao đã được phát triển. Điều này đòi hỏi phải tổng hợp sơ bộ các hợp chất Silicon ban đầu tinh khiết nhất, từ đó Silicon được chiết xuất bằng cách khử hoặc phân hủy nhiệt.

Silicon bán dẫn tinh khiết thu được ở hai dạng: đa tinh thể (bằng cách khử SiCl 4 hoặc SiHCl 3 bằng kẽm hoặc hydro, phân hủy nhiệt SiI 4 và SiH 4) và đơn tinh thể (nung chảy vùng không có nồi nấu kim loại và “kéo” một tinh thể từ silic nóng chảy - phương pháp Czochralski).

Ứng dụng của Silicon. Silicon pha tạp đặc biệt được sử dụng rộng rãi làm vật liệu chế tạo các thiết bị bán dẫn (bóng bán dẫn, nhiệt điện trở, bộ chỉnh lưu điện, thyristor; tế bào quang điện mặt trời dùng trong tàu vũ trụ, v.v.). Vì Silicon trong suốt với các tia có bước sóng từ 1 đến 9 micron nên nó được sử dụng trong quang học hồng ngoại,

Silicon có ứng dụng đa dạng và ngày càng mở rộng. Trong luyện kim, Silicon được dùng để loại bỏ oxy hòa tan trong kim loại nóng chảy (khử oxy). Silicon là thành phần của một số lượng lớn các hợp kim của sắt và kim loại màu. Thông thường, Silicon giúp cho hợp kim tăng khả năng chống ăn mòn, cải thiện tính chất đúc và tăng độ bền cơ học; tuy nhiên, ở mức độ cao hơn Silicon có thể gây giòn. Quan trọng nhất là hợp kim sắt, đồng và nhôm có chứa Silicon. Một lượng ngày càng tăng Silicon được sử dụng để tổng hợp các hợp chất organosilicon và silicide. Silica và nhiều silicat (đất sét, fenspat, mica, bột talc, v.v.) được xử lý bằng thủy tinh, xi măng, gốm sứ, điện và các ngành công nghiệp khác.

Silicon được tìm thấy trong cơ thể dưới dạng nhiều hợp chất khác nhau, chủ yếu liên quan đến việc hình thành các bộ phận và mô xương cứng. Một số thực vật biển (ví dụ, tảo cát) và động vật (ví dụ, bọt biển silic, loài phóng xạ) có thể tích lũy một lượng lớn silicon, tạo thành các lớp oxit silic (IV) dày khi chúng chết dưới đáy đại dương. Ở các vùng biển và hồ lạnh, phù sa sinh học giàu Silicon chiếm ưu thế ở vùng nhiệt đới. biển - phù sa vôi có hàm lượng Silicon thấp. Trong số các thực vật trên cạn, ngũ cốc, cây cói, cây cọ, cây đuôi ngựa tích lũy rất nhiều Silicon. Ở động vật có xương sống, hàm lượng oxit silic (IV) trong chất tro là 0,1-0,5%. Silicon được tìm thấy với số lượng lớn nhất trong mô liên kết dày đặc, thận và tuyến tụy. Chế độ ăn uống hàng ngày của con người có chứa tới 1 g silicon. Khi có hàm lượng bụi oxit silic (IV) cao trong không khí, nó sẽ xâm nhập vào phổi con người và gây ra bệnh - bệnh bụi phổi silic.

Silicon trong cơ thể Silicon được tìm thấy trong cơ thể dưới dạng nhiều hợp chất khác nhau, chủ yếu liên quan đến việc hình thành các bộ phận và mô xương cứng. Một số thực vật biển (ví dụ, tảo cát) và động vật (ví dụ, bọt biển silic, loài phóng xạ) có thể tích lũy một lượng lớn silicon, tạo thành các lớp oxit silic (IV) dày khi chúng chết dưới đáy đại dương. Ở các vùng biển và hồ lạnh, phù sa sinh học giàu Silicon chiếm ưu thế ở vùng nhiệt đới. biển - phù sa vôi có hàm lượng Silicon thấp. Trong số các thực vật trên cạn, ngũ cốc, cây cói, cây cọ, cây đuôi ngựa tích lũy rất nhiều Silicon. Ở động vật có xương sống, hàm lượng oxit silic (IV) trong chất tro là 0,1-0,5%. Silicon được tìm thấy với số lượng lớn nhất trong mô liên kết dày đặc, thận và tuyến tụy. Chế độ ăn uống hàng ngày của con người có chứa tới 1 g silicon. Khi có hàm lượng bụi oxit silic (IV) cao trong không khí, nó sẽ xâm nhập vào phổi con người và gây ra bệnh bụi phổi silic.

Silicon ở dạng tự do đã được J. Gay-Lussac và L. Thénard phân lập vào năm 1811 bằng cách cho hơi silicon florua đi qua kali kim loại, nhưng nó không được họ mô tả là một nguyên tố. Nhà hóa học Thụy Điển J. Berzelius vào năm 1823 đã mô tả silicon ông thu được bằng cách xử lý muối kali K 2 SiF 6 với kim loại kali ở nhiệt độ cao. Nguyên tố mới được đặt tên là “silicon” (từ tiếng Latin silex - đá lửa). Tên tiếng Nga "silicon" được giới thiệu vào năm 1834 bởi nhà hóa học người Nga tên là Ivanovich Hess. Dịch từ tiếng Hy Lạp cổ. krhmnoz- "vách đá, núi."

Ở trong thiên nhiên, nhận được:

Trong tự nhiên, silic được tìm thấy ở dạng dioxit và silicat với nhiều thành phần khác nhau. Silica tự nhiên tồn tại chủ yếu ở dạng thạch anh, mặc dù các khoáng chất khác như cristobalite, tridymite, kitite và cousit cũng tồn tại. Silica vô định hình được tìm thấy trong các trầm tích tảo cát dưới đáy biển và đại dương - những trầm tích này được hình thành từ SiO 2, là một phần của tảo cát và một số loại ớt.
Silic tự do có thể thu được bằng cách nung cát trắng mịn với magie, thành phần hóa học của nó gần như là oxit silic tinh khiết, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Trong công nghiệp, silicon kỹ thuật thu được bằng cách khử SiO 2 nóng chảy bằng cốc ở nhiệt độ khoảng 1800°C trong lò nung hồ quang. Độ tinh khiết của silicon thu được theo cách này có thể đạt tới 99,9% (tạp chất chính là carbon và kim loại).

Tính chất vật lý:

Silic vô định hình có dạng bột màu nâu, mật độ là 2,0 g/cm3. Silicon tinh thể là chất kết tinh màu xám đen, sáng bóng, giòn và rất cứng, kết tinh trong mạng tinh thể kim cương. Đây là một chất bán dẫn điển hình (nó dẫn điện tốt hơn chất cách điện như cao su và kém hơn chất dẫn điện như đồng). Silicon rất dễ vỡ; chỉ khi được nung nóng trên 800 °C, nó mới trở thành chất dẻo. Điều thú vị là silicon trong suốt đối với bức xạ hồng ngoại, bắt đầu ở bước sóng 1,1 micromet.

Tính chất hóa học:

Về mặt hóa học, silicon không hoạt động. Ở nhiệt độ phòng, nó chỉ phản ứng với khí flo, dẫn đến sự hình thành silicon tetraflorua SiF4 dễ bay hơi. Khi đun nóng đến nhiệt độ 400-500 °C, silicon phản ứng với oxy tạo thành dioxit và với clo, brom và iốt để tạo thành tetrahalua dễ bay hơi tương ứng SiHal 4. Ở nhiệt độ khoảng 1000°C, silicon phản ứng với nitơ tạo thành nitrit Si 3 N 4, với boron - các borit ổn định nhiệt và hóa học SiB 3, SiB 6 và SiB 12. Silicon không phản ứng trực tiếp với hydro.
Để khắc silicon, hỗn hợp axit hydrofluoric và axit nitric được sử dụng rộng rãi nhất.
Silic tan trong dung dịch kiềm nóng: Si + 2KOH + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2
Silicon được đặc trưng bởi các hợp chất có trạng thái oxy hóa +4 hoặc -4.

Các kết nối quan trọng nhất:

Silicon dioxide, SiO 2- (silicon anhydrit), không màu. Đấng Christ. chất, chịu lửa (1720 C), có độ cứng cao. Oxit axit, không hoạt động về mặt hóa học, tương tác với axit hydrofluoric và dung dịch kiềm, trong trường hợp sau tạo thành muối của axit silicic - silicat. Silicat cũng được hình thành khi oxit silic kết hợp với kiềm, oxit bazơ và một số muối
SiO 2 + 4NaOH = Na 4 SiO 4 + 2H 2 O; SiO 2 + CaO = CaSiO 3;
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 CaSi 6 O 14 + 2CO 2 (hỗn hợp natri-canxi silicat, thủy tinh)
Axit silicic- yếu, không hòa tan, được hình thành khi thêm axit vào dung dịch silicat ở dạng gel (chất giống gelatin). H 4 SiO 4 (orthosilicon) và H 2 SiO 3 (metasilicon hoặc silicon) chỉ tồn tại trong dung dịch và được chuyển đổi không thể đảo ngược thành SiO 2 khi đun nóng và sấy khô. Sản phẩm xốp rắn thu được là gel silica, có bề mặt phát triển và được sử dụng làm chất hấp phụ khí, chất hút ẩm, chất xúc tác và chất mang xúc tác.
silicat- Phần lớn muối của axit silicic (trừ natri và kali silicat) không tan trong nước. Silicat hòa tan trong dung dịch trải qua quá trình thủy phân nghiêm trọng.
Hợp chất hydro- chất tương tự của hydrocarbon, silan, các hợp chất trong đó các nguyên tử silicon được nối với nhau bằng một liên kết đơn, mạnh, nếu các nguyên tử silicon được kết nối bằng liên kết đôi. Giống như hydrocarbon, các hợp chất này tạo thành chuỗi và vòng. Tất cả các silan đều có thể tự bốc cháy, tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và dễ phản ứng với nước: SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2
Silicon tetraflorua SiF4, một loại khí có mùi khó chịu, độc, được hình thành do tác dụng của axit hydrofluoric với silicon và nhiều hợp chất của nó, bao gồm cả thủy tinh:
Na 2 SiO 3 + 6HF = 2NaF + SiF 4 + 3H 2 O
Phản ứng với nước tạo thành silicon và hexafluorosilicon Axit (H 2 SiF 6):
3SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 +H2SiO2
H 2 SiF 6 có độ bền gần bằng axit sunfuric, muối là fluorosilicates.

Ứng dụng:

Silicon được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất hợp kim để truyền độ bền cho nhôm, đồng và magie và để sản xuất ferrosilicides, những chất quan trọng trong sản xuất thép và công nghệ bán dẫn. Tinh thể silicon được sử dụng trong pin mặt trời và các thiết bị bán dẫn - bóng bán dẫn và điốt. Silicon cũng đóng vai trò là nguyên liệu thô để sản xuất các hợp chất organosilicon hoặc siloxan, thu được dưới dạng dầu, chất bôi trơn, nhựa và cao su tổng hợp. Các hợp chất silicon vô cơ được sử dụng trong công nghệ gốm sứ và thủy tinh, làm vật liệu cách điện và tinh thể áp điện

Đối với một số sinh vật, silic là một nguyên tố sinh học quan trọng. Nó là một phần của cấu trúc hỗ trợ ở thực vật và cấu trúc xương ở động vật. Silicon được tập trung với số lượng lớn bởi các sinh vật biển - tảo cát, phóng xạ, bọt biển. Một lượng lớn silic tập trung trong cỏ đuôi ngựa và ngũ cốc, chủ yếu ở các phân họ Tre và Lúa, bao gồm cả gạo. Mô cơ của con người chứa (1-2)·10 -2% silicon, mô xương - 17·10 -4%, máu - 3,9 mg/l. Có tới 1 g silicon đi vào cơ thể con người qua thức ăn mỗi ngày.

Antonov S.M., Tomilin K.G.
Đại học bang HF Tyumen, nhóm 571.

Nguồn: Silicon Wikipedia; Silicon trong bách khoa toàn thư trực tuyến "Vòng quanh thế giới", ;
Silicon tại chỗ