Silikon. Sifat silikon

Silikon(lat. silicium), si, unsur kimia golongan IV sistem periodik Mendeleev; nomor atom 14, massa atom 28.086. Di alam, unsur ini diwakili oleh tiga isotop stabil: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) dan 30 si (3,05%).

Referensi sejarah . Senyawa K yang tersebar luas di bumi telah dikenal manusia sejak Zaman Batu. Penggunaan perkakas batu untuk bekerja dan berburu berlanjut selama beberapa milenium. Penggunaan senyawa K terkait dengan pengolahan – produksinya kaca - dimulai sekitar tahun 3000 SM. e. (di Mesir Kuno). Senyawa K. yang paling awal diketahui adalah dioksida sio 2 (silika). Pada abad ke-18 silika dianggap sebagai benda sederhana dan disebut sebagai “bumi” (seperti tercermin dalam namanya). Kompleksitas komposisi silika ditetapkan oleh I. Ya. Berzelius. Untuk pertama kalinya, pada tahun 1825, ia memperoleh unsur kalsium dari silikon fluorida sif 4, mereduksinya dengan logam kalium. Unsur baru tersebut diberi nama “silikon” (dari bahasa Latin silex - batu api). Nama Rusia diperkenalkan oleh G.I. sial pada tahun 1834.

Prevalensi di alam . Dilihat dari prevalensinya di kerak bumi, oksigen merupakan unsur kedua (setelah oksigen), rata-rata kandungannya di litosfer adalah 29,5% (berdasarkan massa). Di kerak bumi, karbon memainkan peran utama yang sama seperti karbon di dunia hewan dan tumbuhan. Untuk geokimia oksigen, hubungannya yang sangat kuat dengan oksigen sangatlah penting. Sekitar 12% litosfer merupakan silika sio 2 dalam bentuk mineral kuarsa dan varietasnya. 75% litosfer terdiri dari berbagai macam silikat Dan aluminosilikat(feldspar, mika, amfibol, dll.). Jumlah total mineral yang mengandung silika melebihi 400 .

Selama proses magmatik, terjadi diferensiasi kalsium yang lemah: kalsium terakumulasi baik di granitoid (32,3%) dan di batuan ultrabasa (19%). Pada suhu tinggi dan tekanan tinggi, kelarutan sio 2 meningkat. Migrasinya dengan uap air juga dimungkinkan, oleh karena itu pegmatit urat hidrotermal dicirikan oleh konsentrasi kuarsa yang signifikan, yang sering dikaitkan dengan unsur bijih (urat emas-kuarsa, kuarsa-kasiterit, dll.).

Sifat fisik dan kimia. Karbon membentuk kristal abu-abu tua dengan kilau logam, memiliki kisi tipe berlian kubik berpusat muka dengan periode a = 5,431 a, dan massa jenis 2,33 g/cm 3 . Pada tekanan yang sangat tinggi, diperoleh modifikasi baru (tampaknya heksagonal) dengan kepadatan 2,55 g/cm 3. K. meleleh pada 1417°C, mendidih pada 2600°C. Kapasitas panas spesifik (pada 20-100°C) 800 J/ (kg? K), atau 0,191 kal/ (g? derajat); konduktivitas termal bahkan untuk sampel paling murni tidak konstan dan berada pada kisaran (25°C) 84-126 W/ (m? K), atau 0,20-0,30 cal/ (cm? detik? derajat). Koefisien suhu ekspansi linier 2,33? 10 -6 K -1 ; dibawah 120k menjadi negatif. K. transparan terhadap sinar infra merah gelombang panjang; indeks bias (untuk l =6 µm) 3,42; konstanta dielektrik 11.7. K. bersifat diamagnetik, kerentanan magnet atom -0,13? 10 -6. K. kekerasan menurut Mohs 7.0, menurut Brinell 2.4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modulus elastisitas 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), koefisien kompresibilitas 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. bahan rapuh; deformasi plastis yang nyata dimulai pada suhu di atas 800°C.

K. adalah semikonduktor yang semakin banyak digunakan. Sifat listrik tembaga sangat bergantung pada pengotor. Resistivitas listrik volumetrik spesifik intrinsik sel pada suhu kamar dianggap 2,3? 10 3 ohm? M(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Rangkaian semikonduktor dengan konduktivitas R-type (tambahan B, al, in atau ga) dan N-type (aditif P, bi, as atau sb) memiliki resistansi yang jauh lebih rendah. Celah pita menurut pengukuran kelistrikan adalah 1,21 ev pada 0 KE dan turun menjadi 1,119 ev pada 300 KE.

Sesuai dengan posisi cincin dalam tabel periodik Mendeleev, 14 elektron atom cincin tersebar di tiga kulit: di kulit pertama (dari inti) 2 elektron, di kulit kedua 8, di kulit ketiga (valensi) 4; konfigurasi kulit elektron 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potensi ionisasi berturut-turut ( ev): 8.149; 16.34; 33.46 dan 45.13. Jari-jari atom 1,33 a, jari-jari kovalen 1,17 a, jari-jari ionik si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

Dalam senyawa karbon (mirip dengan karbon) 4-valentene. Namun, tidak seperti karbon, silika, dengan bilangan koordinasi 4, menunjukkan bilangan koordinasi 6, yang dijelaskan oleh besarnya volume atomnya (contoh senyawa tersebut adalah silikofluorida yang mengandung gugus 2-).

Ikatan kimia suatu atom karbon dengan atom lain biasanya terjadi karena orbital hibrid sp 3, tetapi juga dimungkinkan untuk melibatkan dua dari lima orbitalnya (kosong) 3 D- orbital, terutama ketika K. berkoordinat enam. Memiliki nilai keelektronegatifan yang rendah yaitu 1,8 (dibandingkan 2,5 untuk karbon; 3,0 untuk nitrogen, dll.), karbon bersifat elektropositif dalam senyawa dengan bukan logam, dan senyawa ini bersifat polar. Energi pengikatan yang tinggi dengan oksigen Si-O, sebesar 464 kJ/mol(111 kkal/mol) , menentukan kestabilan senyawa oksigennya (sio 2 dan silikat). Energi pengikatan Si-si rendah, 176 kJ/mol (42 kkal/mol) ; Berbeda dengan karbon, karbon tidak dicirikan oleh pembentukan rantai panjang dan ikatan rangkap antar atom Si. Di udara, karena pembentukan lapisan oksida pelindung, karbon stabil bahkan pada suhu tinggi. Dalam oksigen ia teroksidasi mulai pada 400°C, membentuk silikon dioksida sio 2. Sio monoksida juga diketahui stabil pada suhu tinggi dalam bentuk gas; sebagai hasil pendinginan mendadak, diperoleh produk padat yang mudah terurai menjadi campuran tipis si dan sio 2. K. tahan terhadap asam dan hanya larut dalam campuran asam nitrat dan asam fluorida; mudah larut dalam larutan alkali panas dengan pelepasan hidrogen. K. bereaksi dengan fluor pada suhu kamar dan dengan halogen lain bila dipanaskan membentuk senyawa dengan rumus umum enam 4 . Hidrogen tidak bereaksi langsung dengan karbon, dan asam silikat(silan) diperoleh dengan dekomposisi silisida (lihat di bawah). Silikon hidrogen dikenal dari sih 4 sampai si 8 jam 18 (komposisinya mirip dengan hidrokarbon jenuh). K. membentuk 2 kelompok silan yang mengandung oksigen - siloksan dan siloksen. K bereaksi dengan nitrogen pada suhu di atas 1000°C. Yang sangat penting secara praktis adalah si 3 n 4 nitrida, yang tidak teroksidasi di udara bahkan pada suhu 1200°C, tahan terhadap asam (kecuali nitrat) dan basa, serta logam cair dan terak, yang menjadikannya bahan berharga untuk industri. industri kimia, untuk produksi refraktori, dll. Senyawa karbon dengan karbon dibedakan berdasarkan kekerasannya yang tinggi, serta ketahanan termal dan kimia ( silikon karbida sic) dan dengan boron (saudara 3, saudara 6, saudara 12). Ketika dipanaskan, klor bereaksi (dengan adanya katalis logam, seperti tembaga) dengan senyawa organoklorin (misalnya, ch 3 cl) membentuk organohalosilan [misalnya, si (ch 3) 3 ci], yang digunakan untuk sintesis dari banyak sekali senyawa organosilikon.

K. membentuk senyawa dengan hampir semua logam - silisida(koneksi hanya dengan bi, tl, pb, hg tidak terdeteksi). Lebih dari 250 silisida telah diperoleh, yang komposisinya (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si, dll.) biasanya tidak sesuai dengan valensi klasik. Silisida bersifat tahan api dan keras; Ferrosilikon dan molibdenum silisida mosi 2 memiliki kepentingan praktis yang paling besar (pemanas tungku listrik, bilah turbin gas, dll.).

Tanda terima dan aplikasi. K. kemurnian teknis (95-98%) diperoleh dalam busur listrik dengan mereduksi silika sio 2 antara elektroda grafit. Sehubungan dengan perkembangan teknologi semikonduktor, telah dikembangkan metode untuk memperoleh tembaga murni dan khususnya tembaga murni.Hal ini memerlukan sintesis awal dari senyawa awal tembaga yang paling murni, dari mana tembaga diekstraksi melalui reduksi atau dekomposisi termal.

Tembaga semikonduktor murni diperoleh dalam dua bentuk: polikristalin (dengan mereduksi sici 4 atau sihcl 3 dengan seng atau hidrogen, dekomposisi termal sil 4 dan sih 4) dan kristal tunggal (peleburan zona bebas wadah dan “menarik” kristal tunggal dari tembaga cair - metode Czochralski).

Tembaga yang diolah secara khusus banyak digunakan sebagai bahan untuk pembuatan perangkat semikonduktor (transistor, termistor, penyearah daya, dioda terkontrol - thyristor; fotosel surya yang digunakan dalam pesawat ruang angkasa, dll.). Karena K. transparan terhadap sinar dengan panjang gelombang 1 sampai 9 mikron, ini digunakan dalam optik inframerah .

K. memiliki bidang penerapan yang beragam dan terus berkembang. Dalam metalurgi, oksigen digunakan untuk menghilangkan oksigen terlarut dalam logam cair (deoksidasi). K. merupakan komponen dari sejumlah besar paduan besi dan logam non-besi. Biasanya, karbon memberikan peningkatan ketahanan terhadap korosi pada paduan, meningkatkan sifat pengecorannya, dan meningkatkan kekuatan mekanik; Namun dengan kandungan K yang lebih tinggi dapat menyebabkan kerapuhan. Yang paling penting adalah paduan besi, tembaga, dan aluminium yang mengandung kalsium.Semakin banyak karbon yang digunakan untuk sintesis senyawa organosilikon dan silisida. Silika dan banyak silikat (tanah liat, feldspar, mika, bedak, dll.) diproses oleh industri kaca, semen, keramik, listrik, dan lainnya.

V.P.Barzakovsky.

Silikon ditemukan di dalam tubuh dalam bentuk berbagai senyawa, terutama terlibat dalam pembentukan bagian dan jaringan kerangka keras. Beberapa tumbuhan laut (misalnya diatom) dan hewan (misalnya spons mengandung silika, radiolaria) dapat mengakumulasi silikon dalam jumlah besar, membentuk endapan silikon dioksida yang tebal di dasar laut ketika mereka mati. Di laut dan danau dingin, lanau biogenik yang diperkaya kalium mendominasi, di laut tropis, lanau berkapur dengan kandungan kalium rendah mendominasi.Di antara tanaman darat, sereal, sedges, palem, dan ekor kuda menumpuk banyak kalium. Pada vertebrata, kandungan silikon dioksida pada zat abu adalah 0,1-0,5%. Dalam jumlah terbesar, K. ditemukan di jaringan ikat padat, ginjal, dan pankreas. Makanan manusia sehari-hari mengandung hingga 1 G K. Bila udara mengandung debu silikon dioksida yang tinggi, ia masuk ke paru-paru manusia dan menyebabkan penyakit - silikosis.

V.V.Kovalsky.

menyala.: Berezhnoy A.S., Silikon dan sistem binernya. K., 1958; Krasyuk B.A., Gribov A.I., Semikonduktor - germanium dan silikon, M., 1961; Renyan V.R., Teknologi silikon semikonduktor, trans. dari bahasa Inggris, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Produksi silikon semikonduktor, M., 1970; Silikon dan germanium. Duduk. Seni., ed. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Kimia kristal silisida dan germanida, M., 1971; wolf N. f., data semikonduktor silikon, oxf. - N. tahun., 1965.

unduh abstrak

Silikon

SILIKON-SAYA; M.[dari bahasa Yunani krēmnos - tebing, batu] Unsur kimia (Si), kristal abu-abu gelap dengan kilau logam ditemukan di sebagian besar batuan.

◁ Silikon, oh, oh. garam K. Bersilika (lihat 2.K.; 1 tanda).

(lat. Silicium), unsur kimia golongan IV tabel periodik. Kristal abu-abu gelap dengan kilau logam; kepadatan 2,33 g/cm 3, T tolong 1415ºC. Tahan terhadap pengaruh kimia. Ini menyumbang 27,6% dari massa kerak bumi (peringkat kedua di antara unsur-unsur), mineral utamanya adalah silika dan silikat. Salah satu bahan semikonduktor terpenting (transistor, termistor, fotosel). Merupakan bagian integral dari banyak baja dan paduan lainnya (meningkatkan kekuatan mekanik dan ketahanan korosi, meningkatkan sifat pengecoran).

SILIKON (lat. Silicium dari silex - flint), Si (dibaca “silicium”, tapi sekarang sering disebut “si”), unsur kimia dengan nomor atom 14, massa atom 28,0855. Nama Rusia berasal dari bahasa Yunani kremnos - tebing, gunung.
Silikon alami terdiri dari campuran tiga nuklida stabil (cm. NUKLIDA) dengan nomor massa 28 (menjadi dominan dalam campuran, mengandung 92,27% massa), 29 (4,68%) dan 30 (3,05%). Konfigurasi lapisan elektronik terluar dari atom silikon netral yang tidak tereksitasi3 S 2 R 2 . Dalam senyawa biasanya menunjukkan bilangan oksidasi +4 (valensi IV) dan sangat jarang +3, +2 dan +1 (masing-masing valensi III, II dan I). Dalam tabel periodik Mendeleev, silikon terletak pada golongan IVA (dalam golongan karbon), pada periode ketiga.
Jari-jari atom silikon netral adalah 0,133 nm. Energi ionisasi berurutan atom silikon adalah 8,1517, 16,342, 33,46 dan 45,13 eV, dan afinitas elektron adalah 1,22 eV. Jari-jari ion Si 4+ dengan bilangan koordinasi 4 (paling umum pada silikon) adalah 0,040 nm, dengan bilangan koordinasi 6 - 0,054 nm. Menurut skala Pauling, keelektronegatifan silikon adalah 1,9. Meskipun silikon biasanya diklasifikasikan sebagai non-logam, dalam beberapa sifatnya ia menempati posisi perantara antara logam dan non-logam.
Dalam bentuk bebas - bubuk coklat atau bahan padat abu-abu muda dengan kilau metalik.
Sejarah penemuan
Senyawa silikon telah dikenal manusia sejak dahulu kala. Namun manusia baru mengenal zat sederhana silikon sekitar 200 tahun yang lalu. Faktanya, peneliti pertama yang memperoleh silikon adalah J. L. Gay-Lussac dari Prancis (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis) dan L.J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). Mereka menemukan pada tahun 1811 bahwa memanaskan silikon fluorida dengan logam kalium menyebabkan pembentukan zat berwarna coklat kecokelatan:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, namun para peneliti sendiri tidak menarik kesimpulan yang benar tentang perolehan zat sederhana baru. Kehormatan menemukan unsur baru adalah milik ahli kimia Swedia J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob), yang juga memanaskan senyawa komposisi K 2 SiF 6 dengan logam kalium menghasilkan silikon. Dia memperoleh bubuk amorf yang sama dengan ahli kimia Perancis, dan pada tahun 1824 mengumumkan zat unsur baru, yang dia sebut “silikon.” Silikon kristal diperoleh hanya pada tahun 1854 oleh ahli kimia Perancis A. E. Sainte-Clair Deville (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Berada di alam
Dalam hal kelimpahan di kerak bumi, silikon menempati urutan kedua di antara semua unsur (setelah oksigen). Silikon menyumbang 27,7% massa kerak bumi. Silikon adalah komponen dari beberapa ratus silikat alami yang berbeda (cm. SILikat) dan aluminosilikat (cm. ALUMINIUM SILikat). Silika, atau silikon dioksida, juga tersebar luas (cm. SILIKON DIOKSIDA) SiO 2 (pasir sungai (cm. PASIR), kuarsa (cm. KUARSA), batu api (cm. BATU API) dll.), yang membentuk sekitar 12% kerak bumi (berdasarkan massa). Silikon tidak terdapat dalam bentuk bebas di alam.
Kuitansi
Dalam industri, silikon diproduksi dengan mereduksi lelehan SiO 2 dengan kokas pada suhu sekitar 1800°C dalam tungku busur. Kemurnian silikon yang diperoleh dengan cara ini adalah sekitar 99,9%. Karena silikon dengan kemurnian lebih tinggi diperlukan untuk penggunaan praktis, silikon yang dihasilkan diklorinasi. Terbentuk senyawa dengan komposisi SiCl 4 dan SiCl 3 H. Klorida ini selanjutnya dimurnikan dengan berbagai cara dari pengotor dan pada tahap akhir direduksi dengan hidrogen murni. Silikon juga dapat dimurnikan dengan terlebih dahulu memperoleh magnesium silisida Mg 2 Si. Selanjutnya, monosilane SiH 4 yang mudah menguap diperoleh dari magnesium silisida menggunakan asam klorida atau asetat. Monosilane selanjutnya dimurnikan dengan rektifikasi, penyerapan dan metode lainnya, dan kemudian diurai menjadi silikon dan hidrogen pada suhu sekitar 1000°C. Kandungan pengotor dalam silikon yang diperoleh dengan metode ini berkurang menjadi 10 -8 -10 -6% berat.
Sifat fisik dan kimia
Kisi kristal jenis berlian kubik berpusat muka silikon, parameter sebuah = 0,54307 nm (modifikasi polimorfik silikon lainnya telah diperoleh pada tekanan tinggi), namun karena panjang ikatan yang lebih panjang antara atom Si-Si dibandingkan dengan panjang ikatan C-C, kekerasan silikon jauh lebih kecil dibandingkan dengan berlian.
Massa jenis silikon adalah 2,33 kg/dm3. Titik lebur 1410°C, titik didih 2355°C. Silikon bersifat rapuh, hanya jika dipanaskan di atas 800°C ia menjadi bahan plastik. Menariknya, silikon transparan terhadap radiasi inframerah (IR).
Unsur silikon adalah semikonduktor yang khas (cm. SEMIKONDUKTOR). Celah pita pada suhu kamar adalah 1,09 eV. Konsentrasi pembawa arus dalam silikon dengan konduktivitas intrinsik pada suhu kamar adalah 1,5·10 16 m -3. Sifat listrik silikon kristal sangat dipengaruhi oleh pengotor mikro yang dikandungnya. Untuk mendapatkan kristal tunggal silikon dengan konduktivitas lubang, aditif unsur golongan III - boron - dimasukkan ke dalam silikon. (cm. BOR (unsur kimia)), aluminium (cm. ALUMINIUM), galium (cm. GALIUM) dan India (cm. INDIUM), dengan konduktivitas elektronik - penambahan unsur golongan V - fosfor (cm. FOSFOR), arsenik (cm. ARSENIK) atau antimon (cm. ANTIMONI). Sifat listrik silikon dapat divariasikan dengan mengubah kondisi pemrosesan kristal tunggal, khususnya dengan memperlakukan permukaan silikon dengan berbagai bahan kimia.
Secara kimia, silikon tidak aktif. Pada suhu kamar hanya bereaksi dengan gas fluor, menghasilkan pembentukan silikon tetrafluorida SiF 4 yang mudah menguap. Ketika dipanaskan hingga suhu 400-500°C, silikon bereaksi dengan oksigen membentuk dioksida SiO 2, dengan klor, brom, dan yodium membentuk tetrahalida SiHal 4 yang sangat mudah menguap.
Silikon tidak bereaksi langsung dengan hidrogen; senyawa silikon dengan hidrogen adalah silan (cm. SILAN) dengan rumus umum Si n H 2n+2 - diperoleh secara tidak langsung. Monosilane SiH 4 (sering disebut hanya silan) dilepaskan ketika silisida logam bereaksi dengan larutan asam, misalnya:
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
Silana SiH 4 yang terbentuk pada reaksi ini mengandung campuran silan lain, khususnya disilana Si 2 H 6 dan trisilana Si 3 H 8, yang didalamnya terdapat rantai atom silikon yang saling berhubungan melalui ikatan tunggal (-Si-Si-Si -) .
Dengan nitrogen, silikon pada suhu sekitar 1000°C membentuk nitrida Si 3 N 4, dengan boron - borida SiB 3, SiB 6 dan SiB 12 yang stabil secara termal dan kimia. Senyawa silikon dan analog terdekatnya menurut tabel periodik - karbon - silikon karbida SiC (carborundum (cm. KARBORUNDUM)) ditandai dengan kekerasan tinggi dan reaktivitas kimia yang rendah. Carborundum banyak digunakan sebagai bahan abrasif.
Ketika silikon dipanaskan dengan logam, silisida terbentuk (cm. SILISIDA). Silisida dapat dibagi menjadi dua kelompok: ionik-kovalen (silisida dari logam alkali, alkali tanah dan magnesium seperti Ca 2 Si, Mg 2 Si, dll.) dan seperti logam (silisida dari logam transisi). Silisida dari logam aktif terurai di bawah pengaruh asam, silisida dari logam transisi stabil secara kimia dan tidak terurai di bawah pengaruh asam. Silisida mirip logam memiliki titik leleh yang tinggi (hingga 2000°C). Silisida mirip logam yang paling umum terbentuk adalah komposisi MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 dan MSi 2. Silisida yang mirip logam bersifat inert secara kimia dan tahan terhadap oksigen bahkan pada suhu tinggi.
Silikon dioksida SiO 2 adalah oksida asam yang tidak bereaksi dengan air. Ada dalam bentuk beberapa polimorf (kuarsa (cm. KUARSA), tridimit, kristobalit, kaca SiO 2). Dari modifikasi ini, kuarsa adalah yang paling penting secara praktis. Kuarsa memiliki sifat piezoelektrik (cm. BAHAN PIEZOELEKTRIK), transparan terhadap radiasi ultraviolet (UV). Hal ini ditandai dengan koefisien muai panas yang sangat rendah, sehingga piringan yang terbuat dari kuarsa tidak retak ketika suhu berubah hingga 1000 derajat.
Kuarsa secara kimia tahan terhadap asam, tetapi bereaksi dengan asam fluorida:
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
dan gas hidrogen fluorida HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Kedua reaksi ini banyak digunakan untuk etsa kaca.
Ketika SiO 2 menyatu dengan alkali dan oksida basa, serta dengan karbonat dari logam aktif, silikat terbentuk (cm. SILikat)- garam dari asam silikat yang sangat lemah dan tidak larut dalam air yang tidak memiliki komposisi konstan (cm. ASAM SILIKAT) rumus umum xH 2 O ySiO 2 (cukup sering dalam literatur mereka menulis tidak terlalu akurat bukan tentang asam silikat, tetapi tentang asam silikat, meskipun sebenarnya mereka membicarakan hal yang sama). Misalnya, natrium ortosilikat dapat diperoleh:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
kalsium metasilikat:
SiO2 + CaO = CaO SiO2
atau campuran kalsium dan natrium silikat:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Kaca jendela terbuat dari silikat Na 2 O·CaO·6SiO 2.
Perlu dicatat bahwa sebagian besar silikat tidak memiliki komposisi yang konstan. Dari semua silikat, hanya natrium dan kalium silikat yang larut dalam air. Larutan silikat ini dalam air disebut gelas larut. Karena hidrolisis, larutan ini dicirikan oleh lingkungan yang sangat basa. Silikat terhidrolisis dicirikan oleh pembentukan larutan koloid yang tidak benar. Ketika larutan natrium atau kalium silikat diasamkan, endapan putih agar-agar dari asam silikat terhidrasi mengendap.
Elemen struktur utama silikon dioksida padat dan semua silikat adalah gugus di mana atom silikon Si dikelilingi oleh tetrahedron empat atom oksigen O. Dalam hal ini, setiap atom oksigen terhubung ke dua atom silikon. Fragmen dapat dihubungkan satu sama lain dengan cara yang berbeda. Di antara silikat, menurut sifat ikatan dalam fragmennya, dibagi menjadi pulau, rantai, pita, berlapis, bingkai dan lain-lain.
Ketika SiO 2 direduksi oleh silikon pada suhu tinggi, silikon monoksida dengan komposisi SiO terbentuk.
Silikon ditandai dengan terbentuknya senyawa organosilikon (cm. SENYAWA ORGANOSILON), di mana atom silikon terhubung dalam rantai panjang karena menjembatani atom oksigen -O-, dan ke setiap atom silikon, selain dua atom O, dua radikal organik lagi R 1 dan R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6 dilampirkan H 5, CH 2 CH 2 CF 3, dst.
Aplikasi
Silikon digunakan sebagai bahan semikonduktor. Kuarsa digunakan sebagai piezoelektrik, sebagai bahan pembuatan peralatan masak kimia (kuarsa) tahan panas, dan lampu UV. Silikat banyak digunakan sebagai bahan bangunan. Kaca jendela adalah silikat amorf. Bahan organosilikon dicirikan oleh ketahanan aus yang tinggi dan banyak digunakan dalam praktik sebagai minyak silikon, perekat, karet, dan pernis.
Peran biologis
Bagi beberapa organisme, silikon merupakan unsur biogenik yang penting (cm. ELEMEN BIOGENIK). Ini adalah bagian dari struktur pendukung pada tumbuhan dan struktur kerangka pada hewan. Silikon terkonsentrasi dalam jumlah besar oleh organisme laut - diatom. (cm. ALGA DIATOM), radiolaria (cm. RADIOLARIA), spons (cm. SPONS). Jaringan otot manusia mengandung (1-2)·10 -2% silikon, jaringan tulang - 17·10 -4%, darah - 3,9 mg/l. Hingga 1 g silikon masuk ke tubuh manusia dengan makanan setiap hari.
Senyawa silikon tidak beracun. Tetapi menghirup partikel silikat dan silikon dioksida yang sangat tersebar, yang terbentuk, misalnya, selama operasi peledakan, ketika memahat batu di tambang, selama pengoperasian mesin sandblasting, dll., Sangat berbahaya Mikropartikel SiO 2 yang masuk ke paru-paru mengkristal di dalamnya, dan kristal yang dihasilkan menghancurkan jaringan paru-paru dan menyebabkan penyakit serius - silikosis (cm. SILIKOSIS). Untuk mencegah debu berbahaya ini masuk ke paru-paru Anda, sebaiknya gunakan alat bantu pernapasan untuk melindungi sistem pernapasan Anda.

kamus ensiklopedis. 2009 .

Lihat apa itu "silikon" di kamus lain:

- (simbol Si), unsur kimia abu-abu yang tersebar luas dari golongan IV tabel periodik, non-logam. Ini pertama kali diisolasi oleh Jens BERZELIUS pada tahun 1824. Silikon hanya ditemukan dalam senyawa seperti SILIKA (silikon dioksida) atau dalam... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

Silikon- diproduksi hampir secara eksklusif melalui reduksi karbotermal silika menggunakan tungku busur listrik. Ini adalah konduktor panas dan listrik yang buruk, lebih keras dari kaca, biasanya dalam bentuk bubuk atau lebih sering berupa potongan tak berbentuk... ... Terminologi resmi

SILIKON- kimia. unsur, bukan logam, lambang Si (lat. Silicium), di. N. 14, di. m.28.08; silikon amorf dan kristal (yang terbuat dari jenis kristal yang sama dengan berlian) telah diketahui. Bubuk coklat K. amorf dengan struktur kubik dalam sangat tersebar... ... Ensiklopedia Politeknik Besar

- (Silicium), Si, unsur kimia golongan IV tabel periodik, nomor atom 14, massa atom 28,0855; bukan logam, titik leleh 1415°C. Silikon merupakan unsur terbanyak kedua di bumi setelah oksigen, kandungannya di kerak bumi adalah 27,6% berat.… … Ensiklopedia modern

Si (lat. Silicium * a. silicium, silikon; n. Silizium; f. silicium; i. siliseo), kimia. unsur periodik golongan IV. Sistem Mendeleev, di. N. 14, di. m.28.086. Ada 3 isotop stabil yang ditemukan di alam: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3 ... Ensiklopedia Geologi

instruksi

Sistem periodik adalah “rumah” bertingkat yang berisi banyak apartemen. Setiap “penyewa” atau di apartemennya sendiri dengan nomor tertentu, yang bersifat permanen. Selain itu, unsur tersebut memiliki “nama belakang” atau nama, seperti oksigen, boron, atau nitrogen. Selain data ini, setiap “apartemen” berisi informasi seperti massa atom relatif, yang mungkin memiliki nilai pasti atau bulat.

Seperti halnya rumah mana pun, ada “pintu masuknya”, yaitu berkelompok. Apalagi secara berkelompok unsur-unsurnya terletak di kiri dan kanan, membentuk. Tergantung pada sisi mana yang lebih banyak, sisi itu disebut sisi utama. Oleh karena itu, subgrup lainnya akan menjadi subgrup sekunder. Tabel juga memiliki “lantai” atau titik. Selain itu, titik dapat berukuran besar (terdiri dari dua baris) dan kecil (hanya memiliki satu baris).

Tabel tersebut menunjukkan struktur atom suatu unsur, yang masing-masing memiliki inti bermuatan positif yang terdiri dari proton dan neutron, serta elektron bermuatan negatif yang berputar mengelilinginya. Jumlah proton dan elektron secara numerik sama dan ditentukan dalam tabel berdasarkan nomor urut unsur. Misalnya unsur kimia belerang #16, maka ia mempunyai 16 proton dan 16 elektron.

Untuk menentukan jumlah neutron (partikel netral juga terletak di dalam inti atom), kurangi nomor atomnya dari massa atom relatif suatu unsur. Misalnya besi mempunyai massa atom relatif 56 dan nomor atom 26. Oleh karena itu, 56 – 26 = 30 proton untuk besi.

Elektron terletak pada jarak yang berbeda dari inti, membentuk tingkat elektron. Untuk menentukan jumlah tingkat elektronik (atau energi), Anda perlu melihat jumlah periode di mana unsur tersebut berada. Misalnya alumunium berada pada periode ke-3, maka ia memiliki 3 tingkatan.

Berdasarkan nomor golongan (tetapi hanya untuk subgrup utama), valensi tertinggi dapat ditentukan. Misalnya, unsur-unsur golongan pertama dari subkelompok utama (litium, natrium, kalium, dll.) memiliki valensi 1. Oleh karena itu, unsur-unsur golongan kedua (berilium, magnesium, kalsium, dll.) akan memiliki valensi sebesar 2.

Anda juga dapat menggunakan tabel untuk menganalisis properti elemen. Dari kiri ke kanan, sifat logam melemah, dan sifat nonlogam meningkat. Hal ini terlihat jelas pada contoh periode 2: diawali dengan logam alkali natrium, kemudian logam alkali tanah magnesium, setelah itu unsur amfoter aluminium, kemudian unsur nonlogam silikon, fosfor, belerang dan periode diakhiri dengan zat gas. - klorin dan argon. Pada periode berikutnya, ketergantungan serupa diamati.

Dari atas ke bawah, sebuah pola juga diamati - sifat logam meningkat, dan sifat non-logam melemah. Artinya, misalnya cesium jauh lebih aktif dibandingkan natrium.

DEFINISI

Silikon- elemen keempat belas dari Tabel Periodik. Sebutannya - Si dari bahasa Latin "silicium". Bertempat di periode ketiga, grup IVA. Mengacu pada non-logam. Muatan inti adalah 14.

Silikon adalah salah satu unsur paling umum di kerak bumi. Karbon merupakan 27% (berat) dari bagian kerak bumi yang dapat diakses oleh penelitian kami, dan menduduki peringkat kedua dalam kelimpahan setelah oksigen. Di alam, silikon hanya terdapat dalam senyawa: dalam bentuk silikon dioksida SiO 2, disebut silikon anhidrida atau silika, dalam bentuk garam asam silikat (silikat). Aluminosilikat adalah yang paling tersebar luas di alam, yaitu. silikat yang mengandung aluminium. Ini termasuk feldspar, mika, kaolin, dll.

Seperti karbon, yang merupakan bagian dari semua zat organik, silikon adalah elemen terpenting dalam dunia tumbuhan dan hewan.

Dalam kondisi normal, silikon adalah zat berwarna abu-abu gelap (Gbr. 1). Sepertinya logam. Tahan api - titik leleh 1415 o C. Ditandai dengan kekerasan yang tinggi.

Beras. 1. Silikon. Penampilan.

Massa atom dan molekul silikon

Massa molekul relatif suatu zat (M r) adalah angka yang menunjukkan berapa kali massa suatu molekul lebih besar dari 1/12 massa atom karbon, dan massa atom relatif suatu unsur (A r) adalah berapa kali massa rata-rata atom suatu unsur kimia lebih besar dari 1/12 massa atom karbon.

Karena silikon ada dalam keadaan bebas dalam bentuk molekul Si monoatomik, nilai massa atom dan molekulnya sama. Mereka sama dengan 28.084.

Modifikasi alotropi dan alotropik silikon

Silikon dapat berada dalam dua modifikasi alotropik: seperti berlian (kubik) (stabil) dan seperti grafit (tidak stabil). Silikon seperti berlian berada dalam keadaan agregat padat, dan silikon seperti grafit berada dalam keadaan amorf. Mereka juga berbeda dalam penampilan dan aktivitas kimianya.

Silikon kristal adalah zat abu-abu gelap dengan kilau logam, dan silikon amorf adalah bubuk coklat. Modifikasi kedua lebih reaktif dibandingkan yang pertama.

Isotop silikon

Diketahui bahwa di alam silikon dapat ditemukan dalam bentuk tiga isotop stabil 28 Si, 29 Si dan 30 Si. Nomor massanya masing-masing adalah 28, 29 dan 30. Inti atom isotop silikon 28 Si mengandung empat belas proton dan empat belas neutron, dan isotop 29 Si dan 30 Si mengandung jumlah proton yang sama, masing-masing lima belas dan enam belas neutron.

Ada isotop silikon buatan dengan nomor massa 22 hingga 44, di antaranya yang berumur paling lama adalah 32 Si dengan waktu paruh 170 tahun.

Ion silikon

Pada tingkat energi terluar atom silikon terdapat empat elektron, yaitu valensi:

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

Akibat interaksi kimia, silikon dapat melepaskan elektron valensinya, mis. menjadi donornya dan berubah menjadi ion bermuatan positif, atau menerima elektron dari atom lain, mis. menjadi akseptor, dan berubah menjadi ion bermuatan negatif:

Si 0 -4e → Si 4+ ;

Si 0 +4e → Si 4- .

Molekul silikon dan atom

Dalam keadaan bebas, silikon ada dalam bentuk molekul Si monoatomik. Berikut beberapa sifat yang menjadi ciri atom dan molekul silikon:

Paduan silikon

Silikon digunakan dalam metalurgi. Ini berfungsi sebagai komponen dari banyak paduan. Yang paling penting di antaranya adalah paduan berbahan dasar besi, tembaga dan aluminium.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

CONTOH 2

• Penunjukan - Si (Silikon);
• Periode - III;
• Grup - 14 (IVa);
• Massa atom - 28,0855;
• Nomor atom - 14;
• Jari-jari atom = 132 pm;
• Jari-jari kovalen = 111 pm;
• Distribusi elektron - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• suhu leleh = 1412°C;
• titik didih = 2355°C;
• Keelektronegatifan (menurut Pauling/menurut Alpred dan Rochow) = 1,90/1,74;
• Keadaan oksidasi: +4, +2, 0, -4;
• Massa jenis (jumlah) = 2,33 g/cm3;
• Volume molar = 12,1 cm 3 /mol.

Senyawa silikon:

Silikon pertama kali diisolasi dalam bentuk murni pada tahun 1811 (J. L. Gay-Lussac dan L. J. Tenard dari Prancis). Silikon unsur murni diperoleh pada tahun 1825 (J.J. Berzelius dari Swedia). Unsur kimia ini mendapat namanya "silikon" (diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno sebagai gunung) pada tahun 1834 (ahli kimia Rusia G. I. Hess).

Silikon adalah unsur kimia yang paling tersebar luas (setelah oksigen) di Bumi (kandungan di kerak bumi adalah 28-29% berat). Di alam, silikon paling sering hadir dalam bentuk silika (pasir, kuarsa, batu api, feldspar), serta silikat dan aluminosilikat. Dalam bentuknya yang murni, silikon sangat langka. Banyak silikat alami dalam bentuk murninya adalah batu mulia: zamrud, topas, aquamary - semuanya silikon. Silikon kristal murni (IV) oksida terdapat dalam bentuk kristal batu dan kuarsa. Silikon oksida, yang mengandung berbagai kotoran, membentuk batu berharga dan semi mulia - batu kecubung, batu akik, jasper.

Beras. Struktur atom silikon.

Konfigurasi elektron silikon adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (lihat Struktur elektronik atom). Pada tingkat energi terluar, silikon memiliki 4 elektron: 2 berpasangan di sublevel 3s + 2 tidak berpasangan di orbital p. Ketika atom silikon bertransisi ke keadaan tereksitasi, satu elektron dari sublevel s “meninggalkan” pasangannya dan berpindah ke sublevel p, di mana terdapat satu orbital bebas. Jadi, dalam keadaan tereksitasi, konfigurasi elektron atom silikon berbentuk sebagai berikut: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Beras. Transisi atom silikon ke keadaan tereksitasi.

Jadi, silikon dalam senyawa dapat menunjukkan valensi 4 (paling sering) atau 2 (lihat Valensi). Silikon (dan juga karbon), bereaksi dengan unsur lain, membentuk ikatan kimia di mana ia dapat melepaskan elektronnya dan menerimanya, tetapi kemampuan untuk menerima elektron pada atom silikon kurang menonjol dibandingkan atom karbon, karena silikon yang lebih besar. atom.

Keadaan oksidasi silikon:

• -4 : SiH 4 (silana), Ca 2 Si, Mg 2 Si (logam silikat);
• +4 - yang paling stabil: SiO 2 (silikon oksida), H 2 SiO 3 (asam silikat), silikat dan silikon halida;
• 0 : Si (zat sederhana)

Silikon sebagai zat sederhana

Silikon adalah zat kristal abu-abu gelap dengan kilau logam. Silikon kristal adalah semikonduktor.

Silikon hanya membentuk satu modifikasi alotropik, mirip dengan intan, tetapi tidak sekuat ikatan Si-Si tidak sekuat molekul karbon intan (Lihat Intan).

Silikon amorf- bubuk coklat, dengan titik leleh 1420°C.

Silikon kristal diperoleh dari silikon amorf dengan rekristalisasi. Berbeda dengan silikon amorf, yang merupakan bahan kimia yang cukup aktif, silikon kristal lebih inert dalam interaksi dengan zat lain.

Struktur kisi kristal silikon mengulangi struktur berlian - setiap atom dikelilingi oleh empat atom lain yang terletak di simpul tetrahedron. Atom-atom tersebut disatukan oleh ikatan kovalen, yang tidak sekuat ikatan karbon pada berlian. Untuk alasan ini, bahkan di no. Beberapa ikatan kovalen dalam silikon kristal terputus, mengakibatkan pelepasan sejumlah elektron, menyebabkan silikon memiliki konduktivitas listrik yang kecil. Saat silikon memanas, dalam cahaya atau ketika pengotor tertentu ditambahkan, jumlah ikatan kovalen yang putus meningkat, akibatnya jumlah elektron bebas meningkat, dan oleh karena itu konduktivitas listrik silikon juga meningkat.

Sifat kimia silikon

Seperti karbon, silikon dapat menjadi zat pereduksi dan pengoksidasi, bergantung pada zat apa yang bereaksi dengannya.

Di no. silikon hanya berinteraksi dengan fluor, yang dijelaskan oleh kisi kristal silikon yang cukup kuat.

Silikon bereaksi dengan klor dan brom pada suhu melebihi 400°C.

Silikon berinteraksi dengan karbon dan nitrogen hanya pada suhu yang sangat tinggi.

• Dalam reaksi dengan bukan logam, silikon bertindak sebagai agen pereduksi:
  • dalam kondisi normal, dari non-logam, silikon hanya bereaksi dengan fluor, membentuk silikon halida:
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • pada suhu tinggi, silikon bereaksi dengan klorin (400°C), oksigen (600°C), nitrogen (1000°C), karbon (2000°C):
    • Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - silikon halida;
    • Si + O 2 = SiO 2 - silikon oksida;
    • 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - silikon nitrida;
    • Si + C = SiC - karborundum (silikon karbida)
• Dalam reaksi dengan logam, silikon adalah agen pengoksidasi(terbentuk salisid:
  Si + 2Mg = Mg 2 Si
• Dalam reaksi dengan larutan alkali pekat, silikon bereaksi dengan pelepasan hidrogen, membentuk garam asam silikat yang larut, yang disebut silikat:
  Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
• Silikon tidak bereaksi dengan asam (kecuali HF).

Persiapan dan penggunaan silikon

Memperoleh silikon:

• di laboratorium - dari silika (terapi aluminium):
  3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
• dalam industri - dengan mereduksi silikon oksida dengan kokas (silikon murni secara teknis) pada suhu tinggi:
  SiO 2 + 2C = Si + 2CO
• Silikon paling murni diperoleh dengan mereduksi silikon tetraklorida dengan hidrogen (seng) pada suhu tinggi:
  SiCl 4 +2H 2 = Si+4HCl

Aplikasi Silikon:

• produksi elemen radio semikonduktor;
• sebagai bahan tambahan metalurgi dalam produksi senyawa tahan panas dan tahan asam;
• dalam produksi fotosel untuk baterai surya;
• sebagai penyearah AC.