Πυρίτιο. Ιδιότητες πυριτίου

Πυρίτιο(λατ. πυρίτιο), si, χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού συστήματος του Mendeleev; ατομικός αριθμός 14, ατομική μάζα 28.086. Στη φύση, το στοιχείο αντιπροσωπεύεται από τρία σταθερά ισότοπα: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) και 30 si (3,05%).

Ιστορική αναφορά . Οι ενώσεις Κ, ευρέως διαδεδομένες στη γη, είναι γνωστές στον άνθρωπο από την εποχή του λίθου. Η χρήση λίθινων εργαλείων για εργασία και κυνήγι συνεχίστηκε για αρκετές χιλιετίες. Η χρήση ενώσεων Κ που σχετίζεται με την επεξεργασία - παραγωγή τους ποτήρι -ξεκίνησε γύρω στο 3000 π.Χ. μι. (στην Αρχαία Αίγυπτο). Η παλαιότερη γνωστή ένωση του Κ. είναι το διοξείδιο sio 2 (πυριτία). Τον 18ο αιώνα Το πυρίτιο θεωρούνταν απλό σώμα και αναφερόταν ως «γη» (όπως αντικατοπτρίζεται στο όνομά του). Η πολυπλοκότητα της σύνθεσης του πυριτίου διαπιστώθηκε από τον I. Ya. Μπερζέλιους.Για πρώτη φορά, το 1825, έλαβε στοιχειακό ασβέστιο από φθοριούχο πυρίτιο sif 4, ανάγοντας το τελευταίο με μέταλλο κάλιο. Στο νέο στοιχείο δόθηκε το όνομα "πυρίτιο" (από το λατινικό silex - πυριτόλιθο). Το ρωσικό όνομα εισήχθη από τον G.I. Hessτο 1834.

Επικράτηση στη φύση . Όσον αφορά την επικράτηση στον φλοιό της γης, το οξυγόνο είναι το δεύτερο στοιχείο (μετά το οξυγόνο), η μέση περιεκτικότητά του στη λιθόσφαιρα είναι 29,5% (κατά μάζα). Στον φλοιό της γης, ο άνθρακας παίζει τον ίδιο πρωταρχικό ρόλο με τον άνθρακα στον κόσμο των ζώων και των φυτών. Για τη γεωχημεία του οξυγόνου, η εξαιρετικά ισχυρή σύνδεσή του με το οξυγόνο είναι σημαντική. Περίπου το 12% της λιθόσφαιρας είναι πυρίτιο sio 2 σε ορυκτή μορφή χαλαζίαςκαι τις ποικιλίες του. Το 75% της λιθόσφαιρας αποτελείται από διάφορα πυριτικάΚαι αργιλοπυριτικά(άστριοι, μαρμαρυγία, αμφίβολοι κ.λπ.). Ο συνολικός αριθμός ορυκτών που περιέχουν πυρίτιο ξεπερνά τα 400 .

Κατά τη διάρκεια των μαγματικών διεργασιών, εμφανίζεται ασθενής διαφοροποίηση του ασβεστίου: συσσωρεύεται τόσο στα γρανιτοειδή (32,3%) όσο και στα υπερβασικά πετρώματα (19%). Σε υψηλές θερμοκρασίες και υψηλή πίεση, η διαλυτότητα του sio 2 αυξάνεται. Η μετακίνησή του με υδρατμούς είναι επίσης δυνατή, επομένως οι πηγματίτες υδροθερμικών φλεβών χαρακτηρίζονται από σημαντικές συγκεντρώσεις χαλαζία, ο οποίος συχνά συνδέεται με μεταλλεύματα (φλέβες χρυσού-χαλαζία, χαλαζία-κασιτρίτη κ.λπ.).

ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ. Ο άνθρακας σχηματίζει σκούρου γκρι κρυστάλλους με μεταλλική λάμψη, που έχουν ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα τύπου διαμαντιού με περίοδο a = 5,431 a και πυκνότητα 2,33 g/cm 3 . Σε πολύ υψηλές πιέσεις, ελήφθη μια νέα (προφανώς εξαγωνική) τροποποίηση με πυκνότητα 2,55 g/cm3. Το Κ. λιώνει στους 1417°C, βράζει στους 2600°C. Ειδική θερμοχωρητικότητα (στους 20-100°C) 800 J/ (kg? K), ή 0,191 cal/ (g? deg); Η θερμική αγωγιμότητα ακόμη και για τα πιο καθαρά δείγματα δεν είναι σταθερή και είναι στην περιοχή (25°C) 84-126 W/ (m? K) ή 0,20-0,30 cal/ (cm?sec? deg). Θερμοκρασιακός συντελεστής γραμμικής διαστολής 2,33; 10 -6 Κ-1; κάτω από 120k γίνεται αρνητικό. Το Κ. είναι διαφανές στις υπέρυθρες ακτίνες μεγάλου κύματος. δείκτης διάθλασης (για l =6 µm) 3,42; διηλεκτρική σταθερά 11.7. Κ. είναι διαμαγνητική, η ατομική μαγνητική επιδεκτικότητα είναι -0,13; 10 -6. Κ. σκληρότητα κατά Mohs 7.0, κατά Brinell 2.4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), μέτρο ελαστικότητας 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), συντελεστής συμπιεστότητας 0.325; 10 -6 cm 2 /kg. Κ. εύθραυστο υλικό. Η αισθητή πλαστική παραμόρφωση αρχίζει σε θερμοκρασίες πάνω από 800°C.

Ο Κ. είναι ένας ημιαγωγός που βρίσκει ολοένα και μεγαλύτερη χρήση. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες του χαλκού εξαρτώνται πολύ από τις ακαθαρσίες. Η εγγενής ειδική ογκομετρική ηλεκτρική ειδική αντίσταση ενός στοιχείου σε θερμοκρασία δωματίου λαμβάνεται ως 2,3? 10 3 ωμ? Μ(2,3 ? 10 5 ωμ? εκ) .

Κύκλωμα ημιαγωγών με αγωγιμότητα R-τύπος (πρόσθετα B, al, in ή ga) και n-τύπου (πρόσθετα P, bi, as ή sb) έχει σημαντικά μικρότερη αντίσταση. Το διάκενο ζώνης σύμφωνα με τις ηλεκτρικές μετρήσεις είναι 1,21 evστο 0 ΠΡΟΣ ΤΗΝκαι μειώνεται στο 1,119 evστα 300 ΠΡΟΣ ΤΗΝ.

Σύμφωνα με τη θέση του δακτυλίου στον περιοδικό πίνακα του Mendeleev, τα 14 ηλεκτρόνια του ατόμου του δακτυλίου κατανέμονται σε τρία κελύφη: στο πρώτο (από τον πυρήνα) 2 ηλεκτρόνια, στο δεύτερο 8, στο τρίτο (σθένος) 4; διαμόρφωση κελύφους ηλεκτρονίων 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Διαδοχικά δυναμικά ιονισμού ( ev): 8,149; 16.34; 33.46 και 45.13. Ατομική ακτίνα 1,33 a, ομοιοπολική ακτίνα 1,17 a, ιοντικές ακτίνες si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

Σε ενώσεις άνθρακα (παρόμοια με τον άνθρακα) 4-βαλεντένιο. Ωστόσο, σε αντίθεση με τον άνθρακα, το πυρίτιο, μαζί με έναν αριθμό συντονισμού 4, εμφανίζει αριθμό συντονισμού 6, ο οποίος εξηγείται από τον μεγάλο όγκο του ατόμου του (ένα παράδειγμα τέτοιων ενώσεων είναι τα πυριτοφθορίδια που περιέχουν την ομάδα 2).

Ο χημικός δεσμός ενός ατόμου άνθρακα με άλλα άτομα πραγματοποιείται συνήθως λόγω των υβριδικών τροχιακών sp 3, αλλά είναι επίσης δυνατό να εμπλέκονται δύο από τα πέντε (κενά) του 3 ρε-τροχιακά, ειδικά όταν το Κ. είναι έξι συντεταγμένων. Έχοντας χαμηλή τιμή ηλεκτραρνητικότητας 1,8 (έναντι 2,5 για τον άνθρακα, 3,0 για το άζωτο, κ.λπ.), ο άνθρακας είναι ηλεκτροθετικός σε ενώσεις με αμέταλλα και αυτές οι ενώσεις είναι πολικής φύσης. Υψηλή ενέργεια δέσμευσης με οξυγόνο si-o, ίση με 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , καθορίζει τη σταθερότητα των ενώσεων του οξυγόνου (sio 2 και πυριτικά άλατα). Η ενέργεια δέσμευσης Si-si είναι χαμηλή, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Σε αντίθεση με τον άνθρακα, ο άνθρακας δεν χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό μακριών αλυσίδων και διπλών δεσμών μεταξύ ατόμων si. Στον αέρα, λόγω του σχηματισμού προστατευτικού φιλμ οξειδίου, ο άνθρακας είναι σταθερός ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Στο οξυγόνο οξειδώνεται ξεκινώντας από τους 400°C, σχηματίζοντας διοξείδιο του πυριτίουσιο 2. Το μονοξείδιο του Sio είναι επίσης γνωστό, σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες με τη μορφή αερίου. Ως αποτέλεσμα της ξαφνικής ψύξης, μπορεί να ληφθεί ένα στερεό προϊόν που αποσυντίθεται εύκολα σε ένα λεπτό μείγμα si και sio 2. Το Κ. είναι ανθεκτικό στα οξέα και διαλύεται μόνο σε μείγμα νιτρικών και υδροφθορικών οξέων. διαλύεται εύκολα σε θερμά αλκαλικά διαλύματα με την απελευθέρωση υδρογόνου. Το Κ. αντιδρά με φθόριο σε θερμοκρασία δωματίου και με άλλα αλογόνα όταν θερμαίνεται για να σχηματίσει ενώσεις του γενικού τύπου έξι 4 . Το υδρογόνο δεν αντιδρά άμεσα με τον άνθρακα και πυριτικά οξέα(σιλάνια) λαμβάνονται με αποσύνθεση πυριτιδίων (βλ. παρακάτω). Οι υδρογονοσιλικόνες είναι γνωστές από sih 4 έως si 8 h 18 (η σύνθεση είναι παρόμοια με τους κορεσμένους υδρογονάνθρακες). Ο Κ. σχηματίζει 2 ομάδες σιλανίων που περιέχουν οξυγόνο - σιλοξάνεςκαι σιλοξένες. Το K αντιδρά με το άζωτο σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C. Μεγάλη πρακτική σημασία έχει το νιτρίδιο si 3 n 4, το οποίο δεν οξειδώνεται στον αέρα ακόμη και στους 1200°C, είναι ανθεκτικό σε οξέα (εκτός νιτρικού) και αλκάλια, καθώς και σε λιωμένα μέταλλα και σκωρίες, γεγονός που το καθιστά πολύτιμο υλικό για την χημική βιομηχανία, για παραγωγή πυρίμαχων υλικών κ.λπ. Οι ενώσεις άνθρακα με άνθρακα διακρίνονται για την υψηλή σκληρότητά τους, καθώς και για τη θερμική και χημική αντοχή ( καρβίδιο του πυριτίου sic) και με βόριο (sib 3, sib 6, sib 12). Όταν θερμαίνεται, το χλώριο αντιδρά (παρουσία μεταλλικών καταλυτών, όπως ο χαλκός) με οργανοχλωρικές ενώσεις (για παράδειγμα, ch 3 cl) για να σχηματίσει οργανοαλογονοσιλάνια [για παράδειγμα, si (ch 3) 3 ci], τα οποία χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση πολλών ενώσεις οργανοπυριτίου.

Ο Κ. σχηματίζει ενώσεις με όλα σχεδόν τα μέταλλα - πυριτικά(δεν εντοπίστηκαν συνδέσεις μόνο με bi, tl, pb, hg). Έχουν ληφθεί περισσότερα από 250 πυριτικά, η σύνθεση των οποίων (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si, κ.λπ.) συνήθως δεν αντιστοιχεί σε κλασικά σθένη. Τα πυριτικά είναι πυρίμαχα και σκληρά. Το σιδηροπυρίτιο και το πυριτικό μολυβδαίνιο mosi 2 έχουν τη μεγαλύτερη πρακτική σημασία (ηλεκτρικοί θερμαντήρες κλιβάνων, πτερύγια αεριοστροβίλων κ.λπ.).

Παραλαβή και αίτηση. Κ. Η τεχνική καθαρότητα (95-98%) λαμβάνεται σε ηλεκτρικό τόξο με την αναγωγή του πυριτίου sio 2 μεταξύ των ηλεκτροδίων γραφίτη. Σε σχέση με την ανάπτυξη της τεχνολογίας ημιαγωγών, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι για τη λήψη καθαρού και ιδιαίτερα καθαρού χαλκού, που απαιτεί την προκαταρκτική σύνθεση των καθαρότερων αρχικών ενώσεων του χαλκού, από τις οποίες ο χαλκός εξάγεται με αναγωγή ή θερμική αποσύνθεση.

Ο καθαρός χαλκός ημιαγωγών λαμβάνεται σε δύο μορφές: πολυκρυσταλλικός (με αναγωγή του sici 4 ή sihcl 3 με ψευδάργυρο ή υδρογόνο, θερμική αποσύνθεση του sil 4 και του sih 4) και μονοκρυσταλλικός (ζώνη χωρίς χωνευτήριο που λιώνει και «τράβηγμα» ενός μόνο κρυστάλλου από λιωμένο χαλκό - η μέθοδος Czochralski).

Ο ειδικά ντοπαρισμένος χαλκός χρησιμοποιείται ευρέως ως υλικό για την κατασκευή συσκευών ημιαγωγών (τρανζίστορ, θερμίστορ, ανορθωτές ισχύος, ελεγχόμενες δίοδοι - θυρίστορ, ηλιακά φωτοκύτταρα που χρησιμοποιούνται σε διαστημόπλοια κ.λπ.). Δεδομένου ότι το Κ. είναι διαφανές σε ακτίνες με μήκη κύματος από 1 έως 9 μm,χρησιμοποιείται στην υπέρυθρη οπτική .

Το Κ. έχει ποικίλους και συνεχώς διευρυνόμενους τομείς εφαρμογής. Στη μεταλλουργία, το οξυγόνο χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση του οξυγόνου διαλυμένου σε λιωμένα μέταλλα (αποξείδωση). Το Κ. είναι συστατικό μεγάλου αριθμού κραμάτων σιδήρου και μη σιδηρούχων μετάλλων. Συνήθως, ο άνθρακας δίνει στα κράματα αυξημένη αντοχή στη διάβρωση, βελτιώνει τις ιδιότητες χύτευσης και αυξάνει τη μηχανική αντοχή. όμως με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε Κ. μπορεί να προκαλέσει ευθραυστότητα. Τα πιο σημαντικά είναι τα κράματα σιδήρου, χαλκού και αλουμινίου που περιέχουν ασβέστιο.Ένα αυξανόμενο ποσό άνθρακα χρησιμοποιείται για τη σύνθεση ενώσεων οργανοπυριτίου και πυριτιδίων. Το πυρίτιο και πολλά πυριτικά άλατα (άργιλοι, άστριοι, μαρμαρυγία, τάλκης κ.λπ.) υφίστανται επεξεργασία από τη βιομηχανία γυαλιού, τσιμέντου, κεραμικής, ηλεκτρικής και άλλων βιομηχανιών.

V. P. Barzakovsky.

Το πυρίτιο βρίσκεται στο σώμα με τη μορφή διαφόρων ενώσεων, που εμπλέκονται κυρίως στο σχηματισμό σκληρών σκελετικών μερών και ιστών. Μερικά θαλάσσια φυτά (για παράδειγμα, διάτομα) και ζώα (για παράδειγμα, πυριτικοί σπόγγοι, ραδιολάρια) μπορούν να συσσωρεύσουν ιδιαίτερα μεγάλες ποσότητες πυριτίου, σχηματίζοντας πυκνές εναποθέσεις διοξειδίου του πυριτίου στον πυθμένα του ωκεανού όταν πεθαίνουν. Στις κρύες θάλασσες και τις λίμνες κυριαρχούν οι βιογενείς λάσπες εμπλουτισμένες σε κάλιο, στις τροπικές θάλασσες κυριαρχούν οι ασβεστούχες λάσπες με χαμηλή περιεκτικότητα σε κάλιο, ενώ από τα χερσαία φυτά, τα δημητριακά, οι αγριόχοιροι, οι φοίνικες και οι αλογοουρές συσσωρεύουν πολύ κάλιο. Στα σπονδυλωτά, η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του πυριτίου σε ουσίες τέφρας είναι 0,1-0,5%. Στις μεγαλύτερες ποσότητες, το Κ. βρίσκεται σε πυκνό συνδετικό ιστό, στους νεφρούς και στο πάγκρεας. Η καθημερινή ανθρώπινη διατροφή περιέχει έως και 1 σολΚ. Όταν υπάρχει υψηλή περιεκτικότητα σε σκόνη διοξειδίου του πυριτίου στον αέρα, εισέρχεται στους ανθρώπινους πνεύμονες και προκαλεί ασθένεια - πνευμονοκονίαση.

V. V. Kovalsky.

Λιτ.: Berezhnoy A.S., Το πυρίτιο και τα δυαδικά του συστήματα. Κ., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Semiconductors - germanium and silicon, M., 1961; Renyan V.R., Technology of semiconductor silicon, trans. from English, Μ., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Production of semiconductor silicon, M., 1970; Πυρίτιο και γερμάνιο. Σάβ. Art., εκδ. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, Μ., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Crystal chemistry of silicides and germanides, Μ., 1971; λύκος Ν. φ., δεδομένα ημιαγωγών πυριτίου, οξφ. - n. ε., 1965.

κατεβάστε την περίληψη

Πυρίτιο

ΠΥΡΙΤΙΟ-ΕΓΩ; Μ.[από τα ελληνικά krēmnos - γκρεμός, βράχος] Χημικό στοιχείο (Si), σκούρο γκρι κρύσταλλα με μεταλλική λάμψη βρίσκονται στα περισσότερα πετρώματα.

◁ Πυρίτιο, ω, ω. Κ άλατα.Πυριτικό (βλ. 2.K., 1 σημάδι).

(λατ. πυρίτιο), χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού πίνακα. Σκούρο γκρι κρύσταλλα με μεταλλική λάμψη. πυκνότητα 2,33 g/cm 3, t pl 1415ºC. Ανθεκτικό στις χημικές επιδράσεις. Αποτελεί το 27,6% της μάζας του φλοιού της γης (2η θέση μεταξύ των στοιχείων), τα κύρια ορυκτά είναι το πυρίτιο και τα πυριτικά άλατα. Ένα από τα σημαντικότερα υλικά ημιαγωγών (τρανζίστορ, θερμίστορ, φωτοκύτταρα). Αναπόσπαστο μέρος πολλών χάλυβων και άλλων κραμάτων (αυξάνει τη μηχανική αντοχή και την αντίσταση στη διάβρωση, βελτιώνει τις ιδιότητες χύτευσης).

ΠΥΡΙΤΙΟ (λατ. Πυρίτιο από σιλέξιο - πυριτόλιθο), Si (διαβάζουμε «πυρίτιο», αλλά στις μέρες μας αρκετά συχνά ως «si»), χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 14, ατομική μάζα 28,0855. Το ρωσικό όνομα προέρχεται από το ελληνικό kremnos - γκρεμός, βουνό.
Το φυσικό πυρίτιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών σταθερών νουκλεϊδίων (εκ.ΝΟΥΚΛΕΙΔΙΟ)με μαζικούς αριθμούς 28 (επικρατεί στο μείγμα, περιέχει 92,27% κατά μάζα), 29 (4,68%) και 30 (3,05%). Διαμόρφωση του εξωτερικού ηλεκτρονικού στρώματος ενός ουδέτερου μη διεγερμένου ατόμου πυριτίου 3 μικρό 2 R 2 . Στις ενώσεις συνήθως εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +4 (σθένος IV) και πολύ σπάνια +3, +2 και +1 (σθένος III, II και I, αντίστοιχα). Στον περιοδικό πίνακα του Mendeleev, το πυρίτιο βρίσκεται στην ομάδα IVA (στην ομάδα άνθρακα), στην τρίτη περίοδο.
Η ακτίνα ενός ουδέτερου ατόμου πυριτίου είναι 0,133 nm. Οι ενέργειες διαδοχικού ιονισμού του ατόμου του πυριτίου είναι 8,1517, 16,342, 33,46 και 45,13 eV και η συγγένεια ηλεκτρονίων είναι 1,22 eV. Η ακτίνα του ιόντος Si 4+ με αριθμό συντονισμού 4 (το πιο συνηθισμένο στην περίπτωση του πυριτίου) είναι 0,040 nm, με αριθμό συντονισμού 6 - 0,054 nm. Σύμφωνα με την κλίμακα Pauling, η ηλεκτραρνητικότητα του πυριτίου είναι 1,9. Αν και το πυρίτιο συνήθως ταξινομείται ως αμέταλλο, σε μια σειρά από ιδιότητες καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων.
Σε ελεύθερη μορφή - καφέ σκόνη ή ανοιχτό γκρι συμπαγές υλικό με μεταλλική λάμψη.
Ιστορία της ανακάλυψης
Οι ενώσεις του πυριτίου είναι γνωστές στον άνθρωπο από αμνημονεύτων χρόνων. Όμως ο άνθρωπος γνώρισε την απλή ουσία πυρίτιο μόλις πριν από περίπου 200 χρόνια. Στην πραγματικότητα, οι πρώτοι ερευνητές που απέκτησαν πυρίτιο ήταν ο Γάλλος J. L. Gay-Lussac (εκ. GAY LUSSAC Joseph Louis)και L. J. Tenard (εκ. TENAR Louis Jacques). Ανακάλυψαν το 1811 ότι η θέρμανση του φθοριούχου πυριτίου με μέταλλο καλίου οδηγεί στο σχηματισμό μιας καφέ-καφέ ουσίας:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, ωστόσο, οι ίδιοι οι ερευνητές δεν έβγαλαν το σωστό συμπέρασμα σχετικά με την απόκτηση μιας νέας απλής ουσίας. Η τιμή της ανακάλυψης ενός νέου στοιχείου ανήκει στον Σουηδό χημικό J. Berzelius (εκ.ΜΠΕΡΖΕΛΙΟΥΣ Γενς Τζέικομπ), ο οποίος θέρμανε επίσης μια ένωση της σύνθεσης K 2 SiF 6 με μέταλλο καλίου για την παραγωγή πυριτίου. Πήρε την ίδια άμορφη σκόνη με τους Γάλλους χημικούς και το 1824 ανακοίνωσε μια νέα στοιχειακή ουσία, την οποία ονόμασε «πυρίτιο». Το κρυσταλλικό πυρίτιο ελήφθη μόλις το 1854 από τον Γάλλο χημικό A. E. Sainte-Clair Deville (εκ. SAINT-CLAIR DEVILLE Ανρί Ετιέν) .
Όντας στη φύση
Όσον αφορά την αφθονία στον φλοιό της γης, το πυρίτιο κατέχει τη δεύτερη θέση μεταξύ όλων των στοιχείων (μετά το οξυγόνο). Το πυρίτιο αντιπροσωπεύει το 27,7% της μάζας του φλοιού της γης. Το πυρίτιο είναι συστατικό πολλών εκατοντάδων διαφορετικών φυσικών πυριτικών αλάτων (εκ.ΠΥΡΙΤΙΚΑ)και αργιλοπυριτικά (εκ.ΠΥΡΙΤΙΚΑ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ). Το πυρίτιο, ή διοξείδιο του πυριτίου, είναι επίσης ευρέως διαδεδομένο (εκ.διοξείδιο του πυριτίου) SiO 2 (άμμος ποταμού (εκ.ΑΜΜΟΣ), χαλαζίας (εκ.ΧΑΛΑΖΙΑΣ), πυριτόλιθος (εκ.ΠΥΡΟΛΙΘΟΣ)κ.λπ.), που αποτελούν περίπου το 12% του φλοιού της γης (κατά μάζα). Το πυρίτιο δεν υπάρχει σε ελεύθερη μορφή στη φύση.
Παραλαβή
Στη βιομηχανία, το πυρίτιο παράγεται με αναγωγή του τήγματος SiO 2 με οπτάνθρακα σε θερμοκρασία περίπου 1800°C σε καμίνους τόξου. Η καθαρότητα του πυριτίου που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι περίπου 99,9%. Εφόσον απαιτείται πυρίτιο υψηλότερης καθαρότητας για πρακτική χρήση, το πυρίτιο που προκύπτει χλωριώνεται. Σχηματίζονται ενώσεις της σύνθεσης SiCl 4 και SiCl 3 H. Αυτά τα χλωρίδια καθαρίζονται περαιτέρω με διάφορους τρόπους από ακαθαρσίες και στο τελικό στάδιο ανάγεται με καθαρό υδρογόνο. Είναι επίσης δυνατός ο καθαρισμός του πυριτίου λαμβάνοντας πρώτα πυριτικό μαγνήσιο Mg 2 Si. Στη συνέχεια, το πτητικό μονοσιλάνιο SiH 4 λαμβάνεται από πυριτικό μαγνήσιο χρησιμοποιώντας υδροχλωρικά ή οξικά οξέα. Το μονοσιλάνιο καθαρίζεται περαιτέρω με ανόρθωση, ρόφηση και άλλες μεθόδους και στη συνέχεια αποσυντίθεται σε πυρίτιο και υδρογόνο σε θερμοκρασία περίπου 1000°C. Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες σε πυρίτιο που λαμβάνεται με αυτές τις μεθόδους μειώνεται σε 10 -8 -10 -6% κατά βάρος.
ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Κρυσταλλικό πλέγμα από πυρίτιο με επίκεντρο κυβικό διαμάντι, παράμετρος α = 0,54307 nm (άλλες πολυμορφικές τροποποιήσεις του πυριτίου έχουν ληφθεί σε υψηλές πιέσεις), αλλά λόγω του μεγαλύτερου μήκους δεσμού μεταξύ των ατόμων Si-Si σε σύγκριση με το μήκος του δεσμού C-C, η σκληρότητα του πυριτίου είναι σημαντικά μικρότερη από αυτή του διαμαντιού.
Η πυκνότητα πυριτίου είναι 2,33 kg/dm3. Σημείο τήξεως 1410°C, σημείο βρασμού 2355°C. Το πυρίτιο είναι εύθραυστο, μόνο όταν θερμαίνεται πάνω από 800°C γίνεται πλαστική ουσία. Είναι ενδιαφέρον ότι το πυρίτιο είναι διαφανές στην υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία.
Το στοιχειακό πυρίτιο είναι ένας τυπικός ημιαγωγός (εκ.ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ). Το διάκενο ζώνης σε θερμοκρασία δωματίου είναι 1,09 eV. Η συγκέντρωση των φορέων ρεύματος στο πυρίτιο με εγγενή αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου είναι 1,5·10 16 m -3. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες του κρυσταλλικού πυριτίου επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τις μικροακαθαρσίες που περιέχει. Για τη λήψη μονοκρυστάλλων πυριτίου με αγωγιμότητα οπών, εισάγονται στο πυρίτιο πρόσθετα στοιχείων της ομάδας III - βόριο. (εκ. BOR (χημικό στοιχείο)), αλουμίνιο (εκ.ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ), γάλλιο (εκ.ΓΑΛΛΙΟ)και την Ινδία (εκ.ΙΝΔΙΟ), με ηλεκτρονική αγωγιμότητα - προσθήκες στοιχείων της ομάδας V - φώσφορος (εκ.ΦΩΣΦΟΡΟΣ), αρσενικό (εκ.ΑΡΣΕΝΙΚΟ)ή αντιμόνιο (εκ.ΑΝΤΙΜΟΝΙΟ). Οι ηλεκτρικές ιδιότητες του πυριτίου μπορούν να ποικίλουν αλλάζοντας τις συνθήκες επεξεργασίας μονοκρυστάλλων, ειδικότερα, με επεξεργασία της επιφάνειας του πυριτίου με διάφορους χημικούς παράγοντες.
Χημικά, το πυρίτιο είναι ανενεργό. Σε θερμοκρασία δωματίου αντιδρά μόνο με αέριο φθόριο, με αποτέλεσμα το σχηματισμό πτητικού τετραφθοριούχου πυριτίου SiF 4 . Όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία 400-500°C, το πυρίτιο αντιδρά με το οξυγόνο για να σχηματίσει διοξείδιο SiO 2, με χλώριο, βρώμιο και ιώδιο για να σχηματίσει τα αντίστοιχα εξαιρετικά πτητικά τετρααλογονίδια SiHal 4.
Το πυρίτιο δεν αντιδρά απευθείας με το υδρογόνο· οι ενώσεις του πυριτίου με το υδρογόνο είναι σιλάνια (εκ. SILANS)με τον γενικό τύπο Si n H 2n+2 - που λαμβάνεται έμμεσα. Το μονοσιλάνιο SiH 4 (συχνά αποκαλούμενο απλά σιλάνιο) απελευθερώνεται όταν τα μεταλλικά πυριτίδια αντιδρούν με όξινα διαλύματα, για παράδειγμα:
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
Το σιλάνιο SiH 4 που σχηματίζεται σε αυτή την αντίδραση περιέχει ένα μείγμα άλλων σιλανίων, ειδικότερα, δισιλανίου Si 2 H 6 και τρισιλανίου Si 3 H 8, στο οποίο υπάρχει μια αλυσίδα ατόμων πυριτίου που διασυνδέονται με απλούς δεσμούς (-Si-Si-Si -) .
Με άζωτο, το πυρίτιο σε θερμοκρασία περίπου 1000°C σχηματίζει το νιτρίδιο Si 3 N 4, με το βόριο - τα θερμικά και χημικά σταθερά βορίδια SiB 3, SiB 6 και SiB 12. Μια ένωση πυριτίου και το πλησιέστερο ανάλογό του σύμφωνα με τον περιοδικό πίνακα - άνθρακας - καρβίδιο του πυριτίου SiC (carborundum (εκ.ΑΝΘΡΑΚΟΡΟΥΝΔΙΟ)) χαρακτηρίζεται από υψηλή σκληρότητα και χαμηλή χημική αντιδραστικότητα. Το καρβορούνδιο χρησιμοποιείται ευρέως ως λειαντικό υλικό.
Όταν το πυρίτιο θερμαίνεται με μέταλλα, σχηματίζονται πυριτικά (εκ.ΠΥΡΙΤΟΚΤΟΝΙΑ). Τα πυριτικά μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: ιοντικά-ομοιοπολικά (πυριτικά αλκάλια, μέταλλα αλκαλικών γαιών και μαγνήσιο όπως Ca 2 Si, Mg 2 Si κ.λπ.) και παρόμοια με μέταλλα (πυριτικά μέταλλα μεταπτώσεως). Τα πυριτίδια των ενεργών μετάλλων αποσυντίθενται υπό την επίδραση οξέων· τα πυριτίδια των μετάλλων μεταπτώσεως είναι χημικά σταθερά και δεν αποσυντίθενται υπό την επίδραση οξέων. Τα πυριτικά που μοιάζουν με μέταλλα έχουν υψηλά σημεία τήξης (έως 2000°C). Συχνότερα σχηματίζονται πυριτικά που μοιάζουν με μέταλλα των συνθέσεων MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 και MSi 2. Τα πυριτικά που μοιάζουν με μέταλλα είναι χημικά αδρανή και ανθεκτικά στο οξυγόνο ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες.
Το διοξείδιο του πυριτίου SiO 2 είναι ένα όξινο οξείδιο που δεν αντιδρά με το νερό. Υπάρχει με τη μορφή πολλών πολυμορφών (χαλαζίας (εκ.ΧΑΛΑΖΙΑΣ), τριδυμίτης, κριστοβαλίτης, υαλώδες SiO 2). Από αυτές τις τροποποιήσεις, ο χαλαζίας έχει τη μεγαλύτερη πρακτική σημασία. Ο χαλαζίας έχει πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες (εκ.ΠΙΕΖΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ), είναι διαφανές στην υπεριώδη (UV) ακτινοβολία. Χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, επομένως τα πιάτα από χαλαζία δεν σπάνε σε αλλαγές θερμοκρασίας έως και 1000 μοίρες.
Ο χαλαζίας είναι χημικά ανθεκτικός στα οξέα, αλλά αντιδρά με το υδροφθορικό οξύ:
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
και υδροφθόριο αέριο HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Αυτές οι δύο αντιδράσεις χρησιμοποιούνται ευρέως για τη χάραξη γυαλιού.
Όταν το SiO 2 συντήκεται με αλκάλια και βασικά οξείδια, καθώς και με ανθρακικά ενεργών μετάλλων, σχηματίζονται πυριτικά (εκ.ΠΥΡΙΤΙΚΑ)- άλατα πολύ αδύναμων αδιάλυτων στο νερό πυριτικών οξέων που δεν έχουν σταθερή σύσταση (εκ.ΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΞΕΑ)γενικός τύπος xH 2 O ySiO 2 (αρκετά συχνά στη βιβλιογραφία γράφουν όχι με μεγάλη ακρίβεια όχι για πυριτικά οξέα, αλλά για πυριτικό οξύ, αν και στην πραγματικότητα μιλάνε για το ίδιο πράγμα). Για παράδειγμα, το ορθοπυριτικό νάτριο μπορεί να ληφθεί:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
μεταπυριτικό ασβέστιο:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
ή μικτό πυριτικό ασβέστιο και νάτριο:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Το γυαλί παραθύρου είναι κατασκευασμένο από πυριτικό Na 2 O·CaO·6SiO 2.
Πρέπει να σημειωθεί ότι τα περισσότερα πυριτικά δεν έχουν σταθερή σύσταση. Από όλα τα πυριτικά, μόνο τα πυριτικά άλατα νατρίου και καλίου είναι διαλυτά στο νερό. Τα διαλύματα αυτών των πυριτικών αλάτων στο νερό ονομάζονται διαλυτό γυαλί. Λόγω της υδρόλυσης, αυτά τα διαλύματα χαρακτηρίζονται από ένα εξαιρετικά αλκαλικό περιβάλλον. Τα υδρολυμένα πυριτικά χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό όχι αληθινών, αλλά κολλοειδών διαλυμάτων. Όταν διαλύματα πυριτικών αλάτων νατρίου ή καλίου οξινίζονται, κατακρημνίζεται ένα ζελατινώδες λευκό ίζημα ένυδρων πυριτικών οξέων.
Το κύριο δομικό στοιχείο τόσο του στερεού διοξειδίου του πυριτίου όσο και όλων των πυριτικών είναι η ομάδα, στην οποία το άτομο πυριτίου Si περιβάλλεται από ένα τετράεδρο τεσσάρων ατόμων οξυγόνου Ο. Στην περίπτωση αυτή, κάθε άτομο οξυγόνου συνδέεται με δύο άτομα πυριτίου. Τα θραύσματα μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με διαφορετικούς τρόπους. Ανάμεσα στα πυριτικά, ανάλογα με τη φύση των συνδέσεων στα θραύσματά τους, χωρίζονται σε νησίδα, αλυσίδα, κορδέλα, στρωματοποιημένη, πλαίσιο και άλλα.
Όταν το SiO 2 ανάγεται από πυρίτιο σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζεται μονοξείδιο του πυριτίου της σύνθεσης SiO.
Το πυρίτιο χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό ενώσεων οργανοπυριτίου (εκ.ΕΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΟΣΙΛΟΝΗΣ), στο οποίο τα άτομα πυριτίου συνδέονται σε μακριές αλυσίδες λόγω γεφύρωσης ατόμων οξυγόνου -O-, και σε κάθε άτομο πυριτίου, εκτός από δύο άτομα Ο, δύο ακόμη οργανικές ρίζες R 1 και R 2 = CH 3, C 2 H 5, Τα C 6 είναι προσαρτημένα H 5, CH 2 CH 2 CF 3, κ.λπ.
Εφαρμογή
Το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως υλικό ημιαγωγών. Ο χαλαζίας χρησιμοποιείται ως πιεζοηλεκτρικό, ως υλικό για την κατασκευή ανθεκτικών στη θερμότητα χημικών (χαλαζίας) μαγειρικών σκευών και λαμπτήρων UV. Τα πυριτικά χρησιμοποιούνται ευρέως ως δομικά υλικά. Τα γυαλιά παραθύρων είναι άμορφα πυριτικά. Τα υλικά οργανοπυριτίου χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή στη φθορά και χρησιμοποιούνται ευρέως στην πράξη ως λάδια σιλικόνης, κόλλες, λάστιχα και βερνίκια.
Βιολογικός ρόλος
Για ορισμένους οργανισμούς, το πυρίτιο είναι ένα σημαντικό βιογενές στοιχείο (εκ.ΒΙΟΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ). Αποτελεί μέρος των υποστηρικτικών δομών στα φυτά και των σκελετικών δομών στα ζώα. Το πυρίτιο συγκεντρώνεται σε μεγάλες ποσότητες από θαλάσσιους οργανισμούς - διάτομα. (εκ.ΦΥΚΙΑ ΔΙΑΤΟΜΩΝ), radiolarians (εκ.ΡΑΔΙΟΛΑΡΙΑ), σφουγγάρια (εκ.ΣΠΟΥΓΓΙΑ). Ο ανθρώπινος μυϊκός ιστός περιέχει (1-2)·10 -2% πυρίτιο, οστικός ιστός - 17·10 -4%, αίμα - 3,9 mg/l. Έως και 1 g πυριτίου εισέρχεται στο ανθρώπινο σώμα με το φαγητό κάθε μέρα.
Οι ενώσεις του πυριτίου δεν είναι δηλητηριώδεις. Όμως η εισπνοή σωματιδίων πυριτικών αλάτων και διοξειδίου του πυριτίου που σχηματίζονται, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εργασιών ανατίναξης, κατά τη σμίλευση πετρωμάτων σε ορυχεία, κατά τη λειτουργία μηχανών αμμοβολής κ.λπ., είναι πολύ επικίνδυνη. Μικροσωματίδια SiO 2 που εισέρχονται στους πνεύμονες κρυσταλλώνονται σε αυτά, και οι προκύπτοντες κρύσταλλοι καταστρέφουν τον πνευμονικό ιστό και προκαλούν μια σοβαρή ασθένεια - πυριτίαση (εκ.ΠΝΕΥΜΟΝΟΚΟΝΙΑΣΗ). Για να αποτρέψετε αυτή την επικίνδυνη σκόνη να εισέλθει στους πνεύμονές σας, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν αναπνευστήρα για να προστατεύσετε το αναπνευστικό σας σύστημα.

εγκυκλοπαιδικό λεξικό. 2009 .

Δείτε τι είναι το "πυρίτιο" σε άλλα λεξικά:

- (σύμβολο Si), ένα ευρέως διαδεδομένο γκρίζο χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού πίνακα, μη μέταλλο. Απομονώθηκε για πρώτη φορά από τον Jens BERZELIUS το 1824. Το πυρίτιο βρίσκεται μόνο σε ενώσεις όπως το SILICA (διοξείδιο του πυριτίου) ή σε... ... Επιστημονικό και τεχνικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό

Πυρίτιο- παράγεται σχεδόν αποκλειστικά με καρβοθερμική αναγωγή του πυριτίου με χρήση καμίνων ηλεκτρικού τόξου. Είναι κακός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού, πιο σκληρός από το γυαλί, συνήθως με τη μορφή σκόνης ή πιο συχνά άμορφων κομματιών... ... Επίσημη ορολογία

ΠΥΡΙΤΙΟ- χημ. στοιχείο, αμέταλλο, σύμβολο Si (lat. Silicium), στο. n. 14, στο. μ. 28,08; Το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο (το οποίο είναι κατασκευασμένο από τον ίδιο τύπο κρυστάλλων με το διαμάντι) είναι γνωστά. Άμορφη Κ. καφέ σκόνη με κυβική δομή σε μεγάλη διασπορά... ... Μεγάλη Πολυτεχνική Εγκυκλοπαίδεια

- (Πυρίτιο), Si, χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού πίνακα, ατομικός αριθμός 14, ατομική μάζα 28,0855; μη μέταλλο, σημείο τήξης 1415°C. Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στη Γη μετά το οξυγόνο, η περιεκτικότητά του στον φλοιό της γης είναι 27,6% κατά βάρος.…… Σύγχρονη εγκυκλοπαίδεια

Si (λατ. Silicium * α. πυρίτιο, πυρίτιο; n. Silizium; f. silicium; i. siliseo), χημικό. στοιχείο της περιοδικής ομάδας IV. Σύστημα Mendeleev, στο. n. 14, στο. μ. 28.086. Υπάρχουν 3 σταθερά ισότοπα που βρίσκονται στη φύση: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Γεωλογική εγκυκλοπαίδεια

Οδηγίες

Το περιοδικό σύστημα είναι ένα πολυώροφο «σπίτι» που περιέχει μεγάλο αριθμό διαμερισμάτων. Κάθε «ένοικος» ή στο δικό του διαμέρισμα κάτω από έναν συγκεκριμένο αριθμό, ο οποίος είναι μόνιμος. Επιπλέον, το στοιχείο έχει «επώνυμο» ή όνομα, όπως οξυγόνο, βόριο ή άζωτο. Εκτός από αυτά τα δεδομένα, κάθε «διαμέρισμα» περιέχει πληροφορίες όπως η σχετική ατομική μάζα, η οποία μπορεί να έχει ακριβείς ή στρογγυλεμένες τιμές.

Όπως σε κάθε σπίτι, υπάρχουν «είσοδοι», δηλαδή ομάδες. Επιπλέον, σε ομάδες τα στοιχεία βρίσκονται αριστερά και δεξιά, σχηματίζοντας. Ανάλογα με ποια πλευρά υπάρχουν περισσότερα από αυτά, αυτή η πλευρά ονομάζεται κύρια. Η άλλη υποομάδα, κατά συνέπεια, θα είναι δευτερεύουσα. Ο πίνακας έχει επίσης «ορόφους» ή περιόδους. Επιπλέον, οι περίοδοι μπορεί να είναι τόσο μεγάλες (αποτελούνται από δύο σειρές) όσο και μικρές (έχουν μόνο μία σειρά).

Ο πίνακας δείχνει τη δομή ενός ατόμου ενός στοιχείου, καθένα από τα οποία έχει έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια, καθώς και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω του. Ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων είναι αριθμητικά ο ίδιος και καθορίζεται στον πίνακα από τον αύξοντα αριθμό του στοιχείου. Για παράδειγμα, το χημικό στοιχείο θείο είναι #16, επομένως θα έχει 16 πρωτόνια και 16 ηλεκτρόνια.

Για να προσδιορίσετε τον αριθμό των νετρονίων (τα ουδέτερα σωματίδια βρίσκονται επίσης στον πυρήνα), αφαιρέστε τον ατομικό του αριθμό από τη σχετική ατομική μάζα του στοιχείου. Για παράδειγμα, ο σίδηρος έχει σχετική ατομική μάζα 56 και ατομικό αριθμό 26. Επομένως, 56 – 26 = 30 πρωτόνια για τον σίδηρο.

Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από τον πυρήνα, σχηματίζοντας επίπεδα ηλεκτρονίων. Για να προσδιορίσετε τον αριθμό των ηλεκτρονικών (ή ενεργειακών) επιπέδων, πρέπει να εξετάσετε τον αριθμό της περιόδου στην οποία βρίσκεται το στοιχείο. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο είναι στην 3η περίοδο, επομένως θα έχει 3 επίπεδα.

Με τον αριθμό της ομάδας (αλλά μόνο για την κύρια υποομάδα) μπορείτε να προσδιορίσετε το υψηλότερο σθένος. Για παράδειγμα, στοιχεία της πρώτης ομάδας της κύριας υποομάδας (λίθιο, νάτριο, κάλιο κ.λπ.) έχουν σθένος 1. Συνεπώς, στοιχεία της δεύτερης ομάδας (βηρύλλιο, μαγνήσιο, ασβέστιο κ.λπ.) θα έχουν σθένος ίση με 2.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα για να αναλύσετε τις ιδιότητες των στοιχείων. Από αριστερά προς τα δεξιά, οι μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν και οι μη μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται. Αυτό φαίνεται ξεκάθαρα στο παράδειγμα της περιόδου 2: αρχίζει με το νάτριο αλκαλιμετάλλου, μετά το μαγνήσιο μετάλλου αλκαλικής γαίας, μετά το αμφοτερικό στοιχείο αλουμίνιο, μετά το αμέταλλο πυρίτιο, φώσφορο, θείο και η περίοδος τελειώνει με αέριες ουσίες - χλώριο και αργό. Το επόμενο διάστημα παρατηρείται ανάλογη εξάρτηση.

Από πάνω προς τα κάτω, παρατηρείται επίσης ένα σχέδιο - οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται και οι μη μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν. Δηλαδή, για παράδειγμα, το καίσιο είναι πολύ πιο δραστικό σε σύγκριση με το νάτριο.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Πυρίτιο- το δέκατο τέταρτο στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα. Ονομασία - Si από το λατινικό "silicium". Βρίσκεται στην τρίτη περίοδο, ομάδα IVA. Αναφέρεται σε αμέταλλα. Το πυρηνικό φορτίο είναι 14.

Το πυρίτιο είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία στον φλοιό της γης. Αποτελεί το 27% (wt.) του τμήματος του φλοιού της γης που είναι προσβάσιμο στη μελέτη μας, καταλαμβάνοντας τη δεύτερη θέση σε αφθονία μετά το οξυγόνο. Στη φύση, το πυρίτιο βρίσκεται μόνο σε ενώσεις: με τη μορφή διοξειδίου του πυριτίου SiO 2, που ονομάζεται ανυδρίτης του πυριτίου ή πυρίτιο, με τη μορφή αλάτων πυριτικών οξέων (πυριτικά). Τα αργιλοπυριτικά είναι τα πιο διαδεδομένα στη φύση, δηλ. πυριτικά που περιέχουν αλουμίνιο. Αυτά περιλαμβάνουν άστριο, μαρμαρυγία, καολίνη κ.λπ.

Όπως ο άνθρακας, ο οποίος είναι μέρος όλων των οργανικών ουσιών, το πυρίτιο είναι το πιο σημαντικό στοιχείο του φυτικού και ζωικού βασιλείου.

Υπό κανονικές συνθήκες, το πυρίτιο είναι μια σκούρα γκρίζα ουσία (Εικ. 1). Μοιάζει με μέταλλο. Το πυρίμαχο - σημείο τήξης είναι 1415 o C. Χαρακτηρίζεται από υψηλή σκληρότητα.

Ρύζι. 1. Πυρίτιο. Εμφάνιση.

Ατομικό και μοριακό βάρος πυριτίου

Η σχετική μοριακή μάζα μιας ουσίας (M r) είναι ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός δεδομένου μορίου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα και η σχετική ατομική μάζα ενός στοιχείου (A r) είναι πόσες φορές η μέση μάζα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα.

Δεδομένου ότι στην ελεύθερη κατάσταση το πυρίτιο υπάρχει με τη μορφή μονοατομικών μορίων Si, οι τιμές της ατομικής και μοριακής του μάζας συμπίπτουν. Είναι ίσα με 28.084.

Αλλοτροπία και αλλοτροπικές τροποποιήσεις του πυριτίου

Το πυρίτιο μπορεί να υπάρχει με τη μορφή δύο αλλοτροπικών τροποποιήσεων: διαμαντοειδούς (κυβικό) (σταθερό) και γραφίτη (ασταθές). Το πυρίτιο που μοιάζει με διαμάντι βρίσκεται σε στερεά αδρανής κατάσταση και το πυρίτιο που μοιάζει με γραφίτη είναι σε άμορφη κατάσταση. Διαφέρουν επίσης ως προς την εμφάνιση και τη χημική δραστηριότητα.

Το κρυσταλλικό πυρίτιο είναι μια σκούρα γκρίζα ουσία με μεταλλική λάμψη και το άμορφο πυρίτιο είναι μια καφέ σκόνη. Η δεύτερη τροποποίηση είναι πιο αντιδραστική από την πρώτη.

Ισότοπα πυριτίου

Είναι γνωστό ότι στη φύση το πυρίτιο μπορεί να βρεθεί με τη μορφή τριών σταθερών ισοτόπων 28 Si, 29 Si και 30 Si. Οι μάζες τους είναι 28, 29 και 30, αντίστοιχα. Ο πυρήνας ενός ατόμου του ισοτόπου πυριτίου 28 Si περιέχει δεκατέσσερα πρωτόνια και δεκατέσσερα νετρόνια, και τα ισότοπα 29 Si και 30 Si περιέχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, δεκαπέντε και δεκαέξι νετρόνια, αντίστοιχα.

Υπάρχουν τεχνητά ισότοπα πυριτίου με μαζικούς αριθμούς από 22 έως 44, μεταξύ των οποίων το μακροβιότερο είναι το 32 Si με χρόνο ημιζωής 170 χρόνια.

Ιόντα πυριτίου

Στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας του ατόμου του πυριτίου υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι σθένους:

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

Ως αποτέλεσμα της χημικής αλληλεπίδρασης, το πυρίτιο μπορεί να εγκαταλείψει τα ηλεκτρόνια του σθένους, δηλ. είναι ο δότης τους και μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν, ή δέχεται ηλεκτρόνια από άλλο άτομο, δηλ. είναι δέκτης και μετατρέπεται σε αρνητικά φορτισμένο ιόν:

Si 0 -4e → Si 4+ ;

Si 0 +4e → Si 4- .

Μόριο και άτομο πυριτίου

Στην ελεύθερη κατάσταση, το πυρίτιο υπάρχει με τη μορφή μονατομικών μορίων Si. Ακολουθούν ορισμένες ιδιότητες που χαρακτηρίζουν το άτομο και το μόριο του πυριτίου:

Κράματα πυριτίου

Το πυρίτιο χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία. Χρησιμεύει ως συστατικό πολλών κραμάτων. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι κράματα με βάση το σίδηρο, τον χαλκό και το αλουμίνιο.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

• Ονομασία - Si (Πυρίτιο);
• Περίοδος - III;
• Ομάδα - 14 (IVa);
• Ατομική μάζα - 28,0855;
• Ατομικός αριθμός - 14;
• Ατομική ακτίνα = 132 μ.μ.
• Ομοιοπολική ακτίνα = 111 μ.μ.
• Κατανομή ηλεκτρονίων - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• θερμοκρασία τήξης = 1412°C;
• σημείο βρασμού = 2355°C;
• Ηλεκτραρνητικότητα (σύμφωνα με τον Pauling/σύμφωνα με τους Alpred και Rochow) = 1,90/1,74;
• Κατάσταση οξείδωσης: +4, +2, 0, -4;
• Πυκνότητα (αρ.) = 2,33 g/cm3;
• Μοριακός όγκος = 12,1 cm 3 /mol.

Ενώσεις πυριτίου:

Το πυρίτιο απομονώθηκε για πρώτη φορά στην καθαρή του μορφή το 1811 (οι Γάλλοι J. L. Gay-Lussac και L. J. Tenard). Το καθαρό στοιχειακό πυρίτιο ελήφθη το 1825 (Σουηδός J. J. Berzelius). Το χημικό στοιχείο έλαβε το όνομά του «πυρίτιο» (μεταφρασμένο από τα αρχαία ελληνικά ως βουνό) το 1834 (Ρώσος χημικός G. I. Hess).

Το πυρίτιο είναι το πιο κοινό (μετά το οξυγόνο) χημικό στοιχείο στη Γη (η περιεκτικότητα στον φλοιό της γης είναι 28-29% κατά βάρος). Στη φύση, το πυρίτιο υπάρχει συχνότερα με τη μορφή πυριτίου (άμμος, χαλαζίας, πυριτόλιθος, άστριοι), καθώς και σε πυριτικά και αργιλοπυριτικά άλατα. Στην καθαρή του μορφή, το πυρίτιο είναι εξαιρετικά σπάνιο. Πολλά φυσικά πυριτικά άλατα στην καθαρή τους μορφή είναι πολύτιμοι λίθοι: σμαράγδι, τοπάζι, υδάτινο - όλα αυτά είναι πυρίτιο. Το καθαρό κρυσταλλικό οξείδιο του πυριτίου (IV) εμφανίζεται με τη μορφή κρυστάλλου βράχου και χαλαζία. Το οξείδιο του πυριτίου, το οποίο περιέχει διάφορες ακαθαρσίες, σχηματίζει πολύτιμους και ημιπολύτιμους λίθους - αμέθυστο, αχάτη, ίασπη.

Ρύζι. Δομή του ατόμου πυριτίου.

Η ηλεκτρονική διαμόρφωση του πυριτίου είναι 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (βλ. Ηλεκτρονική δομή ατόμων). Στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας, το πυρίτιο έχει 4 ηλεκτρόνια: 2 ζευγαρωμένα στο υποεπίπεδο 3s + 2 ασύζευκτα σε p-τροχιακά. Όταν ένα άτομο πυριτίου μεταβαίνει σε διεγερμένη κατάσταση, ένα ηλεκτρόνιο από το s-υποεπίπεδο «φεύγει» από το ζεύγος του και μετακινείται στο p-υποεπίπεδο, όπου υπάρχει ένα ελεύθερο τροχιακό. Έτσι, στη διεγερμένη κατάσταση, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου του πυριτίου παίρνει την ακόλουθη μορφή: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Ρύζι. Μετάβαση ενός ατόμου πυριτίου σε διεγερμένη κατάσταση.

Έτσι, το πυρίτιο στις ενώσεις μπορεί να εμφανίσει σθένος 4 (πιο συχνά) ή 2 (βλ. Σθένος). Το πυρίτιο (όπως και ο άνθρακας), αντιδρώντας με άλλα στοιχεία, σχηματίζει χημικούς δεσμούς στους οποίους μπορεί και να εγκαταλείψει τα ηλεκτρόνια του και να τα δεχτεί, αλλά η ικανότητα να δέχεται ηλεκτρόνια στα άτομα πυριτίου είναι λιγότερο έντονη από ότι στα άτομα άνθρακα, λόγω του μεγαλύτερου πυριτίου άτομο.

Καταστάσεις οξείδωσης πυριτίου:

• -4 : SiH4 (σιλάνιο), Ca2Si, Mg2Si (πυριτικά μέταλλα);
• +4 - το πιο σταθερό: SiO 2 (οξείδιο του πυριτίου), H 2 SiO 3 (πυριτικό οξύ), πυριτικά και αλογονίδια πυριτίου.
• 0 : Si (απλή ουσία)

Το πυρίτιο ως απλή ουσία

Το πυρίτιο είναι μια σκούρα γκρι κρυσταλλική ουσία με μεταλλική λάμψη. Κρυσταλλικό πυρίτιοείναι ημιαγωγός.

Το πυρίτιο σχηματίζει μόνο μία αλλοτροπική τροποποίηση, παρόμοια με το διαμάντι, αλλά όχι τόσο ισχυρή, αφού οι δεσμοί Si-Si δεν είναι τόσο ισχυροί όσο στο μόριο άνθρακα του διαμαντιού (Βλ. Διαμάντι).

Άμορφο πυρίτιο- καφέ σκόνη, με σημείο τήξης 1420°C.

Το κρυσταλλικό πυρίτιο λαμβάνεται από άμορφο πυρίτιο με ανακρυστάλλωση. Σε αντίθεση με το άμορφο πυρίτιο, το οποίο είναι μια αρκετά δραστική χημική ουσία, το κρυσταλλικό πυρίτιο είναι πιο αδρανές όσον αφορά την αλληλεπίδραση με άλλες ουσίες.

Η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος του πυριτίου επαναλαμβάνει τη δομή του διαμαντιού - κάθε άτομο περιβάλλεται από τέσσερα άλλα άτομα που βρίσκονται στις κορυφές ενός τετραέδρου. Τα άτομα συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς, οι οποίοι δεν είναι τόσο ισχυροί όσο οι δεσμοί άνθρακα στο διαμάντι. Για το λόγο αυτό, ακόμη και στο αρ. Μερικοί ομοιοπολικοί δεσμοί στο κρυσταλλικό πυρίτιο σπάνε, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση ορισμένων ηλεκτρονίων, με αποτέλεσμα το πυρίτιο να έχει μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Καθώς το πυρίτιο θερμαίνεται, στο φως ή όταν προστίθενται ορισμένες ακαθαρσίες, ο αριθμός των σπασμένων ομοιοπολικών δεσμών αυξάνεται, με αποτέλεσμα να αυξάνεται ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων και επομένως αυξάνεται και η ηλεκτρική αγωγιμότητα του πυριτίου.

Χημικές ιδιότητες του πυριτίου

Όπως ο άνθρακας, το πυρίτιο μπορεί να είναι και αναγωγικός και οξειδωτικός παράγοντας, ανάλογα με την ουσία με την οποία αντιδρά.

Στο αρ. Το πυρίτιο αλληλεπιδρά μόνο με το φθόριο, γεγονός που εξηγείται από το αρκετά ισχυρό κρυσταλλικό πλέγμα του πυριτίου.

Το πυρίτιο αντιδρά με χλώριο και βρώμιο σε θερμοκρασίες άνω των 400°C.

Το πυρίτιο αλληλεπιδρά με τον άνθρακα και το άζωτο μόνο σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

• Σε αντιδράσεις με αμέταλλα, το πυρίτιο δρα ως αναγωγικό μέσο:
  • υπό κανονικές συνθήκες, από μη μέταλλα, το πυρίτιο αντιδρά μόνο με το φθόριο, σχηματίζοντας αλογονίδιο πυριτίου:
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • σε υψηλές θερμοκρασίες, το πυρίτιο αντιδρά με χλώριο (400°C), οξυγόνο (600°C), άζωτο (1000°C), άνθρακα (2000°C):
    • Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - αλογονίδιο πυριτίου;
    • Si + O 2 = SiO 2 - οξείδιο του πυριτίου;
    • 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - νιτρίδιο πυριτίου;
    • Si + C = SiC - καρβορούνδιο (καρβίδιο του πυριτίου)
• Σε αντιδράσεις με μέταλλα, το πυρίτιο είναι μέσο οξείδωσης(σχηματίστηκε σαλικοειδή:
  Si + 2Mg = Mg 2 Si
• Σε αντιδράσεις με πυκνά διαλύματα αλκαλίων, το πυρίτιο αντιδρά με την απελευθέρωση υδρογόνου, σχηματίζοντας διαλυτά άλατα πυριτικού οξέος, που ονομάζονται πυριτικά:
  Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
• Το πυρίτιο δεν αντιδρά με οξέα (εκτός από HF).

Παρασκευή και χρήση πυριτίου

Λήψη πυριτίου:

• στο εργαστήριο - από πυρίτιο (θεραπεία αλουμινίου):
  3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
• στη βιομηχανία - με αναγωγή του οξειδίου του πυριτίου με οπτάνθρακα (τεχνικά καθαρό πυρίτιο) σε υψηλή θερμοκρασία:
  SiO 2 + 2C = Si + 2CO
• Το πιο καθαρό πυρίτιο λαμβάνεται με αναγωγή του τετραχλωριούχου πυριτίου με υδρογόνο (ψευδάργυρος) σε υψηλή θερμοκρασία:
  SiCl4 +2H2 = Si+4HCl

Εφαρμογή πυριτίου:

• παραγωγή ραδιοστοιχείων ημιαγωγών.
• ως μεταλλουργικά πρόσθετα για την παραγωγή θερμοανθεκτικών και ανθεκτικών στα οξέα ενώσεων.
• στην παραγωγή φωτοκυττάρων για ηλιακές μπαταρίες.
• ως ανορθωτές AC.