Silicon: ứng dụng, hóa học và vật lý thuộc tính

Một trong những yếu tố phổ biến nhất trong tự nhiên - đó là silic, hoặc silicon. phân phối rộng như vậy chỉ ra tầm quan trọng và ý nghĩa của vấn đề này. Nó nhanh chóng hiểu và học hỏi những người học được cách khai thác silicon. việc sử dụng nó được dựa trên các tính chất đặc biệt mà chúng ta sẽ nói chuyện thêm.

Silicon - một nguyên tố hóa học

Nếu bạn đưa ra một mô tả của mặt hàng này về tình hình trong hệ thống tuần hoàn, người ta có thể xác định những điểm quan trọng sau đây:

1. Số seri - 14.
2. Thời gian - một nhỏ thứ ba.
3. Group - IV.
4. Nhóm - nhà.
5. Cấu trúc của vỏ electron ngoài được thể hiện theo công thức ² 3s 3p ^2.
6. yếu tố silic hóa Si được biểu thị bằng biểu tượng, được phát âm như "Silicon đơn tinh thể".
7. trạng thái ôxi hóa mà nó thể hiện: -4; 2; 4.
8. Các hóa trị của nguyên tử là IV.
9. Silicon trọng lượng nguyên tử là 28,086.
10. Trong tự nhiên, có ba đồng vị ổn định của phần tử với số lượng 28, 29 và 30.

Do đó, các nguyên tử silicon từ quan điểm hóa học của quan điểm - yếu tố được nghiên cứu đầy đủ, mô tả một loạt các thuộc tính khác nhau.

Lịch sử phát hiện

Kể từ khi chính bản chất của nội dung phổ biến và khối lượng là hợp chất khác nhau của nguyên tố này, từ thời cổ đại, người ta đã từng biết về các thuộc tính và tên của nhiều trong số họ. silicon tinh khiết được lâu vẫn vượt ra ngoài giới hạn của tri thức nhân loại trong hóa học.

Các hợp chất phổ biến nhất, được sử dụng ở các nước công nghiệp trong nước và các nền văn hóa cổ đại (người Ai Cập, La Mã, rusichi Trung Quốc, Ba Tư và những người khác) là quý và đá bán quý dựa trên oxit silic. Chúng bao gồm:

• opal;
• đá pha lê;
• topaz;
• chrysoprase;
• onyx;
• chalcedony và những người khác.

Cũng đã sử dụng của thạch anh cũ và cát thạch anh trong kinh doanh xây dựng. Tuy nhiên, silic nguyên tố vẫn chưa được giải quyết cho đến thế kỷ XIX, mặc dù nhiều nhà khoa học đã cố gắng trong vô vọng để phân biệt nó với các hợp chất khác nhau, sử dụng và chất xúc tác, và nhiệt độ cao, và thậm chí cả điện. Đây là những suy nghĩ sáng, chẳng hạn như:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Gemfri Devi;
• Antuan Lavuaze.

Thực hiện việc thu thập thành công silicon tinh khiết thành công Jens Jacobs Berzelius năm 1823. Đối với điều này ông đã trải qua kinh nghiệm florua hơi hợp kim silic và kali kim loại. Kết quả là, một thay đổi vô định hình của nguyên tố này. Các nhà khoa học cùng đã được mời đến tên Latin cho các nguyên tử mở.

Tuy nhiên sau đó, vào năm 1855, một nhà khoa học - St. Claire Deville - quản lý để tổng hợp nhiều dạng thù hình khác nhau - tinh thể silicon. Từ kiến thức về yếu tố này và thuộc tính của nó trở nên rất nhanh chóng bổ sung. Người ta đã nhận ra rằng nó có nhiều tính năng độc đáo mà rất có thể được sử dụng để đáp ứng nhu cầu riêng của họ. Vì vậy, hôm nay một trong những sau khi các mục trong thiết bị điện tử và công nghệ được mong đợi nhất - là silicon. việc sử dụng nó chỉ được mở rộng biên giới của mình mỗi năm.

Tên Nga đưa nguyên tử khoa học Hess năm 1831. Chính điều này và bị mắc kẹt cho đến ngày nay.

Nội dung trong tự nhiên

Tỷ lệ trong tự nhiên, silicon là chỉ đứng sau oxy. tỷ lệ phần trăm của nó so với các nguyên tử khác gồm lớp vỏ - 29,5%. Bên cạnh đó, carbon và silicon - hai yếu tố đặc biệt có thể tạo thành một mạch kết nối với nhau. Đó là lý do tại sao cho cuối cùng là hơn 400 khoáng chất tự nhiên khác nhau, như là một phần trong đó ông tìm thấy trong thạch quyển, thủy quyển và sinh khối.

Trong trường hợp chính xác được chứa silicon?

1. Trong lớp sâu hơn của đất.
2. Những tảng đá, hồ chứa và mảng.
3. Ở dưới cùng của cơ quan của nước, đặc biệt là các đại dương và biển.
4. Trong thực vật và sinh vật biển trong thế giới động vật.
5. Ở người và động vật trên cạn.

Bạn có thể đánh dấu một số các khoáng chất phổ biến nhất và đá như một phần trong số đó là hiện diện trong một lượng lớn silic. Hóa chất họ là như vậy mà có hàm lượng chất của các yếu tố tinh khiết trong đó đạt 75%. Tuy nhiên, con số chính xác phụ thuộc vào loại vật liệu. Vì vậy, đá và khoáng vật với hàm lượng silic:

• fenspat;
• mica;
• amphibole;
• opal;
• chalcedony;
• silicat;
• đá sa thạch;
• silicat nhôm;
• đất sét và khác.

Tích lũy trong vỏ và khung xương của động vật biển, silicon cuối cùng tạo thành một tiền gửi silica mạnh trên đáy ao. Đây là một trong những nguồn tự nhiên của nguyên tố này.

Hơn nữa, nó đã được tìm thấy rằng Silicon đơn tinh thể có thể tồn tại ở dạng tự nhiên tinh khiết - ở dạng tinh thể. Nhưng số tiền này là rất hiếm.

Các tính chất vật lý của silic

Nếu bạn đưa ra một đặc tính của phần tử của tập hợp các tính chất vật lý và hóa học, trước hết nó là cần thiết để chỉ định các thông số vật lý. Dưới đây là một vài cơ bản:

1. Nó tồn tại trong hai thay đổi thù hình - vô định hình và tinh thể, trong đó có sự khác biệt trong tất cả các tài sản.
2. Các mạng tinh thể là rất tương tự như kim cương, vì carbon và silicon trong lĩnh vực này hầu như giống hệt nhau. Tuy nhiên, khoảng cách giữa các nguyên tử khác nhau (nhiều hơn so với silicon), do đó kim cương khó khăn hơn nhiều và mạnh mẽ hơn. loại mạng - gương mặt trung tâm khối.
3. Sản phẩm này là rất giòn, trở nên dẻo ở nhiệt độ cao.
4. Nhiệt độ nóng chảy là 1415˚S.
5. Sôi điểm - 3250˚S.
6. Chất Mật độ - 2,33 g / cm ^3.
7. Màu kết nối - bạc màu xám, bày tỏ ánh kim đặc trưng.
8. Nó có tính chất bán dẫn tốt, mà có thể thay đổi với việc bổ sung các đại lý khác nhau.
9. Không tan trong nước, dung môi hữu cơ và axit.
10. Cụ thể hòa tan trong kiềm.

Hãy tham khảo những tính chất vật lý của silic cho phép mọi người để quản lý nó và sử dụng nó để tạo ra một loạt các sản phẩm. Ví dụ, tài sản dựa trên việc sử dụng thiết bị điện tử semiconductivity silicon tinh khiết.

tính chất hóa học

tính chất hóa học của silic phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện phản ứng. Nếu chúng ta nói về các chất tinh khiết ở các cài đặt tiêu chuẩn, bạn cần phải biểu thị hoạt động rất thấp. Cả hai tinh thể và silic vô định hình rất trơ. Không tương tác với bất kỳ oxy hóa mạnh (trừ flo) hoặc với các tác nhân khử mạnh.

Điều này là do thực tế rằng bề mặt của bộ phim oxide liệu SiO ₂ được hình thành ngay lập tức, mà ngăn cản sự tương tác hơn nữa. Nó có thể được hình thành dưới ảnh hưởng của nước, không khí và hơi.

Nếu điều kiện tiêu chuẩn thay đổi và làm nóng silicon để nhiệt độ trên 400S, phản ứng của nó sẽ tăng lên mạnh mẽ. Trong trường hợp này, nó sẽ phản ứng với:

• oxy;
• tất cả các loại halogen;
• hydro.

Với sự gia tăng hơn nữa trong nhiệt độ, sự hình thành của các sản phẩm bằng phản ứng với boron, nitơ và carbon. Đặc biệt quan trọng là các cacbua silic - SiC, vì nó là một loại vật liệu mài mòn tốt.

Ngoài ra, các tính chất hóa học của silic được nhìn thấy rõ ràng trong các phản ứng với kim loại. Đối đầu với họ ông chất ôxy hóa, vì vậy các sản phẩm được gọi là silicide. các hợp chất như vậy được biết đến với:

• kiềm;
• kiềm;
• kim loại chuyển tiếp.

Hợp chất có tính chất khác thường thu được khi hợp kim của sắt và silicon. Nó mang tên của gốm ferrosilicon và đã được áp dụng thành công trong ngành công nghiệp.

Với chất phức tạp phản ứng silicon không nhập, vì vậy tất cả các loài của họ có khả năng hòa tan chỉ:

• nước cường toan (một hỗn hợp của nitric và axit hydrochloric);
• kiềm ăn da.

Do đó, nhiệt độ dung dịch nên được không ít hơn 60 ° C. Tất cả điều này khẳng định tài liệu cơ sở vật chất - kim cương ổn định tinh lưới, cho nó sức mạnh và tính trơ.

Phương pháp cho việc chuẩn bị

Chuẩn bị silic ở dạng tinh khiết - quá trình này là khá tốn kém về mặt kinh tế. Hơn nữa, nhờ thuộc tính hoặc phương pháp của nó mang lại cho chỉ 90-99% sản phẩm tinh khiết, trong khi các tạp chất dưới dạng kim loại và cacbon vẫn còn. Vì vậy, chỉ có những thứ là không đủ. Nó cũng nên chất lượng rõ ràng về yếu tố nước ngoài.

Nói chung, việc sản xuất silicon được thực hiện theo hai cách chính:

1. cát trắng, mà là một silic oxit tinh khiết SiO _2. Nung nó với các kim loại hoạt động (thường magiê) được hình thành một yếu tố miễn phí trong các hình thức của một sửa đổi vô định hình. Độ tinh khiết của phương pháp này là rất cao, sản phẩm thu được với sản lượng 99,9 phần trăm.
2. Một phương pháp phổ biến hơn trên quy mô công nghiệp - một cát tan thiêu kết với than cốc trong lò nung nhiệt chuyên dụng. Phương pháp này được phát triển bởi các nhà khoa học Nga Beketovym N. N.

tiếp tục điều trị là tiếp xúc với sản phẩm tẩy rửa phương pháp. Với mục đích này, các axit hoặc halogen (chloro, fluoro).

silic vô định hình

Silicon đặc trưng sẽ không đầy đủ nếu chúng ta không xem xét riêng mỗi mình sửa đổi thù hình. Việc đầu tiên của họ - là vô định hình. Trong trạng thái coi vật liệu tiếp xúc này là một loại bột màu nâu nâu, mịn phân tán. Rất hút ẩm, nó thể hiện một phản ứng đủ cao khi sưởi ấm. Trong điều kiện tiêu chuẩn, có thể chỉ tương tác với các chất oxy hóa mạnh nhất - flo.

Gọi là silic vô định hình là một loại tinh thể không hoàn toàn chính xác. mạng của nó cho thấy rằng chất - là một hình thức của silicon mịn chia hiện ở dạng tinh thể. Vì vậy, như vậy, những sửa đổi - hợp chất tương tự.

Tuy nhiên, tài sản của họ khác nhau, vì vậy để nói về dạng thù hình. Bởi chính nó, silicon vô định hình có khả năng cao để svetopoglotitelnoy. Ngoài ra, trong những trường hợp nhất định, chỉ số này là nhanh hơn nhiều so với một dạng tinh thể tương tự. Vì vậy, nó được sử dụng cho mục đích công nghiệp. Ở dạng này (bột) hợp chất có thể dễ dàng áp dụng cho bề mặt bất kỳ, cho dù đó là nhựa hoặc thủy tinh. Vì vậy, nó phù hợp cho sử dụng là silic vô định hình. Ứng dụng này được dựa trên sản xuất các tế bào năng lượng mặt trời có kích thước khác nhau.

Mặc dù mặc của pin loại này khá nhanh, do sự mài mòn của vật liệu màng mỏng, nhưng việc sử dụng và nhu cầu chỉ đang phát triển. Sau khi tất cả, thậm chí trong một thời gian phục vụ ngắn của các tế bào năng lượng mặt trời dựa trên silic vô định hình có thể cung cấp năng lượng cho toàn bộ doanh nghiệp. Bên cạnh đó, việc sản xuất các nguyên liệu như vậy mà không lãng phí, mà làm cho nó rất tiết kiệm.

Chuẩn bị bằng cách giảm một sửa đổi của các hợp chất kim loại hoạt động, ví dụ, natri hoặc magiê.

silicon tinh thể

sửa đổi màu xám bạc sáng bóng của nguyên tố này. Nó là hình thức này là phổ biến nhất và phổ biến nhất. Này được giải thích bởi một tập hợp các thuộc tính định tính ám ảnh bởi chất.

Các đặc điểm của mạng tinh thể silicon bao gồm các loại phân loại của nó, như một số trong số họ:

1. chất lượng điện tử - sạch nhất và cao nhất. Đây là loại được sử dụng trong thiết bị điện tử để xây dựng các công cụ có độ nhạy cao.
2. cấp năng lượng mặt trời. Tên riêng của mình xác định diện tích sử dụng. Nó cũng là một silic tinh khiết khá cao, việc sử dụng đó là cần thiết để tạo ra một chất lượng cao và kéo dài tấm pin mặt trời. bộ chuyển đổi quang điện được dựa trên cấu trúc tinh thể là chất lượng hơn và chịu mài mòn cao hơn mức mà sử dụng biến đổi vô định hình bằng phương pháp phún xạ trên các loại khác nhau của bề mặt.
3. silic kỹ thuật. Trong loại chất có những mẫu, có chứa khoảng 98% yếu tố thuần túy. Tất cả các phần còn lại đi với các loại khác nhau của các tạp chất:

• boron;
• nhôm;
• chloro;
• cacbon;
• phốt pho và khác.

Loại thứ hai của chất trong câu hỏi được sử dụng để có được polycrystals silicon. Để làm điều này, thực hiện quá trình tái kết tinh. Do đó, độ tinh khiết thu được bằng các sản phẩm như vậy, mà có thể là do các nhóm chất lượng mặt trời và điện tử.

Bởi polysilicon thiên nhiên - đó là trung gian giữa sự biến đổi vô định hình và tinh thể. Với một hiện thân như vậy là dễ dàng hơn để làm việc, nó là tốt hơn để có thể tái chế và làm sạch flo và clo.

Sản phẩm là kết quả có thể được phân loại như sau:

• multisilicon;
• monocrystalline;
• tinh thể hình;
• phế liệu silicon;
• silic kỹ thuật;
• sản xuất chất thải dưới dạng mảnh và phế liệu của vật liệu.

Mỗi trong số họ được sử dụng trong ngành công nghiệp và được sử dụng bởi một người hoàn toàn. Do đó, quá trình sản xuất, trên silicon, được coi là không lãng phí. Điều này làm giảm đáng kể giá trị kinh tế của nó, mà không ảnh hưởng chất lượng.

Sử dụng silicon tinh khiết

ngành công nghiệp sản xuất silicon cũng được thiết lập, và quy mô của nó là khá cồng kềnh. Điều này là do thực tế là các yếu tố như một trống, và dưới hình thức các hợp chất khác nhau, phổ biến và nhu cầu trong các lĩnh vực khác nhau của khoa học và công nghệ.

Nơi nó được sử dụng tinh thể và silic vô định hình ở dạng tinh khiết của nó?

1. Trong luyện kim như một sự bổ sung hợp kim, khả năng thay đổi các thuộc tính của các kim loại và hợp kim của chúng. Vì vậy, nó được sử dụng trong sự tan thép và gang.
2. loại khác nhau của các chất để lại hiện thân sản xuất sạch hơn - polysilicon.
3. hợp chất silicon với chất hữu cơ - là một ngành công nghiệp hóa chất, trong đó đặc biệt phổ biến hiện nay. vật liệu silicone được sử dụng trong y học, trong sản xuất đồ dùng, dụng cụ và nhiều hơn nữa.
4. Sản xuất tấm pin mặt trời khác nhau. Phương pháp này có được năng lượng là một trong những hứa hẹn nhất trong tương lai. Eco-thân thiện, hiệu quả chi phí và hardwearing - những ưu điểm chính của điện như vậy.
5. bật lửa silicon sử dụng trong một thời gian rất dài. Ngay cả trong thời cổ đại người ta đã dùng các tia lửa đá lửa cho lửa cháy. Nguyên tắc này là cơ sở cho việc sản xuất các loại bật lửa. Hôm nay, có những loài trong đó đá lửa được thay thế bằng một hợp kim của một thành phần nào đó, mang đến cho nhiều kết quả nhanh chóng (hình vòng cung).
6. Điện tử và năng lượng mặt trời.
7. zerkalets sản xuất trong các thiết bị laser khí.

Như vậy, silicon tinh khiết có rất nhiều đặc tính thuận lợi và đặc biệt cho phép sử dụng nó để tạo ra sản phẩm quan trọng và cần thiết.

Việc sử dụng các hợp chất silic

Ngoài một chất đơn giản là những hợp chất silicon được sử dụng và khác nhau mà là rất rộng rãi. Có một ngành công nghiệp toàn bộ đó được gọi là silicat. Nó dựa trên việc sử dụng các chất khác nhau, trong đó bao gồm mục tuyệt vời này. kết nối là gì và được sản xuất?

1. cát thạch anh hoặc sông - SiO _2. Nó được sử dụng để sản xuất xây dựng và vật liệu trang trí, chẳng hạn như xi măng và kính. Sử dụng vật liệu như vậy cũng được biết đến. Không ai trong số các công trình là không phải không có các thành phần dữ liệu, trong đó khẳng định tầm quan trọng của hợp chất silicon.
2. gốm silicat, trong đó bao gồm các vật liệu như đất nung, sứ, gạch và các sản phẩm dựa trên chúng. Các thành phần này được sử dụng trong y học, trong sản xuất bộ đồ ăn, đồ trang trí, đồ gia dụng, xây dựng và các khu vực khác trong nước hoạt động của con người.
3. hợp chất silicone - silicone, silica, dầu silicone.
4. keo silicat - được sử dụng như một văn phòng, trong pháo hoa và xây dựng.

Silicon, giá trong đó thay đổi trên thị trường thế giới, nhưng không vượt ngưỡng xuống 100 rúp Nga mỗi kg (pha lê) là một chất phổ biến và có giá trị. Đương nhiên, các hợp chất của nguyên tố này là tốt và được áp dụng rộng rãi.

Vai trò sinh học của silic

Xét về tầm quan trọng cho cơ thể của silic mà không có ý nghĩa. nội dung và phân phối đến các mô như sau:

• 0,002% - cơ bắp;
• 0.000017% - xương;
• Máu - 3,9 mg / l.

Mỗi ngày nên rơi vào khoảng một gam silic, hoặc sẽ phát triển căn bệnh này. Chết người không nằm trong số họ, tuy nhiên kéo dài đói silicon dẫn đến:

• rụng tóc;
• sự xuất hiện của mụn trứng cá và mụn nhọt;
• mong manh và dễ vỡ của xương;
• tính thấm mao mạch ánh sáng;
• mệt mỏi và nhức đầu;
• sự xuất hiện của rất nhiều vết bầm tím và vết bầm tím.

Đối với thực vật, silicon - yếu tố vi lượng cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường. Các nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng những cá nhân phát triển tốt hơn, người hàng ngày tiêu thụ một lượng vừa đủ của silicon.