Silicium: ansøgning, kemiske og fysiske egenskaber

En af de mest almindelige elementer i naturen - det er silicium eller silicium.Denne brede fordeling indikerer vigtigheden og betydningen af denne sag.Det er hurtigt forstået og lærte folk, der lærte at udnytte silicium.Dens anvendelse er baseret på de særlige egenskaber, som vi vil tale videre.

Silicon - et grundstof

Hvis du giver en beskrivelse af denne vare om situationen i det periodiske system, er det muligt at udpege de følgende vigtige punkter:

serienummer - 14.
periode - den tredje fyr.
Group - IV.
undergruppe - det vigtigste.
struktur af den ydre elektron skallen er givet ved 3s23p2.
silicium element er et kemisk symbol Si, der udtales "Silicium".
oxidationstrin, som det udviser: -4;2;4.
valensen af et atom er lig med IV.
atommasse af silicium er lig med 28,086.
I naturen er der tre stabile isotoper af grundstoffet med masse numre 28, 29 og 30.

Således, en silicium atom fra et kemisk synspunkt - bare studeret de elementer, der er beskrevet en række forskellige egenskaber.

historie opdagelse

Siden selve karakteren af de populære og masse indhold er forskellige forbindelser af grundstoffet, siden oldtiden, folk bruges til at vide om de egenskaber og navnene på mange af dem.Ren silicium er længe holdt ud over grænserne for menneskelig viden i kemi.

mest populære stoffer, der blev brugt i hverdagen og industri folk af gamle kulturer (egyptere, romere, kinesisk, gamle russere, persere og andre) var dyrebare og halvædelsten baseret på siliciumoxid.Disse omfatter:

opal;
rhinestone;
topas;
Krysopras;
onyx;
calcedon og andre.

også gjort brug af gamle kvarts og kvartssand i byggebranchen.Men den elementært silicium forblev uløst indtil det XIX århundrede, selv om mange forskere har forgæves forsøgt at skelne det fra forskellige forbindelser, hjælp og katalysatorer, og høje temperaturer, og endda elektricitet.Det er de lyse hoveder som:

Carl Scheele;
Gay-Lussac;
Tenar;
Humphry Davy;
Antoine Lavoisier.

udføre med succes få silicium i en ren form lykkedes Jens Jacobs Berzelius i 1823.For dette, han udført eksperimenter på smeltet silica og fluor kalium damp metal.Som et resultat, en amorf modifikation af elementet.Den samme videnskabsmand blev inviteret til at åbne det latinske navn for atomet.

Endnu senere, i 1855, en anden forsker - Sainte-Claire Deville - lykkedes at syntetisere en række forskellige allotropes - krystallinsk silicium.Da kendskab til dette element og dets egenskaber er blevet meget hurtigt genopfyldes.Folk har indset, at det har unikke funktioner, der kunne meget vel bruges til at opfylde deres egne behov.Derfor i dag en af de mest populære elementer i elektronik og teknologi - er silicium.Anvende det kun udvider sine grænser hvert år.

atom gav navnet på den russiske videnskabsmand Hess i 1831.Det er det fast til denne dag.

Content

i naturen i form af naturlig silicium er kun overgået ilt.Procentvise forekomst i sammenligning med andre atomer i sammensætningen af skorpen - 29,5%.Desuden carbon og silicium - to specifikke elementer i stand til at konfigurere kredsløb, der forbinder med hinanden.Det er grunden til den sidste er mere end 400 forskellige naturlige mineraler, som en del af som han fandt i litosfæren, hydrosfæren og biomasse.

Hvor præcist er indeholdt silicium?

i dybere jordlag.
i klipper, reservoirer og arrays.
I bunden af vandområder, især havene.
i planter og marine liv i dyreriget.
Hos mennesker og dyr jord.

kan udpege nogle af de mest almindelige mineraler og sten, hvoraf en del er til stede i en lang række af silicium.Kemi dem er således, at indholdet af rene element vægt deri når 75%.Men det specifikke antal afhænger af den type materiale.Så sten og mineraler, der indeholder silicium:

feldspars;
glimmer;
amfibol;
skændsel;
chalcedony;
silikater;
sandsten;
aluminiumsilicater;
ler og andre.

Akkumulerende i skaller og exoskeletons marine dyr, silicium danner en potent med tidsindskud silica i bunden af damme.Dette er en af de naturlige kilder til dette element.

Desuden blev det konstateret, at Silicium kan eksistere i ren native form - i form af krystaller.Men sådanne indskud er meget sjældne.

fysiske egenskaber af silicium

Hvis du giver en karakteristik af det element i det sæt af fysiske og kemiske egenskaber, først og fremmest er det nødvendigt at udpege de fysiske parametre.Her er et par grundlæggende:

findes i to allotrope modifikationer - amorf og krystallinsk, som afviger på alle ejendomme.
Krystallinsk meget lig den af diamant, fordi kul og silicium i denne henseende er næsten identiske.Men afstanden mellem atomerne i forskellige (fra silicium mere), så diamanten er meget sværere og mere holdbart.Type gitter - face-centreret kubisk.
stof er meget sprødt ved høje temperaturer bliver bøjelig.
Smeltepunktet er 1415˚S.
Kogepunkt - 3250˚S.
sagen tæthed - 2,33 g / cm3.
color forbindelser - sølvgrå, udtrykte den karakteristiske metalglans.
har gode halvledende egenskaber, som er i stand til at blive varieret med tilsætning af visse stoffer.
ikke opløseligt i vand, organiske opløsningsmidler og syrer.
Specielt opløseligt i alkalier.

repræsentation af fysiske egenskaber af silicium tillade folk at styre det, og bruges til at skabe en række forskellige produkter.For eksempel, baseret på egenskaberne semiconductivity anvendelse i elektronikken silicium.

Kemiske egenskaber Kemiske egenskaber af silicium er meget afhængige af reaktionsbetingelserne.Hvis vi taler om det rene stof ved standard indstillinger, du har brug for at udpege en meget lav aktivitet.Både krystallinsk og amorf silicium er meget inert.Må ikke interagerer med nogen stærke oxidationsmidler (undtagen fluor), eller med stærke reduktionsmidler.

Dette skyldes det faktum, at overfladen af materialet umiddelbart dannede oxidfilm SiO2, hvilket hindrer yderligere samarbejde.Det er i stand til at blive dannet under påvirkning af vand, luft og dampe.

Hvis du ændrer standard vilkår og betingelser og gøre opvarmning af silicium til en temperatur over 400'erne, er dens reaktivitet stærkt forøget.I dette tilfælde vil det reagere med:

oxygen;
alle former for halogen;
hydrogen.

Ved højere temperaturer, dannelsen af produkter ved omsætning med bor, nitrogen og carbon.Af særlig betydning er siliciumcarbid - SiC, da det er en god slibemiddel.

kemiske egenskaber af silicium er også tydeligt ses i reaktioner med metaller.Ifølge dem er det et iltningsmiddel, så produkterne kaldes silicidbelægning.Det er kendt for sådanne forbindelser:

alkaliske;
alkalisk;
overgangsmetaller.

usædvanlige egenskaber har en forbindelse opnået ved at legere af jern og silicium.Det bærer navnet på ferrosilicium keramik og anvendt med succes i branchen.

Med komplekse stoffer reagerer silicium ikke kommer, så alle deres art er i stand til at opløse kun:

kongevand (en blanding af salpetersyre og saltsyre);
ætsende alkalier.

temperatur opløsning bør ikke være mindre end 60 ° C.Alt dette bekræfter en fysisk basis af stoffet - diamantlignende stabilt krystalgitter, giver det styrke og inerti.

Metoder til fremstilling

af silicium i sin reneste form - processen er temmelig dyre omkostninger.Desuden, i kraft af sine egenskaber enten metode giver kun 90-99% rent produkt som en urenhed i form af metal og kulstof forblive stille.Så bare for at få nok materiale.Det bør også kvalitativt fri af fremmede elementer.

Generelt er produktionen af silicium udført på to måder:

af hvidt sand, som er en ren silica SiO2.Efter opvarmning med aktive metaller (normalt magnesium) er udformet som et frit element i den amorfe modifikation.Renheden af denne metode er høj, opnås produktet med et udbytte på 99,9 procent.
mere almindelige metode i industriel skala - en sintring smelte sand med koks i specialiserede termiske ovne.Denne metode blev udviklet af russiske videnskabsmænd NN Beketov

Yderligere behandling er udsat for produkter rengøringsmetoder.Til dette formål, syrer eller halogener (chlor, fluor).

amorf silicium

Feature silicium ville være ufuldstændig, hvis du ikke overveje særskilt hver af sine allotrope modifikationer.Den første af dem - er amorft.I denne tilstand, vi undersøger stoffet er et pulver brun-brun, fint.Er stærkt hygroskopisk, udviser en tilstrækkelig høj reaktivitet ved opvarmning.Under standardbetingelser, er i stand til kun at kommunikere med stærke oxidationsmidler - fluor.

Kald det en slags amorf silicium krystal ikke er helt korrekt.Dens gitter indikerer, at stoffet - det er kun en form af fine silicium eksistere i form af krystaller.Derfor, som sådan disse ændringer - det samme stof.

Men deres egenskaber varierer, så at sige om allotropy.I sig selv, den amorfe silicium har en høj evne svetopoglotitelnoy.Desuden under visse omstændigheder kan denne indikator er meget hurtigere end fra en tilsvarende krystallinsk form.Derfor bruges det til tekniske formål.I denne form er (pulver) forbindelse let anvendes på enhver overflade, hvad enten det er plast eller glas.Derfor er det bekvemt at anvende amorft silicium.Ansøgningen er baseret på fremstilling af sol batterier i forskellige størrelser.

Selv om denne type batteri slid temmelig hurtigt, på grund af slid af tynde filmmateriale, men brugen af og efterspørgsel vokser kun.Selv i en kort levetid på solceller baseret på amorf silicium er i stand til at levere energi til hele virksomheden.Udover fremstilling af sådant materiale uden spild, hvilket gør det meget økonomisk.

sådan modifikation opnås ved reduktion af forbindelser med aktive metaller, fx natrium eller magnesium.

krystallinsk silicium

sølvgrå strålende modifikation af elementet.Det er denne formular er den mest almindelige og mest populære.Dette skyldes en række af høj kvalitet, der har egenskaber stoffet.

Feature silicium krystalgitter indeholder klassificeringen af sine arter, som flere af dem:

elektronisk kvalitet - den reneste og mest høj kvalitet.Det er den art, der anvendes i elektronik til at bygge meget følsomme instrumenter.
sol klasse.Navnet selv definerer det område brug.Det er også ret høj renhed silicium, hvis anvendelse er nødvendigt at skabe en høj kvalitet og langvarige solpaneler.Fotoelektriske omformere, der er baseret på præcis krystalstrukturen, bedre og mere slidbestandigt end dem, der foretages ved hjælp af den amorfe modifikation af sprøjtning på forskellige typer underlag.
af silicium.I denne form for stoffer, som de prøver, der indeholder ca. 98% ren element.Resten går til forskellige former for urenheder:

bor;
aluminium;
chlor;
kulstof;
fosfor og andre.

Sidste række at det pågældende stof anvendes til at fremstille polykrystallinsk silicium.For at udføre fremgangsmåden ifølge omkrystallisation.Som et resultat, er renheden af sådanne produkter fremstillet, som kan tilhøre gruppen af sol og elektronisk kvalitet.

Af natur polysilicium - er et mellemprodukt mellem amorf og krystallinsk modifikation.Med denne mulighed er lettere at arbejde, er det bedre at være genanvendeligt og rengøring fluor og chlor.

produkter, der resulterer kan kategoriseres som:

multisilicon;
enkelt krystal;
formede krystaller;
silicium skrot;
teknisk silicium;
affaldsprodukter i form af fragmenter og stumper af materiale.

Hver enkelt af dem anvendes i industrien og bruges af en person helt.Derfor produktionsprocesserne i forbindelse med silicium, anses for at være nul affald.Dette reducerer sin økonomiske omkostninger, mens ikke påvirker kvaliteten.

brug af ren silicium

produktion af silicium i branchen er veletableret, og dens omfang er ganske omfangsrigt.Dette skyldes det faktum, at dette element er ren, og i form af forskellige forbindelser, er udbredt og efterspørgsel i de forskellige områder af videnskab og teknologi.

Hvor er hjælp krystallinsk og amorf silicium i sin reneste form?

I metallurgi som en legering tilføjelse, evnen til at ændre egenskaberne for metaller og legeringer.Således bruges det i smeltning af stål og støbejern.
Forskellige slags ting foregår fremstilling renere mulighed - polysilicium.
siliciumforbindelser med organiske stoffer - er en kemisk industri, som var særligt populære i dag.Organiske materialer anvendes i medicin, til fremstilling af redskaber, instrumenter og mere.
Produktion af forskellige solceller.Denne metode til energiproduktion er en af de mest lovende i fremtiden.Miljøvenlige, omkostningseffektiv og slidstærkt - de største fordele ved en sådan elektricitet.
Silicon lightere, der anvendes i lang tid.Selv i oldtiden folk brugte flint gnist for antændelse af brand.Dette princip er grundlaget for produktion af forskellige typer af lightere.I dag er der arter, hvor flint er erstattet af en legering af konkret sammensætning, der giver endnu mere hurtige resultater (gnistdannelse).
Elektronik og solenergi.
Manufacturing zerkalets i gas laser enheder.

Således ren silicium har en masse fordelagtige og særlige funktioner, der gør det muligt at bruge det til at skabe vigtige og relevante produkter.

Anvendelsen af siliciumforbindelser

tilsætning af en simpel stof anvendes og forskellige siliciumforbindelser og meget bredt.Der er en hel industri, der kaldes silikat.Den er baseret på brugen af forskellige stoffer, der omfatter denne awesome element.Hvad er forbindelsen, og som er produceret?

kvarts eller flod sand - SiO2.Anvendes til fremstilling af sådanne dekorative og byggematerialer såsom cement og glas.Hvor er disse materialer er velkendt.Ingen konstruktion er ikke komplet uden disse komponenter, hvilket bekræfter betydningen af silicium forbindelser.
Silikat keramik, som omfatter materialer som fajance, porcelæn, mursten og produkter baseret på dem.Disse komponenter anvendes i medicin, i fremstillingen af service, dekorationer, husholdningsartikler, byggeri og andre boligområder i menneskelig aktivitet.
Silikoner - silikoner, silica, silikone olie.