Какие свойства у кремния

Физические свойства
Кремний — элемент IV группы, атомный номер его 14, атомная масса 28,06. Число атомов в одном кубическом сантиметре 5*10в22.
Кристаллизуется кремний, подобно германию, в кубической решетке типа алмаза с постоянной а = 5,4198А, в узлах элементарной ячейки которой находится 8 атомов кремния с координационным числом 4. Минимальное расстояние между соседними атомами и постоянная решетки у кремния меньше, чем у германия. Поэтому и тетраэдрическая ковалентная связь в кремнии более прочна, чем обусловлена большая ширина запрещенной зоны кремния и более высокая его температура плавления, чем германия.
Кремний — темно-серое вещество с синеватым отливом. Вследствие высокой твердости, которая по Moocy равна 7, он очень хрупок; при ударе рассыпается, поэтому с трудом поддается обработке не только в холодном, но и в горячем состоянии.
Температура плавления кремния чистотой 99,9% Si определена равной 1413—1420° С. Кремний более высокой степени чистоты имеет температуру плавления 1480—1500° С.

Кремний. Химия – просто

Температура кипения кремния лежит в пределах 2400—2630° С. Плотность кремния при 25° С составляет 2,32—2,49 г/см3. При плавлении плотность кремния увеличивается, что объясняется перестройкой структуры ближнего порядка в направлении повышения координационного числа. Поэтому при охлаждении он увеличивается в объеме, а при плавлении — уменьшается. Уменьшение объема кремния при плавлении составляет 9—10%.
Теплопроводность кристаллического кремния при комнатной температуре равна 0,2—0,26кал/сек*см*град. Теплоемкость в пределах 20—100° C составляет 0,181 кал/г*град. Зависимость теплоемкости твердого кремния от 298° К до температуры плавления описывается уравнением

Ср = 5,70+1,02*10в-3Т—1,06*10в-5Т-2 кал/град*моль.

В жидком состоянии до температуры кипения величина теплоемкости составляет 7,4 кал/град*моль. Теплоемкость кремния чистотой >99,99% при температурах от 1200° С до температуры плавления равна 6,53 кал/град*моль, а от температуры плавления до 1500° С 6,12 кал/град*моль. Теплота плавления чистого кремния составляет 12095± 100 кал/г*атом.
Изменение упругости пара твердого кремния от 1200° К до температуры плавления выражается уравнением

Ig р мм рт. ст. = -18000/Т — 1,022 IgT + 12,83,

а для жидкого кремния
Ig р мм рт. ст. = -17100/Т — 1,022 Ig T + 12,31.

Упругость пара кремния при температуре плавления составляет ~10в-2 мм рт. ст.
Поверхностное натяжение расплавленного кремния, измеренное методом сидячей капли на подложках из ZrO2, TiO2 и MgO в атмосфере гелия при 1450° С, равно 730 дин/см.
Электрические свойства
Кремний по своим электрическим свойствам относится к типичным полупроводникам. С повышением температуры удельное электросопротивление кремния резко снижается. При плавлении он имеет электропроводность, свойственную жидким металлам.
При 300°К удельное электросопротивление кремния (р) зависит от содержания в нем примесей.
Кремний чистотой 98,5% имеет р = 0,8 ом*см, 99,97% —12,6 ом*см, спектрально-чистый кремний 30 ом*см. Наиболее чистые образцы кремния имеют р = 16 000 ом*см.
Ниже приведены некоторые теоретически рассчитанные электрические характеристики кремния, обладающего собственной проводимостью (при 300°С):

Наименьшая концентрация электрически активных примесей, достигнутая в настоящее время в результате глубокой очистки кремния, составляет 10в13 см-3.
Подвижность носителей тока в кремнии при высоких температурах определяется рассеянием на колебаниях решетки, а при низких — на ионах примеси.
Изменение подвижности электронов и дырок в кремнии в зависимости от температуры определяется следующими уравнениями:

μn = 1,2*10в8*Т-2 см2/в*сек;
μр = 2,9*10в9*T-2,7 см2/в*сек.

Заметное снижение подвижности электронов в кремнии при комнатной температуре наступает при концентрации носителей тока, отвечающей величине р = 1,0 ом*см, а подвижность дырок — при р = 10 ом*см.
Время жизни носителей заряда изменяется в кремнии в широких пределах: в среднем т = 200 мксек.
Для полупроводниковой техники большое значение имеют сплавы кремния с другими элементами, главным образом III и V групп. Эти элементы вводят в глубоко-очищенный кремний в небольших количествах для придания ему определенных электрических свойств.
Работа полупроводниковых приборов — диодов, триодов, фотоэлементов, термоэлементов основана на свойствах электронно-дырочных переходов, которые получают легированием кремния теми или иными элементами. Для создания в кремнии n-проводимости его легируют фосфором, мышьяком или сурьмой, а для получения р-проводимости чаще всего легируют бором. К числу наиболее важных донорных элементов принадлежат фосфор и мышьяк.
Кремний хорошо растворяется во многих расплавленных металлах, например в алюминии, олове, свинце, цинке. Растворимость металлов в твердом кремнии, как правило, очень мала.
В настоящее время известно более тридцати диаграмм состояния кремния с другими элементами. Co многими элементами кремний образует химические соединения, в частности с фосфором, мышьяком, бором, литием, марганцем, железом, кобальтом, никелем, кальцием, магнием, серой, селеном и др. С другими же элементами, например с алюминием, бериллием, оловом, галлием, индием, сурьмой и др. образует системы эвтектического типа.
Химические свойства
Кремний устойчив против окисления на воздухе до 900° С, однако при этой температуре водяной пар окисляет кремний, а при более высокой температуре водяной пар полностью разлагается кремнием.
При 1000° C и выше кремний сильно окисляется кислородом воздуха с образованием кремниевого ангидрида или кремнезема SiO2. С водородом кремний реагирует только при температуре дуги, образуя кремнийводородные соединения.
В присутствии азота при 1300° С кремний образует нитрид Si3N4. Это — белый тугоплавкий порошок, возгоняющийся около 2000° С.
С галоидами кремний легко взаимодействует, например с фтором — при комнатной температуре, с хлором — при 200—300° С, с бромом — при 450—500° С, а с йодом — при более высоких температурах, 700—750° С.
С фосфором, мышьяком и сурьмой кремний не реагирует вплоть до температуры их кипения; с углеродом и бором он вступает в соединение лишь при очень высоких температурах (-2000°С).
Кремний характеризуется стойкостью ко всем кислотам любой концентрации, в том числе к серной, соляной, азотной и плавиковой. Растворяется кремний только в смеси плавиковой и азотной кислот (HF+HNO3). Meнее интенсивно кремний растворяется в азотной кислоте, содержащей добавки перекиси водорода и брома.
В противоположность кислотам щелочные растворы хорошо растворяют кремний; при этом выделяется кислород и образуются соли кремниевой кислоты, например

Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2.

В присутствии перекиси водорода растворение кремния в щелочах ускоряется.
Для травления кремния применяют щелочные и кислые травители. Щелочные травители действуют сильнее, поэтому их применяют для удаления поверхностных загрязнений, слоев с нарушенной структурой в результате механической обработки и для выявления макродефектов. С этой целью кремний травят в кипящем водном растворе KOH или NaOH.
Для выявления дислокаций на монокристаллах кремния применяют кислые травители, например СР-4 с добавкой азотнокислой ртути.
Кремний образует химические соединения с валентностями 2 и 4. Соединения двухвалентного кремния мало устойчивы. С кислородом кремний образует два соединения: SiO — моноокись и SiO2 — двуокись кремния.
Моноокись кремния SiO в природе не встречается, но она легко образуется при восстановлении SiO2 углеродом при 1500° С:

SiO2 + C → SiO + CO,

или же при взаимодействии кремния с кварцем при 1350° С:
Si + SiO2 ⇔ 2SiO.

При высокой температуре равновесие этой реакции смещается вправо, так как моноокись кремния получается в газообразном состоянии. При нагревании до 1700° С моноокись кремния полностью возгоняется, а при более высоких температурах диспропорционирует на Si и SiO2.
Моноокись кремния SiO — порошок темно-желтого цвета с плотностью 2,13; ток не проводит даже при высоких температурах, поэтому применяется как изоляционный материал.
Очень важным химическим соединением кремния является его двуокись (кварц). Это соединение очень устойчиво, образование его сопровождается большим выделением тепла:

Si + O2 = SiO2 + 203 ккал.

Кварц — бесцветное вещество с температурой плавления ~1713°С и температурой кипения 2590° С.
При охлаждении расплавленного кварца образуется прозрачное кварцевое стекло, которое служит одним из важнейших материалов для изготовления аппаратуры, применяемой в технологии производства кремния и других полупроводниковых материалов.
При нагревании SiO2 с углем при 2000—2200° С образуется карбид кремния SiC, обладающий полупроводниковыми свойствами.
Кремний образует довольно прочные соединения с галоидами, физико-химические свойства этих соединений приведены в табл. 57.

Галоидные соединения кремния SiF4, SiCl4, SiBr4 и SiI3 могут быть получены простым синтезом из элементов или при взаимодействии SiO2 с галоидом в присутствии углерода:

Si + 2Cl2 → SiCl4,
SiO2 + 2Cl2 + C → SiCl4 + CO2,
Si + 2I2 → SiI4,
SiO2 + 2Br2 + C → SiBr4 + CO2.

Галоидно-силановые соединения кремния образуются в реакциях гидрохлорирования или гидробромирования кремния:

Si + 3HCl → SiHCl3 + H2,
Si + 3HBr → SiHBr3 + H2,

которые протекают при сравнительно низких температурах, около 300° С.
Тетрахлорид кремния SiCl4 представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, сильно дымящую на воздухе вследствие гидролиза и образования хлороводорода. Водой разлагается с образованием силикагеля:

SiCli + 4H2O → 4HCl + Si(OH)4.

Тетрайодид кремния SiI4 — бесцветное кристаллическое вещество. При нагревании на воздухе пары тетрайодида легко воспламеняются.
Трихлорсилан SiHCl3 — это горючая жидкость с очень высокой упругостью пара при комнатной температуре. Поэтому трихлорсилан обычно хранят в герметичных стальных емкостях, способных выдерживать высокое давление.
Кремний может замещать углерод в органических соединениях, образуя при этом кремнийводородные соединения — силаны. По своим свойствам силаны аналогичны углеводородам. Некоторые свойства силанов приведены в табл. 58.

Соединения этого типа в лабораторных условиях могут быть получены, например, растворением силицида магния в крепкой соляной кислоте:

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.

Эта реакция протекает сложно. Наряду с моносила-ном могут образовываться различные полисиланы и выделяться водород.
Все силаны легко окисляются на воздухе. Реакционная способность их возрастает с увеличением молекулярной массы. Весьма опасно попадание в сосуды с силаном воздуха.
Моносилан SiH4 — это бесцветный газ, достаточно устойчивый при отсутствии воздуха и влаги. С воздухом моносилан образует взрывчатую смесь; может окисляться со вспышкой даже при -180° С.
Моносилан характеризуется большей термической стойкостью по сравнению с полисиланами. При нагревании выше 400° С моносилан разлагается на элементы, выделяя аморфный кремний:

SiH4 → Si + 2H2.

Эта реакция используется при получении кремния си-лановым методом. Силаны быстро и полно разлагаются водой с образованием SiO2:

SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2,
Si3H8 + 6H2O = 3SiO2 + 10H2.

Также быстро и до конца разлагаются силаны водными растворами щелочей:
SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2.

Устойчивость силанов резко увеличивается при введении в их молекулы галоидов, замещающих атомы водорода. В ряду замещенных силанов наибольший интерес представляет трихлорсилан SiHCl3, при восстановлении которого получают чистый кремний.
Применение кремния
Кремний как полупроводник известен раньше германия. Однако трудность получения кремния в чистейшем виде задерживала использование его в технике.
В последнее время разработаны и освоены эффективные методы очистки кремния до высокой степени чистоты, поэтому кремний находит все более широкое применение в полупроводниковых приборах. Так, из кремния изготавливают выпрямители тока (диоды), усилители радиоволн (триоды). В этом случае для мощных усилителей изготавливают кремниевые электроды с большими поверхностями, разделяющими электронную и дырочную части полупроводника.
Кремний служит хорошим материалом и для фотоэлектрических преобразователей. Поэтому для создания солнечных батарей применяют кремниевые фотоэлементы, предназначенные для непосредственного превращения солнечной энергии в электрическую. Кремниевые фотопреобразователи лучше других подходят по своей спектральной чувствительности для использования солнечного света.
Кремний обладает рядом преимуществ перед германием: имеет большую величину запрещенной зоны, которая обеспечивает наибольшую выходную электрическую мощность; кремниевые приборы могут работать при более высоких температурах (если рабочая температура германиевых приборов не превышает 60—80° С, то кремниевые диоды могут работать при 200° С).
Соединения кремния также находят применение в приборах. Например, карбид кремния применяется для изготовления туннельных диодов (нелинейные сопротивления) и др.

• Получение монокристаллов германия с равномерными свойствами методом горизонтального зонного выравнивания
• Получение монокристаллов германия с равномерными электрофизическими свойствами вытягиванием из расплава
• Получение монокристаллов германия
• Получение поликристаллического германия высокой чистоты
• Получение чистого поликристаллического германия
• Получение чистейшей двуокиси германия
• Применение германия
• Некоторые физико-химические свойства германия и его соединений
• Очистка бора кристаллизационными способами
• Получение элементарного бора

Источник: metal-archive.ru

Кремний: важный компонент сказочной «живой» воды

Кремний (Si, Silicium) – вещество, которое успевает везде: и обмен веществ в организме наладить, и в строительстве костей поучаствовать, и сосуды в порядок привести, и о коже с волосами позаботиться. Получается, без него никуда?

Хотя это и не удивительно, ведь кремний – самый часто встречающийся на нашей планете химический элемент, после кислорода, конечно. А еще наш организм на 4,7% состоит из этого ценного минерала. Но даже когда люди не располагали такими энциклопедическими сведениями, они вовсю использовали его.

Только представьте: наши далекие предки в век палеолита делали из кремния орудия труда и оружие для охоты, выжигали с его помощью искры для костра.

Чуть позже люди смекнули, что с помощью этого минерала можно быстро заживлять раны и стали готовить из него целебный порошок, предупреждающий развитие гангрены, а затем начали использовать кремниевые жернова для приготовления муки из цельных зерен.

Как открыли кремний?

В природе кремний входит в состав кварца, горного хрусталя, оникса, топаза в виде оксида кремния. Люди долгое время использовали его в этих ценных минералах, но не могли получить в виде чистого вещества.

Это удалось сделать лишь в 20-е годы XIX века французскому химику Анри Сент-Клер Девилю, который выделил данный микроэлемент в свободном виде с помощью калия, изучая плавиковую кислоту.

Это открытие позволило использовать минерал во многих сферах нашей жизни – в ювелирном и строительном производстве, в фармакологии и косметологии.

Однако нас с вами интересуют, в первую очередь, растительные источники кремния, ведь мы хотим добывать питательные вещества не из аптеки и не из баночек с кремом, а естественным путем – через пищу.

Продукты, в которых содержится кремний

Хорошая новость заключается в том, что этот минерал содержится практически во всех продуктах растительного происхождения, а потому вегетарианцы и сыроеды могут облегченно вздохнуть, но расслабляться все же не стоит. Нам еще нужно выяснить, какие продукты содержат кремний в наибольших количествах и каким образом мы можем сохранить это ценное вещество в своем рационе.

Итак, продукты, богатые кремнием: ячмень, гречка, овес, рис, просо, пшеница. Причем речь здесь идет именно о цельных зернах, не лишенных полезной оболочки, ведь именно в ней сконцентрирован данный минерал.

Вот почему рафинированные крупы и мука лишают нас целого комплекса питательных веществ, в том числе и этого. К тому же, они поставляют в организм вредные химические вещества, которые участвуют в процессе рафинации.

Если уж вы жить не можете без булочек из белой муки (хотя я в это не верю, всегда можно найти полезную альтернативу!), добавляйте в свой рацион хотя бы отруби – это те самые отделенные от зерен оболочки. Отруби не только являются источником клетчатки, но и действуют в организме как сорбент, то есть, захватывают все ненужное и выводят это из него.

В 100 г ячменя содержится 600 мг интересующего нас минерала, в гречке – 120 мг (причем это данные о жареной крупе, я уверена, что в зеленой их гораздо больше!), в пшенице – 48 мг, а в овсе – 43 мг. Наверняка вы знаете, как повысить ценность и усвояемость злаков. Правильно – их нужно прорастить!

Бобовые продукты, содержащие природный кремний – фасоль, молодой горошек, чечевица. Из овощей можно выделить картофель в мундире, свеклу, паприку, сельдерей, лук-порей, помидоры, редис, топинамбур, а из фруктов – абрикосы, яблоки, бананы. Ягоды, в которых он есть – вишня, слива, клубника.

Обращаю ваше внимание на то, что перечисленные продукты лучше тоже есть с кожурой, если это возможно, ведь кремний содержится именно в ней.

Вы также можете добыть данное вещество из свежей зелени петрушки, укропа, крапивы, хвоща, медуницы. Сырые семена подсолнечника, купленные неочищенными, также могут стать хорошим источником этого минерала.

Однако найти кремний в еде – это еще полдела. Важно съесть все эти полезные продукты так, чтобы он усвоился.

Что влияет на усвоение кремния в питании?

Следует помнить о том, что это вещество наилучшим образом усваивается в присутствии магния, кальция, калия, марганца.

А теперь внимание! Если вы еще употребляете в пищу мясо, то знайте, что оно препятствует усвоению кремния. Кроме того, морепродукты, в которых он вроде бы содержится, также не могут быть его поставщиком. Белки животного происхождения мешают данному минералу всасываться.

Если вам приходится, к тому же, пить хлорированную воду или готовить на ней, а также употреблять в пищу некачественную молочную продукцию с радионуклидами, то вряд ли кремний нормально у вас усваивается. Перечисленные факторы также негативно влияют на этот процесс.

Как получать этот минерал из пищи? — разнообразить свой рацион его растительными источниками, употреблять настои перечисленных выше трав. А еще можно пить кремниевую воду.

«Живая» кремниевая вода

В далекие безводопроводные времена люди использовали этот природный элемент, чтобы очистить воду от примесей. С этой целью они выкладывали стены и днища колодцев кремнием – вода в таком источнике становилась чистой и вкусной.

Воспользуемся рецептом наших предков? Предлагаю вам приготовить с помощью кремния «живую» структурированную воду. Думаю, уже ни для кого не является секретом, что вода несет в себе информацию, и что, если правильно позаботиться о ней, она может значительно улучшить наше здоровье.

О полезных свойствах данного минерала я подробно расскажу вам чуть ниже, а сейчас поделюсь простым рецептом приготовления полезной кремниевой воды.

Собственно, и рецепта особого нет – нужно просто раздобыть природный кремний в виде мелких коричневых (не черных!) камешков и класть их в очищенную воду, налитую в стеклянную емкость. Вы можете приобрести минерал для этих целей в специализированных экомагазинах или даже в аптеках.

«Готовится» живая вода примерно 3-4 дня при условии, что она не стояла на солнце и не подвергалась термической обработке.

Если вы хотите ускорить процесс очищения организма и исцеления, тогда лучше подержать камешки в воде подольше – до недели.

Перед употреблением перелейте полученную жидкость в другую емкость, оставив примерно 3-4 ее сантиметра в прежнем сосуде. Делайте это очень медленно, чтобы не допустить смешивания осадка и чистой воды. Для подстраховки можно использовать марлю, сложенную в несколько слоев, чтобы частицы загрязнений не попали в вашу “живую” воду.

И еще обращаю ваше внимание на то, что камешки нужно хорошенько промывать проточной водой и чистить от загрязнений перед каждым новым использованием.

Регулярное употребление кремниевой «живой» воды помогает организму справляться с патогенными микроорганизмами – грибками, бактериями, вирусами.

Согласно исследованиям, вода, настоянная на кремнии, по свойствам схожа с талой водой, а по структуре напоминает плазму нашей крови.

Я призываю вас не фанатеть и не злоупотреблять количеством пусть даже такой полезной жидкости. Начните с малых доз и постепенно доведите объем кремниевой воды до двух стаканов в день – один утром и один вечером. Кипятить и нагревать кремниевую воду нельзя!

Ярко выраженных противопоказаний такое природное лечение не имеет, но кремний имеет высокую биологическую активность, а потому воду с его участием следует принимать осторожно в том случае, если есть серьезные проблемы в организме – хронические заболевания, опухоли, тромбозы, обострения болезней.

Оксид кремния: формула и кристаллическая решётка

Для кремния свойственна переменная валентность, из-за чего могут образовываться сразу 2 оксида — диоксид и монооксид. Эти элементы отличаются не только физическими, но и химическими свойствами, благодаря чему они получили спрос в строительной промышленности, а также в сфере производства медикаментозных средств и продуктов питания. Общую формулу оксида кремния изучают на уроках химии в 9 классе.

Оглавление:

• Краткое описание
• Способы получения
• Химические свойства
• Физические характеристики
• Силикаты и их значение
• Сферы применения

Краткое описание

В природе диоксид кремния встречается в виде кварцевого песка. На основе этого материала образуются кристаллы яшмы, агатов, аметистов, топазов, горного хрусталя и халцедонов. На дне океанов и морей, где нет доступа для О2 и всегда сохраняется высокое давление, двуокись кремния образуется благодаря микроорганизмам и остаткам водорослей.

Это кристаллическое вещество доступно для синтезирования. Общая формула оксида кремния (IV) — SiO2. В земных породах он представлен в виде бесцветных кристаллов, которые относятся к кислотным оксидам.

Основные химические и физические свойства SiO2 повлияли на то, что этот элемент начали использовать в качестве пищевой добавки Е551. Кремний помогает предотвратить слёживание сыпучих продуктов. SiO2 отличается своей тугоплавкостью. Температура плавления этого вещества находится в пределах +1600 °C. Элемент нерастворим в Н2О.

В промышленности большой спрос получили напыления из диоксида кремния, которые обладают диэлектрическими свойствами. Кристаллическая решётка может принимать несколько полиморфных состояний под воздействием высокой температуры и давления. Распространённым аморфным диоксидом является кварцевое стекло.

Способы получения

Диоксид кремния можно получить не только из природных ресурсов, но и благодаря синтезированию. В лабораторных условиях доступно 2 способа: безводный и водный. В последнем случае применяются следующие технологии:

1. Коагуляция в среде электролита.
2. Гидролиз соединений кремния.
3. Растворение силикатов в соляной или серной кислоте. В итоге получается гидрат, который подвергают дальнейшему синтезированию.

Химическая реакция гидролиза зависит от того, какой гидроксид натрия взаимодействует с хлористым кремнием, например, SiCl4 + 4NaOH = SiO2 + 4NaCl + 2H2O. Выполнить гидролиз можно в аммиачных/водных растворах или газовой среде. В этом случае используется этанол или органика. К безводным способам получения оксида кремния относятся:

1. Окисление кремнезёма при помощи сложных эфиров.
2. Постепенное расплавление и дальнейшее размалывание вещества в мелкодисперсную массу.
3. В среде водорода и кислорода можно сжечь кремниевые соединения.

Диоксид кремния получил огромный спрос в разных сферах современной промышленности, поскольку отличается доступностью и долговечностью.

Химические свойства

Диоксид кремния обладает немолекулярным принципом строения. Кристаллическая решётка образуется благодаря атомам SiO2 и О2. Они связаны между собой ковалентным способом. Кремнозем можно получить в лабораторных условиях, предварительно нагрев SiO2 до отметки +500 °C. Дополнительно должен присутствовать кислород.

Эту химическую реакцию можно изобразить следующим образом: Si + O2 → SiO2.

В результате воздействия кислот на растворимые силикаты образуется диоксид силициума. Образующаяся кремниевая кислота распадается на SiO2 и Н2О, например:

• Na2SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2SiO3↓;
• H2SiO3 → H2O + SiO2.

При комнатной температуре и небольшом давлении SiO2 реагирует исключительно с плавиковой кислотой.

В результате нагревания кремний может вступать в реакцию с основными оксидами и щелочами. Кремнозем не реагирует на Н2О. Среди ключевых химических свойств диоксида кремния можно выделить:

1. SiO2 взаимодействует с углеродом и водородом. В результате этой химической реакции образуются карборунда и кремний: SiO2 + 2Н2 → Si + 2H2O, SiO2 + 3С → SiC + 2CO (Si2O3).
2. Диоксид кремния реагирует с активными металлами. Химическая реакция возможна только после достижения отметки +1000 °C. В случае избытка металла образуются силициды. Изобразить химическую реакцию можно следующим образом: SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO, SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO.
3. SiO2 реагирует с газом и плавиковой кислотой, но только при нормальных условиях. Формулы: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O, SiO2 + 6HF → H2[SiF6] + 2H2O.
4. С оксидами химическая реакция возможна только при условии воздействия высоких температур: SiO2 + MgO → MgSiO3.
5. Если задействовать щёлочи, тогда в итоге можно будет получить силикаты: SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + 2H2O.
6. Под воздействием высоких температур SiO2 реагирует с карбонатами щелочных металлов: SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2.

Химические свойства кремния повлияли на то, что это вещество активно применяется практически во всех отраслях современной промышленности.

Физические характеристики

SiO2 имеет порядковый номер 14, находится в таблице Менделеева в IV группе 3 периода. При определённых условиях возможно образование двух оксидов кремния:

1. Диоксид. Это высший оксид с четырехвалентным Si.
2. Монооксид. В этом случае Si двухвалентный.

По внешнему виду оксид кремния представляет собой прозрачные кристаллы. Плотность этого вещества составляет 2,648 г/ см³. Плавиться оксид кремния начинает при температуре +1600 °C, а кипит при +2230 °C.

В различных отраслях промышленности SiO2 активно используется благодаря тому, что он прочный и твёрдый. В природных условиях это вещество представлено в виде кварца или песка. Небольшое количество SiO2 содержится в стенках диатомовых водорослей. Вещество отличается наличием различных полиморфных модификаций, но чаще всего можно встретить:

1. Кристаллы. К этой категории относятся кварц и основные его разновидности (горный хрусталь, яшма, халцедон, кремень).
2. SiO2 встречается в виде природного минерала опала, его состав можно описать следующей химической формулой: SiO2 • nH2O. Искусственный безводный аморфный кремнезём — силикагель, для изготовления которого используется метасиликат натрия.

SiO2 представляет собой кислотный окисел. Именно от этого факта зависят многие химические свойства вещества, а также специфичность его использования в промышленных целях.

Силикаты и их значение

Соли кремниевой кислоты (nSiO2·mH2O) чаще всего не растворяются в Н2О. В категорию исключений входят только силикаты калия и натрия, которые принято называть жидким стеклом. Для nSiO2·mH2O свойственны все характеристики средних солей. Силикаты взаимодействуют с кислотами, из-за чего в итоге получаются нерастворимые кремниевые кислоты, например, Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3.

Аналогичным образом действует угольная кислота. Изобразить химическую реакцию можно так: Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3↓.

Силикаты часто встречаются в природе. Их свойства могут существенно различаться, так как всё зависит от состава и принципа строения. Чаще всего силикаты имеют красивый цвет, благодаря чему они получили большой спрос в ювелирной промышленности (изумруд, гранат, топаз).

Знакомое всем стекло тоже относится к силикатам. Его состав можно показать следующей формулой: Na2O*CaO*6SiO2. Прочное и долговечное стекло получают после того, как смесь из известняка, белого песка и соды прошла через сплавление в специальной печи: 6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 = Na2O * CaO*6SiO2 + 2CO2. При помощи различных добавок можно получить более интересные разновидности и оттенки стекла: Со2+ (синий цвет), Pb2+ (хрусталь), Ск3+ (зелёный цвет).

Сферы применения

Оксид кремния может обладать разными полиморфными состояниями, благодаря чему получил огромный спрос в различных областях. Чаще всего он используется в следующих сферах:

• микроэлектроника и радиотехника;
• авиастроение;
• производство косметических средств;
• серийное изготовление строительных материалов;
• пищевая промышленность;
• медицинская отрасль;
• производство прочной резины;
• изготовление высококачественного сантехнического оборудования;
• текстильная промышленность;
• изготовление различных ювелирных изделий.

Кварцевый песок получил большой спрос в строительстве, так как его используют для производства бетона, железобетонных изделий, цемента. Без этого материала не обходится изготовление огнеупорных товаров и диэлектриков. Кварцевый песок используется для производства керамики и стекла.

В косметологии активно применяются хроматографы, а также специальные устройства для очищения кожных покровов ультразвуковыми волнами.

На основе SiO2 изготавливаются интегральные микросхемы, различные электронные детали и оптическое волокно, которое обеспечивает стабильную работу этих аппаратов.

Проведённые лабораторные исследования показали, что диоксид кремния абсолютно безопасен для организма человека. SiO2 не проникает в кровоток через слизистую оболочку органов пищеварительного тракта, выводится естественным путём. Но чрезмерное употребление продуктов, в которых содержится пищевая добавка Е551, чревато существенным ухудшением работы ЖКТ.

Во Франции были проведены исследования, которые показали, что умеренное применение препаратов с SiO2 помогает на 10% снизить вероятность развития болезни Альцгеймера. Если в составе препарата указано название оксида, тогда принимать его можно только после предварительной консультации с врачом. В этом случае можно будет снизить риск негативного воздействия на организм.

Источник: www.prostudenta.ru