Silicij i njegova jedinjenja. Silicijum u prirodi. Primena silicijuma

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Silicij je jedan od najtraženijih elemenata u tehnologiji i industriji. To duguje svojim neobičnim svojstvima. Danas postoji mnogo različitih spojeva ovog elementa koji igraju važnu ulogu u sintezi i stvaranju tehničkih proizvoda, posuđa, stakla, opreme, građevinskih i završnih materijala, nakita i drugih industrija.

Opšte karakteristike silicijuma

Ako uzmemo u obzir položaj silicijuma u periodičnom sistemu, možemo reći ovo:

1. Lociran u IV grupi glavne podgrupe.
2. Redni broj 14.
3. Atomska masa 28, 086.
4. Hemijski simbol Si.
5. Naziv - silicijum, ili na latinskom - silicijum.
6. Elektronska konfiguracija vanjskog sloja 4e:2e:8e.

Kristalna rešetka silicijuma je slična onoj dijamanta. Atomi se nalaze na čvorovima, njegov tip je kubni sa centriranim licem. Međutim, zbog duže dužine veze, fizička svojstva silicijuma su veoma različita od onih alotropske modifikacije ugljika.

Fizička i hemijska svojstva

Postoje dvaalotropske modifikacije ovog elementa: amorfne i kristalne. Vrlo su slični. Međutim, kao i kod drugih supstanci, glavna razlika između njih je kristalna rešetka silicijuma.

U ovom slučaju, obje modifikacije su puderi različitih boja.

1. Kristalni silicij je tamno sivi sjajni prah nalik metalu. Njegova struktura odgovara dijamantu, ali su svojstva drugačija. On ima:

• fragility;
• niska tvrdoća;
• svojstva poluprovodnika;
• tačka topljenja 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• tačka ključanja 2700⁰C.

Njegova hemijska aktivnost je niska u poređenju sa drugim alotropnim oblikom.

2. Amorfni silicijum - smeđe-smeđi prah, ima strukturu visoko neuređenog dijamanta. Hemijska aktivnost je prilično visoka.

Generalno, treba napomenuti da silicijum ne voli da reaguje. Da bi reagovao, potrebna vam je temperatura od najmanje 400-500⁰C. U tim uslovima nastaju različita hemijska jedinjenja silicijuma. Kao što su:

• oksidi;
• halogenidi;
• silicidi;
• nitridi;
• borides;
• karbidi.

Moguća interakcija silicijuma sa azotnom kiselinom ili alkalijom, što se naziva proces jetkanja. Organosilicijumska jedinjenja su široko rasprostranjena i danas postaju sve češća.

Biti u prirodi

Silicijum se u prirodi nalazi u prilično značajnoj količini. Po učestalosti je na drugom mjestu nakon kiseonika. Njegov maseni udio je oko 30%. Morska voda također sadrži ovaj element u približnoj koncentraciji od 3 mg/l. Stoga se ne može reći da je silicijum rijedak element u prirodi.

Naprotiv, postoji mnogo različitih stijena i minerala u kojima se javlja i iz kojih se može iskopati. Najčešća prirodna silicijumska jedinjenja su sljedeća:

1. Silica. Hemijska formula je SiO₂. Postoji prilično veliki izbor oblika minerala i stijena na njegovoj osnovi: pijesak, kremen, feldspat, kvarc, gorski kristal, ametist, kalcedon, karneol, opal, jaspis i drugi.
2. Silikati i aluminosilikati. Kaolin, spars, liskun, soli silicijumske kiseline, azbest, talk.

Dakle, silicij je široko rasprostranjen u prirodi, a njegova jedinjenja su popularna i tražena među ljudima za tehničke primjene.

Silicij i njegova jedinjenja

Pošto predmetni element ne može postojati u svom čistom obliku, stoga su njegova različita jedinjenja važna. Sa hemijske tačke gledišta, može da pokaže tri oksidaciona stanja: +2, +4, -4. Polazeći od toga, kao i iz svoje inertnosti, ali posebne u strukturi kristalne rešetke, formira sljedeće glavne vrste supstanci:

• binarna jedinjenja sa nemetalima (silan, karbid, nitrid, fosfid i tako dalje;
• oksidi;
• silicijumkiselina;
• metalni silikati.

Hajde da pobliže pogledamo važnost silicijuma i njegovih spojeva, koji su najčešći i traženi kod ljudi.

Silicijum oksidi

Postoje dvije varijante ove supstance, izražene formulama:

• SiO;
• SiO₂.

Međutim, najrašireniji je dioksid. U prirodi postoji u obliku veoma lepog poludragog kamenja:

• ahat;
• kalcedon;
• opal;
• karneol;
• jasper;
• ametist;
• rhinestone.

Upotreba silicijuma u ovom obliku našla je svoju primenu u proizvodnji nakita. Od ovog poludragog i poludragog kamenja pravi se nevjerovatno lijep zlatni i srebrni nakit.

Još nekoliko varijanti silicijum dioksida:

• kvarc;
• rijeka i kvarcni pijesak;
• kremen;
• feldspars.

Upotreba silicijuma u ovim vrstama implementirana je u građevinarstvu, inženjeringu, radio elektronici, hemijskoj industriji i metalurgiji. Zajedno, navedeni oksidi pripadaju jednoj supstanci - silicijum dioksidu.

Silikon karbid i njegove primjene

Silicij i njegova jedinjenja su materijali budućnosti i sadašnjosti. Jedan od ovih materijala je karborund ili karbid ovog elementa. Hemijska formula SiC. Javlja se prirodno kao mineral moissanite.

U svom čistom obliku, spoj ugljenika i silicijuma je prekrasanprozirni kristali nalik dijamantskim strukturama. Međutim, zeleno i crno obojene supstance se koriste u tehničke svrhe.

Glavne karakteristike ove supstance, koje omogućavaju njenu upotrebu u metalurgiji, inženjerstvu, hemijskoj industriji, su sledeće:

• wide gap semiconductor;
• veoma visoka čvrstoća (7 na Mohsovoj skali);
• otporan na visoke temperature;
• odličan električni otpor i toplotna provodljivost.

Sve ovo omogućava upotrebu karborunda kao abrazivnog materijala u metalurgiji i hemijskoj sintezi. I takođe na njegovoj osnovi proizvodi LED diode širokog spektra, dijelove za peći za topljenje stakla, mlaznice, baklje, nakit (moissanit je cijenjeniji od kubnog cirkonija).

Silan i njegovo značenje

Vodonično jedinjenje silicijuma naziva se silan i ne može se dobiti direktnom sintezom iz polaznih materijala. Da bi se dobio, koriste se silicidi različitih metala koji se tretiraju kiselinama. Kao rezultat, oslobađa se gasoviti silan i formira se metalna so.

Zanimljivo je da se dotična veza nikada ne stvara sama. Uvek kao rezultat reakcije dobije se mešavina mono-, di- i trisilana u kojoj su atomi silicijuma međusobno povezani u lance.

Po svojim svojstvima, ova jedinjenja su jaka redukciona sredstva. U isto vrijeme, sami se lako oksidiraju kisikom, ponekad i eksplozijom. Kod halogena su reakcije uvijek burne, sa velikom emisijomenergija.

Primjena silana je kako slijedi:

1. Reakcije organske sinteze, koje rezultiraju stvaranjem važnih organosilicijumskih jedinjenja - silikona, gume, zaptivača, maziva, emulzija i dr.
2. Mikroelektronika (LCD monitori, integrisana tehnička kola, itd.).
3. Dobijanje ultračistog polisilicijuma.
4. Stomatologija sa protetikom.

Dakle, važnost silana u modernom svijetu je velika.

Silicijska kiselina i silikati

Hiroksid elementa u pitanju su različite silicijumske kiseline. Istaknite:

• meta;
• orto;
• polisilicijumske i druge kiseline.

Sve ih objedinjuje zajednička svojstva - ekstremna nestabilnost u slobodnom stanju. Lako se raspadaju pod uticajem temperature. U normalnim uslovima ne postoje dugo, pretvarajući se prvo u sol, a zatim u gel. Nakon sušenja, takve strukture se nazivaju silika gelovi. Koriste se kao adsorbenti u filterima.

Važne, sa stanovišta industrije, su soli silicijumskih kiselina - silikati. Oni su u osnovi proizvodnje supstanci kao što su:

• staklo;
• beton;
• cement;
• zeolit;
• kaolin;
• porculan;
• faience;
• crystal;
• keramika.

Silikati alkalnih metala su rastvorljivi, svi ostali nisu. Stoga se natrijum i kalijev silikat naziva tečnim staklom. Obično klerikalno ljepilo - ovo je natrijumsol silicijske kiseline.

Ali najzanimljivija jedinjenja su i dalje čaše. Koliko god varijanti ove supstance smislili! Danas dobijaju boje, optičke, mat opcije. Stakleno posuđe zadivljuje svojom raskošom i raznovrsnošću. Dodavanjem određenih metalnih i nemetalnih oksida u smjesu, može se proizvesti širok izbor vrsta stakla. Ponekad čak i isti sastav, ali različiti postotak komponenti dovodi do razlike u svojstvima tvari. Primjer je porculan i fajanca, čija je formula SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvarc staklo je oblik visoko čistog proizvoda čiji je sastav opisan kao silicijum dioksid.

Otkrića u silicijumskim jedinjenjima

Tokom proteklih nekoliko godina istraživanja, dokazano je da su silicijum i njegova jedinjenja najvažniji učesnici u normalnom stanju živih organizama. Uz nedostatak ili višak ovog elementa, bolesti kao što su:

• rak;
• tuberkuloza;
• artritis;
• katarakta;
• guba;
• dizenterija;
• reumatizam;
• hepatitis i drugi.

Sam proces starenja je takođe povezan sa kvantitativnim sadržajem silicijuma. Brojni eksperimenti na sisarima dokazali su da u nedostatku elementa dolazi do infarkta, moždanog udara, raka i aktiviranja virusa hepatitisa.