Silicon: aplikasyon, kemikal at pisikal na katangian. Carbon at silikon sa kalikasan

Ang carbon at silicon ay mga kemikal na elemento ng pangkat ng IVA ng periodic system. Nasa mga yugto 2 at 3, ayon sa pagkakabanggit. Ang carbon at silicon carbon at silicon ay mga kemikal na elemento ng pangkat ng IVA
panaka-nakang sistema. Nasa mga yugto 2 at 3, ayon sa pagkakabanggit.
Ang carbon at silicon ay mga nonmetal na elemento.

Ang carbon ay may 4 na electron sa panlabas na antas ng enerhiya nito - 2s22p2, tulad ng silicon - 3s23p2.

Bilang isang resulta, sa mga compound na may iba pang mga elemento
ang mga atomo ng carbon at silikon ay kadalasang nagpapakita ng mga grado
oksihenasyon -4, +2, +4. Sa isang simpleng sangkap, ang estado ng oksihenasyon
Ang mga elemento ay 0.

Kasaysayan ng pagtuklas

C
Noong 1791, ang English chemist na si Tennant
unang nakatanggap ng libreng carbon; siya
pumasa sa phosphorus vapor sa ibabaw ng calcined
tisa, na nagreresulta sa pagbuo
calcium phosphate at carbon. Yung brilyante
nasusunog kapag pinainit
ang natitira ay kilala sa mahabang panahon. Noong 1751
Sumang-ayon ang emperador ng Aleman na si Franz I
magbigay ng brilyante at ruby ​​para sa mga eksperimento
nasusunog, pagkatapos na ang mga eksperimentong ito ay kahit na
naging uso. Nasusunog lang pala
brilyante, at ruby ​​(alumina na may
chromium impurity) makatiis nang wala
makapinsala sa matagal na pag-init
focus ng incendiary lens. Lavoisier
magtakda ng bagong karanasan sa pagsunog ng brilyante sa
gamit ang isang malaking incendiary machine
at dumating sa konklusyon na ang brilyante ay kumakatawan
ay mala-kristal na carbon. Pangalawa
allotrope ng carbon - graphite - in
Ang panahon ng alchemical ay isinasaalang-alang
binagong lead luster at
ay tinatawag na plumbago; lamang noong 1740 Pott
natuklasan ang kawalan ng anumang karumihan ng lead sa grapayt.
Si
AT purong anyo siya ang unang pagkakataon
naghiwalay noong 1811
Mga siyentipikong Pranses
Joseph Louis Gay-Lussac at
Louis Jacques Tenard.

pinagmulan ng pangalan

C
Sa simula ng ika-19 na siglo sa Russian
chemical literature minsan
ginamit ang terminong "carbohydrate"
(Sherer, 1807; Severgin, 1815); Sa
1824 Ipinakilala ni Solovyov ang pangalan
"carbon". Mga compound ng carbon
may bahagi ng carb (siya) sa pangalan
- mula sa lat. carbō (gen. n. carbōnis)
"uling".
Si
Noong 1825, ang Swedish chemist na si Jöns
Jakob Berzelius sa pagkilos
metal na potasa
natanggap ng silicon fluoride SiF4
purong elemental na silikon.
Ang bagong elemento ay ibinigay
ang pangalang "silicon" (mula sa lat. silex
- bato). pangalang Ruso
"silicon" na ipinakilala noong 1834
Russian chemist Aleman
Ivanovich Hess. Isinalin c
ibang Griyego κρημνός - "cliff, bundok".

Mga pisikal na katangian ng mga simpleng sangkap na carbon at silikon.

Carbon
umiiral sa maraming allotropic modification na may napaka
iba't ibang pisikal na katangian. Iba't ibang mga pagbabago
dahil sa kakayahan ng carbon na bumuo ng mga kemikal na bono ng iba't ibang
uri.
Ang mga sumusunod na allotropic modification ng carbon ay kilala: grapayt, brilyante, carbine
at fullerenes.
a) brilyante
b) grapayt
c) lonsdaleite
d) fullerene - buckyball C60
e) fullerene C540
f) fullerene C70
g) walang hugis na carbon
h) carbon nanotube

Ang brilyante ay isang walang kulay (minsan madilaw-dilaw, kayumanggi, berde, itim, asul, mapula-pula) na transparent na substance, napakalakas na repraktibo

Diamond - walang kulay (minsan madilaw-dilaw, kayumanggi, berde, itim, asul, mapula-pula)
isang transparent na substance na nagre-refract ng light rays nang napakalakas.
Nahihigitan nito ang lahat ng kilalang natural na sangkap sa katigasan. Ngunit ito ay marupok.
Inert sa kemikal, mahinang konduktor ng init at kuryente.
Densidad 3.5 g/cm3.
Ang bawat carbon atom sa istraktura ng brilyante ay matatagpuan sa gitna ng tetrahedron, na may mga vertices
pinaglilingkuran ng apat na pinakamalapit na atomo. Ito ay ang malakas na bono ng carbon atoms na nagpapaliwanag
mataas na tigas ng brilyante.
Ang graphite ay ang pinakakaraniwang anyo.
Ito ay isang napakalambot na itim na sangkap na may metal na kinang at mahusay na gumagana.
kuryente at init. Mamantika sa pagpindot, kapag kinuskos, ito ay lalabas nang hiwalay
kaliskis.
tmelt = 3750 °C (natutunaw sa isang presyon ng 10 MPa, sublimates sa normal na presyon).
Densidad 2.22 g/cm3.
Ang istraktura ng grapayt ay nabuo sa pamamagitan ng parallel layers ng grids na binubuo ng
hexagons na may carbon atoms sa vertices. Mga atomo sa bawat indibidwal na layer
ay malakas na nakagapos, at ang bono sa pagitan ng mga layer ay mahina.

Ang Carbin ay isang sintetikong pagbabago ng carbon. Itim na pinong mala-kristal na pulbos. Densidad 1.9–2 g/cm3. Semiconductor.

Ang fullerenes ay mga spherical molecule na nabuo ng mga pentagons at hexagons ng carbon atoms na konektado sa isa't isa. Vn

Ang mga fullerenes ay mga spherical na molekula
nabuo ng mga pentagon at hexagons ng carbon atoms,
magkakaugnay. Ang mga molekula ay guwang sa loob. AT
Sa ngayon, nakuha na ang mga fullerenes ng komposisyong C60, C70, atbp.

10. Silikon. Ang crystalline silicon ay isang dark gray na substance na may metallic luster, may cubic diamond structure, ngunit makabuluhang

Silicon.
Ang kristal na silikon ay isang madilim na kulay-abo na substansiya na may metal
kinang, ay may isang kubiko na istraktura ng brilyante, ngunit ay makabuluhang mas mababa dito sa mga tuntunin ng
tigas, medyo malutong. Punto ng pagkatunaw 1415 °C, temperatura
punto ng kumukulo 2680 °C, density 2.33 g/cm3. May semiconductor
mga katangian, ang paglaban nito ay bumababa sa pagtaas ng temperatura.
Ang amorphous silicon ay isang kayumangging pulbos batay sa lubos na pagkagulo
mala-brilyante na istraktura. Mas reaktibo kaysa
mala-kristal na silikon.

11. Mga katangian ng kemikal

MULA SA
Pakikipag-ugnayan sa mga di-metal
C + 2S = CS2. C + O2 = CO2, C + 2F2 = CF4. C + 2H2 = CH4.
hindi nakikipag-ugnayan sa nitrogen at phosphorus.
Pakikipag-ugnayan sa mga metal
May kakayahang makipag-ugnayan sa mga metal, na bumubuo ng mga karbida:
Ca + 2C = CaC2.
Pakikipag-ugnayan sa tubig
C + H2O = CO + H2.
Ang carbon ay may kakayahang bawasan ang maraming mga metal mula sa kanila
mga oksido:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Puro sulfuric at nitric acid kapag pinainit
i-oxidize ang carbon sa carbon monoxide (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

12.

Si
Pakikipag-ugnayan sa mga di-metal
Si + 2F2 = SiF4. Si + 2Cl2 = SiCl4. Si + O2 = SiO2.
Si + C = SiC Si + 3B = B3Si. 3Si + 2N2 = Si3N4.
Hindi nakikipag-ugnayan sa hydrogen.
Pakikipag-ugnayan sa hydrogen halides
Si + 4HF = SiF4 + 2H2,
Pakikipag-ugnayan sa mga metal
2Ca + Si = Ca2Si.
Pakikipag-ugnayan sa mga acid
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O.
Pakikipag-ugnayan sa alkalis
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.

13. Natagpuan sa kalikasan Sa anyo ng carbon dioxide, ang carbon ay pumapasok sa atmospera (0.03% sa dami). Coal, pit, langis at natural na gas - mga produkto

Ang pagiging likas
Sa anyo ng carbon dioxide, ang carbon ay pumapasok sa atmospera (0.03% ng
dami).
Ang karbon, pit, langis at natural na gas ay mga produktong degradasyon
flora ng Earth noong sinaunang panahon.

14.

Mga likas na inorganikong compound
carbon - carbonates. mineral calcite
Ang CaCO3 ay ang batayan ng sedimentary
bato - limestones. Iba pa
mga pagbabago sa calcium carbonate
kilala bilang marmol at chalk

15. Silicon sa kalikasan

Ito ay malawak na ipinamamahagi bilang silica SiO2 at iba't-ibang
silicates.
Halimbawa, ang granite ay naglalaman ng higit sa 60% silica, habang mala-kristal
quartz ay ang purest ng natural na silikon compounds na may
oxygen.
{
Ang mga dahon ng kulitis ay natatakpan ng mga matinik na buhok na gawa sa purong oksido.
silikon (IV), na mga guwang na tubo na 1-2 mm ang haba.
Ang mga tubule ay puno ng isang likido na naglalaman ng formic acid.

16. Paglalapat ng carbon

Ang graphite ay ginagamit sa industriya ng lapis. Ginagamit din ito sa
bilang isang pampadulas sa partikular na mataas o mababang temperatura.
Ang brilyante, dahil sa pambihirang tigas nito, ay isang kailangang-kailangan na nakasasakit na materyal.
Ang mga nakakagiling na nozzle ng mga drill ay may patong na brilyante. Bukod sa,
cut diamante - diamante ay ginagamit bilang gemstones sa
alahas. Dahil sa kanilang pambihira, mataas na pandekorasyon na mga katangian at
coincidence ng makasaysayang mga pangyayari, ang brilyante ay palaging ang pinaka
isang mamahaling hiyas.
{
Ang iba't ibang mga compound ay malawakang ginagamit sa pharmacology at gamot.
carbon - derivatives ng carbonic acid at carboxylic acids.
Carbolene (activated charcoal), ginagamit para sa pagsipsip at pag-aalis mula sa
katawan ng iba't ibang mga lason.

17. Paglalapat ng silikon

Hinahanap ng Silicon ang aplikasyon sa semiconductor
teknolohiya at microelectronics, sa metalurhiya bilang
mga additives sa bakal at sa paggawa ng mga haluang metal.
Ang mga compound ng silikon ay nagsisilbing batayan para sa paggawa
salamin at semento. Paggawa ng salamin at semento
nakikibahagi sa industriya ng silicate. Siya din
gumagawa ng silicate ceramics - brick, porselana,
faience at mga produkto mula sa kanila.
Ang silicate glue ay malawak na kilala, ginagamit sa
konstruksiyon bilang desiccant, at sa pyrotechnics at sa pang-araw-araw na buhay
para sa bonding paper.

Ang isa sa mga pinakakaraniwang elemento sa kalikasan ay silicium, o silikon. Ang ganitong malawak na pamamahagi ay nagsasalita ng kahalagahan at kahalagahan ng sangkap na ito. Mabilis itong naunawaan at pinagtibay ng mga taong natutong gumamit ng silikon para sa kanilang sariling mga layunin. Ang aplikasyon nito ay batay sa mga espesyal na katangian, na pag-uusapan natin mamaya.

Silicon - elemento ng kemikal

Kung ilalarawan natin ang elementong ito sa pamamagitan ng posisyon sa periodic system, matutukoy natin ang mga sumusunod na mahahalagang punto:

1. Ang serial number ay 14.
2. Ang panahon ay ang ikatlong maliit.
3. Pangkat - IV.
4. Ang subgroup ay ang pangunahing isa.
5. Ang istraktura ng panlabas na shell ng elektron ay ipinahayag ng formula 3s 2 3p 2 .
6. Ang elementong silikon ay kinakatawan ng simbolo ng kemikal na Si, na binibigkas na "silicium".
7. Ang mga estado ng oksihenasyon na ipinapakita nito ay: -4; +2; +4.
8. Ang valence ng isang atom ay IV.
9. Ang atomic mass ng silikon ay 28.086.
10. Sa kalikasan, mayroong tatlong matatag na isotopes ng elementong ito na may mga numero ng masa 28, 29 at 30.

Kaya, mula sa isang kemikal na pananaw, ang silicon atom ay isang sapat na pinag-aralan na elemento, marami sa iba't ibang mga katangian nito ang inilarawan.

Kasaysayan ng pagtuklas

Dahil ang iba't ibang mga compound ng elementong isinasaalang-alang ay napakapopular at napakalaking nilalaman sa kalikasan, mula sa sinaunang mga panahon ay ginagamit at alam ng mga tao ang tungkol sa mga katangian ng marami sa kanila. Ang purong silicon sa mahabang panahon nanatiling lampas sa kaalaman ng tao sa kimika.

Ang pinakasikat na mga compound na ginagamit sa pang-araw-araw na buhay at industriya ng mga tao ng mga sinaunang kultura (Egyptians, Romans, Chinese, Russians, Persians at iba pa) ay mga mahalagang at ornamental na bato batay sa silicon oxide. Kabilang dito ang:

• opalo;
• rhinestone;
• topaz;
• chrysoprase;
• onyx;
• chalcedony at iba pa.

Mula noong sinaunang panahon, kaugalian na ang paggamit ng kuwarts sa negosyo ng konstruksiyon. Gayunpaman, ang elemental na silikon mismo ay nanatiling hindi natuklasan hanggang sa ika-19 na siglo, bagaman maraming mga siyentipiko ang sinubukang ihiwalay ito mula sa iba't ibang mga compound, gamit ang mga catalyst, mataas na temperatura, at kahit na electric current. Ito ang mga maliliwanag na isipan tulad ng:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Thenar;
• Humphrey Davy;
• Antoine Lavoisier.

Nagtagumpay si Jens Jacobs Berzelius sa pagkuha ng purong silikon noong 1823. Upang gawin ito, nagsagawa siya ng isang eksperimento sa pagsasanib ng mga singaw ng silicon fluoride at metallic potassium. Bilang resulta, nakatanggap siya ng amorphous modification ng elementong pinag-uusapan. Ang parehong siyentipiko ay iminungkahi ng isang Latin na pangalan para sa natuklasan na atom.

Maya-maya, noong 1855, isa pang siyentipiko - si Saint Clair-Deville - ang nakapag-synthesize ng isa pang allotropic variety - mala-kristal na silikon. Simula noon, ang kaalaman tungkol sa elementong ito at ang mga katangian nito ay nagsimulang lumago nang napakabilis. Napagtanto ng mga tao na mayroon itong mga natatanging tampok na maaaring magamit nang napakatalino upang matugunan ang kanilang sariling mga pangangailangan. Samakatuwid, ngayon ang isa sa mga pinaka-demand na elemento sa electronics at teknolohiya ay silikon. Ang paggamit nito ay nagpapalawak lamang ng mga hangganan nito bawat taon.

Ang pangalang Ruso para sa atom ay ibinigay ng siyentipikong si Hess noong 1831. Iyan ang nananatili hanggang ngayon.

Ang Silicon ay ang pangalawang pinaka-sagana sa kalikasan pagkatapos ng oxygen. Ang porsyento nito kumpara sa iba pang mga atomo sa komposisyon ng crust ng lupa ay 29.5%. Bilang karagdagan, ang carbon at silikon ay dalawang espesyal na elemento na maaaring bumuo ng mga kadena sa pamamagitan ng pagkonekta sa isa't isa. Iyon ang dahilan kung bakit higit sa 400 iba't ibang mga natural na mineral ang kilala para sa huli, sa komposisyon kung saan ito ay nakapaloob sa lithosphere, hydrosphere at biomass.

Saan eksaktong matatagpuan ang silikon?

1. AT malalim na mga layer lupa.
2. Sa mga bato, deposito at massif.
3. Sa ilalim ng mga anyong tubig, lalo na ang mga dagat at karagatan.
4. Sa mga halaman at marine na naninirahan sa kaharian ng hayop.
5. Sa mga tao at hayop sa lupa.

Posibleng magtalaga ng ilan sa mga pinakakaraniwang mineral at bato, kung saan ang silikon ay naroroon sa malalaking dami. Ang kanilang chemistry ay tulad na ang mass content ng isang purong elemento sa kanila ay umabot sa 75%. Gayunpaman, ang tiyak na pigura ay nakasalalay sa uri ng materyal. Kaya, ang mga bato at mineral na naglalaman ng silikon:

• feldspars;
• mika;
• amphibole;
• mga opalo;
• chalcedony;
• silicates;
• mga sandstone;
• aluminosilicates;
• luwad at iba pa.

Naiipon sa mga shell at panlabas na skeleton ng mga hayop sa dagat, ang silicon sa kalaunan ay bumubuo ng malalakas na deposito ng silica sa ilalim ng mga anyong tubig. Ito ay isa sa mga likas na pinagmumulan ng elementong ito.

Bilang karagdagan, natagpuan na ang silicium ay maaaring umiral sa isang purong katutubong anyo - sa anyo ng mga kristal. Ngunit ang mga naturang deposito ay napakabihirang.

Mga pisikal na katangian ng silikon

Kung kilalanin natin ang elementong isinasaalang-alang sa pamamagitan ng isang hanay ng mga katangian ng physicochemical, kung gayon una sa lahat, ito ay ang mga pisikal na parameter na dapat italaga. Narito ang ilang mga pangunahing:

1. Ito ay umiiral sa anyo ng dalawang allotropic modification - amorphous at crystalline, na naiiba sa lahat ng mga katangian.
2. Ang kristal na sala-sala ay halos kapareho ng sa brilyante, dahil ang carbon at silikon ay halos pareho sa bagay na ito. Gayunpaman, ang distansya sa pagitan ng mga atom ay iba (mas marami ang silicon), kaya ang brilyante ay mas mahirap at mas malakas. Uri ng sala-sala - kubiko na nakasentro sa mukha.
3. Ang sangkap ay napaka malutong, sa mataas na temperatura ito ay nagiging plastik.
4. Ang punto ng pagkatunaw ay 1415˚С.
5. Boiling point - 3250˚С.
6. Ang density ng sangkap ay 2.33 g / cm 3.
7. Ang kulay ng tambalan ay pilak-kulay-abo, isang katangian ng metal na ningning ay ipinahayag.
8. Ito ay may mahusay na mga katangian ng semiconductor, na maaaring mag-iba sa pagdaragdag ng ilang mga ahente.
9. Hindi matutunaw sa tubig, organic solvents at acids.
10. Partikular na natutunaw sa alkalis.

Ang mga itinalagang pisikal na katangian ng silicon ay nagpapahintulot sa mga tao na kontrolin ito at gamitin ito upang lumikha ng iba't ibang mga produkto. Halimbawa, ang paggamit ng purong silikon sa electronics ay batay sa mga katangian ng semiconductivity.

Mga katangian ng kemikal

Ang mga kemikal na katangian ng silikon ay lubos na nakadepende sa mga kondisyon ng reaksyon. Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga karaniwang parameter, kailangan nating magtalaga ng napaka mababang aktibidad. Parehong mala-kristal at amorphous na silikon ay napaka-inert. Hindi sila nakikipag-ugnayan sa mga malakas na ahente ng oxidizing (maliban sa fluorine) o sa mga malakas na ahente ng pagbabawas.

Ito ay dahil sa ang katunayan na ang isang oxide film ng SiO 2 ay agad na nabuo sa ibabaw ng sangkap, na pumipigil sa karagdagang mga pakikipag-ugnayan. Maaari itong mabuo sa ilalim ng impluwensya ng tubig, hangin, singaw.

Kung, gayunpaman, ang mga karaniwang kondisyon ay binago at ang silikon ay pinainit sa isang temperatura na higit sa 400˚С, kung gayon ang aktibidad ng kemikal nito ay tataas nang malaki. Sa kasong ito, tutugon ito ng:

• oxygen;
• lahat ng uri ng halogens;
• hydrogen.

Sa karagdagang pagtaas ng temperatura, ang pagbuo ng mga produkto sa pakikipag-ugnayan sa boron, nitrogen, at carbon ay posible. Ang partikular na kahalagahan ay carborundum - SiC, dahil ito ay isang mahusay na nakasasakit na materyal.

Gayundin Mga katangian ng kemikal Ang silikon ay malinaw na nakikita sa mga reaksyon sa mga metal. May kaugnayan sa kanila, ito ay isang oxidizing agent, samakatuwid ang mga produkto ay tinatawag na silicide. Ang mga katulad na compound ay kilala para sa:

• alkalina;
• alkalina lupa;
• mga metal sa paglipat.

Ang tambalang nakuha sa pamamagitan ng pagsasama ng bakal at silikon ay may hindi pangkaraniwang katangian. Ito ay tinatawag na ferrosilicon ceramics at matagumpay na ginagamit sa industriya.

Ang Silicon ay hindi nakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong sangkap, samakatuwid, sa lahat ng kanilang mga varieties, maaari itong matunaw lamang sa:

• aqua regia (isang pinaghalong nitric at hydrochloric acids);
• caustic alkalis.

Sa kasong ito, ang temperatura ng solusyon ay dapat na hindi bababa sa 60 ° C. Lahat ng ito ay muling nagpapatunay pisikal na batayan mga sangkap - isang mala-brilyante na matatag na kristal na sala-sala, na nagbibigay ito ng lakas at kawalang-kilos.

Paano makukuha

Ang pagkuha ng silikon sa dalisay nitong anyo ay medyo magastos na proseso sa ekonomiya. Bilang karagdagan, dahil sa mga katangian nito, ang anumang pamamaraan ay nagbibigay lamang ng 90-99% na purong produkto, habang ang mga impurities sa anyo ng mga metal at carbon ay nananatiling pareho. Kaya hindi sapat ang pagkuha lamang ng sangkap. Dapat din itong malinis sa husay ng mga dayuhang elemento.

Sa pangkalahatan, ang paggawa ng silikon ay isinasagawa sa dalawang pangunahing paraan:

1. Mula sa puting buhangin, na purong silicon oxide SiO 2 . Kapag calcined sa aktibong mga metal(madalas na may magnesium), ang pagbuo ng isang libreng elemento ay nangyayari sa anyo ng isang amorphous na pagbabago. Ang kadalisayan ng pamamaraang ito ay mataas, ang produkto ay nakuha na may 99.9 porsyento na ani.
2. Ang isang mas malawak na paraan sa isang pang-industriya na sukat ay ang sintering ng tinunaw na buhangin na may coke sa mga espesyal na thermal kiln. Ang pamamaraang ito ay binuo ng Russian scientist na si Beketov N.N.

Ang karagdagang pagproseso ay binubuo sa pagpapailalim sa mga produkto sa mga pamamaraan ng paglilinis. Para dito, ginagamit ang mga acid o halogens (chlorine, fluorine).

Amorphous na silikon

Ang paglalarawan ng silikon ay hindi kumpleto kung ang bawat isa sa mga allotropic modification nito ay hindi isasaalang-alang nang hiwalay. Ang una ay amorphous. Sa ganitong estado, ang sangkap na aming isinasaalang-alang ay isang brown-brown powder, pinong dispersed. Ito ay may mataas na antas ng hygroscopicity, nagpapakita ng isang sapat na mataas na aktibidad ng kemikal kapag pinainit. Sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon, ito ay nakikipag-ugnayan lamang sa pinakamalakas na ahente ng oxidizing - fluorine.

Ang pagtawag sa amorphous na silicon na isang uri ng mala-kristal ay hindi ganap na tama. Ang sala-sala nito ay nagpapakita na ang sangkap na ito ay isang anyo lamang ng pinong dispersed na silikon na umiiral sa anyo ng mga kristal. Samakatuwid, sa gayon, ang mga pagbabagong ito ay isa at ang parehong tambalan.

Gayunpaman, ang kanilang mga katangian ay naiiba, at samakatuwid ay kaugalian na magsalita ng allotropy. Sa sarili nito, ang amorphous na silikon ay may mataas na kapasidad ng pagsipsip ng liwanag. Bilang karagdagan, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang tagapagpahiwatig na ito ay ilang beses na mas mataas kaysa sa mala-kristal na anyo. Samakatuwid, ito ay ginagamit para sa mga teknikal na layunin. Sa itinuturing na anyo (pulbos), ang tambalan ay madaling ilapat sa anumang ibabaw, maging ito ay plastik o salamin. Samakatuwid, ito ay amorphous na silikon na napakaginhawa para sa paggamit. Ang application ay batay sa iba't ibang laki.

Kahit na ang pagsusuot ng mga baterya ng ganitong uri ay medyo mabilis, na nauugnay sa pagkagalos ng isang manipis na pelikula ng sangkap, gayunpaman, ang paggamit at pangangailangan ay lumalaki lamang. Sa katunayan, kahit na sa maikling buhay ng serbisyo, ang mga solar cell na batay sa amorphous na silikon ay nakapagbibigay ng enerhiya sa buong negosyo. Bilang karagdagan, ang paggawa ng naturang sangkap ay walang basura, na ginagawang napakatipid.

Ang pagbabagong ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga compound na may mga aktibong metal, halimbawa, sodium o magnesium.

Mala-kristal na silikon

Silver-gray na makintab na pagbabago ng elementong pinag-uusapan. Ito ang form na ito na ang pinaka-karaniwan at pinaka-in demand. Ito ay dahil sa hanay ng mga katangian ng husay na taglay ng sangkap na ito.

Ang katangian ng silikon na may isang kristal na sala-sala ay may kasamang pag-uuri ng mga uri nito, dahil marami sa kanila:

1. Elektronikong kalidad - ang pinakadalisay at pinakamataas na kalidad. Ito ang ganitong uri na ginagamit sa electronics upang lumikha ng mga partikular na sensitibong device.
2. Kalidad ng solar. Ang pangalan mismo ay tumutukoy sa lugar ng paggamit. Isa rin itong high-purity na silicon, ang paggamit nito ay kinakailangan upang lumikha ng mataas na kalidad at pangmatagalang solar cell. Ang mga photovoltaic converter, na nilikha batay sa mala-kristal na istraktura, ay may mas mataas na kalidad at lumalaban sa pagsusuot kaysa sa mga nilikha gamit ang isang amorphous na pagbabago sa pamamagitan ng deposition sa iba't ibang uri mga substrate.
3. Teknikal na silikon. Kasama sa iba't-ibang ito ang mga sample ng isang substance na naglalaman ng humigit-kumulang 98% ng purong elemento. Ang lahat ng iba pa ay napupunta sa iba't ibang uri ng mga dumi:

• aluminyo;
• chlorine;
• carbon;
• posporus at iba pa.

Ang huling uri ng sangkap na isinasaalang-alang ay ginagamit upang makakuha ng mga silikon na polycrystal. Para dito, isinasagawa ang mga proseso ng recrystallization. Bilang isang resulta, sa mga tuntunin ng kadalisayan, ang mga produkto ay nakuha na maaaring maiugnay sa mga pangkat ng solar at elektronikong kalidad.

Sa likas na katangian nito, ang polysilicon ay isang intermediate na produkto sa pagitan ng amorphous na pagbabago at ng mala-kristal. Ang pagpipiliang ito ay mas madaling magtrabaho, ito ay mas mahusay na naproseso at nalinis ng fluorine at chlorine.

Ang mga nagresultang produkto ay maaaring maiuri bilang mga sumusunod:

• multisilicon;
• monocrystalline;
• mga profile na kristal;
• scrap ng silikon;
• teknikal na silikon;
• produksyon ng basura sa anyo ng mga fragment at mga scrap ng bagay.

Ang bawat isa sa kanila ay nakakahanap ng aplikasyon sa industriya at ganap na ginagamit ng isang tao. Samakatuwid, ang mga nauugnay sa silikon ay itinuturing na walang basura. Ito ay makabuluhang binabawasan ang pang-ekonomiyang gastos nito, nang hindi naaapektuhan ang kalidad.

Ang paggamit ng purong silikon

Ang produksyon ng silikon sa industriya ay naitatag nang maayos, at ang sukat nito ay medyo malaki. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang elementong ito, parehong dalisay at sa anyo ng iba't ibang mga compound, ay laganap at hinihiling sa iba't ibang sangay ng agham at teknolohiya.

Saan ginagamit ang crystalline at amorphous na silicon sa dalisay nitong anyo?

1. Sa metalurhiya bilang isang alloying additive na may kakayahang baguhin ang mga katangian ng mga metal at ang kanilang mga haluang metal. Kaya, ito ay ginagamit sa pagtunaw ng bakal at bakal.
2. Ang iba't ibang uri ng mga sangkap ay ginagamit upang makabuo ng mas malinis na bersyon - polysilicon.
3. Ang mga compound ng silikon ay isang buong industriya ng kemikal na nakakuha ng partikular na katanyagan ngayon. Ang mga silikon na materyales ay ginagamit sa gamot, sa paggawa ng mga pinggan, kasangkapan at marami pang iba.
4. Paggawa ng iba't ibang mga solar panel. Ang pamamaraang ito ng pagkuha ng enerhiya ay isa sa mga pinaka-promising sa hinaharap. Environmentally friendly, cost-effective at matibay - ang pangunahing bentahe ng naturang produksyon ng kuryente.
5. Ang silikon para sa mga lighter ay ginamit nang napakatagal na panahon. Kahit noong sinaunang panahon, gumamit ang mga tao ng flint upang lumikha ng kislap kapag nagsisindi ng apoy. Ang prinsipyong ito ay ang batayan para sa paggawa ng mga lighter ng iba't ibang uri. Ngayon ay may mga species kung saan ang flint ay pinalitan ng isang haluang metal ng isang tiyak na komposisyon, na nagbibigay ng mas mabilis na resulta (sparking).
6. Electronics at solar energy.
7. Paggawa ng mga salamin sa gas laser device.

Kaya, ang purong silikon ay may maraming kapaki-pakinabang at espesyal na mga katangian na nagpapahintulot na ito ay magamit upang lumikha ng mahalaga at kinakailangang mga produkto.

Ang paggamit ng mga compound ng silikon

Bilang karagdagan sa isang simpleng sangkap, ang iba't ibang mga compound ng silikon ay ginagamit din, at napakalawak. Mayroong isang buong sangay ng industriya na tinatawag na silicate. Siya ang batay sa paggamit ng iba't ibang mga sangkap, na kinabibilangan ng kamangha-manghang elementong ito. Ano ang mga compound na ito at ano ang ginawa mula sa kanila?

1. Quartz, o buhangin ng ilog - SiO 2. Ginagamit ito para sa paggawa ng mga materyales sa gusali at pandekorasyon tulad ng semento at salamin. Kung saan ginagamit ang mga materyales na ito, alam ng lahat. Walang kumpleto ang konstruksyon kung wala ang mga sangkap na ito, na nagpapatunay sa kahalagahan ng mga compound ng silikon.
2. Silicate ceramics, na kinabibilangan ng mga materyales tulad ng faience, porcelain, brick at mga produkto na nakabatay sa kanila. Ang mga sangkap na ito ay ginagamit sa gamot, sa paggawa ng mga pinggan, pandekorasyon na burloloy, mga gamit sa bahay, sa pagtatayo at iba pang mga lugar ng sambahayan ng aktibidad ng tao.
3. - silicones, silica gels, silicone oil.
4. Silicate glue - ginagamit bilang stationery, sa pyrotechnics at construction.

Ang Silicon, ang presyo nito ay nag-iiba sa merkado ng mundo, ngunit hindi tumatawid mula sa itaas hanggang sa ibaba ang marka ng 100 Russian rubles bawat kilo (para sa mala-kristal), ay hinihiling at mahalagang sangkap. Naturally, ang mga compound ng elementong ito ay laganap din at naaangkop.

Ang biological na papel ng silikon

Mula sa punto ng view ng kahalagahan para sa katawan, ang silikon ay mahalaga. Ang nilalaman at pamamahagi nito sa mga tisyu ay ang mga sumusunod:

• 0.002% - kalamnan;
• 0.000017% - buto;
• dugo - 3.9 mg / l.

Araw-araw, halos isang gramo ng silikon ang dapat makapasok sa loob, kung hindi man ay magsisimulang umunlad ang mga sakit. Walang mga nakamamatay sa kanila, gayunpaman, ang matagal na gutom sa silikon ay humahantong sa:

• pagkawala ng buhok;
• ang hitsura ng acne at pimples;
• hina at hina ng mga buto;
• madaling pagkamatagusin ng capillary;
• pagkapagod at pananakit ng ulo;
• ang hitsura ng maraming mga pasa at pasa.

Para sa mga halaman, ang silikon ay isang mahalagang elemento ng bakas na kinakailangan para sa normal na paglaki at pag-unlad. Ipinakita ng mga eksperimento sa hayop na ang mga indibidwal na kumakain ng sapat na dami ng silikon araw-araw ay lumalaki nang mas mahusay.

Panimula

2.1.1 +2 estado ng oksihenasyon

2.1.2 +4 estado ng oksihenasyon

2.3 Metal carbide

Kabanata 3. Mga Silicon Compound

Bibliograpiya

Panimula

Ang Chemistry ay isa sa mga sangay ng natural na agham, ang paksa kung saan ay ang mga elemento ng kemikal (atoms), ang simple at kumplikadong mga sangkap (molekula) na kanilang nabuo, ang kanilang mga pagbabago at ang mga batas na sinusunod ng mga pagbabagong ito.

Sa pamamagitan ng kahulugan, D.I. Mendeleev (1871), "ang kimika sa kasalukuyan nitong estado ay maaaring ... matatawag na doktrina ng mga elemento."

Ang pinagmulan ng salitang "chemistry" ay hindi lubos na malinaw. Maraming mga mananaliksik ang naniniwala na ito ay nagmula sa sinaunang pangalan ng Egypt - Hemia (Greek Chemia, na matatagpuan sa Plutarch), na nagmula sa "hem" o "hame" - itim at nangangahulugang "agham ng itim na lupa" (Egypt), " agham ng Ehipto".

Ang modernong kimika ay malapit na konektado, tulad ng iba mga likas na agham at sa lahat ng sangay ng pambansang ekonomiya.

Ang katangian ng husay ng kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay, at ang mga paglipat nito sa iba pang mga anyo ng paggalaw, ay tumutukoy sa versatility ng kemikal na agham at ang koneksyon nito sa mga lugar ng kaalaman na nag-aaral sa parehong mas mababa at higit pa. mas mataas na anyo paggalaw. Ang kaalaman sa kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay nagpapayaman sa pangkalahatang doktrina ng pag-unlad ng kalikasan, ang ebolusyon ng bagay sa Uniberso, at nag-aambag sa pagbuo ng isang mahalagang materyalistikong larawan ng mundo. Ang pakikipag-ugnay ng kimika sa iba pang mga agham ay nagbibigay ng mga tiyak na lugar ng kanilang pagpasok sa isa't isa. Kaya, ang mga lugar ng paglipat sa pagitan ng kimika at pisika ay kinakatawan ng pisikal na kimika at kemikal na pisika. Sa pagitan ng chemistry at biology, chemistry at geology, lumitaw ang mga espesyal na lugar sa hangganan - geochemistry, biochemistry, biogeochemistry, molecular biology. Ang pinakamahalagang batas ng kimika ay nabuo sa matematikal na wika, at ang teoretikal na kimika ay hindi maaaring umunlad nang walang matematika. Ang Chemistry ay nagsagawa at nagbibigay ng impluwensya sa pag-unlad ng pilosopiya, at mismong naranasan at nararanasan ang impluwensya nito.

Sa kasaysayan, dalawang pangunahing sangay ng kimika ang nabuo: inorganic chemistry, na pangunahing pinag-aaralan ang mga elemento ng kemikal at ang simple at kumplikadong mga sangkap na kanilang nabuo (maliban sa mga carbon compound), at organic na kimika, na ang paksa ay ang mga compound ng carbon sa iba pang mga elemento ( mga organikong sangkap).

Hanggang sa katapusan ng ika-18 siglo, ang mga terminong "inorganic chemistry" at "organic chemistry" ay ipinahiwatig lamang kung saan nakuha ang "kaharian" ng kalikasan (mineral, halaman o hayop). Simula noong ika-19 na siglo. ang mga terminong ito ay dumating upang ipahiwatig ang pagkakaroon o kawalan ng carbon sa isang partikular na sangkap. Pagkatapos ay nakakuha sila ng bago, mas malawak na kahulugan. Ang inorganic na chemistry ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa geochemistry at pagkatapos ay sa mineralogy at geology, i.e. sa mga agham ng di-organikong kalikasan. Ang organikong kimika ay isang sangay ng kimika na nag-aaral ng iba't ibang mga carbon compound hanggang sa pinaka kumplikadong biopolymer substance. Sa pamamagitan ng organic at bioorganic chemistry, ang chemistry ay naghahangganan sa biochemistry at higit pa sa biology, i.e. kasama ang kabuuan ng mga agham ng buhay na kalikasan. Sa junction sa pagitan ng inorganic at organic chemistry ay ang lugar ng mga organoelement compound.

Sa kimika, ang mga ideya tungkol sa mga antas ng istruktura ng organisasyon ng bagay ay unti-unting nabuo. Ang komplikasyon ng isang substance, simula sa pinakamababa, atomic, ay dumadaan sa mga hakbang ng molecular, macromolecular, o high-molecular compounds (polymer), pagkatapos ay intermolecular (complex, clathrate, catenane), at panghuli, magkakaibang macrostructures (crystal, micelle ) hanggang sa hindi tiyak na non-stoichiometric formations. Ang kaukulang mga disiplina ay unti-unting nabuo at naging isolated: ang kimika ng mga kumplikadong compound, polymers, crystal chemistry, ang pag-aaral ng mga dispersed system at surface phenomena, alloys, atbp.

Pag-aaral ng mga bagay at phenomena ng kemikal pisikal na pamamaraan, pagtatatag ng mga batas ng mga pagbabagong kemikal, batay sa pangkalahatang mga prinsipyo pisika, pinagbabatayan ng pisikal na kimika. Kasama sa larangang ito ng kimika ang isang bilang ng mga independiyenteng disiplina: chemical thermodynamics, chemical kinetics, electrochemistry, colloid chemistry, quantum chemistry at ang pag-aaral ng istraktura at katangian ng mga molekula, ion, radical, radiation chemistry, photochemistry, ang doktrina ng catalysis, chemical equilibrium, solusyon at iba pa. analitikal na kimika, na ang mga pamamaraan ay malawakang ginagamit sa lahat ng larangan ng kimika at industriya ng kemikal. Sa mga lugar ng praktikal na aplikasyon ng kimika, lumitaw ang mga agham at siyentipikong disiplina tulad ng teknolohiyang kemikal na may maraming sangay, metalurhiya, kimika ng agrikultura, kimika medikal, kimika ng forensic, atbp., na lumitaw.

Tulad ng nabanggit sa itaas, isinasaalang-alang ng kimika ang mga elemento ng kemikal at ang mga sangkap na nabuo nito, pati na rin ang mga batas na namamahala sa mga pagbabagong ito. Isa sa mga aspetong ito (ibig sabihin, mga kemikal na compound batay sa silikon at carbon) at isasaalang-alang ko sa papel na ito.

Kabanata 1. Silicon at carbon - mga elemento ng kemikal

1.1 Panimula sa carbon at silicon

Ang Carbon (C) at silicon (Si) ay mga miyembro ng IVA group.

Ang carbon ay hindi isang pangkaraniwang elemento. Sa kabila nito, napakalaki ng kahalagahan nito. Carbon ang batayan ng buhay sa mundo. Ito ay bahagi ng carbonates (Ca, Zn, Mg, Fe, atbp.) na karaniwan sa kalikasan, na umiiral sa atmospera sa anyo ng CO 2, nangyayari sa anyo ng mga natural na uling (amorphous graphite), langis at natural. gas, pati na rin ang mga simpleng sangkap ( brilyante, grapayt).

Ang silikon ay ang pangalawang pinakamaraming elemento sa crust ng lupa (pagkatapos ng oxygen). Kung ang carbon ang batayan ng buhay, kung gayon ang silikon ang batayan ng crust ng lupa. Ito ay matatagpuan sa isang malaking uri ng silicates (Fig. 4) at aluminosilicates, buhangin.

Ang amorphous silicon ay isang kayumangging pulbos. Ang huli ay madaling makuha sa mala-kristal na estado sa anyo ng kulay abong matigas, ngunit sa halip ay malutong na mga kristal. Ang mala-kristal na silikon ay isang semiconductor.

Talahanayan 1. Pangkalahatang data ng kemikal sa carbon at silicon.

Ang pagbabago ng carbon stable sa ordinaryong temperatura - grapayt - ay isang opaque, gray greasy mass. Ang brilyante - ang pinakamatigas na sangkap sa mundo - ay walang kulay at transparent. Ang mga kristal na istruktura ng grapayt at brilyante ay ipinapakita sa Fig.1.

Figure 1. Ang istraktura ng isang brilyante (a); istraktura ng grapayt (b)

Ang carbon at silicon ay may sariling mga partikular na derivatives.

Talahanayan 2. Ang pinaka-katangiang derivatives ng carbon at silikon

1.2 Paghahanda, mga katangian ng kemikal at paggamit ng mga simpleng sangkap

Ang silikon ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga oxide na may carbon; upang makuha sa isang partikular na dalisay na estado pagkatapos ng pagbawas, ang sangkap ay inililipat sa tetrachloride at muling binawasan (na may hydrogen). Pagkatapos ito ay natutunaw sa mga ingot at sumasailalim sa paglilinis sa pamamagitan ng pagtunaw ng zone. Ang isang ingot ng metal ay pinainit mula sa isang dulo upang ang isang zone ng tinunaw na metal ay nabuo sa loob nito. Kapag ang zone ay lumipat sa kabilang dulo ng ingot, ang karumihan, na natutunaw sa tinunaw na metal na mas mahusay kaysa sa solid, ay aalisin, at sa gayon ang metal ay dinadalisay.

Ang carbon ay hindi gumagalaw, ngunit sa napakataas na temperatura (sa amorphous na estado) ito ay nakikipag-ugnayan sa karamihan ng mga metal upang bumuo ng mga solidong solusyon o carbides (CaC 2, Fe 3 C, atbp.), pati na rin sa maraming metalloid, halimbawa:

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

Ang silikon ay mas reaktibo. Ito ay tumutugon sa fluorine na nasa ordinaryong temperatura: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Ang Silicon ay may napakataas na pagkakaugnay din para sa oxygen:

Ang reaksyon sa chlorine at sulfur ay nagpapatuloy sa humigit-kumulang 500 K. Sa napakataas na temperatura, ang silicon ay nakikipag-ugnayan sa nitrogen at carbon:

Ang Silicon ay hindi direktang nakikipag-ugnayan sa hydrogen. Ang silikon ay natutunaw sa alkalis:

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

Ang mga acid maliban sa hydrofluoric ay hindi nakakaapekto dito. Sa HF may reaction

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

Ang carbon sa komposisyon ng iba't ibang mga uling, langis, natural (pangunahin ang CH4), pati na rin ang mga artipisyal na nakuha na gas ay ang pinakamahalagang base ng gasolina ng ating planeta

Ang graphite ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga crucibles. Ang mga graphite rod ay ginagamit bilang mga electrodes. Maraming grapayt ang napupunta sa paggawa ng mga lapis. Ang carbon at silicon ay ginagamit upang makagawa ng iba't ibang grado ng cast iron. Sa metalurhiya, ang carbon ay ginagamit bilang isang ahente ng pagbabawas, at ang silikon, dahil sa mataas na pagkakaugnay nito para sa oxygen, bilang isang deoxidizer. Ang mala-kristal na silikon sa isang partikular na dalisay na estado (hindi hihigit sa 10 -9 at.% na karumihan) ay ginagamit bilang isang semiconductor sa iba't ibang mga aparato at aparato, kabilang ang bilang mga transistor at thermistor (mga aparato para sa napakahusay na pagsukat ng temperatura), gayundin sa mga photocell, ang operasyon kung saan Ito ay batay sa kakayahan ng isang semiconductor na magsagawa ng kasalukuyang kapag naiilaw.

Kabanata 2. Mga kemikal na compound ng carbon

Ang carbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng malakas na covalent bond sa pagitan ng sarili nitong mga atomo (C-C) at ng hydrogen atom (C-H), na makikita sa kasaganaan ng mga organikong compound (ilang daang milyon). Bilang karagdagan sa malakas na C-H, C-C bond sa iba't ibang klase ng organic at inorganic compound, ang carbon bond na may nitrogen, sulfur, oxygen, halogens, at metal ay malawak na kinakatawan (tingnan ang Talahanayan 5). Ang ganitong mataas na posibilidad ng pagbuo ng bono ay dahil sa maliit na sukat ng carbon atom, na nagpapahintulot sa mga valence orbital nito na 2s 2, 2p 2 na mag-overlap hangga't maaari. Ang pinakamahalagang inorganikong compound ay inilarawan sa Talahanayan 3.

Sa mga inorganic na carbon compound, ang nitrogen-containing derivatives ay natatangi sa komposisyon at istraktura.

Sa inorganic chemistry, ang mga derivatives ng acetic CH3COOH at oxalic H 2 C 2 O 4 acids ay malawak na kinakatawan - acetates (type M "CH3COO) at oxalates (type M I 2 C 2 O 4).

Talahanayan 3. Ang pinakamahalagang inorganikong compound ng carbon.

2.1 Mga derivative ng oxygen ng carbon

2.1.1 +2 estado ng oksihenasyon

Carbon monoxide CO (carbon monoxide): ayon sa istruktura ng mga molecular orbitals (Talahanayan 4).

Ang CO ay katulad ng N 2 molecule. Tulad ng nitrogen, ang CO ay may mataas na dissociation energy (1069 kJ/mol), may mababang Tm (69 K) at Tbp (81.5 K), hindi gaanong natutunaw sa tubig, at chemically inert. Ang CO ay tumutugon lamang sa mataas na temperatura, kabilang ang:

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (phosgene),

CO + Br 2 \u003d SOVg 2, Cr + 6CO \u003d Cr (CO) 6 -chromium carbonyl,

Ni + 4CO \u003d Ni (CO) 4 - nickel carbonyl

CO + H 2 0 pares \u003d HCOOH (formic acid).

Kasabay nito, ang molekula ng CO ay may mataas na pagkakaugnay para sa oxygen:

CO +1/202 \u003d C0 2 +282 kJ / mol.

Dahil sa mataas na pagkakaugnay nito para sa oxygen, ginagamit ang carbon monoxide (II) bilang pampababa ng ahente para sa mga oxide ng maraming mabibigat na metal (Fe, Co, Pb, atbp.). Sa laboratoryo, ang CO oxide ay nakukuha sa pamamagitan ng pag-dehydrate ng formic acid.

Sa teknolohiya, ang carbon monoxide (II) ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng CO 2 na may karbon (C + CO 2 \u003d 2CO) o sa pamamagitan ng oxidizing methane (2CH 4 + 3O 2 \u003d \u003d 4H 2 0 + 2CO).

Sa mga CO derivatives, ang mga metal carbonyl ay may mahusay na teoretikal at tiyak na praktikal na interes (para sa pagkuha ng mga purong metal).

Ang mga kemikal na bono sa mga carbonyl ay pangunahing nabuo sa pamamagitan ng mekanismo ng donor-acceptor dahil sa mga libreng orbital d- elemento at ang pares ng elektron ng molekula ng CO, mayroon ding n-nagpapatong ng mekanismo ng dative (metal CO). Ang lahat ng mga metal na carbonyl ay mga diamagnetic na sangkap na nailalarawan sa mababang lakas. Tulad ng carbon monoxide (II), ang mga metal na carbonyl ay nakakalason.

Talahanayan 4. Pamamahagi ng mga electron sa ibabaw ng mga orbital ng molekula ng CO

2.1.2 +4 estado ng oksihenasyon

Carbon dioxide CO 2 (carbon dioxide). Ang molekula ng CO 2 ay linear. Ang scheme ng enerhiya para sa pagbuo ng mga orbital ng molekula ng CO 2 ay ipinapakita sa Fig. 2. Ang carbon monoxide (IV) ay maaaring tumugon sa ammonia sa isang reaksyon.

Kapag ang asin na ito ay pinainit, ang isang mahalagang pataba ay nakuha - carbamide CO (MH 2) 2:

Ang urea ay nabubulok ng tubig

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

Figure 2. Energy diagram ng pagbuo ng CO 2 molecular orbitals.

Sa teknolohiya, ang CO 2 oxide ay nakuha sa pamamagitan ng agnas ng calcium carbonate o sodium bikarbonate:

Sa mga kondisyon ng laboratoryo, kadalasang nakukuha ito sa pamamagitan ng reaksyon (sa Kipp apparatus)

CaCO3 + 2HC1 = CaC12 + CO2 + H20.

Ang pinakamahalagang derivatives ng CO 2 ay mahina carbonic acid H 2 CO s at ang mga asing-gamot nito: M I 2 CO 3 at M I HC 3 (carbonates at bicarbonates, ayon sa pagkakabanggit).

Karamihan sa mga carbonate ay hindi matutunaw sa tubig. Ang mga nalulusaw sa tubig na carbonate ay sumasailalim sa makabuluhang hydrolysis:

COz 2- + H 2 0 COz- + OH - (I stage).

Dahil sa kumpletong hydrolysis, ang carbonates Cr 3+ , ai 3 + , Ti 4+ , ​​​​Zr 4+ at iba pa ay hindi maaaring ihiwalay mula sa mga may tubig na solusyon.

Halos mahalaga ang Ka 2 CO3 (soda), K 2 CO3 (potash) at CaCO3 (chalk, marble, limestone). Ang mga bicarbonate, hindi katulad ng mga carbonate, ay natutunaw sa tubig. Mula sa bicarbonates praktikal na gamit hinahanap ang NaHCO 3 ( pag-inom ng soda). Ang mahahalagang pangunahing carbonates ay 2CuCO3-Cu (OH) 2 , PbCO 3 X XPb (OH) 2 .

Ang mga katangian ng carbon halides ay ibinibigay sa Talahanayan 6. Sa mga carbon halides, ang pinakamahalaga ay isang walang kulay, medyo nakakalason na likido. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang CCI 4 ay chemically inert. Ginagamit ito bilang isang hindi nasusunog at hindi nasusunog na solvent para sa mga resin, barnis, taba, pati na rin para sa pagkuha ng freon CF 2 CI 2 (T bp = 303 K):

Ang isa pang organikong solvent na ginagamit sa pagsasanay ay ang carbon disulfide CSa (walang kulay, pabagu-bago ng isip na likido na may Tbp = 319 K) - isang reaktibong sangkap:

CS 2 +30 2 \u003d C0 2 + 2S0 2 +258 kcal / mol,

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 (asin ng H thiocarbonic acid 2 CSz).

Ang mga singaw ng carbon disulfide ay nakakalason.

Ang hydrocyanic (hydrocyanic) acid HCN (H-C \u003d N) ay isang walang kulay, madaling mobile na likido, kumukulo sa 299.5 K. Sa 283 K, ito ay nagpapatigas. Ang HCN at ang mga derivatives nito ay lubhang nakakalason. Maaaring makuha ang HCN sa pamamagitan ng reaksyon

Ang hydrocyanic acid ay natutunaw sa tubig; kasabay nito ang mahinang paghihiwalay nito

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

Ang mga hydrocyanic acid salts (cyanides) sa ilang mga reaksyon ay kahawig ng mga chlorides. Halimbawa, ang CH - -ion na may Ag + ions ay nagbibigay ng puting precipitate ng silver cyanide AgCN, hindi gaanong natutunaw sa mga mineral acid. Ang mga cyanides ng alkali at alkaline earth na mga metal ay natutunaw sa tubig. Dahil sa hydrolysis, ang kanilang mga solusyon ay amoy ng hydrocyanic acid (ang amoy ng mapait na almendras). Ang mabibigat na metal na cyanides ay hindi gaanong natutunaw sa tubig. Ang CN ay isang malakas na ligand, ang pinakamahalagang kumplikadong compound ay K 4 at Kz [Re (CN) 6].

Ang mga cyanides ay mga marupok na compound, na may matagal na pagkakalantad sa CO 2 na nasa hangin, ang mga cyanides ay nabubulok.

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

(CN) 2 - cyanogen (N=C-C=N) -

walang kulay na nakakalason na gas; nakikipag-ugnayan sa tubig upang bumuo ng cyanic (HOCN) at hydrocyanic (HCN) acids:

(HCN) acids:

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

Dito, tulad ng sa reaksyon sa ibaba, ang (CN) 2 ay katulad ng isang halogen:

CO + (CN) 2 \u003d CO (CN) 2 (analogue ng phosgene).

Ang cyanic acid ay kilala sa dalawang tautomeric na anyo:

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

Ang isomer ay ang acid H-0=N=C (explosive acid). Ang mga asin ng HONC ay sumasabog (ginagamit bilang mga detonator). Ang Rhodohydrogen acid HSCN ay isang walang kulay, madulas, pabagu-bago ng isip, madaling nagpapatigas na likido (Tm=278 K). Sa dalisay na estado, ito ay napaka-unstable; kapag ito ay nabubulok, ang HCN ay inilabas. Hindi tulad ng hydrocyanic acid, ang HSCN ay medyo malakas na acid (K=0.14). Ang HSCN ay nailalarawan sa pamamagitan ng tautomeric equilibrium:

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

SCN - pulang-dugo na ion (reagent para sa Fe 3+ ion). Mga rhodanide na nagmula sa HSCN - madaling makuha mula sa mga cyanides sa pamamagitan ng pagdaragdag ng sulfur:

Karamihan sa mga thiocyanate ay natutunaw sa tubig. Ang mga asin ng Hg, Au, Ag, Cu ay hindi matutunaw sa tubig. Ang SCN- ion, tulad ng CN-, ay may posibilidad na magbigay ng mga complex ng uri M3 1 M "(SCN) 6, kung saan M" "Cu, Mg at ilang iba pa. Dirodan (SCN) 2 - light yellow crystals, natutunaw - 271 K Kunin ang (SCN) 2 sa pamamagitan ng reaksyon

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

Sa iba pang mga compound na naglalaman ng nitrogen, dapat ipahiwatig ang cyanamide.

at ang hinango nito - calcium cyanamide CaCN 2 (Ca=N-C=N), na ginagamit bilang isang pataba.

2.3 Metal carbide

Ang mga karbida ay mga produkto ng pakikipag-ugnayan ng carbon sa mga metal, silikon at boron. Sa pamamagitan ng solubility, ang mga carbide ay nahahati sa dalawang klase: carbide na natutunaw sa tubig (o dilute acids) at carbide na insoluble sa tubig (o dilute acids).

2.3.1 Carbides na natutunaw sa tubig at dilute acids

A. Carbides na bumubuo ng C 2 H 2 kapag natunaw Kasama sa grupong ito ang mga carbide ng mga metal ng unang dalawang pangunahing grupo; malapit sa kanila ang mga carbides Zn, Cd, La, Ce, Th ng komposisyon MC 2 (LaC 2 , CeC 2 , ТhC 2 .)

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. Ayon sa kanilang mga pag-aari, ang Mn z C ay malapit sa kanila:

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

B. Carbides, na, kapag natunaw, ay bumubuo ng pinaghalong hydrocarbons at hydrogen. Kabilang dito ang karamihan sa mga bihirang earth metal carbide.

2.3.2 Carbides na hindi matutunaw sa tubig at sa dilute acids

Kasama sa pangkat na ito ang karamihan sa mga transition metal carbide (W, Mo, Ta, atbp.), pati na rin ang SiC, B 4 C.

Natutunaw ang mga ito sa mga kapaligirang nag-oxidizing, halimbawa:

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.

Larawan 3. Icosahedron B 12

Praktikal na mahalaga ang transition metal carbide, pati na rin ang silicon carbide SiC at boron B 4 C. SiC - carborundum - walang kulay na mga kristal na may isang brilyante na sala-sala, na lumalapit sa diyamante sa tigas (ang teknikal na SiC ay may madilim na kulay dahil sa mga impurities). Ang SiC ay lubhang matigas ang ulo, thermally conductive at electrically conductive sa mataas na temperatura, sobrang chemically inert; maaari lamang itong sirain sa pamamagitan ng pagsasanib sa hangin na may alkalis.

B 4 C - polimer. Ang boron carbide lattice ay binuo mula sa linearly arranged tatlong carbon atoms at mga grupo na naglalaman ng 12 B atoms na nakaayos sa anyo ng isang icosahedron (Fig. 3); ang tigas ng B4C ay mas mataas kaysa sa SiC.

Kabanata 3. Mga Silicon Compound

Ang pagkakaiba sa pagitan ng kimika ng silikon at carbon ay higit sa lahat dahil sa malaking sukat ng atom nito at ang posibilidad ng paggamit ng mga libreng 3d orbital. Dahil sa karagdagang pagbubuklod (ayon sa mekanismo ng donor-acceptor), ang mga silicon bond na may oxygen na Si-O-Si at fluorine Si-F (Talahanayan 17.23) ay mas malakas kaysa sa carbon, at dahil sa mas malaking sukat ng Si atom kumpara sa atom Ang Si-H at Si-Si bond ay hindi gaanong malakas kaysa sa carbon. Ang mga atomo ng silikon ay halos walang kakayahang bumuo ng mga kadena. katulad ng hydrocarbons homologous na serye silanes SinH2n+2 (silanes) ay nakuha lamang hanggang sa komposisyong Si4Hio. Dahil sa mas malaking sukat, ang Si atom ay mayroon ding mahinang ipinahayag na kakayahan para sa n-overlapping; samakatuwid, hindi lamang triple, kundi pati na rin ang mga dobleng bono ay may maliit na katangian para dito.

Kapag ang silikon ay nakikipag-ugnayan sa mga metal, ang mga silicid ay nabuo (Ca 2 Si, Mg 2 Si, BaSi 2, Cr 3 Si, CrSi 2, atbp.), na katulad sa maraming aspeto sa mga karbida. Ang mga silicide ay hindi katangian ng mga elemento ng pangkat I (maliban sa Li). Ang Silicon halides (Talahanayan 5) ay mas malakas na compound kaysa sa carbon halides; gayunpaman, sila ay nabubulok ng tubig.

Talahanayan 5. Lakas ng ilang bono ng carbon at silicon

Ang pinaka-matibay na silicon halide ay SiF 4 (nabubulok lamang ito sa ilalim ng pagkilos ng isang electric discharge), ngunit, tulad ng iba pang mga halide, sumasailalim ito sa hydrolysis. Kapag ang SiF 4 ay nakikipag-ugnayan sa HF, ang hexafluorosilicic acid ay nabuo:

SiF 4 +2HF=H 2 .

Ang H 2 SiF 6 ay malapit sa lakas sa H 2 S0 4 . Ang mga derivatives ng acid na ito - fluorosilicates, bilang panuntunan, ay natutunaw sa tubig. Ang alkali metal fluorosilicates (maliban sa Li at NH 4) ay hindi gaanong natutunaw. Ang mga fluorosilicate ay ginagamit bilang mga pestisidyo (insecticides).

Ang halos mahalagang halide ay SiCO 4 . Ito ay ginagamit upang makakuha ng mga organosilicon compound. Kaya, ang SiCL 4 ay madaling nakikipag-ugnayan sa mga alkohol upang bumuo ng silicic acid esters HaSiO 3:

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

Talahanayan 6. Carbon at silicon halides

Silicic acid esters, hydrolyzing, bumubuo ng mga silicones - mga polymeric na sangkap ng isang istraktura ng chain:

(R-organic radical), na natagpuan ang aplikasyon sa paggawa ng mga goma, langis at pampadulas.

Silicon sulfide (SiS 2) n-polymer substance; matatag sa normal na temperatura; nabulok ng tubig:

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

3.1 Mga compound ng oxygen na silikon

Ang pinakamahalagang compound ng oxygen ng silikon ay ang silicon dioxide SiO 2 (silica), na may ilang mga pagbabagong mala-kristal.

Ang pagbabago sa mababang temperatura (hanggang sa 1143 K) ay tinatawag na quartz. Ang kuwarts ay may mga katangian ng piezoelectric. Mga likas na uri ng kuwarts: rock crystal, topaz, amethyst. Ang mga uri ng silica ay chalcedony, opal, agata,. jasper, buhangin.

Ang silica ay lumalaban sa kemikal; tanging fluorine, hydrofluoric acid at alkali solution ang kumikilos dito. Madali itong pumasa sa isang malasalamin na estado (kuwarts na baso). Ang quartz glass ay malutong, chemically at thermally medyo lumalaban. Ang silicic acid na naaayon sa SiO 2 ay walang tiyak na komposisyon. Ang silicic acid ay karaniwang isinusulat bilang xH 2 O-ySiO 2 . Ang mga silicic acid ay nahiwalay: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - metasilicon (tri-oxosilicon), H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - orthosilicon (tetra-oxosilicon), H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - dimethosilicon.

Ang mga silicic acid ay hindi natutunaw na mga sangkap. Alinsunod sa hindi gaanong metalloid na katangian ng silikon kumpara sa carbon, ang H 2 SiO 3 bilang isang electrolyte ay mas mahina kaysa sa H 2 CO3.

Ang silicate salts na naaayon sa silicic acids ay hindi matutunaw sa tubig (maliban sa alkali metal silicates). Ang mga natutunaw na silicate ay na-hydrolyzed ayon sa equation

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

Ang mga puro solusyon ng natutunaw na silicates ay tinatawag na likidong baso. Ang ordinaryong salamin sa bintana, sodium at calcium silicate, ay may komposisyon na Na 2 0-CaO-6Si0 2 . Ito ay nakuha mula sa reaksyon

Ang isang malawak na uri ng silicates (mas tiyak, oxosilicates) ay kilala. Ang isang tiyak na regularidad ay sinusunod sa istraktura ng oxosilicates: lahat sila ay binubuo ng Si0 4 tetrahedra, na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng isang atom ng oxygen. Ang pinakakaraniwang kumbinasyon ng tetrahedra ay (Si 2 O 7 6 -), (Si 3 O 9) 6 -, (Si 4 0 l2) 8-, (Si 6 O 18 12 -), na, bilang mga yunit ng istruktura, ay maaaring pagsamahin sa mga chain, tape, meshes at frame (Larawan 4).

Ang pinakamahalagang natural na silicates ay, halimbawa, talc (3MgO * H 2 0-4Si0 2) at asbestos (SmgO*H 2 O*SiO 2). Tulad ng SiO 2 , ang mga silicate ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malasalamin (amorphous) na estado. Sa kinokontrol na pagkikristal ng salamin, posible na makakuha ng isang pinong mala-kristal na estado (sitalls). Ang mga sitall ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng lakas.

Bilang karagdagan sa mga silicate, ang mga aluminosilicate ay malawak na ipinamamahagi sa kalikasan. Aluminosilicates - frame oxosilicates, kung saan ang ilan sa mga silicon atoms ay pinalitan ng trivalent Al; halimbawa Na 12 [(Si, Al) 0 4] 12.

Para sa silicic acid, ang isang colloidal state ay katangian kapag nalantad sa mga asin nito ng mga acid H 2 SiO 3 ay hindi agad namuo. Ang mga colloidal na solusyon ng silicic acid (sols) sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon (halimbawa, kapag pinainit) ay maaaring gawing transparent, homogenous na gelatinous mass-gel ng silicic acid. Ang mga gel ay mga high-molecular compound na may spatial, very loose structure na nabuo ng Si0 2 molecules, ang voids nito ay puno ng H 2 O molecules. Kapag ang silicic acid gels ay na-dehydrate, ang silica gel ay nakuha - isang porous na produkto na may mataas na adsorption. kapasidad.

Figure 4. Ang istraktura ng silicates.

mga konklusyon

Matapos suriin ang mga kemikal na compound batay sa silikon at carbon sa aking trabaho, napag-isipan ko na ang carbon, bilang isang hindi gaanong karaniwang elemento, ay ang pinakamahalagang bahagi ng buhay sa lupa, mayroong mga compound nito sa hangin, langis, at gayundin sa ganyan mga simpleng sangkap tulad ng brilyante at grapayt. Ang isa sa pinakamahalagang katangian ng carbon ay ang malakas na covalent bond sa pagitan ng mga atomo, pati na rin ang hydrogen atom. Ang pinakamahalagang inorganikong compound ng carbon ay: oxides, acids, salts, halides, nitrogen-containing derivatives, sulfide, carbide.

Sa pagsasalita ng silikon, kinakailangang tandaan ang malaking halaga ng mga reserba nito sa lupa, ito ang batayan ng crust ng lupa at matatagpuan sa isang malaking iba't ibang mga silicate, buhangin, atbp. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng silikon dahil sa mga katangian ng semiconductor nito ay tumataas. Ginagamit ito sa electronics sa paggawa ng mga processor ng computer, microcircuits at chips. Ang mga silicon compound na may mga metal ay bumubuo ng silicides, ang pinakamahalagang oxygen compound ng silikon ay silicon oxide SiO 2 (silica).

Bibliograpiya

1. Great Soviet Encyclopedia. Ikatlong edisyon. T.28. - M.: Soviet Encyclopedia, 1970.

2. Zhiryakov V.G. Organic chemistry. 4th ed. - M., "Chemistry", 1971.

3. Maikling encyclopedia ng kemikal. - M. "Soviet Encyclopedia", 1967.

4. Pangkalahatang kimika / Ed. KUMAIN. Sokolovskaya, L.S. Guzeya. 3rd ed. - M.: Publishing House ng Moscow. un-ta, 1989.

5. Ang mundo ng walang buhay na kalikasan. - M., "Science", 1983.

6. Potapov V.M., Tatarinchik S.N. Organikong kimika. Teksbuk.4th ed. - M.: "Chemistry", 1989.

• Pagtatalaga - Si (Silicon);
• Panahon - III;
• Pangkat - 14 (IVa);
• Atomic mass - 28.0855;
• Atomic number - 14;
• Radius ng isang atom = 132 pm;
• Covalent radius = 111 pm;
• Distribusyon ng elektron - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
• t natutunaw = 1412°C;
• punto ng kumukulo = 2355°C;
• Electronegativity (ayon kay Pauling / ayon kina Alpred at Rochov) = 1.90 / 1.74;
• Katayuan ng oksihenasyon: +4, +2, 0, -4;
• Densidad (n.a.) \u003d 2.33 g / cm 3;
• Dami ng molar = 12.1 cm 3 / mol.

Mga Silicon Compound:

Ang Silicon ay unang nahiwalay sa dalisay nitong anyo noong 1811 (Frenchmen J. L. Gay-Lussac at L. J. Tenard). Ang purong elemental na silikon ay nakuha noong 1825 (ang Swede J. Ya. Berzelius). Ang pangalan nito ay "silicon" (isinalin mula sa sinaunang Griyego - bundok) elemento ng kemikal natanggap noong 1834 (Russian chemist na si G. I. Hess).

Ang silikon ay ang pinakakaraniwang (pagkatapos ng oxygen) na elemento ng kemikal sa Earth (ang nilalaman sa crust ng lupa ay 28-29% ayon sa timbang). Sa likas na katangian, ang silikon ay madalas na naroroon sa anyo ng silica (buhangin, kuwarts, flint, feldspars), pati na rin sa silicates at aluminosilicates. Ang silikon ay napakabihirang sa dalisay nitong anyo. Maraming natural na silicates sa kanilang dalisay na anyo ay mga gemstones: esmeralda, topaz, aquamarine ay pawang silikon. Ang purong crystalline na silicon(IV) oxide ay nangyayari bilang rock crystal at quartz. Ang Silicon oxide, kung saan naroroon ang iba't ibang mga impurities, ay bumubuo ng mahalaga at semimahalagang mga bato- amatista, agata, jasper.

kanin. Ang istraktura ng silikon na atom.

Ang electronic configuration ng silicon ay 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (tingnan ang Electronic structure ng atoms). Ang Silicon ay may 4 na electron sa panlabas na antas ng enerhiya nito: 2 ipinares sa 3s sublevel + 2 na hindi ipinares sa mga p orbital. Kapag ang isang silicon atom ay pumasa sa isang nasasabik na estado, ang isang elektron mula sa s-sublevel ay "umalis" sa pares nito at napupunta sa p-sublevel, kung saan mayroong isang libreng orbital. Kaya, sa nasasabik na estado, ang elektronikong pagsasaayos ng silicon atom ay tumatagal ng sumusunod na anyo: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 .

kanin. Ang paglipat ng silikon na atom sa isang nasasabik na estado.

Kaya, ang silikon sa mga compound ay maaaring magpakita ng valence 4 (pinaka madalas) o 2 (tingnan ang Valence). Ang Silicon (pati na rin ang carbon), na tumutugon sa iba pang mga elemento, ay bumubuo ng mga kemikal na bono kung saan maaari nitong isuko ang mga electron nito at tanggapin ang mga ito, ngunit ang kakayahang tumanggap ng mga electron mula sa mga atomo ng silikon ay hindi gaanong binibigkas kaysa sa mga atomo ng carbon, dahil sa mas malaki. atom ng silikon.

Sinasabi ng oksihenasyon ng silikon:

• -4 : SiH 4 (silane), Ca 2 Si, Mg 2 Si (metal silicates);
• +4 - ang pinaka-matatag: SiO 2 (silicon oxide), H 2 SiO 3 (silicic acid), silicates at silicon halides;
• 0 : Si (simpleng sangkap)

Silicon bilang isang simpleng sangkap

Ang silikon ay isang madilim na kulay-abo na mala-kristal na substansiya na may metal na kinang. Mala-kristal na silikon ay isang semiconductor.

Ang Silicon ay bumubuo lamang ng isang allotropic modification, katulad ng brilyante, ngunit hindi kasing lakas, dahil ang Si-Si bond ay hindi kasing lakas ng sa brilyante na carbon molecule (Tingnan ang Diamond).

Amorphous na silikon- kayumanggi pulbos, punto ng pagkatunaw 1420°C.

Ang mala-kristal na silikon ay nakuha mula sa amorphous na silikon sa pamamagitan ng recrystallization nito. Hindi tulad ng amorphous na silikon, na medyo aktibo kemikal, ang mala-kristal na silikon ay mas hindi gumagalaw sa mga tuntunin ng pakikipag-ugnayan sa iba pang mga sangkap.

Ang istraktura ng kristal na sala-sala ng silikon ay inuulit ang istraktura ng brilyante - bawat atom ay napapalibutan ng apat na iba pang mga atomo na matatagpuan sa mga vertices ng tetrahedron. Ang mga atom ay nagbubuklod sa isa't isa na may mga covalent bond, na hindi kasing lakas ng mga carbon bond sa brilyante. Dahil dito, kahit sa n.o.s. ang ilan sa mga covalent bond sa crystalline na silikon ay nasira, bilang isang resulta kung saan ang ilan sa mga electron ay pinakawalan, dahil sa kung saan ang silikon ay may maliit na electrical conductivity. Habang pinainit ang silikon, sa liwanag o sa pagdaragdag ng ilang mga impurities, ang bilang ng mga nasirang covalent bond ay tumataas, bilang isang resulta kung saan ang bilang ng mga libreng electron ay tumataas, samakatuwid, ang electrical conductivity ng silikon ay tumataas din.

Mga kemikal na katangian ng silikon

Tulad ng carbon, ang silicon ay maaaring parehong reducing agent at oxidizing agent, depende sa kung aling sangkap ang tumutugon dito.

Sa n.o. Ang silikon ay nakikipag-ugnayan lamang sa fluorine, na ipinaliwanag ng medyo malakas na silikon na kristal na sala-sala.

Ang Silicon ay tumutugon sa chlorine at bromine sa temperatura na higit sa 400°C.

Ang Silicon ay nakikipag-ugnayan sa carbon at nitrogen lamang sa napakataas na temperatura.

• Sa mga reaksyon sa mga di-metal, gumaganap ang silikon bilang ahente ng pagbabawas:
  • sa ilalim ng normal na mga kondisyon, mula sa mga di-metal, ang silikon ay tumutugon lamang sa fluorine, na bumubuo ng silikon na halide:
    Si + 2F 2 = SiF 4
  • sa mataas na temperatura, ang silicon ay tumutugon sa chlorine (400°C), oxygen (600°C), nitrogen (1000°C), carbon (2000°C):
    • Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - silikon halide;
    • Si + O 2 \u003d SiO 2 - silikon oksido;
    • 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - silikon nitride;
    • Si + C \u003d SiC - carborundum (silicon carbide)
• Sa mga reaksyon sa mga metal, ang silikon ay ahente ng oxidizing(nabuo salicides:
  Si + 2Mg = Mg 2 Si
• Sa mga reaksyon na may puro solusyon ng alkalis, ang silikon ay tumutugon sa pagpapakawala ng hydrogen, na bumubuo ng natutunaw na mga asing-gamot ng silicic acid, na tinatawag na silicates:
  Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2
• Ang Silicon ay hindi tumutugon sa mga acid (maliban sa HF).

Pagkuha at paggamit ng silikon

Pagkuha ng silikon:

• sa laboratoryo - mula sa silica (aluminum therapy):
  3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
• sa industriya - sa pamamagitan ng pagbabawas ng silicon oxide na may coke (komersyal na purong silikon) sa mataas na temperatura:
  SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO
• ang pinakadalisay na silikon ay nakukuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng silicon tetrachloride na may hydrogen (zinc) sa mataas na temperatura:
  SiCl 4 + 2H 2 \u003d Si + 4HCl

Paglalapat ng silikon:

• paggawa ng mga semiconductor radioelement;
• bilang metalurhiko additives sa produksyon ng init-lumalaban at acid-lumalaban compounds;
• sa paggawa ng mga photocell para sa mga solar na baterya;
• bilang mga rectifier ng AC.

Ang Silicon ay isang kemikal na elemento ng pangkat IV ng Periodic Table of Elements D.I. Mendeleev. Binuksan noong 1811 nina J. Gay-Lusac at L. Ternard. Ang kanyang serial number 14, atomic mass 28.08, atomic volume 12.04 10 -6 m 3 / mol. Ang Silicon ay isang metalloid na kabilang sa carbon subgroup. Ang oxygen valency nito ay +2 at +4. Sa mga tuntunin ng kasaganaan sa kalikasan, ang silikon ay pangalawa lamang sa oxygen. Ang mass fraction nito sa crust ng lupa ay 27.6%. Ang crust ng lupa, ayon kay V.I. Vernadsky, higit sa 97% ay binubuo ng silica at silicates. Ang oxygen at organic na silicon compound ay matatagpuan din sa mga halaman at hayop.

Ang artipisyal na nakuha na silikon ay maaaring maging parehong amorphous at mala-kristal. Ang amorphous silicon ay isang kayumanggi, pinong dispersed, highly hygroscopic powder, ayon sa data ng X-ray diffraction, ito ay binubuo ng maliliit na silikon na kristal. Ito ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mataas na temperatura pagbabawas ng SiCl 4 na may sink singaw.

Ang mala-kristal na silikon ay may kulay-abo na bakal at metal na kinang. Ang density ng crystalline silicon sa 20°C ay 2.33 g/cm3, ng liquid silicon sa 1723-2.51, at sa 1903K ito ay 2.445 g/cm3. Ang punto ng pagkatunaw ng silikon ay 1690 K, ang punto ng kumukulo ay 3513 K. Alinsunod sa data, ang presyon ng singaw ng silikon sa T = 2500÷4000 K ay inilarawan ng equation lg p Si = -20130/ T + 7.736, kPa. Heat ng sublimation ng silicon 452610, natutunaw 49790, evaporation 385020 J/mol.

Ang mga silicone polycrystal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na tigas (sa 20 ° C HRC = 106). Gayunpaman, ang silikon ay masyadong malutong, samakatuwid ito ay may mataas na lakas ng compressive (σ СЖ В ≈690 MPa) at isang napakababang lakas ng tensile (σ В ≈ 16.7 MPa).

Sa temperatura ng silid, ang silikon ay hindi gumagalaw; ito ay tumutugon lamang sa fluorine, na bumubuo ng pabagu-bago ng isip 81P4. Sa mga acid, ito ay tumutugon lamang sa nitric acid na may halong hydrofluoric acid. Sa alkalis, gayunpaman, ang silikon ay madaling tumugon. Isa sa mga reaksyon niya sa alkalis

Si + NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2

ginamit upang makagawa ng hydrogen. Kasabay nito, ang silikon ay may kakayahang gumawa ng isang malaking bilang ng mga compound na malakas sa kemikal na may mga hindi metal. Sa mga compound na ito, kinakailangang tandaan ang mga halides (mula SiX 4 hanggang Si n X 2n + 2, kung saan ang X ay isang halogen, at n ≤ 25), ang kanilang mga mixed compound na SiCl 3 B, SiFCl 3, atbp., oxychlorides Si 2 OCl 3, Si 3 O 2 Cl 3 at iba pa, nitrides Si 3 N 4 , Si 2 N 3 , SiN at hydrides na may pangkalahatang formula na Si n H 2n + 2, at mula sa mga compound na nakatagpo sa produksyon ng ferroalloys, volatile sulfides SiS at SiS 2 at refractory carbide SiC.

Ang Silicon ay nagagawa ring bumuo ng mga compound na may mga metal - silicides, ang pinakamahalaga sa mga ito ay ang silicides ng iron, chromium, manganese, molybdenum, zirconium, pati na rin ang REM at ACH. Ang pag-aari ng silikon na ito - ang kakayahang makagawa ng napakalakas na kemikal na mga compound at solusyon na may mga metal - ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga low-carbon ferroalloys, gayundin sa pagbabawas ng low-boiling alkaline earth (Ca, Mg, Ba) at mahirap mabawi ang mga metal (Zr, Al, atbp.).

Ang mga haluang metal ng silikon na may bakal ay pinag-aralan ng P.V. Geld at ang kanyang paaralan, Espesyal na atensyon ay naka-address sa bahagi ng Fe-Si system na may kaugnayan sa mga haluang metal na may mataas na nilalaman nito. Ito ay dahil sa ang katunayan na, tulad ng makikita mula sa diagram ng Fe-Si (Larawan 1), ang isang bilang ng mga pagbabagong-anyo ay nangyayari sa mga haluang metal ng komposisyon na ito, na makabuluhang nakakaapekto sa kalidad ng ferrosilicon ng iba't ibang grado. Kaya, ang FeSi 2 disilicide ay matatag lamang sa mababang temperatura (< 918 или 968 °С, см. рисунок 1). При высоких температурах устойчива его высокотемпературная модификация - лебоит. Содержание кремния в этой фазе колеблется в пределах 53-56 %. В дальнейшем лебоит будем обозначать pormula ng kemikal Fe 2 Si 5 , na halos tumutugma sa pinakamataas na konsentrasyon ng silikon sa leboite.

Kapag pinalamig ang mga haluang metal na naglalaman ng > 55.5% Si, ito ay lumulubog sa T< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции

Fe 2 Si 5 → FeSi 2 + Si (2)

at mga haluang metal 33.86-50.07% Si at T< 1255 К - по перитектоидной реакции

Fe 2 Si 5 + FeSi = ZFeSi 2 (3)

Ang mga haluang metal ng intermediate na komposisyon (50.15-55.5% Si) ay unang sumasailalim sa peritectoid (3) sa 1255 K, at pagkatapos ay sa 1213 K - eutectoid (2) na mga pagbabago. Ang mga pagbabagong ito ng Fe 2 Si 5 ayon sa mga reaksyon (2) at (3) ay sinamahan ng mga pagbabago sa dami ng silicide. Ang ganitong pagbabago sa kurso ng reaksyon (2) ay lalong malaki - humigit-kumulang 14%; samakatuwid, ang mga haluang metal na naglalaman ng leboite ay nawawala ang kanilang pagpapatuloy, pumutok, at kahit na gumuho. Sa mabagal, equilibrium crystallization (tingnan ang Figure 1), ang leboite ay maaaring mamuo sa panahon ng crystallization ng parehong FS75 at FS45 alloys.

Gayunpaman, ang pag-crack na nauugnay sa eutectoid decomposition ng leboite ay isa lamang sa mga sanhi ng disintegrasyon. Ang pangalawang dahilan, tila ang pangunahing isa, ay ang pagbuo ng mga bitak sa kahabaan ng mga hangganan ng butil ay ginagawang posible para sa mga liquate na inilabas sa mga hangganan na ito - posporus, arsenic, aluminum sulfide at carbide, atbp. - upang tumugon sa kahalumigmigan ng hangin ayon sa mga reaksyon. , bilang isang resulta kung saan, sa H 2 , PH 3 , PH 4 , AsH 4, atbp. ay inilabas sa atmospera, at ang mga maluwag na oxide ng Al 2 O 3 , SiO 2 at iba pang mga compound ay bumubukas sa kanila sa mga bitak. Ang pagkalat ng mga haluang metal ay mapipigilan sa pamamagitan ng pagbabago sa mga ito ng magnesiyo, pagsasama ng mga additives ng mga elemento na nagpapadalisay sa butil (V, Ti, Zg, atbp.) o ginagawa itong mas ductile. Ang pagpino ng butil ay binabawasan ang konsentrasyon ng mga impurities at ang kanilang mga compound sa mga hangganan nito at nakakaapekto sa mga katangian ng mga haluang metal sa parehong paraan tulad ng pangkalahatang pagbaba sa konsentrasyon ng mga impurities (P, Al, Ca) sa haluang metal, na nag-aambag sa pagguho. Ang mga thermodynamic na katangian ng Fe-Si alloys (init ng paghahalo, aktibidad, carbon solubility) ay pinag-aralan nang detalyado, maaari silang matagpuan sa mga gawa. Ang impormasyon tungkol sa solubility ng carbon sa Fe-Si alloys ay ipinapakita sa Figure 2, tungkol sa aktibidad ng silicon - sa Table 1.

Figure 1. State diagram ng Fe-Si system

Ang physicochemical properties ng silicon oxygen compounds ay pinag-aralan ng P.V. Geld sa mga empleyado. Sa kabila ng kahalagahan ng Si-O system, hindi pa nabubuo ang diagram nito. Sa kasalukuyan, kilala ang dalawang oxygen compound ng silikon - silica SiO 2 at monoxide SiO. Mayroon ding mga indikasyon sa panitikan tungkol sa pagkakaroon ng iba pang mga compound ng oxygen ng silikon - Si 2 O 3 at Si 3 O 4 , gayunpaman, walang impormasyon tungkol sa kanilang mga kemikal at pisikal na katangian.

Sa kalikasan, ang silikon ay kinakatawan lamang ng silica SiO 2 . Iba ang silicon compound na ito:

1) mataas na tigas (sa Mohs scale 7) at refractoriness (T pl = 1996 K);

2) mataas na punto ng kumukulo (T KIP = 3532 K). Ang presyon ng singaw ng silica ay maaaring ilarawan ng mga equation (Pa):

3) edukasyon isang malaking bilang mga pagbabago:

Ang isang tampok ng allotropic transformations ng SiO 2 ay ang mga ito ay sinamahan ng mga makabuluhang pagbabago sa density at dami ng sangkap, na maaaring maging sanhi ng pag-crack at paggiling ng bato;

4) mataas na pagkahilig sa hypothermia. Samakatuwid, ito ay posible, bilang isang resulta ng mabilis na paglamig, upang ayusin ang istraktura ng parehong likidong matunaw (salamin) at mataas na temperatura na mga pagbabago ng β-cristobalite at tridymite. Sa kabaligtaran, sa mabilis na pag-init, ang kuwarts ay maaaring matunaw, na lumalampas sa mga istruktura ng tridymite at cristobalite. Ang punto ng pagkatunaw ng SiO 2 sa kasong ito ay bumababa ng humigit-kumulang 100 ° C;

5) mataas na electrical resistance. Halimbawa, sa 293 K ito ay 1 10 12 Ohm*m. Gayunpaman, sa pagtaas ng temperatura, bumababa ang electrical resistance ng SiO 2, at sa likidong estado, ang silica ay isang mahusay na konduktor;

6) mataas na lagkit. Kaya, sa 2073 K ang lagkit ay 1 10 4 Pa ​​​​s, at sa 2273 K ito ay 280 Pa s.

Ang huli, ayon sa N.V. Ang Solomin, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang SiO 2, tulad ng mga organikong polimer, ay nakakabuo ng mga kadena, na sa 2073 K ay binubuo ng 700, at sa 2273 K - ng 590 na mga molekula ng SiO 2;

7) mataas na thermal stability. Ang enerhiya ng Gibbs ng pagbuo ng SiO 2 mula sa mga elemento, na isinasaalang-alang ang kanilang estado ng pagsasama-sama, alinsunod sa data, ay inilarawan nang may mataas na katumpakan ng mga equation:

Ang mga datos na ito, gaya ng makikita sa Talahanayan 2, ay medyo naiiba sa datos ng mga may-akda. Ang dalawang-matagalang equation ay maaari ding gamitin para sa mga thermodynamic na kalkulasyon:

Ang Silicon monoxide SiO ay natuklasan noong 1895 ni Potter sa yugto ng gas ng mga electric furnace. Ito ngayon ay mapagkakatiwalaang itinatag na ang SiO ay umiiral din sa mga condensed phase. Ayon kay P.V. Ang geld oxide ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang density (2.15 g / cm 3), mataas na electrical resistance (10 5 -10 6 Ohm * m). Ang condensed oxide ay malutong, ang katigasan nito sa Mohs scale ay ∼ 5. Dahil sa mataas na pagkasumpungin nito, hindi matukoy sa eksperimentong paraan ang pagtunaw ng punto. Ayon kay O. Kubashevsky, ito ay 1875 K, ayon kay Berezhnoy, ito ay 1883 K. Ang init ng pagsasanib ng SiO ay ilang beses na mas mataas kaysa sa ΔH 0 SiO2, ayon sa data, ito ay 50242 J/mol. Tila, dahil sa pagkasumpungin, ito ay na-overestimated. Mayroon itong vitreous fracture, ang kulay nito ay nagbabago mula sa puti hanggang sa tsokolate, na marahil ay dahil sa oksihenasyon nito sa pamamagitan ng atmospheric oxygen. Ang isang sariwang bali ng SiO ay karaniwang may kulay na gisantes na may mamantika na ningning. Ang oksido ay thermodynamically stable lamang sa mataas na temperatura sa anyo ng SiO(G). Sa paglamig, ang oksido ay hindi katimbang ayon sa reaksyon

2SiO (G) \u003d SiO (L) + SiO 2 (6)

Ang kumukulong punto ng SiO ay maaaring halos tantiyahin mula sa equation:

Ang gaseous silicon oxide ay thermodynamically very stable. Ang enerhiya ng Gibbs ng pagbuo nito ay maaaring inilarawan ng mga equation (tingnan ang Talahanayan 2):

mula sa kung saan makikita na ang lakas ng kemikal ng SiO, tulad ng CO, ay tumataas sa pagtaas ng temperatura, na ginagawa itong isang mahusay na ahente ng pagbabawas para sa maraming mga sangkap.

Ang dalawang-matagalang equation ay maaari ding gamitin para sa thermodynamic analysis:

Ang komposisyon ng mga gas sa SiO 2 ay tinantya ng I.S. Kulikov. Depende sa temperatura, ang nilalaman ng SiO sa ibabaw ng SiO 2 ay inilarawan ng mga equation:

Ang Silicon carbide, tulad ng SiO, ay isa sa mga intermediate compound na nabuo sa panahon ng pagbawas ng SiO 2 . Ang karbid ay may mataas na punto ng pagkatunaw.

Depende sa presyon, ito ay lumalaban hanggang sa 3033-3103 K (Larawan 3). Sa mataas na temperatura, nag-sublimate ang silicon carbide. Gayunpaman, ang presyon ng singaw ng Si (G), Si 2 C (G), SiC 2 (G) sa ibabaw ng karbid sa T< 2800К невелико, что следует из уравнения

Ang karbida ay umiiral sa anyo ng dalawang pagbabago - kubiko mababang temperatura na β-SiC at hexagonal na mataas na temperatura na α-SiC. Sa ferroalloy furnaces, β-SiC lamang ang karaniwang matatagpuan. Tulad ng ipinakita ng mga kalkulasyon gamit ang data, ang enerhiya ng pagbuo ng Gibbs ay inilalarawan ng mga equation:

na kapansin-pansing naiiba sa datos. Ito ay sumusunod mula sa mga equation na ito na ang carbide ay thermally resistant hanggang sa 3194 K. Sa mga tuntunin ng mga pisikal na katangian, ang carbide ay nakikilala sa pamamagitan ng mataas na tigas (~ 10), mataas na electrical resistance (sa 1273 K p≈0.13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m ), tumaas na density (3.22 g /cm 3) at mataas na resistensya sa parehong pagbabawas at pag-oxidizing na mga atmospheres.

Sa hitsura, ang purong karbid ay walang kulay, may mga katangian ng semiconducting, na napanatili kahit na sa mataas na temperatura. Ang teknikal na silicon carbide ay naglalaman ng mga impurities at samakatuwid ay may kulay na berde o itim. Kaya, ang green carbide ay naglalaman ng 0.5-1.3% impurities (0.1-0.3% C, 0.2-1.2% Si + SiO 2, 0.05-0.20% Fe 2 O 3 , 0.01-0.08% Al 2 O 3, atbp.). Sa itim na karbid, ang nilalaman ng mga impurities ay mas mataas (1-2%).

Ginagamit ang carbon bilang pampababa sa paggawa ng mga haluang silikon. Ito rin ang pangunahing sangkap kung saan ginawa ang mga electrodes at lining ng mga electric furnace na nag-smelting ng silikon at mga haluang metal nito. Ang carbon ay medyo karaniwan sa kalikasan, ang nilalaman nito sa crust ng lupa ay 0.14%. Ito ay matatagpuan sa kalikasan bilang Malayang bansa, at sa anyo ng mga organic at inorganic na compound (pangunahin ang carbonates).

Ang carbon (graphite) ay may hexagonal cubic lattice. Ang x-ray density ng graphite ay 2.666 g/cm3, ang pycnometric density ay 2.253 g/cm3. Iba siya mataas na temperatura Ang pagkatunaw (~ 4000 ° C) at pagkulo (~ 4200 ° C), ang pagtaas sa pagtaas ng temperatura ng electrical resistance (sa 873 K p≈9.6 μΩ⋅m, sa 2273 K p≈ 15.0 μΩ⋅m), ay medyo matibay. Ang temporal resistance nito sa bigote ay maaaring 480-500 MPa. Gayunpaman, ang electrode graphite ay may σ sa = 3.4÷17.2 MPa. Ang tigas ng grapayt sa Mohs scale ay ~ 1.

Ang carbon ay isang mahusay na ahente ng pagbabawas. Ito ay dahil ang lakas ng isa sa mga compound ng oxygen nito (CO) ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ito ay makikita mula sa enerhiya ng Gibbs ng pagbuo nito, na, tulad ng ipinapakita ng aming mga kalkulasyon gamit ang data, ay mahusay na inilarawan bilang isang tatlong-term

at dalawang-matagalang equation:

Ang carbon dioxide CO 2 ay thermodynamically malakas lamang hanggang 1300 K. Ang Gibbs energy ng pagbuo ng CO 2 ay inilalarawan ng mga equation: