Silicium: toepassing, chemische en fysische eigenschappen

Een van de meest voorkomende elementen in de natuur - het silicium of silicium.Deze wijde verspreiding geeft het belang en de betekenis van deze kwestie.Het wordt snel begrepen en geleerde mensen die geleerd hoe te profiteren van de silicium.Het gebruik ervan is gebaseerd op de speciale eigenschappen die we verder praten.

Silicon - een chemisch element

Als u een beschrijving van dit item over de situatie in het periodiek systeem te geven, is het mogelijk om de volgende belangrijke punten te wijzen:

1. serienummer - 14.
2. periode - de derde man.
3. Groep - IV.
4. subgroep - het belangrijkste.
5. structuur van de buitenste elektronenschil wordt gegeven door 3s23p2.
6. silicium element is een chemisch symbool Si, die wordt uitgesproken als "Silicium".
7. oxidatietoestand die vertoont: -4;2;4.
8. valentie van een atoom gelijk aan IV.
9. atomaire massa van silicium is gelijk aan 28,086.
10. In de natuur zijn er drie stabiele isotopen van het element met massagetallen 28, 29 en 30.

dus een siliciumatoom vanuit een chemisch oogpunt - bestudeerde alleen de elementen beschreef een verschillende eigenschappen.

Geschiedenis van de ontdekking

Omdat de aard van de populaire en massale inhoud verschillende verbindingen van het element, sinds de oudheid, mensen gebruikt om te weten over de eigenschappen en de namen van veel van hen.Zuiver silicium is bleef lange tijd buiten de grenzen van de menselijke kennis in de chemie.

populairste verbindingen die werden gebruikt in het dagelijks leven en de industrie mensen van oude culturen (Egyptenaren, Romeinen, Chinees, oude Russen, Perzen en anderen) waren edelstenen en half-edelstenen op basis van siliciumoxide.Deze omvatten:

• opaal;
• strass;
• topaas;
• chrysopraas;
• onyx;
• chalcedoon en anderen.

gebruik van oude kwarts en kwartszand maakte ook in de bouw.Echter, de elementair silicium bleef onopgelost tot de negentiende eeuw, hoewel veel wetenschappers hebben tevergeefs geprobeerd om het te onderscheiden van verschillende verbindingen, gebruiken en katalysatoren, en hoge temperaturen, en zelfs elektriciteit.Dit zijn de knappe koppen als:

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

uit te voeren met succes te verkrijgen silicium in een zuivere vorm slaagde Jens Jacobs Berzelius in 1823.Daarvoor voerde hij experimenten op fused silica en fluoride damp kalium metaal.Dientengevolge, een amorfe modificatie van het element.Dezelfde wetenschapper werd uitgenodigd om de Latijnse naam te openen voor het atoom.

Nog later, in 1855, een andere wetenschapper - Sainte-Claire Deville - in geslaagd om een ​​verscheidenheid van verschillende allotropen synthetiseren - kristallijn silicium.Omdat kennis van dit element en de eigenschappen ervan worden zeer snel bijgevuld.Mensen hebben gerealiseerd dat het heeft unieke eigenschappen die heel goed kunnen worden gebruikt om hun eigen behoeften te voldoen.Daarom is vandaag de dag een van de meest populaire elementen in de elektronica en technologie - is silicium.Toepast breidt alleen de grenzen per jaar.

atoom gaf de naam van de Russische wetenschapper Hess in 1831.Dat is het vast aan deze dag.

Content

in de natuur in termen van natuurlijke silicium is de tweede alleen voor zuurstof.Het percentage vergeleken met andere atomen in de samenstelling van de korst - 29,5%.Bovendien, koolstof en silicium - twee specifieke elementen kunnen configureren circuit, met elkaar te verbinden.Daarom is de laatste zijn meer dan 400 verschillende natuurlijke mineralen als onderdeel waarvan hij in de lithosfeer, hydrosfeer en biomassa.

Waar precies is opgenomen silicium?

1. in diepere bodemlagen.
2. in rotsen, reservoirs en arrays.
3. Aan de onderkant van de organen van het water, in het bijzonder de oceanen en zeeën.
4. in planten en het mariene leven in het dierenrijk.
5. Bij mensen en landdieren.

kunnen enkele van de meest voorkomende mineralen en gesteenten, waarvan een gedeelte aanwezig is in een groot aantal silicium duiden.Chemie ervan is zodanig dat het gehalte van zuivere element daarin bereikt 75%.Het specifieke aantal is afhankelijk van het soort materiaal.Dus, stenen en mineralen die silicium:

• veldspaat;
• mica;
• amfibool;
• schande;
• chalcedoon;
• silicaten;
• zandsteen;
• aluminiumsilicaten;
• klei en anderen.

Accumuleren in schelpen en exoskeletten van zeedieren, silicium vormt een krachtige met termijndeposito's van silica op de bodem van de vijvers.Dit is een van de natuurlijke bronnen van dit element.

Voorts werd gevonden dat Silicium kan in zuivere natuurlijke vorm - in de vorm van kristallen.Maar dergelijke deposito's zijn zeer zeldzaam.

fysische eigenschappen van silicium

Als u een karakterisering van het element van het stel fysische en chemische eigenschappen, allereerst is het nodig om de fysische parameters duiden.Hier zijn een paar fundamentele:

1. bestaat in twee allotropic wijzigingen - amorfe en kristallijne, die verschillen in alle eigenschappen.
2. Kristallijn zeer vergelijkbaar met die van diamant, aangezien koolstof en silicium in dit opzicht vrijwel identiek.De afstand tussen de atomen van verschillende (van silicium meer), zodat de diamant is veel harder en duurzamer.Type rooster - face-centered cubic.
3. stof is zeer broos bij hoge temperaturen wordt plooibaar.
4. Het smeltpunt is 1415˚S.
5. Kookpunt - 3250˚S.
6. materiedichtheid - 2,33 g / cm3.
7. kleur verbindingen - zilvergrijs, sprak de karakteristieke metaalglans.
8. goede halfgeleidende eigenschappen, die kunnen worden gevarieerd door toevoeging van bepaalde middelen.
9. niet oplosbaar in water, organische oplosmiddelen en zuren.
10. Specifiek oplosbaar in alkaliën.

voorstelling van fysische eigenschappen van silicium kunnen mensen beheren, en gebruikt om een ​​verscheidenheid van producten.Bijvoorbeeld, op basis van de eigenschappen half-geleiding gebruikt voor elektronische silicium.

Chemische eigenschappen Chemische eigenschappen van silicium zijn erg afhankelijk van de reactie omstandigheden.Als we praten over de zuivere stof bij standaard instellingen, moet je een zeer lage activiteit wijzen.Zowel kristallijn en amorf silicium zijn zeer inert.Geen interactie met enig sterk oxiderende middelen (met uitzondering van fluor) of met sterke reductiemiddelen.

Dit vanwege het feit dat het oppervlak van het materiaal onmiddellijk gevormde oxidefilm SiO2, welke verdere samenwerking belemmert.Het kan onder invloed van water, lucht en dampen te vormen.

Als u de algemene voorwaarden te veranderen en het verwarmen van het silicium tot een temperatuur boven 400S, is de reactiviteit sterk toegenomen.In dit geval zal het reageren met:

• zuurstof;
• allerlei halogeen;
• waterstof.

Bij hogere temperaturen de vorming van producten door reactie met borium, stikstof en koolstof.Van bijzonder belang is het siliciumcarbide - SiC, omdat het een goed schuurmiddel.

chemische eigenschappen van silicium zijn ook duidelijk te zien in reacties met metalen.Volgens hen is een oxidatiemiddel, zodat de producten silicide genoemd.Het is bekend om dergelijke verbindingen:

• alkalische;
• alkalische;
• overgangsmetalen.

ongebruikelijke eigenschappen heeft een verbinding verkregen door het legeren van ijzer en silicium.Het draagt ​​de naam van ferrosilicium keramiek en in de industrie met succes toegepast.

Bij complexe stoffen reageren van silicium niet komt, dus al hun soorten kan slechts lossen:

• aqua regia (een mengsel van salpeterzuur en zoutzuur);
• caustische logen.

De temperatuur van de oplossing mag niet minder dan 60 ° CDit alles bevestigt een fysieke basis van de stof - diamant-stabiel kristalrooster, waardoor het kracht en inertie.

Methoden voor het produceren

van silicium in zijn puurste vorm - het proces is vrij dure kosten.Bovendien, vanwege zijn eigenschappen beide methoden geeft slechts 90-99% zuiver product als een onzuiverheid in de vorm van metaal en koolstof nog steeds.Dus gewoon om genoeg materiaal te krijgen.Het moet ook kwalitatief vrij van vreemde elementen.

1. van wit zand, dat is een zuiver silica SiO2:

   In het algemeen is de productie van silicium wordt uitgevoerd op twee manieren worden uitgevoerd.Na te verhitten met actieve metalen (meestal magnesium) is gevormd als een vrij element in de amorfe modificatie.De zuiverheid van deze methode is hoog, het product wordt verkregen met een opbrengst van 99,9 procent.

2. meer voorkomende methode op industriële schaal - een sinteren smelten zand met coke in gespecialiseerde thermische ovens.Deze methode werd ontwikkeld door Russische wetenschappers NN Beketov

Verdere behandeling is de blootstelling aan producten reinigingsmethoden.Hiervoor zuren of halogenen (chloor, fluor).

amorf silicium

Feature silicium zou onvolledig zijn als je niet afzonderlijk overwegen elk van zijn allotropic wijzigingen.De eerste daarvan - amorf.In deze staat, we onderzoeken de stof is een poeder bruin-bruin, prima.Is sterk hygroscopisch, vertoont een voldoende hoge reactiviteit bij verwarming.Onder normale omstandigheden, is in staat om alleen communiceren met sterk oxiderende stoffen - fluor.

Noem het een soort van amorf silicium kristal is niet helemaal correct.Het grille geeft aan dat de stof - het slechts een vorm van fijne silicium bestaande in de vorm van kristallen.Daarom, als zodanig deze wijzigingen - dezelfde samenstelling.

Echter, hun eigenschappen veranderen, om zo te zeggen over allotropie.Op zichzelf het amorf silicium een ​​hoge capaciteit svetopoglotitelnoy.Daarnaast, onder bepaalde omstandigheden, deze indicator is veel sneller dan een soortgelijke kristallijne vorm.Daarom wordt voor technisch gebruik.In deze vorm (poeder) verbinding gemakkelijk op elk oppervlak, of het plastic of glas.Daarom is het handig om amorf silicium.De aanvraag is gebaseerd op de productie van zonnebatterijen van verschillende grootte.

Hoewel dit type batterij dragen vrij snel, als gevolg van de slijtage van de dunne film materiaal, maar het gebruik van en de vraag wordt alleen maar groter.Zelfs in een korte levensduur van zonnecellen op basis van amorf silicium kunnen energie aan de gehele onderneming.Naast de productie van dergelijk materiaal zonder verspilling, waardoor het zeer voordelig maakt.

dergelijke modificatie verkregen door reductie van verbindingen met actieve metalen, bijvoorbeeld natrium of magnesium.

kristallijn silicium

zilvergrijze briljante modificatie van het element.Het is deze vorm is de meest voorkomende en meest populair.Dit komt door een reeks hoogwaardige eigenschappen die de stof heeft.

Feature silicium kristalrooster omvat de indeling van de soorten, zoals een aantal van hen:

1. elektronische kwaliteit - de zuiverste en meest hoge kwaliteit.Dit is het soort gebruikt in de elektronica te bouwen zeer gevoelige instrumenten.
2. solar grade.De naam zelf omschrijft het gebied van het gebruik.Het is ook vrij hoog zuiver silicium, waarvan het gebruik noodzakelijk is om een ​​hoge kwaliteit en langlopende zonnepanelen maken.Foto-elektrische omzetters die zijn gebaseerd op precies de kristalstructuur, beter en slijtvaster dan die met de amorfe modificatie door spuiten op verschillende soorten ondergrond.
3. van silicium.In dit soort stoffen van deze monsters, die ongeveer 98% zuiver element.De rest gaat naar de verschillende soorten onzuiverheden:

• boor;
• aluminium;
• chloor;
• koolstof;
• fosfor en anderen.

Laatste verscheidenheid van de stof in kwestie wordt gebruikt om polykristallijn silicium produceren.Voor het uitvoeren van de werkwijze van rekristallisatie.Dientengevolge, de zuiverheid van dergelijke produkten worden verkregen, die behoren tot de groep van zonne-en elektronische kwaliteit.

van nature polysilicium - is een intermediair tussen amorfe en kristallijne modificatie.Met deze optie is gemakkelijker te werken, is het beter recycleerbaar en reiniging fluor en chloor zijn.

producten die het gevolg kunnen worden gecategoriseerd als:

• multisilicon;
• single crystal;
• vormige kristallen;
• silicium schroot;
• technische silicium;
• afvalstoffen in de vorm van fragmenten en stukjes materiaal.

Elk van hen wordt gebruikt in de industrie en wordt gebruikt door een persoon volledig.Daarom is de productie processen met betrekking tot silicium, worden beschouwd als nul afval.Dit vermindert aanzienlijk de economische kosten, terwijl geen invloed op de kwaliteit.

gebruik van zuiver silicium

productie van silicium in de industrie is goed ingeburgerd, en de omvang ervan is vrij omvangrijk.Dit komt door het feit dat dit element schoon en in de vorm van verschillende verbindingen, wijdverbreid en aanbod in de verschillende gebieden van wetenschap en techniek.

Waar is het gebruik van kristallijn en amorf silicium in zijn zuiverste vorm?

1. In de metallurgie als legeringselement bovendien de mogelijkheid om de eigenschappen van metalen en legeringen daarvan veranderen.Aldus wordt gebruikt bij het smelten van staal en gietijzer.
2. Verschillende soorten spullen gaat de productie van schonere optie - polysilicium.
3. verbindingen van silicium met organische stoffen - is een chemische industrie, die vandaag de dag was bijzonder populair.Organosilicium materialen gebruikt in de geneeskunde, bij de vervaardiging van gebruiksvoorwerpen, instrumenten en meer.
4. Productie van verschillende zonnecellen.Deze methode van energieproductie is een van de meest veelbelovende in de toekomst.Eco-vriendelijke, kosteneffectieve en slijtvast - de belangrijkste voordelen van dergelijke elektriciteit.
5. Silicon aanstekers gebruikt voor een lange tijd.Zelfs in de oudheid gebruikte men de vuursteen vonk voor het ontsteken van het vuur.Dit principe is de basis voor de productie van verschillende soorten aanstekers.Vandaag zijn er soorten waarvan de vuursteen vervangen door een legering van bepaalde samenstelling en daarbij nog snellere resultaten (vonkvorming).
6. Elektronica en zonne-energie.
7. Manufacturing zerkalets in gaslaser apparaten.

Zo zuiver silicium heeft veel voordelige en speciale functies die het mogelijk maken om het te gebruiken om belangrijke en relevante producten te creëren.

Het gebruik van siliciumverbindingen

toevoeging van een eenvoudige substantie gebruikt waarbij verschillende siliciumverbindingen en zeer sterk.Er is een hele industrie, de zogenaamde silicaat.Het is gebaseerd op het gebruik van verschillende stoffen die dit ontzagwekkende punt bevatten.Wat is het verband, en die worden geproduceerd?

1. kwarts of rivierzand - SiO2.Gebruikt voor deze decoratieve en bouwmaterialen zoals cement en glas.Waar zijn deze materialen is bekend.Geen constructie is niet compleet zonder deze onderdelen, waarin het belang van siliciumverbindingen bevestigt.
2. silicaat keramiek, welke materialen zoals aardewerk, porselein, steen en producten op basis van hen omvat.Deze componenten worden toegepast in de geneeskunde, bij de vervaardiging van vaatwerk, decoraties, huishoudelijke artikelen, bouw en andere woonwijken van menselijke activiteit.
3. Siliconen - siliconen, silica, siliconenolie.