En av de vanligaste elementen i naturen - det är kisel eller kisel.Denna bred distribution anger vikten och betydelsen av denna fråga.Det är snabbt förstås och lärde sig människor som lärt sig att utnyttja kisel.Dess användning är baserad på de speciella egenskaper som vi kommer att prata vidare.
Silicon - ett grundämne
Om du ger en beskrivning av denna punkt på situationen i det periodiska systemet, är det möjligt att utse de följande viktiga punkter:
- serienummer - 14.
- period - den tredje killen.
- Group - IV.
- grupp - de viktigaste.
- struktur hos det yttre elektronskalet ges av 3s23p2.
- kisel elementet är en kemisk symbol Si, som uttalas "Kisel".
- oxidationstillstånd som uppvisar: -4;2;4.
- valens av en atom är lika med IV.
- atommassa av kisel är lika med 28,086.
- I naturen finns det tre stabila isotoper av grundämnet med mass nummer 28, 29 och 30.
Således, en kiselatom från en kemisk synpunkt - studerade bara elementen beskrivs en mängd olika egenskaper.
historia upptäckten
Sedan själva natur populära och mass innehåll är olika föreningar av elementet, sedan urminnes tider, människor används för att veta om de egenskaper och namnen på många av dem.Ren kisel länge varit bortom gränserna för mänsklig kunskap i kemi.
populäraste föreningar som användes i vardagen och industrin människor av forntida kulturer (egyptierna, romare, kinesiska, gamla ryssar, perser och andra) var värdefulla och halvädelstenar bygger på kiseloxid.Dessa inkluderar:
- opal;
- rhinestone;
- topas;
- Krysopras;
- onyx;
- kalcedon och andra.
gjorde också användning av gamla kvarts och kvartssand i byggbranschen.Förblev dock elementärt kisel olöst tills XIX-talet, även om många forskare har försökt förgäves att skilja den från olika föreningar, använder och katalysatorer, och höga temperaturer, och även el.Dessa är de ljusa sinnen som:
- Carl Scheele;
- Gay-Lussac;
- Tenar;
- Humphry Davy;
- Antoine Lavoisier.
genomföra framgångsrikt få kisel i en ren form lyckades Jens Jacobs Berzelius 1823.För detta genomförde han experiment på kvartsglas och fluorid ånga kaliummetall.Som ett resultat, en amorf modifiering av elementet.Samma forskare uppmanades att öppna det latinska namnet för atomen.
Ännu senare, år 1855, en annan forskare - Sainte-Claire Deville - lyckats syntetisera en mängd olika allotropes - kristallint kisel.Eftersom kunskapen om detta element och dess egenskaper har blivit mycket snabbt fyllas.Folk har insett att det har unika egenskaper som kan mycket väl användas för att tillgodose sina behov.Därför idag en av de mest populära inslagen inom elektronik och teknik - är kisel.Tillämpa den bara expanderar sina gränser varje år.
atom gav namnet på den ryske vetenskapsmannen Hess 1831.Det är det fastnat i dag.
Content
i naturen i form av naturliga kisel är näst efter syre.Dess procentsats i jämförelse med andra atomer i sammansättningen av jordskorpan - 29,5%.Dessutom, kol och kisel - två specifika element kan konfigurera krets, kontakt med varandra.Det är därför för sista är mer än 400 olika naturliga mineraler, som en del av som han fann i litosfären, hydrosfären och biomassa.
Var exakt finns kisel?
- i djupare jordlager.
- i stenar, reservoarer och matriser.
- Längst ned i vattenförekomster, särskilt haven.
- i växter och marina livet i djurriket.
- Hos människa och landlevande djur.
kan beteckna några av de vanligaste mineraler och stenar, en del av vilket är närvarande i ett stort antal kisel.Kemi dem är sådan att viktinnehåll av ren elementet däri når 75%.Den specifika antalet beror på den typ av material.Så, stenar och mineraler som innehåller kisel:
- fältspat;
- glimmer;
- amfibol;
- skam;
- kalcedon;
- silikater;
- sandstenar;
- aluminiumsilikater;
- lera och andra.
ackumuleras i snäckor och exoskelett av marina djur, bildar kisel en potent med inlåning av kiseldioxid på undersidan av dammar.Detta är en av de naturliga källor av detta element.
Vidare visade det sig att Kisel kan föreligga i ren nativ form - i form av kristaller.Men sådana insättningar är mycket sällsynta.
fysikaliska egenskaper av kisel
Om du ger en karakterisering av elementet i uppsättningen av fysikaliska och kemiska egenskaper, först och främst är det nödvändigt att utse de fysiska parametrar.Här är några grundläggande:
- finns i två allotropa ändringar - amorf och kristallin, som skiljer sig i alla fastigheter.
- Kristallint mycket liknande den hos diamant, eftersom kol och kisel i detta avseende är praktiskt taget identiska.Emellertid, (mer från kisel), så att diamanten är avståndet mellan atomerna i olika mycket hårdare och mer hållbar.Typ av galler - ansikte centrerade kubiska.
- ämnet är mycket skör vid höga temperaturer blir smidig.
- Smältpunkten är 1415˚S.
- Kokpunkt - 3250˚S.
- materia densitet - 2,33 g / cm3.
- färgföreningar - silvergrå uttryckte karaktäristiska metallglans.
- har goda halvledande egenskaper, som kan varieras med tillsats av vissa medel.
- inte lösliga i vatten, organiska lösningsmedel och syror.
- Specifikt löslig i alkalier.
representation av fysikaliska egenskaper hos kisel tillåter människor att hantera den, och används för att skapa en mängd olika produkter.Till exempel, baserat på egenskaperna semikonduktans användning inom elektroniken kisel.
Kemiska egenskaper Kemiska egenskaper hos kisel är mycket beroende på reaktionsbetingelserna.Om vi talar om den rena substansen på standardinställningar, måste du utse en mycket låg aktivitet.Både kristallina och amorfa kisel är mycket inert.Inte interagera med alla starkt oxiderande ämnen (andra än fluor) eller med starka reduktionsmedel.
Detta beror på det faktum att ytan av materialet bildades omedelbart oxidfilm SiO2, vilket hindrar ytterligare samarbete.Det är möjligt att bildas under inverkan av vatten, luft och ångor.
Om du ändrar standardvillkoren och gör uppvärmning av kisel till en temperatur över 400s, är dess reaktivitet ökat kraftigt.I detta fall kommer den att reagera med:
- syre;
- alla typer av halogen;
- väte.
Vid högre temperaturer, bildandet av produkter genom reaktion med bor, kväve och kol.Av särskild betydelse är kiselkarbiden - SiC, eftersom det är en bra slipmedel.
kemiska egenskaper hos kisel är också tydligt i reaktioner med metaller.Enligt dem är det ett oxidationsmedel, så att produkterna kallas silicid.Det är känt för sådana föreningar:
- alkaliska;
- alkaliskt;
- övergångsmetaller.
ovanliga egenskaper har en förening erhållen genom att legera järn och kisel.Det bär namnet av ferrokisel keramik och framgångsrikt tillämpats i branschen.
Med komplexa ämnen reagera kisel kommer inte, så alla deras art är i stånd att lösa bara:
- kungs (en blandning av salpetersyra och saltsyra);
- frätande alkalier.
Temperaturen på lösningen inte bör vara mindre än 60 ° CAllt detta bekräftar en fysisk grund av ämnet - diamant stabil kristallgitter, vilket ger styrka och tröghet.
Metoder för framställning
av kisel i sin renaste form - processen är ganska dyr kostnad.Vidare, på grund av dess egenskaper antingen metod ger endast 90-99% ren produkt som en förorening i form av metall och kol kvarstår.Så bara för att få tillräckligt med material.Det bör också kvalitativt fri från främmande element.
I allmänhet produktion av kisel utföras på två sätt:
- av vit sand, som är en ren kiseldioxid SiO2.Efter upphettning av denna med aktiva metaller (vanligen magnesium) är utformad som en fri del i den amorfa modifiering.Renheten hos denna metod är hög, erhålles produkten med ett utbyte av 99,9 procent.
- vanligare metod i industriell skala - en sintrings smälta sand med koks i specialiserade termiska ugnar.Denna metod har utvecklats av ryska forskare NN Beketov
Ytterligare behandling är exponering för produkter rengöringsmetoder.För detta ändamål, syror eller halogener (klor, fluor).
Amorphous silicon
Feature kisel skulle vara ofullständig om du inte anser sig var och en av sina allotropa modifieringar.Den första av dem - är amorf.I detta tillstånd, vi undersöker Ämnet är ett pulver brun brun, fin.Är mycket hygroskopisk, uppvisar en tillräckligt hög reaktivitet vid upphettning.Under normala förhållanden, kan kommunicera endast med starka oxidationsmedel - fluor.
Kalla det ett slags amorft kisel kristallen är inte helt korrekt.Dess galler tyder på att ämnet - det är bara en form av fin kisel existerar i form av kristaller.Därför, eftersom sådana dessa ändringar - samma förening.
Men deras egenskaper varierar, så att säga om allotropy.I sig själv har den amorfa kisel en hög förmåga svetopoglotitelnoy.Dessutom under vissa omständigheter, är denna indikator mycket snabbare än från en liknande kristallin form.Därför är det används för tekniska ändamål.I denna form är (pulver) förening lätt appliceras på vilken yta som helst, oavsett om det är av plast eller glas.Därför är det lämpligt att använda amorf kisel.Ansökan baseras på tillverkning av sol batterier av olika storlekar.
Även om denna typ av batteri bära ganska snabbt, på grund av nötning av tunnfilmsmaterial, men användningen av och efterfrågan bara växer.Även i en kort livslängd av solceller baserade på amorft kisel kan ge energi till hela företaget.Förutom produktion av sådant material utan avfall, vilket gör det mycket ekonomiskt.
sådan modifiering erhålles genom reduktion av föreningar med aktiva metaller, t ex natrium eller magnesium.
Kristallint kisel
silvergrå lysande modifiering av elementet.Det är denna form är den vanligaste och mest populära.Detta beror på en uppsättning av högkvalitativa egenskaper som har substansen.
Feature kiselkristallgitter inkluderar klassificeringen av dess art, eftersom flera av dem:
- elektronisk kvalitet - den renaste och mest högkvalitativa.Detta är den typ som används i elektronik för att bygga mycket känsliga instrument.
- solar klass.Själva namnet anger användningsområdet.Det är också ganska hög renhet kisel, vars användning är nödvändig för att skapa en hög kvalitet och lång kör solpaneler.Fotoelektriska omvandlare som är baserade på exakt kristallstrukturen, bättre och mer nötningsbeständigt än de som framställts med användning av den amorfa modifiering genom sprutning på olika typer av substrat.
- av kisel.I denna typ av ämnen som ingår sådana prover, som innehåller ca 98% ren elementet.Resten går till olika typer av föroreningar:
- bor;
- aluminium;
- klor;
- kol;
- fosfor och andra.
Senaste mängd av ämnet i fråga används för att producera polykristallint kisel.För att utföra processen med omkristallisation.Som ett resultat, är renheten hos sådana produkter, som därvid kan tillhöra gruppen av sol- och elektronisk kvalitet.
Av naturen polysilikon - är en mellanting mellan amorf och kristallin modifikation.Med det här alternativet är lättare att arbeta, är det bättre att vara återvinningsbara och rengöring fluor och klor.
produkter som resulterar kan kategoriseras som:
- multisilicon;
- enkristall;
- formade kristaller;
- kisel skrot;
- teknisk kisel;
- avfallsprodukter i form av fragment och bitar av materialet.
Var och en av dem används inom industrin och används av en person helt.Därför produktionsprocesser i samband med kisel, anses vara noll avfall.Detta reducerar avsevärt dess ekonomiska kostnad, utan att påverka kvaliteten.
användning av ren kisel
produktion av kisel i branschen är väletablerad, och dess omfattning är ganska skrymmande.Detta beror på det faktum att detta element är ren, och i form av olika föreningar, är utbredd och efterfrågan på olika områden inom vetenskap och teknik.
Var är med hjälp av kristallint och amorft kisel i dess renaste form?
- I metallurgi som en legeringstillsats, förmågan att ändra egenskaperna för metaller och deras legeringar.Sålunda är det som används vid smältning av stål och gjutjärn.
- Olika typer av saker fortsätter att tillverka renare alternativ - polykisel.
- föreningar av kisel med organiska ämnen - är en kemisk industri, som var särskilt populärt i dag.Kiselorganiska material används i medicin, vid tillverkning av redskap, instrument och mer.
- Produktion av olika solceller.Denna metod för energiproduktion är en av de mest lovande i framtiden.Miljövänlig, kostnadseffektiv och slitstark - de viktigaste fördelarna med en sådan el.
- Silicon tändare som används under en lång tid.Även i gamla tider människor använde flinta gnista för antändning av brand.Denna princip utgör grunden för produktion av olika typer av tändare.Idag finns arter där flint är ersatt av en legering av definitiv sammansättning, vilket ger ännu snabbare resultat (överslag).
- Electronics och solenergi.
- Manufacturing zerkalets gas laser-enheter.
Således har rent kisel mycket fördelaktiga och specialfunktioner som gör det möjligt att använda den för att skapa viktiga och relevanta produkter.
Användningen av kiselföreningar
tillsats av ett enkelt ämne används och olika föreningar av kisel, och mycket olika.Det finns en hel industri, som kallas silikat.Den är baserad på användningen av olika substanser, som inkluderar denna enorma objekt.Vad är kopplingen, och som produceras?
- kvarts eller floden sand - SiO2.Används för framställning av sådana dekorativa och byggmaterial som cement och glas.Var finns dessa material är väl kända.Ingen konstruktion är inte komplett utan dessa komponenter, vilket bekräftar vikten av kiselföreningar.
- Silicate keramik, som omfattar material såsom lergods, porslin, tegel och produkter baserade på dem.Dessa komponenter används inom medicin, vid tillverkning av porslin, dekorationer, husgeråd, konstruktion och andra bostadsområden i mänsklig verksamhet.
- Silikoner - silikoner, kiseldioxid, silikonolja.
