Silikonun fiziksel özellikleri. Doğada silikon (Yer kabuğunda %25,8). İnsan vücudunda

Bağımsız bir kimyasal element olarak silikon, insanlık tarafından ancak 1825'te tanındı. Bu elbette silikon bileşiklerinin o kadar çok alanda kullanılmasını engellemedi ki, elementin kullanılmadığı yerleri listelemek daha kolay. Bu makale silikonun ve bileşiklerinin fiziksel, mekanik ve faydalı kimyasal özelliklerine, uygulamalarına ışık tutacak, ayrıca silikonun çelik ve diğer metallerin özelliklerini nasıl etkilediğinden de bahsedeceğiz.

Öncelikle silikonun genel özelliklerine bakalım. Yer kabuğunun kütlesinin %27,6 ila 29,5'i silikondur. Deniz suyunda elementin konsantrasyonu da oldukça yüksektir - 3 mg/l'ye kadar.

Litosferdeki bolluk açısından silikon, oksijenden sonra ikinci sırada yer almaktadır. Bununla birlikte, en ünlü formu silika bir dioksittir ve bu kadar yaygın kullanımın temelini oluşturan da onun özellikleridir.

Bu video size silikonun ne olduğunu anlatacak:

Konsept ve özellikler

Silikon metal değildir ancak farklı koşullar altında hem asidik hem de bazik özellikler sergileyebilir. Tipik bir yarı iletkendir ve elektrik mühendisliğinde oldukça yaygın olarak kullanılır. Fiziksel ve kimyasal özellikleri büyük ölçüde allotropik durumu tarafından belirlenir. Çoğu zaman kristal formla ilgilenirler, çünkü nitelikleri ulusal ekonomide daha fazla talep görmektedir.

Silikon insan vücudundaki temel makro elementlerden biridir. Eksikliğinin kemik dokusu, saç, cilt ve tırnakların durumu üzerinde zararlı etkisi vardır. Ayrıca silikon bağışıklık sisteminin performansını da etkiler.
Tıpta element veya daha doğrusu bileşikleri ilk uygulamasını tam da bu kapasitede buldu. Silikonla kaplı kuyulardan çıkan su hem temizdi, hem de bulaşıcı hastalıklara karşı direnci olumlu yönde etkiliyordu. Bugün silikonlu bileşikler tüberküloz, ateroskleroz ve artrite karşı ilaçların temelini oluşturuyor.
Genel olarak ametal düşük aktifliğe sahiptir ancak onu saf haliyle bulmak zordur. Bunun nedeni, havada bir dioksit tabakası tarafından hızla pasifleştirilmesi ve reaksiyona girmeyi durdurmasıdır. Isıtıldığında kimyasal aktivite artar. Sonuç olarak insanlık, maddenin kendisinden ziyade bileşiklerine çok daha aşinadır.

Böylece silikon hemen hemen tüm metallerle - silisitlerle alaşımlar oluşturur. Hepsi refrakterlik ve sertlik ile karakterize edilir ve uygun alanlarda kullanılır: gaz türbinleri, fırın ısıtıcıları.

Metal olmayan, D.I. Mendeleev'in tablosunda 6. grupta karbon ve germanyumla birlikte yer alıyor, bu da bu maddelerle belirli bir ortaklığa işaret ediyor. Dolayısıyla karbonla ortak noktası, organik tipte bileşikler oluşturabilme yeteneğidir. Aynı zamanda silikon da germanyum gibi sentezde kullanılan bazı kimyasal reaksiyonlarda metal özellikleri sergileyebilmektedir.

Avantajlar ve dezavantajlar

Ulusal ekonomide kullanım açısından diğer herhangi bir madde gibi, silikonun da bazı yararlı veya pek yararlı olmayan nitelikleri vardır. Kullanım alanının tam olarak belirlenmesi açısından önemlidirler.

Maddenin önemli bir avantajı, kullanılabilirlik. Doğada serbest formda bulunmadığı doğrudur, ancak yine de silikon üretme teknolojisi, enerji tüketmesine rağmen o kadar karmaşık değildir.
İkinci en önemli avantajı ise birçok bileşiğin oluşumu alışılmadık derecede kullanışlı özelliklere sahip. Bunlara silanlar, silisitler, dioksit ve tabii ki çok çeşitli silikatlar dahildir. Silikonun ve bileşiklerinin karmaşık katı çözeltiler oluşturma yeteneği neredeyse sonsuzdur, bu da çok çeşitli cam, taş ve seramik çeşitlerini sonsuz şekilde elde etmeyi mümkün kılar.
Yarı iletken özellikleri metal olmayan malzeme, elektrik ve radyo mühendisliğinde temel malzeme olarak kendisine yer sağlar.
Metal olmayan toksik olmayan Her sektörde kullanılmasına izin veren ve aynı zamanda teknolojik süreci potansiyel olarak tehlikeli bir sürece dönüştürmeyen bir üründür.

Malzemenin dezavantajları yalnızca iyi sertliğe sahip göreceli kırılganlığı içerir. Silikon, yük taşıyan yapılar için kullanılmaz ancak bu kombinasyon, alet yapımı için önemli olan kristallerin yüzeyinin düzgün şekilde işlenmesine olanak tanır.

Şimdi silikonun temel özelliklerinden bahsedelim.

Özellikler ve özellikler

Kristalin silikon endüstride en sık kullanıldığından, özellikleri daha önemlidir ve teknik özelliklerde bunlar verilmiştir. Maddenin fiziksel özellikleri aşağıdaki gibidir:

erime noktası – 1417 C;
kaynama noktası – 2600 C;
yoğunluk 2,33 g/cu'dur. kırılganlığı gösteren cm;
ısı kapasitesi ve termal iletkenlik en saf numunelerde bile sabit değildir: 800 J/(kg K) veya 0,191 cal/(g derece) ve 84-126 W/(m·K) veya 0,20-0, sırasıyla 30 cal/(cm·sec·derece);
kızılötesi optiklerde kullanılan uzun dalga kızılötesi radyasyona karşı şeffaf;
dielektrik sabiti – 1,17;
Mohs ölçeğinde sertlik – 7.

Bir ametalin elektriksel özellikleri büyük ölçüde yabancı maddelere bağlıdır. Endüstride bu özellik istenen yarı iletken tipinin modüle edilmesiyle kullanılır. Normal sıcaklıklarda silikon kırılgandır ancak 800 C'nin üzerine ısıtıldığında plastik deformasyon mümkündür.

Amorf silikonun özellikleri çarpıcı biçimde farklıdır: oldukça higroskopiktir ve normal sıcaklıklarda bile çok daha aktif reaksiyona girer.

Aşağıdaki videoda silikonun yapısı ve kimyasal bileşimi ile özellikleri tartışılmaktadır:

Kompozisyon ve yapı

Silikon, normal sıcaklıklarda eşit derecede kararlı olan iki allotropik formda bulunur.

Kristal koyu gri bir toz görünümündedir. Madde, elmas benzeri bir kristal kafese sahip olmasına rağmen, atomlar arasındaki aşırı uzun bağlardan dolayı kırılgandır. İlgi çekici olan yarı iletken özellikleridir.
Çok yüksek basınçlarda alabilirsiniz altıgen 2,55 g/cu yoğunlukta modifikasyon. cm Ancak bu aşama henüz pratik bir önem kazanmamıştır.
Amorf– kahverengi-kahverengi toz. Kristal formun aksine çok daha aktif reaksiyona girer. Bunun nedeni, ilk formun eylemsizliğinden değil, maddenin havada bir dioksit tabakasıyla kaplanmış olmasından kaynaklanmaktadır.

Ek olarak, birlikte maddeyi oluşturan silikon kristalinin boyutuna ilişkin başka bir sınıflandırma tipini de dikkate almak gerekir. Bilindiği gibi bir kristal kafes, yalnızca atomların değil, aynı zamanda bu atomların oluşturduğu yapıların da (uzun menzilli düzen olarak adlandırılan) düzenini gerektirir. Ne kadar büyük olursa, madde özellikleri bakımından o kadar homojen olacaktır.

Monokristal– numune bir kristaldir. Yapısı maksimum düzeyde düzenlidir, özellikleri homojendir ve iyi tahmin edilebilirdir. Bu, elektrik mühendisliğinde en çok talep edilen malzemedir. Ancak aynı zamanda elde edilme sürecinin karmaşık olması ve büyüme oranının düşük olması nedeniyle en pahalı türlerden biridir.
Çok kristalli– numune bir dizi büyük kristal taneden oluşuyor. Aralarındaki sınırlar, numunenin yarı iletken olarak performansını azaltan ve daha hızlı aşınmaya yol açan ek kusur seviyeleri oluşturur. Çoklu kristal yetiştirme teknolojisi daha basittir ve bu nedenle malzeme daha ucuzdur.
çok kristalli– Birbirine göre rastgele yerleştirilmiş çok sayıda taneden oluşur. Bu, mikroelektronik ve güneş enerjisinde kullanılan en saf endüstriyel silikon türüdür. Çoğunlukla çoklu ve tek kristallerin yetiştirilmesinde hammadde olarak kullanılır.
Amorf silikon da bu sınıflandırmada ayrı bir yere sahiptir. Burada atomların sırası yalnızca en kısa mesafelerde korunur. Ancak elektrik mühendisliğinde hala ince filmler halinde kullanılmaktadır.

Metal dışı üretim

Bileşiklerinin inertliği ve çoğunun yüksek erime noktası göz önüne alındığında, saf silikon elde etmek o kadar kolay değildir. Endüstride çoğunlukla dioksitten karbon indirgemeye başvuruyorlar. Reaksiyon 1800 C sıcaklıkta ark ocaklarında gerçekleştirilir. Bu sayede kullanımı için yeterli olmayan %99,9 saflıkta bir metal olmayan madde elde edilir.

Ortaya çıkan malzeme, klorürler ve hidroklorürler üretmek için klorlanır. Daha sonra bileşikler mümkün olan tüm yöntemlerle safsızlıklardan arındırılır ve hidrojen ile indirgenir.

Madde aynı zamanda magnezyum silisit elde edilerek de saflaştırılabilir. Silisit hidroklorik veya asetik asite maruz bırakılır. Silan elde edilir ve ikincisi çeşitli yöntemlerle saflaştırılır - emme, düzeltme vb. Daha sonra silan, 1000 C sıcaklıkta hidrojen ve silikona ayrıştırılır. Bu durumda safsızlık oranı %10-8-10-6 olan bir madde elde edilir.

Maddenin uygulanması

Endüstri için ametalin elektrofiziksel özellikleri büyük ilgi görmektedir. Tek kristal formu dolaylı boşluklu bir yarı iletkendir. Özellikleri, belirtilen özelliklere sahip silikon kristallerinin elde edilmesini mümkün kılan safsızlıklar tarafından belirlenir. Böylece bor ve indiyumun eklenmesi delik iletkenliğine sahip bir kristalin büyütülmesini mümkün kılar ve fosfor veya arseniğin eklenmesi elektronik iletkenliğe sahip bir kristalin büyütülmesini mümkün kılar.

Silikon tam anlamıyla modern elektrik mühendisliğinin temeli olarak hizmet ediyor. Transistörler, fotoseller, entegre devreler, diyotlar vb. ondan yapılır. Üstelik cihazın işlevselliği neredeyse her zaman yalnızca kristalin yüzeye yakın katmanı tarafından belirlenir ve bu, yüzey işlemine yönelik çok özel gereksinimleri belirler.
Metalurjide, teknik silikon hem alaşım değiştirici olarak kullanılır - daha fazla güç verir, hem de dökme demir üretiminde bir bileşen olarak - örneğin ve bir deoksidasyon maddesi olarak - kullanılır.
Ultra saf ve saflaştırılmış metalurjik malzemeler güneş enerjisinin temelini oluşturur.
Metalik olmayan dioksit doğada birçok farklı formda bulunur. Kristal çeşitleri - opal, akik, akik, ametist, kaya kristali - takılarda yerini buldu. Görünüş olarak pek çekici olmayan modifikasyonlar (çakmaktaşı, kuvars) metalurjide, inşaatta ve radyo elektronikte kullanılır.
Metalurjide, alet yapımında ve kimya endüstrisinde metal olmayan karbonlu karbür bileşiği kullanılır. Mohs ölçeğine göre 7 yüksek sertlik ve aşındırıcı malzeme olarak kullanılmasına olanak tanıyan mukavemet ile karakterize edilen geniş bantlı bir yarı iletkendir.
Silikatlar - yani silisik asit tuzları. Kararsız, sıcaklığın etkisi altında kolayca ayrışır. Dikkat çeken özellikleri çok sayıda ve çeşitli tuzlar oluşturmalarıdır. Ancak ikincisi cam, seramik, toprak, kristal vb. üretiminin temelini oluşturur. Modern inşaatın çeşitli silikatlara dayandığını rahatlıkla söyleyebiliriz.
Cam buradaki en ilginç durumu temsil ediyor. Temeli alüminosilikatlardır, ancak diğer maddelerin (genellikle oksitler) önemsiz karışımları, malzemeye renk dahil birçok farklı özellik kazandırır. -, çanak çömlek, porselen aslında aynı formüle sahiptir, ancak farklı bileşen oranlarına sahiptir ve çeşitliliği de şaşırtıcıdır.
Metal olmayanın bir yeteneği daha var: Uzun bir silikon atomu zinciri biçiminde karbon bileşikleri gibi bileşikler oluşturur. Bu tür bileşiklere organosilikon bileşikleri denir. Uygulamalarının kapsamı daha az iyi bilinmemektedir - bunlar silikonlar, sızdırmazlık malzemeleri, yağlayıcılar vb.

Silikon çok yaygın bir elementtir ve ulusal ekonominin birçok alanında alışılmadık derecede büyük öneme sahiptir. Üstelik sadece maddenin kendisi değil, çeşitli ve çok sayıda bileşiği de aktif olarak kullanılmaktadır.

Bu video size silikonun özellikleri ve kullanım alanları hakkında bilgi verecektir:

Silikon 1823 yılında İsveçli kimyager Jens Jacob Berzelius tarafından keşfedildi ve elde edildi.

Yer kabuğunda oksijenden sonra en çok bulunan ikinci elementtir (kütlece %27,6). Bileşiklerde bulunur.

Temel durumdaki bir silikon atomunun yapısı

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

Uyarılmış durumdaki bir silikon atomunun yapısı

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

Oksidasyon durumları: +4, -4.

Silisyumun allotropisi

Amorf ve kristalin silikon bilinmektedir.

Polikristalin silikon

Kristal – metalik parlaklığa sahip, yüksek sertlikte, kırılgan, yarı iletken koyu gri madde; ρ = 2,33 g/cm3, t°pl. =1415°C; kaynatın. = 2680°C.

Elmas benzeri bir yapıya sahiptir ve güçlü kovalent bağlar oluşturur. Hareketsiz.

Amorf - kahverengi toz, higroskopik, elmas benzeri yapı, ρ = 2 g/cm3, daha reaktif.

Silikon almak

1) Endüstri – kömürün kumla ısıtılması:

2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO

2) Laboratuvar – kumun magnezyumla ısıtılması:

2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Deneyi

Kimyasal özellikler

Tipik bir metal olmayan, atıl.

İndirgeyici ajan olarak:

1) Oksijenli

Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2

2) Florlu (ısıtmadan)

Si 0 + 2F 2 →SiF 4

3) Karbonlu

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - carborundum - sert; işaretleme ve taşlama için kullanılır)

4) Hidrojenle etkileşime girmez.

Silan (SiH 4), metal silisitlerin asitle ayrıştırılmasıyla elde edilir:

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgS04

5) Asitlerle reaksiyona girmez (Tsadece hidroflorik asit ile Si+4 HF= SiF 4 +2 H 2 )

Yalnızca nitrik ve hidroflorik asitlerin karışımında çözünür:

3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O

6) Alkalilerle (ısıtıldığında):

Oksitleyici bir madde olarak:

7) Metallerle (silisitler oluşur):

Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4

Silikon elektronikte yarı iletken olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Alaşımlara silikon eklenmesi korozyon direncini artırır. Silikatlar, alüminosilikatlar ve silika, cam ve seramik üretiminin yanı sıra inşaat endüstrisi için de ana hammaddelerdir.
Teknolojide silikon
Silikon ve bileşiklerinin uygulanması

Silan - SiH 4

Fiziki ozellikleri: Renksiz gaz, zehirli, mp. = -185°C, t°kaynama. = -112°C.

Silisik asidin hazırlanması

Güçlü asitlerin silikatlar üzerindeki etkisi - Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3 ↓

Kimyasal özellikler:

Isıtıldığında ayrışır: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

Silisik asit tuzları - silikatlar.

1) asitlerle

Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3

2) tuzlarla

Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓

3) Mineralleri oluşturan silikatlar, su ve karbon monoksitin (IV) etkisi altında doğal koşullarda yok edilir - kayaların aşınması:

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2)(feldispat) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(kaolinit (kil)) + 4SiO 2 (silika (kum)) + K2CO3

Silikon bileşiklerinin uygulanması

Seramik, cam ve çimento üretiminde doğal silikon bileşikleri - kum (SiO 2) ve silikatlar kullanılır.

Seramik

Porselen= kaolin + kil + kuvars + feldispat. Porselenin doğum yeri, porselenin 220 yılında zaten bilindiği Çin'dir. 1746 yılında Rusya'da porselen üretimi kuruldu.

Fayans -İtalya'nın Faenza şehrinin adından. 14. ve 15. yüzyıllarda seramik işçiliğinin geliştiği yer. Toprak kaplar, daha yüksek kil içeriği (%85) ve daha düşük pişirme sıcaklığı nedeniyle porselenden farklıdır.

Silikon (Si), Dünya'daki rezervler ve mevcudiyet açısından oksijenden sonra 2. sırada yer alan bir metal olmayan maddedir (Yer kabuğunda %25,8). Pratik olarak hiçbir zaman saf haliyle bulunmaz; esas olarak gezegende bileşikler halinde bulunur.

Silikonun özellikleri

Fiziki ozellikleri

Silikon, metalik bir renk tonuna veya kahverengi toz halindeki bir malzemeye sahip, kırılgan, açık gri bir malzemedir. Silikon kristalinin yapısı elmasınkine benzer, ancak atomlar arasındaki bağ uzunluğundaki farklılıklar nedeniyle elmasın sertliği çok daha yüksektir.

Silikon, elektromanyetik radyasyona erişilebilen metal olmayan bir maddedir. Bazı nitelikleri nedeniyle metal olmayanlar ile metaller arasında ortadadır:

Sıcaklık 800 °C'ye çıktığında esnek ve plastik hale gelir;

1417 °C'ye ısıtıldığında erir;

2600 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kaynamaya başlar;

Yüksek basınçta yoğunluğu değiştirir;

Harici bir manyetik alanın (diamagnet) yönüne karşı mıknatıslanma özelliğine sahiptir.

Silikon bir yarı iletkendir ve alaşımlarında bulunan safsızlıklar gelecekteki bileşiklerin elektriksel özelliklerini belirler.

Kimyasal özellikler

Si ısıtıldığında oksijen, brom, iyot, nitrojen, klor ve çeşitli metallerle reaksiyona girer. Karbonla birleştirildiğinde termal ve kimyasal dirence sahip sert alaşımlar elde edilir.

Silikon, hidrojen ile hiçbir şekilde etkileşime girmez, bu nedenle onunla olası tüm karışımlar farklı bir şekilde elde edilir.

Normal şartlarda flor gazı dışındaki tüm maddelerle zayıf reaksiyona girer. Silikon tetraflorür SiF4 bununla oluşturulur. Bu hareketsizlik, oksijen, su, buharı ve hava ile reaksiyona bağlı olarak metal olmayan yüzeyde bir silikon dioksit filminin oluşması ve onu sarmasıyla açıklanmaktadır. Bu nedenle kimyasal etkisi yavaş ve önemsizdir.

Bu tabakayı çıkarmak için hidroflorik ve nitrik asitlerin bir karışımını veya sulu alkali çözeltilerini kullanın. Bunun için bazı özel sıvılar, kromik anhidrit ve diğer maddelerin eklenmesini gerektirir.

Doğada silikon bulunması

Karbon bitki ve hayvanlar için ne kadar önemliyse, silikon da Dünya için o kadar önemlidir. Kabuğunun neredeyse yarısı oksijendir ve buna silikon eklerseniz kütlenin %80'ini elde edersiniz. Bu bağlantı kimyasal elementlerin hareketi için çok önemlidir.

Litosferin %75'i çeşitli silisik asit ve mineral tuzlarını (kum, kuvarsit, çakmaktaşı, mika, feldispat vb.) içerir. Magma ve çeşitli magmatik kayaçların oluşumu sırasında Si, granitlerde ve ultramafik kayaçlarda (plütonik ve volkanik) birikir.

İnsan vücudunda 1 gr silikon bulunmaktadır. Çoğu kemiklerde, tendonlarda, deride ve saçta, lenf düğümlerinde, aortta ve trakeada bulunur. Bağ ve kemik dokularının büyümesinde rol oynar ve ayrıca kan damarlarının elastikiyetini korur.

Bir yetişkin için günlük alım oranı 5-20 mg'dır. Fazlalığı silikoza neden olur.

Silikonun endüstrideki uygulamaları

Bu metal olmayan madde insan tarafından Taş Devri'nden beri bilinmektedir ve bugün hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

Başvuru:

İyi bir indirgeyici madde olduğundan metalurjide metal üretmek için kullanılır.

Belirli koşullar altında silikon elektriği iletebilir, bu yüzden elektronikte kullanılır.

Silikon oksit, cam ve silikat malzemelerin imalatında kullanılır.

Yarı iletken cihazların üretiminde özel alaşımlar kullanılmaktadır.

Tanım - Si (Silikon);
Dönem - III;
Grup - 14 (IVa);
Atom kütlesi - 28.0855;
Atom numarası - 14;
Atom yarıçapı = 132 pm;
Kovalent yarıçap = 111 pm;
Elektron dağılımı - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2;
erime sıcaklığı = 1412°C;
kaynama noktası = 2355°C;
Elektronegatiflik (Pauling'e göre/Alfred ve Rochow'a göre) = 1,90/1,74;
Oksidasyon durumu: +4, +2, 0, -4;
Yoğunluk (sayı) = 2,33 g/cm3;
Molar hacim = 12,1 cm3 /mol.

Silikon bileşikleri:

Silikon ilk kez 1811'de saf haliyle izole edildi (Fransız J. L. Gay-Lussac ve L. J. Tenard). Saf elemental silikon 1825'te elde edildi (İsveçli J. J. Berzelius). Kimyasal element, 1834'te (Rus kimyager G. I. Hess) “silikon” adını (eski Yunancadan dağ olarak tercüme edilmiştir) almıştır.

Silikon, Dünya üzerindeki en yaygın (oksijenden sonra) kimyasal elementtir (yer kabuğundaki içerik ağırlıkça %28-29'dur). Doğada silikon çoğunlukla silika (kum, kuvars, çakmaktaşı, feldispat) ve ayrıca silikatlar ve alüminosilikatlar halinde bulunur. Saf haliyle silikon son derece nadirdir. Saf formdaki birçok doğal silikat değerli taşlardır: zümrüt, topaz, akuamarin - bunların hepsi silikondur. Saf kristalin silikon (IV) oksit, kaya kristali ve kuvars formunda oluşur. Çeşitli safsızlıklar içeren silikon oksit, değerli ve yarı değerli taşlar (ametist, akik, jasper) oluşturur.

Pirinç. Silikon atomunun yapısı.

Silisyumun elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2'dir (bkz. Atomların elektronik yapısı). Dış enerji seviyesinde silikonun 4 elektronu vardır: 2'si 3s alt seviyesinde eşleşmiş + 2'si p-orbitallerinde eşlenmemiş. Bir silikon atomu uyarılmış bir duruma geçtiğinde, s-alt seviyesindeki bir elektron çiftini "terk eder" ve bir serbest yörüngenin bulunduğu p-alt seviyesine hareket eder. Böylece uyarılmış durumda silikon atomunun elektronik konfigürasyonu şu formu alır: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.

Pirinç. Silikon atomunun uyarılmış duruma geçişi.

Bu nedenle bileşiklerdeki silikon, 4 (çoğunlukla) veya 2 (bakınız Değerlik) değerinde bir değer sergileyebilir. Diğer elementlerle reaksiyona giren silikon (aynı zamanda karbon), hem elektronlarını bırakıp hem de onları kabul edebileceği kimyasal bağlar oluşturur, ancak silikon atomlarındaki elektronları kabul etme yeteneği, daha büyük silikon nedeniyle karbon atomlarına göre daha az belirgindir. atom.

Silikon oksidasyon durumları:

-4 : SiH4 (silan), Ca2Si, Mg2Si (metal silikatlar);
+4 - en kararlı olanı: Si02 (silikon oksit), H2Si03 (silisik asit), silikatlar ve silikon halojenürler;
0 : Si (basit madde)

Basit bir madde olarak silikon

Silikon, metalik parlaklığa sahip koyu gri kristal bir maddedir. Kristalin silikon bir yarı iletkendir.

Silikon, elmasa benzeyen ancak onun kadar güçlü olmayan tek bir allotropik modifikasyon oluşturur, çünkü Si-Si bağları elmas karbon molekülündeki kadar güçlü değildir (Bakınız Elmas).

Amorf silikon- erime noktası 1420°C olan kahverengi toz.

Kristalin silikon, amorf silikonun yeniden kristalleştirilmesiyle elde edilir. Oldukça aktif bir kimyasal olan amorf silikonun aksine, kristal silikon diğer maddelerle etkileşim açısından daha inerttir.

Silikonun kristal kafesinin yapısı elmasın yapısını tekrarlar - her atom, bir tetrahedronun köşelerinde bulunan diğer dört atomla çevrilidir. Atomlar, elmastaki karbon bağları kadar güçlü olmayan kovalent bağlarla bir arada tutulur. Bu nedenle hayırda bile. Kristalin silikondaki bazı kovalent bağlar kırılır, bu da bazı elektronların salınmasına neden olur ve silikonun çok az elektrik iletkenliğine sahip olmasına neden olur. Silikon ısındıkça, ışık altında veya belirli yabancı maddeler eklendiğinde kırılan kovalent bağların sayısı artar, bunun sonucunda serbest elektron sayısı artar ve dolayısıyla silikonun elektriksel iletkenliği de artar.

Silikonun kimyasal özellikleri

Karbon gibi silikon da reaksiyona girdiği maddeye bağlı olarak hem indirgeyici hem de oksitleyici bir madde olabilir.

Hayır. silikon yalnızca flor ile etkileşime girer ve bu, silikonun oldukça güçlü kristal kafesi ile açıklanır.

Silikon, 400°C'yi aşan sıcaklıklarda klor ve brom ile reaksiyona girer.

Silikon, karbon ve nitrojenle yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda etkileşime girer.

Ametallerle reaksiyonlarda silikon aşağıdaki gibi davranır: indirgen madde:
- normal koşullar altında, metal olmayanlardan silikon yalnızca flor ile reaksiyona girerek silikon halojenür oluşturur:
  Si + 2F2 = SiF4
- yüksek sıcaklıklarda silikon, klor (400°C), oksijen (600°C), nitrojen (1000°C), karbon (2000°C) ile reaksiyona girer:
  - Si + 2Cl2 = SiCl4 - silikon halojenür;
  - Si + O2 = Si02 - silikon oksit;
  - 3Si + 2N2 = Si3N4 - silikon nitrür;
  - Si + C = SiC - karborundum (silisyum karbür)
Metallerle reaksiyonlarda silikon oksitleyici ajan(oluşturulan salisidler:
Si + 2Mg = Mg 2 Si
Konsantre alkali çözeltileri ile reaksiyonlarda silikon, hidrojen salınımıyla reaksiyona girerek, silisik asidin çözünebilir tuzlarını oluşturur. silikatlar:
Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2
Silikon asitlerle reaksiyona girmez (HF hariç).

Silikonun hazırlanması ve kullanımı

Silikonun elde edilmesi:

laboratuvarda - silikadan (alüminyum tedavisi):
3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al203
endüstride - yüksek sıcaklıkta silikon oksidin kok (teknik olarak saf silikon) ile indirgenmesiyle:
SiO2 + 2C = Si + 2CO
En saf silikon, silikon tetraklorürün yüksek sıcaklıkta hidrojen (çinko) ile indirgenmesiyle elde edilir:
SiCl4 +2H2 = Si+4HCl

Silikon Uygulaması:

yarı iletken radyo elemanlarının üretimi;
ısıya dayanıklı ve aside dayanıklı bileşiklerin üretiminde metalurjik katkı maddeleri olarak;
güneş pilleri için fotosel üretiminde;
AC redresörleri olarak.

İŞLEMCİ? Kum? Bu kelimeyle hangi çağrışımlarınız var? Ya da belki Silikon Vadisi?
Öyle olsa bile her gün silikonla karşılaşıyoruz ve eğer Si'nin ne olduğunu ve neyle yenildiğini öğrenmek istiyorsanız lütfen kediye bakın.

giriiş

Moskova üniversitelerinden birinde Nanomalzemeler konusunda uzmanlaşan bir öğrenci olarak, sevgili okuyucuyu size gezegenimizin en önemli kimyasal elementleriyle tanıştırmak istedim. Nereden başlayacağımı, karbondan mı yoksa silikondan mı başlayacağımı seçmek için uzun zaman harcadım ve yine de Si'de durmaya karar verdim, çünkü herhangi bir modern cihazın kalbi, tabiri caizse, Si'ye dayanır. Düşüncelerimi son derece basit ve erişilebilir bir şekilde ifade etmeye çalışacağım. Bu materyali yazarken esas olarak yeni başlayanlara güveniyordum, ancak daha ileri düzey insanlar da ilginç bir şeyler öğrenebilecek. Ayrıca makalenin yalnızca ilgilenenlerin ufkunu genişletmek için yazılmıştır. Öyleyse başlayalım.

Silisyum

Silikon (enlem. Silisyum), Si, Mendeleev'in periyodik sisteminin IV. grubunun kimyasal elementi; atom numarası 14, atom kütlesi 28.086.
Doğada element üç kararlı izotopla temsil edilir: 28Si (%92,27), 29Si (%4,68) ve 30Si (%3,05).
Yoğunluk (no.'da) 2,33 g/cm³
Erime noktası 1688 K

Toz Si

Tarihsel referans

Yeryüzünde yaygın olarak bulunan silikon bileşikleri, Taş Devri'nden beri insanoğlu tarafından bilinmektedir. Taş aletlerin işçilik ve avcılık için kullanımı birkaç bin yıl boyunca devam etti. Silikon bileşiklerinin işlenmesiyle (cam üretimi) kullanılması M.Ö. 3000 civarında başladı. e. (Eski Mısır'da). Bilinen en eski Silikon bileşiği SiO2 oksittir (silika). 18. yüzyılda silika basit bir katı olarak kabul edildi ve (adından da anlaşılacağı gibi) “toprak” olarak sınıflandırıldı. Silika bileşiminin karmaşıklığı I.Ya.Berzelius tarafından kurulmuştur. İlk kez 1825'te silikon florür SiF4'ten elementel silikonu elde etti ve ikincisini potasyum metali ile indirgedi. Yeni elemente “silikon” adı verildi (Latince silex - çakmaktaşından). Rus ismi 1834'te G. I. Hess tarafından tanıtıldı.

Silikon doğada sıradan kumun bir parçası olarak çok yaygındır.

Silikonun doğadaki dağılımı

Silikon, yer kabuğunda (oksijenden sonra) en bol bulunan ikinci elementtir, litosferdeki ortalama içeriği% 29,5'tir (kütle olarak). Yerkabuğunda Silikon, hayvan ve bitki dünyasında karbonla aynı temel rolü oynar. Silikonun jeokimyası açısından oksijenle son derece güçlü bağlantısı önemlidir. Litosferin yaklaşık %12'si kuvars minerali ve çeşitleri formunda silika SiO2'dir. Litosferin %75'i çeşitli silikatlardan ve alüminosilikatlardan (feldspatlar, mikalar, amfiboller vb.) oluşur. Silika içeren minerallerin toplam sayısı 400'ü geçmektedir.

Silikonun fiziksel özellikleri

Burada yaşamanın bir manası olmadığını düşünüyorum, tüm fiziki özellikler bedava ama en temellerini sıralayacağım.
Kaynama noktası 2600 °C
Silikon uzun dalga kızılötesi ışınlara karşı şeffaftır
Dielektrik sabiti 11,7
Silikon Mohs sertliği 7,0
Silikonun kırılgan bir malzeme olduğunu söylemek isterim; 800°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gözle görülür plastik deformasyon başlar.
Silikon bir yarı iletken olduğundan yaygın olarak kullanılmaktadır. Silikonun elektriksel özellikleri yabancı maddelere çok bağlıdır.

Silikonun kimyasal özellikleri

Elbette burada söylenebilecek çok şey var ama ben en ilginç olanına odaklanacağım. Si bileşiklerinde (karbona benzer) 4-valenten.
Havada silikon, koruyucu bir oksit filminin oluşması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda bile stabildir. Oksijende 400 °C'den başlayarak oksitlenerek silikon oksit (IV) SiO2'yi oluşturur.
Silikon asitlere karşı dayanıklıdır ve yalnızca nitrik ve hidroflorik asit karışımında çözünür, sıcak alkali çözeltilerde hidrojen salınımıyla kolayca çözünür.
Silikon, oksijen içeren silanların 2 grubunu oluşturur - siloksanlar ve siloksenler. Silikon, 1000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda nitrojenle reaksiyona girer. 1200 °C'de bile havada oksitlenmeyen, asitlere (nitrik hariç) ve alkalilerin yanı sıra erimiş metallere ve alkalilere karşı dirençli olan nitrür Si3N4'ün pratik önemi büyüktür. cüruflar kimya endüstrisi ve refrakter üretimi için değerli bir malzemedir. Karbon (silisyum karbür SiC) ve bor (SiB3, SiB6, SiB12) içeren silikon bileşikleri, yüksek sertliğin yanı sıra termal ve kimyasal dirence sahiptir.

Silikon Elde Etme

Sanırım en ilginç kısım burası, gelin buraya daha yakından bakalım.
Amaca bağlı olarak şunlar vardır:
1. Elektronik kaliteli silikon("elektronik silikon" olarak adlandırılır) - ağırlıkça %99,999'un üzerinde silikon içeriğine sahip en yüksek kaliteli silikon, elektronik kalite silikonun elektriksel direnci yaklaşık 0,001 ila 150 Ohm cm aralığında olabilir, ancak direnç değeri Yalnızca belirli bir safsızlığın sağlanması, yani diğer yabancı maddelerin belirli bir elektriksel direnç sağlasalar bile kristale girişi kural olarak kabul edilemez.
2. Güneş sınıfı silikon("güneş silikonu" olarak adlandırılır) - fotovoltaik dönüştürücülerin (güneş pilleri) üretiminde kullanılan, ağırlıkça% 99,99'un üzerinde silikon içeriğine sahip silikon.

3. Teknik silikon- saf kuvars kumundan karbotermik indirgeme yoluyla elde edilen çok kristalli yapıya sahip silikon bloklar; % 98 silikon içerir, ana safsızlık karbondur ve yüksek miktarda alaşım elementi içeriği - bor, fosfor, alüminyum ile karakterize edilir; esas olarak polikristalin silikon üretmek için kullanılır.

Teknik saflıkta silikon (%95-98) bir elektrik arkında grafit elektrotlar arasında silika SiO2'nin indirgenmesiyle elde edilir. Yarı iletken teknolojisinin gelişmesiyle bağlantılı olarak saf ve yüksek saflıkta silikon üretmeye yönelik yöntemler geliştirildi. Bu, silikonun indirgeme veya termal ayrışma yoluyla ekstrakte edildiği en saf başlangıç silikon bileşiklerinin ön sentezini gerektirir.
Polikristalin silikon (“polisilikon”), endüstriyel olarak üretilen silikonun en saf şeklidir - teknik silikonun klorür ve florür yöntemleri kullanılarak saflaştırılmasıyla elde edilen ve tek ve çok kristalli silikon üretiminde kullanılan yarı mamul bir üründür.
Geleneksel olarak, polikristalin silikon, teknik silikondan, uçucu silanlara (monosilan, klorosilanlar, fluorosilanlar) dönüştürülmesi ve ardından elde edilen silanların ayrılması, seçilen silanın rektifikasyonla saflaştırılması ve silanın metalik silikona indirgenmesi yoluyla elde edilir.
Saf yarı iletken silikon iki şekilde elde edilir: çok kristalli(SiCl4 veya SiHCl3'ün çinko veya hidrojen ile indirgenmesi, SiI4 ve SiH4'ün termal ayrışması) ve tek kristalli(potasız bölge eritme ve erimiş silikondan tek bir kristalin "çekilmesi" - Czochralski yöntemi).

Burada Czochralski yöntemini kullanarak silikon yetiştirme sürecini görebilirsiniz.

Czochralski yöntemi- belirli bir yapıya ve kristalografik oryantasyona sahip bir tohum kristalin (veya birkaç kristalin) eriyiğin serbest yüzeyi ile temas haline getirilmesiyle kristalleşmenin başlatılmasıyla birlikte, büyük hacimli eriyiğin serbest yüzeyinden yukarıya doğru çekilerek kristallerin büyütülmesine yönelik bir yöntem. eritmek.

Silikon Uygulaması

Özel katkılı silikon, yarı iletken cihazların (transistörler, termistörler, güç redresörleri, tristörler; uzay aracında kullanılan güneş fotovoltaik hücreleri ve diğer birçok şey) üretiminde bir malzeme olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Silikon, dalga boyu 1 ila 9 mikron arasında olan ışınlara karşı şeffaf olduğundan kızılötesi optiklerde kullanılır.
Silikonun çeşitli ve genişleyen uygulamaları vardır. Metalurjide Si
Erimiş metallerde çözünmüş oksijeni uzaklaştırmak için kullanılır (deoksidasyon).
Silikon, çok sayıda demir ve demir dışı metal alaşımının bir bileşenidir.
Tipik olarak Silikon, alaşımlara korozyona karşı daha fazla direnç kazandırır, döküm özelliklerini geliştirir ve mekanik mukavemeti artırır; ancak daha yüksek seviyelerde Silikon kırılganlığa neden olabilir.
En önemlileri silikon içeren demir, bakır ve alüminyum alaşımlarıdır.
Silika, cam, çimento, seramik, elektrik ve diğer endüstriler tarafından işlenir.
Ultra saf silikon öncelikle tek elektronik cihazların (örneğin bilgisayar işlemciniz) ve tek çipli mikro devrelerin üretiminde kullanılır.
Saf silikon, ultra saf silikon atığı, kristalin silikon formundaki saflaştırılmış metalurjik silikon, güneş enerjisinin ana hammaddeleridir.
Monokristalin silikon - elektronik ve güneş enerjisine ek olarak gaz lazer aynaların yapımında kullanılır.

Ultra saf silikon ve ürünleri

Vücuttaki silikon

Silikon vücutta çeşitli bileşikler halinde bulunur ve esas olarak sert iskelet parçalarının ve dokularının oluşumunda rol oynar. Bazı deniz bitkileri (örneğin diatomlar) ve hayvanlar (örneğin silisli süngerler, radyolaryanlar) özellikle büyük miktarlarda silikon biriktirebilir ve okyanus tabanında öldüklerinde kalın silikon (IV) oksit birikintileri oluşturabilirler. Soğuk denizlerde ve göllerde silikonla zenginleştirilmiş biyojen siltler, tropik denizlerde ise düşük silikon içerikli kalkerli siltler hakimdir. Karasal bitkiler arasında tahıllar, sazlar, palmiye ağaçları ve at kuyrukları çok miktarda silikon biriktirir. Omurgalılarda kül maddelerindeki silikon (IV) oksit içeriği% 0,1-0,5'tir. Silikon en büyük miktarlarda yoğun bağ dokusunda, böbreklerde ve pankreasta bulunur. Günlük insan diyeti 1 g'a kadar silikon içerir. Havada yüksek miktarda silikon (IV) oksit tozu bulunduğunda, insan akciğerlerine girerek silikoz hastalığına neden olur.

Çözüm

İşte bu kadar, sonuna kadar okuyup biraz daha derine inerseniz başarıya bir adım daha yaklaşırsınız. Umarım boşuna yazmamışımdır ve en azından birileri yazıyı beğenmiştir. İlginiz için teşekkür ederiz.