규소. 실리콘의 성질

규소(위도 규소), si, 멘델레예프 주기율표 IV족의 화학 원소; 원자 번호 14, 원자 질량 28.086. 자연에서 이 원소는 28si(92.27%), 29si(4.68%), 30si(3.05%)의 세 가지 안정 동위원소로 표시됩니다.

역사적 참고자료 . 지구상에 널리 퍼져 있는 K 화합물은 석기 시대부터 인간에게 알려졌습니다. 노동과 사냥을 위한 석기 도구의 사용은 수천 년 동안 계속되었습니다. 가공과 관련된 K 화합물의 사용 - 생산 유리 -기원전 3000년경부터 시작됐다. 이자형. (고대 이집트에서). K.의 가장 초기에 알려진 화합물은 이산화물 sio 2(실리카)입니다. 18세기에 실리카는 단순한 몸체로 간주되어 "지구"라고 불렸습니다(이름에 반영되어 있음). 실리카 구성의 복잡성은 I.Ya. 베르셀리우스. 1825년 처음으로 그는 불화규소 4에서 원소 칼슘을 얻었고, 이를 금속 칼륨으로 환원했습니다. 새로운 요소에는 "실리콘"(라틴어 silex-부싯돌에서 유래)이라는 이름이 지정되었습니다. 러시아 이름은 G.I. 헤스 1834년에.

자연의 보급 . 지각의 유병률 측면에서 산소는 두 번째 요소(산소 다음으로)이며 암석권의 평균 함량은 29.5%(질량 기준)입니다. 지각에서 탄소는 동물과 식물 세계의 탄소와 동일한 주요 역할을 합니다. 산소의 지구화학에서는 산소와의 극도로 강한 연관성이 중요합니다. 암석권의 약 12%는 광물 형태의 실리카 sio 2입니다. 석영그리고 그 품종. 암석권의 75%는 다양한 암석으로 구성되어 있습니다. 규산염그리고 알루미노규산염(장석, 운모, 각섬석 등). 실리카를 함유한 총 미네랄 수는 400개를 초과합니다. .

마그마 과정 동안 칼슘의 약한 분화가 발생합니다. 칼슘은 화강암류(32.3%)와 초염기성 암석(19%) 모두에 축적됩니다. 고온 및 고압에서는 sio 2의 용해도가 증가합니다. 수증기와의 이동도 가능하므로 열수 정맥의 페그마타이트는 상당한 농도의 석영을 특징으로 하며 이는 종종 광석 요소(금석영, 석영석석 등 정맥)와 관련됩니다.

물리적, 화학적 특성. 탄소는 주기 a = 5.431 a, 밀도 2.33 g/cm 3 의 면심 입방형 다이아몬드형 격자를 갖는 금속 광택이 있는 짙은 회색 결정을 형성합니다. 매우 높은 압력에서 밀도가 2.55g/cm 3 인 새로운(육각형으로 보이는) 변형이 얻어졌습니다. K는 1417°C에서 녹고 2600°C에서 끓는다. 비열 용량(20-100°C에서) 800 J/(kg? K) 또는 0.191 cal/(g? deg); 가장 순수한 샘플의 경우에도 열전도율은 일정하지 않으며 범위(25°C) 84-126W/(m?K) 또는 0.20-0.30cal/(cm?sec?deg)입니다. 선팽창 온도계수 2.33? 10-6K-1; 120k 미만에서는 음수가 됩니다. K.는 장파 적외선에 투명합니다. 굴절률(l =6 µm의 경우) 3.42; 유전율 11.7. K는 반자성체이고, 원자자기감수성은 -0.13인가요? 10 -6. K. Mohs 7.0에 따른 경도, Brinell에 따른 2.4 Gn/m2(240 kgf/mm2), 탄성 계수 109 Gn/m2(10890 kgf/mm2), 압축 계수 0.325? 10 -6 cm 2 /kg. K. 부서지기 쉬운 물질; 눈에 띄는 소성 변형은 800°C 이상의 온도에서 시작됩니다.

K.는 점점 더 많이 사용되고 있는 반도체입니다. 구리의 전기적 특성은 불순물에 따라 크게 달라집니다. 실온에서 전지의 고유 체적 전기 저항률은 2.3Ω으로 간주됩니다. 10 3 옴? 중(2,3 ? 10 5 옴? 센티미터) .

전도성이 있는 반도체 회로 아르 자형-유형(첨가제 B, al, in 또는 ga) 및 N- 유형(첨가제 P, bi, as 또는 sb)은 저항이 상당히 낮습니다. 전기적 측정에 따른 밴드 갭은 1.21입니다. 에브 0시에 에게 1.119로 감소 에브 300에 에게.

멘델레예프 주기율표의 고리 위치에 따라 고리 원자의 전자 14개는 세 개의 껍질에 분포됩니다. 첫 번째(핵에서) 전자 2개, 두 번째 8개, 세 번째(원가) 4; 전자 껍질 구성 1초 2 2초 2 2p 6 3초 2 3p 2. 연속이온화전위( 에브): 8.149; 16.34; 33.46 및 45.13. 원자 반경 1.33a, 공유 반경 1.17a, 이온 반경 si 4+ 0.39a, si 4- 1.98a.

탄소 화합물(탄소와 유사)에서 4-발렌. 그러나 탄소와 달리 실리카는 4의 배위수와 함께 6의 배위수를 나타내며 이는 원자의 부피가 크다는 것으로 설명됩니다(이러한 화합물의 예는 2-그룹을 포함하는 불화규소입니다).

탄소 원자와 다른 원자의 화학 결합은 일반적으로 하이브리드 sp 3 궤도로 인해 수행되지만 5개(비어 있는) 3 중 2개를 포함하는 것도 가능합니다. 디-궤도, 특히 K.가 6좌표인 경우. 1.8(탄소의 경우 2.5, 질소의 경우 3.0 등)의 낮은 전기음성도 값을 갖는 탄소는 비금속 화합물에서 전기양성이며 이러한 화합물은 본질적으로 극성입니다. 464와 동일한 산소 si-o와의 높은 결합 에너지 kJ/mol(111 kcal/mol) , 산소 화합물(sio 2 및 규산염)의 안정성을 결정합니다. Si-si 결합에너지가 낮다, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; 탄소와 달리 탄소는 긴 사슬을 형성하고 Si 원자 사이에 이중 결합을 형성하는 것이 특징이 아닙니다. 공기 중에서는 보호산화막이 형성되어 있어 탄소는 고온에서도 안정적입니다. 산소에서는 400°C부터 산화되어 다음을 형성합니다. 이산화규소시오 2. 일산화티오는 가스 형태로 고온에서 안정한 것으로 알려져 있습니다. 급격한 냉각의 결과로 si와 sio 2의 얇은 혼합물로 쉽게 분해되는 고체 생성물을 얻을 수 있습니다. K.는 산에 강하고 질산과 불산의 혼합물에만 용해됩니다. 수소를 방출하면서 뜨거운 알칼리 용액에 쉽게 용해됩니다. K. 실온에서는 불소와 반응하고, 가열하면 다른 할로겐과 반응하여 일반식 6 4의 화합물을 형성합니다. . 수소는 탄소와 직접 반응하지 않으며, 규산(실란)은 규화물을 분해하여 얻습니다(아래 참조). 수소 실리콘은 sih 4 ~ si 8 h 18로 알려져 있습니다(조성은 포화 탄화수소와 유사합니다). K.는 2개의 산소 함유 실란 그룹을 형성합니다. 실록산및 실록센. K는 1000°C 이상의 온도에서 질소와 반응합니다. 실용상 매우 중요한 것은 1200°C에서도 공기 중에서 산화되지 않는 Si 3 N 4 질화물이며, 산(질산 제외)과 알칼리, 용융 금속 및 슬래그에 대한 저항력이 있어 산업용으로 귀중한 재료입니다. 화학 산업, 내화물 생산 등 탄소와 탄소의 화합물은 높은 경도와 내열성 및 내 화학성으로 구별됩니다 ( 탄화규소 sic) 및 붕소(sib 3, sib 6, sib 12)가 포함되어 있습니다. 가열되면 염소는 (구리와 같은 금속 촉매가 있는 경우) 유기염소 화합물(예: ch 3 cl)과 반응하여 합성에 사용되는 유기할로실란[예: si(ch 3) 3 ci]을 형성합니다. 수많은 유기규소 화합물.

K.는 거의 모든 금속과 화합물을 형성합니다. 규화물(bi, tl, pb, hg와의 연결만 감지되지 않았습니다). 250개 이상의 규화물이 얻어졌으며 그 구성(mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si 등)은 일반적으로 고전 원자가와 일치하지 않습니다. 규화물은 내화성이 있고 단단합니다. 페로실리콘과 몰리브덴 규화물 mosi 2는 실용적으로 가장 중요합니다(전기로 히터, 가스 터빈 블레이드 등).

접수 및 신청. K. 흑연 전극 사이의 실리카 sio 2를 환원시켜 전기 아크에서 기술적 순도(95-98%)를 얻습니다. 반도체 기술의 발전과 관련하여 순수한 구리, 특히 순수한 구리를 얻는 방법이 개발되었으며, 이를 위해서는 환원 또는 열분해를 통해 구리를 추출하는 가장 순수한 구리 출발 화합물의 예비 합성이 필요합니다.

순수한 반도체 구리는 두 가지 형태로 얻어집니다: 다결정(아연 또는 수소로 sici 4 또는 sihcl 3을 환원하고 sil 4 및 sih 4를 열분해하여) 및 단결정(도가니 없는 영역 용융 및 단결정 "당김") 용융된 구리로부터 - Czochralski 방법).

특수 도핑된 구리는 반도체 장치(트랜지스터, 서미스터, 전력 정류기, 제어 다이오드 - 사이리스터, 우주선에 사용되는 태양 광전지 등) 제조용 재료로 널리 사용됩니다. K.는 1에서 9까지의 파장을 갖는 광선에 투명하기 때문에 마이크로미터,적외선 광학에 사용됩니다. .

K.는 다양하고 지속적으로 확장되는 응용 분야를 가지고 있습니다. 야금에서 산소는 용탕에 용해된 산소를 제거하는 데 사용됩니다(탈산소). K.는 수많은 철 및 비철 금속 합금의 구성 요소입니다. 일반적으로 탄소는 합금의 부식 저항성을 높이고 주조 특성을 개선하며 기계적 강도를 증가시킵니다. 그러나 K 함량이 높을수록 취약성을 유발할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 칼슘을 함유한 철, 구리, 알루미늄 합금이며, 유기 규소 화합물과 규화물 합성에 사용되는 탄소의 양이 증가하고 있습니다. 실리카와 많은 규산염(점토, 장석, 운모, 활석 등)은 유리, 시멘트, 세라믹, 전기 및 기타 산업에서 가공됩니다.

V. P. Barzakovsky.

실리콘은 신체에서 다양한 화합물의 형태로 발견되며 주로 단단한 골격 부분과 조직의 형성에 관여합니다. 일부 해양 식물(예: 규조류)과 동물(예: 규산 해면, 방산충)은 특히 많은 양의 실리콘을 축적하여 죽을 때 해저에 두꺼운 이산화규소 퇴적물을 형성할 수 있습니다. 차가운 바다와 호수에는 칼륨이 풍부한 생체 미사가 우세하고, 열대 바다에서는 칼륨 함량이 낮은 석회질 미사가 우세하며, 육상 식물 중에는 곡물, 사초, 야자나무, 말꼬리 등이 칼륨을 많이 축적합니다. 척추동물에서 회분 물질의 이산화규소 함량은 0.1-0.5%입니다. 가장 많은 양의 K.는 치밀한 결합 조직, 신장 및 췌장에서 발견됩니다. 일일 인간 식단에는 최대 1개가 포함됩니다. G카. 공기 중에 이산화규소 먼지 함량이 높으면 사람의 폐에 들어가 질병을 일으킨다. - 규폐증.

V. V. Kovalsky.

문학.: Berezhnoy A.S., Silicon 및 해당 바이너리 시스템. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., 반도체 - 게르마늄 및 실리콘, M., 1961; Renyan V.R., 반도체 실리콘 기술, trans. 영어, M., 1969에서; Sally I.V., Falkevich E.S., 반도체 실리콘 생산, M., 1970; 실리콘과 게르마늄. 앉았다. 예술., 에디션. E. S. 팔케비치, D. I. 레빈존, V. 1-2, 엠., 1969-70; Gladyshevsky E.I., 규화물 및 게르마나이드의 결정 화학, M., 1971; Wolf N. f., 실리콘 반도체 데이터, oxf. - N. 1965년.

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규소

규소-나; 중.[그리스어에서 krēmnos - 절벽, 암석] 화학 원소(Si), 금속 광택을 지닌 짙은 회색 결정은 대부분의 암석에서 발견됩니다.

◁ 실리콘, 오, 오. K 염.규산질(2.K. 참조, 1점)

(위도 규소), 주기율표 IV족의 화학 원소. 금속 광택을 지닌 짙은 회색 결정; 밀도 2.33g/cm 3, 티 pl 1415°C. 화학적 영향에 강합니다. 지각 질량의 27.6%(원소 중 2위)를 구성하며, 주요 광물은 실리카와 규산염입니다. 가장 중요한 반도체 재료 중 하나(트랜지스터, 서미스터, 광전지). 많은 강철 및 기타 합금의 필수 부분입니다(기계적 강도와 내식성을 높이고 주조 특성을 향상시킵니다).

SILICON(위도 Silex의 규소 - 부싯돌), Si(“규소”로 읽히지만 요즘에는 “si”로 자주 읽음), 원자 번호 14, 원자 질량 28.0855의 화학 원소입니다. 러시아 이름은 그리스어 kremnos-절벽, 산에서 유래되었습니다.
천연 실리콘은 세 가지 안정한 핵종의 혼합물로 구성됩니다. (센티미터.핵종)질량수는 28(혼합물에 우세하며 92.27질량% 포함), 29(4.68%) 및 30(3.05%)입니다. 중성 무여기 실리콘 원자의 외부 전자층 구성 3 에스 2 아르 자형 2 . 화합물에서는 일반적으로 +4(IV 원자가)의 산화 상태를 나타내며 매우 드물게 +3, +2 및 +1(각각 III, II 및 I 원자가)을 나타냅니다. 멘델레예프의 주기율표에서 실리콘은 세 번째 주기의 IVA족(탄소족)에 위치합니다.
중성 실리콘 원자의 반경은 0.133 nm입니다. 실리콘 원자의 순차적 이온화 에너지는 8.1517, 16.342, 33.46 및 45.13eV이고 전자 친화력은 1.22eV입니다. 배위수 4(실리콘의 경우 가장 일반적임)를 갖는 Si 4+ 이온의 반경은 0.040 nm이고, 배위수는 6 - 0.054 nm입니다. 폴링 척도에 따르면, 실리콘의 전기음성도는 1.9입니다. 실리콘은 일반적으로 비금속으로 분류되지만 여러 특성에서 금속과 비금속 사이의 중간 위치를 차지합니다.
자유 형태 - 갈색 분말 또는 금속 광택이 있는 밝은 회색 컴팩트 소재.
발견의 역사
실리콘 화합물은 옛날부터 인간에게 알려져 왔습니다. 그러나 인간이 실리콘이라는 단체를 알게 된 것은 고작 200년 전이다. 실제로 실리콘을 최초로 획득한 연구자는 프랑스의 J. L. Gay-Lussac이었습니다. (센티미터.게이뤼삭 죠셉 루이스)그리고 L. J. 테나드 (센티미터.테나르 루이 자크). 그들은 1811년에 불화규소를 금속 칼륨과 함께 가열하면 갈색-갈색 물질이 형성된다는 사실을 발견했습니다.
SiF 4 + 4K = Si + 4KF 그러나 연구자들은 새로운 단순 물질을 얻는 것에 대해 올바른 결론을 내리지 못했습니다. 새로운 원소를 발견한 영예는 스웨덴의 화학자 J. 베르셀리우스(J. Berzelius)에게 있습니다. (센티미터.베르젤리우스 옌스 제이콥), 그는 또한 K 2 SiF 6 조성의 화합물을 칼륨 금속과 가열하여 실리콘을 생산했습니다. 그는 프랑스 화학자들과 동일한 무정형 분말을 얻었고 1824년에 "실리콘"이라고 부르는 새로운 원소 물질을 발표했습니다. 결정질 실리콘은 1854년 프랑스 화학자 A. E. Sainte-Clair Deville에 의해 얻어졌습니다. (센티미터.생클레어 드빌 앙리 에티엔) .
자연 속에 존재하기
지각의 풍부함 측면에서 실리콘은 모든 원소 중에서 산소 다음으로 두 번째입니다. 실리콘은 지각 질량의 27.7%를 차지합니다. 실리콘은 수백 가지의 다양한 천연 규산염의 구성 요소입니다. (센티미터.규산염)및 알루미노규산염 (센티미터.알루미늄 규산염). 실리카 또는 이산화규소도 널리 퍼져 있습니다. (센티미터.이산화규소) SiO2(강모래 (센티미터.모래), 석영 (센티미터.석영), 부싯돌 (센티미터.부싯돌)등), 지구 지각의 약 12%(질량 기준)를 구성합니다. 실리콘은 자연에서 자유 형태로 발생하지 않습니다.
영수증
산업계에서는 아크로에서 약 1800°C의 온도에서 코크스로 SiO2 용융물을 환원시켜 실리콘을 생산합니다. 이렇게 얻은 실리콘의 순도는 약 99.9%이다. 실제 사용을 위해서는 더 높은 순도의 실리콘이 필요하기 때문에 생성된 실리콘은 염소화됩니다. SiCl 4 및 SiCl 3 H 조성의 화합물이 형성됩니다. 이러한 염화물은 불순물로부터 다양한 방법으로 추가로 정제되고 최종 단계에서는 순수한 수소로 환원됩니다. 먼저 마그네슘 실리사이드 Mg 2 Si를 얻어 실리콘을 정제하는 것도 가능하다. 다음으로, 염산이나 아세트산을 사용하여 마그네슘 실리사이드로부터 휘발성 모노실란 SiH4를 얻습니다. 모노실란은 정류, 수착 및 기타 방법을 통해 더욱 정제된 후 약 1000°C의 온도에서 실리콘과 수소로 분해됩니다. 이러한 방법으로 얻은 실리콘의 불순물 함량은 10 -8 -10 -6 중량%로 감소됩니다.
물리적, 화학적 특성
실리콘 면심 입방 다이아몬드 유형의 결정 격자, 매개변수 a = 0.54307nm(고압에서 실리콘의 다른 다형성 변형이 얻어짐)이지만 C-C 결합 길이에 비해 Si-Si 원자 사이의 결합 길이가 더 길기 때문에 실리콘의 경도는 다이아몬드의 경도보다 훨씬 낮습니다.
실리콘 밀도는 2.33kg/dm3입니다. 녹는점 1410°C, 끓는점 2355°C. 실리콘은 깨지기 쉬우며 800°C 이상으로 가열해야만 플라스틱 물질이 됩니다. 흥미롭게도 실리콘은 적외선(IR) 복사에 투명합니다.
원소 실리콘은 대표적인 반도체이다. (센티미터.반도체). 실온에서의 밴드 갭은 1.09eV입니다. 실온에서 고유 전도도를 갖는 실리콘의 전류 캐리어 농도는 1.5·10 16 m -3 입니다. 결정질 실리콘의 전기적 특성은 포함된 미세 불순물에 의해 크게 영향을 받습니다. 정공 전도성을 갖는 실리콘 단결정을 얻기 위해 III족 원소의 첨가제인 붕소가 실리콘에 도입됩니다. (센티미터. BOR(화학 원소)), 알루미늄 (센티미터.알류미늄), 갈륨 (센티미터.갈륨)그리고 인도 (센티미터.인듐), 전자 전도성 - V족 원소 첨가 - 인 (센티미터.인), 비소 (센티미터.비소)또는 안티몬 (센티미터.안티몬). 실리콘의 전기적 특성은 단결정의 가공 조건을 변경함으로써, 특히 실리콘 표면을 다양한 화학 약품으로 처리함으로써 변화될 수 있습니다.
화학적으로 실리콘은 비활성입니다. 실온에서는 불소 가스와만 반응하여 휘발성 사불화규소 SiF 4 가 형성됩니다. 400~500°C의 온도로 가열하면 실리콘은 산소와 반응하여 이산화물 SiO 2 를 형성하고, 염소, 브롬 및 요오드와 반응하여 해당하는 고휘발성 테트라할라이드 SiHal 4를 형성합니다.
실리콘은 수소와 직접 반응하지 않습니다. 수소와 실리콘 화합물은 실란입니다. (센티미터.실란스)일반식 Si n H 2n+2 - 간접적으로 얻어짐. 모노실란 SiH 4(간단히 실란이라고도 함)는 금속 규화물이 산성 용액과 반응할 때 방출됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
이 반응에서 형성된 실란 SiH 4는 다른 실란, 특히 디실란 Si 2 H 6 및 트리실란 Si 3 H 8의 혼합물을 포함하며, 여기에는 단일 결합(-Si-Si-Si)으로 연결된 실리콘 원자 사슬이 있습니다. -) .
질소를 사용하면 약 1000°C의 온도에서 실리콘이 질화물 Si 3 N 4를 형성하고, 붕소(열적, 화학적으로 안정한 붕화물인 SiB 3, SiB 6 및 SiB 12)를 형성합니다. 주기율표에 따른 규소 화합물과 가장 가까운 유사체 - 탄소 - 탄화규소 SiC(카보런덤 (센티미터.카보런덤))은 경도가 높고 화학 반응성이 낮은 것이 특징입니다. 카보런덤은 연마재로 널리 사용됩니다.
실리콘을 금속과 함께 가열하면 규화물이 형성됩니다. (센티미터.규화물). 규화물은 이온 공유 규화물(알칼리 규화물, 알칼리 토금속 및 Ca 2 Si, Mg 2 Si 등과 같은 마그네슘 규화물)과 금속 유사 규화물(전이 금속 규화물)의 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 활성 금속 규화물은 산의 영향으로 분해되고, 전이 금속 규화물은 화학적으로 안정하며 산의 영향으로 분해되지 않습니다. 금속 유사 규화물은 융점이 높습니다(최대 2000°C). MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 및 MSi 2 조성의 금속 유사 실리사이드가 가장 자주 형성됩니다. 금속 유사 규화물은 화학적으로 불활성이며 고온에서도 산소에 저항합니다.
이산화 규소 SiO 2는 물과 반응하지 않는 산성 산화물입니다. 여러 다형(석영)의 형태로 존재합니다. (센티미터.석영), 트리디마이트, 크리스토발라이트, 유리질 SiO 2). 이러한 수정 중에서 석영이 가장 실용적으로 중요합니다. 석영에는 압전 특성이 있습니다. (센티미터.압전재료), 자외선(UV) 복사에 투명합니다. 열팽창 계수가 매우 낮은 것이 특징이므로 석영으로 만든 접시는 최대 1000도까지의 온도 변화에도 깨지지 않습니다.
석영은 산에 화학적으로 내성이 있지만 불화수소산과 반응합니다.
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
및 불화수소 가스 HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
이 두 반응은 유리 에칭에 널리 사용됩니다.
SiO 2가 알칼리 및 염기성 산화물 및 활성 금속의 탄산염과 융합하면 규산염이 형성됩니다. (센티미터.규산염)- 일정한 조성을 갖지 않는 매우 약한 수불용성 규산의 염 (센티미터.규산)일반 공식 xH 2 O ySiO 2 (문헌에서 규산이 아니라 규산에 대해 매우 정확하게 쓰지 않는 경우가 많지만 실제로는 동일한 것에 대해 이야기하고 있습니다). 예를 들어, 오르토규산나트륨을 얻을 수 있습니다.
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
칼슘 메타규산염:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
또는 혼합된 칼슘과 규산나트륨:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
창유리는 Na 2 O·CaO·6SiO 2 규산염으로 만들어집니다.
대부분의 규산염은 일정한 조성을 갖지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 모든 규산염 중에서 규산나트륨과 규산칼륨만이 물에 용해됩니다. 이러한 규산염이 물에 용해된 용액을 용해성 유리라고 합니다. 가수분해로 인해 이러한 용액은 높은 알칼리성 환경을 특징으로 합니다. 가수분해된 규산염은 사실이 아닌 콜로이드 용액의 형성이 특징입니다. 규산나트륨 또는 규산칼륨 용액이 산성화되면 수화 규산의 젤라틴 같은 흰색 침전물이 침전됩니다.
고체 이산화규소와 모든 규산염의 주요 구조 요소는 규소 원자 Si가 4개의 산소 원자 O로 구성된 사면체로 둘러싸인 그룹입니다. 이 경우 각 산소 원자는 2개의 규소 원자에 연결됩니다. 조각은 다양한 방식으로 서로 연결될 수 있습니다. 규산염 중에는 조각의 연결 특성에 따라 섬, 사슬, 리본, 층, 프레임 등으로 구분됩니다.
SiO 2 가 고온에서 규소에 의해 환원되면 SiO 조성의 일산화규소가 형성됩니다.
실리콘은 유기규소 화합물을 형성하는 것이 특징입니다. (센티미터.유기실론 화합물), 여기서 실리콘 원자는 가교 산소 원자 -O-로 인해 장쇄로 연결되고, 각 실리콘 원자에는 두 개의 O 원자 외에 두 개의 유기 라디칼 R 1 및 R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6에는 H 5, CH 2 CH 2 CF 3 등이 부착됩니다.
애플리케이션
실리콘은 반도체 재료로 사용됩니다. 석영은 내열성 화학(석영) 조리기구, UV 램프 제조용 재료로 압전 재료로 사용됩니다. 규산염은 건축 자재로 널리 사용됩니다. 유리창은 비정질 규산염입니다. 유기실리콘 소재는 높은 내마모성을 특징으로 하며 실제로 실리콘 오일, 접착제, 고무, 바니시 등으로 널리 사용됩니다.
생물학적 역할
일부 유기체의 경우 실리콘은 중요한 생물학적 요소입니다. (센티미터.생물학적 요소). 이는 식물의 지지 구조와 동물의 골격 구조의 일부입니다. 실리콘은 해양 생물인 규조류에 의해 대량으로 농축되어 있습니다. (센티미터.규조류), 방사선사 (센티미터.라디오라리아), 스폰지 (센티미터.스펀지). 인간의 근육 조직에는 (1-2)·10 -2% 실리콘, 뼈 조직 - 17·10 -4%, 혈액 - 3.9 mg/l이 포함되어 있습니다. 매일 최대 1g의 실리콘이 음식과 함께 인체에 들어갑니다.
실리콘 화합물은 독성이 없습니다. 그러나 예를 들어 발파 작업, 광산에서 암석을 깎을 때, 샌드블라스트 기계 작동 등에서 형성된 고도로 분산된 규산염과 이산화규소 입자를 흡입하는 것은 매우 위험합니다.폐에 들어가는 SiO 2 미립자는 결정화됩니다. 그 안에 생성된 결정이 폐 조직을 파괴하고 심각한 질병인 규폐증을 유발합니다. (센티미터.규폐증). 이 위험한 먼지가 폐로 들어가는 것을 방지하려면 호흡기를 보호하기 위해 인공호흡기를 사용해야 합니다.

백과사전. 2009 .

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Si (위도 규소 * a. 규소, 규소; n. Silizium; f. 규소; i. siliseo), 화학. 그룹 IV 주기적 요소. 멘델레예프 시스템, at. N. 14시. m.28,086. 자연에는 3가지 안정 동위원소가 있습니다: 28Si(92.27), 29Si(4.68%), 30Si(3... 지질백과사전

지침

주기적인 시스템은 다수의 아파트를 포함하는 다층 "집"입니다. 각 "세입자" 또는 특정 번호의 자신의 아파트에 있으며 이는 영구적입니다. 또한 요소에는 산소, 붕소 또는 질소와 같은 "성"이나 이름이 있습니다. 이 데이터 외에도 각 "아파트"에는 정확한 값이나 반올림된 값을 가질 수 있는 상대 원자 질량과 같은 정보가 포함되어 있습니다.

여느 집과 마찬가지로 "입구", 즉 그룹이 있습니다. 또한 그룹에서는 요소가 왼쪽과 오른쪽에 위치하여 형성됩니다. 어느 쪽이 더 많은지에 따라 그 쪽을 메인 쪽이라고 합니다. 따라서 다른 하위 그룹은 보조 그룹이 됩니다. 테이블에는 "바닥" 또는 기간도 있습니다. 또한 기간은 클 수도 있고(두 개의 행으로 구성됨) 작을 수도 있습니다(단 하나의 행만 있음).

표는 원소의 원자 구조를 보여줍니다. 각 원소에는 양성자와 중성자로 구성된 양전하를 띤 핵과 그 주위를 회전하는 음전하 전자가 있습니다. 양성자와 전자의 수는 수치적으로 동일하며 표에서 원소의 일련번호에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 화학 원소 황은 #16이므로 양성자 16개와 전자 16개를 갖습니다.

중성자(핵에도 위치한 중성 입자)의 수를 결정하려면 원소의 상대 원자 질량에서 원자 번호를 뺍니다. 예를 들어, 철의 상대 원자 질량은 56이고 원자 번호는 26입니다. 따라서 철의 양성자는 56 – 26 = 30개입니다.

전자는 핵으로부터 서로 다른 거리에 위치하여 전자 준위를 형성합니다. 전자(또는 에너지) 수준의 수를 결정하려면 해당 요소가 위치한 기간의 수를 확인해야 합니다. 예를 들어, 알루미늄은 3번째 기간에 있으므로 3개의 레벨을 갖습니다.

그룹 번호(주 하위 그룹에만 해당)를 통해 가장 높은 원자가를 결정할 수 있습니다. 예를 들어, 주요 하위 그룹의 첫 번째 그룹 원소(리튬, 나트륨, 칼륨 등)의 원자가는 1입니다. 따라서 두 번째 그룹의 원소(베릴륨, 마그네슘, 칼슘 등)의 원자가는 다음과 같습니다. 2.

또한 테이블을 사용하여 요소의 속성을 분석할 수도 있습니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 금속성질이 약해지고, 비금속성질이 증가합니다. 이는 기간 2의 예에서 명확하게 볼 수 있습니다. 알칼리 금속 나트륨으로 시작하여 알칼리 토금속 마그네슘, 양쪽성 원소 알루미늄, 비금속 규소, 인, 황으로 시작하고 기간은 기체 물질로 끝납니다. - 염소와 아르곤. 다음 기간에도 유사한 의존성이 관찰됩니다.

위에서 아래로 패턴도 관찰됩니다. 금속 특성은 증가하고 비금속 특성은 약화됩니다. 즉, 예를 들어 세슘은 나트륨에 비해 훨씬 더 활동적입니다.

정의

규소- 주기율표의 14번째 원소. 명칭 - 라틴어 "silicium"에서 유래한 Si. 세 번째 기간에 위치한 그룹 IVA. 비금속을 말합니다. 핵전하는 14이다.

실리콘은 지각의 가장 흔한 원소 중 하나입니다. 이는 우리 연구에서 접근할 수 있는 지각 부분의 27%(wt.)를 차지하며 산소 다음으로 풍부합니다. 자연적으로 실리콘은 화합물에서만 발견됩니다. 무수 규소 또는 실리카라고 불리는 이산화 규소 SiO 2의 형태로 규산 염 (규산염) 형태입니다. 알루미노규산염은 자연계에서 가장 널리 퍼져 있습니다. 알루미늄을 함유한 규산염. 여기에는 장석, 운모, 고령토 등이 포함됩니다.

모든 유기 물질의 일부인 탄소와 마찬가지로 실리콘은 식물과 동물계에서 가장 중요한 요소입니다.

정상적인 조건에서 실리콘은 짙은 회색 물질입니다(그림 1). 금속처럼 보입니다. 내화물 - 융점은 1415oC입니다. 경도가 높은 것이 특징입니다.

쌀. 1. 실리콘. 모습.

실리콘의 원자 및 분자량

물질의 상대 분자 질량(M r)은 주어진 분자의 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 몇 배나 큰지를 나타내는 숫자이며, 원소의 상대 원자 질량(A r)은 화학 원소의 평균 원자 질량이 탄소 원자의 1/12 질량보다 몇 배 더 큰지.

자유 상태의 실리콘은 단원자 Si 분자의 형태로 존재하기 때문에 원자 질량과 분자 질량의 값이 일치합니다. 28.084와 같습니다.

실리콘의 동소체 및 동소체 변형

실리콘은 다이아몬드형(큐빅)(안정)과 흑연형(불안정)의 두 가지 동소체 변형 형태로 존재할 수 있습니다. 다이아몬드형 실리콘은 고체 집합체 상태이고, 흑연형 실리콘은 비정질 상태입니다. 또한 외관과 화학적 활성도 다릅니다.

결정성 실리콘은 금속성 광택을 지닌 짙은 회색의 물질이고, 비정질 실리콘은 갈색 분말입니다. 두 번째 수정은 첫 번째 수정보다 반응성이 더 높습니다.

실리콘 동위원소

자연에서 실리콘은 세 가지 안정 동위원소인 28 Si, 29 Si 및 30 Si의 형태로 발견될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 질량수는 각각 28, 29, 30입니다. 규소 동위원소 28 Si의 ​​원자핵은 14개의 양성자와 14개의 중성자를 포함하고, 동위원소 29 Si와 30 Si는 같은 수의 양성자, 즉 각각 15개와 16개의 중성자를 포함합니다.

질량수가 22~44인 실리콘의 인공 동위원소가 있는데, 그 중 가장 오래 사는 것은 32Si로 반감기가 170년이다.

실리콘 이온

규소 원자의 외부 에너지 준위에는 원자가인 4개의 전자가 있습니다.

1초 2 2초 2 2p 6 3초 2 3p 2 .

화학적 상호작용의 결과로 실리콘은 원자가 전자를 포기할 수 있습니다. 기증자가 되어 양전하를 띤 이온으로 변하거나 다른 원자로부터 전자를 받아들입니다. 수용체가 되어 음전하 이온으로 변합니다.

Si0-4e → Si4+;

Si 0 +4e → Si 4- .

실리콘 분자와 원자

자유 상태에서 실리콘은 단원자 Si 분자의 형태로 존재합니다. 실리콘 원자와 분자를 특징짓는 몇 가지 특성은 다음과 같습니다.

실리콘 합금

실리콘은 야금에 사용됩니다. 그것은 많은 합금의 구성 요소로 사용됩니다. 그 중 가장 중요한 것은 철, 구리 및 알루미늄을 기반으로 한 합금입니다.

문제 해결의 예

실시예 1

실시예 2

• 명칭 - Si(실리콘);
• 기간 - III;
• 그룹 - 14(IVa);
• 원자 질량 - 28.0855;
• 원자 번호 - 14;
• 원자 반경 = 132pm;
• 공유 반경 = 111pm;
• 전자 분포 - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• 용융 온도 = 1412°C;
• 끓는점 = 2355°C;
• 전기 음성도(Pauling에 따르면/Alpred와 Rochow에 따르면) = 1.90/1.74;
• 산화 상태: +4, +2, 0, -4;
• 밀도(개수) = 2.33g/cm3;
• 몰 부피 = 12.1 cm 3 /mol.

실리콘 화합물:

실리콘은 1811년에 처음으로 순수한 형태로 분리되었습니다(프랑스 J. L. Gay-Lussac 및 L. J. Tenard). 순수한 원소 실리콘은 1825년에 획득되었습니다(Swede J. J. Berzelius). 화학 원소는 1834년에 "실리콘"(고대 그리스어에서 산으로 번역됨)이라는 이름을 받았습니다(러시아 화학자 G. I. Hess).

실리콘은 지구상에서 가장 흔한(산소 다음으로) 화학 원소입니다(지각의 함량은 중량 기준으로 28-29%입니다). 자연에서 실리콘은 규산염과 알루미노규산염뿐만 아니라 실리카(모래, 석영, 부싯돌, 장석)의 형태로 가장 흔히 존재합니다. 순수한 형태의 실리콘은 극히 드뭅니다. 순수한 형태의 많은 천연 규산염은 에메랄드, 토파즈, 아쿠아마리와 같은 보석입니다. 이 모든 것이 실리콘입니다. 순수 결정질 실리콘(IV) 산화물은 암석 결정과 석영의 형태로 발생합니다. 다양한 불순물을 포함하는 산화 규소는 자수정, 마노, 벽옥과 같은 보석 및 준 보석을 형성합니다.

쌀. 실리콘 원자의 구조.

실리콘의 전자 구성은 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2입니다(원자의 전자 구조 참조). 외부 에너지 준위에서 실리콘에는 4개의 전자가 있습니다. 2개는 3s 하위 준위에서 쌍을 이루고 + 2개는 p-오비탈에서 쌍을 이루지 않습니다. 실리콘 원자가 여기 상태로 전환되면 s-하위 준위의 전자 하나가 그 쌍을 "떠나" p-하위 준위로 이동합니다. 여기에는 하나의 자유 궤도가 있습니다. 따라서 여기 상태에서 규소 원자의 전자 구성은 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3의 형태를 취합니다.

쌀. 실리콘 원자가 들뜬 상태로 전이되는 모습.

따라서 화합물의 실리콘은 4(가장 자주) 또는 2(원가 참조)의 원자가를 나타낼 수 있습니다. 다른 원소와 반응하는 실리콘(탄소 포함)은 전자를 포기하고 전자를 받아들일 수 있는 화학 결합을 형성하지만, 실리콘 원자가 더 크기 때문에 실리콘 원자에서 전자를 받아들이는 능력은 탄소 원자보다 덜 두드러집니다. 원자.

실리콘 산화 상태:

• -4 : SiH 4 (실란), Ca 2 Si, Mg 2 Si (금속 규산염);
• +4 - 가장 안정적인 것: SiO 2 (산화 규소), H 2 SiO 3 (규산), 규산염 및 할로겐화 규소;
• 0 : Si(단체)

단순한 물질로서의 실리콘

실리콘은 금속 광택을 지닌 짙은 회색의 결정질 물질입니다. 결정질 실리콘반도체다.

실리콘은 다이아몬드와 유사하지만 Si-Si 결합이 다이아몬드 탄소 분자만큼 강하지 않기 때문에 강하지 않은 단 하나의 동소체 변형을 형성합니다(다이아몬드 참조).

비정질 실리콘- 녹는점이 1420°C인 갈색 분말.

결정질 실리콘은 비정질 실리콘으로부터 재결정화에 의해 얻어집니다. 상당히 활성이 있는 화학물질인 비정질 실리콘과 달리 결정질 실리콘은 다른 물질과의 상호작용 측면에서 더 불활성입니다.

실리콘 결정 격자의 구조는 다이아몬드의 구조를 반복합니다. 각 원자는 사면체의 꼭지점에 위치한 4개의 다른 원자로 둘러싸여 있습니다. 원자는 공유 결합으로 서로 결합되어 있는데, 공유 결합은 다이아몬드의 탄소 결합만큼 강하지 않습니다. 이런 이유로 아니오에도. 결정질 실리콘의 일부 공유 결합이 끊어져 일부 전자가 방출되어 실리콘의 전기 전도성이 거의 없게 됩니다. 실리콘이 가열되거나 빛 속에서 또는 특정 불순물이 첨가되면 끊어진 공유 결합의 수가 증가하고 그 결과 자유 전자의 수가 증가하므로 실리콘의 전기 전도도도 증가합니다.

실리콘의 화학적 성질

탄소와 마찬가지로 실리콘도 반응하는 물질에 따라 환원제이자 산화제가 될 수 있습니다.

아니요. 실리콘은 불소와만 상호작용하는데, 이는 실리콘의 상당히 강한 결정 격자로 설명됩니다.

실리콘은 400°C를 초과하는 온도에서 염소 및 브롬과 반응합니다.

실리콘은 매우 높은 온도에서만 탄소 및 질소와 상호 작용합니다.

• 비금속과의 반응에서 실리콘은 다음과 같은 역할을 합니다. 환원제:
  • 정상적인 조건에서 비금속의 실리콘은 불소와만 반응하여 할로겐화 규소를 형성합니다.
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • 고온에서 실리콘은 염소(400°C), 산소(600°C), 질소(1000°C), 탄소(2000°C)와 반응합니다.
    • Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - 할로겐화 규소;
    • Si + O 2 = SiO 2 - 산화규소;
    • 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - 질화규소;
    • Si + C = SiC - 카보런덤(탄화규소)
• 실리콘은 금속과 반응하여 산화제(형성 살리시드:
  Si + 2Mg = Mg 2 Si
• 농축된 알칼리 용액과의 반응에서 실리콘은 수소 방출과 반응하여 수용성 규산 염을 형성합니다. 규산염:
  Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
• 실리콘은 산(HF 제외)과 반응하지 않습니다.

실리콘의 제조 및 사용

실리콘 획득:

• 실험실에서 - 실리카(알루미늄 요법)에서:
  3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
• 산업계 - 고온에서 코크스(기술적으로 순수한 실리콘)로 산화규소를 환원함으로써:
  SiO 2 + 2C = Si + 2CO
• 가장 순수한 실리콘은 고온에서 사염화규소를 수소(아연)로 환원하여 얻습니다.
  SiCl 4 +2H 2 = Si+4HCl

실리콘 응용:

• 반도체 무선소자 생산;
• 내열성 및 내산성 화합물 생산 시 야금 첨가제;
• 태양전지용 광전지 생산;
• AC 정류기로.