Silīcijs un tā savienojumi. Silīcijs dabā. Silīcija pielietojums

2024 Autors: Angel Austin | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 05:35

Silīcijs ir viens no vispieprasītākajiem elementiem tehnoloģijā un rūpniecībā. Tas ir parādā tā neparastajām īpašībām. Mūsdienās ir daudz dažādu šī elementa savienojumu, kuriem ir svarīga loma tehnisko izstrādājumu, trauku, stikla, iekārtu, celtniecības un apdares materiālu, juvelierizstrādājumu un citu nozaru sintēzē un izveidē.

Silīcija vispārīgie raksturlielumi

Ja ņemam vērā silīcija pozīciju periodiskajā sistēmā, mēs varam teikt:

1. Atrodas galvenās apakšgrupas IV grupā.
2. Kārtuma numurs 14.
3. Atommasa 28, 086.
4. Ķīmiskais simbols Si.
5. Nosaukums - silicon, vai latīņu valodā - silicium.
6. Ārējā slāņa elektroniskā konfigurācija 4e:2e:8e.

Silīcija kristāliskais režģis ir līdzīgs dimantam. Atomi atrodas mezglos, tā tips ir seju centrēts kubisks. Tomēr garākas saites garuma dēļ silīcija fizikālās īpašības ļoti atšķiras no oglekļa alotropās modifikācijas īpašībām.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Ir divišī elementa alotropās modifikācijas: amorfas un kristāliskas. Tie ir ļoti līdzīgi. Tomēr, tāpat kā ar citām vielām, galvenā atšķirība starp tām ir silīcija kristāliskais režģis.

Šajā gadījumā abas modifikācijas ir dažādu krāsu pulveri.

1. Kristāliskais silīcijs ir tumši pelēks spīdīgs metālam līdzīgs pulveris. Tā struktūra atbilst dimantam, bet īpašības ir atšķirīgas. Viņam ir:

• trauslums;
• zema cietība;
• pusvadītāju īpašības;
• kušanas temperatūra 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• viršanas temperatūra 2700⁰C.

Tā ķīmiskā aktivitāte ir zema salīdzinājumā ar citu alotropo formu.

2. Amorfs silīcijs - brūni brūns pulveris, tam ir ļoti nesakārtota dimanta struktūra. Ķīmiskā aktivitāte ir diezgan augsta.

Kopumā jāatzīmē, ka silīcijam nepatīk reaģēt. Lai tas reaģētu, nepieciešama temperatūra vismaz 400-500⁰C. Šādos apstākļos veidojas dažādi silīcija ķīmiskie savienojumi. Piemēram:

• oksīdi;
• halogenīdi;
• silīcīdi;
• nitrīdi;
• borides;
• karbīdi.

Iespējama silīcija mijiedarbība ar slāpekļskābi vai sārmu, ko sauc par kodināšanas procesu. Silīcija organiskie savienojumi ir plaši izplatīti un mūsdienās kļūst arvien izplatītāki.

Būt dabā

Silīcijs dabā ir atrodams diezgan ievērojamā daudzumā. Izplatības ziņā tas ir otrajā vietā aiz skābekļa. Tās masas daļa ir aptuveni 30%. Arī jūras ūdens satur šo elementu aptuveni 3 mg/l koncentrācijā. Tāpēc nevar teikt, ka silīcijs dabā ir rets elements.

Gluži pretēji, ir daudz dažādu iežu un minerālu, kuros tas rodas un no kuriem to var iegūt. Visizplatītākie dabiskā silīcija savienojumi ir šādi:

1. Silīcija. Ķīmiskā formula ir SiO₂. Uz tā bāzes ir diezgan daudz dažādu minerālu un iežu formu: smiltis, krams, laukšpats, kvarcs, kalnu kristāls, ametists, halcedons, karneols, opāls, jašma un citi.
2. Silikāti un aluminosilikāti. Kaolīns, spars, vizla, silīcijskābes sāļi, azbests, talks.

Tādējādi silīcijs ir plaši izplatīts dabā, un tā savienojumi ir populāri un pieprasīti cilvēku vidū tehniskām vajadzībām.

Silīcijs un tā savienojumi

Tā kā attiecīgais elements nevar pastāvēt tīrā veidā, tādēļ tā dažādie savienojumi ir svarīgi. No ķīmiskā viedokļa tam var būt trīs oksidācijas pakāpes: +2, +4, -4. Pamatojoties uz to, kā arī no savas inerces, bet īpašas kristāla režģa struktūrā, tas veido šādus galvenos vielu veidus:

• bināri savienojumi ar nemetāliem (silāns, karbīds, nitrīds, fosfīds un tā tālāk);
• oksīdi;
• silīcijsskābe;
• metāla silikāti.

Sīkāk aplūkosim silīcija un tā savienojumu nozīmi, kas cilvēkiem ir visizplatītākie un pieprasītākie.

Silīcija oksīdi

Šai vielai ir divas šķirnes, kas izteiktas ar formulām:

• SiO;
• SiO₂.

Tomēr visizplatītākais ir dioksīds. Dabā tas pastāv ļoti skaistu pusdārgakmeņu veidā:

• agate;
• halcedons;
• opāls;
• karneols;
• jašma;
• ametists;
• rhinestone.

Silīcija izmantošana šajā formā ir atradusi savu pielietojumu juvelierizstrādājumu ražošanā. No šiem pusdārgakmeņiem un pusdārgakmeņiem tiek izgatavotas neticami skaistas zelta un sudraba rotaslietas.

Vēl daži silīcija dioksīda varianti:

• kvarcs;
• upe un kvarca smiltis;
• krams;
• laukšpats.

Silīcija izmantošana šādos veidos tiek īstenota būvdarbos, inženierzinātnēs, radioelektronikā, ķīmiskajā rūpniecībā un metalurģijā. Kopā uzskaitītie oksīdi pieder vienai vielai - silīcija dioksīdam.

Silīcija karbīds un tā pielietojumi

Silīcijs un tā savienojumi ir nākotnes un tagadnes materiāli. Viens no šiem materiāliem ir karborunds vai šī elementa karbīds. SiC ķīmiskā formula. Dabā sastopams kā minerāls moisanīts.

Tīrā veidā oglekļa un silīcija savienojums ir skaistscaurspīdīgi kristāli, kas atgādina dimanta struktūras. Tomēr tehniskiem nolūkiem tiek izmantotas zaļas un melnas krāsas vielas.

Šīs vielas galvenās īpašības, kas ļauj to izmantot metalurģijā, mašīnbūvē, ķīmiskajā rūpniecībā, ir šādas:

• platas spraugas pusvadītājs;
• ļoti augsta izturība (7 pēc Mosa skalas);
• izturīgs pret augstu temperatūru;
• izcila elektriskā pretestība un siltumvadītspēja.

Tas viss ļauj izmantot karborundu kā abrazīvu materiālu metalurģijā un ķīmiskajā sintēzē. Un arī uz tā pamata ražot plaša spektra gaismas diodes, detaļas stikla kausēšanas krāsnīm, sprauslas, lāpas, rotaslietas (moissanīts tiek vērtēts vairāk nekā kubiskais cirkonijs).

Silāns un tā nozīme

Silīcija ūdeņraža savienojumu sauc par silānu, un to nevar iegūt tiešā sintēzē no izejmateriāliem. Tā iegūšanai tiek izmantoti dažādu metālu silicīdi, kurus apstrādā ar skābēm. Rezultātā izdalās gāzveida silāns un veidojas metāla sāls.

Interesanti, ka attiecīgā saikne nekad neveidojas viena. Vienmēr reakcijas rezultātā tiek iegūts mono-, di- un trisilāna maisījums, kurā silīcija atomi ir savstarpēji savienoti ķēdēs.

Pēc to īpašībām šie savienojumi ir spēcīgi reducētāji. Tajā pašā laikā tie paši ir viegli oksidēti ar skābekli, dažreiz ar sprādzienu. Ar halogēniem reakcijas vienmēr ir vardarbīgas un ar lielu emisijuenerģija.

Silānu pielietojums ir šāds:

1. Organiskās sintēzes reakcijas, kuru rezultātā veidojas svarīgi silīcija organiskie savienojumi - silikoni, gumijas, hermētiķi, smērvielas, emulsijas un citi.
2. Mikroelektronika (LCD monitori, integrētās tehniskās shēmas utt.).
3. Īpaši tīra polisilīcija iegūšana.
4. Zobārstniecība ar protezēšanu.

Tādējādi silānu nozīme mūsdienu pasaulē ir augsta.

Silikskābe un silikāti

Attiecīgā elementa hidroksīds ir dažādas silīcijskābes. Izcelt:

• meta;
• ortho;
• polisilīcija un citas skābes.

Tos visus vieno kopīgas īpašības - ārkārtēja nestabilitāte brīvajā stāvoklī. Temperatūras ietekmē tie viegli sadalās. Normālos apstākļos tie nepastāv ilgi, vispirms pārvēršoties par solu un pēc tam par gēlu. Pēc žāvēšanas šādas struktūras sauc par silikageliem. Tos izmanto kā adsorbentus filtros.

No rūpniecības viedokļa svarīgi ir silīcija skābju sāļi - silikāti. Tie ir pamatā tādu vielu ražošanai kā:

• stikls;
• betons;
• cements;
• ceolīts;
• kaolīns;
• porcelāns;
• fajanss;
• kristāls;
• keramika.

Sārmu metālu silikāti šķīst, visi pārējie nē. Tāpēc nātrija un kālija silikātu sauc par šķidro stiklu. Parastā lietvedības līme - tas ir nātrijssilīcijskābes sāls.

Bet visinteresantākie savienojumi joprojām ir brilles. Neatkarīgi no tā, cik šīs vielas variantus viņi izdomāja! Šodien viņi iegūst krāsu, optisko, matētu opciju. Stikla trauki ir pārsteidzoši savā krāšņumā un daudzveidībā. Maisījumam pievienojot noteiktus metālu un nemetālu oksīdus, var ražot dažādus stikla veidus. Dažreiz pat tāds pats sastāvs, bet atšķirīgs sastāvdaļu procentuālais daudzums izraisa vielas īpašību atšķirību. Kā piemēru var minēt porcelānu un fajansa formulu, kuras formula ir SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvarca stikls ir ļoti tīra produkta forma, kura sastāvs ir aprakstīts kā silīcija dioksīds.

Atklājumi silīcija savienojumos

Pēdējo dažu gadu pētījumu laikā ir pierādīts, ka silīcijs un tā savienojumi ir vissvarīgākie dzīvo organismu normāla stāvokļa dalībnieki. Ar šī elementa trūkumu vai pārpalikumu var rasties tādas slimības kā:

• vēzis;
• tuberkuloze;
• artrīts;
• katarakta;
• lepra;
• dizentērija;
• reimatisms;
• hepatīts un citi.

Pats novecošanās process ir saistīts arī ar silīcija kvantitatīvo saturu. Neskaitāmi eksperimenti ar zīdītājiem ir pierādījuši, ka elementa trūkuma gadījumā rodas sirdslēkmes, insulti, vēzis un aktivizējas hepatīta vīruss.