Silikon dan sebatiannya. Silikon dalam alam semula jadi. Penggunaan silikon

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Silikon ialah salah satu elemen yang paling dituntut dalam teknologi dan industri. Ia berhutang ini kepada sifatnya yang luar biasa. Hari ini, terdapat banyak sebatian berbeza unsur ini yang memainkan peranan penting dalam sintesis dan penciptaan produk teknikal, pinggan mangkuk, kaca, peralatan, bahan binaan dan kemasan, barang kemas dan industri lain.

Ciri umum silikon

Jika kita mempertimbangkan kedudukan silikon dalam sistem berkala, kita boleh mengatakan ini:

1. Terletak dalam kumpulan IV subkumpulan utama.
2. Nombor ordinal 14.
3. Jisim atom 28, 086.
4. Simbol kimia Si.
5. Nama - silikon, atau dalam bahasa Latin - silicium.
6. Konfigurasi elektronik lapisan luar 4e:2e:8e.

Kekisi kristal silikon adalah serupa dengan berlian. Atom terletak di nod, jenisnya adalah kubik berpusat muka. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh panjang ikatan yang lebih panjang, sifat fizikal silikon sangat berbeza daripada pengubahsuaian alotropik karbon.

Sifat fizikal dan kimia

Ada duapengubahsuaian alotropik unsur ini: amorfus dan kristal. Mereka sangat serupa. Walau bagaimanapun, seperti bahan lain, perbezaan utama antaranya ialah kekisi kristal silikon.

Dalam kes ini, kedua-dua pengubahsuaian adalah serbuk warna yang berbeza.

1. Silikon kristal ialah serbuk seperti logam berkilat kelabu gelap. Strukturnya sepadan dengan berlian, tetapi sifatnya berbeza. Dia mempunyai:

• rapuh;
• kekerasan rendah;
• sifat semikonduktor;
• takat lebur 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• takat didih 2700⁰C.

Aktiviti kimianya rendah berbanding bentuk alotropik lain.

2. Silikon amorfus - serbuk coklat-coklat, mempunyai struktur berlian yang sangat tidak teratur. Aktiviti kimia agak tinggi.

Secara umum, perlu diingat bahawa silikon tidak suka bertindak balas. Untuk menjadikannya bertindak balas, anda memerlukan suhu sekurang-kurangnya 400-500⁰C. Di bawah keadaan ini, pelbagai sebatian kimia silikon terbentuk. Seperti:

• oksida;
• halida;
• silisid;
• nitrida;
• borides;
• karbida.

Kemungkinan interaksi silikon dengan asid nitrik atau alkali, yang dipanggil proses etsa. Sebatian organosilikon tersebar luas dan menjadi semakin biasa hari ini.

Berada dalam alam semula jadi

Silikon ditemui dalam alam semula jadi dalam jumlah yang agak ketara. Ia berada di tempat kedua selepas oksigen dari segi kelaziman. Pecahan jisimnya adalah kira-kira 30%. Air laut juga mengandungi unsur ini pada kepekatan anggaran 3 mg/l. Oleh itu, tidak boleh dikatakan bahawa silikon ialah unsur yang jarang ditemui.

Sebaliknya, terdapat banyak batuan dan mineral yang berbeza di mana ia berlaku dan dari mana ia boleh dilombong. Sebatian silikon semula jadi yang paling biasa adalah seperti berikut:

1. Silika. Formula kimianya ialah SiO₂. Terdapat pelbagai jenis mineral dan batuan yang agak besar berdasarkannya: pasir, batu api, feldspar, kuarza, kristal batu, amethyst, chalcedony, carnelian, opal, jasper dan lain-lain.
2. Silikat dan aluminosilikat. Kaolin, spar, mika, garam asid silisik, asbestos, talkum.

Oleh itu, silikon diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi, dan sebatiannya popular dan diminati dalam kalangan orang ramai untuk aplikasi teknikal.

Silikon dan sebatiannya

Oleh kerana unsur yang dimaksudkan tidak boleh wujud dalam bentuk tulennya, oleh itu pelbagai sebatiannya adalah penting. Dari sudut pandangan kimia, ia boleh mempamerkan tiga keadaan pengoksidaan: +2, +4, -4. Prosiding daripada ini, dan juga dari lengainya, tetapi istimewa dalam struktur kekisi kristal, ia membentuk jenis bahan utama berikut:

• sebatian binari dengan bukan logam (silane, karbida, nitrida, fosfida dan sebagainya;
• oksida;
• silikonasid;
• silikat logam.

Mari kita lihat dengan lebih dekat kepentingan silikon dan sebatiannya, yang paling biasa dan menjadi permintaan ramai.

oksida silikon

Terdapat dua jenis bahan ini, dinyatakan oleh formula:

• SiO;
• SiO₂.

Namun, yang paling meluas ialah dioksida. Ia wujud di alam semula jadi dalam bentuk batu separa berharga yang sangat cantik:

• agate;
• chalcedony;
• opal;
• carnelian;
• jasper;
• amethyst;
• berlian buatan.

Penggunaan silikon dalam bentuk ini telah menemui aplikasinya dalam pembuatan barang kemas. Perhiasan emas dan perak yang sangat cantik dibuat dengan batu separa berharga dan separa berharga ini.

Beberapa lagi variasi silikon dioksida:

• kuarza;
• sungai dan pasir kuarza;
• batu;
• feldspars.

Penggunaan silikon dalam jenis ini dilaksanakan dalam kerja pembinaan, kejuruteraan, elektronik radio, industri kimia dan metalurgi. Bersama-sama, oksida yang disenaraikan tergolong dalam satu bahan - silika.

Silikon karbida dan aplikasinya

Silikon dan sebatiannya adalah bahan masa hadapan dan masa kini. Salah satu bahan ini ialah carborundum atau karbida unsur ini. Formula kimia SiC. Berlaku secara semula jadi sebagai mineral moissanite.

Dalam bentuk tulennya, sebatian karbon dan silikon adalah cantikkristal lutsinar menyerupai struktur berlian. Walau bagaimanapun, bahan berwarna hijau dan hitam digunakan untuk tujuan teknikal.

Ciri-ciri utama bahan ini, membenarkan penggunaannya dalam metalurgi, kejuruteraan, industri kimia, adalah seperti berikut:

• semikonduktor jurang lebar;
• kekuatan sangat tinggi (7 pada skala Mohs);
• tahan suhu tinggi;
• rintangan elektrik dan kekonduksian haba yang sangat baik.

Semua ini memungkinkan untuk menggunakan carborundum sebagai bahan pelelas dalam metalurgi dan sintesis kimia. Dan juga berdasarkannya untuk menghasilkan LED spektrum luas, bahagian untuk relau lebur kaca, muncung, obor, barang kemas (moissanite bernilai lebih daripada zirkonia padu).

Silan dan maknanya

Sebatian hidrogen silikon dipanggil silane dan tidak boleh diperoleh melalui sintesis langsung daripada bahan permulaan. Untuk mendapatkannya, silisid pelbagai logam digunakan, yang dirawat dengan asid. Akibatnya, silana gas dibebaskan dan garam logam terbentuk.

Menariknya, sambungan yang dimaksudkan tidak pernah terbentuk secara bersendirian. Sentiasa hasil daripada tindak balas, campuran mono-, di- dan trisilane diperoleh, di mana atom silikon saling berkait dalam rantai.

Dengan sifatnya, sebatian ini adalah agen penurunan yang kuat. Pada masa yang sama, mereka sendiri mudah teroksida oleh oksigen, kadang-kadang dengan letupan. Dengan halogen, tindak balas sentiasa ganas, dengan pelepasan yang besartenaga.

Aplikasi silanes adalah seperti berikut:

1. Tindak balas sintesis organik, yang mengakibatkan pembentukan sebatian organosilikon penting - silikon, getah, pengedap, pelincir, emulsi dan lain-lain.
2. Mikroelektronik (monitor LCD, litar teknikal bersepadu, dll.).
3. Mendapatkan polisilikon ultratulen.
4. Pergigian dengan prostetik.

Oleh itu, kepentingan silanes dalam dunia moden adalah tinggi.

Asid silisik dan silikat

Hidroksida bagi unsur yang dimaksudkan ialah asid silisik yang berbeza. Serlahkan:

• meta;
• ortho;
• polisilisik dan asid lain.

Semuanya disatukan oleh sifat biasa - ketidakstabilan yang melampau dalam keadaan bebas. Mereka mudah terurai di bawah pengaruh suhu. Di bawah keadaan biasa, mereka tidak wujud lama, mula-mula bertukar menjadi sol, dan kemudian menjadi gel. Selepas pengeringan, struktur sedemikian dipanggil gel silika. Ia digunakan sebagai penjerap dalam penapis.

Penting, dari sudut pandangan industri, adalah garam asid silicic - silikat. Mereka mendasari penghasilan bahan seperti:

• gelas;
• konkrit;
• simen;
• zeolit;
• kaolin;
• porselin;
• faience;
• kristal;
• seramik.

Silikat logam alkali boleh larut, semua yang lain tidak. Oleh itu, natrium dan kalium silikat dipanggil kaca cecair. Gam perkeranian biasa - ini adalah natriumgaram asid silicic.

Tetapi sebatian yang paling menarik ialah cermin mata. Tidak kira berapa banyak varian bahan ini yang mereka hasilkan! Hari ini mereka mendapat pilihan warna, optik, matte. Barangan kaca sangat menarik dalam kemegahan dan kepelbagaiannya. Dengan menambahkan oksida logam dan bukan logam tertentu ke dalam campuran, pelbagai jenis kaca boleh dihasilkan. Kadang-kadang walaupun komposisi yang sama, tetapi peratusan komponen yang berbeza membawa kepada perbezaan dalam sifat bahan. Contohnya ialah porselin dan faience, formulanya ialah SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kaca kuarza ialah sejenis produk yang sangat tulen yang komposisinya digambarkan sebagai silikon dioksida.

Penemuan dalam sebatian silikon

Sejak beberapa tahun penyelidikan yang lalu, telah terbukti bahawa silikon dan sebatiannya adalah peserta terpenting dalam keadaan normal organisma hidup. Dengan kekurangan atau lebihan unsur ini, penyakit seperti:

• kanser;
• tuberkulosis;
• arthritis;
• katarak;
• kusta;
• disentri;
• reumatik;
• hepatitis dan lain-lain.

Proses penuaan itu sendiri juga dikaitkan dengan kandungan kuantitatif silikon. Banyak eksperimen ke atas mamalia telah membuktikan bahawa dengan kekurangan unsur, serangan jantung, strok, kanser berlaku dan virus hepatitis diaktifkan.