Ako čítať periodickú tabuľku mendelejeva. Kremík (chemický prvok): vlastnosti, charakteristiky, vzorec

    Pozri tiež: Zoznam chemických prvkov podľa atómového čísla a Abecedný zoznam chemických prvkov Obsah 1 Aktuálne používané symboly ... Wikipedia

    Pozri tiež: Zoznam chemických prvkov podľa symbolov a Abecedný zoznam chemických prvkov Toto je zoznam chemických prvkov usporiadaných podľa rastúceho atómového čísla. Tabuľka zobrazuje názov prvku, symbol, skupinu a obdobie v... ... Wikipédii

    - (ISO 4217) Kódy pre reprezentáciu mien a fondov (anglicky) Codes pour la représentation des monnaies et types de fonds (francúzština) ... Wikipedia

    Najjednoduchšia forma hmoty, ktorú možno identifikovať chemickými metódami. Sú to zložky jednoduchých a zložitých látok, ktoré predstavujú súbor atómov s rovnakým jadrovým nábojom. Náboj jadra atómu je určený počtom protónov v... Collierova encyklopédia

    Obsah 1. paleolit ​​2 10. tisícročie pred Kr. e. 3 9. tisícročie pred Kristom uh... Wikipedia

    Obsah 1. paleolit ​​2 10. tisícročie pred Kr. e. 3 9. tisícročie pred Kristom uh... Wikipedia

    Tento výraz má iné významy, pozri ruský (významy). Rusi... Wikipedia

    Terminológia 1: : dw Číslo dňa v týždni. „1“ zodpovedá pondelok Definície termínu z rôznych dokumentov: dw DUT Rozdiel medzi moskovským a UTC časom, vyjadrený ako celé číslo hodín Definície termínu z ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

Silikón(lat. silicium), si, chemický prvok IV. skupiny periodického systému Mendelejeva; atómové číslo 14, atómová hmotnosť 28,086. V prírode je prvok zastúpený tromi stabilnými izotopmi: 28 si (92,27 %), 29 si (4,68 %) a 30 si (3,05 %).

Historický odkaz . Zlúčeniny K, rozšírené na zemi, poznal človek už od doby kamennej. Používanie kamenných nástrojov na prácu a lov pokračovalo niekoľko tisícročí. Použitie zlúčenín K spojené s ich spracovaním - výrobou sklo - začala okolo roku 3000 pred Kristom. e. (v starovekom Egypte). Najstaršou známou zlúčeninou K. je oxid sio2 (oxid kremičitý). V 18. storočí oxid kremičitý sa považoval za jednoduché teleso a označoval sa ako „zeminy“ (ako sa odráža v jeho názve). Zložitosť zloženia oxidu kremičitého stanovil I. Ya. Berzelius. Prvýkrát, v roku 1825, získal elementárny vápnik z fluoridu kremíka sif 4, pričom ho redukoval kovovým draslíkom. Nový prvok dostal názov „kremík“ (z latinského silex – pazúrik). Ruské meno zaviedol G.I. Hess v roku 1834.

Prevalencia v prírode . Z hľadiska prevalencie v zemskej kôre je kyslík druhým prvkom (po kyslíku), jeho priemerný obsah v litosfére je 29,5 % (hmotn.). V zemskej kôre hrá uhlík rovnakú primárnu úlohu ako uhlík vo svete zvierat a rastlín. Pre geochémiu kyslíka je dôležité jeho mimoriadne silné spojenie s kyslíkom. Asi 12 % litosféry tvorí oxid kremičitý sio 2 v minerálnej forme kremeň a jej odrôd. 75 % litosféry tvoria rôzne silikáty A hlinitokremičitany(živce, sľudy, amfiboly atď.). Celkový počet minerálov obsahujúcich oxid kremičitý presahuje 400 .

Pri magmatických procesoch dochádza k slabej diferenciácii vápnika: hromadí sa v granitoidoch (32,3 %) aj v ultrabázických horninách (19 %). Pri vysokých teplotách a vysokom tlaku sa rozpustnosť sio 2 zvyšuje. Je možná aj jeho migrácia vodnou parou, preto sú pegmatity hydrotermálnych žíl charakteristické výraznými koncentráciami kremeňa, ktorý je často spájaný s rudnými prvkami (zlatokremeň, kremeň-kasiterit a pod. žily).

Fyzikálne a chemické vlastnosti. Uhlík tvorí tmavosivé kryštály s kovovým leskom, ktoré majú plošne centrovanú kubickú mriežku diamantového typu s periódou a = 5,431 a a hustotou 2,33 g/cm3. Pri veľmi vysokých tlakoch sa získala nová (zrejme šesťuholníková) modifikácia s hustotou 2,55 g/cm3. K. sa topí pri 1417°C, vrie pri 2600°C. Špecifická tepelná kapacita (pri 20-100 °C) 800 J/ (kg? K), alebo 0,191 cal/ (g? stupňov); tepelná vodivosť ani pre najčistejšie vzorky nie je konštantná a je v rozsahu (25°C) 84-126 W/ (m? K), alebo 0,20-0,30 cal/ (cm? sec? stupňov). Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti 2,33? 10-6 K-1; pod 120k sa stáva záporným. K. je priehľadný pre dlhovlnné infračervené lúče; index lomu (pre l = 6 um) 3,42; dielektrická konštanta 11,7. K. je diamagnetická, atómová magnetická susceptibilita je -0,13? 10-6. K. tvrdosť podľa Mohsa 7,0, podľa Brinella 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modul pružnosti 109 Gn/m2 (10890 kgf/mm2), koeficient stlačiteľnosti 0,325? 10-6 cm2/kg. K. krehký materiál; znateľná plastická deformácia začína pri teplotách nad 800°C.

K. je polovodič, ktorý nachádza čoraz väčšie uplatnenie. Elektrické vlastnosti medi sú veľmi závislé od nečistôt. Vlastný špecifický objemový elektrický odpor článku pri izbovej teplote sa považuje za 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .

Polovodičový obvod s vodivosťou R-typu (aditíva B, al, in alebo ga) a n-typu (aditíva P, bi, as alebo sb) má výrazne nižšiu odolnosť. Pásmová medzera podľa elektrických meraní je 1,21 ev na 0 TO a zníži sa na 1,119 ev pri 300 TO.

V súlade s polohou kruhu v periodickej tabuľke Mendelejeva je 14 elektrónov atómu kruhu rozdelených do troch obalov: v prvom (z jadra) 2 elektróny, v druhom 8, v treťom (valencia) 4; konfigurácia elektrónového obalu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Postupné ionizačné potenciály ( ev): 8,149; 16,34; 33,46 a 45,13. Atómový polomer 1,33 a, kovalentný polomer 1,17 a, iónové polomery si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.

V uhlíkatých zlúčeninách (podobných uhlíku) 4-valentén. Na rozdiel od uhlíka však oxid kremičitý spolu s koordinačným číslom 4 vykazuje koordinačné číslo 6, čo sa vysvetľuje veľkým objemom jeho atómu (príkladom takýchto zlúčenín sú silikofluoridy obsahujúce skupinu 2-).

Chemická väzba atómu uhlíka s inými atómami sa zvyčajne uskutočňuje vďaka hybridným orbitálom sp 3, ale je možné zapojiť aj dva z jeho piatich (voľných) 3 d- orbitály, najmä keď K. má šesť súradníc. S nízkou hodnotou elektronegativity 1,8 (oproti 2,5 pre uhlík; 3,0 pre dusík atď.), uhlík je elektropozitívny v zlúčeninách s nekovmi a tieto zlúčeniny sú polárneho charakteru. Vysoká väzbová energia s kyslíkom si-o, rovná 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , určuje stabilitu jeho kyslíkatých zlúčenín (sio 2 a silikáty). Si-si väzbová energia je nízka, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; Na rozdiel od uhlíka sa uhlík nevyznačuje tvorbou dlhých reťazcov a dvojitých väzieb medzi atómami Si. Na vzduchu je uhlík vďaka vytvoreniu ochranného oxidového filmu stabilný aj pri zvýšených teplotách. V kyslíku sa oxiduje od 400 °C, pričom vzniká oxid kremičitý sio 2. Známy je aj oxid siočný, stabilný pri vysokých teplotách vo forme plynu; v dôsledku náhleho ochladenia možno získať pevný produkt, ktorý sa ľahko rozkladá na riedku zmes si a sio 2. K. je odolný voči kyselinám a rozpúšťa sa len v zmesi kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej; ľahko sa rozpúšťa v horúcich alkalických roztokoch za uvoľňovania vodíka. K. pri teplote miestnosti reaguje s fluórom a pri zahrievaní s inými halogénmi za vzniku zlúčenín všeobecného vzorca šesť 4 . Vodík nereaguje priamo s uhlíkom a kyseliny kremičité(silány) sa získavajú rozkladom silicídov (pozri nižšie). Vodíkové silikóny sú známe od sih 4 do si 8 h 18 (zloženie je podobné nasýteným uhľovodíkom). K. tvorí 2 skupiny silánov obsahujúcich kyslík - siloxány a siloxény. K reaguje s dusíkom pri teplotách nad 1000°C. Veľký praktický význam má nitrid si 3 n 4, ktorý neoxiduje na vzduchu ani pri 1200°C, je odolný voči kyselinám (okrem dusičnej) a zásadám, ako aj roztaveným kovom a troske, čo z neho robí cenný materiál pre chemický priemysel, na výrobu žiaruvzdorných materiálov a pod. Zlúčeniny uhlíka s uhlíkom sa vyznačujú vysokou tvrdosťou, ako aj tepelnou a chemickou odolnosťou ( silikónový karbid sic) a s bórom (sib 3, sib 6, sib 12). Pri zahrievaní reaguje chlór (v prítomnosti kovových katalyzátorov, ako je meď) s organochlórovými zlúčeninami (napríklad ch 3 cl) za vzniku organohalosilánov [napríklad si (ch 3) 3 ci], ktoré sa používajú na syntézu z mnohých organokremičité zlúčeniny.

K. tvorí zlúčeniny takmer so všetkými kovmi - silicídy(nezistili sa spojenia len s bi, tl, pb, hg). Získalo sa viac ako 250 silicídov, ktorých zloženie (mezi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si atď.) zvyčajne nezodpovedá klasickým valenciám. Silicídy sú žiaruvzdorné a tvrdé; Najväčší praktický význam majú ferosilicium a molybdén silicid mosi 2 (elektrické ohrievače pecí, lopatky plynových turbín a pod.).

Príjem a prihláška. K. technická čistota (95-98 %) sa získava v elektrickom oblúku redukciou oxidu kremičitého sio 2 medzi grafitovými elektródami. V súvislosti s rozvojom polovodičovej technológie boli vyvinuté metódy na získanie čistej a najmä čistej medi, čo si vyžaduje predbežnú syntézu najčistejších východiskových zlúčenín medi, z ktorých sa meď získava redukciou alebo tepelným rozkladom.

Čistá polovodičová meď sa získava v dvoch formách: polykryštalická (redukciou sici 4 alebo sihcl 3 zinkom alebo vodíkom, tepelným rozkladom sil 4 a sih 4) a monokryštalická (tavenie v zóne bez téglika a „ťahanie“ monokryštálu z roztavenej medi – Czochralského metóda).

Špeciálne dopovaná meď je široko používaná ako materiál na výrobu polovodičových zariadení (tranzistory, termistory, výkonové usmerňovače, riadené diódy - tyristory; solárne fotočlánky používané v kozmických lodiach a pod.). Keďže K. je priehľadný pre lúče s vlnovými dĺžkami od 1 do 9 µm, používa sa v infračervenej optike .

K. má rôznorodé a stále sa rozširujúce oblasti použitia. V metalurgii sa kyslík používa na odstránenie kyslíka rozpusteného v roztavených kovoch (deoxidácia). K. je súčasťou veľkého množstva zliatin železa a farebných kovov. Uhlík zvyčajne dodáva zliatinám zvýšenú odolnosť proti korózii, zlepšuje ich odlievacie vlastnosti a zvyšuje mechanickú pevnosť; pri vyššom obsahu K. však môže spôsobiť krehkosť. Najdôležitejšie sú zliatiny železa, medi a hliníka s obsahom vápnika, čím ďalej tým viac uhlíka sa využíva na syntézu organokremičitých zlúčenín a silicídov. Oxid kremičitý a mnohé silikáty (íly, živce, sľuda, mastenec atď.) sa spracúvajú v sklárskom, cementárskom, keramickom, elektrotechnickom a inom priemysle.

V. P. Barzakovskij.

Kremík sa v tele nachádza vo forme rôznych zlúčenín, podieľa sa najmä na tvorbe tvrdých častí a tkanív kostry. Niektoré morské rastliny (napríklad rozsievky) a živočíchy (napríklad kremičité špongie, rádiolariáni) môžu akumulovať obzvlášť veľké množstvá kremíka, pričom po smrti vytvárajú na dne oceánu husté usadeniny oxidu kremičitého. V studených moriach a jazerách prevládajú biogénne kaly obohatené draslíkom, v tropických moriach prevládajú vápenaté kaly s nízkym obsahom draslíka.Z suchozemských rastlín akumulujú veľa draslíka obilniny, ostrice, palmy, prasličky. U stavovcov je obsah oxidu kremičitého v popolových látkach 0,1-0,5%. V najväčšom množstve sa K. nachádza v hustom spojivovom tkanive, obličkách a pankrease. Denná ľudská strava obsahuje až 1 G K. Keď je vo vzduchu vysoký obsah prachu oxidu kremičitého, dostáva sa do ľudských pľúc a spôsobuje ochorenie - silikóza.

V. V. Kovalský.

Lit.: Berezhnoy A.S., Kremík a jeho binárne systémy. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Polovodiče - germánium a kremík, M., 1961; Renyan V.R., Technológia polovodičového kremíka, trans. z angličtiny, M., 1969; Sally I.V., Falkevich E.S., Production of semiconductor silicon, M., 1970; Kremík a germánium. So. Art., vyd. E. S. Falkevič, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Crystal chemistry of silicids and germanides, M., 1971; vlk N. f., údaje o kremíkových polovodičoch, oxf. - n. r., 1965.

stiahnuť abstrakt

DEFINÍCIA

Silikón- štrnásty prvok periodickej tabuľky. Označenie - Si z latinského "silicium". Nachádza sa v tretej tretine, skupina IVA. Vzťahuje sa na nekovy. Jadrový náboj je 14.

Kremík je jedným z najbežnejších prvkov v zemskej kôre. Tvorí 27 % (hmotn.) časti zemskej kôry dostupnej pre našu štúdiu, čo je druhé miesto v množstve po kyslíku. V prírode sa kremík nachádza iba v zlúčeninách: vo forme oxidu kremičitého SiO 2, nazývaného anhydrid kremíka alebo kremíka, vo forme solí kyselín kremičitých (silikátov). V prírode sú najrozšírenejšie hlinitokremičitany, t.j. kremičitany obsahujúce hliník. Patria sem živce, sľudy, kaolín atď.

Rovnako ako uhlík, ktorý je súčasťou všetkých organických látok, aj kremík je najdôležitejším prvkom rastlinnej a živočíšnej ríše.

Za normálnych podmienok je kremík tmavosivá látka (obr. 1). Vyzerá to ako kov. Žiaruvzdorná - teplota topenia je 1415 o C. Vyznačuje sa vysokou tvrdosťou.

Ryža. 1. Kremík. Vzhľad.

Atómová a molekulová hmotnosť kremíka

Relatívna molekulová hmotnosť látky (M r) je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hmotnosť danej molekuly väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka a relatívna atómová hmotnosť prvku (A r) je koľkokrát je priemerná hmotnosť atómov chemického prvku väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka.

Pretože kremík vo voľnom stave existuje vo forme monoatomických molekúl Si, hodnoty jeho atómových a molekulových hmotností sa zhodujú. Sú rovné 28,084.

Alotropia a alotropné modifikácie kremíka

Kremík môže existovať vo forme dvoch alotropných modifikácií: diamantovej (kubickej) (stabilnej) a grafitovej (nestabilnej). Kremík podobný diamantu je v pevnom agregátovom stave a kremík podobný grafitu je v amorfnom stave. Líšia sa aj vzhľadom a chemickou aktivitou.

Kryštalický kremík je tmavošedá látka s kovovým leskom a amorfný kremík je hnedý prášok. Druhá modifikácia je reaktívnejšia ako prvá.

Izotopy kremíka

Je známe, že v prírode sa kremík nachádza vo forme troch stabilných izotopov 28 Si, 29 Si a 30 Si. Ich hmotnostné čísla sú 28, 29 a 30. Jadro atómu izotopu kremíka 28 Si obsahuje štrnásť protónov a štrnásť neutrónov a izotopy 29 Si a 30 Si obsahujú rovnaký počet protónov, pätnásť a šestnásť neutrónov.

Existujú umelé izotopy kremíka s hmotnostnými číslami od 22 do 44, z ktorých najdlhší je 32 Si s polčasom rozpadu 170 rokov.

Ióny kremíka

Na vonkajšej energetickej úrovni atómu kremíka sú štyri elektróny, ktoré sú valenčné:

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

V dôsledku chemickej interakcie sa kremík môže vzdať svojich valenčných elektrónov, t.j. byť ich donorom a premeniť sa na kladne nabitý ión, alebo prijať elektróny z iného atómu, t.j. byť akceptorom a mení sa na záporne nabitý ión:

Sio-4e → Si4+;

Si0+4e → Si4-.

Molekula a atóm kremíka

Vo voľnom stave existuje kremík vo forme monoatomických molekúl Si. Tu sú niektoré vlastnosti charakterizujúce atóm a molekulu kremíka:

Zliatiny kremíka

Kremík sa používa v metalurgii. Slúži ako súčasť mnohých zliatin. Najdôležitejšie z nich sú zliatiny na báze železa, medi a hliníka.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie Koľko oxidu kremičitého obsahujúceho 0,2 hmotnosti nečistôt je potrebné na získanie 6,1 g kremičitanu sodného.
Riešenie Napíšme reakčnú rovnicu na výrobu kremičitanu sodného z oxidu kremičitého:

Si02 + 2NaOH = Na2Si03 + H20.

Poďme zistiť množstvo kremičitanu sodného:

n(Na2Si03) = m (Na2Si03)/M(Na2Si03);

n(Na2Si03) = 6,1/122 = 0,05 mol.

Podľa reakčnej rovnice n(Na ​​2 SiO 3) : n(SiO 2) = 1:1, t.j. n(Na2Si03) = n(Si02) = 0,05 mol.

Hmotnosť oxidu kremičitého (bez nečistôt) sa bude rovnať:

M(Si02) = Ar(Si) + 2 x Ar(0) = 28 + 2 x 16 = 28 + 32 = 60 g/mol.

m čistý (Si02) = n(Si02) x M (Si02) = 0,05 x 60 = 3 g.

Potom sa hmotnosť oxidu kremičitého (IV) potrebná na reakciu bude rovnať:

m(Si02) = m čistý (Si02)/w nečistoty = 3/0,2 = 15 g.
Odpoveď 15 g

PRÍKLAD 2

Cvičenie Akú hmotnosť kremičitanu sodného možno získať tavením oxidu kremičitého so 64,2 g sódy, pričom hmotnostný podiel nečistôt je 5 %?
Riešenie Napíšme reakčnú rovnicu na výrobu kremičitanu sodného tavením sódy a oxidu kremičitého:

Si02 + Na2C03 = Na2Si03 + C02-.

Stanovme teoretickú hmotnosť sódy (vypočítanú pomocou reakčnej rovnice):

n(Na2C03) = 1 mol.

M(Na2C03) = 2xAr(Na) + Ar(C) + 3xAr(0) = 2x23 + 12 + 3x16 = 106 g/mol.

m(Na2C03) = n(Na2C03) x M(Na2C03) = 1 x 106 = 106 g.

Poďme nájsť praktickú hmotnosť sódy:

w čistý (Na2C03) = 100 % - w nečistoty = 100 % - 5 % = 95 % = 0,95.

m čistý (Na2C03) = m (Na2C03) xw čistý (Na2C03);

m čistý (Na2C03) = 64,2 x 0,95 = 61 g.

Vypočítajme teoretickú hmotnosť kremičitanu sodného:

n(Na2Si03) = 1 mol.

M(Na2Si03) = 2xAr(Na) + Ar(Si) + 3xAr(0) = 2x23 + 28 + 3x16 = 122 g/mol.

m(Na2Si03) = n(Na2Si03) x M(Na2Si03) = 1 x 122 = 122 g.

Nech je praktická hmotnosť kremičitanu sodného x g. Urobme pomer:

61 g Na2C03 - x g Na2Si03;

106 g Na2C03 - 122 g Na2Si03.

Preto sa x bude rovnať:

x = 122 x 61/106 = 70,2 g.

To znamená, že hmotnosť uvoľneného kremičitanu sodného je 70,2 g.
Odpoveď 70,2 g

Po kyslíku kremík je najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre. Má 2 stabilné izotopy: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Kremík sa v prírode nevyskytuje vo voľnej forme.

Najbežnejšie: soli kyseliny kremičitej a oxid kremičitý (oxid kremičitý, piesok, kremeň). Sú súčasťou minerálnych solí, sľudy, mastenca, azbestu.

Alotropia kremíka.

U kremík Existujú 2 alotropické modifikácie:

Kryštalické (svetlosivé kryštály. Štruktúra je podobná diamantovej kryštálovej mriežke, kde je atóm kremíka kovalentne viazaný na 4 rovnaké atómy, a sám je v sp3 - hybridizácia);

Amorfný (hnedý prášok, aktívnejšia forma ako kryštalická).

Vlastnosti kremíka.

Pri teplote kremík reaguje s kyslíkom vo vzduchu:

Si + O 2 = SiO 2 .

Ak nie je dostatok kyslíka (nedostatok kyslíka), môže dôjsť k nasledujúcej reakcii:

2 Si + O 2 = 2 SiO,

Kde SiO- oxid monoxid, ktorý môže tiež vznikať počas reakcie:

Si + SiO 2 = 2 SiO.

Za normálnych podmienok kremík môže reagovať s F 2 , pri zahrievaní - s Cl 2 . Ak teplotu ešte zvýšiš, tak Si bude môcť komunikovať s N A S:

4Si + S8 = 4SiS2;

Si + 2F2 = SiF4.

Kremík je schopný reagovať s uhlíkom, pričom vzniká karborundum:

Si + C = SiC.

Kremík je rozpustný v zmesi koncentrovanej kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej:

3Si + 4HN03 + 12HF = 3SiF4 + 4NO + 8H20.

Kremík sa rozpúšťa vo vodných roztokoch zásad:

Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + H2.

Pri zahrievaní oxidmi kremík disproporcionálne:

2 MgO + 3 Si = Mg 2 Si + 2 SiO.

Pri interakcii s kovmi pôsobí kremík ako oxidačné činidlo:

2 Mg + Si = Mg 2 Si.

Aplikácia kremíka.

Kremík sa najviac používa pri výrobe zliatin na dodávanie pevnosti hliníku, medi a horčíku a na výrobu ferosilicídov, ktoré sú dôležité pri výrobe ocelí a polovodičovej technológii. Kremíkové kryštály sa používajú v solárnych článkoch a polovodičových zariadeniach – tranzistoroch a diódach.

Kremík slúži aj ako surovina na výrobu organokremičitých zlúčenín, čiže siloxánov, získavaných vo forme olejov, mazív, plastov a syntetických kaučukov. Anorganické zlúčeniny kremíka sa používajú v keramickej a sklárskej technike, ako izolačný materiál a piezokryštály.

Mnoho moderných technologických zariadení a aparátov vzniklo vďaka jedinečným vlastnostiam látok nachádzajúcich sa v prírode. Ľudstvo prostredníctvom experimentovania a starostlivého štúdia prvkov okolo nás neustále modernizuje svoje vlastné vynálezy – tento proces sa nazýva technický pokrok. Vychádza z elementárnych, každému prístupných vecí, ktoré nás obklopujú v každodennom živote. Napríklad piesok: čo by na ňom mohlo byť prekvapujúce a nezvyčajné? Vedcom sa z nej podarilo izolovať kremík, chemický prvok, bez ktorého by výpočtová technika neexistovala. Rozsah jeho aplikácie je rôznorodý a neustále sa rozširuje. To sa dosahuje vďaka jedinečným vlastnostiam atómu kremíka, jeho štruktúre a možnosti zlúčenín s inými jednoduchými látkami.

Charakteristický

Vo verzii vyvinutej D.I. Mendelejevom je kremík označený symbolom Si. Patrí medzi nekovy, nachádza sa v hlavnej štvrtej skupine tretieho obdobia a má atómové číslo 14. Jeho blízkosť k uhlíku nie je náhodná: v mnohom sú ich vlastnosti porovnateľné. V prírode sa nenachádza vo svojej čistej forme, pretože je aktívnym prvkom a má pomerne silné väzby s kyslíkom. Hlavnou látkou je oxid kremičitý, čo je oxid, a silikáty (piesok). Okrem toho je kremík (jeho prírodné zlúčeniny) jedným z najbežnejších chemických prvkov na Zemi. Z hľadiska hmotnostného podielu obsahu je na druhom mieste po kyslíku (viac ako 28 %). Vrchná vrstva zemskej kôry obsahuje kremík vo forme oxidu (ide o kremeň), rôzne druhy ílov a piesku. Druhou najrozšírenejšou skupinou sú jej silikáty. V hĺbke asi 35 km od povrchu sa nachádzajú vrstvy žulových a čadičových nánosov, ktorých súčasťou sú zlúčeniny pazúrika. Percento obsahu v zemskom jadre ešte nebolo vypočítané, ale vrstvy plášťa najbližšie k povrchu (do 900 km) obsahujú kremičitany. V zložení morskej vody je koncentrácia kremíka 3 mg/l, 40 % tvoria jeho zlúčeniny. Rozľahlosť vesmíru, ktorú ľudstvo doteraz preskúmalo, obsahuje tento chemický prvok vo veľkých množstvách. Napríklad meteority, ktoré sa priblížili k Zemi na vzdialenosť dostupnú výskumníkom, ukázali, že pozostávajú z 20% kremíka. V našej galaxii existuje možnosť formovania života na základe tohto prvku.

Výskumný proces

História objavu chemického prvku kremíka má niekoľko etáp. Mnoho látok systematizovaných Mendelejevom používa ľudstvo po stáročia. V tomto prípade boli prvky vo svojej prirodzenej forme, t.j. v zlúčeninách, ktoré neboli podrobené chemickému spracovaniu a všetky ich vlastnosti neboli ľuďom známe. V procese štúdia všetkých vlastností látky sa objavili nové smery jej použitia. Vlastnosti kremíka dnes nie sú úplne prebádané – tento prvok s pomerne širokým a pestrým rozsahom aplikácií necháva priestor pre nové objavy pre budúce generácie vedcov. Moderné technológie tento proces výrazne urýchlia. V 19. storočí sa mnohí slávni chemici pokúšali získať kremík v jeho čistej forme. Prvýkrát to urobili L. Tenard a J. Gay-Lussac v roku 1811, ale objav prvku patrí J. Berzeliusovi, ktorý dokázal látku nielen izolovať, ale aj opísať. Chemik zo Švédska získal kremík v roku 1823, použil na to kov draselný a draselné soli. Reakcia prebiehala pod katalyzátorom vo forme vysokej teploty. Výsledná jednoduchá sivohnedá látka bol amorfný kremík. Kryštalický čistý prvok získal v roku 1855 Sainte-Clair Deville. Obtiažnosť izolácie priamo súvisí s vysokou pevnosťou atómových väzieb. V oboch prípadoch je chemická reakcia zameraná na proces čistenia od nečistôt, pričom amorfný a kryštalický model majú odlišné vlastnosti.

Silikónová výslovnosť chemického prvku

Prvý názov výsledného prášku - kiesel - navrhol Berzelius. Vo Veľkej Británii a USA sa kremík stále nenazýva inak ako kremík (Silicium) alebo silikón (Silicon). Termín pochádza z latinského „pazúrik“ (alebo „kameň“) a vo väčšine prípadov je spojený s pojmom „zem“ kvôli jeho rozšírenému výskytu v prírode. Ruská výslovnosť tejto chemickej látky sa líši v závislosti od zdroja. Volal sa oxid kremičitý (Zacharov použil tento výraz v roku 1810), sicilium (1824, Dvigubskij, Soloviev), oxid kremičitý (1825, Strachov) a až v roku 1834 ruský chemik German Ivanovič Hess zaviedol názov, ktorý sa vo väčšine zdrojov používa dodnes. - kremík. V ňom je označený symbolom Si. Ako sa číta chemický prvok kremík? Mnoho vedcov v anglicky hovoriacich krajinách vyslovuje jeho meno ako „si“ alebo používa slovo „kremík“. Odtiaľ pochádza aj svetoznámy názov údolia, ktoré je výskumným a výrobným miestom pre výpočtovú techniku. Rusky hovoriace obyvateľstvo nazýva prvok kremík (zo starogréckeho slova „útes, hora“).

Výskyt v prírode: ložiská

Celé horské systémy sú zložené zo zlúčenín kremíka, ktorý sa nenachádza v čistej forme, pretože všetky známe minerály sú oxidy alebo silikáty (hlinitosilikáty). Úžasne krásne kamene ľudia využívajú ako okrasné materiály - sú to opály, ametysty, kremeň rôznych druhov, jaspis, chalcedón, achát, horský krištáľ, karneol a mnohé iné. Vznikli vďaka zahrnutiu rôznych látok do kremíka, čo určilo ich hustotu, štruktúru, farbu a smer použitia. Celý anorganický svet možno spájať s týmto chemickým prvkom, ktorý v prírodnom prostredí vytvára pevné väzby s kovmi i nekovmi (zinok, horčík, vápnik, mangán, titán atď.). V porovnaní s inými látkami je kremík celkom ľahko dostupný na výrobu vo výrobnom meradle: nachádza sa vo väčšine druhov rúd a minerálov. Preto sú aktívne rozvinuté ložiská viazané skôr na dostupné zdroje energie ako na územné akumulácie hmoty. Kremence a kremenné piesky sa nachádzajú vo všetkých krajinách sveta. Najväčšími výrobcami a dodávateľmi kremíka sú: Čína, Nórsko, Francúzsko, USA (Západná Virgínia, Ohio, Alabama, New York), Austrália, Južná Afrika, Kanada, Brazília. Všetci výrobcovia používajú rôzne metódy, ktoré závisia od typu vyrábaného produktu (technický, polovodičový, vysokofrekvenčný kremík). Chemický prvok, dodatočne obohatený alebo naopak očistený od všetkých druhov nečistôt, má individuálne vlastnosti, od ktorých závisí jeho ďalšie využitie. To platí aj pre túto látku. Štruktúra kremíka určuje rozsah jeho použitia.

História používania

Veľmi často si ľudia kvôli podobnosti mien zamieňajú kremík a pazúrik, no tieto pojmy nie sú totožné. Ujasnime si to. Ako už bolo uvedené, kremík sa v prírode nevyskytuje v čistej forme, čo sa nedá povedať o jeho zlúčeninách (rovnaký oxid kremičitý). Hlavné minerály a horniny tvorené oxidom látky, o ktorej uvažujeme, sú piesok (rieka a kremeň), kremeň a kremence a pazúrik. O tom druhom už určite počul každý, pretože má v dejinách ľudského rozvoja veľký význam. S týmto kameňom sú spojené prvé nástroje vytvorené ľuďmi v dobe kamennej. Jeho ostré hrany, ktoré vznikli pri odštiepení z hlavnej skaly, značne uľahčili prácu dávnym gazdinkám a možnosť brúsenia uľahčila lovcom a rybárom. Flint nemal silu kovových výrobkov, ale neúspešné nástroje sa dali ľahko nahradiť novými. Jeho používanie ako pazúrika trvalo mnoho storočí – až do vynájdenia alternatívnych zdrojov.

Čo sa týka modernej reality, vlastnosti kremíka umožňujú použiť látku na zdobenie priestorov alebo výrobu keramického riadu, pričom okrem krásneho estetického vzhľadu má mnoho vynikajúcich funkčných vlastností. Samostatná oblasť jeho použitia je spojená s vynálezom skla asi pred 3000 rokmi. Táto udalosť umožnila vytvoriť zrkadlá, riad a mozaikové vitráže zo zlúčenín obsahujúcich kremík. Vzorec východiskovej látky bol doplnený o potrebné zložky, ktoré umožnili dodať produktu požadovanú farbu a ovplyvnili pevnosť skla. Umelecké diela úžasnej krásy a rozmanitosti vyrobil človek z minerálov a kameňov obsahujúcich kremík. Liečivé vlastnosti tohto prvku boli opísané už starovekými vedcami a používali sa v celej histórii ľudstva. Obkladali studne na pitnú vodu, špajze na skladovanie potravín a používali sa v každodennom živote aj v medicíne. Prášok získaný mletím sa aplikoval na rany. Osobitná pozornosť bola venovaná vode, ktorá sa napúšťala do riadu vyrobených zo zlúčenín obsahujúcich kremík. Chemický prvok interagoval s jeho zložením, čo umožnilo ničiť množstvo patogénnych baktérií a mikroorganizmov. A to nie sú všetky odvetvia, kde je látka, o ktorej uvažujeme, veľmi, veľmi žiadaná. Štruktúra kremíka určuje jeho všestrannosť.

Vlastnosti

Aby sme sa lepšie oboznámili s charakteristikami látky, je potrebné ju zvážiť s prihliadnutím na všetky možné vlastnosti. Plán charakterizácie chemického prvku kremíka zahŕňa fyzikálne vlastnosti, elektrické vlastnosti, štúdium zlúčenín, reakcie a podmienky ich prechodu atď. Kremík v kryštalickej forme má tmavosivú farbu s kovovým odtieňom. Plocha centrovaná kubická mriežka je podobná uhlíkovej mriežke (kosoštvorec), ale kvôli dlhším väzbám nie je taká pevná. Zahriatím na 800 o C je plastický, v ostatných prípadoch zostáva krehký. Fyzikálne vlastnosti kremíka robia túto látku skutočne jedinečnou: je priehľadná pre infračervené žiarenie. Teplota topenia - 1410 0 C, teplota varu - 2600 0 C, hustota za normálnych podmienok - 2330 kg/m3. Tepelná vodivosť nie je konštantná, pre rôzne vzorky sa berie približná hodnota 25 0 C. Vlastnosti atómu kremíka umožňujú jeho použitie ako polovodiča. Táto oblasť použitia je v modernom svete najžiadanejšia. Hodnota elektrickej vodivosti je ovplyvnená zložením kremíka a prvkov v kombinácii s ním. Na zvýšenie elektronickej vodivosti sa teda používa antimón, arzén a fosfor, na dierovú vodivosť hliník, gálium, bór a indium. Pri vytváraní zariadení s kremíkom ako vodičom sa používa povrchová úprava určitým prostriedkom, ktorý ovplyvňuje činnosť zariadenia.

Vlastnosti kremíka ako vynikajúceho vodiča sa v modernej výrobe nástrojov využívajú pomerne široko. Jeho použitie je obzvlášť dôležité pri výrobe zložitých zariadení (napríklad moderné výpočtové zariadenia, počítače).

Kremík: charakteristika chemického prvku

Vo väčšine prípadov je kremík štvormocný, existujú však aj väzby, v ktorých môže mať hodnotu +2. Za normálnych podmienok je neaktívny, má silné zlúčeniny a pri izbovej teplote môže reagovať len s fluórom, ktorý je v plynnom stave agregátu. To sa vysvetľuje účinkom blokovania povrchu oxidovým filmom, ktorý sa pozoruje pri interakcii s okolitým kyslíkom alebo vodou. Na stimuláciu reakcií je potrebné použiť katalyzátor: zvýšenie teploty je ideálne pre látku, akou je kremík. Chemický prvok interaguje s kyslíkom pri 400 - 500 0 C, v dôsledku čoho sa film oxidu zväčšuje a dochádza k procesu oxidácie. Keď teplota stúpne na 50 °C, pozoruje sa reakcia s brómom, chlórom a jódom, čo vedie k tvorbe prchavých tetrahalogenidov. Kremík neinteraguje s kyselinami, s výnimkou zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej, zatiaľ čo akákoľvek zásada v zahriatom stave je rozpúšťadlom. Vodíkový kremík vzniká len rozkladom silicídov, s vodíkom nereaguje. Najväčšou pevnosťou a chemickou pasivitou sa vyznačujú zlúčeniny s bórom a uhlíkom. Vysoká odolnosť voči zásadám a kyselinám má spojitosť s dusíkom, ktorý sa vyskytuje pri teplotách nad 1000 0 C. Silicídy sa získavajú reakciou s kovmi a v tomto prípade mocnosť, ktorú kremík vykazuje, závisí od prídavného prvku. Vzorec látky, vytvorený za účasti prechodného kovu, je odolný voči kyselinám. Štruktúra atómu kremíka priamo ovplyvňuje jeho vlastnosti a schopnosť interakcie s inými prvkami. Proces tvorby väzby v prírode a počas expozície látke (v laboratórnych, priemyselných podmienkach) sa výrazne líši. Štruktúra kremíka naznačuje jeho chemickú aktivitu.

Štruktúra

Kremík má svoje vlastné vlastnosti. Jadrový náboj je +14, čo zodpovedá sériovému číslu v periodickej tabuľke. Počet nabitých častíc: protóny - 14; elektróny - 14; neutróny - 14. Štruktúrny diagram atómu kremíka je nasledovný: Si +14) 2) 8) 4. Na poslednej (vonkajšej) úrovni sú 4 elektróny, ktoré určujú oxidačný stav s „+“ alebo „- ”znamenie. Oxid kremičitý má vzorec SiO 2 (valencia 4+), prchavá zlúčenina vodíka je SiH 4 (valencia -4). Veľký objem atómu kremíka umožňuje, aby niektoré zlúčeniny mali koordinačné číslo 6, napríklad v kombinácii s fluórom. Molová hmotnosť - 28, atómový polomer - 132 pm, konfigurácia elektrónového obalu: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Aplikácia

Povrchový alebo plne dopovaný kremík sa používa ako polovodič pri vytváraní mnohých, vrátane vysoko presných zariadení (napríklad solárne fotočlánky, tranzistory, usmerňovače prúdu atď.). Ultračistý kremík sa používa na vytváranie solárnych článkov (energie). Monokryštalický typ sa používa na výrobu zrkadiel a plynových laserov. Zlúčeniny kremíka sa používajú na výrobu skla, keramických obkladačiek, riadu, porcelánu a kameniny. Je ťažké opísať rozmanitosť druhov získaných tovarov, ich využitie sa vyskytuje na úrovni domácností, v umení a vede a vo výrobe. Výsledný cement slúži ako surovina na vytváranie stavebných zmesí, tehál a dokončovacích materiálov. Rozšírenie olejov a mazív môže výrazne znížiť treciu silu v pohyblivých častiach mnohých mechanizmov. Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam v odolnosti voči agresívnemu prostrediu (kyseliny, teploty) sú silicidy široko používané v priemysle. Ich elektrické, jadrové a chemické vlastnosti berú do úvahy odborníci v zložitých priemyselných odvetviach, dôležitú úlohu zohráva aj štruktúra atómu kremíka.

Uviedli sme dnes najnáročnejšie a najpokročilejšie oblasti použitia. Najbežnejší, vyrábaný vo veľkých objemoch, technický kremík sa používa v mnohých oblastiach:

  1. Ako surovina na výrobu čistejšej látky.
  2. Pre legovacie zliatiny v metalurgickom priemysle: prítomnosť kremíka zvyšuje žiaruvzdornosť, zvyšuje odolnosť proti korózii a mechanickú pevnosť (ak je tohto prvku nadbytok, zliatina môže byť príliš krehká).
  3. Ako deoxidátor na odstránenie prebytočného kyslíka z kovu.
  4. Suroviny na výrobu silánov (zlúčeniny kremíka s organickými látkami).
  5. Na výrobu vodíka zo zliatiny kremíka a železa.
  6. Výroba solárnych panelov.

Táto látka má veľký význam aj pre normálne fungovanie ľudského tela. Rozhodujúca je v tomto prípade štruktúra kremíka a jeho vlastnosti. V tomto prípade jeho prebytok alebo nedostatok vedie k vážnym ochoreniam.

V ľudskom tele

Medicína už dlho používa kremík ako baktericídny a antiseptický prostriedok. Ale so všetkými výhodami vonkajšieho použitia sa tento prvok musí v ľudskom tele neustále obnovovať. Normálna hladina jeho obsahu celkovo zlepší životnú aktivitu. Ak je jej nedostatok, viac ako 70 mikroelementov a vitamínov telo nevstrebe, čo výrazne zníži odolnosť voči množstvu chorôb. Najvyššie percento kremíka sa pozoruje v kostiach, koži a šľachách. Zohráva úlohu konštrukčného prvku, ktorý udržuje pevnosť a dodáva elasticitu. Všetky tvrdé tkanivá kostry sa tvoria vďaka jej spojeniam. Nedávne štúdie odhalili obsah kremíka v obličkách, pankrease a spojivových tkanivách. Úloha týchto orgánov vo fungovaní tela je pomerne veľká, takže zníženie jeho obsahu bude mať škodlivý vplyv na mnohé základné ukazovatele podpory života. Telo by malo prijať 1 gram kremíka denne s jedlom a vodou - pomôže to predísť možným ochoreniam, ako sú zápalové procesy kože, mäknutie kostí, tvorba kameňov v pečeni, obličkách, zhoršenie zraku, stav vlasov a nechty, ateroskleróza. S dostatočnou úrovňou tohto prvku sa zvyšuje imunita, normalizujú sa metabolické procesy a zlepšuje sa vstrebávanie mnohých prvkov potrebných pre ľudské zdravie. Najväčšie množstvo kremíka je v obilninách, reďkovkách a pohánke. Silikónová voda prinesie značné výhody. Na určenie množstva a frekvencie jeho používania je lepšie konzultovať s odborníkom.