Silikoni. Vetitë e silikonit

Silikoni(lat. silicium), si, element kimik i grupit IV të sistemit periodik të Mendelejevit; numri atomik 14, masa atomike 28.086. Në natyrë, elementi përfaqësohet nga tre izotopë të qëndrueshëm: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) dhe 30 si (3,05%).

Referencë historike . Komponimet K, të përhapura në tokë, janë të njohura për njeriun që nga epoka e gurit. Përdorimi i veglave prej guri për punë dhe gjueti vazhdoi për disa mijëvjeçarë. Përdorimi i komponimeve K lidhur me përpunimin - prodhimin e tyre xhami - filloi rreth vitit 3000 para Krishtit. e. (në Egjiptin e Lashtë). Përbërja më e hershme e njohur e K. është dioksidi sio 2 (silicë). Në shekullin e 18-të silicë konsiderohej një trup i thjeshtë dhe quhej "tokë" (siç pasqyrohet në emrin e tij). Kompleksiteti i përbërjes së silicës u përcaktua nga I. Ya. Berzelius. Për herë të parë, në 1825, ai përftoi kalcium elementar nga fluori i silikonit sif 4, duke e reduktuar këtë të fundit me metal kalium. Elementit të ri iu dha emri "silicon" (nga latinishtja silex - stralli). Emri rus u prezantua nga G.I. Hess në 1834.

Prevalenca në natyrë . Për sa i përket përhapjes në koren e tokës, oksigjeni është elementi i dytë (pas oksigjenit), përmbajtja mesatare e tij në litosferë është 29.5% (në masë). Në koren e tokës, karboni luan të njëjtin rol parësor si karboni në botën e kafshëve dhe bimëve. Për gjeokiminë e oksigjenit, lidhja jashtëzakonisht e fortë e tij me oksigjenin është e rëndësishme. Rreth 12% e litosferës është silic sio 2 në formë minerali kuarci dhe varieteteve të saj. 75% e litosferës përbëhet nga të ndryshme silikate Dhe aluminosilikatet(feldspat, mika, amfibola etj.). Numri i përgjithshëm i mineraleve që përmbajnë silicë tejkalon 400 .

Gjatë proceseve magmatike, ndodh një diferencim i dobët i kalciumit: ai grumbullohet si në granitoidet (32,3%) ashtu edhe në shkëmbinjtë ultrabazikë (19%). Në temperatura të larta dhe presion të lartë, tretshmëria e sio 2 rritet. Migrimi i tij me avujt e ujit është gjithashtu i mundur, prandaj pegmatitet e venave hidrotermale karakterizohen nga përqëndrime të konsiderueshme të kuarcit, i cili shpesh shoqërohet me elementë xeherorë (venat ar-kuarc, kuarc-kasitit etj.).

Vetite fizike dhe kimike. Karboni formon kristale gri të errët me një shkëlqim metalik, që ka një rrjetë kub të tipit diamanti të përqendruar në fytyrë me një periodë a = 5,431 a dhe një densitet prej 2,33 g/cm 3 . Në presione shumë të larta, u mor një modifikim i ri (me sa duket gjashtëkëndor) me një densitet 2,55 g/cm 3. K. shkrihet në 1417°C, vlon në 2600°C. Kapaciteti specifik i nxehtësisë (në 20-100°C) 800 J/ (kg? K), ose 0,191 cal/ (g? gradë); Përçueshmëria termike edhe për mostrat më të pastra nuk është konstante dhe është në intervalin (25°C) 84-126 W/ (m? K), ose 0,20-0,30 cal/ (cm? sek? gradë). Koeficienti i temperaturës së zgjerimit linear 2.33? 10 -6 K-1; nën 120k bëhet negativ. K. është transparent ndaj rrezeve infra të kuqe me valë të gjata; indeksi i thyerjes (për l =6 µm) 3,42; konstanta dielektrike 11.7. K. është diamagnetike, ndjeshmëria magnetike atomike është -0,13? 10 -6. K. fortësia sipas Mohs 7.0, sipas Brinell 2.4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), moduli elastik 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), koeficienti i shtypshmërisë 0.325? 10 -6 cm 2 / kg. K. material i brishtë; deformimi i dukshëm plastik fillon në temperatura mbi 800°C.

K. është një gjysmëpërçues që po gjen përdorim në rritje. Vetitë elektrike të bakrit varen shumë nga papastërtitë. Rezistenca elektrike vëllimore specifike e brendshme e një qelize në temperaturën e dhomës merret si 2.3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Qarku gjysmëpërçues me përçueshmëri R-tipi (aditivët B, al, in ose ga) dhe n-tipi (aditivët P, bi, as ose sb) ka rezistencë dukshëm më të ulët. Hendeku i brezit sipas matjeve elektrike është 1.21 ev në 0 TE dhe zbret në 1.119 ev në 300 TE.

Në përputhje me pozicionin e unazës në tabelën periodike të Mendelejevit, 14 elektronet e atomit të unazës shpërndahen në tre predha: në të parën (nga bërthama) 2 elektrone, në të dytën 8, në të tretën (valencë) 4; konfigurimi i shtresës elektronike 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potencialet e njëpasnjëshme të jonizimit ( ev): 8,149; 16.34; 33.46 dhe 45.13. Rrezja atomike 1,33 a, rrezja kovalente 1,17 a, rrezet jonike si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

Në përbërjet e karbonit (të ngjashme me karbonin) 4-valenteni. Megjithatë, ndryshe nga karboni, silici, së bashku me një numër koordinimi prej 4, shfaq një numër koordinimi prej 6, i cili shpjegohet nga vëllimi i madh i atomit të tij (një shembull i komponimeve të tilla janë silikofluoridet që përmbajnë grupin 2-).

Lidhja kimike e një atomi karboni me atome të tjera zakonisht kryhet për shkak të orbitaleve hibride sp 3, por është gjithashtu e mundur që të përfshihen dy nga pesë (të zbrazëta) të tij 3. d- orbitalet, sidomos kur K. është me gjashtë koordinata. Duke pasur një vlerë të ulët elektronegativiteti prej 1.8 (kundrejt 2.5 për karbonin; 3.0 për azotin, etj.), karboni është elektropozitiv në përbërjet me jometale, dhe këto komponime janë polare në natyrë. Energji e lartë lidhëse me oksigjen si-o, e barabartë me 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , përcakton qëndrueshmërinë e përbërjeve të tij të oksigjenit (sio 2 dhe silikate). Energjia e lidhjes Si-si është e ulët, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Ndryshe nga karboni, karboni nuk karakterizohet nga formimi i zinxhirëve të gjatë dhe lidhjeve të dyfishta midis atomeve të Si. Në ajër, për shkak të formimit të një filmi mbrojtës oksidi, karboni është i qëndrueshëm edhe në temperatura të ngritura. Në oksigjen oksidohet duke filluar nga 400°C, duke u formuar dioksidi i silikonit sio 2. Sio monoksidi është gjithashtu i njohur, i qëndrueshëm në temperatura të larta në formën e një gazi; si rezultat i ftohjes së papritur, mund të merret një produkt i ngurtë që zbërthehet lehtësisht në një përzierje të hollë si dhe sio 2. K. është rezistent ndaj acideve dhe tretet vetëm në një përzierje të acideve nitrik dhe hidrofluorik; tretet lehtësisht në tretësira të nxehta alkali me çlirimin e hidrogjenit. K. reagon me fluorin në temperaturën e dhomës dhe me halogjene të tjera kur nxehet për të formuar komponime të formulës së përgjithshme gjashtë 4 . Hidrogjeni nuk reagon drejtpërdrejt me karbonin, dhe acidet silicike(silane) fitohen nga zbërthimi i silicideve (shih më poshtë). Silikonet e hidrogjenit njihen nga sih 4 deri në si 8 h 18 (përbërja është e ngjashme me hidrokarburet e ngopura). K. formon 2 grupe silanesh që përmbajnë oksigjen - siloksane dhe siloksenet. K reagon me azotin në temperatura mbi 1000°C. Me rëndësi të madhe praktike ka nitridi si 3 n 4, i cili nuk oksidohet në ajër as në 1200°C, është rezistent ndaj acideve (përveç nitrikëve) dhe alkaleve, si dhe ndaj metaleve të shkrirë dhe skorjeve, gjë që e bën atë një material të vlefshëm për. industria kimike, për prodhimin e lëndëve zjarrduruese, etj. Përbërjet e karbonit me karbonin dallohen për fortësinë e tyre të lartë, si dhe rezistencën termike dhe kimike ( karabit silikoni sic) dhe me bor (sib 3, sib 6, sib 12). Kur nxehet, klori reagon (në prani të katalizatorëve metalikë, si bakri) me komponimet organoklorike (për shembull, ch 3 cl) për të formuar organohalosilane [për shembull, si (ch 3) 3 ci], të cilat përdoren për sintezë të shumta komponimet organosilikon.

K. formon komponime me pothuajse të gjitha metalet - silicide(lidhjet vetëm me bi, tl, pb, hg nuk u zbuluan). Janë marrë më shumë se 250 silicide, përbërja e të cilave (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si etj.) zakonisht nuk i përgjigjet valencave klasike. Silicidet janë refraktare dhe të forta; Ferrosilicon dhe silici i molibdenit mosi 2 kanë rëndësinë më të madhe praktike (ngrohësit e furrës elektrike, fletët e turbinës me gaz, etj.).

Marrja dhe aplikimi. K. pastërtia teknike (95-98%) përftohet në një hark elektrik nga reduktimi i silicës sio 2 ndërmjet elektrodave të grafitit. Në lidhje me zhvillimin e teknologjisë së gjysmëpërçuesve janë zhvilluar metoda për marrjen e bakrit të pastër dhe veçanërisht të pastër.Kjo kërkon sintezën paraprake të përbërjeve fillestare më të pastra të bakrit, nga të cilat bakri nxirret me reduktim ose zbërthim termik.

Bakri gjysmëpërçues i pastër përftohet në dy forma: polikristaline (nga reduktimi i sici 4 ose sihcl 3 me zink ose hidrogjen, zbërthimi termik i sil 4 dhe sih 4) dhe një kristalor (zona pa gropë që shkrin dhe "tërheq" një kristal të vetëm. nga bakri i shkrirë - metoda Czochralski).

Bakri i dopuar posaçërisht përdoret gjerësisht si material për prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese (tranzistorë, termistorë, ndreqës të energjisë, dioda të kontrolluara - tiristorë; fotoqeliza diellore të përdorura në anije kozmike, etj.). Meqenëse K. është transparent ndaj rrezeve me gjatësi vale nga 1 në 9 μm, përdoret në optikën infra të kuqe .

K. ka fusha të larmishme dhe gjithnjë në zgjerim të zbatimit. Në metalurgji, oksigjeni përdoret për të hequr oksigjenin e tretur në metalet e shkrirë (deoksidimi). K. është përbërës i një numri të madh lidhjesh të hekurit dhe të metaleve me ngjyra. Zakonisht, karboni u jep lidhjeve rezistencë të shtuar ndaj korrozionit, përmirëson vetitë e tyre të derdhjes dhe rrit forcën mekanike; megjithatë me përmbajtje më të lartë të K. mund të shkaktojë brishtësi. Më të rëndësishmet janë lidhjet e hekurit, bakrit dhe aluminit që përmbajnë kalcium.Një sasi në rritje e karbonit përdoret për sintezën e përbërjeve organosilicon dhe silicideve. Silica dhe shumë silikate (argjila, feldspat, mikë, talk, etj.) përpunohen nga industritë e qelqit, çimentos, qeramikës, elektrike dhe të tjera.

V. P. Barzakovsky.

Siliconi gjendet në trup në formën e komponimeve të ndryshme, të përfshira kryesisht në formimin e pjesëve dhe indeve të forta skeletore. Disa bimë detare (për shembull, diatomet) dhe kafshë (për shembull, sfungjerët silicorë, radiolarët) mund të grumbullojnë sasi veçanërisht të mëdha silikoni, duke formuar depozita të trasha të dioksidit të silikonit në dyshemenë e oqeanit kur vdesin. Në detet dhe liqenet e ftohta mbizotërojnë llumrat biogjene të pasuruara me kalium, në detet tropikale mbizotërojnë llumrat gëlqerorë me përmbajtje të ulët kaliumi. Ndër bimët tokësore, drithërat, farat, palmat dhe bishtat e kalit grumbullojnë shumë kalium. Në vertebrorët, përmbajtja e dioksidit të silikonit në substancat e hirit është 0,1-0,5%. Në sasitë më të mëdha, K. gjendet në indin e dendur lidhor, veshkat dhe pankreasin. Dieta ditore e njeriut përmban deri në 1 G K. Kur ka një përmbajtje të lartë të pluhurit të dioksidit të silikonit në ajër, ai hyn në mushkëritë e njeriut dhe shkakton sëmundje - silikoza.

V. V. Kovalsky.

Lit.: Berezhnoy A.S., Silici dhe sistemet e tij binare. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Semiconductors - germanium and silicon, M., 1961; Renyan V.R., Teknologjia e silikonit gjysmëpërçues, përkth. nga anglishtja, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Prodhimi i silikonit gjysmëpërçues, M., 1970; Silic dhe germanium. Shtu. Art., ed. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Crystal chemistry of silicides and germanides, M., 1971; ujku N. f., të dhëna gjysmëpërçuese silikoni, oxf. - n. v., 1965.

shkarko abstrakt

Silikoni

SILIKONI-Unë; m.[nga greqishtja krēmnos - shkëmb, shkëmb] Element kimik (Si), kristale gri të errët me një shkëlqim metalik gjenden në shumicën e shkëmbinjve.

◁ Silikon, oh, oh. kripërat K. Silicore (shih 2.K.; 1 pikë).

(lat. Silicium), element kimik i grupit IV të tabelës periodike. Kristal gri të errët me një shkëlqim metalik; dendësia 2.33 g/cm 3, t pl 1415ºC. Rezistent ndaj ndikimeve kimike. Ai përbën 27.6% të masës së kores së tokës (vendi i dytë midis elementeve), mineralet kryesore janë silica dhe silikatet. Një nga materialet gjysmëpërçuese më të rëndësishme (tranzistorë, termistorë, fotocela). Një pjesë integrale e shumë çeliqeve dhe lidhjeve të tjera (rrit forcën mekanike dhe rezistencën ndaj korrozionit, përmirëson vetitë e derdhjes).

SILIKONI (lat. Silicium nga silex - stralli), Si (lexohet “silicium”, por në ditët e sotme mjaft shpesh si “si”), element kimik me numër atomik 14, masë atomike 28,0855. Emri rus vjen nga greqishtja kremnos - shkëmb, mal.
Silikoni natyror përbëhet nga një përzierje e tre nuklideve të qëndrueshme (cm. NUKLIDI) me numra masiv 28 (mbizotëron në përzierje, përmban 92,27% në masë), 29 (4,68%) dhe 30 (3,05%). Konfigurimi i shtresës së jashtme elektronike të një atomi silikoni neutral të pangacmuar 3 s 2 R 2 . Në përbërjet zakonisht shfaq një gjendje oksidimi +4 (valenca IV) dhe shumë rrallë +3, +2 dhe +1 (valenca III, II dhe I, respektivisht). Në tabelën periodike të Mendelejevit, silikoni ndodhet në grupin IVA (në grupin e karbonit), në periudhën e tretë.
Rrezja e një atomi silikoni neutral është 0.133 nm. Energjitë sekuenciale të jonizimit të atomit të silikonit janë 8,1517, 16,342, 33,46 dhe 45,13 eV, dhe afiniteti i elektroneve është 1,22 eV. Rrezja e jonit Si 4+ me një numër koordinimi 4 (më i zakonshmi në rastin e silikonit) është 0,040 nm, me një numër koordinimi 6 - 0,054 nm. Sipas shkallës Pauling, elektronegativiteti i silikonit është 1.9. Edhe pse silici zakonisht klasifikohet si jometal, në një numër karakteristikash ai zë një pozicion të ndërmjetëm midis metaleve dhe jometaleve.
Në formë të lirë - pluhur kafe ose material kompakt gri i lehtë me një shkëlqim metalik.
Historia e zbulimit
Përbërjet e silikonit janë të njohura për njeriun që nga kohra të lashta. Por njeriu u njoh me substancën e thjeshtë silikon vetëm rreth 200 vjet më parë. Në fakt, studiuesit e parë që morën silikon ishin francezi J. L. Gay-Lussac (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis) dhe L. J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). Ata zbuluan në 1811 se ngrohja e fluorit të silikonit me metal kaliumi çon në formimin e një substance kafe-kafe:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, megjithatë, vetë studiuesit nuk nxorrën përfundimin e saktë në lidhje me marrjen e një substance të re të thjeshtë. Nderi i zbulimit të një elementi të ri i takon kimistit suedez J. Berzelius (cm. BERZELIUS Jens Jacob), i cili gjithashtu ngrohi një përbërje të përbërjes K 2 SiF 6 me metal kalium për të prodhuar silikon. Ai mori të njëjtin pluhur amorf si kimistët francezë dhe në 1824 shpalli një substancë të re elementare, të cilën e quajti "silicon". Silikoni kristalor u mor vetëm në 1854 nga kimisti francez A. E. Sainte-Clair Deville (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Të qenit në natyrë
Për sa i përket bollëkut në koren e tokës, silici renditet i dyti midis të gjithë elementëve (pas oksigjenit). Siliconi përbën 27.7% të masës së kores së tokës. Silikoni është një përbërës i disa qindra silikateve të ndryshme natyrore (cm. SILIKATE) dhe aluminosilikatet (cm. SILIKATE E ALUMINIUT). Silicë, ose dioksidi i silikonit, është gjithashtu i përhapur (cm. DIOKSIDI I SILIKONIT) SiO 2 (rërë lumi (cm. RËRË), kuarc (cm. Kuarci), stralli (cm. FLINT) etj.), që përbën rreth 12% të kores së tokës (në masë). Silici nuk gjendet në formë të lirë në natyrë.
Faturë
Në industri, silici prodhohet duke reduktuar shkrirjen e SiO 2 me koks në një temperaturë prej rreth 1800°C në furrat me hark. Pastërtia e silikonit të përftuar në këtë mënyrë është rreth 99.9%. Meqenëse silikoni i pastërtisë më të lartë nevojitet për përdorim praktik, silikoni që rezulton klorohet. Formohen komponime të përbërjes SiCl 4 dhe SiCl 3 H. Këto kloride pastrohen më tej në mënyra të ndryshme nga papastërtitë dhe në fazën përfundimtare reduktohen me hidrogjen të pastër. Është gjithashtu e mundur të pastrohet silikoni duke marrë fillimisht silicidin e magnezit Mg 2 Si. Më pas, monosilani i paqëndrueshëm SiH 4 merret nga silici i magnezit duke përdorur acide klorhidrike ose acetike. Monosilani pastrohet më tej me anë të korrigjimit, thithjes dhe metodave të tjera, dhe më pas zbërthehet në silikon dhe hidrogjen në një temperaturë prej rreth 1000°C. Përmbajtja e papastërtisë në silikon të marrë me këto metoda reduktohet në 10 -8 -10 -6% të peshës.
Vetite fizike dhe kimike
Rrjetë kristalore e tipit diamanti kub me qendër silikoni, parametri a = 0,54307 nm (modifikime të tjera polimorfike të silikonit janë marrë në presione të larta), por për shkak të gjatësisë më të madhe të lidhjes midis atomeve Si-Si në krahasim me gjatësinë e lidhjes C-C, ngurtësia e silikonit është dukshëm më e vogël se ajo e diamantit.
Dendësia e silikonit është 2.33 kg/dm3. Pika e shkrirjes 1410°C, pika e vlimit 2355°C. Silici është i brishtë, vetëm kur nxehet mbi 800°C bëhet një substancë plastike. Është interesante se silikoni është transparent ndaj rrezatimit infra të kuqe (IR).
Silikoni elementar është një gjysmëpërçues tipik (cm. GJYSMËPËRFAQËSIT). Hendeku i brezit në temperaturën e dhomës është 1.09 eV. Përqendrimi i bartësve të rrymës në silikon me përçueshmëri të brendshme në temperaturën e dhomës është 1,5·10 16 m -3. Vetitë elektrike të silikonit kristalor ndikohen shumë nga mikropapastërtitë që ai përmban. Për të marrë kristale të vetme silikoni me përçueshmëri vrimash, aditivët e elementëve të grupit III - bor - futen në silikon. (cm. BOR (element kimik)), alumini (cm. ALUMINI), galium (cm. GALIUM) dhe Indi (cm. INDIUM), me përcjellshmëri elektronike - shtesa të elementeve të grupit V - fosfor (cm. FOSFORI), arsenik (cm. ARSENIKU) ose antimoni (cm. ANTIMONI). Vetitë elektrike të silikonit mund të ndryshojnë duke ndryshuar kushtet e përpunimit të kristaleve të vetme, në veçanti, duke trajtuar sipërfaqen e silikonit me agjentë të ndryshëm kimikë.
Kimikisht, silikoni është joaktiv. Në temperaturën e dhomës ai reagon vetëm me gaz fluor, duke rezultuar në formimin e tetrafluoridit të silikonit të avullueshëm SiF 4. Kur nxehet në një temperaturë prej 400-500°C, silikoni reagon me oksigjenin për të formuar dioksidin SiO 2, me klorin, bromin dhe jodin për të formuar tetrahalidet përkatëse shumë të paqëndrueshme SiHal 4.
Silici nuk reagon drejtpërdrejt me hidrogjenin; komponimet e silikonit me hidrogjenin janë silane (cm. SILANS) me formulën e përgjithshme Si n H 2n+2 - e marrë në mënyrë indirekte. Monosilani SiH 4 (shpesh i quajtur thjesht silan) lirohet kur silicidet metalike reagojnë me tretësira acide, për shembull:
Ca 2 Si + 4HCl = 2CaCl 2 + SiH 4
Silani SiH 4 i formuar në këtë reaksion përmban një përzierje të silaneve të tjera, në veçanti, disilan Si 2 H 6 dhe trisilan Si 3 H 8, në të cilin ekziston një zinxhir atomesh silikoni të ndërlidhur me lidhje të vetme (-Si-Si-Si -) .
Me azot, silikoni në një temperaturë prej rreth 1000 ° C formon nitridin Si 3 N 4, me bor - boridet termike dhe kimikisht të qëndrueshme SiB 3, SiB 6 dhe SiB 12. Një përbërës i silikonit dhe analog i tij më i afërt sipas tabelës periodike - karboni - karabit silikoni SiC (karborund (cm. KARBORUNDI)) karakterizohet me fortësi të lartë dhe reaktivitet të ulët kimik. Karborundi përdoret gjerësisht si një material gërryes.
Kur silikoni nxehet me metale, formohen silicide (cm. SILICIDET). Silicidet mund të ndahen në dy grupe: jonike-kovalente (silicide të alkalit, metaleve alkaline tokësore dhe magnezit si Ca 2 Si, Mg 2 Si, etj.) dhe të ngjashme me metalet (silicidet e metaleve në tranzicion). Silicidet e metaleve aktive dekompozohen nën ndikimin e acideve; silicidet e metaleve në tranzicion janë kimikisht të qëndrueshme dhe nuk dekompozohen nën ndikimin e acideve. Silicidet e ngjashme me metalin kanë pika të larta shkrirjeje (deri në 2000°C). Silicidet metalike më të formuara janë përbërjet MSi, M 3 Si 2, M 2 Si 3, M 5 Si 3 dhe MSi 2. Silicidet e ngjashme me metalin janë kimikisht inerte dhe rezistente ndaj oksigjenit edhe në temperatura të larta.
Dioksidi i silikonit SiO 2 është një oksid acid që nuk reagon me ujin. Ekziston në formën e disa polimorfeve (kuarci (cm. Kuarci), tridimit, kristobalit, SiO 2 i qelqtë). Nga këto modifikime, kuarci ka rëndësinë më të madhe praktike. Kuarci ka veti piezoelektrike (cm. MATERIALE PIEZOELEKTRIKE), është transparent ndaj rrezatimit ultravjollcë (UV). Karakterizohet nga një koeficient shumë i ulët i zgjerimit termik, kështu që enët e bëra nga kuarci nuk çahen nën ndryshimet e temperaturës deri në 1000 gradë.
Kuarci është kimikisht rezistent ndaj acideve, por reagon me acidin hidrofluorik:
SiO 2 + 6HF =H 2 + 2H 2 O
dhe gaz fluori hidrogjeni HF:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O
Këto dy reagime përdoren gjerësisht për gdhendjen e xhamit.
Kur SiO 2 bashkohet me alkalet dhe oksidet bazike, si dhe me karbonatet e metaleve aktive, formohen silikate. (cm. SILIKATE)- kripërat e acideve silicike shumë të dobëta të patretshme në ujë që nuk kanë përbërje konstante (cm. ACIDET SILICIK) formula e përgjithshme xH 2 O ySiO 2 (shpesh në literaturë shkruajnë jo shumë saktë jo për acidet silicike, por për acidin silicik, megjithëse në fakt flasin për të njëjtën gjë). Për shembull, ortosilikati i natriumit mund të merret:
SiO 2 + 4NaOH = (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
Metasilikat i kalciumit:
SiO 2 + CaO = CaO SiO 2
ose silikat i përzier i kalciumit dhe natriumit:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Xhami i dritares është bërë nga silikat Na 2 O·CaO·6SiO2.
Duhet të theksohet se shumica e silikateve nuk kanë një përbërje konstante. Nga të gjitha silikatet, vetëm silikatet e natriumit dhe kaliumit janë të tretshëm në ujë. Tretësirat e këtyre silikateve në ujë quhen qelqi i tretshëm. Për shkak të hidrolizës, këto solucione karakterizohen nga një mjedis shumë alkalik. Silikatet e hidrolizuara karakterizohen nga formimi i zgjidhjeve jo të vërteta, por koloidale. Kur tretësirat e silikateve të natriumit ose kaliumit acidifikohen, precipiton një precipitat i bardhë xhelatinoz i acideve silicike të hidratuara.
Elementi kryesor strukturor i dyoksidit të ngurtë të silikonit dhe i të gjitha silikateve është grupi, në të cilin atomi i silikonit Si është i rrethuar nga një tetraedron prej katër atomesh oksigjeni O. Në këtë rast, çdo atom oksigjeni është i lidhur me dy atome silikoni. Fragmentet mund të lidhen me njëri-tjetrin në mënyra të ndryshme. Ndër silikatet, sipas natyrës së lidhjeve në fragmentet e tyre, ato ndahen në ishull, zinxhir, shirit, shtresor, kornizë e të tjera.
Kur SiO 2 reduktohet nga silikoni në temperatura të larta, formohet monoksidi i silikonit me përbërje SiO.
Silici karakterizohet nga formimi i komponimeve organosilikonike (cm. KOMPONIMET ORGANOSILONE), në të cilën atomet e silikonit janë të lidhur në zinxhirë të gjatë për shkak të lidhjes së atomeve të oksigjenit -O-, dhe për çdo atom silikoni, përveç dy atomeve O, dy radikale të tjera organike R 1 dhe R 2 = CH 3, C 2 H 5, C 6 janë bashkangjitur H 5, CH 2 CH 2 CF 3, etj.
Aplikacion
Silikoni përdoret si material gjysmëpërçues. Kuarci përdoret si piezoelektrik, si material për prodhimin e enëve të gatimit kimik (kuarci) rezistente ndaj nxehtësisë dhe llambave UV. Silikatet përdoren gjerësisht si materiale ndërtimi. Xhamat e dritareve janë silikate amorfe. Materialet organosilikon karakterizohen nga rezistencë e lartë ndaj konsumit dhe përdoren gjerësisht në praktikë si vajra silikoni, ngjitës, goma dhe llaqe.
Roli biologjik
Për disa organizma, silikoni është një element i rëndësishëm biogjen (cm. ELEMENTET BIOGJENIKE). Është pjesë e strukturave mbështetëse në bimë dhe strukturave skeletore te kafshët. Siliconi përqendrohet në sasi të mëdha nga organizmat detarë - diatomet. (cm. ALGAT DIATOME), radiolarët (cm. RADIOLARI), sfungjerë (cm. SPONGËT). Indet e muskujve të njeriut përmbajnë (1-2)·10 -2% silic, indi kockor - 17·10 -4%, gjak - 3,9 mg/l. Deri në 1 g silikon hyn në trupin e njeriut me ushqim çdo ditë.
Përbërjet e silikonit nuk janë helmuese. Por inhalimi i grimcave shumë të shpërndara si të silikateve ashtu edhe të dioksidit të silikonit, të formuara, për shembull, gjatë operacioneve të shpërthimit, gjatë gdhendjes së shkëmbinjve në miniera, gjatë funksionimit të makinerive të rërës etj., është shumë i rrezikshëm. Mikrogrimcat SiO 2 që hyjnë në mushkëri kristalizohen në to, dhe kristalet që rezultojnë shkatërrojnë indin e mushkërive dhe shkaktojnë një sëmundje të rëndë - silikozë (cm. SILIKOZA). Për të parandaluar hyrjen e këtij pluhuri të rrezikshëm në mushkëri, duhet të përdorni një respirator për të mbrojtur sistemin tuaj të frymëmarrjes.

fjalor enciklopedik. 2009 .

Shihni se çfarë është "silicon" në fjalorë të tjerë:

- (simboli Si), një element kimik gri i përhapur i grupit IV të tabelës periodike, jometal. Ai u izolua për herë të parë nga Jens BERZELIUS në 1824. Silici gjendet vetëm në përbërje të tilla si SILIKA (dioksid silikoni) ose në... ... Fjalor enciklopedik shkencor dhe teknik

Silikoni- prodhohet pothuajse ekskluzivisht nga reduktimi karbotermik i silicës duke përdorur furrat me hark elektrik. Është një përcjellës i dobët i nxehtësisë dhe elektricitetit, më i fortë se qelqi, zakonisht në formë pluhuri ose më shpesh në formë copash pa formë... ... Terminologjia zyrtare

SILIKONI- kim. element, jometal, simbol Si (lat. Silicium), at. n. 14, në. m 28.08; Njihen silikoni amorf dhe kristalor (i cili është ndërtuar nga i njëjti lloj kristalesh si diamanti). Pluhur amorf kafe K. me strukturë kubike në shumë dispersion... ... Enciklopedia e Madhe Politeknike

- (Silicium), Si, element kimik i grupit IV të sistemit periodik, numri atomik 14, masa atomike 28,0855; jometal, pika e shkrirjes 1415°C. Siliconi është elementi i dytë më i bollshëm në Tokë pas oksigjenit, përmbajtja e tij në koren e tokës është 27.6% ndaj peshës.…… Enciklopedi moderne

Si (lat. Silicium * a. silicium, silic; n. Silizium; f. silicium; i. siliseo), kimik. element i grupit IV periodik. Sistemi Mendeleev, në. n. 14, në. m. 28,086. Në natyrë gjenden 3 izotope të qëndrueshme: 28Si (92.27), 29Si (4.68%), 30Si (3 ... Enciklopedia gjeologjike

Udhëzimet

Sistemi periodik është një "shtëpi" shumëkatëshe që përmban një numër të madh apartamentesh. Secili “qiramarrës” ose në banesën e tij nën një numër të caktuar, i cili është i përhershëm. Për më tepër, elementi ka një "mbiemër" ose emër, si oksigjen, bor ose azot. Përveç këtyre të dhënave, çdo "apartament" përmban informacione të tilla si masa atomike relative, të cilat mund të kenë vlera të sakta ose të rrumbullakosura.

Si në çdo shtëpi, ka "hyrje", përkatësisht grupe. Për më tepër, në grupe elementët janë të vendosur në të majtë dhe të djathtë, duke formuar. Varësisht nga cila anë ka më shumë, ajo anë quhet kryesore. Nëngrupi tjetër, në përputhje me rrethanat, do të jetë dytësor. Tabela gjithashtu ka "kate" ose pika. Për më tepër, periudhat mund të jenë të mëdha (të përbëhen nga dy rreshta) dhe të vogla (kanë vetëm një rresht).

Tabela tregon strukturën e një atomi të një elementi, secila prej të cilave ka një bërthamë të ngarkuar pozitivisht të përbërë nga protone dhe neutrone, si dhe elektrone të ngarkuar negativisht që rrotullohen rreth tij. Numri i protoneve dhe elektroneve është numerikisht i njëjtë dhe përcaktohet në tabelë nga numri serial i elementit. Për shembull, elementi kimik squfur është #16, prandaj do të ketë 16 protone dhe 16 elektrone.

Për të përcaktuar numrin e neutroneve (grimcat neutrale të vendosura gjithashtu në bërthamë), zbritni numrin atomik të tij nga masa atomike relative të elementit. Për shembull, hekuri ka një masë atomike relative 56 dhe një numër atomik 26. Prandaj, 56 – 26 = 30 protone për hekurin.

Elektronet janë të vendosura në distanca të ndryshme nga bërthama, duke formuar nivele elektronike. Për të përcaktuar numrin e niveleve elektronike (ose të energjisë), duhet të shikoni numrin e periudhës në të cilën ndodhet elementi. Për shembull, alumini është në periudhën e 3-të, prandaj do të ketë 3 nivele.

Me numrin e grupit (por vetëm për nëngrupin kryesor) mund të përcaktoni valencën më të lartë. Për shembull, elementët e grupit të parë të nëngrupit kryesor (litium, natrium, kalium, etj.) kanë një valencë prej 1. Prandaj, elementët e grupit të dytë (beriliumi, magnezi, kalciumi, etj.) do të kenë një valencë prej 2.

Ju gjithashtu mund të përdorni tabelën për të analizuar vetitë e elementeve. Nga e majta në të djathtë, vetitë metalike dobësohen dhe vetitë jometalike rriten. Kjo shihet qartë në shembullin e periudhës 2: fillon me natriumin e metalit alkalin, pastaj me magnezin e metalit alkaline tokësor, pas tij elementin amfoterik aluminin, pastaj me silikonin jometal, fosforin, squfurin dhe periudha përfundon me substanca të gazta. - klor dhe argon. Në periudhën e ardhshme vërehet një varësi e ngjashme.

Nga lart poshtë, vërehet gjithashtu një model - vetitë metalike rriten dhe vetitë jometalike dobësohen. Kjo është, për shembull, ceziumi është shumë më aktiv në krahasim me natriumin.

PËRKUFIZIM

Silikoni- elementi i katërmbëdhjetë i Tabelës Periodike. Emërtimi - Si nga latinishtja "silicium". E vendosur në periudhën e tretë, grupi IVA. I referohet jometaleve. Ngarkesa bërthamore është 14.

Siliconi është një nga elementët më të zakonshëm në koren e tokës. Ai përbën 27% (peshë) të pjesës së kores së tokës të arritshme për studimin tonë, duke u renditur e dyta në bollëk pas oksigjenit. Në natyrë, silikoni gjendet vetëm në përbërje: në formën e dioksidit të silikonit SiO 2, i quajtur anhidrid i silikonit ose silicë, në formën e kripërave të acideve silicike (silikate). Aluminosilikatet janë më të përhapurit në natyrë, d.m.th. silikate që përmbajnë alumin. Këtu bëjnë pjesë feldspatët, mikat, kaolinë, etj.

Ashtu si karboni, i cili është pjesë e të gjitha substancave organike, silikoni është elementi më i rëndësishëm i mbretërisë bimore dhe shtazore.

Në kushte normale, silikoni është një substancë gri e errët (Fig. 1). Duket si metal. Refraktore - pika e shkrirjes është 1415 o C. Karakterizohet nga fortësi e lartë.

Oriz. 1. Silic. Pamja e jashtme.

Masa atomike dhe molekulare të silikonit

Masa molekulare relative e një lënde (M r) është një numër që tregon se sa herë masa e një molekule të caktuar është më e madhe se 1/12 e masës së një atomi karboni, dhe masa atomike relative e një elementi (A r) është sa herë masa mesatare e atomeve të një elementi kimik është më e madhe se 1/12 e masës së një atomi karboni.

Meqenëse në gjendje të lirë silici ekziston në formën e molekulave Si monotomike, vlerat e masave të tij atomike dhe molekulare përkojnë. Janë të barabarta me 28.084.

Alotropia dhe modifikimet alotropike të silikonit

Siliconi mund të ekzistojë në formën e dy modifikimeve alotropike: në formë diamanti (kubik) (i qëndrueshëm) dhe në formë grafiti (i paqëndrueshëm). Silikoni i ngjashëm me diamantin është në gjendje agregate të ngurtë, dhe silikoni i ngjashëm me grafitin është në gjendje amorf. Ato gjithashtu ndryshojnë në pamjen dhe aktivitetin kimik.

Silikoni kristalor është një substancë gri e errët me një shkëlqim metalik, dhe silikoni amorf është një pluhur kafe. Modifikimi i dytë është më reaktiv se i pari.

Izotopet e silikonit

Dihet se në natyrë silikoni mund të gjendet në formën e tre izotopeve të qëndrueshme 28 Si, 29 Si dhe 30 Si. Numri i tyre masiv është përkatësisht 28, 29 dhe 30. Bërthama e një atomi të izotopit të silikonit 28 Si përmban katërmbëdhjetë protone dhe katërmbëdhjetë neutrone, dhe izotopet 29 Si dhe 30 Si përmbajnë të njëjtin numër protonesh, përkatësisht pesëmbëdhjetë dhe gjashtëmbëdhjetë neutrone.

Ekzistojnë izotopë artificialë të silikonit me numra masiv nga 22 në 44, ndër të cilët më jetëgjatësia është 32 Si me gjysmë jetëgjatësi prej 170 vjetësh.

Jonet e silikonit

Në nivelin e jashtëm të energjisë së atomit të silikonit ka katër elektrone, të cilat janë valente:

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

Si rezultat i ndërveprimit kimik, silici mund të heqë dorë nga elektronet e valencës, d.m.th. të jetë dhurues i tyre dhe të kthehet në një jon të ngarkuar pozitivisht, ose të pranojë elektrone nga një atom tjetër, d.m.th. të jetë një pranues dhe kthehet në një jon të ngarkuar negativisht:

Si 0 -4e → Si 4+;

Si 0 +4e → Si 4- .

Molekula dhe atomi i silikonit

Në gjendje të lirë, silici ekziston në formën e molekulave monotomike Si. Këtu janë disa veti që karakterizojnë atomin dhe molekulën e silikonit:

Lidhjet e silikonit

Siliconi përdoret në metalurgji. Ai shërben si një përbërës i shumë lidhjeve. Më të rëndësishmet prej tyre janë lidhjet me bazë hekuri, bakri dhe alumini.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

SHEMBULL 2

• Emërtimi - Si (Silicon);
• Periudha - III;
• Grupi - 14 (IVa);
• Masa atomike - 28,0855;
• Numri atomik - 14;
• Rrezja atomike = 132 pm;
• Rrezja kovalente = 111 pm;
• Shpërndarja e elektroneve - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• temperatura e shkrirjes = 1412°C;
• pika e vlimit = 2355°C;
• Elektronegativiteti (sipas Pauling/sipas Alpred dhe Rochow) = 1,90/1,74;
• Gjendja e oksidimit: +4, +2, 0, -4;
• Dendësia (nr.) = 2,33 g/cm3;
• Vëllimi molar = 12,1 cm 3 /mol.

Përbërjet e silikonit:

Siliconi u izolua për herë të parë në formën e tij të pastër në 1811 (francezët J. L. Gay-Lussac dhe L. J. Tenard). Siliconi i pastër elementar u mor në 1825 (suedez J. J. Berzelius). Elementi kimik mori emrin e tij "silicon" (përkthyer nga greqishtja e lashtë si mal) në 1834 (kimisti rus G. I. Hess).

Silici është elementi kimik më i zakonshëm (pas oksigjenit) në Tokë (përmbajtja në koren e tokës është 28-29% ndaj peshës). Në natyrë, silici është më shpesh i pranishëm në formën e silicës (rërë, kuarc, strall, feldspat), si dhe në silikate dhe aluminosilikat. Në formën e tij të pastër, silikoni është jashtëzakonisht i rrallë. Shumë silikate natyrore në formën e tyre të pastër janë gurë të çmuar: smeraldi, topaz, aquamari - e gjithë kjo është silikon. Oksidi i pastër kristalor i silikonit (IV) shfaqet në formën e kristalit shkëmbor dhe kuarcit. Oksidi i silikonit, i cili përmban papastërti të ndryshme, formon gurë të çmuar dhe gjysmë të çmuar - ametist, agat, diaspër.

Oriz. Struktura e atomit të silikonit.

Konfigurimi elektronik i silikonit është 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (shih Struktura elektronike e atomeve). Në nivelin e jashtëm të energjisë, silici ka 4 elektrone: 2 të çiftuara në nënnivelin 3s + 2 të paçiftuara në orbitale p. Kur një atom silikoni kalon në një gjendje të ngacmuar, një elektron nga nënniveli s "largohet" nga çifti i tij dhe lëviz në nënnivelin p, ku ka një orbital të lirë. Kështu, në gjendje të ngacmuar, konfigurimi elektronik i atomit të silikonit merr formën e mëposhtme: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Oriz. Kalimi i një atomi silikoni në një gjendje të ngacmuar.

Kështu, silikoni në komponimet mund të shfaqë një valencë prej 4 (më shpesh) ose 2 (shih Valenca). Silici (si dhe karboni), duke reaguar me elementë të tjerë, formon lidhje kimike në të cilat ai mund të heqë dorë nga elektronet e tij dhe t'i pranojë ato, por aftësia për të pranuar elektrone në atomet e silikonit është më pak e theksuar sesa në atomet e karbonit, për shkak të silikonit më të madh. atom.

Gjendjet e oksidimit të silikonit:

• -4 : SiH 4 (silan), Ca 2 Si, Mg 2 Si (silikate metalike);
• +4 - më të qëndrueshme: SiO 2 (oksid silikoni), H 2 SiO 3 (acid silicik), silikate dhe halogjene të silikonit;
• 0 : Si (substancë e thjeshtë)

Silikoni si një substancë e thjeshtë

Silikoni është një substancë kristalore gri e errët me një shkëlqim metalik. Silic kristalorështë një gjysmëpërçues.

Siliconi formon vetëm një modifikim alotropik, të ngjashëm me diamantin, por jo aq i fortë, pasi lidhjet Si-Si nuk janë aq të forta sa në molekulën e karbonit të diamantit (Shih Diamantin).

Silic amorf- pluhur kafe, me pikë shkrirjeje 1420°C.

Silici kristalor fitohet nga silikoni amorf me anë të rikristalizimit. Ndryshe nga silikoni amorf, i cili është një kimikat mjaft aktiv, silikoni kristalor është më inert për sa i përket ndërveprimit me substanca të tjera.

Struktura e rrjetës kristalore të silikonit përsërit strukturën e diamantit - secili atom është i rrethuar nga katër atome të tjera të vendosura në majat e një katërkëndëshi. Atomet mbahen së bashku me lidhje kovalente, të cilat nuk janë aq të forta sa lidhjet e karbonit në diamant. Për këtë arsye edhe në nr. Disa lidhje kovalente në silikon kristalor janë thyer, duke rezultuar në lirimin e disa elektroneve, duke bërë që silikoni të ketë pak përçueshmëri elektrike. Me ngrohjen e silikonit, në dritë ose kur shtohen disa papastërti, rritet numri i lidhjeve kovalente të prishura, si rezultat i të cilave rritet numri i elektroneve të lira, dhe për rrjedhojë rritet edhe përçueshmëria elektrike e silikonit.

Vetitë kimike të silikonit

Ashtu si karboni, silikoni mund të jetë edhe një agjent reduktues dhe një agjent oksidues, në varësi të substancës me të cilën reagon.

Në nr. silikoni ndërvepron vetëm me fluorin, gjë që shpjegohet nga rrjeta mjaft e fortë kristalore e silikonit.

Silici reagon me klorin dhe bromin në temperatura mbi 400°C.

Silici ndërvepron me karbonin dhe azotin vetëm në temperatura shumë të larta.

• Në reaksionet me jometalet, silici vepron si agjent reduktues:
  • në kushte normale, nga jometalet, silikoni reagon vetëm me fluorin, duke formuar halid silikoni:
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • në temperatura të larta, silikoni reagon me klorin (400°C), oksigjenin (600°C), azotin (1000°C), karbonin (2000°C):
    • Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - halid silikoni;
    • Si + O 2 = SiO 2 - oksid silikoni;
    • 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - nitrid silikoni;
    • Si + C = SiC - karborund (karabit silikoni)
• Në reaksionet me metalet, silikoni është agjent oksidues(formuar salicidet:
  Si + 2Mg = Mg 2Si
• Në reaksionet me tretësirat e përqendruara të alkaleve, silikoni reagon me çlirimin e hidrogjenit, duke formuar kripëra të tretshme të acidit silicik, të quajtura silikate:
  Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
• Silici nuk reagon me acide (përveç HF).

Përgatitja dhe përdorimi i silikonit

Marrja e silikonit:

• në laborator - nga silicë (terapi me alumin):
  3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
• në industri - nga reduktimi i oksidit të silikonit me koks (silikon teknikisht i pastër) në temperaturë të lartë:
  SiO 2 + 2C = Si + 2CO
• Silikoni më i pastër përftohet duke reduktuar tetrakloridin e silikonit me hidrogjen (zink) në temperaturë të lartë:
  SiCl 4 +2H 2 = Si+4HCl

Aplikimi i silikonit:

• prodhimi i radioelementeve gjysmëpërçues;
• si aditivë metalurgjikë në prodhimin e përbërjeve rezistente ndaj nxehtësisë dhe acideve;
• në prodhimin e fotocelave për bateritë diellore;
• si ndreqës AC.