Silikon və onun birləşmələri. Silikon: tətbiqi, kimyəvi və fiziki xassələri

Müstəqil kimyəvi element kimi silisium bəşəriyyətə yalnız 1825-ci ildə məlum oldu. Hansı ki, təbii ki, silisium birləşmələrinin o qədər çox sahədə istifadəsinə mane olmurdu ki, elementdən istifadə olunmayanları sadalamaq daha asandır. Bu məqalə fiziki, mexaniki və faydalı olanlara işıq salacaq Kimyəvi xassələri silisium və onun birləşmələri, tətbiq sahələri, silisiumun polad və digər metalların xüsusiyyətlərinə necə təsir etdiyi barədə də danışacağıq.

Əvvəlcə silisiumun ümumi xüsusiyyətlərinə nəzər salaq. 27,6-dan 29,5% -ə qədər yer qabığı silikon təşkil edir. Dəniz suyunda elementin konsentrasiyası da əhəmiyyətlidir - 3 mq/l-ə qədər.

Litosferdə bolluğuna görə silikon oksigendən sonra ikinci yeri tutur. Bununla belə, onun ən məşhur forması olan silisium dioksiddir və məhz onun xassələri belə geniş istifadə üçün əsas olmuşdur.

Bu video sizə silikonun nə olduğunu izah edəcək:

Konsepsiya və xüsusiyyətlər

Silikon qeyri-metaldır, lakin müxtəlif şərtlər həm turşu, həm də əsas xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər. Tipik bir yarımkeçiricidir və elektrik mühəndisliyində son dərəcə geniş istifadə olunur. Onun fiziki və kimyəvi xassələri əsasən allotropik vəziyyəti ilə müəyyən edilir. Çox vaxt onlar kristal forma ilə məşğul olurlar, çünki onun keyfiyyətlərinə xalq təsərrüfatında daha çox tələbat var.

Silikon əsas makroelementlərdən biridir insan bədəni. Onun olmaması vəziyyətə mənfi təsir göstərir sümük toxuması, saç, dəri, dırnaqlar. Bundan əlavə, silikon immunitet sisteminin işinə təsir göstərir.
Tibbdə element, daha doğrusu, onun birləşmələri ilk tətbiqini məhz bu tutumda tapdı. Silikonla örtülmüş quyulardan gələn su təkcə təmiz deyil, həm də müqavimətə müsbət təsir göstərirdi yoluxucu xəstəliklər. Bu gün silisiumlu birləşmələr vərəm, ateroskleroz və artritə qarşı dərmanların əsasını təşkil edir.
Ümumiyyətlə, qeyri-metal aşağı aktivdir, lakin təmiz forma onunla görüşmək çətindir. Bu, havada dioksid təbəqəsi ilə tez passivləşməsi və reaksiya verməməsi ilə əlaqədardır. Qızdırıldıqda kimyəvi aktivlik artır. Nəticə etibarı ilə bəşəriyyət özü ilə deyil, maddənin birləşmələri ilə daha çox tanışdır.

Beləliklə, silikon demək olar ki, bütün metallarla - silisidlərlə ərintilər əmələ gətirir. Onların hamısı odadavamlılıq və sərtlik ilə xarakterizə olunur və müvafiq sahələrdə istifadə olunur: qaz turbinləri, soba qızdırıcıları.

Qeyri-metal D.I.Mendeleyev cədvəlində karbon və germaniumla birlikdə 6-cı qrupda yer alır ki, bu da bu maddələrlə müəyyən ümumiliyi göstərir. Beləliklə, onun karbonla ortaq cəhəti üzvi tipli birləşmələr yaratmaq qabiliyyətidir. Eyni zamanda, silisium, germanium kimi, sintezdə istifadə olunan bəzi kimyəvi reaksiyalarda metalın xüsusiyyətlərini nümayiş etdirə bilər.

Yaxşı və pis tərəfləri

Xalq təsərrüfatında istifadə baxımından hər hansı digər maddə kimi, silikon da müəyyən faydalı və ya çox faydalı olmayan keyfiyyətlərə malikdir. Onlar istifadə sahəsini dəqiq müəyyən etmək üçün vacibdir.

Maddənin əhəmiyyətli bir üstünlüyü onun olmasıdır mövcudluğu. Təbiətdə onun sərbəst formada olmadığı doğrudur, amma yenə də silikonun alınması texnologiyası enerji sərf etməsinə baxmayaraq, o qədər də mürəkkəb deyil.
İkinci ən vacib üstünlük budur çoxlu birləşmələrin əmələ gəlməsi qeyri-adi ilə faydalı xassələri. Bunlara silanlar, silisidlər, dioksidlər və təbii ki, müxtəlif silikatlar daxildir. Silikon və onun birləşmələrinin mürəkkəb bərk məhlullar yaratmaq qabiliyyəti demək olar ki, sonsuzdur ki, bu da sonsuz sayda şüşə, daş və keramika varyasyonlarını əldə etməyə imkan verir.
Yarımkeçiricilərin xüsusiyyətləri qeyri-metal onu elektrik və radiotexnikada əsas material kimi yerlə təmin edir.
Qeyri-metaldır qeyri-toksik, istənilən sənayedə istifadə etməyə imkan verir və eyni zamanda texnoloji prosesi potensial təhlükəli prosesə çevirmir.

Materialın mənfi cəhətləri yalnız yaxşı sərtliyə malik nisbi kövrəkliyi əhatə edir. Silikon yükdaşıyan strukturlar üçün istifadə edilmir, lakin bu birləşmə kristalların səthini düzgün emal etməyə imkan verir ki, bu da alət istehsalı üçün vacibdir.

İndi silikonun əsas xüsusiyyətləri haqqında danışaq.

Xüsusiyyətlər və xüsusiyyətlər

Kristal silisium ən çox sənayedə istifadə olunduğundan, onun xüsusiyyətləri daha vacibdir və onlar da verilmişdir. texniki spesifikasiyalar. Maddənin fiziki xüsusiyyətləri aşağıdakılardır:

ərimə nöqtəsi - 1417 C;
qaynama nöqtəsi - 2600 C;
sıxlığı 2,33 q/kub. sm, bu kövrəkliyi göstərir;
istilik tutumu, eləcə də istilik keçiriciliyi hətta ən təmiz nümunələrdə belə sabit deyil: 800 J/(kq K) və ya 0,191 kal/(q deq) və 84-126 Vt/(m K) və ya 0,20-0, müvafiq olaraq 30 kal/(sm·san·deq);
infraqırmızı optikada istifadə olunan uzun dalğalı infraqırmızı radiasiyaya şəffaf;
dielektrik daimi - 1,17;
Mohs şkalası üzrə sərtlik - 7.

Qeyri-metalın elektrik xüsusiyyətləri çirklərdən çox asılıdır. Sənayedə bu xüsusiyyət istənilən növ yarımkeçirici modulyasiya etməklə istifadə olunur. Normal temperaturda silikon kövrəkdir, lakin 800 C-dən yuxarı qızdırıldıqda plastik deformasiya mümkündür.

Amorf silisiumun xassələri heyrətamiz dərəcədə fərqlidir: yüksək hiqroskopikdir və normal temperaturda belə daha aktiv reaksiya verir.

Silikonun quruluşu və kimyəvi tərkibi, həmçinin xüsusiyyətləri aşağıdakı videoda müzakirə olunur:

Tərkibi və quruluşu

Silikon normal temperaturda eyni dərəcədə sabit olan iki allotropik formada mövcuddur.

Kristal tünd boz rəngli toz görünüşünə malikdir. Maddə, almaz kimi kristal qəfəsə malik olsa da, atomlar arasındakı həddindən artıq uzun bağlar səbəbindən kövrəkdir. Onun yarımkeçirici xüsusiyyətləri maraq doğurur.
Çox yüksək təzyiqlər mövcuddur altıbucaqlı 2,55 q/kub sıxlığı olan modifikasiya. sm, lakin bu mərhələ hələ də praktiki əhəmiyyət kəsb etməmişdir.
Amorf- qəhvəyi-qəhvəyi toz. Kristal formadan fərqli olaraq, daha aktiv reaksiya verir. Bu, birinci formanın təsirsizliyi ilə deyil, havada maddənin dioksid təbəqəsi ilə örtülməsi ilə əlaqədardır.

Bundan əlavə, birlikdə maddəni təşkil edən silisium kristalının ölçüsü ilə əlaqəli başqa bir təsnifat növünü nəzərə almaq lazımdır. Kristal qəfəs, məlum olduğu kimi, təkcə atomların deyil, həm də bu atomların əmələ gətirdiyi strukturların nizamlılığını nəzərdə tutur - sözdə uzun məsafəli nizam. Nə qədər böyükdürsə, maddə xassələrində bir o qədər homojen olacaqdır.

Monokristal– nümunə bir kristaldır. Onun strukturu maksimum nizamlıdır, xassələri homojendir və yaxşı proqnozlaşdırıla bilər. Bu, elektrik mühəndisliyində ən çox tələb olunan materialdır. Bununla belə, o, həm də ən bahalı növlərdən biridir, çünki onun əldə edilməsi prosesi mürəkkəbdir və böyümə sürəti aşağıdır.
Multikristal– nümunə bir sıra iri kristal dənəciklərdən ibarətdir. Aralarındakı sərhədlər əlavə qüsur səviyyələri təşkil edir ki, bu da nümunənin yarımkeçirici kimi fəaliyyətini azaldır və daha sürətli aşınmaya səbəb olur. Multikristalların yetişdirilməsi texnologiyası daha sadədir və buna görə də material daha ucuzdur.
Polikristal- ehtiva edir böyük miqdar bir-birinə nisbətən təsadüfi yerləşən taxıllar. Bu, mikroelektronikada və günəş enerjisində istifadə olunan sənaye silikonunun ən təmiz növüdür. Çox vaxt çox və tək kristalların yetişdirilməsi üçün xammal kimi istifadə olunur.
Bu təsnifatda amorf silikon da ayrıca mövqe tutur. Burada atomların nizamı yalnız ən qısa məsafələrdə saxlanılır. Bununla belə, elektrik mühəndisliyində hələ də nazik təbəqələr şəklində istifadə olunur.

Qeyri-metal istehsalı

Təmiz silisium əldə etmək, onun birləşmələrinin inertliyini və əksəriyyətinin yüksək ərimə temperaturunu nəzərə alsaq, o qədər də asan deyil. Sənayedə onlar ən çox dioksiddən karbonla reduksiyaya müraciət edirlər. Reaksiya qövs sobalarında 1800 C temperaturda aparılır. Bu üsulla 99,9% təmizliyə malik qeyri-metal alınır ki, bu da onun istifadəsi üçün kifayət deyil.

Yaranan material xloridlər və hidroxloridlər əldə etmək üçün xlorlanır. Sonra əlaqələr hamı tərəfindən təmizlənir mümkün üsullarçirklərdən və hidrogenlə azaldılır.

Maddəni maqnezium silisidi əldə etməklə də təmizləmək olar. Silisid hidroklorik və ya məruz qalır sirkə turşusu. Silan əldə edilir və sonuncu təmizlənir fərqli yollar– sorbsiya, rektifikasiya və s. Sonra silan 1000 C temperaturda hidrogen və silikona parçalanır. Bu halda 10 -8 -10 -6% çirklilik fraksiyası ilə maddə alınır.

Maddənin tətbiqi

Sənaye üçün qeyri-metalın elektrofiziki xüsusiyyətləri ən çox maraq doğurur. Onun monokristal forması dolayı boşluqlu yarımkeçiricidir. Onun xassələri çirkləri ilə müəyyən edilir ki, bu da müəyyən xüsusiyyətlərə malik silikon kristallarını əldə etməyə imkan verir. Beləliklə, bor və indiumun əlavə edilməsi deşik keçiriciliyi olan bir kristal yetişdirməyə imkan verir və fosfor və ya arsenin tətbiqi elektron keçiriciliyə malik bir kristal yetişdirməyə imkan verir.

Silikon sözün əsl mənasında müasir elektrik mühəndisliyinin əsasını təşkil edir. Ondan tranzistorlar, fotoelementlər, inteqral sxemlər, diodlar və s. Üstəlik, cihazın funksionallığı demək olar ki, həmişə yalnız kristalın səthə yaxın təbəqəsi ilə müəyyən edilir, bu da səthin təmizlənməsi üçün çox xüsusi tələbləri müəyyən edir.
Metallurgiyada texniki silisium həm ərinti dəyişdiricisi kimi istifadə olunur - daha çox güc verir, həm də komponent kimi - məsələn, oksidləşdirici maddə kimi - çuqun istehsalında.
Ultra təmiz və təmizlənmiş metallurgiya materialları günəş enerjisinin əsasını təşkil edir.
Qeyri-metal dioksid təbii olaraq çox rast gəlinir müxtəlif formalar. Onun kristal növləri opal, əqiq, carnelian, ametist, rinstone, zərgərlik biznesində öz yerlərini tapıblar. Görünüşünə görə o qədər də cəlbedici olmayan modifikasiyalar - çaxmaq daşı, kvars metallurgiyada, tikintidə, radioelektronikada istifadə olunur.
Qeyri-metalın karbon, karbid ilə birləşməsi metallurgiyada, cihazqayırmada və kimya sənayesi. Bu, Mohs şkalası üzrə 7 yüksək sərtlik və aşındırıcı material kimi istifadə etməyə imkan verən gücü ilə xarakterizə olunan geniş diapazonlu yarımkeçiricidir.
Silikatlar - yəni silisium turşusunun duzları. Qeyri-sabitdir, temperaturun təsiri altında asanlıqla parçalanır. Onların diqqətəlayiq xüsusiyyəti çoxlu və müxtəlif duzlar əmələ gətirmələridir. Lakin sonuncular şüşə, keramika, saxsı qablar, büllur və s. istehsalı üçün əsasdır. Əminliklə deyə bilərik ki, müasir tikinti müxtəlif silikatlara əsaslanır.
Ən çox şüşə təmsil edir maraqlı hal. Alüminosilikatlara əsaslanır, lakin digər maddələrin əhəmiyyətsiz qarışıqları - adətən oksidlər - material kütləsini verir. müxtəlif xassələri, o cümlədən rəng. -, saxsı qablar, çini, komponentlərin fərqli nisbətinə baxmayaraq, əslində eyni düstura malikdir və müxtəlifliyi də heyrətamizdir.
Qeyri-metalın daha bir qabiliyyəti var: o, uzun silisium atomları zənciri şəklində karbon kimi birləşmələr əmələ gətirir. Belə birləşmələrə silikon üzvi birləşmələr deyilir. Onların tətbiqi sahəsi daha az məlum deyil - bunlar silikonlar, mastiklər, sürtkü yağları və s.

Silikon çox yayılmış elementdir və bir çox sahələrdə fövqəladə əhəmiyyət kəsb edir. Milli iqtisadiyyat. Üstəlik, təkcə maddənin özü deyil, onun bütün müxtəlif və çoxsaylı birləşmələri fəal şəkildə istifadə olunur.

Bu video sizə silikonun xüsusiyyətləri və istifadəsi haqqında məlumat verəcəkdir:

Giriş

Fəsil 2. Karbonun kimyəvi birləşmələri

2.1 Karbonun oksigen törəmələri

2.1.1 Oksidləşmə vəziyyəti +2

2.1.2 Oksidləşmə vəziyyəti +4

2.3 Metal karbidlər

2.3.1 Suda və seyreltilmiş turşularda həll olunan karbidlər

2.3.2 Suda və seyreltilmiş turşularda həll olunmayan karbidlər

Fəsil 3. Silikon birləşmələri

3.1 Silisiumun oksigen birləşmələri

Biblioqrafiya

Giriş

Kimya təbiət elminin sahələrindən biridir, mövzusu olan kimyəvi elementlər(atomlar), onların əmələ gətirdiyi sadə və mürəkkəb maddələr (molekullar), çevrilmələri və bu çevrilmələrin tabe olduğu qanunlar.

Tərifinə görə D.I. Mendeleyev (1871), “kimya müasir vəziyyətində... elementlərin tədqiqi adlandırıla bilər”.

"Kimya" sözünün mənşəyi tam aydın deyil. Bir çox tədqiqatçılar bunun Misirin qədim adından gəldiyinə inanırlar - Chemia (yunanca Chemia, Plutarxda tapılmışdır), bu "hem" və ya "hame" - qaradan alınmış və "qara yerin elmi" (Misir) mənasını verir. Misir elmi”.

Müasir kimya həm digər təbiət elmləri ilə, həm də xalq təsərrüfatının bütün sahələri ilə sıx bağlıdır.

Maddənin hərəkətinin kimyəvi formasının və onun digər hərəkət formalarına keçidinin keyfiyyət xüsusiyyəti kimya elminin çoxşaxəliliyini və onun həm aşağı, həm də yüksək hərəkət formalarını öyrənən bilik sahələri ilə əlaqələrini müəyyən edir. Maddənin hərəkətinin kimyəvi forması haqqında biliklər təbiətin inkişafı, Kainatda maddənin təkamülü haqqında ümumi təlimi zənginləşdirir, dünyanın vahid materialist mənzərəsinin formalaşmasına kömək edir. Kimyanın digər elmlərlə əlaqəsi onların qarşılıqlı nüfuzunun spesifik sahələrinə səbəb olur. Beləliklə, kimya və fizika arasında keçid sahələri fiziki kimya və kimyəvi fizika ilə təmsil olunur. Kimya və biologiya, kimya və geologiya arasında xüsusi sərhəd zonaları yarandı - geokimya, biokimya, biogeokimya, molekulyar biologiya. Kimyanın ən mühüm qanunları riyazi dildə ifadə olunur və nəzəri kimya riyaziyyatsız inkişaf edə bilməz. Kimya fəlsəfənin inkişafına təsir göstərmiş və təsir etməkdə davam edir, özü də ondan təsirlənmiş və təsir etməkdədir.

Tarixən kimyanın iki əsas sahəsi inkişaf etmişdir: ilk növbədə kimyəvi elementləri və onların əmələ gətirdiyi sadə və mürəkkəb maddələri (karbon birləşmələri istisna olmaqla) öyrənən qeyri-üzvi kimya və mövzusu karbon birləşmələrinin digər elementlərlə öyrənilməsi olan üzvi kimya. (üzvi maddələr).

18-ci əsrin sonlarına qədər "qeyri-üzvi kimya" və "üzvi kimya" terminləri yalnız təbiətin hansı "səltənətindən" (mineral, bitki və ya heyvan) müəyyən birləşmələrin alındığını göstərirdi. 19-cu əsrdən bəri. bu terminlər müəyyən maddədə karbonun varlığını və ya olmamasını göstərir. Sonra onlar yeni, daha geniş məna qazandılar. Qeyri-üzvi kimya ilk növbədə geokimya ilə, sonra isə mineralogiya və geologiya ilə təmasda olur, yəni. qeyri-üzvi təbiət elmləri ilə. Üzvi kimyaən mürəkkəb biopolimer maddələrə qədər müxtəlif karbon birləşmələrini öyrənən kimya sahəsini təmsil edir. Üzvi və bioüzvi kimya vasitəsilə kimya biokimya və daha sonra biologiya ilə həmsərhəddir, yəni. canlı təbiət haqqında elmlərin məcmusu ilə. Qeyri-üzvi və üzvi kimya arasındakı interfeysdə üzvi element birləşmələri sahəsi yerləşir.

Kimyada maddənin təşkilinin struktur səviyyələri haqqında təsəvvürlər tədricən formalaşmışdır. Maddənin mürəkkəbliyi ən aşağı atomdan başlayaraq molekulyar, makromolekulyar və ya yüksək molekulyar birləşmələr (polimer), sonra molekullararası (kompleks, klatrat, katan), nəhayət, müxtəlif makrostrukturlar (kristal, misel) mərhələlərindən keçir. qeyri-stoxiometrik formasiyalara qədər. Tədricən müvafiq fənlər meydana çıxdı və təcrid olundu: mürəkkəb birləşmələrin kimyası, polimerlər, kristal kimyası, dispers sistemlərin və səth hadisələrinin tədqiqi, ərintilər və s.

Kimyəvi cisim və hadisələrin öyrənilməsi fiziki üsullarla, əsasında kimyəvi çevrilmə nümunələrinin yaradılması ümumi prinsiplər fizika, fiziki kimyanın əsasını təşkil edir. Kimyanın bu sahəsinə bir sıra müstəqil fənlər daxildir: kimyəvi termodinamika, kimyəvi kinetika, elektrokimya, kolloid kimya, kvant kimyası və molekulların, ionların, radikalların quruluşu və xassələrinin öyrənilməsi, radiasiya kimyası, fotokimya, kataliz tədqiqatları. , kimyəvi tarazlıqlar, məhlullar və s. Müstəqil xarakter almışdır analitik kimya, üsullarından kimyanın bütün sahələrində və kimya sənayesində geniş istifadə olunur. Kimyanın praktiki tətbiqi sahələrində bir çox sahələri ilə kimya texnologiyası, metallurgiya, kənd təsərrüfatı kimyası, dərman kimyası, məhkəmə kimyası və s. kimi elmlər və elmi fənlər yaranmışdır.

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, kimya kimyəvi elementləri və onların əmələ gətirdiyi maddələri, həmçinin bu çevrilmələri tənzimləyən qanunları araşdırır. Bu aspektlərdən biri (yəni, kimyəvi birləşmələr silikon və karbon əsasında) və bu işdə mənim tərəfimdən nəzərdən keçiriləcək.

Fəsil 1. Silikon və karbon - kimyəvi elementlər

1.1 Karbon və silikon haqqında ümumi məlumat

Karbon (C) və silikon (Si) IVA qrupunun üzvləridir.

Karbon çox yayılmış element deyil. Buna baxmayaraq, onun əhəmiyyəti çox böyükdür. Karbon yer üzündə həyatın əsasını təşkil edir. Təbiətdə çox yayılmış (Ca, Zn, Mg, Fe və s.), atmosferdə CO 2 şəklində mövcud olan və təbii kömür (amorf qrafit), neft şəklində olan karbonatların bir hissəsidir. və təbii qaz, eləcə də sadə maddələr (almaz, qrafit).

Silikon yer qabığında (oksigendən sonra) ən çox yayılmış ikinci elementdir. Karbon həyatın əsasıdırsa, silikon yer qabığının əsasını təşkil edir. Çox müxtəlif silikatlarda (Şəkil 4) və alüminosilikatlarda, qumda olur.

Amorf silikon qəhvəyi bir tozdur. Sonuncunu kristal vəziyyətdə boz sərt, lakin daha çox kövrək kristallar şəklində əldə etmək asandır. Kristal silisium yarımkeçiricidir.

Cədvəl 1. Karbon və silikon haqqında ümumi kimyəvi məlumatlar.

Adi temperaturda sabit olan karbon modifikasiyası, qrafit, qeyri-şəffaf, boz, yağlı kütlədir. Almaz yer üzündəki ən sərt maddədir - rəngsiz və şəffaf. Qrafit və almazın kristal strukturları Şəkil 1-də göstərilmişdir.

Şəkil 1. Almaz konstruksiya (a); qrafit quruluşu (b)

Karbon və silisiumun özünəməxsus törəmələri var.

Cədvəl 2. Karbon və silisiumun ən tipik törəmələri

1.2 Sadə maddələrin hazırlanması, kimyəvi xassələri və istifadəsi

Silisium oksidləri karbonla reduksiya etməklə əldə edilir; reduksiyadan sonra xüsusilə təmiz bir vəziyyət əldə etmək üçün maddə tetraxloridə köçürülür və yenidən reduksiya edilir (hidrogenlə). Sonra onlar külçələrə əridilir və zona ərimə üsulu ilə təmizlənməyə məruz qalır. Bir ucunda bir metal külçə qızdırılır ki, orada ərimiş metal zonası yaransın. Zona külçənin digər ucuna keçdikdə, ərimiş metalda bərk metaldan daha yaxşı həll olunan çirk çıxarılır və bununla da metal təmizlənir.

Karbon inertdir, lakin çox yüksək temperaturda (amorf vəziyyətdə) bərk məhlullar və ya karbidlər (CaC 2, Fe 3 C və s.) əmələ gətirmək üçün əksər metallarla, eləcə də bir çox metaloidlərlə qarşılıqlı təsir göstərir, məsələn:

2C+ Ca = CaC 2, C + 3Fe = Fe 3 C,

Silikon daha reaktivdir. Artıq adi temperaturda flüorla reaksiya verir: Si+2F 2 = SiF 4

Silikon həmçinin oksigenə çox yüksək yaxınlığa malikdir:

Xlor və kükürdlə reaksiya təxminən 500 K-də davam edir. Çox yüksək temperatur silisium azot və karbonla qarşılıqlı təsir göstərir:

Silikon hidrogenlə birbaşa qarşılıqlı təsir göstərmir. Silikon qələvilərdə həll olunur:

Si+2NaOH+H 2 0=Na 2 Si0 3 +2H 2.

Hidrofluorik turşudan başqa turşuların ona heç bir təsiri yoxdur. HF ilə reaksiya var

Si+6HF=H 2 +2H 2.

Müxtəlif kömürlərin, neftin, təbii (əsasən CH4), eləcə də süni yolla çıxarılan qazların tərkibindəki karbon planetimizin ən mühüm yanacaq bazasıdır.

Giriş

2.1.1 Oksidləşmə vəziyyəti +2

2.1.2 Oksidləşmə vəziyyəti +4

2.3 Metal karbidlər

Fəsil 3. Silikon birləşmələri

Biblioqrafiya

Giriş

Kimya təbiət elminin elm sahələrindən biridir ki, tədqiq predmeti kimyəvi elementlər (atomlar), onların əmələ gətirdiyi sadə və mürəkkəb maddələr (molekullar), onların çevrilmələri və bu çevrilmələrin tabe olduğu qanunauyğunluqlardır.

Tərifinə görə D.I. Mendeleyev (1871), “kimya müasir vəziyyətində... elementlərin tədqiqi adlandırıla bilər”.

Müasir kimya həm digər təbiət elmləri ilə, həm də xalq təsərrüfatının bütün sahələri ilə sıx bağlıdır.

18-ci əsrin sonlarına qədər "qeyri-üzvi kimya" və "üzvi kimya" terminləri yalnız təbiətin (mineral, bitki və ya heyvan) müəyyən birləşmələrin hansı "səltənətindən" alındığını göstərirdi. 19-cu əsrdən bəri. bu terminlər müəyyən bir maddədə karbonun varlığını və ya olmamasını göstərir. Sonra onlar yeni, daha geniş məna qazandılar. Qeyri-üzvi kimya ilk növbədə geokimya ilə, sonra isə mineralogiya və geologiya ilə təmasda olur, yəni. qeyri-üzvi təbiət elmləri ilə. Üzvi kimya ən mürəkkəb biopolimer maddələrə qədər müxtəlif karbon birləşmələrini öyrənən kimyanın bir sahəsidir. Üzvi və bioüzvi kimya vasitəsilə kimya biokimya və daha sonra biologiya ilə həmsərhəddir, yəni. canlı təbiət haqqında elmlərin məcmusu ilə. Qeyri-üzvi və üzvi kimya arasındakı interfeysdə üzvi element birləşmələri sahəsi yerləşir.

Fiziki cisim və hadisələrin fiziki üsullarla öyrənilməsi, fizikanın ümumi prinsipləri əsasında kimyəvi çevrilmə qanunauyğunluqlarının müəyyən edilməsi fiziki kimyanın əsasında dayanır. Kimyanın bu sahəsinə bir sıra müstəqil fənlər daxildir: kimyəvi termodinamika, kimyəvi kinetika, elektrokimya, kolloid kimya, kvant kimyası və molekulların, ionların, radikalların quruluşu və xassələrinin öyrənilməsi, radiasiya kimyası, fotokimya, kataliz tədqiqatları. , kimyəvi tarazlıqlar, məhlullar və s. Analitik kimya müstəqil xarakter almışdır , üsullarından kimyanın bütün sahələrində və kimya sənayesində geniş istifadə olunur. Kimyanın praktiki tətbiqi sahələrində bir çox sahələri ilə kimya texnologiyası, metallurgiya, kənd təsərrüfatı kimyası, dərman kimyası, məhkəmə kimyası və s. kimi elmlər və elmi fənlər yaranmışdır.

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, kimya kimyəvi elementləri və onların əmələ gətirdiyi maddələri, həmçinin bu çevrilmələri tənzimləyən qanunları araşdırır. Bu aspektlərdən biri (yəni silisium və karbon əsasında kimyəvi birləşmələr) bu işdə mənim tərəfimdən nəzərdən keçiriləcəkdir.

Fəsil 1. Silikon və karbon - kimyəvi elementlər

1.1 Karbon və silikon haqqında ümumi məlumat

Karbon (C) və silikon (Si) IVA qrupunun üzvləridir.

Amorf silikon qəhvəyi bir tozdur. Sonuncunu kristal vəziyyətdə boz sərt, lakin daha çox kövrək kristallar şəklində əldə etmək asandır. Kristal silisium yarımkeçiricidir.

Cədvəl 1. Karbon və silikon haqqında ümumi kimyəvi məlumatlar.

Şəkil 1. Almaz konstruksiya (a); qrafit quruluşu (b)

Karbon və silisiumun özünəməxsus törəmələri var.

Cədvəl 2. Karbon və silisiumun ən tipik törəmələri

1.2 Sadə maddələrin hazırlanması, kimyəvi xassələri və istifadəsi

2C+ Ca = CaC 2, C + 3Fe = Fe 3 C,

Silikon daha reaktivdir. Artıq adi temperaturda flüorla reaksiya verir: Si+2F 2 = SiF 4

Silikon həmçinin oksigenə çox yüksək yaxınlığa malikdir:

Xlor və kükürdlə reaksiya təxminən 500 K-də baş verir. Çox yüksək temperaturda silisium azot və karbonla reaksiya verir:

Silikon hidrogenlə birbaşa qarşılıqlı təsir göstərmir. Silikon qələvilərdə həll olunur:

Si+2NaOH+H 2 0=Na 2 Si0 3 +2H 2.

Hidrofluorik turşudan başqa turşuların ona heç bir təsiri yoxdur. HF ilə reaksiya var

Si+6HF=H 2 +2H 2.

Müxtəlif kömürlərin, neftin, təbii (əsasən CH4), eləcə də süni yolla çıxarılan qazların tərkibindəki karbon planetimizin ən mühüm yanacaq bazasıdır.

Qrafit tigelərin hazırlanmasında geniş istifadə olunur. Qrafit çubuqlar elektrodlar kimi istifadə olunur. Qələm hazırlamaq üçün çoxlu qrafit istifadə olunur. Karbon və silisium müxtəlif növ çuqun istehsalında istifadə olunur. Metallurgiyada karbon azaldıcı kimi, silikon isə oksigenə yüksək yaxınlığına görə oksidləşdirici vasitə kimi istifadə olunur. Xüsusilə təmiz vəziyyətdə olan kristal silisium (10 -9 at.%-dən çox olmayan çirk) yarımkeçirici kimi müxtəlif cihaz və cihazlarda, o cümlədən tranzistorlar və termistorlar (çox incə temperatur ölçmə cihazları), eləcə də fotoelementlərdə istifadə olunur. onun işləməsi yarımkeçiricinin işıqlandırıldıqda cərəyan keçirmə qabiliyyətinə əsaslanır.

Fəsil 2. Karbonun kimyəvi birləşmələri

Karbon öz atomları (C-C) və hidrogen atomu (C-H) arasında güclü kovalent bağlarla xarakterizə olunur, bu da üzvi birləşmələrin bolluğunda (bir neçə yüz milyon) əks olunur. Davamlı olmaqla yanaşı C-H istiqrazları, C-C üzvi və qeyri-üzvi birləşmələrin müxtəlif siniflərində, azot, kükürd, oksigen, halogenlər və metallarla karbon bağları geniş şəkildə təmsil olunur (Cədvəl 5-ə baxın). Bağ əmələ gəlməsinin belə yüksək imkanları karbon atomunun kiçik ölçüləri ilə bağlıdır ki, bu da onun valent orbitallarının 2s 2, 2p 2-nin mümkün qədər üst-üstə düşməsinə imkan verir. Ən vacib qeyri-üzvi birləşmələr Cədvəl 3-də təsvir edilmişdir.

Qeyri-üzvi karbon birləşmələri arasında azot tərkibli törəmələr tərkibinə və quruluşuna görə unikaldır.

Qeyri-üzvi kimyada sirkə CH3COOH və oksalik H 2 C 2 O 4 turşularının törəmələri geniş şəkildə təmsil olunur - asetatlar (tip M "CH3COO) və oksalatlar (M I 2 C 2 O 4 növü).

Cədvəl 3. Ən vacib qeyri-üzvi karbon birləşmələri.

2.1 Karbonun oksigen törəmələri

2.1.1 Oksidləşmə vəziyyəti +2

Dəm qazı CO (karbon monoksit): molekulyar orbitalların quruluşuna görə (cədvəl 4).

CO N2 molekuluna bənzəyir. Azot kimi CO da yüksək dissosiasiya enerjisinə (1069 kJ/mol), aşağı ərimə temperaturuna (69 K) və qaynama temperaturuna (81,5 K) malikdir, suda zəif həll olunur və kimyəvi cəhətdən inertdir. CO yalnız yüksək temperaturda reaksiyalara girir, o cümlədən:

CO+Cl 2 =COCl 2 (fosgen),

CO + Br 2 = COBg 2, Cr + 6CO = Cr (CO) 6 - xrom karbonil,

Ni+4CO=Ni (CO) 4 - nikel karbonil

CO + H 2 0 cütləri = HCOOH (qarışqa turşusu).

Eyni zamanda, CO molekulunun oksigenə yüksək yaxınlığı var:

CO +1/202 = C0 2 +282 kJ/mol.

Oksigenə yüksək yaxınlığına görə dəm qazı (II) bir çox ağır metalların (Fe, Co, Pb və s.) oksidləri üçün reduksiyaedici kimi istifadə olunur. Laboratoriyada CO oksidi qarışqa turşusunu susuzlaşdırmaqla əldə edilir

Texnologiyada karbonmonoksit (II) CO 2-nin kömürlə azaldılması (C + C0 2 = 2CO) və ya metanın oksidləşməsi (2CH 4 + ZO 2 = 4H 2 0 + 2CO) ilə istehsal olunur.

CO törəmələri arasında metal karbonillər (saf metalların istehsalı üçün) böyük nəzəri və müəyyən praktiki maraq kəsb edir.

Karbonillərdə kimyəvi bağlar əsasən sərbəst orbitallar hesabına donor-akseptor mexanizmi ilə əmələ gəlir. d- CO molekulunun elementi və elektron cütü, dativ mexanizmə (metal CO) görə l-üst-üstə düşmə də mövcuddur. Bütün metal karbonillər aşağı gücü ilə xarakterizə olunan diamaqnit maddələrdir. Karbon (II) monoksit kimi, metal karbonillər də zəhərlidir.

Cədvəl 4. CO molekulunun orbitalları üzərində elektronların paylanması

2.1.2 Oksidləşmə vəziyyəti +4

Karbon qazı C0 2 (karbon qazı). C0 2 molekulu xəttidir. CO 2 molekulunun orbitallarının əmələ gəlməsinin enerji sxemi Şəkil 2-də göstərilmişdir. Karbon (IV) monoksid reaksiya yolu ilə ammonyakla reaksiya verə bilər.

Bu duz qızdırıldıqda qiymətli gübrə əldə edilir - karbamid CO (MH 2) 2:

Karbamid su ilə parçalanır

CO (NH 2) 2 +2HaO= (MH 4) 2CO3.

Şəkil 2. C0 2-nin molekulyar orbitallarının əmələ gəlməsinin enfetik diaqramı.

Texnologiyada CO 2 oksidi kalsium karbonatın və ya natrium bikarbonatın parçalanması ilə əldə edilir:

Laboratoriya şəraitində adətən reaksiya yolu ilə alınır (Kipp aparatında)

CaCO3+2HC1=CaC12+CO2+H20.

CO 2-nin ən mühüm törəmələri zəif karbon turşusu H 2 CO 3 və onun duzlarıdır: M I 2 CO 3 və M I H CO 3 (müvafiq olaraq karbonatlar və bikarbonatlar).

Karbonatların əksəriyyəti suda həll olunmur. Suda həll olunan karbonatlar əhəmiyyətli dərəcədə hidrolizə məruz qalır:

CO3- +H 2 0 CO3-+OH - (I mərhələ).

Tam hidrolizə görə sulu məhlullar karbonatlar Cr 3+, ai 3+, Ti 4+, Zr 4+ və s. təcrid edilə bilməz.

Ka 2 CO3 (soda), K 2 CO3 (kalium) və CaCO3 (təbaşir, mərmər, əhəngdaşı) praktiki olaraq vacibdir. Hidrokarbonatlar, karbonatlardan fərqli olaraq suda həll olurlar. Hidrokarbonatlardan praktik istifadə NaHCO 3 ( çörək soda). Əhəmiyyətli əsas karbonatlar 2CuCO3-Cu (OH) 2, PbCO 3 X XRb (OH) 2-dir.

Karbon halogenidlərinin xassələri Cədvəl 6-da verilmişdir. Karbon halogenidlərindən ən əhəmiyyətlisi rəngsiz, kifayət qədər zəhərli mayedir. IN normal şərait CCI 4 kimyəvi cəhətdən təsirsizdir. Qatranlar, laklar, yağlar, həmçinin freon CF 2 CI 2 (T bp = 303 K) istehsalı üçün yanar və yanmaz bir həlledici kimi istifadə olunur:

Praktikada istifadə edilən digər üzvi həlledici karbon disulfid CSa (qaynama nöqtəsi = 319 K olan rəngsiz, uçucu maye) - reaktiv maddədir:

CS 2 +30 2 =C0 2 +2S0 2 +258 kkal/mol,

CS 2 +3Cl 2 =CCl 4 -S 2 Cl 2, CS 2 +2H 2 0==C0 2 +2H 2 S, CS 2 +K 2 S=K 2 CS 3 (tiokarbon turşusu duzu H 2 CS3).

Karbon disulfid buxarları zəhərlidir.

Hidrosiyanik (hidrosiyan) turşu HCN (H-C = N) rəngsiz, asanlıqla hərəkət edən mayedir, 299,5 K-də qaynar. 283 K-də bərkiyir. HCN və onun törəmələri son dərəcə zəhərlidir. HCN reaksiya ilə hazırlana bilər

Hidrosiyanik turşusu suda həll olunur; lakin zəif dissosiasiya edir

HCN=H++CN-, K=6.2.10- 10.

Hidrosian turşusunun duzları (sianidlər) bəzi reaksiyalarda xloridlərə bənzəyir. Məsələn, Ag+ ionları ilə CH -- -ion mineral turşularda zəif həll olunan gümüş sianid AgCN-nin ağ çöküntüsünü verir. Qələvi və qələvi torpaq metal siyanidləri suda həll olunur. Hidroliz səbəbindən onların məhlulları hidrosiyanik turşuya (acı badam qoxusu) bənzəyir. Ağır metal siyanidləri suda zəif həll olunur. CN güclü liganddır, ən mühüm kompleks birləşmələr K 4 və K3 [Fe (CN) 6]dır.

Siyanidlər havada olan CO 2-yə uzun müddət məruz qalan kövrək birləşmələrdir, sianidlər parçalanır

2KCN+C0 2 +H 2 0=K 2 C0 3 +2HCN.

(CN) 2 - sianogen (N=C-C=N) –

rəngsiz zəhərli qaz; su ilə reaksiyaya girərək siyanik (HOCN) və hidrosiyanik (HCN) turşuları əmələ gətirir:

(HCN) turşuları:

(CN) 2 +H 2 0==HOCN+HCN.

Bu vəziyyətdə, aşağıdakı reaksiyada olduğu kimi, (CN)2 halogenə bənzəyir:

CO+ (CN) 2 =CO (CN) 2 (fosgenin analoqu).

Siyan turşusu iki tautomerik formada tanınır:

H-N=C=O==H-0-C=N.

İzomer H-0=N=C turşusudur (partlayıcı turşu). HONC duzları partlayır (detonator kimi istifadə olunur). Rodan turşusu HSCN rəngsiz, yağlı, uçucu, asanlıqla bərkiyən (Tm=278 K) mayedir. Təmiz vəziyyətdə çox qeyri-sabitdir, parçalananda HCN sərbəst buraxılır. Hidrosian turşusundan fərqli olaraq, HSCN kifayət qədər güclü turşudur (K = 0,14). HSCN tautomer tarazlığı ilə xarakterizə olunur:

H-N = C = S=H-S-C =N.

SCN qan-qırmızı iondur (Fe 3+ ionu üçün reagent). HSCN-dən əldə edilən rodanid duzları sianidlərdən kükürd əlavə etməklə asanlıqla əldə edilir:

Tiosiyanatların əksəriyyəti suda həll olunur. Hg, Au, Ag, Cu duzları suda həll olunmur. SCN-ion, CN- kimi, M3 1 M" (SCN) 6 tipli komplekslər verməyə meyllidir, burada M" "Cu, Mg və bəzi başqaları. Dirodan (SCN) 2 açıq sarı kristallardır, 271 K-də əriyir. Onlar (SCN) 2 reaksiya ilə əldə edilir

2AgSCN+Br 2 ==2AgBr+ (SCN) 2.

Digər azot tərkibli birləşmələr arasında siyanamid göstərilməlidir

və onun törəməsi, gübrə kimi istifadə olunan kalsium siyanamid CaCN 2 (Ca=N-C=N).

2.3 Metal karbidlər

Karbidlər karbonun metallar, silikon və bor ilə qarşılıqlı təsirinin məhsullarıdır. Karbidlər həllolma qabiliyyətinə görə iki sinfə bölünür: suda (və ya seyreltilmiş turşularda) həll olunan karbidlər və suda (və ya seyreltilmiş turşularda) həll olunmayan karbidlər.

2.3.1 Suda və seyreltilmiş turşularda həll olunan karbidlər

A. Həll edildikdə C 2 H 2 əmələ gətirən karbidlər Bu qrupa ilk iki əsas qrupun metal karbidləri daxildir; MC 2 (LaC 2, CeC 2, ТhC 2.) tərkibli Zn, Cd, La, Ce, Th karbidləri də onlara yaxındır.

CaC 2 +2H 2 0=Ca (OH) 2 +C 2 H 2, ThC 2 +4H 2 0=Th (OH) 4 +H 2 C 2 +H 2.

ANS3+ 12H 2 0=4Al (OH) 3+3CH 4, Be 2 C+4H 2 0=2Be (OH) 2 +CH 4. Xüsusiyyətlərinə görə Mn 3 C onlara yaxındır:

Mn 3 C + 6H 2 0 = 3Mn (OH) 2 + CH 4 + H 2.

B. Karbidlər həll olunduqda karbohidrogen və hidrogen qarışığı əmələ gətirir. Bunlara ən nadir torpaq metal karbidləri daxildir.

2.3.2 Suda və seyreltilmiş turşularda həll olunmayan karbidlər

Bu qrupa əksər keçid metal karbidləri (W, Mo, Ta və s.), həmçinin SiC, B 4 C daxildir.

Onlar oksidləşdirici mühitlərdə həll olunur, məsələn:

VC + 3HN0 3 + 6HF = HVF 6 + CO 2 + 3NO + 4H 2 0, SiC + 4KOH + 2C0 2 = K 2 Si0 3 + K 2 C0 3 + 2H 2 0.

Şəkil 3. İkosaedr B 12

Keçid metallarının karbidləri, həmçinin silisium karbidləri SiC və bor B 4 C. SiC - karborundum - almaza yaxınlaşan sərtlikdə, almaz qəfəsli rəngsiz kristallar praktiki olaraq vacibdir (texniki SiC çirkləri səbəbindən tünd rəngə malikdir). SiC yüksək odadavamlıdır, yüksək temperaturda istilik və elektrik keçiriciliyinə malikdir və kimyəvi cəhətdən son dərəcə inertdir; yalnız havada qələvilərlə birləşmə yolu ilə məhv edilə bilər.

B 4 C polimerdir. Bor karbid qəfəsi xətti düzülmüş üç karbon atomundan və ikosahedr şəklində düzülmüş 12 B atomundan ibarət qruplardan qurulmuşdur (şək. 3); B4C-nin sərtliyi SiC-dən daha yüksəkdir.

Fəsil 3. Silikon birləşmələri

Silikon və karbonun kimyası arasındakı fərq, əsasən, atomunun böyük ölçüsü və sərbəst 3d orbitallardan istifadə imkanları ilə bağlıdır. Əlavə bağlanma (donor-akseptor mexanizminə görə) sayəsində silisiumun oksigen Si-O-Si və flüor Si-F ilə əlaqələri (cədvəl 17.23) karbondan daha möhkəmdir və daha böyük ölçü Si atomu C atomu ilə müqayisədə, Si-H və Si-Si bağları karbondan daha az güclüdür. Silikon atomları praktiki olaraq zəncir əmələ gətirə bilmir. Karbohidrogenlərə bənzər homoloji silisium karbohidrogenləri SinH2n+2 (silanlar) yalnız Si4Hio tərkibinə qədər əldə edilmişdir. Daha böyük ölçüsünə görə, Si atomu zəif ifadə edilmiş üst-üstə düşmə qabiliyyətinə malikdir, buna görə də təkcə üçlü deyil, həm də onun üçün xarakterik deyildir.

Silikon metallarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda silisidlər (Ca 2 Si, Mg 2 Si, BaSi 2, Cr 3 Si, CrSi 2 və s.) əmələ gəlir ki, bunlar bir çox cəhətdən karbidlərə bənzəyir. Silisidlər I qrup elementləri üçün xarakterik deyildir (Li istisna olmaqla). Silikon halogenidlər (Cədvəl 5) karbon halogenidlərindən daha güclü birləşmələrdir; eyni zamanda su ilə parçalanırlar.

Cədvəl 5. Karbon və silikon arasında bəzi bağların möhkəmliyi

Ən davamlı silikon halid SiF 4-dür (yalnız elektrik boşalmasının təsiri altında parçalanır), lakin digər halidlər kimi hidrolizdən keçir. SiF 4 HF ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda heksaflorosilik turşu əmələ gəlir:

SiF 4 +2HF=H 2.

H 2 SiF 6 gücünə görə H 2 S0 4-ə yaxındır. Bu turşunun törəmələri - florosilikatlar, bir qayda olaraq, suda həll olunur. Qələvi metalların flüorosilikatları (Li və NH 4 istisna olmaqla) zəif həll olunur. Fluorosilikatlar pestisidlər (insektisidlər) kimi istifadə olunur.

Praktik olaraq vacib halogenid SiCO 4-dür. Silikon üzvi birləşmələrin istehsalı üçün istifadə olunur. Beləliklə, SiCL 4 asanlıqla silisik turşu efirləri HaSiO 3 əmələ gətirmək üçün spirtlərlə qarşılıqlı əlaqə qurur:

SiCl 4 +4C 2 H 5 OH=Si (OC 2 H 5) 4 +4HCl 4

Cədvəl 6. Karbon və silisium halidləri

Silikon turşusunun efirləri, hidroliz edərək, silikonları - zəncir quruluşuna malik polimer maddələri əmələ gətirir:

(R-üzvi radikal), rezinlərin, yağların və sürtkü yağlarının istehsalı üçün istifadə olunur.

Silikon sulfid (SiS 2) n-polimer maddə; normal temperaturda sabit; su ilə parçalanır:

SiS 2 + ZN 2 O = 2H 2 S + H 2 SiO 3.

3.1 Silisiumun oksigen birləşmələri

Silisiumun ən vacib oksigen birləşməsi bir neçə kristal modifikasiyası olan silikon dioksid SiO 2 (silisium) dir.

Aşağı temperatur modifikasiyası (1143 K-ə qədər) kvars adlanır. Kvars piezoelektrik xüsusiyyətlərə malikdir. Kvarsın təbii növləri: qaya kristalı, topaz, ametist. Silisium növləri kalsedon, opal, əqiqdir. jasper, qum.

Silisium kimyəvi cəhətdən davamlıdır; yalnız flüor, hidrofluorik turşu və qələvi məhlulları təsir göstərir. Asanlıqla şüşəli vəziyyətə (kvars şüşəsi) çevrilir. Kvars şüşəsi kövrək, kimyəvi və termal cəhətdən çox davamlıdır. Müvafiq SiO 2 silisik turşusu xüsusi tərkibə malik deyil. Tipik olaraq, silisium turşusu xH 2 O-ySiO 2 kimi yazılır. Aşağıdakı silisium turşuları müəyyən edilmişdir: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - metasilikon (tri-okso-silikon), H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - orto-silikon (tetra-okso). -silikon), H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - dimetasilikon.

Silisik turşular zəif həll olunan maddələrdir. Karbonla müqayisədə silisiumun daha az metalloid təbiətinə uyğun olaraq, elektrolit kimi H 2 SiO 3 H 2 CO3-dən daha zəifdir.

Silikat turşularına uyğun olan silikat duzları suda həll olunmur (qələvi metal silikatları istisna olmaqla). Həll olan silikatlar tənliyə uyğun olaraq hidrolizə olunur

2SiO3 2 -+H 2 0=Si 2 O 5 2 -+20H-.

Həll olunan silikatların konsentrat məhlulları deyilir maye şüşə. Adi pəncərə şüşəsi - natrium və kalsium silikat - Na 2 0-CaO-6Si0 2 tərkibinə malikdir. Reaksiya yolu ilə əldə edilir

Silikatların geniş çeşidi (daha doğrusu, oksosilikatlar) məlumdur. Oksosilikatların strukturunda müəyyən bir qanunauyğunluq müşahidə olunur: onların hamısı bir-birinə oksigen atomu vasitəsilə bağlanan Si0 4 tetraedrlərdən ibarətdir. Tetraedraların ən çox yayılmış birləşmələri (Si 2 O 7 6 -), (Si 3 O 9) 6 -, (Si 4 0 l2) 8-, (Si 6 O 18 12 -), struktur vahidləri kimi birləşdirilə bilər. zəncirlərə, lentlərə, torlara və çərçivələrə (Şəkil 4).

Ən vacib təbii silikatlar, məsələn, talk (3MgO * H 2 0-4Si0 2) və asbest (SmgO * H 2 O * SiO 2). SiO 2 kimi, silikatlar da şüşəsi (amorf) vəziyyətlə xarakterizə olunur. Şüşənin idarə olunan kristallaşması ilə incə kristallıq vəziyyəti (keramika şüşəsi) əldə etmək olar. Sitallar artan güclə xarakterizə olunur.

Təbiətdə silikatlardan başqa alüminosilikatlar da geniş yayılmışdır. Alüminosilikatlar silisium atomlarının bir hissəsinin üçvalent Al ilə əvəz olunduğu çərçivə oksosilikatlarıdır; məsələn Na 12 [ (Si, Al) 0 4 ] 12 .

Silisik turşusu onun turşu duzlarına məruz qaldıqda kolloid vəziyyəti ilə xarakterizə olunur, H 2 SiO 3 dərhal çökmür. Müəyyən şəraitdə (məsələn, qızdırıldıqda) silisium turşusunun kolloid məhlulları (sols) silisium turşusunun şəffaf, homojen jelatinli kütlə-gelinə çevrilə bilər. Gellər, Si0 2 molekulları tərəfindən əmələ gələn, boşluqları H 2 O molekulları ilə doldurulmuş, yüksək molekulyar quruluşa malik yüksək molekulyar birləşmələrdir, silisium gelləri susuzlaşdırıldıqda, yüksək adsorbsiya qabiliyyətinə malik məsaməli məhsul əldə edilir. .

Şəkil 4. Silikatların quruluşu.

nəticələr

İşimdə silisium və karbona əsaslanan kimyəvi birləşmələri araşdıraraq belə qənaətə gəldim ki, karbon kəmiyyətcə çox da geniş yayılmayan element olmaqla, onun birləşmələri havada, neftdə də var; almaz və qrafit kimi sadə maddələrdə olduğu kimi. Biri ən mühüm xüsusiyyətləri Karbon atomlar arasında güclü kovalent bağlara malikdir, həmçinin hidrogen atomu. Ən vacib qeyri-üzvi karbon birləşmələri bunlardır: oksidlər, turşular, duzlar, halidlər, azot tərkibli törəmələr, sulfidlər, karbidlər.

Silikon haqqında danışarkən, onun yer üzündə böyük miqdarda ehtiyatlarını qeyd etmək lazımdır; o, yer qabığının əsasını təşkil edir və çox sayda silikat, qum və s. Hal-hazırda yarımkeçirici xüsusiyyətlərinə görə silisiumun istifadəsi artır. Elektronikada kompüter prosessorlarının, mikrosxemlərin və çiplərin istehsalında istifadə olunur. Silisiumun metallarla birləşmələri silisidlər əmələ gətirir; silisium oksidi SiO 2-dir (silikat) Təbiətdə çoxlu sayda silikatlar var - talk, asbest və alüminosilikatlar da geniş yayılmışdır.

Biblioqrafiya

1. Böyük Sovet Ensiklopediyası. Üçüncü nəşr. T.28. - M.: Sovet Ensiklopediyası, 1970.

2. Zhiryakov V.G. Üzvi kimya 4-cü nəşr. - M., "Kimya", 1971.

3. Qısa kimyəvi ensiklopediya. - M. “Sovet Ensiklopediyası”, 1967.

4. Ümumi kimya / Ed. YE. Sokolovskaya, L.S. Quzeya.3-cü nəşr. - M.: Mosk nəşriyyatı. Universitet, 1989.

5. Cansız təbiət dünyası. - M., "Elm", 1983.

6. Potapov V.M., Tatarınşik S.N. Üzvi kimya. Dərslik. 4-cü nəşr. - M.: "Kimya", 1989.

Karbon bir neçə allotropik modifikasiya yaratmağa qadirdir. Bunlar almaz (ən inert allotropik modifikasiya), qrafit, fulleren və karbindir.

Kömür və his amorf karbondur. Bu vəziyyətdə olan karbon nizamlı bir quruluşa malik deyil və əslində qrafit təbəqələrinin kiçik fraqmentlərindən ibarətdir. İsti su buxarı ilə işlənmiş amorf karbona aktivləşdirilmiş karbon deyilir. 1 qram aktivləşdirilmiş karbon, tərkibində çoxlu məsamələrin olması səbəbindən üç yüz kvadrat metrdən çox ümumi səthə malikdir! Müxtəlif maddələri udmaq qabiliyyətinə görə aktivləşdirilmiş karbon tapır geniş tətbiq filtr doldurucusu, həmçinin enterosorbent kimi müxtəlif növlər zəhərlənmə

Kimyəvi nöqteyi-nəzərdən amorf karbon onun ən aktiv formasıdır, qrafit orta aktivlik nümayiş etdirir, almaz isə son dərəcə təsirsiz bir maddədir. Bu səbəbdən aşağıda müzakirə edilən karbonun kimyəvi xassələri ilk növbədə amorf karbona aid edilməlidir.

Karbonun azaldıcı xüsusiyyətləri

Azaldıcı bir maddə olaraq, karbon oksigen, halogenlər və kükürd kimi qeyri-metallarla reaksiya verir.

Kömürün yanması zamanı oksigenin çoxluğundan və ya olmamasından asılı olaraq, karbonmonoksit CO və ya karbon dioksid CO 2 əmələ gələ bilər:

Karbon flüorla reaksiya verdikdə karbon tetraflorid əmələ gəlir:

Karbonu kükürdlə qızdırdıqda karbon disulfidi CS 2 əmələ gəlir:

Karbon aktivlik seriyasında alüminiumdan sonra metalları oksidlərindən reduksiya etməyə qadirdir. Misal üçün:

Karbon aktiv metalların oksidləri ilə də reaksiya verir, lakin bu halda, bir qayda olaraq, metalın azalması deyil, onun karbidinin əmələ gəlməsi müşahidə olunur:

Karbonun qeyri-metal oksidləri ilə qarşılıqlı təsiri

Karbon karbon qazı CO 2 ilə nisbət reaksiyasına girir:

Sənaye baxımından ən vacib proseslərdən biri sözdə olanlardır buxar kömürə çevrilməsi. Proses su buxarının isti kömürdən keçməsi ilə həyata keçirilir. Aşağıdakı reaksiya baş verir:

Yüksək temperaturda karbon hətta silisium dioksid kimi təsirsiz bir birləşməni də azaltmağa qadirdir. Bu halda, şəraitdən asılı olaraq, silisium və ya silisium karbidinin əmələ gəlməsi mümkündür ( karborund):

Həmçinin, bir azaldıcı agent kimi karbon oksidləşdirici turşularla, xüsusən konsentratlaşdırılmış sulfat və azot turşuları ilə reaksiya verir:

Karbonun oksidləşdirici xassələri

Kimyəvi element karbon yüksək elektronegativ deyil, ona görə də onun yaratdığı elementlər sadə maddələr digər qeyri-metallara qarşı nadir hallarda oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.

Belə reaksiyalara misal olaraq katalizatorun iştirakı ilə qızdırıldıqda amorf karbonun hidrogenlə qarşılıqlı təsirini göstərmək olar:

və həmçinin 1200-1300 o C temperaturda silikon ilə:

Karbon metallara nisbətən oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Karbon ilə reaksiya verə bilər aktiv metallar və bəzi aralıq fəaliyyət metalları. Qızdırıldıqda reaksiyalar baş verir:

Aktiv metal karbidləri su ilə hidrolizə olunur:

həmçinin oksidləşdirici olmayan turşuların məhlulları:

Bu halda, orijinal karbiddə olduğu kimi eyni oksidləşmə vəziyyətində karbon ehtiva edən karbohidrogenlər əmələ gəlir.

Silisiumun kimyəvi xassələri

Silikon, karbon kimi, kristal və amorf vəziyyətdə ola bilər və karbon vəziyyətində olduğu kimi, amorf silikon da kristal silisiumdan əhəmiyyətli dərəcədə daha kimyəvi cəhətdən aktivdir.

Bəzən amorf və kristal silisiumlara allotropik modifikasiyalar deyilir, bu, ciddi şəkildə desək, tamamilə doğru deyil. Amorf silikon mahiyyətcə bir-birinə nisbətən təsadüfi yerləşmiş konqlomeratdır kiçik hissəciklər kristal silisium.

Silisiumun sadə maddələrlə qarşılıqlı təsiri

qeyri-metallar

Normal şəraitdə silisium inertliyinə görə yalnız flüorla reaksiya verir:

Silikon yalnız qızdırıldıqda xlor, brom və yod ilə reaksiya verir. Xarakterikdir ki, halogenin fəaliyyətindən asılı olaraq müvafiq olaraq fərqli bir temperatur tələb olunur:

Beləliklə, xlorla reaksiya 340-420 o C-də baş verir:

Brom ilə - 620-700 o C:

Yod ilə - 750-810 o C:

Silisiumun oksigenlə reaksiyası baş verir, lakin güclü oksid təbəqəsi qarşılıqlı əlaqəni çətinləşdirdiyinə görə çox güclü isitmə (1200-1300 o C) tələb edir:

1200-1500 o C temperaturda silisium yavaş-yavaş qrafit şəklində karbonla qarşılıqlı əlaqəyə girərək karborundum SiC əmələ gətirir - almaza bənzər atom kristal qəfəsli və demək olar ki, onun qədər güclü bir maddə:

Silikon hidrogenlə reaksiya vermir.

metallar

Aşağı elektronmənfiliyinə görə silisium yalnız metallara qarşı oksidləşdirici xüsusiyyətlər göstərə bilər. Metallardan silisium aktiv (qələvi və qələvi torpaq) metallarla, həmçinin aralıq aktivliyə malik bir çox metallarla reaksiya verir. Bu qarşılıqlı təsir nəticəsində silisidlər əmələ gəlir:

Silisiumun mürəkkəb maddələrlə qarşılıqlı təsiri

Silikon qaynadıqda belə su ilə reaksiya vermir, lakin amorf silikon təxminən 400-500 o C temperaturda çox qızdırılan su buxarı ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Bu zaman hidrogen və silikon dioksid əmələ gəlir:

Bütün turşulardan silisium (amorf vəziyyətdə) yalnız konsentratlaşdırılmış hidroflorik turşu ilə reaksiya verir:

Silikon konsentratlaşdırılmış qələvi məhlullarda həll olunur. Reaksiya hidrogenin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur.

Normal şəraitdə karbonun allotropik modifikasiyaları - qrafit və almaz kifayət qədər inertdir. Lakin t artdıqca sadə və mürəkkəb maddələrlə aktiv şəkildə kimyəvi reaksiyalara girirlər.

Karbonun kimyəvi xassələri

Karbonun elektronmənfiliyi aşağı olduğundan, sadə maddələr yaxşı reduksiyaedicidir. İncə kristal karbonun oksidləşməsi daha asandır, qrafit daha çətin, almaz isə daha çətindir.

Karbonun allotropik modifikasiyaları müəyyən alovlanma temperaturlarında oksigen (yanma) ilə oksidləşir: qrafit 600 °C-də, almaz 850-1000 °C-də alovlanır. Oksigen artıq olarsa, dəm qazı (IV), çatışmazlıq olarsa, dəm qazı (II) əmələ gəlir:

C + O2 = CO2

2C + O2 = 2CO

Karbon metal oksidlərini azaldır. Bu halda metallar sərbəst formada alınır. Məsələn, qurğuşun oksidi koksla kalsine edildikdə, qurğuşun əridilir:

PbO + C = Pb + CO

azaldıcı agent: C0 – 2e => C+2

oksidləşdirici maddə: Pb+2 + 2e => Pb0

Karbon həmçinin metallara qarşı oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Eyni zamanda, müxtəlif növ karbidlər əmələ gətirir. Beləliklə, alüminium yüksək temperaturda reaksiyalara məruz qalır:

3C + 4Al = Al4C3

C0 + 4e => C-4 3

Al0 – 3e => Al+3 4

Karbon birləşmələrinin kimyəvi xassələri

1) Dəm qazının gücü yüksək olduğu üçün yüksək temperaturda kimyəvi reaksiyalara girir. Əhəmiyyətli istiliklə, karbon monoksitinin yüksək azaldıcı xüsusiyyətləri görünür. Beləliklə, metal oksidləri ilə reaksiya verir:

CuO + CO => Cu + CO2

At yüksəlmiş temperatur(700 °C) oksigendə alovlanır və mavi alovla yanır. Bu alovdan reaksiya nəticəsində karbon qazı əmələ gəldiyini deyə bilərsiniz:

CO + O2 => CO2

2) Karbon dioksid molekulunda ikiqat bağlar kifayət qədər güclüdür. Onların qırılması əhəmiyyətli enerji tələb edir (525,6 kJ/mol). Buna görə də, karbon qazı olduqca təsirsizdir. Onun məruz qaldığı reaksiyalar çox vaxt yüksək temperaturda baş verir.

Karbon dioksid su ilə reaksiya verdikdə asidik xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Bu, karbon turşusunun bir həllini istehsal edir. Reaksiya geri çevrilir.

Karbon dioksid, bir turşu oksidi olaraq, qələvilər və əsas oksidlərlə reaksiya verir. Karbon qazı qələvi məhluldan keçirildikdə ya mühit, ya da turşu duzu əmələ gələ bilər.

3) Karbon turşusu turşuların bütün xüsusiyyətlərinə malikdir və qələvilər və əsas oksidlərlə qarşılıqlı təsir göstərir.

Silisiumun kimyəvi xassələri

Silikon karbondan daha aktivdir və artıq 400 °C-də oksigenlə oksidləşir. Digər qeyri-metallar silisiumu oksidləşdirə bilər. Bu reaksiyalar adətən oksigenlə müqayisədə daha yüksək temperaturda baş verir. Belə şəraitdə silikon karbonla, xüsusən də qrafitlə qarşılıqlı əlaqədə olur. Bu, sərtliyə görə almazdan sonra ikinci çox sərt maddə olan karborundum SiC istehsal edir.

Silikon həm də oksidləşdirici maddə ola bilər. Bu, aktiv metallarla reaksiyalarda özünü göstərir. Misal üçün:

Si + 2Mg = Mg2Si

Karbonla müqayisədə silisiumun daha yüksək aktivliyi, karbondan fərqli olaraq, qələvilərlə reaksiya verməsində özünü göstərir:

Si + NaOH + H2O => Na2SiO3 + H2

Silikon birləşmələrinin kimyəvi xassələri

1) Silikon dioksidin kristal qəfəsindəki atomlar arasında güclü bağlar aşağı kimyəvi aktivliyi izah edir. Bu oksidin daxil olduğu reaksiyalar yüksək temperaturda baş verir.

Silikon oksid turşulu bir oksiddir. Məlum olduğu kimi su ilə reaksiya vermir. Turşu təbiəti qələvilər və əsas oksidlərlə reaksiyasında özünü göstərir:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Əsas oksidlərlə reaksiyalar yüksək temperaturda baş verir.

Silikon oksid zəif oksidləşdirici xüsusiyyətlərə malikdir. Müəyyən aktiv metallar tərəfindən azaldılır.