Silicijum. Svojstva silicijuma

Silicijum(lat. silicium), si, hemijski element IV grupe periodnog sistema Mendeljejeva; atomski broj 14, atomska masa 28.086. U prirodi, element je predstavljen sa tri stabilna izotopa: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) i 30 si (3,05%).

Istorijska referenca . Jedinjenja K, rasprostranjena na zemlji, poznata su čovjeku još od kamenog doba. Upotreba kamenog oruđa za rad i lov nastavljena je nekoliko milenijuma. Upotreba K spojeva povezana je s njihovom preradom - proizvodnjom staklo - počela je oko 3000. godine prije Krista. e. (u starom Egiptu). Najranije poznato jedinjenje K. je dioksid sio 2 (silicijum dioksid). U 18. vijeku silicijum se smatrao jednostavnim tijelom i nazivan je "zemljama" (kao što se odražava u njegovom nazivu). Složenost sastava silicijum dioksida utvrdio je I. Ya. Berzelius. Po prvi put, 1825. godine, dobio je elementarni kalcij iz silicijum fluorida sif 4, redukujući ga metalnim kalijumom. Novi element je dobio naziv "silicijum" (od latinskog silex - kremen). Rusko ime je uveo G.I. Hess 1834. godine.

Prevalencija u prirodi . U pogledu rasprostranjenosti u zemljinoj kori, kiseonik je drugi element (posle kiseonika), njegov prosečan sadržaj u litosferi je 29,5% (po masi). U zemljinoj kori, ugljenik igra istu primarnu ulogu kao ugljenik u životinjskom i biljnom svetu. Za geohemiju kiseonika važna je njegova izuzetno jaka veza sa kiseonikom. Oko 12% litosfere je silicijum sio 2 u mineralnom obliku kvarc i njegove sorte. 75% litosfere se sastoji od raznih silikati I aluminosilikati(feldspati, liskuni, amfiboli, itd.). Ukupan broj minerala koji sadrže silicijum prelazi 400 .

Tokom magmatskih procesa dolazi do slabe diferencijacije kalcijuma: akumulira se i u granitoidima (32,3%) i u ultrabazičnim stijenama (19%). Pri visokim temperaturama i visokom pritisku, rastvorljivost sio 2 se povećava. Moguća je i njegova migracija sa vodenom parom, pa se pegmatite hidrotermalnih žila odlikuju značajnim koncentracijama kvarca, koji se često dovodi u vezu sa rudnim elementima (zlato-kvarc, kvarc-kasiterit i dr. žile).

Fizička i hemijska svojstva. Ugljenik formira tamnosive kristale metalnog sjaja, koji imaju kubičnu rešetku tipa dijamanta usredsređenu na lice sa periodom a = 5,431 a i gustinom od 2,33 g/cm 3 . Pri vrlo visokim pritiscima dobijena je nova (naizgled heksagonalna) modifikacija gustoće od 2,55 g/cm 3 . K. se topi na 1417°C, ključa na 2600°C. Specifični toplotni kapacitet (na 20-100°C) 800 J/ (kg? K), ili 0,191 cal/ (g? deg); toplotna provodljivost čak i za najčistije uzorke nije konstantna i kreće se u opsegu (25°C) 84-126 W/ (m?K), odnosno 0,20-0,30 cal/ (cm?sec?deg). Temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 2,33? 10 -6 K -1 ; ispod 120k postaje negativan. K. je transparentan za dugotalasne infracrvene zrake; indeks prelamanja (za l =6 µm) 3,42; dielektrična konstanta 11.7. K. je dijamagnetna, atomska magnetna susceptibilnost je -0,13? 10 -6. K. tvrdoća po Mohsu 7,0, prema Brinellu 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modul elastičnosti 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), koeficijent stišljivosti 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. krhki materijal; primjetna plastična deformacija počinje na temperaturama iznad 800°C.

K. je poluprovodnik koji sve više koristi. Električna svojstva bakra veoma zavise od nečistoća. Intrinzična specifična volumetrijska električna otpornost ćelije na sobnoj temperaturi uzima se 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Poluprovodnički krug sa provodljivošću R-tip (aditivi B, al, in ili ga) i n-tip (aditivi P, bi, as ili sb) ima znatno manji otpor. Razmak u pojasu prema električnim mjerenjima je 1,21 ev u 0 TO i pada na 1.119 ev na 300 TO.

U skladu sa položajem prstena u periodnom sistemu Mendeljejeva, 14 elektrona atoma prstena raspoređeno je na tri ljuske: u prvoj (iz jezgra) 2 elektrona, u drugoj 8, u trećoj (valentna) 4; konfiguracija elektronske ljuske 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potencijali sukcesivnog jonizacije ( ev): 8.149; 16.34; 33.46 i 45.13. Atomski radijus 1,33 a, kovalentni poluprečnik 1,17 a, jonski poluprečnik si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

U jedinjenjima ugljenika (slično ugljeniku) 4-valenten. Međutim, za razliku od ugljika, silicijum, zajedno sa koordinacijskim brojem 4, pokazuje koordinacijski broj 6, što se objašnjava velikom zapreminom njegovog atoma (primjer takvih spojeva su silikofluoridi koji sadrže 2- grupu).

Hemijska veza atoma ugljika sa drugim atomima obično se ostvaruje zahvaljujući hibridnim sp 3 orbitalama, ali je moguće uključiti i dvije od pet (praznih) 3 d- orbitale, posebno kada je K. šestokoordinatna. Imajući nisku vrijednost elektronegativnosti od 1,8 (nasuprot 2,5 za ugljik; 3,0 za dušik, itd.), ugljenik je elektropozitivan u jedinjenjima s nemetalima, a ova jedinjenja su polarna po prirodi. Visoka energija vezivanja sa kiseonikom si-o, jednaka 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , određuje stabilnost njegovih kisikovih spojeva (sio 2 i silikata). Si-si energija vezivanja je niska, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Za razliku od ugljika, ugljik nije karakteriziran stvaranjem dugih lanaca i dvostrukih veza između atoma Si. U zraku, zbog stvaranja zaštitnog oksidnog filma, ugljik je stabilan čak i na povišenim temperaturama. U kiseoniku oksidira počevši od 400°C, formirajući silicijum dioksid sio 2. Sio monoksid je takođe poznat, stabilan na visokim temperaturama u obliku gasa; kao rezultat naglog hlađenja može se dobiti čvrst proizvod koji se lako raspada u tanku mješavinu si i sio 2. K. je otporan na kiseline i rastvara se samo u mješavini dušične i fluorovodonične kiseline; lako se otapa u vrućim alkalnim otopinama uz oslobađanje vodika. K. reaguje sa fluorom na sobnoj temperaturi i sa drugim halogenima kada se zagreva da formira spojeve opšte formule šest 4 . Vodik ne reaguje direktno sa ugljenikom, i silicijumske kiseline(silani) se dobijaju razgradnjom silicida (vidi dole). Vodikovi silikoni su poznati od sih 4 do si 8 h 18 (sastav je sličan zasićenim ugljovodonicima). K. formira 2 grupe silana koji sadrže kiseonik - siloksani i silokseni. K reaguje sa azotom na temperaturama iznad 1000°C. Od velikog praktičnog značaja je si 3 n 4 nitrid, koji ne oksidira na vazduhu ni na 1200°C, otporan je na kiseline (osim azotnih) i lužine, kao i na rastopljene metale i šljaku, što ga čini vrednim materijalom za hemijska industrija, za proizvodnju vatrostalnih materijala, itd. Jedinjenja ugljika sa ugljikom odlikuju se svojom visokom tvrdoćom, kao i termičkom i hemijskom otpornošću ( silicijum karbida sic) i sa borom (sib 3, sib 6, sib 12). Kada se zagrije, hlor reaguje (u prisustvu metalnih katalizatora, kao što je bakar) sa organohlornim jedinjenjima (na primer, ch 3 cl) da bi formirao organohalosilane [na primer, si (ch 3) 3 ci], koji se koriste za sintezu od brojnih organosilicijumska jedinjenja.

K. formira spojeve sa gotovo svim metalima - silicidi(veze samo sa bi, tl, pb, hg nisu otkrivene). Dobijeno je više od 250 silicida čiji sastav (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si, itd.) obično ne odgovara klasičnim valencijama. Silicidi su vatrostalni i tvrdi; Od najveće praktične važnosti su ferosilicij i molibden silicid mosi 2 (električni grijači peći, lopatice plinskih turbina itd.).

Prijem i prijava. K. tehnička čistoća (95-98%) se postiže u električnom luku redukcijom silicijum-dioksida 2 između grafitnih elektroda. U vezi sa razvojem tehnologije poluprovodnika razvijene su metode za dobijanje čistog i posebno čistog bakra, što zahteva prethodnu sintezu najčistijih polaznih jedinjenja bakra iz kojih se bakar izdvaja redukcijom ili termičkom razgradnjom.

Čisti poluprovodnički bakar se dobija u dva oblika: polikristalni (redukcijom sici 4 ili sihcl 3 cinkom ili vodonikom, termičkom razgradnjom sil 4 i sih 4) i monokristalini (zonski topljenje bez lončića i „izvlačenje” jednog kristala od rastopljenog bakra - metoda Čohralskog).

Posebno dopirani bakar se široko koristi kao materijal za proizvodnju poluvodičkih uređaja (tranzistori, termistori, energetski ispravljači, kontrolirane diode - tiristori; solarne fotoćelije koje se koriste u svemirskim letjelicama, itd.). Pošto je K. providan za zrake talasnih dužina od 1 do 9 µm, koristi se u infracrvenoj optici .

K. ima raznolika i sve širi područja primjene. U metalurgiji se kisik koristi za uklanjanje kisika otopljenog u rastopljenim metalima (deoksidacija). K. je sastavni dio velikog broja legura željeza i obojenih metala. Ugljik obično daje legurama povećanu otpornost na koroziju, poboljšava njihova svojstva livenja i povećava mehaničku čvrstoću; međutim, s većim sadržajem K. može uzrokovati krhkost. Najvažnije su legure gvožđa, bakra i aluminijuma koje sadrže kalcijum, a sve veća količina ugljenika se koristi za sintezu organosilicijumskih jedinjenja i silicida. Silicijum i mnogi silikati (glina, feldspat, liskun, talk, itd.) prerađuju se u staklenoj, cementnoj, keramičkoj, elektrotehničkoj i drugim industrijama.

V. P. Barzakovsky.

Silicijum se u organizmu nalazi u obliku različitih jedinjenja, uglavnom uključenih u formiranje tvrdih delova i tkiva skeleta. Neke morske biljke (na primjer, dijatomeje) i životinje (na primjer, silicijumske spužve, radiolarije) mogu akumulirati posebno velike količine silicija, stvarajući debele naslage silicijum dioksida na dnu oceana kada umiru. U hladnim morima i jezerima preovlađuju biogeni muljevi obogaćeni kalijumom, u tropskim morima prevladavaju vapnenački muljevi sa niskim sadržajem kalijuma, a među kopnenim biljkama žitarice, šaš, palme i preslica akumuliraju mnogo kalija. Kod kičmenjaka sadržaj silicijum dioksida u pepelnim supstancama je 0,1-0,5%. U najvećim količinama K. se nalazi u gustom vezivnom tkivu, bubrezima i pankreasu. Dnevna ljudska ishrana sadrži do 1 G K. Kada je u vazduhu visok sadržaj prašine silicijum dioksida, ona ulazi u ljudska pluća i izaziva bolest - silikoza.

V. V. Kovalsky.

Lit.: Berezhnoy A.S., Silicijum i njegovi binarni sistemi. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Poluprovodnici - germanijum i silicijum, M., 1961; Renyan V.R., Tehnologija poluprovodničkog silicijuma, trans. sa engleskog, M., 1969; Sally I.V., Falkevič E.S., Proizvodnja poluprovodničkog silicijuma, M., 1970; Silicijum i germanijum. Sat. Art., ed. E. S. Falkevič, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Kristalna hemija silicida i germanida, M., 1971; vuk N. f., podaci o silicijumskim poluprovodnicima, okf. - n. god, 1965.

preuzmi sažetak

Silicijum

SILICON-I; m.[iz grčkog krēmnos - litica, stijena] Hemijski element (Si), tamno sivi kristali s metalnim sjajem nalaze se u većini stijena.

◁ Silicijum, oh, oh. K soli. Silicijum (vidi 2.K.; 1 bod).

(lat. Silicijum), hemijski element IV grupe periodnog sistema. Tamno sivi kristali s metalnim sjajem; gustina 2,33 g/cm 3, t pl 1415ºC. Otporan na hemijske uticaje. Čini 27,6% mase zemljine kore (2. mjesto među elementima), glavni minerali su silicijum i silikati. Jedan od najvažnijih poluvodičkih materijala (tranzistori, termistori, fotoćelije). Sastavni dio mnogih čelika i drugih legura (povećava mehaničku čvrstoću i otpornost na koroziju, poboljšava svojstva livenja).

SILICION (lat. Silicium od silex - kremen), Si (čita se “silicijum”, ali danas prilično često kao “si”), hemijski element sa atomskim brojem 14, atomske mase 28,0855. Rusko ime dolazi od grčkog kremnos - litica, planina.
Prirodni silicijum se sastoji od mešavine tri stabilna nuklida (cm. NUKLID) sa masenim brojevima 28 (prevladava u smjesi, sadrži 92,27% masenog udjela), 29 (4,68%) i 30 (3,05%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja neutralnog nepobuđenog atoma silicija 3 s 2 R 2 . U jedinjenjima obično pokazuje oksidaciono stanje od +4 (valencija IV) i vrlo retko +3, +2 i +1 (valentnost III, II i I, respektivno). U periodnom sistemu Mendeljejeva, silicijum se nalazi u grupi IVA (u grupi ugljenika), u trećem periodu.
Radijus neutralnog atoma silicijuma je 0,133 nm. Sekvencijalne energije jonizacije atoma silicijuma su 8,1517, 16,342, 33,46 i 45,13 eV, a afinitet prema elektronu je 1,22 eV. Radijus Si 4+ jona sa koordinacionim brojem 4 (najčešći u slučaju silicijuma) je 0,040 nm, sa koordinacionim brojem 6 - 0,054 nm. Prema Paulingovoj skali, elektronegativnost silicijuma je 1,9. Iako se silicijum obično klasifikuje kao nemetal, po brojnim svojstvima zauzima srednju poziciju između metala i nemetala.
U slobodnom obliku - smeđi prah ili svijetlosivi kompaktni materijal s metalnim sjajem.
Istorija otkrića
Jedinjenja silicijuma poznata su čovjeku od pamtivijeka. Ali čovjek se sa jednostavnom supstancom silicijum upoznao tek prije otprilike 200 godina. Zapravo, prvi istraživači koji su dobili silicijum bili su Francuzi J. L. Gay-Lussac (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis) i L. J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). Otkrili su 1811. da zagrijavanje silicijum fluorida sa metalnim kalijumom dovodi do stvaranja smeđe-smeđe supstance:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, međutim, sami istraživači nisu izveli ispravan zaključak o dobijanju nove jednostavne supstance. Čast da otkrije novi element pripada švedskom hemičaru J. Berzeliusu (cm. BERZELIUS Jens Jacob), koji je takođe zagrevao jedinjenje sastava K 2 SiF 6 sa metalnim kalijumom da bi dobio silicijum. Dobio je isti amorfni prah kao i francuski hemičari, a 1824. objavio je novu elementarnu supstancu, koju je nazvao "silicijum". Kristalni silicijum je tek 1854. dobio francuski hemičar A. E. Sainte-Clair Deville. (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Biti u prirodi
Po zastupljenosti u zemljinoj kori, silicijum je na drugom mestu među svim elementima (posle kiseonika). Silicijum čini 27,7% mase zemljine kore. Silicijum je komponenta nekoliko stotina različitih prirodnih silikata (cm. SILIKATI) i aluminosilikati (cm. ALUMINIJSKI SILIKATI). Silicijum, ili silicijum dioksid, takođe je široko rasprostranjen (cm. silicijum dioksid) SiO 2 (rečni pesak (cm. pijesak), kvarc (cm. KVARC), kremen (cm. kremen) itd.), koji čine oko 12% zemljine kore (po masi). Silicijum se u prirodi ne pojavljuje u slobodnom obliku.
Potvrda
U industriji se silicijum proizvodi redukovanjem taline SiO 2 koksom na temperaturi od oko 1800°C u lučnim pećima. Čistoća silicijuma dobijenog na ovaj način je oko 99,9%. Budući da je za praktičnu upotrebu potreban silicijum veće čistoće, nastali silicijum se hloriše. Nastaju jedinjenja sastava SiCl 4 i SiCl 3 H. Ovi hloridi se dalje na različite načine prečišćavaju od nečistoća i u završnoj fazi se redukuju čistim vodonikom. Takođe je moguće pročistiti silicijum tako što se prvo dobije magnezijum silicid Mg 2 Si. Zatim, hlapljivi monosilan SiH 4 se dobija iz magnezijevog silicida upotrebom hlorovodonične ili sirćetne kiseline. Monosilan se dalje prečišćava rektifikacijom, sorpcijom i drugim metodama, a zatim razlaže na silicijum i vodonik na temperaturi od oko 1000°C. Sadržaj nečistoća u silicijumu dobijenom ovim metodama smanjen je na 10 -8 -10 -6% težinski.
Fizička i hemijska svojstva
Kristalna rešetka silikonskog facecentriranog kubnog tipa dijamanta, parametar a = 0,54307 nm (druge polimorfne modifikacije silicijuma su dobijene pri visokim pritiscima), ali zbog veće dužine veze između Si-Si atoma u poređenju sa dužinom C-C veze, tvrdoća silicijuma je znatno manja od tvrdoće dijamanta.
Gustina silicijuma je 2,33 kg/dm3. Tačka topljenja 1410°C, tačka ključanja 2355°C. Silicijum je krhak, tek kada se zagreje iznad 800°C postaje plastična tvar. Zanimljivo je da je silicijum transparentan za infracrveno (IR) zračenje.
Elementarni silicijum je tipičan poluprovodnik (cm. POLUPROVODNICI). Razmak u pojasu na sobnoj temperaturi je 1,09 eV. Koncentracija nosilaca struje u silicijumu sa intrinzičnom provodljivošću na sobnoj temperaturi je 1,5·10 16 m -3. Na električna svojstva kristalnog silicijuma u velikoj meri utiču mikronečistoće koje sadrži. Za dobijanje monokristala silicijuma sa provodljivošću rupa, u silicijum se uvode aditivi elemenata III grupe - bora. (cm. BOR (hemijski element)), aluminijum (cm. ALUMINIJUM), galijum (cm. GALIJA) i Indija (cm. INDIJ), sa elektronskom provodljivošću - dodaci elemenata V grupe - fosfor (cm. FOSFOR), arsenik (cm. ARSEN) ili antimona (cm. ANTIMON). Električna svojstva silicijuma mogu se mijenjati promjenom uvjeta obrade monokristala, posebno tretiranjem površine silicijuma različitim kemijskim agensima.
Hemijski je silicijum neaktivan. Na sobnoj temperaturi reaguje samo sa gasovitim fluorom, što dovodi do stvaranja isparljivog silicijum tetrafluorida SiF 4 . Kada se zagrije na temperaturu od 400-500°C, silicijum reaguje sa kiseonikom da bi se formirao dioksid SiO 2, sa hlorom, bromom i jodom da bi se formirali odgovarajući visoko hlapljivi tetrahalid SiHal 4.
Silicijum ne reaguje direktno sa vodonikom; jedinjenja silicijuma sa vodonikom su silani (cm. SILANS) sa opštom formulom Si n H 2n+2 - dobijeno indirektno. Monosilan SiH 4 (koji se često naziva jednostavno silan) se oslobađa kada metalni silicidi reaguju sa kiselim rastvorima, na primer:
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
Silan SiH 4 koji nastaje u ovoj reakciji sadrži mješavinu drugih silana, posebno disilana Si 2 H 6 i trisilana Si 3 H 8, u kojima se nalazi lanac atoma silicija međusobno povezanih jednostrukim vezama (-Si-Si-Si -) .
Sa azotom, silicijum na temperaturi od oko 1000°C formira nitrid Si 3 N 4, sa borom - termički i hemijski stabilne boride SiB 3, SiB 6 i SiB 12. Jedinjenje silicijuma i njegov najbliži analog prema periodnom sistemu - ugljik - silicijum karbid SiC (karbound (cm. CARBORUNDUM)) karakteriše visoka tvrdoća i niska hemijska reaktivnost. Karborund se široko koristi kao abrazivni materijal.
Kada se silicijum zagreva sa metalima, nastaju silicidi (cm. SILICIDI). Silicidi se mogu podeliti u dve grupe: jonsko-kovalentni (silicidi alkalnih, zemnoalkalnih metala i magnezijuma kao što su Ca 2 Si, Mg 2 Si i dr.) i metalni (silicidi prelaznih metala). Silicidi aktivnih metala se razlažu pod uticajem kiselina, silicidi prelaznih metala su hemijski stabilni i ne raspadaju se pod dejstvom kiselina. Silicidi slični metalima imaju visoke tačke topljenja (do 2000°C). Najčešće nastaju metalni silicidi sastava MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 i MSi 2. Silicidi slični metalima su hemijski inertni i otporni na kiseonik čak i na visokim temperaturama.
Silicijum dioksid SiO 2 je kiseli oksid koji ne reaguje sa vodom. Postoji u obliku nekoliko polimorfa (kvarc (cm. KVARC), tridimit, kristobalit, staklast SiO 2). Od ovih modifikacija, kvarc je od najveće praktične važnosti. Kvarc ima piezoelektrična svojstva (cm. PIEZOELEKTRIČNI MATERIJALI), proziran je za ultraljubičasto (UV) zračenje. Odlikuje ga vrlo nizak koeficijent toplinskog širenja, tako da posuđe od kvarca ne puca pri promjenama temperature do 1000 stepeni.
Kvarc je hemijski otporan na kiseline, ali reaguje sa fluorovodoničnom kiselinom:
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
i fluorovodonik plin HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Ove dvije reakcije se široko koriste za jetkanje stakla.
Kada se SiO 2 stapa sa alkalijama i bazičnim oksidima, kao i sa karbonatima aktivnih metala, nastaju silikati (cm. SILIKATI)- soli vrlo slabih u vodi netopivih silicijumskih kiselina koje nemaju stalan sastav (cm. silicijumske kiseline) opća formula xH 2 O ySiO 2 (prilično često u literaturi ne pišu baš precizno ne o silicijumskoj kiselini, već o silicijumskoj kiselini, iako u stvari govore o istoj stvari). Na primjer, natrijev ortosilikat se može dobiti:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
kalcijum metasilikat:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
ili miješani kalcijum i natrijev silikat:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Prozorsko staklo je napravljeno od Na 2 O·CaO·6SiO 2 silikata.
Treba napomenuti da većina silikata nema konstantan sastav. Od svih silikata, samo natrijum i kalijev silikat su rastvorljivi u vodi. Otopine ovih silikata u vodi nazivaju se rastvorljivo staklo. Zbog hidrolize ove otopine karakterizira visoko alkalna sredina. Hidrolizirane silikate karakterizira stvaranje ne pravih, već koloidnih otopina. Kada se rastvori natrijevih ili kalijevih silikata zakiseli, taloži se želatinasti bijeli talog hidratizirane silicijumske kiseline.
Glavni strukturni element i čvrstog silicijum dioksida i svih silikata je grupa u kojoj je atom silicijuma Si okružen tetraedrom od četiri atoma kiseonika O. U ovom slučaju, svaki atom kiseonika je povezan sa dva atoma silicija. Fragmenti se mogu međusobno povezati na različite načine. Među silikatima, prema prirodi veza u njihovim fragmentima, dijele se na otočne, lančane, trakaste, slojevite, okvirne i druge.
Kada se SiO 2 reducira silicijumom na visokim temperaturama, nastaje silicijum monoksid sastava SiO.
Silicijum se odlikuje stvaranjem organosilicijumskih jedinjenja (cm. ORGANOSILONSKA JEDINJENJA), u kojem su atomi silicijuma povezani u duge lance zbog premošćivanja atoma kiseonika -O-, a svakom atomu silicijuma, pored dva O atoma, još dva organska radikala R 1 i R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6 su pričvršćeni H 5, CH 2 CH 2 CF 3, itd.
Aplikacija
Silicijum se koristi kao poluprovodnički materijal. Kvarc se koristi kao piezoelektrik, kao materijal za proizvodnju hemijskog (kvarcnog) posuđa otpornog na toplotu i UV lampe. Silikati se široko koriste kao građevinski materijali. Prozorska stakla su amorfni silikati. Organosilikonski materijali odlikuju se visokom otpornošću na habanje i široko se koriste u praksi kao silikonska ulja, ljepila, gume i lakovi.
Biološka uloga
Za neke organizme silicijum je važan biogeni element (cm. BIOGENI ELEMENTI). Dio je potpornih struktura u biljkama i skeletnih struktura kod životinja. Silicijum u velikim količinama koncentrišu morski organizmi - dijatomeje. (cm. DIJATOMSKE ALGE), radiolarije (cm. RADIOLARIJA), sunđeri (cm. SPUNĐE). Ljudsko mišićno tkivo sadrži (1-2)·10 -2% silicijuma, koštano tkivo - 17·10 -4%, krv - 3,9 mg/l. Do 1 g silicijuma ulazi u ljudski organizam sa hranom svakog dana.
Jedinjenja silicijuma nisu otrovna. Ali veoma je opasno udisanje visoko dispergovanih čestica i silikata i silicijum dioksida, nastalih, na primer, tokom miniranja, pri klesanju stena u rudnicima, tokom rada mašina za peskarenje itd.. Mikročestice SiO 2 koje uđu u pluća kristališu se. u njima, a nastali kristali uništavaju plućno tkivo i izazivaju tešku bolest - silikozu (cm. SILIKOZA). Kako biste spriječili da ova opasna prašina uđe u vaša pluća, trebali biste koristiti respirator kako biste zaštitili svoj respiratorni sistem.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte šta je "silicijum" u drugim rječnicima:

- (simbol Si), rasprostranjeni sivi hemijski element IV grupe periodnog sistema, nemetal. Prvi ga je izolovao Jens BERZELIUS 1824. Silicijum se nalazi samo u jedinjenjima kao što je SILICA (silicijum dioksid) ili u... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

Silicijum- proizvodi se gotovo isključivo karbotermalnom redukcijom silicijum dioksida pomoću električnih lučnih peći. Loš je provodnik toplote i struje, tvrđi je od stakla, obično u obliku praha ili češće bezobličnih komada... Zvanična terminologija

SILICON- chem. element, nemetal, simbol Si (lat. Silicium), at. n. 14, at. m. 28.08; poznati su amorfni i kristalni silicijum (koji je izgrađen od iste vrste kristala kao i dijamant). Amorfni K. smeđi prah kubične strukture u visoko dispergovanim ... ... Velika politehnička enciklopedija

- (Silicijum), Si, hemijski element IV grupe periodnog sistema, atomski broj 14, atomska masa 28,0855; nemetalni, tačka topljenja 1415°C. Silicijum je drugi najzastupljeniji element na Zemlji nakon kiseonika, njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 27,6% po težini. Moderna enciklopedija

Si (lat. Silicium * a. silicijum, silicijum; n. Silizium; f. silicijum; i. siliseo), hem. element periodične grupe IV. Mendeljejev sistem, at. n. 14, at. m. 28,086. U prirodi postoje 3 stabilna izotopa: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Geološka enciklopedija

Instrukcije

Periodični sistem je višespratna "kuća" koja sadrži veliki broj stanova. Svaki “stanar” ili u svom stanu pod određenim brojem, koji je stalan. Osim toga, element ima “prezime” ili ime, kao što su kisik, bor ili dušik. Pored ovih podataka, svaki “stan” sadrži informacije kao što je relativna atomska masa, koja može imati tačne ili zaokružene vrijednosti.

Kao i u svakoj kući, postoje „ulazi“, odnosno grupe. Štaviše, u grupama se elementi nalaze s lijeve i desne strane, formirajući se. U zavisnosti od toga na kojoj strani ih ima više, ta strana se zove glavna. Druga podgrupa će, prema tome, biti sekundarna. Tabela takođe ima „podove“ ili tačke. Štaviše, periodi mogu biti i veliki (sastoje se od dva reda) i mali (imaju samo jedan red).

Tabela prikazuje strukturu atoma elementa, od kojih svaki ima pozitivno nabijeno jezgro koje se sastoji od protona i neutrona, kao i negativno nabijenih elektrona koji rotiraju oko njega. Broj protona i elektrona je numerički isti i određen je u tabeli serijskim brojem elementa. Na primjer, hemijski element sumpor je #16, stoga će imati 16 protona i 16 elektrona.

Da biste odredili broj neutrona (neutralne čestice koje se takođe nalaze u jezgru), oduzmite njegov atomski broj od relativne atomske mase elementa. Na primjer, željezo ima relativnu atomsku masu 56 i atomski broj 26. Prema tome, 56 – 26 = 30 protona za željezo.

Elektroni se nalaze na različitim udaljenostima od jezgra, formirajući nivoe elektrona. Da biste odredili broj elektronskih (ili energetskih) nivoa, morate pogledati broj perioda u kojem se element nalazi. Na primjer, aluminijum je u 3. periodu, pa će imati 3 nivoa.

Po broju grupe (ali samo za glavnu podgrupu) možete odrediti najveću valencu. Na primjer, elementi prve grupe glavne podgrupe (litijum, natrijum, kalijum itd.) imaju valenciju 1. Prema tome, elementi druge grupe (berilij, magnezijum, kalcijum, itd.) će imati valencu od 2.

Također možete koristiti tabelu za analizu svojstava elemenata. S lijeva na desno, metalna svojstva slabe, a nemetalna se povećavaju. To se jasno vidi na primjeru perioda 2: počinje s alkalnim metalom natrijem, zatim zemnoalkalnim metalom magnezijem, nakon njega amfoternim elementom aluminijumom, zatim nemetalima silicijumom, fosforom, sumporom i period završava gasovitim supstancama - hlor i argon. U narednom periodu uočava se slična zavisnost.

Od vrha do dna, također se opaža obrazac - metalna svojstva se povećavaju, a nemetalna svojstva slabe. To jest, na primjer, cezijum je mnogo aktivniji u odnosu na natrijum.

DEFINICIJA

Silicijum- četrnaesti element periodnog sistema. Oznaka - Si od latinskog "silicijum". Lociran u trećem periodu, grupa IVA. Odnosi se na nemetale. Nuklearni naboj je 14.

Silicijum je jedan od najčešćih elemenata u zemljinoj kori. On čini 27% (tež.) dijela zemljine kore koji je dostupan našoj studiji, zauzimajući drugo mjesto po obilju nakon kisika. U prirodi se silicijum nalazi samo u spojevima: u obliku silicijum dioksida SiO 2, koji se naziva silicijum anhidrid ili silicijum, u obliku soli silicijumskih kiselina (silikata). Aluminosilikati su najrasprostranjeniji u prirodi, tj. silikati koji sadrže aluminij. To uključuje feldspate, liskune, kaolin itd.

Poput ugljika, koji je dio svih organskih tvari, silicij je najvažniji element biljnog i životinjskog carstva.

U normalnim uslovima, silicijum je tamno siva supstanca (slika 1). Izgleda kao metal. Vatrostalna - tačka topljenja je 1415 o C. Odlikuje se visokom tvrdoćom.

Rice. 1. Silicijum. Izgled.

Atomska i molekulska masa silicijuma

Relativna molekulska masa supstance (M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, a relativna atomska masa elementa (A r) je koliko je puta prosječna masa atoma nekog kemijskog elementa veća od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da u slobodnom stanju silicij postoji u obliku jednoatomskih molekula Si, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase se poklapaju. One su jednake 28.084.

Alotropija i alotropske modifikacije silicija

Silicijum može postojati u obliku dvije alotropske modifikacije: dijamantske (kubične) (stabilne) i grafitne (nestabilne). Silicijum sličan dijamantu je u čvrstom agregatnom stanju, a silicijum sličan grafitu je u amorfnom stanju. Također se razlikuju po izgledu i hemijskoj aktivnosti.

Kristalni silicijum je tamno siva supstanca metalnog sjaja, a amorfni silicijum je smeđi prah. Druga modifikacija je reaktivnija od prve.

Izotopi silicijuma

Poznato je da se u prirodi silicijum može naći u obliku tri stabilna izotopa 28 Si, 29 Si i 30 Si. Njihovi maseni brojevi su 28, 29 i 30, redom. Jezgro atoma silicijumskog izotopa 28 Si sadrži četrnaest protona i četrnaest neutrona, a izotopi 29 Si i 30 Si sadrže isti broj protona, petnaest, odnosno šesnaest neutrona.

Postoje umjetni izotopi silicija s masenim brojevima od 22 do 44, među kojima je najdugovječniji 32 Si s vremenom poluraspada od 170 godina.

Silicijum joni

Na vanjskom energetskom nivou atoma silicija nalaze se četiri elektrona, koji su valentni:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 .

Kao rezultat hemijske interakcije, silicijum može da odustane od svojih valentnih elektrona, tj. biti njihov donor i pretvoriti se u pozitivno nabijeni ion, ili prihvatiti elektrone iz drugog atoma, tj. bude akceptor i pretvara se u negativno nabijeni ion:

Si 0 -4e → Si 4+ ;

Si 0 +4e → Si 4- .

Molekul i atom silicijuma

U slobodnom stanju, silicijum postoji u obliku jednoatomskih molekula Si. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu silicija:

Legure silicijuma

Silicijum se koristi u metalurgiji. Služi kao komponenta mnogih legura. Najvažnije od njih su legure na bazi gvožđa, bakra i aluminijuma.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

• Oznaka - Si (silicijum);
• Period - III;
• Grupa - 14 (IVa);
• Atomska masa - 28,0855;
• Atomski broj - 14;
• Atomski radijus = 132 pm;
• Kovalentni radijus = 111 pm;
• Raspodjela elektrona - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• temperatura topljenja = 1412°C;
• tačka ključanja = 2355°C;
• Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 1,90/1,74;
• Oksidacijsko stanje: +4, +2, 0, -4;
• Gustina (br.) = 2,33 g/cm3;
• Molarni volumen = 12,1 cm 3 /mol.

Jedinjenja silicijuma:

Silicijum je prvi put izolovan u svom čistom obliku 1811. godine (Francuzi J. L. Gay-Lussac i L. J. Tenard). Čisti elementarni silicijum je dobijen 1825. (Šveđanin J. J. Berzelius). Hemijski element je dobio ime "silicijum" (u prevodu sa starogrčkog kao planina) 1834. godine (ruski hemičar G. I. Hess).

Silicijum je najčešći (posle kiseonika) hemijski element na Zemlji (sadržaj u zemljinoj kori je 28-29% po težini). U prirodi je silicijum najčešće prisutan u obliku silicijum dioksida (pijesak, kvarc, kremen, feldspat), kao i u silikatima i aluminosilikatima. U svom čistom obliku, silicijum je izuzetno rijedak. Mnogi prirodni silikati u svom čistom obliku su drago kamenje: smaragd, topaz, akvamarij - sve je to silicijum. Čisti kristalni silicijum(IV) oksid se javlja u obliku gorskog kristala i kvarca. Silicijum oksid, koji sadrži razne nečistoće, formira drago i poludrago kamenje - ametist, ahat, jaspis.

Rice. Struktura atoma silicijuma.

Elektronska konfiguracija silicijuma je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (vidi Elektronska struktura atoma). Na vanjskom energetskom nivou, silicijum ima 4 elektrona: 2 uparena na 3s podnivou + 2 neuparena u p-orbitalama. Kada atom silicijuma prijeđe u pobuđeno stanje, jedan elektron sa s-podnivoa "napušta" svoj par i prelazi na p-podnivo, gdje postoji jedna slobodna orbitala. Dakle, u pobuđenom stanju, elektronska konfiguracija atoma silicijuma ima sljedeći oblik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Rice. Prijelaz atoma silicija u pobuđeno stanje.

Dakle, silicijum u jedinjenjima može pokazati valencu od 4 (najčešće) ili 2 (vidi Valencija). Silicijum (kao i ugljenik), reagujući sa drugim elementima, formira hemijske veze u kojima može i da odustane od svojih elektrona i da ih prihvati, ali sposobnost prihvatanja elektrona u atomima silicija je manje izražena nego u atomima ugljika, zbog većeg silicijuma. atom.

Stanja oksidacije silicijuma:

• -4 : SiH 4 (silan), Ca 2 Si, Mg 2 Si (metalni silikati);
• +4 - najstabilniji: SiO 2 (silicijum oksid), H 2 SiO 3 (silicijumska kiselina), silikati i silicijum halogenidi;
• 0 : Si (jednostavna tvar)

Silicijum kao jednostavna supstanca

Silicijum je tamno siva kristalna supstanca sa metalnim sjajem. Kristalni silicijum je poluprovodnik.

Silicijum formira samo jednu alotropsku modifikaciju, sličnu dijamantu, ali ne tako jaku, budući da Si-Si veze nisu tako jake kao u molekuli ugljenika dijamanta (vidi Dijamant).

Amorfni silicijum- smeđi prah, sa tačkom topljenja od 1420°C.

Kristalni silicijum se dobija iz amorfnog silicijuma rekristalizacijom. Za razliku od amorfnog silicija, koji je prilično aktivna kemikalija, kristalni silicij je inertan u smislu interakcije s drugim supstancama.

Struktura kristalne rešetke silicijuma ponavlja strukturu dijamanta - svaki atom je okružen sa četiri druga atoma smještena na vrhovima tetraedra. Atomi se drže zajedno kovalentnim vezama, koje nisu tako jake kao ugljične veze u dijamantu. Iz tog razloga, čak i na br. Neke kovalentne veze u kristalnom silicijumu su razbijene, što dovodi do oslobađanja nekih elektrona, zbog čega silicijum ima malu električnu provodljivost. Kako se silicijum zagrijava, na svjetlu ili kada se dodaju određene nečistoće, povećava se broj prekinutih kovalentnih veza, uslijed čega se povećava broj slobodnih elektrona, a samim tim i električna provodljivost silicija.

Hemijska svojstva silicijuma

Kao i ugljik, silicij može biti i redukcijski i oksidacijski agens, ovisno o tome s kojom supstancom reagira.

Na br. silicijum je u interakciji samo sa fluorom, što se objašnjava prilično jakom kristalnom rešetkom silicijuma.

Silicijum reaguje sa hlorom i bromom na temperaturama većim od 400°C.

Silicijum reaguje sa ugljenikom i azotom samo na veoma visokim temperaturama.

• U reakcijama s nemetalima, silicijum djeluje kao redukciono sredstvo:
  • u normalnim uslovima, od nemetala, silicijum reaguje samo sa fluorom, formirajući silicijum halogenid:
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • na visokim temperaturama, silicijum reaguje sa hlorom (400°C), kiseonikom (600°C), azotom (1000°C), ugljenikom (2000°C):
    • Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - silicijum halogenid;
    • Si + O 2 = SiO 2 - silicijum oksid;
    • 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - silicijum nitrid;
    • Si + C = SiC - karborund (silicijum karbid)
• U reakcijama sa metalima je silicijum oksidaciono sredstvo(formirano salicidi:
  Si + 2Mg = Mg 2 Si
• U reakcijama sa koncentriranim rastvorima alkalija, silicijum reaguje sa oslobađanjem vodonika, formirajući rastvorljive soli silicijumske kiseline, tzv. silikati:
  Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
• Silicijum ne reaguje sa kiselinama (osim HF).

Priprema i upotreba silicijuma

Dobijanje silicijuma:

• u laboratoriju - od silicijum dioksida (aluminijumska terapija):
  3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
• u industriji - redukcijom silicijum oksida koksom (tehnički čisti silicijum) na visokoj temperaturi:
  SiO 2 + 2C = Si + 2CO
• Najčišći silicijum se dobija redukcijom silicijum tetrahlorida sa vodikom (cinkom) na visokoj temperaturi:
  SiCl 4 +2H 2 = Si+4HCl

Aplikacija silikona:

• proizvodnja poluvodičkih radioelemenata;
• kao metalurški aditivi u proizvodnji spojeva otpornih na toplinu i kiseline;
• u proizvodnji fotoćelija za solarne baterije;
• kao ispravljači naizmenične struje.