Siliciu și compușii săi. Siliciu în natură. Aplicarea siliciului

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 05:39

Siliciul este unul dintre cele mai solicitate elemente din tehnologie și industrie. Acest lucru se datorează proprietăților sale neobișnuite. Astăzi, există mulți compuși diferiți ai acestui element care joacă un rol important în sinteza și crearea de produse tehnice, vase, sticlă, echipamente, materiale de construcție și finisare, bijuterii și alte industrii.

Caracteristicile generale ale siliciului

Dacă luăm în considerare poziția siliciului în sistemul periodic, putem spune așa:

1. Situat în grupul IV al subgrupului principal.
2. Numărul ordinal 14.
3. Masa atomică 28, 086.
4. Simbol chimic Si.
5. Nume - silicon, sau în latină - silicium.
6. Configurația electronică a stratului exterior 4e:2e:8e.

Rețeaua cristalină a siliciului este similară cu cea a diamantului. Atomii sunt localizați la noduri, tipul său este cubic centrat pe față. Cu toate acestea, datorită lungimii mai mari a legăturilor, proprietățile fizice ale siliciului sunt foarte diferite de cele ale modificării alotropice a carbonului.

Proprietăți fizice și chimice

Sunt douămodificări alotropice ale acestui element: amorf şi cristalin. Sunt foarte asemănătoare. Cu toate acestea, ca și în cazul altor substanțe, principala diferență dintre ele este rețeaua cristalină a siliciului.

În acest caz, ambele modificări sunt pulberi de culori diferite.

1. Siliciul cristalin este o pulbere strălucitoare, asemănătoare metalului, de culoare gri închis. Structura sa corespunde diamantului, dar proprietățile sunt diferite. Are:

• fragilitate;
• duritate scăzută;
• proprietăți semiconductoare;
• punct de topire 1415⁰C;
• 2,33 g/cm³;
• punct de fierbere 2700⁰C.

Activitatea sa chimică este scăzută în comparație cu alte forme alotropice.

2. Siliciu amorf - pulbere maro-maro, are structura unui diamant foarte dezordonat. Activitatea chimică este destul de mare.

În general, trebuie remarcat faptul că siliconului nu îi place să reacționeze. Pentru a-l face să reacționeze, aveți nevoie de o temperatură de cel puțin 400-500⁰C. În aceste condiții, se formează diverși compuși chimici ai siliciului. Cum ar fi:

• oxizi;
• halogenuri;
• silicide;
• nitruri;
• borides;
• carburi.

Posibilă interacțiune a siliciului cu acidul azotic sau alcalin, care se numește proces de gravare. Compușii organosiliciului sunt larg răspândiți și devin din ce în ce mai des întâlniți astăzi.

A fi în natură

Siliciul se găsește în natură într-o cantitate destul de semnificativă. Este pe locul doi după oxigen în ceea ce privește prevalența. Fracția sa de masă este de aproximativ 30%. Apa de mare contine si acest element la o concentratie aproximativa de 3 mg/l. Prin urmare, nu se poate spune că siliciul este un element rar în natură.

Dimpotrivă, există multe roci și minerale diferite în care apare și din care poate fi extras. Cei mai comuni compuși naturali de siliciu sunt următorii:

1. Silice. Formula chimică este SiO₂. Există o varietate destul de mare de forme de minerale și roci bazate pe acesta: nisip, silex, feldspați, cuarț, cristal de stâncă, ametist, calcedonie, carnelian, opal, jasp și altele.
2. Silicati si aluminosilicati. Caolin, spars, mica, saruri de acid silicic, azbest, talc.

Astfel, siliciul este distribuit pe scară largă în natură, iar compușii săi sunt populari și solicitați în rândul oamenilor pentru aplicații tehnice.

Siliciu și compușii săi

Deoarece elementul în cauză nu poate exista în forma sa pură, prin urmare diferiții săi compuși sunt importanți. Din punct de vedere chimic, poate prezenta trei stări de oxidare: +2, +4, -4. Pornind de la aceasta, precum și din inerția sa, dar deosebită în structura rețelei cristaline, formează următoarele tipuri principale de substanțe:

• compuși binari cu nemetale (silan, carbură, nitrură, fosfură și așa mai departe;
• oxizi;
• siliciuacid;
• silicați metalici.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra importanței siliciului și a compușilor săi, care sunt cei mai des întâlniți și la cererea oamenilor.

Oxizi de siliciu

Există două varietăți ale acestei substanțe, exprimate prin formulele:

• SiO;
• SiO₂.

Cu toate acestea, cel mai răspândit este dioxidul. Există în natură sub formă de pietre semiprețioase foarte frumoase:

• agate;
• calcedonie;
• opal;
• carnelian;
• jasper;
• ametist;
• stras.

Utilizarea siliciului în această formă și-a găsit aplicația în fabricarea de bijuterii. Bijuterii incredibil de frumoase din aur și argint sunt realizate cu aceste pietre semiprețioase și semiprețioase.

Încă câteva variante de dioxid de siliciu:

• quartz;
• râu și nisip de cuarț;
• flint;
• feldspați.

Utilizarea siliciului în aceste tipuri este implementată în lucrări de construcții, inginerie, electronică radio, industria chimică și metalurgie. Împreună, oxizii enumerați aparțin unei singure substanțe - silice.

Carbura de siliciu și aplicațiile sale

Siliciul și compușii săi sunt materialele viitorului și prezentului. Unul dintre aceste materiale este carborundum sau carbura acestui element. Formula chimică a SiC. Apare în mod natural ca mineral moissanit.

În forma sa pură, compusul de carbon și siliciu este frumoscristale transparente asemănătoare structurilor de diamant. Cu toate acestea, substanțele de culoare verde și negru sunt utilizate în scopuri tehnice.

Principalele caracteristici ale acestei substanțe, permițând utilizarea ei în metalurgie, inginerie, industria chimică, sunt următoarele:

• semiconductor cu distanță largă;
• rezistență foarte mare (7 pe scara Mohs);
• rezistent la temperaturi ridicate;
• rezistență electrică excelentă și conductivitate termică.

Toate acestea fac posibilă utilizarea carborundumului ca material abraziv în metalurgie și sinteza chimică. Și, de asemenea, pe baza acesteia, pentru a produce LED-uri cu spectru larg, piese pentru cuptoare de topire a sticlei, duze, torțe, bijuterii (moissanitul este evaluat mai mult decât zirconia cubica).

Silan și semnificația lui

Compusul hidrogen al siliciului se numește silan și nu poate fi obținut prin sinteză directă din materii prime. Pentru a-l obține se folosesc siliciuri de diferite metale, care sunt tratate cu acizi. Ca rezultat, se eliberează silan gazos și se formează o sare metalică.

În mod interesant, legătura în cauză nu se formează niciodată singură. Întotdeauna ca rezultat al reacției se obține un amestec de mono-, di- și trisilan, în care atomii de siliciu sunt interconectați în lanțuri.

Prin proprietățile lor, acești compuși sunt agenți reducători puternici. În același timp, ei înșiși sunt ușor oxidați de oxigen, uneori cu o explozie. La halogeni, reacțiile sunt întotdeauna violente, cu o emisie mareenergie.

Aplicațiile silanilor sunt următoarele:

1. Reacții de sinteză organică, care au ca rezultat formarea unor compuși organosilici importanți - siliconi, cauciucuri, etanșanți, lubrifianți, emulsii și altele.
2. Microelectronică (monitoare LCD, circuite tehnice integrate etc.).
3. Obținerea polisiliciului ultrapur.
4. Stomatologie cu proteză.

Astfel, importanța silanilor în lumea modernă este mare.

Acid silicic și silicați

Hroxidul elementului în cauză este diferiți acizi silicici. Evidențiați:

• meta;
• ortho;
• polisilicic și alți acizi.

Toți sunt uniți de proprietăți comune - instabilitate extremă în starea liberă. Se descompun ușor sub influența temperaturii. În condiții normale, ele nu există pentru mult timp, transformându-se mai întâi într-un sol, apoi într-un gel. După uscare, astfel de structuri se numesc silicagels. Sunt folosiți ca adsorbanți în filtre.

Importante, din punct de vedere al industriei, sunt sărurile acizilor silicici - silicaţii. Acestea stau la baza producției de substanțe precum:

• pahar;
• beton;
• ciment;
• zeolit;
• caolin;
• porțelan;
• faience;
• cristal;
• ceramică.

Silicații de metale alcaline sunt solubili, toți ceilalți nu. Prin urmare, silicatul de sodiu și potasiu se numește sticlă lichidă. Adeziv obișnuit - acesta este sodiusare de acid silicic.

Dar cei mai interesanți compuși sunt totuși ochelarii. Oricat de multe variante ale acestei substante au venit! Astăzi au opțiuni de culoare, optice, mate. Sticlăria este izbitoare prin splendoarea și varietatea sa. Prin adăugarea anumitor oxizi metalici și nemetalici la amestec, se poate produce o mare varietate de tipuri de sticlă. Uneori chiar aceeași compoziție, dar un procent diferit al componentelor duce la o diferență în proprietățile substanței. Un exemplu este porțelanul și faianța, a căror formulă este SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Sticlă de cuarț este o formă de produs extrem de pur a cărui compoziție este descrisă ca dioxid de siliciu.

Descoperiri în compuși de siliciu

În ultimii ani de cercetare, s-a dovedit că siliciul și compușii săi sunt cei mai importanți participanți în starea normală a organismelor vii. Cu lipsa sau excesul acestui element, boli precum:

• cancer;
• tuberculoză;
• artrita;
• cataractă;
• lepră;
• dizenterie;
• reumatism;
• hepatită și altele.

Procesul de îmbătrânire în sine este asociat și cu conținutul cantitativ de siliciu. Numeroase experimente pe mamifere au demonstrat că, în lipsa unui element, apar infarcte, accidente vasculare cerebrale, cancer și se activează virusul hepatitei.