Химические свойства: электронная конфигурация: 1s22s22p63s23p2. Кремний – неметалл. На внешнем энергетическом уровне кремний имеет 4 электрона, что обуславливает его степени окисления: +4, -4, -2. Валентность – 2, 4. Аморфный кремний обладает большей реакционной способностью, чем кристаллический. При обычных условиях он взаимодействует со фтором: Si + 2F2 = SiF4. При 1000 °C Si реагирует с неметаллами: с CL2, N2, C, S.
Из кислот кремний взаимодействует только со смесью азотной и плавиковой кислот:
Химические свойства кремния и его соединений.
По отношению к металлам ведет себя по-разному: в расплавленных Zn, Al, Sn, Pb он хорошо растворяется, но не реагирует с ними; с другими расплавами металлов – с Mg, Cu, Fe кремний взаимодействует с образованием силицидов: Si + 2Mg = Mg2Si. Кремний горит в кислороде: Si + O2 = SiO2 (песок).
Диоксид кремния или кремнезем – стойкое соединение Si, широко распространен в природе. Реагирует со сплавлением его с щелочами, основными оксидами, образуя соли кремниевой кислоты – силикаты. Получение: в промышленности кремний в чистом виде получают восстановлением диоксида кремния коксом в электропечах: SiO2 + 2С = Si + 2СO?.
В лаборатории кремний получают прокаливанием с магнием или алюминием белого песка:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO2 + 4Al = Al2О3 + 3Si.
Кремний образует кислоты: Н2SiO3 – мета-кремниевая кислота; Н2Si2O5 – двуметакремниевая кислота.
Нахождение в природе: минерал кварц – SiO2. Кристаллы кварца имеют форму шестигранной призмы, бесцветные и прозрачные, называются горным хрусталем. Аметист – горный хрусталь, окрашенный примесями в лиловый цвет; дымчатый топаз окрашен в буроватый цвет; агат и яшма – кристаллические разновидности кварца. Аморфный кремнезем менее распространен и существует в виде минерала опала – SiO2 nН2О. Диатомит, трепел или кизельгур (инфузорная земля) – землистые формы аморфного кремния.
42. Понятие коллоидных растворов
Коллоидные растворы – высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы. По размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами, суспензиями и эмульсиями. У коллоидных частиц молекулярный или ионный состав.
Существуют три типа внутренней структуры первичных частиц.
1. Суспензоиды (или необратимые коллоиды) – гетерогенные системы, свойства которых можно определить развитой межфазовой поверхностью. По сравнению с суспензиями более высокодисперсные. Не могут долго существовать без стабилизатора дисперсности. Их называют необратимыми коллоидами из-за того, что их осадки после выпаривания вновь не образуют золей.
Кремний. Химия – просто
Их концентрация мала – 0,1 %. От вязкости дисперсной среды отличаются незначительно.
Суспензоиды можно получить:
1) методами диспергирования (измельчение крупных тел);
2) методами конденсации (получение нерастворимых соединений при помощи реакций обмена, гидролиза и т. п.).
Самопроизвольное уменьшение дисперсности у суспензоидов зависит от свободной поверхностной энергии. Чтобы получить длительно сохраняющуюся суспензию, необходимы условия для ее стабилизации.
Устойчивые дисперсные системы:
1) дисперсионная среда;
2) дисперсная фаза;
3) стабилизатор дисперсной системы.
Стабилизатор может быть ионный, молекулярный, но чаще всего – высокомолекулярный.
Защитные коллоиды – высокомолекулярные соединения, которые добавляют для стабилизации (белки, пептиды, поливиниловый спирт и др.).
2. Ассоциативные (или мицеллярные коллоиды) – полуколлоиды, возникающие при достаточной концентрации молекул, состоящих из углеводородных радикалов (дифильные молекулы) низкомолекулярных веществ при ассоциации их в агрегаты молекул (мицеллы). Мицеллы образуются в водных растворах моющих средств (мыл), органических красителей.
3. Молекулярные коллоиды (обратимые или лиофильные коллоиды) – природные и синтетические высокомолекулярные вещества с большим молекулярным весом. Молекулы их имеют размер коллоидных частиц (макромолекулы).
Разбавленные растворы коллоидов высокомолекулярных соединений – гомогенные растворы. При сильном разбавлении эти растворы подчиняются законам разбавленных растворов.
Неполярные макромолекулы растворяются в углеводородах, полярные – в полярных растворителях.
Обратимые коллоиды – вещества, сухой остаток которых при добавлении новой порции растворителя вновь переходит в раствор.
Источник: studfile.net
Кремний (Si)
Кремний — самый распространенный электроположительный элемент на Земле. Это полуметалл с характерным металлическим блеском, очень хрупкий. Обычно четырехвалентен в своих соединениях, хотя иногда бывает двухвалентным. Кроме того, известны соединения пятивалентного и шестивалентного кремния.
Кремний занимает 27,72% твердой коры Земли. Следующий элемент после кремния, алюминий составляет 8,13% твердой земной коры.
Природный кремний содержит 92,2% изотопа Si-28, 4,7% Si-29 и 3,1% Si-30. Помимо этих постоянных природных изотопов известны различные искусственные радиоактивные изотопы. Элементный кремний имеет физические свойства полуметаллов, аналогичные свойствам германия и элементов 4-й основной группы. Кремний — полупроводник в чистом виде, хотя интенсивность полупроницаемости значительно увеличивается при добавлении небольших количеств примесей. По своим химическим свойствам похож на металлы.
Кремний почти такой же электроположительный, как олово, и гораздо более положительный, чем германий или свинец. В соответствии с этими металлическими свойствами он образует четырехкратные положительные ионы и различные ковалентные связи. Он появляется как отрицательный ион только в некоторых силицидах и как положительный компонент оксидных кислот или сложных анионов. Образует различные гидриды, галогениды (многие из которых содержат кремниевые соединения) и многие соединения, содержащие кислород, который может иметь ионный или ковалентный характер.
Кремний содержится во многих формах диоксида и в бесчисленных вариациях природных соединений кремнезема.
Применение
Элементарный неочищенный кремний и его полупроводниковые соединения добавляются в сплавы, чтобы сделать металлы, такие как алюминий, магний, медь и другие металлы, более стойкими.
Металлургический кремний чистотой 98-99% используется в качестве сырья для производства кремнийорганических и силиконовых смол и масел. В интегральных схемах используются кремниевые чипы. Фотоэлементы для прямого преобразования солнечной энергии используют тонкие пластинки простых кристаллов кремния.
Диоксид кремния используется в качестве сырья для производства элементарного кремния и карбида кремния. Большие кристаллы кремния используются для изготовления пьезоэлектрических стекол. Из расплавленного кварцевого песка получают силиконовые стекла, которые используются в лабораториях и на химических предприятиях, а также для электроизоляции. Коллоидная дисперсия кремния в воде используется в качестве покрывающего агента и как компонент для некоторых эмалей.
В строительной отрасли используются соединения кремния в виде песка и цемента, силиката кальция. Производство стекла и фарфора также основано на песке. Кремний используется в качестве сырья в сталелитейной, химической и электронной промышленности, где он обрабатывается при высоких температурах.
Промышленно важными соединениями кремния являются также силиконы, резина или подобные смолам вещества, которые известны своими водоотталкивающими свойствами и устойчивостью к процессам окисления и химическим воздействиям. Они используются в качестве смазочных материалов при высоких температурах, в качестве уплотнений вокруг окон, крыш или труб, в резиновых шлангах и пластмассовых деталях, например, в автомобильных двигателях, а также в виде силиконовых масел в косметике и средствах по уходу за волосами или для пропитки текстиля.
Карбид кремния почти такой же твердый, как алмаз, используется в качестве абразива. Кристаллы кварца, как природного, так и искусственного происхождения, обладают свойством вибрировать с очень точными частотами при воздействии электрического тока. Это свойство полезно для часов, радио и телевизоров. Жидкое стекло (силикат натрия) используется в чистящих средствах, клеях и отбеливателях для текстильных изделий.
Цеолиты, силиконы, которые используются в качестве регуляторов пенообразования в моющих средствах, напрямую влияют на качество воды. Другие соединения кремния могут действовать как адсорбенты.
Воздействие кремния на здоровье
Элементарный кремний — инертный материал, который может вызывать фиброз легких. Однако сообщалось только о незначительных повреждениях легких лабораторных животных от интратрахеальных инъекций кремниевой пыли. Кремниевая пыль оказывает очень незначительное неблагоприятное воздействие на функцию легких и не вызывает каких-либо серьезных органических заболеваний или токсических эффектов, если уровень воздействия ниже предельных значений.
Кристаллический кремний (диоксид кремния) представляет большую опасность для органов дыхания, однако вероятность повреждения во время производства и нормальной обработки кристаллического кремния очень мала. Пыль с кристаллами кремния при контакте раздражает кожу и глаза. Вдыхание вызывает воспаление легких и слизистых оболочек. Воспаление глаз проявляется слезотечением и покраснением. Покраснение, зуд и сыпь являются симптомами воспаления кожи.
Рак легких напрямую связан с воздействием кристаллов кварца. Причинно-следственная связь была доказана исследованиями горняков, рабочих, работающих на диатомовых землях, рабочих по обработке гранита, рабочих обжига кирпича и других. Некоторые эпидемиологические исследования статистически сообщают о значительном увеличении числа смертей или случаев иммунологических расстройств и аутоиммунных заболеваний у рабочих, подвергшихся воздействию кремния. Эти заболевания и расстройства включают склеродермию, ревматоидный артрит, красную волчанку и саркоидоз.
Кристаллический кремний может атаковать иммунную систему и привести к микробным или грибковым инфекциям (туберкулезу), особенно у рабочих с силикозом. Профессиональное воздействие вдыхаемого кристаллического силикона, среди прочего, является причиной бронхита, хронических стрессовых заболеваний легких и эмфиземы. Некоторые эпидемиологические исследования показывают, что эти последствия для здоровья могут быть менее распространены или отсутствовать у некурящих людей.
Воздействие кремния на окружающую среду
Кремний или его соединения не наносят вред окружающей среде.
Кремний и вода
После кислорода кремний является вторым по распространенности элементом на Земле. В огромных количествах он содержится в различных минералах, а также в виде кремнезема в Мировом океане и во всех других водоемах.
Верхние слои воды океанов содержат около 30 частей кремния на миллион, тогда как более глубокие слои морской воды содержат около 2 частей. В растворенном виде кремний обычно присутствует в виде ортокремниевой кислоты (H4SiO4 или Si(OH)4). Это соединение является результатом медленного растворения силикатов в воде.
Огромное количество частиц кремнезема (оксида кремния) переносится в моря и океаны через реки. Вероятно, менее 20% растворенного кремния снова извлекается из раствора речной воды с помощью биологических и / или химических процессов.
Как и в каких соединениях кремний реагирует с водой?
Кремний никогда не встречается в природе несвязанным. Кроме того, он относительно инертен в своей кристаллической форме, если не подвергается воздействию очень высоких температур. Вода и пар, вероятно, также не имеют большого эффекта, потому что на поверхности очень быстро образуется защитный слой диоксида кремния.
Однако есть также примеры соединений кремния, которые реагируют с водой. Тетрафторид кремния гидролизуется водой с образованием плавиковой кислоты. Тетрахлорид кремния очень бурно реагирует с водой. Силициды первой и второй основной группы более реакционноспособны, чем силициды переходных металлов.
Растворимость кремния и / или его соединений в воде
Соединения кремния могут иметь разную растворимость. Оксид кремния менее растворим в воде, чем другие минералы. Диоксид кремния имеет растворимость в воде 0,12 г / л, тогда как карбид кремния, например, нерастворим в воде.
Как кремний может попасть в воду?
Как уже упоминалось, кремний содержится во многих минералах, из которых он может быть растворен в результате процессов выветривания. Он также выделяется во время вулканической активности под водой. Вода в пустотах морских отложений содержит больше кремния, чем верхние слои морской воды.
С другой стороны, кремний удаляется из воды естественным путем. Это может произойти из-за фиксации планктоном в океанах, осаждения отложений или реакций растворенного кремния с глиной в отложениях (обратное выветривание). Минералы, такие как тальк, слюда, полевой шпат, нефелин, оливин, вермикулит, перлит и каолинит, также содержат кремний. То же самое относится к таким драгоценным камням, как опал или аметист.
Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды кремнием?
Диоксид кремния необходим для некоторых организмов, но до сих пор неясно, как он попадает в них. Диатомовые водоросли, радиолярии и губки нуждаются в нем для своего скелета, а иголки различных видов крапивы сделаны из этого вещества. Курам и крысам кремний нужен для роста костей, и, по-видимому, он также важен для человека, где он в основном содержится в соединительной ткани и коже.
Кремний также необходим для роста растений. Различные виды растений содержат элемент в количестве 200-62000 частей на миллион (в пересчете на сухое вещество). Такие растения, как хвощ и бамбук, содержат оксид кремния в стеблях и листьях, что придает им дополнительную стабильность.
Поскольку он естественным образом содержится в больших количествах в воде, кремний фактически считается безвредным. Кремний в природе встречается в форме трех разных изотопов, ни один из которых не является радиоактивным.
Какие последствия для здоровья может вызывать кремний в воде?
Общее количество кремния в организме человека составляет около 1 г и с возрастом уменьшается. Поскольку это важно для роста костей некоторых организмов, считается, что он также необходим и для людей. В основном он содержится в соединительной ткани и коже. Симптомы дефицита кремния неизвестны.
Мелкая пыль от соединений кремния может вызвать силикоз, типичное профессиональное заболевание, например, у шахтеров или камнерезов. Последствиями являются одышка, хрипы и кашель. Однако это происходит только при вдыхании веществ. Есть подозрения, что силиконовые грудные имплантаты вызывают аутоиммунные заболевания и даже рак. Однако научных подтверждений этому нет.
Силиконы используются в желудочных таблетках для лечения колик и диареи.
Некоторые соединения кремния, такие как соединения кремний-галоген, обладают коррозионным действием или очень токсичны, например, некоторые органические соединения кремния. Тетрахлорид кремния раздражает глаза, органы дыхания и кожу. Кремнезем обычно присутствует в основном в питьевой воде, но считается безвредным.
Источник: snab365.ru
Кремний
2012-09-28 в 16:12, admin , рубрики: кремний, материалы, Песочница, метки: кремний, материалы, Си
Процессор? Песок? А какие у вас с этим словом ассоциации? А может Кремниевая долина?
Как бы там ни было, с кремнием мы сталкиваемся каждый день и если вам интересно узнать что такое Si и с чем его едят, прошу под кат.
Введение
Будучи студентом, одного из московских вузов, с специальностью «Наноматериалы», я хотел познакомить тебя, дорогой читатель, с самыми важными химическими элементами нашей планеты. Я долго выбирал с чего начать, углерод или кремний, и все таки решил остановиться именно на Si, потому что сердце любого современного гаджета основано именно на нем, если можно так выразиться конечно. Излагать мысли постараюсь предельно просто и доступно, написав этот материал я рассчитывал, в основном на новичков, но и более продвинутые люди смогут почерпнуть что-то интересное, так же хотелось бы сказать, что статья написана исключительно для расширения кругозора заинтересовавшихся. И так приступим.
Silicium
Кремний (лат. Silicium), Si, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 14, атомная масса 28,086.
В природе элемент представлен тремя стабильными изотопами: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%).
Плотность (при н.у.) 2,33 г/см?
Температура плавления 1688 K
Порошковый Si
Историческая справка
Соединения Кремния, широко распространенные на земле, были известны человеку с каменного века. Использование каменных орудий для труда и охоты продолжалось несколько тысячелетий. Применение соединений Кремния, связанное с их переработкой, — изготовление стекла — началось около 3000 лет до н. э. (в Древнем Египте). Раньше других известное соединение Кремния — оксид SiO2 (кремнезем).
В 18 веке кремнезем считали простым телом и относили к «землям» (что и отражено в его названии). Сложность состава кремнезема установил И. Я. Берцелиус. Он же впервые, в 1825, получил элементарный Кремний из фтористого кремния SiF4, восстанавливая последний металлическим калием. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название ввел Г. И. Гесс в 1834.
Кремний очень распространен в природе в составе обыкновенного песка
Распространение Кремния в природе
Физические свойства Кремния
Думаю тут останавливаться особо не стоит, все физические свойства имеются в свободном доступе, а я же перечислю самые основные.
Температура кипения 2600 °С
Кремний прозрачен для длинноволновых ИК-лучей
Диэлектрическая проницаемость 11,7
Твердость Кремния по Моосу 7,0
Хотелось бы сказать, что кремний хрупкий материал, заметная пластическая деформация начинается при температуре выше 800°С.
Кремний — полупроводник, именно поэтому он находить большое применение. Электрические свойства кремния очень сильно зависят от примесей.
Химические свойства Кремния
Тут много конечно можно сказать, но остановлюсь на самом интересном. В соединениях Si (аналогично углероду) 4-валентен.
На воздухе кремний благодаря образованию защитной оксидной пленки устойчив даже при повышенных температурах. В кислороде окисляется начиная с 400 °С, образуя оксид кремния (IV) SiO2.
Кремний устойчив к кислотам и растворяется только в смеси азотной и фтористоводородной кислот, легко растворяется в горячих растворах щелочей с выделением водорода.
Кремний образует 2 группы кислородсодержащих силанов — силоксаны и силоксены. С азотом Кремний реагирует при температуре выше 1000 °С, Важное практическое значение имеет нитрид Si3N4, не окисляющийся на воздухе даже при 1200 °С, стойкий по отношению к кислотам (кроме азотной) и щелочам, а также к расплавленным металлам и шлакам, что делает его ценным материалом для химической промышленности, а так же для производства огнеупоров. Высокой твердостью, а также термической и химической стойкостью отличаются соединения Кремния с углеродом (карбид кремния SiC) и с бором (SiB3, SiB6, SiB12).
Получение Кремния
Кремний технической чистоты (95-98%) получают в электрической дуге восстановлением кремнезема SiO2 между графитовыми электродами. В связи с развитием полупроводниковой техники разработаны методы получения чистого и особо чистого кремния. Это требует предварительного синтеза чистейших исходных соединений кремния, из которых кремний извлекают путем восстановления или термического разложения.
Поликристаллический кремний («поликремний») — наиболее чистая форма промышленно производимого кремния — полуфабрикат, получаемый очисткой технического кремния хлоридными и фторидными методами и используемый для производства моно- и мультикристаллического кремния.
Традиционно поликристаллический кремний получают из технического кремния путём перевода его в летучие силаны (моносилан, хлорсиланы, фторсиланы) с последующими разделением образующихся силанов, ректификационной очисткой выбранного силана и восстановлением силана до металлического кремния.
Чистый полупроводниковый кремний получают в двух видах: поликристаллический (восстановлением SiCl4 или SiHCl3 цинком или водородом, термическим разложением SiI4 и SiH4) и монокристаллический (бестигельной зонной плавкой и «вытягиванием» монокристалла из расплавленного кремния — метод Чохральского).
Тут можно увидеть процесс выращивания кремния, методом Чохральского.
Метод Чохральского — метод выращивания кристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла (или нескольких кристаллов) заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.
Применение Кремния
Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, тиристоры; солнечные фотоэлементы, используемые в космических кораблях, а так же много всякой всячины).
Поскольку кремний прозрачен для лучей с длиной волны от 1 до 9 мкм, его применяют в инфракрасной оптике.
Кремний имеет разнообразные и все расширяющиеся области применения. В металлургии Si
используется для удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода (раскисления).
Кремний является составной частью большого числа сплавов железа и цветных металлов.
Обычно Кремний придает сплавам повышенную устойчивость к коррозии, улучшает их литейные свойства и повышает механическую прочность; однако при большем его содержании Кремний может вызвать хрупкость.
Наибольшее значение имеют железные, медные и алюминиевые сплавы, содержащие rремний.
Кремнезем перерабатываются стекольной, цементной, керамической, электротехнической и других отраслями промышленности.
Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (например процессор твоего компьютера) и однокристальных микросхем.
Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде кристаллического кремния являются основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.
Монокристаллический кремний — помимо электроники и солнечной энергетики используется для изготовления зеркал газовых лазеров.
Сверхчистый кремний и продукт его производства
Кремний в организме
Заключение
Ну вот и все, если вы дочитали до конца и немного вникли, то вы на шаг ближе к успеху. Надеюсь писал я не зря и пост понравился хоть кому-то. Спасибо за внимание.
Источник: www.pvsm.ru