Цахиур ба түүний нэгдлүүд. Цахиур: хэрэглээ, химийн болон физик шинж чанар

Бие даасан химийн элементийн хувьд цахиур нь зөвхөн 1825 онд хүн төрөлхтөнд мэдэгдэв. Мэдээжийн хэрэг, цахиурын нэгдлүүдийг ийм олон бөмбөрцөгт ашиглахад саад болоогүй тул элемент ашиглаагүй газруудыг жагсаахад хялбар болно. Энэ нийтлэл нь физик, механик, хэрэгцээтэй зүйлсийг гэрэлтүүлэх болно Химийн шинж чанарцахиур ба түүний нэгдлүүд, хэрэглээний талбарууд, бид цахиур нь ган болон бусад металлын шинж чанарт хэрхэн нөлөөлдөг талаар ярих болно.

Эхлэхийн тулд цахиурын ерөнхий шинж чанаруудын талаар ярилцъя. Массын 27.6-аас 29.5% хүртэл дэлхийн царцдасцахиур бүрдүүлдэг. Далайн усанд элементийн концентраци нь бас шударга байдаг - 3 мг / л хүртэл.

Литосферийн тархалтын хувьд цахиур нь хүчилтөрөгчийн дараа хоёрдугаарт ордог. Гэсэн хэдий ч түүний хамгийн алдартай хэлбэр болох цахиур нь исэл бөгөөд яг түүний шинж чанар нь ийм өргөн хэрэглээний үндэс болсон юм.

Энэ видео нь цахиур гэж юу болохыг танд хэлэх болно.

Үзэл баримтлал ба онцлог

Цахиур бол металл бус, гэхдээ өөр өөр нөхцөл байдалхүчиллэг болон үндсэн шинж чанарыг хоёуланг нь харуулж чадна. Энэ нь ердийн хагас дамжуулагч бөгөөд цахилгааны инженерчлэлд маш өргөн хэрэглэгддэг. Түүний физик, химийн шинж чанар нь аллотроп төлөв байдлаас ихээхэн хамаардаг. Ихэнхдээ тэд талст хэлбэртэй байдаг, учир нь түүний чанар нь үндэсний эдийн засагт илүү их эрэлт хэрэгцээтэй байдаг.

Цахиур бол үндсэн макро шим тэжээлийн нэг юм Хүний бие. Түүний дутагдал нь нөхцөл байдалд сөргөөр нөлөөлдөг ясны эд, үс, арьс, хумс. Үүнээс гадна цахиур нь дархлааны тогтолцооны үйл ажиллагаанд нөлөөлдөг.
Анагаах ухаанд элемент, эс тэгвээс түүний нэгдлүүд энэ хүчин чадлаар анхны хэрэглээгээ олсон. Цахиур чулуугаар доторлогоотой худгийн ус нь цэвэршилтээрээ ялгаатай байсан төдийгүй гацуурыг тэсвэрлэхэд эерэг нөлөө үзүүлсэн. Халдварт өвчин. Өнөөдөр цахиур агуулсан нэгдлүүд нь сүрьеэ, атеросклероз, үе мөчний үрэвслийн эсрэг эмийн үндэс болдог.
Ерөнхийдөө металл бус нь идэвхгүй, гэхдээ дотор нь ч гэсэн цэвэр хэлбэртүүнтэй уулзахад хэцүү байна. Энэ нь агаарт давхар ислийн давхаргаар хурдан идэвхгүй болж, хариу үйлдэл үзүүлэхээ больсонтой холбоотой юм. Халах үед химийн идэвхжил нэмэгддэг. Үүний үр дүнд хүн төрөлхтөн өөрөө биш, харин материйн нэгдлүүдийг илүү сайн мэддэг болсон.

Тиймээс цахиур нь бараг бүх металл - силицидтэй хайлш үүсгэдэг. Эдгээр нь бүгд галд тэсвэртэй, хатуулаг чанараараа ялгагддаг бөгөөд тэдгээрийг тус тусад нь ашигладаг: хийн турбин, зуухны халаагуур.

Д.И.Менделеевийн хүснэгтэд 6-р бүлэгт металл бусыг нүүрстөрөгч, германий хамт байрлуулсан нь эдгээр бодисуудтай тодорхой нийтлэг шинж чанартай болохыг харуулж байна. Тиймээс нүүрстөрөгчийн хувьд энэ нь органик төрлийн нэгдлүүдийг үүсгэх чадвартай "нийтлэг" юм. Үүний зэрэгцээ цахиур нь германий нэгэн адил нийлэгжүүлэхэд хэрэглэгддэг зарим химийн урвалд металын шинж чанарыг харуулж чаддаг.

Сайн болон сул талууд

Үндэсний эдийн засагт хэрэглэх бусад бодисын нэгэн адил цахиур нь тодорхой ашигтай эсвэл тийм ч чухал биш шинж чанартай байдаг. Эдгээр нь ашиглалтын талбайг тодорхойлоход чухал ач холбогдолтой.

Бодисын чухал давуу тал нь түүний чанар юм олдоц. Байгалийн хувьд энэ нь чөлөөт хэлбэрээр байдаггүй ч цахиурыг олж авах технологи нь эрчим хүч их шаарддаг ч тийм ч төвөгтэй биш юм.
Хоёр дахь хамгийн чухал давуу тал бол олон тооны нэгдэл үүсэхер бусын байдлаар ашигтай шинж чанарууд. Эдгээр нь силан, силицид, давхар исэл, мэдээжийн хэрэг янз бүрийн силикатууд юм. Цахиур ба түүний нэгдлүүдийн нарийн төвөгтэй хатуу уусмал үүсгэх чадвар нь бараг хязгааргүй бөгөөд энэ нь шил, чулуу, керамикийн төрөл бүрийн хувилбаруудыг эцэс төгсгөлгүй авах боломжийг олгодог.
Хагас дамжуулагчийн шинж чанарметалл бус нь түүнийг цахилгаан ба радио инженерийн үндсэн материал болгон байрлуулах боломжийг олгодог.
Төмөр бус юм хоргүй, энэ нь аль ч салбарт ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд үүнтэй зэрэгцэн технологийн процессыг болзошгүй аюултай процесс болгон хувиргадаггүй.

Материалын сул талууд нь зөвхөн сайн хатуулагтай харьцангуй хэврэг байдлыг агуулдаг. Цахиур нь даацын бүтцэд ашиглагддаггүй боловч энэ хослол нь талстуудын гадаргууг зөв боловсруулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь багаж хэрэгсэлд чухал ач холбогдолтой юм.

Одоо цахиурын үндсэн шинж чанаруудын талаар ярилцъя.

Шинж чанар ба шинж чанарууд

Талст цахиурыг үйлдвэрлэлд ихэвчлэн ашигладаг тул түүний шинж чанарууд нь илүү чухал бөгөөд тэдгээр нь өгөгдсөн зүйл юм. техникийн үзүүлэлт. Бодисын физик шинж чанарууд нь:

хайлах цэг - 1417 С;
буцлах цэг - 2600С;
нягт нь 2.33 г/куб. харна уу, энэ нь эмзэг байдлыг илтгэнэ;
дулааны багтаамж, түүнчлэн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь хамгийн цэвэр дээж дээр ч тогтмол байдаггүй: 800 Ж / (кг К), эсвэл 0.191 кал / (г градус) ба 84-126 Вт / (м К), эсвэл 0.20-0, 30 кал/(см сек градус) тус тус;
хэт улаан туяаны оптикт ашигладаг урт долгионы хэт улаан туяанд ил тод;
диэлектрик тогтмол - 1.17;
Mohs масштабын хатуулаг - 7.

Металл бус материалын цахилгаан шинж чанар нь хольцоос ихээхэн хамаардаг. Аж үйлдвэрт энэ функцийг хүссэн төрлийн хагас дамжуулагчийг модуляцлах замаар ашигладаг. Хэвийн температурт цахиур нь хэврэг байдаг боловч 800 С-ээс дээш халах үед хуванцар деформаци үүсэх боломжтой.

Аморф цахиурын шинж чанар нь гайхалтай ялгаатай: энэ нь өндөр гигроскоптой бөгөөд ердийн температурт ч илүү идэвхтэй урвалд ордог.

Цахиурын бүтэц, химийн найрлага, шинж чанарыг доорх видеон дээр авч үзнэ.

Найрлага ба бүтэц

Цахиур нь хоёр аллотроп хэлбэрээр байдаг бөгөөд хэвийн температурт адилхан тогтвортой байдаг.

БолорЭнэ нь хар саарал нунтаг шиг харагддаг. Уг бодис хэдийгээр алмаз шиг болор тортой ч атомуудын хэт урт холбооноос болж эмзэг байдаг. Түүний хагас дамжуулагч шинж чанар нь сонирхол татдаг.
Маш их өндөр даралтболомжтой зургаан өнцөгт 2.55 г / куб нягттай өөрчлөлт. Гэсэн хэдий ч энэ үе шат практик ач холбогдлыг хараахан олж чадаагүй байна.
Аморф- Бор нунтаг. Кристал хэлбэрээс ялгаатай нь энэ нь илүү идэвхтэй урвалд ордог. Энэ нь эхний хэлбэрийн идэвхгүй байдлаас биш, харин агаарт бодис нь давхар ислийн давхаргаар бүрхэгдсэнтэй холбоотой юм.

Нэмж дурдахад нийлээд бодис үүсгэдэг цахиурын болорын хэмжээтэй холбоотой өөр төрлийн ангиллыг харгалзан үзэх шаардлагатай. Мэдэгдэж байгаагаар болор тор нь зөвхөн атомуудын дарааллыг төдийгүй эдгээр атомуудын үүсгэдэг бүтцийг урт хугацааны дараалал гэж нэрлэдэг. Энэ нь том байх тусам бодис нь шинж чанараараа илүү нэгэн төрлийн байх болно.

монокристал– дээж нь дан болор. Түүний бүтэц нь аль болох эмх цэгцтэй, шинж чанарууд нь нэгэн төрлийн, урьдчилан таамаглах боломжтой байдаг. Энэ бол цахилгаан инженерчлэлд хамгийн их эрэлт хэрэгцээтэй материал юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь хамгийн үнэтэй төрөлд багтдаг, учир нь үүнийг олж авах үйл явц нь төвөгтэй, өсөлтийн хурд бага байдаг.
Олон талст– дээж нь хэд хэдэн том талст ширхэгээс бүрдэнэ. Тэдгээрийн хоорондох хил хязгаар нь нэмэлт согогийн түвшинг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь дээжийн хагас дамжуулагчийн гүйцэтгэлийг бууруулж, илүү хурдан элэгдэлд хүргэдэг. Олон талстыг ургуулах технологи нь илүү энгийн тул материал нь хямд байдаг.
Поликристалл- багтана их тообие биенээсээ санамсаргүй байдлаар байрлуулсан үр тариа. Энэ бол микроэлектроник болон нарны энергид ашиглагддаг үйлдвэрлэлийн цахиурын хамгийн цэвэр төрөл юм. Ихэнхдээ энэ нь олон талст болон нэг талстыг ургуулах түүхий эд болгон ашигладаг.
Аморф цахиур нь энэ ангилалд тусдаа байр суурь эзэлдэг. Энд атомуудын дарааллыг зөвхөн хамгийн богино зайд хадгалдаг. Гэсэн хэдий ч цахилгааны инженерчлэлд энэ нь нимгэн хальс хэлбэрээр ашиглагддаг.

Металл бус үйлдвэрлэл

Түүний нэгдлүүдийн идэвхгүй байдал, ихэнх нь хайлах температур өндөр байдаг тул цэвэр цахиурыг олж авах нь тийм ч хялбар биш юм. Аж үйлдвэрт нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бууруулах аргыг ихэвчлэн ашигладаг. Урвал нь нуман зууханд 1800 С-ийн температурт хийгддэг. Тиймээс 99.9% -ийн цэвэршилттэй металл бус металлыг олж авдаг бөгөөд энэ нь түүний хэрэглээнд хангалтгүй юм.

Хлорид ба гидрохлорид авахын тулд үүссэн материалыг хлоржуулна. Дараа нь холболтуудыг бүгдийг нь цэвэрлэнэ боломжит аргуудхольцоос гаргаж устөрөгчөөр багасгана.

Мөн магнийн силицид авах замаар бодисыг цэвэршүүлэх боломжтой. Цахиур нь давсны уусмал эсвэл Цууны хүчил. Силаныг олж авдаг бөгөөд сүүлийнх нь цэвэршдэг янз бүрийн арга замууд- сорбци, залруулга гэх мэт. Дараа нь силаныг 1000 С-ийн температурт устөрөгч, цахиур болгон задалдаг.Энэ тохиолдолд 10 -8 -10 -6% хольцын фракцтай бодисыг олж авна.

Бодисын хэрэглээ

Аж үйлдвэрийн хувьд металл бус электрофизик шинж чанар нь хамгийн их сонирхол татдаг. Түүний нэг талст хэлбэр нь шууд бус цоорхойтой хагас дамжуулагч юм. Түүний шинж чанар нь хольцоор тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь хүссэн шинж чанартай цахиурын талстыг авах боломжийг олгодог. Тиймээс бор, индий нэмснээр нүх дамжуулах чадвартай болор, фосфор эсвэл хүнцэл - электрон дамжуулалттай болорыг нэвтрүүлэх боломжтой болгодог.

Цахиур нь орчин үеийн цахилгааны инженерийн үндэс суурь болж өгдөг. Үүнээс транзистор, фотоэлел, нэгдсэн хэлхээ, диод гэх мэтийг хийдэг. Түүгээр ч зогсохгүй төхөөрөмжийн ажиллагаа нь бараг үргэлж зөвхөн болорын гадаргуугийн давхаргаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь гадаргууг боловсруулахад маш тодорхой шаардлага тавьдаг.
Металлургийн салбарт техникийн цахиурыг хайлшийн хувиргагч болгон ашигладаг - энэ нь илүү их хүч чадал өгдөг, жишээлбэл, цутгамал төмрийн үйлдвэрлэлд бүрэлдэхүүн хэсэг болгон исэлдүүлэгч бодис болгон ашигладаг.
Нарны энергийн үндэс нь хэт цэвэр, цэвэршүүлсэн металлургийн .
Металл бус давхар исэл байгальд маш их байдаг янз бүрийн хэлбэрүүд. Түүний талст сортууд нь опал, оникс, карнелиан, аметист, ринстон, үнэт эдлэлийн бизнест өөрсдийн байр сууриа олсон. Гаднах төрхөөрөө тийм ч сонирхол татахуйц биш өөрчлөлтүүд - цахиур, кварцыг металлурги, барилга, радио цахилгаан инженерчлэлд ашигладаг.
Металл бус нүүрстөрөгчтэй карбидын нэгдэл нь металлурги, багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. химийн үйлдвэр. Энэ нь өргөн зайтай хагас дамжуулагч бөгөөд өндөр хатуулагтай - Mohs масштабаар 7, хүч чадал нь түүнийг зүлгүүрийн материал болгон ашиглах боломжийг олгодог.
Силикатууд - өөрөөр хэлбэл цахиурын хүчлийн давс. Тогтворгүй, температурын нөлөөн дор амархан задардаг. Тэдгээр нь олон тооны, олон төрлийн давс үүсгэдэг гэдгээрээ гайхалтай юм. Гэхдээ сүүлийнх нь шил, керамик, фаянс, болор, үйлдвэрлэлийн үндэс суурь болдог. Орчин үеийн барилгын ажил нь янз бүрийн силикатууд дээр суурилдаг гэж бид баттай хэлж чадна.
Шил нь энд хамгийн их илэрхийлэгддэг сонирхолтой тохиолдол. Энэ нь алюминосиликатууд дээр суурилдаг боловч бусад бодисын үл тоомсорлодог хольцууд - ихэвчлэн оксидууд нь материалыг масстай болгодог. өөр өөр шинж чанарууд, түүний дотор өнгө. -, шавар, шаазан нь үнэндээ ижил томъёотой боловч бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харьцаа өөр, олон янз байдал нь бас гайхалтай юм.
Металл бус нь өөр нэг чадвартай: цахиурын атомын урт гинж хэлбэрээр нүүрстөрөгчийн төрлийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Ийм нэгдлүүдийг цахиурын органик нэгдлүүд гэж нэрлэдэг. Тэдгээрийн хэрэглээний хамрах хүрээ нь багагүй мэдэгддэг - эдгээр нь силикон, чигжээс, тосолгооны материал гэх мэт.

Цахиур бол маш түгээмэл элемент бөгөөд олон салбарт маш чухал юм. Үндэсний эдийн засаг. Түүнээс гадна, зөвхөн бодис нь өөрөө идэвхтэй ашиглагддаг, гэхдээ түүний бүх янз бүрийн, олон тооны нэгдлүүд.

Энэ видео нь цахиурын шинж чанар, хэрэглээний талаар ярих болно.

Оршил

Бүлэг 2. Нүүрстөрөгчийн химийн нэгдлүүд

2.1 Нүүрстөрөгчийн хүчилтөрөгчийн деривативууд

2.1.1 +2 исэлдэлтийн төлөв

2.1.2 +4 исэлдэлтийн төлөв

2.3 Металл карбид

2.3.1 Ус ба шингэрүүлсэн хүчилд уусдаг карбидууд

2.3.2 Ус болон шингэрүүлсэн хүчилд уусдаггүй карбидууд

Бүлэг 3. Цахиурын нэгдлүүд

3.1 Хүчилтөрөгчийн цахиурын нэгдлүүд

Ном зүй

Оршил

Хими бол байгалийн шинжлэх ухааны салбаруудын нэг бөгөөд түүний сэдэв юм химийн элементүүд(атомууд), тэдгээрийн үүсгэдэг энгийн ба нийлмэл бодисууд (молекулууд), тэдгээрийн хувиралууд, эдгээр өөрчлөлтийг зохицуулдаг хуулиуд.

Тодорхойлолтоор D.I. Менделеев (1871), "Одоогийн төлөв байдалд байгаа химийг ... элементүүдийн сургаал гэж нэрлэж болно."

"Хими" гэдэг үгийн гарал үүсэл бүрэн тодорхойгүй байна. Олон судлаачид энэ нь Египетийн эртний нэрнээс гаралтай гэж үздэг - Хемиа (Грек Хемиа, Плутархад олдсон), энэ нь "хаме" эсвэл "хаме" - хар гэсэн үгнээс гаралтай бөгөөд "хар дэлхийн шинжлэх ухаан" (Египет) гэсэн утгатай. Египетийн шинжлэх ухаан".

Орчин үеийн хими нь бусад байгалийн шинжлэх ухаан, үндэсний эдийн засгийн бүх салбартай нягт холбоотой байдаг.

Материйн хөдөлгөөний химийн хэлбэр, түүний хөдөлгөөний бусад хэлбэрт шилжих чанарын шинж чанар нь химийн шинжлэх ухааны олон талт байдал, түүний доод болон дээд хэлбэрийн хөдөлгөөний аль алиныг судалдаг мэдлэгийн салбаруудтай уялдаа холбоог тодорхойлдог. Материйн хөдөлгөөний химийн хэлбэрийн талаархи мэдлэг нь байгалийн хөгжил, орчлон ертөнц дэх материйн хувьслын талаархи ерөнхий сургаалыг баяжуулж, ертөнцийн салшгүй материалист дүр төрхийг бий болгоход хувь нэмэр оруулдаг. Химийн бусад шинжлэх ухаантай холбоо тогтоох нь тэдний харилцан нэвтрэх тодорхой чиглэлүүдийг бий болгодог. Тиймээс хими ба физикийн хоорондын шилжилтийн салбаруудыг физик хими, химийн физикээр төлөөлдөг. Хими ба биологи, хими ба геологийн хооронд геохими, биохими, биогеохими, молекул биологи гэсэн тусгай хилийн бүсүүд гарч ирэв. Химийн хамгийн чухал хуулиудыг математик хэлээр томъёолдог бөгөөд онолын хими нь математикгүйгээр хөгжиж чадахгүй. Хими нь философийн хөгжилд нөлөөлсөн, үзүүлж байгаа бөгөөд өөрөө ч түүний нөлөөг мэдэрсэн, туулж байна.

Түүхийн хувьд химийн хоёр үндсэн салбар хөгжиж ирсэн: химийн элементүүд болон тэдгээрийн үүсгэсэн энгийн ба нийлмэл бодисыг (нүүрстөрөгчийн нэгдлээс бусад) үндсэндээ судалдаг органик бус хими ба нүүрстөрөгчийн бусад элементүүдтэй нэгдлүүд болох органик хими. органик бодис).

18-р зууны эцэс хүртэл "органик бус хими" ба "органик хими" гэсэн нэр томъёо нь зөвхөн аль байгалийн "хаант улсаас" (эрдэс, ургамал, амьтан) тодорхой нэгдлүүдийг олж авсныг заадаг байв. 19-р зуунаас эхлэн. Эдгээр нэр томъёо нь тухайн бодис дахь нүүрстөрөгч байгаа эсвэл байхгүй байгааг илтгэх болсон. Дараа нь тэд шинэ, илүү өргөн утгыг олж авсан. Органик бус хими нь үндсэндээ геохимитэй, дараа нь минералоги, геологитой холбогддог, өөрөөр хэлбэл. органик бус байгалийн шинжлэх ухаантай. Органик химинь хамгийн нарийн төвөгтэй биополимер бодис хүртэл төрөл бүрийн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг судалдаг химийн салбарыг төлөөлдөг. Органик болон биоорганик химигээр дамжуулан хими нь биохими, цаашлаад биологитой хиллэдэг, i.e. амьд байгалийн шинжлэх ухааны цогцоор. Органик бус ба органик химийн нэгдлүүдийн уулзвар нь органик элементийн нэгдлүүдийн талбай юм.

Химийн хувьд бодисын зохион байгуулалтын бүтцийн түвшний талаархи санаа аажмаар бий болсон. Бодисын хүндрэл нь хамгийн доод атомаас эхлээд молекул, макромолекул эсвэл өндөр молекулын нэгдлүүд (полимер), дараа нь молекул хоорондын (цогцолбор, клатрат, катен), эцэст нь янз бүрийн макро бүтэц (болор, мицелл) дамждаг. ) хязгааргүй стехиометрийн бус тогтоц хүртэл. Холбогдох салбарууд аажмаар хөгжиж, тусгаарлагдсан: нийлмэл нэгдлүүдийн хими, полимер, болор хими, тархсан систем ба гадаргуугийн үзэгдлийг судлах, хайлш гэх мэт.

Химийн объект, үзэгдлийг судлах физик аргууд, үндэслэн химийн өөрчлөлтийн хууль тогтоох ерөнхий зарчимфизик, физик химийн үндэс суурь. Химийн энэ салбар нь химийн термодинамик, химийн кинетик, цахилгаан хими, коллоид хими, квант хими, молекул, ион, радикалуудын бүтэц, шинж чанарыг судлах, цацрагийн хими, фотохими, химийн шинжлэх ухаан зэрэг хэд хэдэн бие даасан салбаруудыг агуулдаг. катализ, химийн тэнцвэрт байдал, уусмал болон бусад. аналитик хими, түүний аргууд нь хими, химийн үйлдвэрлэлийн бүх салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Химийн практик хэрэглээний салбарт химийн технологи, металлурги, хөдөө аж ахуйн хими, эмнэлгийн хими, шүүх хими гэх мэт олон салбартай шинжлэх ухаан, шинжлэх ухааны салбарууд гарч ирэв.

Дээр дурьдсанчлан, хими нь химийн элементүүд, тэдгээрийн үүсгэсэн бодисууд, мөн эдгээр өөрчлөлтийг зохицуулдаг хуулиудыг авч үздэг. Эдгээр талуудын нэг нь (жишээлбэл, химийн нэгдлүүдцахиур ба нүүрстөрөгч дээр үндэслэсэн) бөгөөд энэ нийтлэлд би авч үзэх болно.

Бүлэг 1. Цахиур ба нүүрстөрөгч - химийн элементүүд

1.1 Нүүрстөрөгч ба цахиурын тухай танилцуулга

Нүүрстөрөгч (C) ба цахиур (Si) нь IVA бүлгийн гишүүд юм.

Нүүрстөрөгч нь тийм ч түгээмэл элемент биш юм. Гэсэн хэдий ч түүний ач холбогдол асар их юм. Нүүрстөрөгч нь дэлхий дээрх амьдралын үндэс юм. Энэ нь байгальд маш түгээмэл байдаг карбонатын (Ca, Zn, Mg, Fe гэх мэт) нэг хэсэг бөгөөд агаар мандалд CO 2 хэлбэрээр оршдог, байгалийн нүүрс (аморф бал чулуу), газрын тос, байгалийн хэлбэрээр үүсдэг. хий, түүнчлэн энгийн бодисууд (алмаз, бал чулуу).

Цахиур нь дэлхийн царцдас дахь хамгийн элбэг (хүчилтөрөгчийн дараа) хоёр дахь элемент юм. Нүүрстөрөгч нь амьдралын үндэс бол цахиур нь дэлхийн царцдасын суурь юм. Энэ нь маш олон төрлийн силикат (Зураг 4) болон aluminosilicates, элсэнд байдаг.

Аморф цахиур нь бор нунтаг юм. Сүүлийнх нь саарал хатуу, гэхдээ хэврэг талст хэлбэрээр талст төлөвт авахад хялбар байдаг. Кристал цахиур нь хагас дамжуулагч юм.

Хүснэгт 1. Нүүрстөрөгч ба цахиурын химийн ерөнхий мэдээлэл.

Энгийн температурт тогтвортой нүүрстөрөгчийн өөрчлөлт - бал чулуу нь тунгалаг, саарал өнгийн тослог масс юм. Алмаз - дэлхий дээрх хамгийн хатуу бодис - өнгөгүй, тунгалаг. Бал чулуу ба алмазын болор бүтцийг 1-р зурагт үзүүлэв.

Зураг 1. Очир эрдэнийн бүтэц (a); бал чулуун бүтэц (б)

Нүүрстөрөгч ба цахиур нь өөрийн гэсэн өвөрмөц деривативтай байдаг.

Хүснэгт 2. Нүүрстөрөгч ба цахиурын хамгийн онцлог деривативууд

1.2 Энгийн бодисыг бэлтгэх, химийн шинж чанар, хэрэглээ

Цахиурыг нүүрстөрөгчтэй ислийг багасгах замаар олж авдаг; багасгасны дараа ялангуяа цэвэр төлөвт авахын тулд бодисыг тетрахлорид руу шилжүүлж, дахин багасгадаг (устөрөгчтэй хамт). Дараа нь ембүү болгон хайлуулж, хайлуулах бүсийн цэвэрлэгээнд оруулна. Нэг үзүүрээс нь металлын ембүү халааж, дотор нь хайлсан металлын бүс үүснэ. Бүс нь ембүүний нөгөө үзүүр рүү шилжих үед хайлсан металлд хатуу бодисоос илүү сайн уусдаг хольцыг зайлуулж, улмаар метал цэвэршдэг.

Нүүрстөрөгч нь идэвхгүй боловч маш өндөр температурт (аморф төлөвт) ихэнх металлуудтай харилцан үйлчилж, хатуу уусмал эсвэл карбид (CaC 2, Fe 3 C гэх мэт), түүнчлэн олон металлоидуудтай, жишээлбэл:

2C + Ca \u003d CaC 2, C + 3Fe \u003d Fe 3 C,

Цахиур нь илүү идэвхтэй байдаг. Энэ нь ердийн температурт фтортой урвалд ордог: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Цахиур нь хүчилтөрөгчтэй маш өндөр холбоотой байдаг:

Хлор, хүхэртэй урвал нь ойролцоогоор 500 К-т явагддаг өндөр температурЦахиур нь азот, нүүрстөрөгчтэй харилцан үйлчилдэг:

Цахиур нь устөрөгчтэй шууд харьцдаггүй. Цахиур нь шүлтлэгт уусдаг:

Si + 2NaOH + H 2 0 \u003d Na 2 Si0 3 + 2H 2.

Гидрофтороос бусад хүчил нь түүнд нөлөөлөхгүй. HF-ийн үед хариу урвал байдаг

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

Төрөл бүрийн нүүрс, газрын тос, байгалийн (гол төлөв CH4), түүнчлэн зохиомлоор олж авсан хийн найрлага дахь нүүрстөрөгч нь манай гаригийн хамгийн чухал түлшний суурь юм.

Оршил

2.1.1 +2 исэлдэлтийн төлөв

2.1.2 +4 исэлдэлтийн төлөв

2.3 Металл карбид

Бүлэг 3. Цахиурын нэгдлүүд

Ном зүй

Оршил

Хими бол байгалийн шинжлэх ухааны салбаруудын нэг бөгөөд түүний сэдэв нь химийн элементүүд (атомууд), тэдгээрийн үүсгэдэг энгийн ба нийлмэл бодисууд (молекулууд), тэдгээрийн хувирал, эдгээр өөрчлөлтүүд дагаж мөрддөг хууль юм.

18-р зууны эцэс хүртэл "органик бус хими" ба "органик хими" гэсэн нэр томъёо нь зөвхөн аль байгалийн "хаант улс" (эрдэс, ургамал, амьтан) тодорхой нэгдлүүдийг олж авсныг заадаг байв. 19-р зуунаас эхлэн. Эдгээр нэр томъёо нь тухайн бодис дахь нүүрстөрөгч байгаа эсвэл байхгүй байгааг илтгэх болсон. Дараа нь тэд шинэ, илүү өргөн утгыг олж авсан. Органик бус хими нь үндсэндээ геохимитэй, дараа нь минералоги, геологитой холбогддог, өөрөөр хэлбэл. органик бус байгалийн шинжлэх ухаантай. Органик хими бол хамгийн нарийн төвөгтэй биополимер бодис хүртэл төрөл бүрийн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг судалдаг химийн нэг салбар юм. Органик болон биоорганик химигээр дамжуулан хими нь биохими, цаашлаад биологитой хиллэдэг, i.e. амьд байгалийн шинжлэх ухааны цогцоор. Органик бус ба органик химийн нэгдлүүдийн уулзвар нь органик элементийн нэгдлүүдийн талбай юм.

Химийн объект, үзэгдлийг физикийн аргаар судлах, физикийн ерөнхий зарчимд тулгуурлан химийн хувирлын зүй тогтлыг тогтоох нь физик химийн үндэс суурь болдог. Химийн энэ салбар нь химийн термодинамик, химийн кинетик, электрохими, коллоид хими, квант хими, молекул, ион, радикалуудын бүтэц, шинж чанарыг судлах, цацрагийн хими, фотохими, шинжлэх ухааны сургаал зэрэг хэд хэдэн бие даасан салбаруудыг агуулдаг. катализ, химийн тэнцвэрт байдал, уусмал болон бусад.Аналитик хими нь бие даасан шинж чанартай болсон. , түүний аргууд нь хими, химийн үйлдвэрлэлийн бүх салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Химийн практик хэрэглээний салбарт химийн технологи, металлурги, хөдөө аж ахуйн хими, эмнэлгийн хими, шүүх хими гэх мэт олон салбартай шинжлэх ухаан, шинжлэх ухааны салбарууд гарч ирэв.

Дээр дурьдсанчлан, хими нь химийн элементүүд, тэдгээрийн үүсгэсэн бодисууд, мөн эдгээр өөрчлөлтийг зохицуулдаг хуулиудыг авч үздэг. Эдгээр талуудын нэгийг (жишээлбэл, цахиур, нүүрстөрөгч дээр суурилсан химийн нэгдлүүд) энэ нийтлэлд би авч үзэх болно.

Бүлэг 1. Цахиур ба нүүрстөрөгч - химийн элементүүд

1.1 Нүүрстөрөгч ба цахиурын тухай танилцуулга

Нүүрстөрөгч (C) ба цахиур (Si) нь IVA бүлгийн гишүүд юм.

Хүснэгт 1. Нүүрстөрөгч ба цахиурын химийн ерөнхий мэдээлэл.

Зураг 1. Очир эрдэнийн бүтэц (a); бал чулуун бүтэц (б)

Нүүрстөрөгч ба цахиур нь өөрийн гэсэн өвөрмөц деривативтай байдаг.

Хүснэгт 2. Нүүрстөрөгч ба цахиурын хамгийн онцлог деривативууд

1.2 Энгийн бодисыг бэлтгэх, химийн шинж чанар, хэрэглээ

2C + Ca \u003d CaC 2, C + 3Fe \u003d Fe 3 C,

Цахиур нь илүү идэвхтэй байдаг. Энэ нь ердийн температурт фтортой урвалд ордог: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Цахиур нь хүчилтөрөгчтэй маш өндөр холбоотой байдаг:

Хлор ба хүхэртэй урвал 500 К-т явагдана. Маш өндөр температурт цахиур нь азот, нүүрстөрөгчтэй харилцан үйлчилдэг.

Цахиур нь устөрөгчтэй шууд харьцдаггүй. Цахиур нь шүлтлэгт уусдаг:

Si + 2NaOH + H 2 0 \u003d Na 2 Si0 3 + 2H 2.

Гидрофтороос бусад хүчил нь түүнд нөлөөлөхгүй. HF-ийн үед хариу урвал байдаг

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

Графитыг тигель хийхэд өргөн ашигладаг. Графит савааг электрод болгон ашигладаг. Маш их бал чулуу нь харандаа үйлдвэрлэхэд ордог. Төрөл бүрийн зэрэглэлийн цутгамал төмрийг үйлдвэрлэхэд нүүрстөрөгч болон цахиур ашигладаг. Металлургид нүүрстөрөгчийг бууруулагч бодис болгон, цахиурыг хүчилтөрөгчтэй өндөр холбоотой учраас исэлдүүлэгч бодис болгон ашигладаг. Ялангуяа цэвэр төлөвт (10-9% -иас ихгүй хольц) талст цахиурыг янз бүрийн төхөөрөмж, төхөөрөмжид хагас дамжуулагч болгон ашигладаг, үүнд транзистор, термистор (маш нарийн температурыг хэмжих төхөөрөмж), түүнчлэн фотоэлелүүдэд ашигладаг. Энэ нь хагас дамжуулагчийг гэрэлтүүлэх үед гүйдэл дамжуулах чадварт суурилдаг.

Бүлэг 2. Нүүрстөрөгчийн химийн нэгдлүүд

Нүүрстөрөгч нь өөрийн атомууд (C-C) болон устөрөгчийн атом (C-H) хооронд хүчтэй ковалент холбоогоор тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь органик нэгдлүүдийн элбэг дэлбэг байдалд (хэдэн зуун сая) тусгагдсан байдаг. Үүнээс гадна удаан эдэлгээтэй C-H холболтууд, Органик болон органик бус нэгдлүүдийн янз бүрийн ангиллын C-C, азот, хүхэр, хүчилтөрөгч, галоген, металлтай нүүрстөрөгчийн холбоог өргөнөөр төлөөлдөг (Хүснэгт 5-ыг үз). Бонд үүсэх ийм өндөр боломж нь нүүрстөрөгчийн атомын жижиг хэмжээтэй холбоотой бөгөөд энэ нь түүний 2s 2, 2p 2 валентын орбиталуудыг аль болох давхцуулах боломжийг олгодог. Хамгийн чухал органик бус нэгдлүүдийг 3-р хүснэгтэд үзүүлэв.

Органик бус нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн дотроос азот агуулсан деривативууд нь найрлага, бүтцийн хувьд өвөрмөц байдаг.

Органик бус химийн хувьд цууны CH3COOH ба оксалик H 2 C 2 O 4 хүчлүүдийн деривативууд - ацетат (төрөл M "CH3COO) ба оксалатууд (M I 2 C 2 O 4 төрөл) өргөн хэрэглэгддэг.

Хүснэгт 3. Нүүрстөрөгчийн хамгийн чухал органик бус нэгдлүүд.

2.1 Нүүрстөрөгчийн хүчилтөрөгчийн деривативууд

2.1.1 +2 исэлдэлтийн төлөв

Нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн CO (нүүрстөрөгчийн дутуу исэл): молекул орбиталуудын бүтцийн дагуу (Хүснэгт 4).

CO нь N 2 молекултай төстэй. Азотын нэгэн адил CO нь диссоциацийн энерги ихтэй (1069 кЖ/моль), бага Tm (69 К) ба Tbp (81.5 К), усанд муу уусдаг, химийн хувьд идэвхгүй байдаг. CO нь зөвхөн өндөр температурт урвалд ордог, үүнд:

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (фосген),

CO + Br 2 \u003d SOVg 2, Cr + 6CO \u003d Cr (CO) 6 -хромын карбонил,

Ni + 4CO \u003d Ni (CO) 4 - никель карбонил

CO + H 2 0 хос \u003d HCOOH (формик хүчил).

Үүний зэрэгцээ CO молекул нь хүчилтөрөгчтэй өндөр хамааралтай байдаг.

CO +1/202 \u003d C0 2 +282 кЖ / моль.

Хүчилтөрөгчтэй өндөр хамааралтай тул нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) нь олон хүнд металлын ислийг (Fe, Co, Pb гэх мэт) бууруулах бодис болгон ашигладаг. Лабораторид CO оксидыг шоргоолжны хүчлийг усгүйжүүлэх замаар гаргаж авдаг.

Технологийн хувьд нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг (II) CO 2-ыг нүүрсээр (C + CO 2 \u003d 2CO) бууруулах эсвэл метаныг исэлдүүлэх замаар (2CH 4 + 3O 2 \u003d 4H 2 0 + 2CO) олж авдаг.

CO-ийн деривативуудын дотроос металл карбонил нь онолын болон тодорхой практикийн сонирхол (цэвэр металл авах) юм.

Карбонил дахь химийн холбоо нь чөлөөт орбиталуудын улмаас ихэвчлэн донор-хүлээн авагч механизмаар үүсдэг. d-элемент ба СО молекулын электрон хосууд нь датив механизмаар (метал CO) n-давхцдаг. Бүх металлын карбонил нь бага хүч чадлаар тодорхойлогддог диамагнит бодис юм. Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) шиг металл карбонил нь хортой байдаг.

Хүснэгт 4. СО молекулын орбитал дээрх электронуудын тархалт

2.1.2 +4 исэлдэлтийн төлөв

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO 2 (нүүрстөрөгчийн давхар исэл). CO 2 молекул нь шугаман хэлбэртэй. CO 2 молекулын орбитал үүсэх энергийн схемийг 2-р зурагт үзүүлэв. Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV) нь аммиактай урвалд орж болно.

Энэ давсыг халаахад үнэ цэнэтэй бордоо гаргаж авдаг - карбамидын CO (MH 2) 2:

Мочевин нь усаар задардаг

CO (NH 2) 2 + 2HaO \u003d (MH 4) 2COz.

Зураг 2. CO 2 молекул орбитал үүсэх энергийн диаграмм.

Технологийн хувьд CO 2 ислийг кальцийн карбонат эсвэл натрийн бикарбонатыг задлах замаар гаргаж авдаг.

Лабораторийн нөхцөлд үүнийг ихэвчлэн урвалын аргаар олж авдаг (Кипп аппаратад)

CaCO3 + 2HC1 = CaC12 + CO2 + H20.

CO 2-ийн хамгийн чухал деривативууд нь сул нүүрстөрөгчийн хүчил H 2 CO s ба түүний давсууд юм: M I 2 CO 3 ба M I HC 3 (карбонат ба бикарбонатууд).

Ихэнх карбонатууд усанд уусдаггүй. Усанд уусдаг карбонатууд нь ихээхэн хэмжээний гидролизд ордог.

COz 2- + H 2 0 COz- + OH - (I шат).

-ийн бүрэн гидролизийн улмаас усан уусмал Cr 3+, ai 3 +, Ti 4+, Zr 4+ гэх мэт карбонатуудыг тусгаарлах боломжгүй.

Ка 2 CO3 (сод), K 2 CO3 (кали) болон CaCO3 (шохой, гантиг, шохойн чулуу) нь чухал ач холбогдолтой юм. Бикарбонатууд нь карбонатуудаас ялгаатай нь усанд уусдаг. Бикарбонатаас практик хэрэглээ NaHCO 3 ( сод уух). Чухал үндсэн карбонатууд нь 2CuCO3-Cu (OH) 2, PbCO 3 X XPb (OH) 2 юм.

Нүүрстөрөгчийн галидын шинж чанарыг 6-р хүснэгтэд үзүүлэв. Нүүрстөрөгчийн галидын дотроос хамгийн чухал нь өнгөгүй, нэлээд хортой шингэн юм. AT хэвийн нөхцөл CCI 4 нь химийн хувьд идэвхгүй байдаг. Энэ нь давирхай, лак, өөх тос, түүнчлэн фреон CF 2 CI 2 (T bp = 303 K) авахад шатдаггүй, шатдаггүй уусгагч болгон ашигладаг.

Практикт ашигладаг өөр нэг органик уусгагч бол нүүрстөрөгчийн дисульфид CSa (өнгөгүй, дэгдэмхий шингэн Tbp = 319 К) - урвалд ордог бодис юм.

CS 2 +30 2 \u003d C0 2 + 2S0 2 +258 ккал / моль,

CS 2 + 3Cl 2 \u003d CCl 4 -S 2 Cl 2, CS 2 + 2H 2 0 \u003d\u003d C0 2 + 2H 2 S, CS 2 + K 2 S \u003d K 2 CS 3 (тиокарботын хүчлийн давс) 2 CSz).

Нүүрстөрөгчийн дисульфидын уур нь хортой байдаг.

Hydrocyanic (hydrocyanic) хүчил HCN (H-C \u003d N) нь өнгөгүй, амархан хөдөлгөөнт шингэн бөгөөд 299.5 К-т буцалж, 283 К-т хатуурдаг. HCN ба түүний деривативууд нь маш хортой байдаг. HCN-ийг урвалаар олж авч болно

Гидроцианы хүчил усанд уусдаг; Үүний зэрэгцээ энэ нь сул хуваагддаг

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

Гидроциан хүчлийн давс (цианид) нь зарим урвалд хлоридтой төстэй байдаг. Жишээлбэл, Ag + ионтой CH - -ион нь эрдэс хүчилд муу уусдаг AgCN мөнгөний цианидын цагаан тунадас үүсгэдэг. Шүлт ба шүлтлэг металлын цианид нь усанд уусдаг. Гидролизийн улмаас тэдгээрийн уусмал нь гидроцианы хүчил (гашуун бүйлсний үнэр) үнэртдэг. Хүнд металлын цианид нь усанд муу уусдаг. CN нь хүчтэй лиганд бөгөөд хамгийн чухал цогцолбор нэгдлүүд нь K 4 ба Kz [Re (CN) 6] юм.

Цианид нь эмзэг нэгдлүүд бөгөөд агаарт агуулагдах CO 2-д удаан хугацаагаар өртөхөд цианидууд задардаг.

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

(CN) 2 - цианоген (N=C-C=N) -

өнгөгүй хортой хий; устай харилцан үйлчилж, циан (HOCN) ба гидроциан (HCN) хүчил үүсгэдэг.

(HCN) хүчил:

(CN) 2 + H 2 0 \u003d\u003d HOCN + HCN.

Үүнд, доорх урвалын нэгэн адил (CN) 2 нь галогентэй төстэй:

CO + (CN) 2 \u003d CO (CN) 2 (фосгений аналог).

Цианы хүчил нь хоёр таутомер хэлбэрээр байдаг.

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

Изомер нь хүчил H-0=N=C (тэсрэх хүчил) юм. HONC давс нь дэлбэрдэг (дэслэгч болгон ашигладаг). Rhodohydrogen acid HSCN нь өнгөгүй, тослог, дэгдэмхий, амархан хатуурдаг шингэн (Tm=278K). Цэвэр төлөвт энэ нь маш тогтворгүй бөгөөд задрахад HCN ялгардаг. Гидроцианы хүчлээс ялгаатай нь HSCN нь нэлээд хүчтэй хүчил юм (K = 0.14). HSCN нь тавтомер тэнцвэрт байдлаар тодорхойлогддог.

H-N \u003d C \u003d S \u003d H-S-C \u003d Н.

SCN - цусны улаан ион (Fe 3+ ионы урвалж). HSCN-ийн гарал үүсэлтэй роданидын давс - цианидаас хүхэр нэмснээр амархан гаргаж авдаг.

Ихэнх тиоцианатууд усанд уусдаг. Hg, Au, Ag, Cu зэрэг давс нь усанд уусдаггүй. SCN- ион нь CN- шиг, M3 1 M "(SCN) 6 төрлийн цогцолборыг өгөх хандлагатай байдаг, энд M" "Cu, Mg болон бусад зарим. Диродан (SCN) 2 - цайвар шар талст, хайлах - 271 К. (SCN) 2-ыг урвалаар авна

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

Бусад азот агуулсан нэгдлүүдээс цианамидыг зааж өгөх ёстой.

ба түүний дериватив - кальцийн цианамид CaCN 2 (Ca=N-C=N), бордоо болгон ашигладаг.

2.3 Металл карбид

Карбидууд нь нүүрстөрөгчийн металл, цахиур, бортой харилцан үйлчлэлийн бүтээгдэхүүн юм. Уусах чадвараар карбидыг усанд уусдаг карбидууд (эсвэл шингэрүүлсэн хүчил) ба усанд уусдаггүй карбидууд (эсвэл шингэрүүлсэн хүчил) гэсэн хоёр ангилалд хуваадаг.

2.3.1 Ус ба шингэрүүлсэн хүчилд уусдаг карбидууд

A. Ууссан үед C 2 H 2 үүсгэдэг карбидууд Энэ бүлэгт эхний хоёр үндсэн бүлгийн металлын карбидууд; Тэдний ойролцоо MC 2 (LaC 2, CeC 2, ТhC 2) найрлагатай Zn, Cd, La, Ce, Th карбидууд байдаг.

CaC 2 + 2H 2 0 \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2, ThC 2 + 4H 2 0 \u003d Th (OH) 4 + H 2 C 2 + H 2.

ANSz + 12H 2 0 \u003d 4Al (OH) s + ZSN 4, Be 2 C + 4H 2 0 \u003d 2Be (OH) 2 + CH 4. Тэдний шинж чанарын дагуу Mn z C нь тэдэнд ойрхон байна:

Mn s C + 6H 2 0 \u003d ZMn (OH) 2 + CH 4 + H 2.

B. Ууссан үед нүүрсустөрөгч ба устөрөгчийн холимог үүсгэдэг карбидууд. Эдгээрт ихэнх ховор металлын карбидууд орно.

2.3.2 Ус болон шингэрүүлсэн хүчилд уусдаггүй карбидууд

Энэ бүлэгт ихэнх шилжилтийн металл карбид (W, Mo, Ta гэх мэт), мөн SiC, B 4 C орно.

Тэд исэлдүүлэх орчинд уусдаг, жишээлбэл:

VC + 3HN0 3 + 6HF \u003d HVF 6 + CO 2 + 3NO + 4H 2 0, SiC + 4KOH + 2C0 2 \u003d K 2 Si0 3 + K 2 C0 3 + 2H 2 0.

Зураг 3. Икосаэдр В 12

Практик чухал ач холбогдолтой шилжилтийн металл карбидууд, түүнчлэн цахиурын карбидууд SiC болон бор B 4 C. SiC - карборунд - алмазан тортой өнгөгүй талстууд, хатуулаг нь алмаз руу ойртож (техникийн SiC нь хольцын улмаас бараан өнгөтэй байдаг). SiC нь галд тэсвэртэй, дулаан дамжуулалт, өндөр температурт цахилгаан дамжуулах чадвартай, химийн хувьд маш идэвхгүй; Энэ нь зөвхөн агаарт шүлттэй холилдох замаар л устгагдах боломжтой.

B 4 C - полимер. Бор карбидын тор нь шугаман зохион байгуулалттай гурван нүүрстөрөгчийн атом ба икосаэдр хэлбэрээр байрлуулсан 12 В атом агуулсан бүлгүүдээс бүрддэг (Зураг 3); B4C-ийн хатуулаг нь SiC-ээс өндөр байдаг.

Бүлэг 3. Цахиурын нэгдлүүд

Цахиур ба нүүрстөрөгчийн химийн ялгаа нь түүний атомын том хэмжээтэй, чөлөөт 3d орбитал ашиглах боломжтой байдагтай холбоотой юм. Нэмэлт холболтын улмаас (донор-хүлээн авагч механизмын дагуу) хүчилтөрөгч Si-O-Si ба фторын Si-F-тай цахиурын холбоо (Хүснэгт 17.23) нүүрстөрөгчөөс илүү бат бөх байдаг. илүү том хэмжээтэй Si атомын С атомтай харьцуулахад Si-H ба Si-Si холбоо нь нүүрстөрөгчийнхээс бага бат бөх байдаг. Цахиурын атомууд нь бараг гинж үүсгэх чадваргүй байдаг. Нүүрс устөрөгчтэй ижил төстэй цахиурын устөрөгчийн SinH2n+2 (силан)-ийн гомолог цувралыг зөвхөн Si4Hio найрлага хүртэл олж авсан. Том хэмжээтэй тул Si атом нь n-давхцах чадвар сул байдаг тул зөвхөн гурвалсан төдийгүй давхар холбоо нь тийм ч чухал биш юм.

Цахиур нь металлуудтай харилцан үйлчлэхэд олон талаараа карбидуудтай төстэй силицидүүд (Ca 2 Si, Mg 2 Si, BaSi 2, Cr 3 Si, CrSi 2 гэх мэт) үүсдэг. Силицид нь I бүлгийн элементүүдийн шинж чанаргүй (Li-аас бусад). Цахиурын галогенид (Хүснэгт 5) нь нүүрстөрөгчийн галогенидээс илүү хүчтэй нэгдлүүд юм; гэхдээ тэдгээр нь усаар задардаг.

Хүснэгт 5. Нүүрстөрөгч ба цахиурын зарим холбооны бат бэх

Хамгийн бат бөх цахиурын галид нь SiF 4 (энэ нь зөвхөн цахилгаан цэнэгийн нөлөөн дор задардаг) боловч бусад галидын нэгэн адил гидролизд ордог. SiF 4 нь HF-тэй харилцан үйлчлэхэд гексафторосилицилийн хүчил үүсдэг.

SiF 4 +2HF=H 2 .

H 2 SiF 6 нь хүч чадлын хувьд H 2 S0 4-тэй ойролцоо байна. Энэ хүчлийн деривативууд - фторсиликатууд нь дүрмээр бол усанд уусдаг. Шүлтлэг металлын фторсиликатууд (Li ба NH 4-ээс бусад) муу уусдаг. Фторсиликатыг пестицид (шавьж устгах бодис) болгон ашигладаг.

Практик чухал галоген бол SiCO 4 юм. Энэ нь цахиурын органик нэгдлүүдийг авахад хэрэглэгддэг. Тиймээс SiCL 4 нь спирттэй амархан харилцан үйлчилж цахиурын хүчлийн эфир HaSiO 3 үүсгэдэг.

SiCl 4 + 4C 2 H 5 OH \u003d Si (OC 2 H 5) 4 + 4HCl 4

Хүснэгт 6. Нүүрстөрөгч ба цахиурын галогенид

Цахиурын хүчлийн эфир нь гидролиз болж, силикон үүсгэдэг - гинжин бүтцийн полимер бодисууд:

(R-органик радикал) нь резин, тос, тосолгооны материал үйлдвэрлэхэд хэрэглэгддэг.

Цахиурын сульфид (SiS 2) n-полимер бодис; хэвийн температурт тогтвортой; усаар задардаг:

SiS 2 + ZN 2 O \u003d 2H 2 S + H 2 SiO 3.

3.1 Хүчилтөрөгчийн цахиурын нэгдлүүд

Цахиурын хамгийн чухал хүчилтөрөгчийн нэгдэл бол цахиурын давхар исэл SiO 2 (цахиур) бөгөөд хэд хэдэн талст өөрчлөлттэй байдаг.

Бага температурын өөрчлөлтийг (1143 К хүртэл) кварц гэж нэрлэдэг. Кварц нь пьезоэлектрик шинж чанартай байдаг. Кварцын байгалийн сортууд: рок болор, молор, аметист. Цахиурын төрөл зүйл нь халцедон, опал, оникс,. хаш, элс.

Цахиур нь химийн хувьд тэсвэртэй; зөвхөн фтор, фторын хүчил, шүлтийн уусмалууд дээр ажилладаг. Шилэн төлөвт амархан шилждэг (кварцын шил). Кварцын шил нь хэврэг, химийн болон дулааны хувьд нэлээд тэсвэртэй. SiO 2-д тохирох цахиурын хүчил нь тодорхой найрлагатай байдаггүй. Цахиурын хүчлийг ихэвчлэн xH 2 O-ySiO 2 гэж бичдэг. Цахиурын хүчлүүдийг тусгаарласан: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - метацахиур (tri-oxosolicon), H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - orthosilicon (tetra-oxosolicon), H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - диметосиликон.

Цахиурын хүчил нь муу уусдаг бодис юм. Цахиур нь нүүрстөрөгчтэй харьцуулахад бага металлоид шинж чанартай тул электролит болох H 2 SiO 3 нь H 2 CO3-аас сул байдаг.

Цахиурын хүчилд тохирох силикат давс нь усанд уусдаггүй (шүлтлэг металлын силикатаас бусад). Уусдаг силикатууд нь тэгшитгэлийн дагуу гидролиз болдог

2SiOz 2 - + H 2 0 \u003d Si 2 O 5 2 - + 20H-.

Уусдаг силикатуудын төвлөрсөн уусмалыг нэрлэдэг шингэн шил. Энгийн цонхны шил, натри, кальцийн силикат нь Na 2 0-CaO-6Si0 2 найрлагатай. Үүнийг урвалын үр дүнд олж авдаг

Олон төрлийн силикатууд (илүү нарийвчлалтай, оксосиликатууд) мэдэгдэж байна. Оксосиликатуудын бүтцэд тодорхой тогтмол байдал ажиглагдаж байна: бүгд хүчилтөрөгчийн атомаар дамжуулан бие биетэйгээ холбогддог Si0 4 тетраэдрээс бүрддэг. Тетраэдрийн хамгийн түгээмэл хослолууд нь (Si 2 O 7 6 -), (Si 3 O 9) 6 -, (Si 4 0 l2) 8-, (Si 6 O 18 12 -) бөгөөд эдгээр нь бүтцийн нэгжийн хувьд гинж, соронзон хальс, тор, хүрээ болгон нэгтгэнэ (Зураг 4).

Хамгийн чухал байгалийн силикатууд нь жишээлбэл, тальк (3MgO * H 2 0-4Si0 2) ба асбест (SmgO * H 2 O * SiO 2) юм. SiO 2-ийн нэгэн адил силикатууд нь шилэн (аморф) төлөвөөр тодорхойлогддог. Шилний хяналттай талсжилтын тусламжтайгаар нарийн талст төлөвийг (ситалл) олж авах боломжтой. Ситалл нь хүч чадал нэмэгдсэнээр тодорхойлогддог.

Силикатаас гадна алюминосиликатууд байгальд өргөн тархсан байдаг. Алюминосиликатууд - цахиурын атомуудын заримыг гурвалсан Al-аар сольсон хүрээний оксосиликатууд; жишээ нь Na 12 [(Si, Al) 0 4] 12.

Цахиурын хүчлийн хувьд коллоид төлөв байдал нь H 2 SiO 3 хүчлүүдийн давсанд шууд тунадас үүсгэдэггүй. Цахиурын хүчлийн коллоид уусмалыг тодорхой нөхцөлд (жишээлбэл, халах үед) цахиурын хүчлийн тунгалаг, нэгэн төрлийн желатин масс-гель болгон хувиргаж болно. Гель нь Si0 2 молекулуудаас үүссэн орон зайн маш сул бүтэцтэй өндөр молекулт нэгдлүүд бөгөөд тэдгээрийн хоосон зай нь H 2 O молекулуудаар дүүрсэн байдаг.Цахиурын хүчлийн гелийг усгүйжүүлэхэд цахиурлаг гель - өндөр шингээлттэй сүвэрхэг бүтээгдэхүүн үүсдэг. хүчин чадал.

Зураг 4. Силикатын бүтэц.

дүгнэлт

Ажил дээрээ цахиур, нүүрстөрөгч дээр суурилсан химийн нэгдлүүдийг судалж үзээд нүүрстөрөгч нь тоон хувьд тийм ч түгээмэл биш элемент болох дэлхийн амьдралын хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд түүний нэгдлүүд агаар, тос, түүнчлэн ийм орчинд байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. алмаз, бал чулуу зэрэг энгийн бодисууд. Нэг нь хамгийн чухал шинж чанарууднүүрстөрөгч нь атомуудын хооронд хүчтэй ковалент холбоо, түүнчлэн устөрөгчийн атомтай байдаг. Нүүрстөрөгчийн хамгийн чухал органик бус нэгдлүүд нь: исэл, хүчил, давс, галогенид, азот агуулсан дериватив, сульфид, карбид юм.

Цахиурын тухай ярихдаа түүний дэлхий дээрх их хэмжээний нөөцийг тэмдэглэх нь зүйтэй бөгөөд энэ нь дэлхийн царцдасын үндэс суурь бөгөөд маш олон төрлийн силикат, элс гэх мэт зүйлээс олддог. Одоогийн байдлаар хагас дамжуулагч шинж чанараараа цахиурын хэрэглээ нэмэгдэж байна. Үүнийг электроникийн салбарт компьютерийн процессор, микро схем, чип үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Металлуудтай цахиурын нэгдлүүд нь цахиур үүсгэдэг бөгөөд цахиурын хамгийн чухал хүчилтөрөгчийн нэгдэл бол цахиурын исэл SiO 2 (цахиур) юм.Байгаль дээр олон төрлийн силикатууд байдаг - тальк, асбест, алюминосиликатууд бас түгээмэл байдаг.

Ном зүй

1. Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичиг. Гурав дахь хэвлэл. Т.28. - М.: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг, 1970 он.

2. Жиряков В.Г. Органик хими 4-р хэвлэл. - М., "Хими", 1971.

3. Химийн товч нэвтэрхий толь. - M. "Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг", 1967 он.

4. Ерөнхий хими / Ed. ИДЭХ. Соколовская, Л.С. Гузея 3-р хэвлэл. - М .: Москвагийн хэвлэлийн газар. un-ta, 1989.

5. Амьгүй байгалийн ертөнц. - М., "Шинжлэх ухаан", 1983.

6. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органик хими. Сурах бичиг.4-р хэвлэл. - М.: "Хими", 1989 он.

Нүүрстөрөгч нь хэд хэдэн аллотроп өөрчлөлтийг бий болгох чадвартай. Эдгээр нь алмаз (хамгийн идэвхгүй аллотропик өөрчлөлт), бал чулуу, фуллерен, карбин юм.

Нүүрс, хөө тортог нь аморф нүүрстөрөгч юм. Энэ төлөвт байгаа нүүрстөрөгч нь эмх цэгцтэй бүтэцгүй бөгөөд үнэндээ бал чулуун давхаргын хамгийн жижиг хэсгүүдээс бүрддэг. Халуун усны уураар боловсруулсан аморф нүүрстөрөгчийг идэвхжүүлсэн нүүрс гэж нэрлэдэг. 1 грамм идэвхжүүлсэн нүүрс нь олон нүх сүвтэй тул нийт гурван зуу гаруй метр квадрат талбайтай! Төрөл бүрийн бодисыг шингээх чадвартай тул идэвхжүүлсэн нүүрс олддог өргөн хэрэглээшүүлтүүр дүүргэгч, түүнчлэн энтеросорбент болгон янз бүрийн төрөлхордлого.

Химийн үүднээс авч үзвэл аморф нүүрстөрөгч нь түүний хамгийн идэвхтэй хэлбэр, бал чулуу нь дунд зэргийн идэвхтэй, алмаз нь маш идэвхгүй бодис юм. Ийм учраас доор авч үзсэн нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанарыг үндсэндээ аморф нүүрстөрөгчтэй холбон тайлбарлах ёстой.

Нүүрстөрөгчийн шинж чанарыг бууруулдаг

Бууруулах бодисын хувьд нүүрстөрөгч нь хүчилтөрөгч, галоген, хүхэр зэрэг металл бус бодисуудтай урвалд ордог.

Нүүрсийг шатаах явцад хүчилтөрөгчийн илүүдэл буюу дутагдлаас хамааран нүүрстөрөгчийн дутуу исэл CO эсвэл нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO 2 үүсэх боломжтой.

Нүүрстөрөгч нь фтортой урвалд ороход нүүрстөрөгчийн тетрафторид үүсдэг.

Нүүрстөрөгчийг хүхэрээр халаахад нүүрстөрөгчийн дисульфид CS 2 үүсдэг.

Нүүрстөрөгч нь үйл ажиллагааны цувралын хөнгөн цагааны дараа металыг исэлээс нь бууруулах чадвартай. Жишээлбэл:

Нүүрстөрөгч нь идэвхтэй металлын ислүүдтэй урвалд ордог боловч энэ тохиолдолд дүрмээр бол металлын бууралт ажиглагддаггүй, харин түүний карбид үүсдэг.

Нүүрстөрөгчийн металл бус исэлтэй харилцан үйлчлэл

Нүүрстөрөгч нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO 2-тэй хамтран пропорциональ урвалд ордог.

Аж үйлдвэрийн үүднээс авч үзвэл хамгийн чухал үйл явцын нэг нь гэж нэрлэгддэг процесс юм нүүрсний уурын шинэчлэлт. Уг процесс нь усны уурыг халуун нүүрсээр дамжих замаар явагддаг. Энэ тохиолдолд дараах урвал явагдана.

Өндөр температурт нүүрстөрөгч нь цахиурын давхар исэл гэх мэт идэвхгүй нэгдлийг ч бууруулах чадвартай. Энэ тохиолдолд нөхцөл байдлаас хамааран цахиур эсвэл цахиурын карбид үүсэх боломжтой ( карборунд):

Мөн нүүрстөрөгч нь бууруулагч бодис болох исэлдүүлэгч хүчлүүд, ялангуяа төвлөрсөн хүхрийн болон азотын хүчилтэй урвалд ордог.

Нүүрстөрөгчийн исэлдүүлэх шинж чанар

Нүүрстөрөгчийн химийн элемент нь өндөр цахилгаан сөрөг шинж чанартай байдаггүй тул үүнээс үүсдэг энгийн бодисуудбусад металл бустай харьцуулахад исэлдүүлэх шинж чанарыг ховор харуулдаг.

Ийм урвалын жишээ бол катализаторын оролцоотойгоор халах үед аморф нүүрстөрөгчийн устөрөгчтэй харилцан үйлчлэлцэх явдал юм.

түүнчлэн цахиуртай 1200-1300 С орчим температурт:

Нүүрстөрөгч нь металтай харьцуулахад исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг. Нүүрстөрөгчтэй урвалд орж болно идэвхтэй металлуудболон дунд зэргийн идэвхжилтэй зарим металлууд. Халаах үед урвал явагдана:

Идэвхтэй металл карбидууд усаар гидролиз болдог.

түүнчлэн исэлдүүлэхгүй хүчлүүдийн уусмалууд:

Энэ тохиолдолд нүүрсустөрөгч нь анхны карбидын адил исэлдэлтийн төлөвт нүүрстөрөгч агуулсан үүсдэг.

Цахиурын химийн шинж чанар

Цахиур нь талст болон аморф төлөвт нүүрстөрөгч байж болно, мөн нүүрстөрөгчийн хувьд аморф цахиур нь талст цахиураас хамаагүй илүү химийн идэвхтэй байдаг.

Заримдаа аморф ба талст цахиурыг түүний аллотроп өөрчлөлт гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь хатуухан хэлэхэд бүрэн үнэн биш юм. Аморф цахиур нь үндсэндээ бие биенээсээ санамсаргүй байдлаар зохион байгуулагдсан конгломерат юм хамгийн жижиг хэсгүүдталст цахиур.

Цахиурын энгийн бодисуудтай харилцан үйлчлэл

металл бус

Хэвийн нөхцөлд цахиур нь идэвхгүй байдлаасаа болж зөвхөн фтортой урвалд ордог.

Цахиур нь зөвхөн халах үед л хлор, бром, иодтой урвалд ордог. Галогенийн идэвхжилээс хамааран өөр өөр температур шаардлагатай байдаг нь онцлог юм.

Тиймээс хлортой бол урвал 340-420 хэмд явагдана.

Бромтой - 620-700 ° C:

Иодтой - 750-810 ° C:

Хүчилтөрөгчтэй цахиурын урвал явагддаг боловч хүчтэй оксидын хальс нь харилцан үйлчлэлийг хүндрүүлдэг тул маш хүчтэй халаалт (1200-1300 ° C) шаарддаг.

1200-1500 хэмийн температурт цахиур нь графит хэлбэрээр нүүрстөрөгчтэй аажмаар харилцан үйлчилж, карборунд SiC үүсгэдэг - алмаазтай төстэй атомын болор тортой бодис бөгөөд хүч чадлын хувьд бараг доогуур биш юм.

Цахиур нь устөрөгчтэй урвалд ордоггүй.

металлууд

Цахиур нь цахилгаан сөрөг чанар багатай тул зөвхөн металлын хувьд исэлдүүлэх шинж чанарыг харуулдаг. Металлуудаас цахиур нь идэвхтэй (шүлтлэг ба шүлтлэг шороо), түүнчлэн дунд идэвхтэй олон металлуудтай урвалд ордог. Энэхүү харилцан үйлчлэлийн үр дүнд силицидүүд үүсдэг.

Цахиурын нарийн төвөгтэй бодисуудтай харилцан үйлчлэл

Цахиур нь буцалгах үед ч устай урвалд ордоггүй, гэхдээ аморф цахиур нь 400-500 ° C-ийн температурт хэт халсан усны ууртай харилцан үйлчилдэг. Энэ нь устөрөгч, цахиурын давхар ислийг үүсгэдэг.

Бүх хүчлүүдээс цахиур (аморф төлөвт) нь зөвхөн концентрацитай фторын хүчилтэй урвалд ордог.

Цахиур нь төвлөрсөн шүлтийн уусмалд уусдаг. Урвал нь устөрөгчийн хувьсал дагалддаг.

Хэвийн нөхцөлд нүүрстөрөгчийн аллотропик өөрчлөлтүүд - бал чулуу ба алмаз нь нэлээд идэвхгүй байдаг. Гэхдээ t-ийн өсөлтөөр тэд энгийн, нарийн төвөгтэй бодисуудтай химийн урвалд идэвхтэй ордог.

Нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанар

Нүүрстөрөгчийн цахилгаан сөрөг чанар бага байдаг тул энгийн бодисууд нь сайн бууруулагч бодис юм. Нарийн талст нүүрстөрөгчийг исэлдүүлэх нь илүү хялбар, илүү хэцүү - бал чулуу, бүр илүү хэцүү - алмаз.

Нүүрстөрөгчийн аллотропик өөрчлөлтүүд нь тодорхой гал асаах температурт хүчилтөрөгч (шатаах) -аар исэлддэг: бал чулуу нь 600 ° C, алмаз 850-1000 ° C-д гал авалцдаг. Хүчилтөрөгч илүүдэлтэй бол нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV), дутагдалтай тохиолдолд нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) үүсдэг.

C + O2 = CO2

2C + O2 = 2CO

Нүүрстөрөгч нь металлын ислийг бууруулдаг. Энэ тохиолдолд металыг чөлөөт хэлбэрээр олж авдаг. Жишээлбэл, хар тугалганы ислийг коксоор шохойж, хар тугалга хайлуулна.

PbO + C = Pb + CO

бууруулах бодис: C0 - 2e => C+2

исэлдүүлэгч: Pb+2 + 2e => Pb0

Нүүрстөрөгч нь металлын хувьд исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг. Үүний зэрэгцээ энэ нь янз бүрийн төрлийн карбидыг үүсгэдэг. Тиймээс хөнгөн цагаан нь өндөр температурт урвалд ордог.

3C + 4Al = Al4C3

C0 + 4e => C-4 3

Al0 – 3e => Al+3 4

Нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн химийн шинж чанар

1) Нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн хүч өндөр байдаг тул өндөр температурт химийн урвалд ордог. Их хэмжээгээр халах үед нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн өндөр бууруулагч шинж чанар илэрдэг. Тиймээс, энэ нь металлын оксидуудтай урвалд ордог:

CuO + CO => Cu + CO2

At өндөр температур(700 ° C) хүчилтөрөгчөөр гал авалцаж, цэнхэр дөлөөр шатдаг. Энэхүү дөлөөс та урвалын үр дүнд нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсдэг болохыг олж мэдэх боломжтой.

CO + O2 => CO2

2) Нүүрстөрөгчийн давхар ислийн молекул дахь давхар холбоо хангалттай хүчтэй. Тэдний хагарал нь ихээхэн эрчим хүч шаарддаг (525.6 кЖ / моль). Тиймээс нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь идэвхгүй байдаг. Түүний орох урвал нь ихэвчлэн өндөр температурт тохиолддог.

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь устай урвалд ороход хүчиллэг шинж чанартай байдаг. Энэ нь нүүрстөрөгчийн хүчлийн уусмал үүсгэдэг. Урвал нь буцаах боломжтой.

Хүчиллэг исэл болох нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь шүлтлэг болон үндсэн ислүүдтэй урвалд ордог. Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шүлтийн уусмалаар нэвтрүүлэхэд дундаж буюу хүчиллэг давс үүсч болно.

3) Нүүрстөрөгчийн хүчил нь хүчлийн бүх шинж чанарыг агуулсан бөгөөд шүлт болон үндсэн ислүүдтэй харилцан үйлчилдэг.

Цахиурын химийн шинж чанар

Цахиурнүүрстөрөгчөөс илүү идэвхтэй бөгөөд аль хэдийн 400 ° C-т хүчилтөрөгчөөр исэлддэг. Бусад металл бус металлууд цахиурыг исэлдүүлдэг. Эдгээр урвалууд нь ихэвчлэн хүчилтөрөгчтэй харьцуулахад өндөр температурт явагддаг. Ийм нөхцөлд цахиур нь нүүрстөрөгч, ялангуяа бал чулуутай харилцан үйлчилдэг. Энэ тохиолдолд карборунд SiC үүсдэг - маш хатуу бодис бөгөөд хатуулаг нь зөвхөн алмаазаас доогуур байдаг.

Цахиур нь мөн исэлдүүлэгч бодис байж болно. Энэ нь идэвхтэй металлуудтай урвалд илэрдэг. Жишээлбэл:

Si + 2Mg = Mg2Si

Нүүрстөрөгчтэй харьцуулахад цахиурын өндөр идэвхжил нь нүүрстөрөгчөөс ялгаатай нь шүлттэй урвалд орсноор илэрдэг.

Si + NaOH + H2O => Na2SiO3 + H2

Цахиурын нэгдлүүдийн химийн шинж чанар

1) Цахиурын давхар ислийн болор тор дахь атомуудын хоорондох хүчтэй холбоо нь химийн идэвхжил багатай болохыг тайлбарладаг. Энэ исэлд орох урвалууд нь өндөр температурт явагддаг.

Цахиурын исэл нь хүчиллэг исэл юм. Таны мэдэж байгаагаар энэ нь устай урвалд ордоггүй. Түүний хүчиллэг шинж чанар нь шүлт ба үндсэн исэлтэй урвалд илэрдэг.

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Үндсэн оксидуудтай урвал нь өндөр температурт явагддаг.

Цахиурын исэл нь сул исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг. Энэ нь зарим идэвхтэй металлаар багасдаг.