Siliciu. Proprietățile siliciului

Siliciu(lat. siliciu), si, element chimic din grupa IV a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 14, masa atomică 28.086. În natură, elementul este reprezentat de trei izotopi stabili: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) și 30 si (3,05%).

Referință istorică . Compușii K, răspândiți pe pământ, sunt cunoscuți omului încă din epoca de piatră. Folosirea uneltelor de piatră pentru muncă și vânătoare a continuat timp de câteva milenii. Utilizarea compușilor K asociați procesării – producerii acestora sticlă - a început în jurul anului 3000 î.Hr. e. (în Egiptul Antic). Cel mai vechi compus cunoscut al K. este dioxidul sio 2 (silice). În secolul al XVIII-lea siliciul a fost considerat un corp simplu și denumit „pământ” (așa cum se reflectă în numele său). Complexitatea compoziției silicei a fost stabilită de I. Ya. Berzelius. Pentru prima dată, în 1825, a obținut calciu elementar din fluorură de siliciu sif 4, reducându-l pe acesta din urmă cu potasiu metal. Noului element i s-a dat numele de „siliciu” (din latinescul silex - silex). Numele rusesc a fost introdus de G.I. Hessîn 1834.

Prevalența în natură . În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, oxigenul este al doilea element (după oxigen), conținutul său mediu în litosferă este de 29,5% (în masă). În scoarța terestră, carbonul joacă același rol principal ca și carbonul în lumea animală și vegetală. Pentru geochimia oxigenului este importantă legătura sa extrem de puternică cu oxigenul. Aproximativ 12% din litosferă este silice sio 2 sub formă minerală cuarţși soiurile sale. 75% din litosferă este formată din diverse silicatiȘi aluminosilicati(feldspați, mica, amfiboli etc.). Numărul total de minerale care conțin silice depășește 400 .

În timpul proceselor magmatice, are loc o diferențiere slabă a calciului: acesta se acumulează atât în ​​granitoide (32,3%), cât și în roci ultrabazice (19%). La temperaturi ridicate și presiune ridicată, solubilitatea sio 2 crește. Migrarea sa cu vaporii de apă este de asemenea posibilă, prin urmare pegmatitele filoanelor hidrotermale se caracterizează prin concentrații semnificative de cuarț, care este adesea asociat cu elemente de minereu (filoane de aur-cuarț, cuarț-cassiterit etc.).

Proprietati fizice si chimice. Carbonul formează cristale de culoare gri închis cu un luciu metalic, având o rețea de tip diamant cubic centrată pe față, cu o perioadă a = 5,431 a și o densitate de 2,33 g/cm 3 . La presiuni foarte mari s-a obţinut o nouă modificare (aparent hexagonală) cu o densitate de 2,55 g/cm3. K. se topește la 1417°C, fierbe la 2600°C. Capacitate termică specifică (la 20-100°C) 800 J/ (kg? K), sau 0,191 cal/ (g? deg); conductivitatea termică chiar și pentru cele mai pure probe nu este constantă și este în intervalul (25°C) 84-126 W/ (m? K), sau 0,20-0,30 cal/ (cm? sec? deg). Coeficientul de temperatură al expansiunii liniare 2,33? 10-6K-1; sub 120k devine negativ. K. este transparent la razele infraroșii cu undă lungă; indicele de refracție (pentru l = 6 um) 3,42; constanta dielectrică 11.7. K. este diamagnetică, susceptibilitatea magnetică atomică este -0,13? 10 -6. K. duritate conform Mohs 7,0, conform Brinell 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modul elastic 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), coeficient de compresibilitate 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. material fragil; deformarea plastică vizibilă începe la temperaturi peste 800°C.

K. este un semiconductor care își găsește o utilizare din ce în ce mai mare. Proprietățile electrice ale cuprului sunt foarte dependente de impurități. Rezistivitatea electrică volumetrică specifică intrinsecă a unei celule la temperatura camerei este considerată 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Circuit semiconductor cu conductivitate R-tip (aditivi B, al, in sau ga) si n-tip (aditivi P, bi, as sau sb) are rezistenta semnificativ mai mica. Intervalul de bandă conform măsurătorilor electrice este de 1,21 ev la 0 LAși scade la 1.119 ev la 300 LA.

În conformitate cu poziția inelului în tabelul periodic al lui Mendeleev, cei 14 electroni ai atomului inelului sunt distribuiți pe trei învelișuri: în primul (din nucleu) 2 electroni, în al doilea 8, în al treilea (valență) 4; configurația învelișului de electroni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potențiale succesive de ionizare ( ev): 8,149; 16,34; 33.46 și 45.13. Raza atomică 1,33 a, rază covalentă 1,17 a, raze ionice si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

În compușii carbonului (asemănători carbonului) 4-valentenă. Cu toate acestea, spre deosebire de carbon, silice, împreună cu un număr de coordonare de 4, prezintă un număr de coordonare de 6, care se explică prin volumul mare al atomului său (un exemplu de astfel de compuși sunt silicofluorurile care conțin grupa 2).

Legătura chimică a unui atom de carbon cu alți atomi se realizează de obicei datorită orbitalilor hibrizi sp 3, dar este, de asemenea, posibil să se implice doi dintre cei cinci ai săi (vacante) 3 d- orbitali, mai ales când K. are șase coordonate. Având o valoare scăzută a electronegativității de 1,8 (față de 2,5 pentru carbon; 3,0 pentru azot etc.), carbonul este electropozitiv în compușii cu nemetale, iar acești compuși sunt de natură polară. Energie mare de legare cu oxigen si-o, egală cu 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , determină stabilitatea compușilor săi oxigenați (sio 2 și silicați). Energia de legare Si-si este scăzută, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Spre deosebire de carbon, carbonul nu se caracterizează prin formarea de lanțuri lungi și duble legături între atomii de si. În aer, datorită formării unei pelicule de oxid de protecție, carbonul este stabil chiar și la temperaturi ridicate. În oxigen se oxidează începând de la 400°C, formându-se dioxid de siliciu sio 2. Se mai cunoaste monoxidul de sio, stabil la temperaturi ridicate sub forma unui gaz; ca urmare a răcirii bruște, se poate obține un produs solid care se descompune ușor într-un amestec subțire de si și sio 2. K. este rezistent la acizi si se dizolva numai intr-un amestec de acizi azotic si fluorhidric; se dizolvă ușor în soluții alcaline fierbinți cu eliberarea de hidrogen. K. reacţionează cu fluorul la temperatura camerei şi cu alţi halogeni atunci când este încălzit pentru a forma compuşi cu formula generală şase 4 . Hidrogenul nu reacționează direct cu carbonul și acizi silicici(silanii) se obțin prin descompunerea siliciurilor (vezi mai jos). Siliconii hidrogen sunt cunoscuți de la sih 4 la si 8 h 18 (compoziția este similară cu hidrocarburile saturate). K. formeaza 2 grupe de silani care contin oxigen - siloxanii si siloxene. K reacționează cu azotul la temperaturi peste 1000°C. De mare importanță practică este nitrura de si 3 n 4, care nu se oxidează în aer nici la 1200°C, este rezistentă la acizi (cu excepția azotului) și alcalii, precum și la metale și zguri topite, ceea ce o face un material valoros pentru industria chimică, pentru producerea de materiale refractare etc. Compușii de carbon cu carbon se disting prin duritatea lor mare, precum și rezistența termică și chimică ( carbură de siliciu sic) și cu bor (sib 3, sib 6, sib 12). Când este încălzit, clorul reacționează (în prezența catalizatorilor metalici, cum ar fi cuprul) cu compuși organoclorați (de exemplu, ch 3 cl) pentru a forma organohalosilani [de exemplu, si (ch 3) 3 ci], care sunt utilizați pentru sinteza. de numeroase compuși organosilicici.

K. formează compuși cu aproape toate metalele - siliciuri(nu au fost detectate conexiuni doar cu bi, tl, pb, hg). S-au obţinut peste 250 de siliciuri, a căror compoziţie (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si etc.) nu corespunde de obicei valenţelor clasice. Siliciurile sunt refractare și dure; Ferosiliciul și siliciura de molibden mosi 2 sunt de cea mai mare importanță practică (încălzitoare electrice pentru cuptoare, palete de turbine cu gaz etc.).

Chitanța și cererea. K. puritatea tehnică (95-98%) se obţine în arc electric prin reducerea siliciului sio 2 între electrozii de grafit. În legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor s-au dezvoltat metode de obținere a cuprului pur și mai ales pur, care necesită sinteza prealabilă a celor mai puri compuși de plecare ai cuprului, din care cuprul este extras prin reducere sau descompunere termică.

Cuprul semiconductor pur se obține în două forme: policristalin (prin reducerea sici 4 sau sihcl 3 cu zinc sau hidrogen, descompunere termică a sil 4 și sih 4) și monocristalin (zonă fără creuzet topirea și „tragerea” unui singur cristal). din cupru topit – metoda Czochralski).

Cuprul dopat special este utilizat pe scară largă ca material pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare (tranzistoare, termistoare, redresoare de putere, diode controlate - tiristoare; fotocelule solare utilizate în nave spațiale etc.). Deoarece K. este transparent la razele cu lungimi de undă de la 1 la 9 µm, este folosit în optică în infraroșu .

K. are domenii de aplicare diverse și în continuă expansiune. În metalurgie, oxigenul este folosit pentru a îndepărta oxigenul dizolvat în metalele topite (dezoxidare). K. este o componentă a unui număr mare de aliaje de fier și metale neferoase. De obicei, carbonul conferă aliajelor o rezistență sporită la coroziune, le îmbunătățește proprietățile de turnare și crește rezistența mecanică; totusi cu un continut mai mare de K. poate provoca fragilitate. Cele mai importante sunt fierul, cuprul și aliajele de aluminiu care conțin calciu.O cantitate din ce în ce mai mare de carbon este utilizată pentru sinteza compușilor organosiliciului și a siliciurilor. Siliciul și mulți silicați (argile, feldspați, mica, talc etc.) sunt prelucrați de sticlă, ciment, ceramică, electrică și alte industrii.

V. P. Barzakovsky.

Siliciul se găsește în organism sub formă de diferiți compuși, implicați în principal în formarea părților dure ale scheletului și a țesuturilor. Unele plante marine (de exemplu, diatomee) și animale (de exemplu, bureți siliciu, radiolari) pot acumula cantități deosebit de mari de siliciu, formând depozite groase de dioxid de siliciu pe fundul oceanului atunci când mor. În mările și lacuri reci predomină nămolurile biogene îmbogățite în potasiu;în mările tropicale predomină nămolurile calcaroase cu conținut scăzut de potasiu.Între plantele terestre, cerealele, roștii, palmierii și coada-calului acumulează mult potasiu. La vertebrate, conținutul de dioxid de siliciu în substanțe de cenușă este de 0,1-0,5%. În cele mai mari cantități, K. se găsește în țesutul conjunctiv dens, rinichi și pancreas. Dieta zilnică a omului conține până la 1 G K. Când există un conținut ridicat de praf de dioxid de siliciu în aer, acesta intră în plămânii umani și provoacă boli - silicoză.

V. V. Kovalsky.

Lit.: Berezhnoy A.S., Siliciul și sistemele sale binare. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Semiconductori - germaniu și siliciu, M., 1961; Renyan V.R., Tehnologia siliciului semiconductor, trad. din engleză, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Producția de siliciu semiconductor, M., 1970; Siliciu și germaniu. sat. Art., ed. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Crystal chemistry of siliciures and germanides, M., 1971; wolf N. f., date semiconductoare de siliciu, oxf. - n. a., 1965.

descărcați rezumat

Siliciu

SILICIU-Eu; m.[din greacă krēmnos - stâncă, stâncă] Element chimic (Si), cristale de culoare gri închis cu o strălucire metalică se găsesc în majoritatea rocilor.

◁ Siliciu, oh, oh. săruri K. Silicios (vezi 2.K.; 1 punct).

(lat. Siliciu), element chimic din grupa IV a tabelului periodic. Cristale gri închis cu un luciu metalic; densitate 2,33 g/cm3, t pl 1415ºC. Rezistent la influențele chimice. Reprezintă 27,6% din masa scoarței terestre (locul 2 între elemente), principalele minerale sunt siliciul și silicații. Unul dintre cele mai importante materiale semiconductoare (tranzistori, termistori, fotocelule). O parte integrantă a multor oțeluri și alte aliaje (crește rezistența mecanică și rezistența la coroziune, îmbunătățește proprietățile de turnare).

SILICIU (lat. Siliciu din silex - silex), Si (se citește „siliciu”, dar în prezent destul de des „si”), element chimic cu număr atomic 14, masă atomică 28,0855. Numele rusesc provine din grecescul kremnos - stâncă, munte.
Siliciul natural constă dintr-un amestec de trei nuclizi stabili (cm. NUCLID) cu numere de masă 28 (predomină în amestec, conține 92,27% din masă), 29 (4,68%) și 30 (3,05%). Configurația stratului electronic exterior al unui atom de siliciu neutru neexcitat 3 s 2 R 2 . În compuși prezintă de obicei o stare de oxidare de +4 (valență IV) și foarte rar +3, +2 și +1 (valență III, II și respectiv I). În tabelul periodic al lui Mendeleev, siliciul este situat în grupul IVA (în grupul carbon), în a treia perioadă.
Raza unui atom de siliciu neutru este de 0,133 nm. Energiile de ionizare secvențială ale atomului de siliciu sunt 8,1517, 16,342, 33,46 și 45,13 eV, iar afinitatea electronilor este de 1,22 eV. Raza ionului Si 4+ cu un număr de coordonare 4 (cel mai frecvent în cazul siliciului) este de 0,040 nm, cu un număr de coordonare de 6 - 0,054 nm. Conform scalei Pauling, electronegativitatea siliciului este 1,9. Deși siliciul este de obicei clasificat ca nemetal, într-o serie de proprietăți el ocupă o poziție intermediară între metale și nemetale.
În formă liberă - pulbere maro sau material compact gri deschis cu o strălucire metalică.
Istoria descoperirii
Compușii de siliciu sunt cunoscuți omului din timpuri imemoriale. Dar omul a făcut cunoștință cu substanța simplă siliciu abia acum aproximativ 200 de ani. De fapt, primii cercetători care au obținut siliciu au fost francezul J. L. Gay-Lussac (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis)și L. J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). Ei au descoperit în 1811 că încălzirea fluorurii de siliciu cu potasiu metalic duce la formarea unei substanțe maro-maro:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, totuși, cercetătorii înșiși nu au tras concluzia corectă despre obținerea unei noi substanțe simple. Onoarea de a descoperi un nou element îi aparține chimistului suedez J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob), care a încălzit, de asemenea, un compus de compoziție K 2 SiF 6 cu potasiu metal pentru a produce siliciu. A obținut aceeași pulbere amorfă ca și chimiștii francezi și, în 1824, a anunțat o nouă substanță elementară, pe care a numit-o „siliciu”. Siliciul cristalin a fost obținut abia în 1854 de chimistul francez A. E. Sainte-Clair Deville (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Fiind în natură
În ceea ce privește abundența în scoarța terestră, siliciul ocupă locul al doilea dintre toate elementele (după oxigen). Siliciul reprezintă 27,7% din masa scoarței terestre. Siliciul este o componentă a câtorva sute de silicați naturali diferiți (cm. SILICATI)și aluminosilicați (cm. SILICATI DE ALUMINIU). Siliciul sau dioxidul de siliciu este, de asemenea, răspândit (cm. DIOXID DE SILICIU) SiO2 (nisip de râu (cm. NISIP), cuarț (cm. CUARŢ), silex (cm. CREMENE) etc.), constituind circa 12% din scoarța terestră (în masă). Siliciul nu apare sub formă liberă în natură.
Chitanță
În industrie, siliciul este produs prin reducerea topiturii de SiO2 cu cocs la o temperatură de aproximativ 1800°C în cuptoarele cu arc. Puritatea siliciului obținut în acest mod este de aproximativ 99,9%. Deoarece siliciul de puritate mai mare este necesar pentru utilizare practică, siliciul rezultat este clorurat. Se formează compuși din compoziția SiCl 4 și SiCl 3 H. Aceste cloruri sunt purificate în continuare în diferite moduri din impurități și în etapa finală sunt reduse cu hidrogen pur. De asemenea, este posibilă purificarea siliciului prin obținerea mai întâi de siliciură de magneziu Mg2Si. În continuare, monosilanul volatil SiH4 este obţinut din siliciură de magneziu utilizând acizi clorhidric sau acetic. Monosilanul este purificat în continuare prin rectificare, sorbție și alte metode și apoi descompus în siliciu și hidrogen la o temperatură de aproximativ 1000°C. Conținutul de impurități din siliciu obținut prin aceste metode este redus la 10-8-10-6% în greutate.
Proprietati fizice si chimice
Rețea cristalină din siliciu tip diamant cubic centrat pe față, parametru a = 0,54307 nm (la presiuni mari au fost obținute alte modificări polimorfe ale siliciului), dar datorită lungimii mai mari a legăturii dintre atomii de Si-Si în comparație cu lungimea legăturii C-C, duritatea siliciului este semnificativ mai mică decât cea a diamantului.
Densitatea siliciului este de 2,33 kg/dm3. Punct de topire 1410°C, punctul de fierbere 2355°C. Siliciul este fragil, doar atunci când este încălzit peste 800°C devine o substanță plastică. Interesant este că siliciul este transparent la radiația infraroșie (IR).
Siliciul elementar este un semiconductor tipic (cm. SEMICONDUCTORI). Intervalul de bandă la temperatura camerei este de 1,09 eV. Concentraţia purtătorilor de curent în siliciu cu conductivitate intrinsecă la temperatura camerei este de 1,5·10 16 m -3. Proprietățile electrice ale siliciului cristalin sunt foarte influențate de microimpuritățile pe care le conține. Pentru a obține monocristale de siliciu cu conductivitate în orificii, în siliciu se introduc aditivi ai elementelor din grupa III - bor. (cm. BOR (element chimic)), aluminiu (cm. ALUMINIU), galiu (cm. GALIU)și India (cm. INDIU), cu conductivitate electronică - adaosuri de elemente din grupa V - fosfor (cm. FOSFOR), arsenic (cm. ARSENIC) sau antimoniu (cm. ANTIMONIU). Proprietățile electrice ale siliciului pot fi variate prin modificarea condițiilor de procesare ale monocristalelor, în special prin tratarea suprafeței siliciului cu diverși agenți chimici.
Din punct de vedere chimic, siliciul este inactiv. La temperatura camerei reacţionează numai cu fluorul gazos, rezultând formarea de tetrafluorură de siliciu volatilă SiF 4 . Când este încălzit la o temperatură de 400-500°C, siliciul reacționează cu oxigenul pentru a forma dioxid de SiO 2, cu clor, brom și iod pentru a forma tetrahalogenuri corespunzătoare foarte volatile SiHal 4.
Siliciul nu reacționează direct cu hidrogenul; compușii de siliciu cu hidrogen sunt silani (cm. SILANS) cu formula generală Si n H 2n+2 - obţinută indirect. Monosilanul SiH 4 (numit adesea silan) este eliberat atunci când siliciurile metalice reacţionează cu soluţii acide, de exemplu:
Ca2Si + 4HCI = 2CaCI2 + SiH4
Silanul SiH4 format în această reacție conține un amestec de alți silani, în special, disilan Si 2 H 6 și trisilan Si 3 H 8, în care există un lanț de atomi de siliciu interconectați prin legături simple (-Si-Si-Si -) .
Cu azot, siliciul la o temperatură de aproximativ 1000°C formează nitrura Si 3 N 4, cu bor - borurile stabile termic și chimic SiB 3, SiB 6 și SiB 12. Un compus de siliciu și cel mai apropiat analog al acestuia conform tabelului periodic - carbon - carbură de siliciu SiC (carborundum (cm. CARBORUNDUM)) se caracterizează prin duritate ridicată și reactivitate chimică scăzută. Carborundum este utilizat pe scară largă ca material abraziv.
Când siliciul este încălzit cu metale, se formează siliciuri (cm. SILICURILE). Siliciurile pot fi împărțite în două grupe: ionic-covalente (silicide ale metalelor alcaline, alcalino-pământoase și magneziu, cum ar fi Ca 2 Si, Mg 2 Si etc.) și asemănătoare metalelor (silicide ale metalelor de tranziție). Siliciurile metalelor active se descompun sub influența acizilor; siliciurile metalelor de tranziție sunt stabile din punct de vedere chimic și nu se descompun sub influența acizilor. Siliciurile asemănătoare metalelor au puncte de topire ridicate (până la 2000°C). Cel mai adesea se formează siliciuri asemănătoare metalelor din compoziţiile MSi, M3Si2, M2Si3, M5Si3 şi MSi2. Siliciurile asemănătoare metalelor sunt inerte din punct de vedere chimic și rezistente la oxigen chiar și la temperaturi ridicate.
Dioxidul de siliciu SiO 2 este un oxid acid care nu reacționează cu apa. Există sub formă de mai multe polimorfe (cuarț (cm. CUARŢ), tridimit, cristobalit, SiO 2 sticlos). Dintre aceste modificări, cuarțul are cea mai mare importanță practică. Cuarțul are proprietăți piezoelectrice (cm. MATERIALE PIEZOELECTRICE), este transparent la radiațiile ultraviolete (UV). Se caracterizează printr-un coeficient de dilatare termică foarte scăzut, astfel încât vasele din cuarț nu se crăpă la schimbările de temperatură de până la 1000 de grade.
Cuarțul este rezistent chimic la acizi, dar reacționează cu acidul fluorhidric:
Si02 + 6HF =H2 + 2H20
și fluorură de hidrogen gazos HF:
Si02 + 4HF = SiF4 + 2H20
Aceste două reacții sunt utilizate pe scară largă pentru gravarea sticlei.
Când SiO 2 fuzionează cu alcaline și oxizi bazici, precum și cu carbonați ai metalelor active, se formează silicați (cm. SILICATI)- saruri ale acizilor silicici foarte slabi insolubili in apa care nu au o compozitie constanta (cm. ACIZI SILICICI) formula generala xH 2 O ySiO 2 (destul de des in literatura de specialitate se scrie nu foarte exact nu despre acizi silicici, ci despre acid silicic, desi de fapt vorbesc despre acelasi lucru). De exemplu, ortosilicatul de sodiu poate fi obținut:
SiO2 + 4NaOH = (2Na2O) SiO2 + 2H2O,
metasilicat de calciu:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
sau amestec de silicat de calciu și sodiu:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Geamurile sunt realizate din silicat de Na2O·CaO·6SiO2.
Trebuie remarcat faptul că majoritatea silicaților nu au o compoziție constantă. Dintre toți silicații, doar silicații de sodiu și potasiu sunt solubili în apă. Soluțiile acestor silicați în apă se numesc sticlă solubilă. Datorită hidrolizei, aceste soluții se caracterizează printr-un mediu foarte alcalin. Silicații hidrolizați se caracterizează prin formarea de soluții nu adevărate, ci coloidale. Când soluțiile de silicați de sodiu sau potasiu sunt acidulate, precipită un precipitat alb gelatinos de acizi silicici hidratați.
Principalul element structural atât al dioxidului de siliciu solid, cât și al tuturor silicaților este grupul, în care atomul de siliciu Si este înconjurat de un tetraedru de patru atomi de oxigen O. În acest caz, fiecare atom de oxigen este conectat la doi atomi de siliciu. Fragmentele pot fi conectate între ele în moduri diferite. Dintre silicați, în funcție de natura conexiunilor din fragmentele lor, aceștia sunt împărțiți în insulă, lanț, panglică, stratificat, cadru și altele.
Când SiO2 este redus de siliciu la temperaturi ridicate, se formează monoxid de siliciu din compoziția SiO.
Siliciul se caracterizează prin formarea de compuși organosilicici (cm. COMPUȘI ORGANOSILONI), în care atomii de siliciu sunt legați în lanțuri lungi datorită punții atomilor de oxigen -O-, iar la fiecare atom de siliciu, pe lângă doi atomi de O, încă doi radicali organici R 1 și R 2 = CH 3, C 2 H 5, C6 sunt ataşaţi H5, CH2CH2CF3 etc.
Aplicație
Siliciul este folosit ca material semiconductor. Cuarțul este folosit ca piezoelectric, ca material pentru fabricarea vaselor de gătit chimice rezistente la căldură (cuarț) și a lămpilor UV. Silicații sunt folosiți pe scară largă ca materiale de construcție. Geamurile sunt silicați amorfi. Materialele organosilicioase se caracterizează prin rezistență ridicată la uzură și sunt utilizate pe scară largă în practică ca uleiuri siliconice, adezivi, cauciucuri și lacuri.
Rolul biologic
Pentru unele organisme, siliciul este un element biogen important (cm. ELEMENTE BIOGENICE). Face parte din structurile de susținere la plante și din structurile scheletice la animale. Siliciul este concentrat în cantități mari de organismele marine - diatomee. (cm. ALGE DIATOMEI), radiolari (cm. RADIOLARIA), bureți (cm. BURETI). Țesutul muscular uman conține (1-2)·10 -2% siliciu, țesut osos - 17·10 -4%, sânge - 3,9 mg/l. Până la 1 g de siliciu intră în corpul uman cu alimente în fiecare zi.
Compușii de siliciu nu sunt otrăvitori. Dar inhalarea particulelor foarte dispersate atât de silicați, cât și de dioxid de siliciu, formate, de exemplu, în timpul operațiunilor de sablare, la dăltuirea rocilor în mine, în timpul funcționării mașinilor de sablare etc., este foarte periculoasă.Microparticulele de SiO 2 care intră în plămâni se cristalizează. în ele, iar cristalele rezultate distrug țesutul pulmonar și provoacă o boală gravă - silicoza (cm. SILICOZĂ). Pentru a preveni intrarea acestui praf periculos în plămâni, ar trebui să utilizați un respirator pentru a vă proteja sistemul respirator.

Dicţionar enciclopedic. 2009 .

Vedeți ce este „siliciul” în alte dicționare:

- (simbol Si), un element chimic cenușiu răspândit din grupa IV a tabelului periodic, nemetal. A fost izolat pentru prima dată de Jens BERZELIUS în 1824. Siliciul se găsește numai în compuși precum SILICA (dioxid de siliciu) sau în... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Siliciu- este produs aproape exclusiv prin reducerea carbotermală a silicei folosind cuptoare cu arc electric. Este un slab conductor de căldură și electricitate, mai dur decât sticla, de obicei sub formă de pulbere sau mai des de bucăți fără formă... ... Terminologie oficială

SILICIU- chimic. element, nemetal, simbol Si (lat. Silicium), at. n. 14, la. m. 28,08; se cunosc siliciul amorf și cristalin (care este construit din același tip de cristale ca și diamantul). Amorf K. pudră maro cu structură cubică în foarte dispersate... ... Marea Enciclopedie Politehnică

- (Siliciu), Si, element chimic din grupa IV a sistemului periodic, număr atomic 14, masă atomică 28,0855; nemetal, punct de topire 1415°C. Siliciul este al doilea element cel mai abundent de pe Pământ după oxigen, conținutul său în scoarța terestră este de 27,6% în greutate. Enciclopedie modernă

Si (lat. Silicium * a. silicium, silicon; n. Silizium; f. silicium; i. siliseo), chimic. element de grupa IV periodic. Sistemul Mendeleev, la. n. 14, la. m. 28.086. În natură se găsesc 3 izotopi stabili: 28Si (92,27), 29Si (4,68%), 30Si (3... Enciclopedie geologică

Instrucțiuni

Sistemul periodic este o „casă” cu mai multe etaje, care conține un număr mare de apartamente. Fiecare „chiriaș” sau în propriul apartament sub un anumit număr, care este permanent. În plus, elementul are un „nume” sau un nume, cum ar fi oxigen, bor sau azot. Pe lângă aceste date, fiecare „apartament” conține informații precum masa atomică relativă, care poate avea valori exacte sau rotunjite.

Ca în orice casă, există „intrări”, și anume grupuri. Mai mult, în grupuri elementele sunt situate în stânga și în dreapta, formând. În funcție de ce parte sunt mai multe, acea parte se numește cea principală. Celălalt subgrup, în consecință, va fi secundar. Tabelul are și „etaje” sau perioade. Mai mult, perioadele pot fi atât mari (constă din două rânduri) cât și mici (au un singur rând).

Tabelul arată structura unui atom al unui element, fiecare dintre ele având un nucleu încărcat pozitiv format din protoni și neutroni, precum și electroni încărcați negativ care se rotesc în jurul lui. Numărul de protoni și electroni este numeric același și este determinat în tabel de numărul de serie al elementului. De exemplu, elementul chimic sulful este #16, prin urmare va avea 16 protoni și 16 electroni.

Pentru a determina numărul de neutroni (particule neutre situate și în nucleu), scădeți numărul atomic din masa atomică relativă a elementului. De exemplu, fierul are o masă atomică relativă de 56 și un număr atomic de 26. Prin urmare, 56 – 26 = 30 de protoni pentru fier.

Electronii sunt localizați la distanțe diferite de nucleu, formând niveluri de electroni. Pentru a determina numărul de niveluri electronice (sau de energie), trebuie să vă uitați la numărul perioadei în care se află elementul. De exemplu, aluminiul este în a 3-a perioadă, prin urmare va avea 3 niveluri.

După numărul grupului (dar numai pentru subgrupul principal) puteți determina cea mai mare valență. De exemplu, elementele din primul grup al subgrupului principal (litiu, sodiu, potasiu etc.) au o valență de 1. În consecință, elementele din a doua grupă (beriliu, magneziu, calciu etc.) vor avea o valență de 2.

De asemenea, puteți analiza proprietățile elementelor folosind tabelul. De la stânga la dreapta, proprietățile metalice slăbesc, iar proprietățile nemetalice cresc. Acest lucru se vede clar în exemplul perioadei 2: începe cu sodiul metalelor alcaline, apoi magneziul metalului alcalino-pământos, după el elementul amfoter aluminiu, apoi nemetalele siliciu, fosfor, sulf și perioada se termină cu substanțe gazoase. - clor si argon. În perioada următoare, se observă o dependență similară.

De sus în jos, se observă și un model - proprietățile metalice cresc, iar proprietățile nemetalice slăbesc. Adică, de exemplu, cesiul este mult mai activ în comparație cu sodiul.

DEFINIȚIE

Siliciu- al paisprezecelea element al Tabelului Periodic. Denumirea - Si din latinescul „silicium”. Situat in a treia perioada, grupa IVA. Se referă la nemetale. Sarcina nucleară este 14.

Siliciul este unul dintre cele mai comune elemente din scoarța terestră. Reprezintă 27% (greutate) din partea scoarței terestre accesibilă studiului nostru, ocupându-se pe locul al doilea ca abundență după oxigen. În natură, siliciul se găsește numai în compuși: sub formă de dioxid de siliciu SiO 2, numit anhidridă de siliciu sau silice, sub formă de săruri ale acizilor silicici (silicați). Aluminosilicații sunt cei mai răspândiți în natură, adică. silicati care contin aluminiu. Acestea includ feldspați, mica, caolin etc.

La fel ca carbonul, care face parte din toate substanțele organice, siliciul este cel mai important element al regnului vegetal și animal.

În condiții normale, siliciul este o substanță gri închis (Fig. 1). Arată ca metal. Refractar - punctul de topire este de 1415 o C. Caracterizat prin duritate mare.

Orez. 1. Siliciu. Aspect.

Greutatea atomică și moleculară a siliciului

Masa moleculară relativă a unei substanțe (M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare de 1/12 din masa unui atom de carbon, iar masa atomică relativă a unui element (A r) este de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă siliciul există sub formă de molecule de Si monoatomic, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 28.084.

Alotropia și modificările alotropice ale siliciului

Siliciul poate exista sub forma a două modificări alotropice: asemănător diamantului (cubic) (stabil) și asemănător grafitului (instabil). Siliciul asemănător diamantului este într-o stare de agregat solid, iar siliciul asemănător grafitului este într-o stare amorfă. De asemenea, diferă prin aspect și activitate chimică.

Siliciul cristalin este o substanță gri închis cu un luciu metalic, iar siliciul amorf este o pulbere maro. A doua modificare este mai reactivă decât prima.

Izotopi de siliciu

Se știe că în natură siliciul poate fi găsit sub formă de trei izotopi stabili 28 Si, 29 Si și 30 Si. Numerele lor de masă sunt 28, 29 și, respectiv, 30. Nucleul unui atom al izotopului de siliciu 28 Si conține paisprezece protoni și paisprezece neutroni, iar izotopii 29 Si și 30 Si conțin același număr de protoni, cincisprezece și, respectiv, șaisprezece neutroni.

Există izotopi artificiali de siliciu cu numere de masă de la 22 la 44, dintre care cel mai longeviv este 32 Si cu un timp de înjumătățire de 170 de ani.

Ioni de siliciu

La nivelul energetic exterior al atomului de siliciu există patru electroni, care sunt de valență:

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

Ca rezultat al interacțiunii chimice, siliciul poate renunța la electronii de valență, adică. să fie donatorul lor și să se transforme într-un ion încărcat pozitiv sau să accepte electroni de la un alt atom, adică fi un acceptor și se transformă într-un ion încărcat negativ:

Si 0 -4e → Si 4+;

Si 0 +4e → Si 4- .

Moleculă și atom de siliciu

În stare liberă, siliciul există sub formă de molecule de Si monoatomic. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de siliciu:

Aliaje de siliciu

Siliciul este folosit în metalurgie. Acesta servește ca o componentă a multor aliaje. Cele mai importante dintre ele sunt aliajele pe bază de fier, cupru și aluminiu.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

• Denumire - Si (Siliciu);
• Perioada - III;
• Grupa - 14 (IVa);
• Masa atomică - 28,0855;
• Numărul atomic - 14;
• Raza atomică = 132 pm;
• Raza covalentă = 111 pm;
• Distribuția electronilor - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• temperatura de topire = 1412°C;
• punct de fierbere = 2355°C;
• Electronegativitatea (după Pauling/după Alpred și Rochow) = 1,90/1,74;
• Stare de oxidare: +4, +2, 0, -4;
• Densitatea (nr.) = 2,33 g/cm3;
• Volumul molar = 12,1 cm3/mol.

Compuși de siliciu:

Siliciul a fost izolat pentru prima dată în forma sa pură în 1811 (francezii J. L. Gay-Lussac și L. J. Tenard). Siliciul elementar pur a fost obținut în 1825 (suedezul J. J. Berzelius). Elementul chimic și-a primit numele „siliciu” (tradus din greaca veche ca munte) în 1834 (chimistul rus G. I. Hess).

Siliciul este cel mai comun element chimic (după oxigen) de pe Pământ (conținutul în scoarța terestră este de 28-29% în greutate). În natură, siliciul este prezent cel mai adesea sub formă de silice (nisip, cuarț, silex, feldspați), precum și în silicați și aluminosilicați. În forma sa pură, siliciul este extrem de rar. Mulți silicați naturali în forma lor pură sunt pietre prețioase: smarald, topaz, acvamar - toate acestea sunt siliciu. Oxidul de siliciu (IV) cristalin pur apare sub formă de cristal de rocă și cuarț. Oxidul de siliciu, care conține diverse impurități, formează pietre prețioase și semiprețioase - ametist, agat, jasp.

Orez. Structura atomului de siliciu.

Configurația electronică a siliciului este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (vezi Structura electronică a atomilor). La nivelul de energie exterior, siliciul are 4 electroni: 2 perechi în subnivelul 3s + 2 nepereche în orbitalii p. Când un atom de siliciu trece la o stare excitată, un electron de la subnivelul s „părăsește” perechea sa și se deplasează la subnivelul p, unde există un orbital liber. Astfel, în starea excitată, configurația electronică a atomului de siliciu ia următoarea formă: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Orez. Tranziția unui atom de siliciu la o stare excitată.

Astfel, siliciul din compuși poate prezenta o valență de 4 (cel mai des) sau 2 (vezi Valența). Siliciul (precum și carbonul), reacționând cu alte elemente, formează legături chimice în care poate atât să renunțe la electroni, cât și să îi accepte, dar capacitatea de a accepta electroni în atomii de siliciu este mai puțin pronunțată decât în ​​atomii de carbon, datorită siliciului mai mare. atom.

Starile de oxidare a siliciului:

• -4 : SiH4 (silan), Ca2Si, Mg2Si (silicaţi metalici);
• +4 - cele mai stabile: SiO 2 (oxid de siliciu), H 2 SiO 3 (acid silicic), silicati si halogenuri de siliciu;
• 0 : Si (substanță simplă)

Siliciul ca o substanță simplă

Siliciul este o substanță cristalină de culoare gri închis, cu un luciu metalic. Siliciu cristalin este un semiconductor.

Siliciul formează o singură modificare alotropică, similară cu diamantul, dar nu la fel de puternică, deoarece legăturile Si-Si nu sunt la fel de puternice ca în molecula de carbon din diamant (vezi Diamond).

Siliciu amorf- pulbere maro, cu punct de topire de 1420°C.

Siliciul cristalin se obține din siliciu amorf prin recristalizare. Spre deosebire de siliciul amorf, care este o substanță chimică destul de activă, siliciul cristalin este mai inert în ceea ce privește interacțiunea cu alte substanțe.

Structura rețelei cristaline de siliciu repetă structura diamantului - fiecare atom este înconjurat de alți patru atomi situati la vârfurile unui tetraedru. Atomii sunt ținuți împreună prin legături covalente, care nu sunt la fel de puternice ca legăturile de carbon din diamant. Din acest motiv, chiar și la nr. Unele legături covalente din siliciul cristalin sunt rupte, ducând la eliberarea unor electroni, ceea ce face ca siliciul să aibă o conductivitate electrică mică. Pe măsură ce siliciul se încălzește, la lumină sau când se adaugă anumite impurități, crește numărul de legături covalente rupte, drept urmare numărul de electroni liberi crește și, prin urmare, crește și conductibilitatea electrică a siliciului.

Proprietățile chimice ale siliciului

Ca și carbonul, siliciul poate fi atât un agent reducător, cât și un agent oxidant, în funcție de substanța cu care reacționează.

La nr. siliciul interacționează numai cu fluorul, ceea ce se explică prin rețeaua cristalină destul de puternică a siliciului.

Siliciul reacționează cu clorul și bromul la temperaturi care depășesc 400°C.

Siliciul interacționează cu carbonul și azotul numai la temperaturi foarte ridicate.

• În reacțiile cu nemetale, siliciul acționează ca agent de reducere:
  • în condiții normale, din nemetale, siliciul reacționează numai cu fluor, formând halogenură de siliciu:
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • la temperaturi ridicate, siliciul reacţionează cu clorul (400°C), oxigenul (600°C), azotul (1000°C), carbonul (2000°C):
    • Si + 2Cl2 = SiCl4 - halogenură de siliciu;
    • Si + O 2 = SiO 2 - oxid de siliciu;
    • 3Si + 2N2 = Si3N4 - nitrură de siliciu;
    • Si + C = SiC - carborundum (carbură de siliciu)
• În reacțiile cu metale, siliciul este agent oxidant(format salicide:
  Si + 2Mg = Mg2Si
• În reacțiile cu soluții concentrate de alcalii, siliciul reacţionează cu eliberarea de hidrogen, formând săruri solubile ale acidului silicic, numite silicati:
  Si + 2NaOH + H20 = Na2SiO3 + 2H2
• Siliciul nu reacționează cu acizii (cu excepția HF).

Pregătirea și utilizarea siliciului

Obținerea siliciului:

• în laborator - din silice (terapie cu aluminiu):
  3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3
• în industrie - prin reducerea oxidului de siliciu cu cocs (siliciu pur din punct de vedere tehnic) la temperatură ridicată:
  Si02 + 2C = Si + 2CO
• Cel mai pur siliciu se obține prin reducerea tetraclorurii de siliciu cu hidrogen (zinc) la temperatură ridicată:
  SiCI4 +2H2 = Si+4HCI

Aplicație silicon:

• producerea de radioelemente semiconductoare;
• ca aditivi metalurgici în producția de compuși rezistenți la căldură și acizi;
• în producția de fotocelule pentru baterii solare;
• ca redresoare de curent alternativ.