Аналитическая химия кремния возникла раньше открытия самого элемента.
Уже в XVIII в. научились определять кремнезем в минералах, а элемент кремний И. Берцелиус открыл только в 1824 г. В конце XVIII в. впервые было обнаружено присутствие кремнезема в растениях и животных, а в самом начале XIX в. выполнены первые количественные определения его в биологическом материале в виде нерастворимого в кислотах остатка золы. Так началось применение гравиметрического, или весового, метода определения кремния в биологических объектах, который более ста лет оставался единственным и в анализе растительного материала сохранился до наших дней. Предел надежности обычного макрогравиметрического метода — определение 0,1—0,2 %-ного содержания кремния в исследуемом объекте, поэтому понятно, почему анализ животных тканей, содержащих лишь сотые и тысячные доли процента кремния в сухом веществе, часто приводил к неточным и неверным результатам. Даже применение микрогравиметрического, метода не обеспечивает достаточную надежность определения кремния. В связи с этим в 30-х в. двадцатого столетия после открытия колориметрического метода определения кремния от гравиметрического метода в анализе животного материала полностью отказались.
Как найти кремень
Колориметрическим метод определения кремния основан на переведении кремнекислоты в желтую или синюю кремнемолибденовую кислоту и сравнении интенсивности окраски испытуемого раствора со стандартом. Чувствительность определения по синей кремнемолибденовой кислоте, получаемой из желтой при действии восстановителей, примерно в пять раз выше, чем по желтой.
С развитием инструментальной техники вместо визуального сравнения окраски раствора стали применять фотометры и спектрофотометры, измеряющие интенсивность поглощения света фотоэлектрически. Определяемые колориметрическим методом количества кремния — от 0,01 до 8 мг, соответствующие содержанию этого элемента в обычных аналитических навесках биологического материала, позволяют успешно анализировать как животный, так и растительный материал.
Относительная ошибка определения около 2 %. Колориметрический, точнее, спектрофотометрический, метод определения кремния пока доминирует в исследованиях биологического материала. Им пользуются для определения кремния как в самих растениях, так и в продуктах их переработки, а также в почвах и удобрениях.
При высоком содержании кремния в образце колориметрический метод можно комбинировать с гравиметрическим. Последним определяют основное количество кремния, не заботясь о полноте выделения его из раствора, а в фильтрате остаток кремния находят колориметрически. Таким путем контролируют и полноту осаждения кремнекислоты при гравиметрическом определении. Трудности его заключаются в устранении мешающего влияния других элементов, присутствующих в исследуемом материале, в первую очередь фосфора.
Кремнемолибденовый комплекс образует только мономерная кремнекислота, а полимерные формы с молибдатом аммония не реагируют. Поэтому подготовка образца к анализу заключается в получении раствора мономерной кремнекислоты.
Немного о кремне
Это достигается сплавлением золы анализируемого образца с содой или смесью соды и поташа с последующим растворением в воде и установлением необходимого pH раствора (обычно 1,5-1,7) серной или соляной кислотой. После мокрого озоления пробу растворяют в содовом растворе. При наличии в пробе трудноразлагаемых силикатов применяют обработку фтористоводородной кислотой в присутствии избытка борной кислоты. Для ускоренного анализа вместо обычного озоления рекомендуется обработать образец раствором перекиси натрия, прокалить 20 мин и экстрагировать горячей водой. Если исходный раствор получается окрашенным, его обесцвечивают активированным углем.
Желтый кремнемолибденовый комплекс, имеющий максимум поглощения при длине волны 352 нм, в анализе кремния используется реже, чем синий. Это связано с меньшей интенсивностью желтого окрашивания, что отражается на чувствительности метода. Существуют а — и P-формы желтого комплекса, причем a-форма более слабо окрашена, а бета-форма менее устойчива и переходит в a-форму. Однако при соблюдении определенных условий кремний можно определять, используя более интенсивно окрашенную бета-форму. Измерения с желтым комплексом обычно проводят при длине волны 400 нм.
В большинстве случаев при колориметрическом определении кремния используют синий кремнемолибденовый комплекс с максимумом поглощения при 815 нм и минимумом — при 420 нм. Он образуется из желтого комплекса под действием восстановителей, в качестве которых в анализе растительного материала применяют аскорбиновую кислоту, 1-амино-2-нафтол-4-сульфокислоту, смесь гидрохинона с сульфитом натрия, щавелевокислое олово. В зависимости от формы исходного желтого комплекса и условий восстановления синий кремнемолибденовый комплекс также образует ряд модификаций, значительно отличающихся по максимуму поглощения, — от 680 до 830 нм. Практические определения кремния с синим комплексом проводят при 700, 800, 810 или 815-944 нм.
Основной мешающей примесью при колориметрическом определении кремния является анион фосфорной кислоты РО4 3- , который подобно кремнекислоте образует фосфорно-молибденовый комплекс. Мешающее влияние иона фосфата можно устранить, соблюдая определенную кислотность раствора.
Оптимальным условием образования кремнемолибденового комплекса является низкая кислотность, но, образовавшись, он остается устойчивым в сильнокислой среде, в то время как фосфорно-молибденовый комплекс при этом разрушается. Последний разрушается также щавелевой и винной кислотами, фтористым натрием.
Другим путем устранения мешающего влияния иона фосфата является его удаление из анализируемого раствора, например осаждением с помощью спирта. Применяют также экстракцию фосфорно-молибденового комплекса смесью хлороформа и бутанола (4: 1). Из других ионов определению кремния мешают Са 2+ , Zn 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , которые связывают в комплекс лимонной или щавелевой кислотой.
В случаях, когда определение кремния ведут без озоления, например при анализе растительных соков, пива, мешающее действие оказывают также протеины растений. Их осаждают избытком молибдата аммония или этиловым спиртом. Наконец, избавиться от мешающих примесей можно экстракцией самого кремния из анализируемого раствора. Описана экстракция желтого кремнемолибденового комплекса бутанолом и синего смесью триоктиламина и толуола.
В конце 20-х гг. начали применять атомный эмиссионный спектральный анализ, или, как его нередко называли, просто спектральный анализ, основанный на измерении интенсивности спектральных линий. Он быстро завоевал признание биохимиков и в настоящее время наряду с колориметрией является одним из наиболее распространенных методов определения кремния в биологических материалах. Его достоинства — высокая чувствительность (10 -5 —10 -8 %),скорость анализа? возможность одновременного определения нескольких элементов, микроколичества требуемого вещества. Относительная погрешность определения кремния колеблется от 2 до 20 %.
Для возбуждения спектра при определении кремния обычно используют электрическую дугу переменного или постоянного тока. Сообщается также о применении искровых возбудителей спектра. Пробу анализируемого вещества помещают на электроды или в виде порошка потоком воздуха продувают через дугу.
Описана методика анализа образцов с помощью искрового возбудителя, помещением их на движущуюся между электродами бумажную ленту. Обычно спектральному анализу подвергают озоленвый материал, но разработаны также методики определения кремния в растениях без предварительного озоления.
Определение кремния в растительном материале проводят по ряду его аналитических линий, например 2435,16; 2438,78; 2881;59 A. В качестве внутренних стандартов применяют добавки самых различных элементов в зависимости от состава пробы и одновременно определяемых элементов. Мешающее влияние макросостава пробы уменьшают применением буферных веществ, например карбоната лития, сульфата натрия, сульфата лантана и разбавлением пробы инертными порошками (угольным, графитовым, кварцевым, медным). Важное значение в спектральном анализе имеют правильный подбор и приготовление эталонов, от которых во многом зависит точность анализа. Особую сложность представляет эталонирование биологических объектов. В качестве основы для таких эталонов предложено применять хлористый натрий, прибавляя к нему соединения определяемых элементов, а влияние макросостава в анализируемой пробе устранять разбавлением угольным порошком в соотношении 1:19.
Определение кремния осуществляется следующим образом. К анализируемой пробе добавляют буферное вещество, разбавляют в определенном соотношении угольным (или другим) порошком, вносят определенное количество внутреннего стандарта, сжигают пробу между электродами и на фотопластинке снимают спектр пробы.
Приготовляют эталон, содержащий известное количество кремнезема и основных макрокомпонентов анализируемой смеси, а также буферное вещество. Разбавлением эталона порошком получают серию из 6—8 проб с различной концентрацией кремнезема. К каждой пробе добавляют внутренний стандарт в таком же количестве, как в анализируемой пробе, и снимают последовательно спектры всех эталонных проб на фотопластинке рядом со спектром анализируемой пробы. С помощью микрофотометра в спектрах всех проб определяют отношение интенсивности аналитической линии кремния к линии внутреннего стандарта. Строят калибровочный график концентрация кремния — отношение интенсивности пары спектральных линий и по нему находят искомую концентрацию кремния в анализируемой пробе.
В последние годы в связи с возросшим выпуском соответствующих приборов с эмиссионным спектральным методом соперничает близкий ему по принципу атомный абсорбционный спектральный анализ.
Рентгенофлуоресцентый метод определения кремния представляет собой одну из разновидностей эмиссионного спектрального анализа, поэтому его нередко называют рентгеновской эмиссионной спектроскопией. Основан на спектрометрии характеристического рентгеновского излучения, возбуждаемого в образце с помощью источника рентгеновского излучения.
Источником обычно является рентгеновская трубка или изотопный источник. Возбужденные атомы химических элементов, возвращаясь в равновесное состояние, излучают характеристическое рентгеновское излучение, энергия которого определяется особенностями структуры атома данного элемента, а интенсивность излучения связана с количеством однотипных атомов в изучаемом объекте. Излучаемые исследуемым образцом рентгеновские кванты могут быть «рассортированы» по энергии. Существуют два типа приборов: энергодисперсионные с использованием полупроводникового детектора и приборы с волновой дисперсией на кристалле. Изменяя время воздействия возбуждающего излучения на исследуемый образец, можно добиться достаточно высокой чувствительности определения ряда важных для почвенно-агрохимических исследований элементов.
По сравнению с другими методами определения кремния в биологическом материале рентгенофлуоресцентный метод какими-либо преимуществами не обладает, и вряд ли можно ожидать его широкого применения в будущем.
Дополнительные материалы по теме
- Гравиметрическое определение кремния в растительных образцах
- Определение подвижных соединений кремния по О. Тамму
- Методы определения кремния
- Влияние кремния на растения
- Растения по выносу кремния
- Распространение кремния в природе
- Общее значение и роль соединений кремния в почвах
- Фотометрический метод определения кремния в растительных образцах
- Определение протеаз
- Определение концентрации спермиев методом стандартов
Источник: www.activestudy.info
Как определить количество кремния в организме человека
На данной странице мы хотим представить вашему вниманию информационный обзор про жизненно необходимый микроэлемент — Кремний Si (Silicium), расположенный под порядковым номером 14, в периодической системе химических элементов Менделеева.
Впервые чистый кремний был выделен в 1825 году ученым-химиком Й.Я. Берцелиусом из фтористого кремния.
Кремний обладает свойствами эссенциального микроэлемента, что означает обязательную необходимость наличия его в организме людей для нормального функционирования, при невозможности самостоятельного образования данного микроэлемента. Кремний поступает в организм человека, главным образом, через пищу и воду.
Больше всего кремния содержится в шелухе злаковых растений, кожуре фруктов, чесноке и луке. Важно знать, что белый хлеб, очищенные овощи и фрукты почти лишены кремния, поскольку он содержится в основном в наружных частях растений. Также, бедна кремнием водопроводная вода, особенно в больших городах. Максимально концентрируют кремний такие растения, как горец полевой, медуница лекарственная, хвощ полевой и пикульник обыкновенный.
Кремний очень важный микроэлемент с точки зрения сопротивляемости организма к различным неблагоприятным условиям. Он играет огромную роль в формировании костной системы, а также принимает активное участие в сердечной деятельности, работе сосудов и легких, развитии кожных покровов.
Недостаток кремния в организме может провоцировать ряд заболеваний, нарушающих его нормальное всасывание и усвоение, например снижение секреции соляной кислоты желудком или энтерит с поносами.
Кремний участвует в формировании органической матрицы кости на начальных этапах ее формирования, а также ингибирует такие ферменты, как гиалуронидаза, ацетилхолинэстераза, сукцинатдегидрогеназа и печеночные эстразы.
Особенно важно контролировать наличие кремния у новорожденных детей и подростков в период активного формирования организма.
Отклонения в метаболизме кремния отмечается у больных нейроинфекциями, такими как нейросифилис, острый вирусный энцефалит, менингит.
При исследованиях показателей смертности людей под воздействием кремнезема в США, выявили, что достаточно высокий уровень смертности был от рака легких, щитовидной железы и миелом. Парадоксальное снижение уровня смертей наблюдалось от сердечно-сосудистых заболеваний, опухолей мозга и нервной системы, у людей с переизбытком кремния в организме.
Актуальность исследований канцерогенного влияния соединений кремния возросла с увеличением современного использования кремнийорганических материалов при изготовлении протезов и имплантантов.
При различных исследованиях были выявлены случаи пневмонии у некурящего мужчины, работавшего 1.5 года компьютерным наборщиком в типографии, содержания кремния в крови и грудном молоке у людей с грудными имплантантами, увеличения выведения из организма кремния на 328 моля и алюминия на 0,7 моля у группы здоровых людей при приеме натощак 1,1 л пива, содержащего 600 молей/л кремния.
Дефицит и избыток кремния способны влиять на жизненно важные функции организма, именно поэтому необходимо соблюдать оптимальное его соотношение в организме и поддерживать данный уровень.
При дефиците кремния характерны такие симптомы, как:
— задержка роста и массы тела;
— снижение массы хрящевой ткани (относительный остеохондроз);
— потеря эластичности костей;
— повышенная ломкость волос и ногтей.
С дефицитом растительной клетчатки кремния, связывают уменьшение в кожном покрове опорного коллагенового слоя, что приводит к преждевременному старению кожи.
Ученые отметили сочетанный дефицит кальция и кремния в волосах и ногтях детей с тяжелыми формами детского церебрального паралича. У таких детей наблюдали патологическую подвижность суставов, чрезмерную растяжимость и гибкость соединительной ткани, слабый связочный аппарат суставов, ломкость и тусклость волос и ногтей.
При избытке кремния в организме человека, отмечается прогрессирующий фиброз бронхов, сосудов и лимфоузлов легких, мочекаменная болезнь, и, что более важно, повышается риск развития рака пищевода (при избытке в воде диатомовых водорослей).
Наиболее распространенным заболеванием, характеризующимся избытком кремния, является силикоз — хроническое заболевание легких, вызываемое вдыханием пыли на протяжении долгого времени и последующим развитием фиброза легочной ткани. Причиной силикоза является диоксид кремния. Так, в группе риска этой формы пневмокониоза состоят пескоструйщики, обрубщики, бурильщики, проходчики, размольщики кварца и др.
На фоне силикоза возможно развитие острых, рецидивирующих и хронических пневмоний, бронхоэктазов, астмы, рака и туберкулеза легких, мезотелиомы (опухоли) плевры.
Проанализировав данный обзор, можно сделать вывод о том, что от поддержания нормального уровня кремния в совокупности с другими жизненно необходимыми микроэлементами в организме, напрямую зависит его правильное функционировании и отсутствие тяжелых болезней, зачастую, приводящих к смертельным исходам. Поэтому так значимо, контролировать уровень кремния в своем теле.
Учитывая статистику поисковых запросов, стоит отметить, что пользователей, обращающихся за информацией о микроэлементе Кремний, зачастую, интересуют следующие вопросы:
• как определить сколько кремния у человека
• как определить сколько кремния в организме
• как определить сколько кремния в организме человека
• как проверить уровень кремния в организме
• как поднять уровень кремния в организме
• как повысить уровень кремния в организме людей
• как узнать уровень кремния в организме человека
• как понять какой уровень кремния в организме
• как пополнить кремний в организме
• как узнать сколько в человеке кремния
• как определить норму кремния у ребенка и человека
Отвечая на вопросы: «как определить сколько кремния в организме» или «как определить норму кремния у ребенка и человека», стоит обратить внимание на высокотехнологичный уникальный метод исследования, с максимальной точностью способный определить количество микро- и макроэлементов в организме человек.
Данная методика основана на исследованиях неорганических тканей организма, таких как ногти, волосы или зубы, посредством их спектрального анализа (масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой), в рамках государственных программ по исследованию микроэлементного состава в организме людей с разных регионов России и стран ближнего зарубежья.
Особенно важно понимать, что данное исследование способно предоставить полную информацию о распределении остальных 32 микроэлементов, жизненно необходимых и патогенно вредных, в рамках определения биоэлементного статуса исследуемого пациента.
Полученная информация поможет спрогнозировать и выявить слабые места в организме, составить необходимые программы восполнения жизненно необходимых микроэлементов и при необходимости вывести токсичные опасные для здоровья.
Сравнивая спектральный анализ с другими методами исследования содержания кремния в организме, стоит отметить тот факт, что применяя другие методики по определению количественного показателя в органических пробах – кровь, моча, слюна и др., нет возможности определить достоверные количественные содержания микроэлемента в организме.
Токсичные микроэлементы систематически откладываются в тканях, органах, костях и других структурах организма, и именно поэтому невозможно определить их точное наличие при исследовании органических образцов, таких как моча, кровь, спинно мозговая жидкость, слюна и др.
Это так же применимо и к определению жизненно необходимых микроэлементов, для их точного количественного определения и построения общей картины биоэлементного статуса в совокупности жизненно необходимых и токсичных элементов.
Именно поэтому в 2007 году на базе клиники МЧС России, была запущена единственная в своем роде лаборатория элементного анализа, с целью выявления и контроля наличия токсичных микроэлементов в организме работников данной структуры.
Спектральный анализ (подробнее о методе Вы сможете прочитать по данной ссылке http://www.33elementa.ru/bioelementnyystatus.html) не имеет аналогов и предоставляет точнейшие данные о наличии в организме как жизненно необходимых, так и токсичных микроэлементов, что дает возможность охватить достаточно широкий диапазон показателей в рамках исследования, а не акцентироваться только на одном химическом элементе.
Пример пройденного исследования методом спектрального анализа, можно изучить по данной ссылке.
Это важно, т.к. микроэлементы составляют единую систему и дефицит одних элементов, вызывает накопление других, и происходит их взаимное замещение.
Как Вы могли понять, Наш проект полностью посвящен спектральному анализу и разъяснению его принципа в рамках контроля здоровья человека. Мы с радостью поможем Вам пройти данное исследование, разъясним полученные результаты и при необходимости дадим рекомендации по восстановлению элементного статуса Вашего организма.
Наши специалисты с радостью ответят на возникшие у Вас вопросы, относительно исследования методом спектрального анализа!
Уникальность данного метода, позволяет исследовать образцы с любой части Нашей страны и региона мира , в виде обычного письма, это действительно уникальный инструмент по контролю здоровья организма.
Помните, что систематический контроль показателей организма, это пол дела, на пути к здоровью и долголетию.
Спасибо за Ваше внимание, с уважением, компания 33 Элемента!
Публикации
Проведение исследования во всех городаз и регионах РоссииЧитать >>
Рады рекомендовать Русско-Финскую компанию Transfer358 Oy которая помогает Нам в доставке и отправке образцов для исследования в рамках работы Россия – Финляндия (Европа).Читать >>
Вредно ли есть серебряной посудой детям и взрослым? Миф или реальная опасность для организмаЧитать >>
Как пройти исследование если Вы территориально находитесь не в Санкт-Петербурге?Читать >>
КРЕМНИЙ
(Silicium), Si — хим. элемент IV группы периодической системы элементов; ат. н. 14, ат. м. 28,086. Кристаллический кремний— темно-серое вещество со смолистым блеском. В большинстве соединений проявляет степени окисления — 4, +2 и +4. Природный кремний состоит из стабильных изотопов 28Si (92,28%), 29Si (4,67%) и 30Si (3,05%).
Получены радиоактивные изотопы 27Si, 31Si и 32Si с периодами полураспада соответственно 4,5 сек, 2,62 ч и 700 лет. К. впервые выделен в 1811 франц. химиком и физиком Ж. Л. Гей-Люссаком и франц. химиком Л. Ж. Тенаром, но идентифицирован лишь в 1823 швед, химиком и минералогом Й. Я. Берцелиусом.
Нахождение кремния
По распространенности в земной коре (27,6%) Кремний— второй (после кислорода) элемент. Находится преим. в форме кремнезема Si02 и др. кислородсодержащих веществ (силикатов, алюмосиликатов и т. д.).
При обычных условиях образуется стабильная полупроводниковая модификация К., отличающаяся гранецентрированной кубической структурой типа алмаза, с периодом а = 5,4307 А. Межатомное расстояние 2,35 А. Плотность 2,328 гсм. При высоком давлении (120—150 кбар)переходит в более плотные полупроводниковые и металлическую модификации. Металлическая модификация-сверхпроводник с т-рой перехода 6,7 К. С ростом давления точка плавления понижается с 1415 ± 3° С при давлении 1 бар до 810° С при давлении 15 • 104 бар (тройная точка сосуществования полупроводникового, металлического и жидкого К.). При плавлении происходят увеличение координационного числа и металлизация межатомных связей. Аморфный кремний по характеру ближнего порядка, отвечающего сильно искаженной объемноцентрированной кубической структуре, близок к жидкому. Дебаевская т-ра близка к 645 К. Коэфф. температурного линейного расширения изменяется с изменением т-ры по экстремальному закону, ниже т-ры 100 К он становится отрицательным, достигая минимума (—0,77 · 10 -6 ) град -1 при т-ре 80 К; при т-ре 310 К он равен 2,33 · 10 -6 град -1 , а при т-ре 1273 К —4,8 · 10 град -1 . Теплота плавления 11,9 ккал/г-атом;tкип.3520 К.
Теплота сублимации и испарения при т-ре плавления соответственно 110 и 98,1 ккал/г-атом. Теплопроводность и электропроводность кремния зависят от чистоты и совершенства кристаллов.
С ростом т-ры коэфф. теплопроводности чистого К. вначале увеличивается (до 8,4 кал/см X X сек · град при т-ре 35 К), а затем убывает, достигая 0,36 и 0,06 кал/см · сек · град при т-ре соответственно 300 и 1200 К. Энтальпия, энтропия и теплоемкость К. в стандартных условиях равны соответственно 770 кал/г-атом, 4,51 и 4,83 кал/г-атом — град. Кремний диамагнитен, магнитная восприимчивость твердого (—1,1 · 10 -7 э.м.е./г) и жидкого (—0,8 · 10 -7 э.м.е./г).
Кремний слабо зависит от т-ры. Поверхностная энергия, плотность и кинематическая вязкость жидкого К. при т-ре плавления составляют 737 эрг/см2, 2,55 г/см3 и 3 · 10 м2/сек. Кристаллический кремния типичный полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,15 эв при т-ре 0 К и 1,08 эв — при т-ре 300 К. При комнатной т-ре концентрация собственных носителей зарядов близка к 1,4 · 10 10 см -3 , эффективная подвижность электронов и дырок — соответственно 1450 и 480 см 2 /в · сек, а удельное электрическое сопротивление — 2,5 · 105 ом · см. С ростом т-ры они изменяются по экспоненциальному закону.
Электрические свойства кремния
Зависят от природы и концентрации примесей, а также от совершенства кристалла. Обычно для получения полупроводникового К. с проводимостью р- и n-типа его легируют элементами IIIв (бором, алюминием, галлием) и Vв (фосфором, мышьяком, сурьмой, висмутом) подгрупп, создающими совокупность соответственно акцепторных и донорных уровней, расположенных вблизи границ зон.
Для легирования используют и др. элементы (напр., золото), формирующие т. и. глубокие уровни, к-рые обусловливают захват и рекомбинацию носителей зарядов. Это позволяет получать материалы с высоким электр. сопротивлением (1010 ом · см при т-ре 80 К) и небольшой продолжительностью существования неосновных носителей зарядов, что важно для увеличения быстродействия различных устройств. Коэфф. термоэдс кремния существенно зависит от т-ры и содержания примесей, увеличиваясь с ростом электросопротивления (при р = 0,6 ом — см, а = 103 мкв/град). Диэлектрическая проницаемость кремния (от 11 до 15) слабо зависит от состава и совершенства монокристаллов. Закономерности оптического поглощения кремния сильно изменяются с изменением его чистоты, концентрации и характера дефектов строения, а также длины волны.
Граница непрямого поглощения электромагнитных колебаний близка к 1,09 эв, прямого поглощения — к 3,3 эв. В видимой области спектра параметры комплексного показателя преломления (n — ik) весьма существенно зависят от состояния поверхности и наличия примесей. Для особо чистого К. (при λ = 5461 А и т-ре 293 К) n = 4,056 и к = 0,028. Работа выхода электронов близка к 4,8 эв. Кремний хрупок.
Его твердость (т-ра 300 К) по Моосу — 7; НВ = 240; HV щ = 103; И = 1250 кгс/мм2; модуль норм, упругости (поликристалла) 10 890 кгс/мм2. Предел прочности зависит от совершенства кристалла: на изгиб от 7 до 14, на сжатие от 49 до 56 кгс/мм2; коэфф. сжимаемости 0,325 • 1066 см2/кг.
При комнатной т-ре кремний практически не взаимодействует с газообразными (исключая фтор) и твердыми реагентами, кроме щелочей. При повышенной т-ре активно взаимодействует с металлами и неметаллами. В частности, образует карбид SiC (при т-ре выше 1600 К), нитрид Si3N4 (при т-ре выше 1300 К), фосфид SiP (при т-ре выше 1200 К) и арсениды Si As, SiAS2 (при т-ре выше 1000 К).
С кислородом реагирует при т-ре выше 700 К, образуя двуокись Si02, с галогенами — фторид SiF4 (при т-ре выше 300 К), хлорид SiCl4 (при т-ре выше 500 К), бромид SiBr4 (при т-ре 700 К) и нодид SiI4 (при т-ре 1000 К). Интенсивно реагирует со мн. металлами, образуя твердые растворы замещения в них или хим. соединения — силициды. Концентрационные области гомогенности твердых растворов зависят от природы растворителя (напр., в германии от 0 до 100%, в железе до 15%, в альфа-цирконии менее 0,1%).
Растворимость металлов и неметаллов
В твердом кремне значительно меньше и обычно ретроградна. При этом предельные содержания примесей, создающих в К. неглубокие уровни, достигают максимума (кислород 2 · 10 18 , азот 10 19 , алюминий 2 · 10 19 , фосфор 1021, мышьяк 2 · 10 21 см ) в области т-р от 1400 до 1600 К. Примеси с глубокими уровнями отличаются заметно меньшей растворимостью (от 1015 для селена и 5 · 10 16 для железа до 7 · 10 17 для никеля и 10 18 см-3 для меди).
В жидком состоянии кремний неограниченно смешивается со всеми металлами, часто с весьма большим выделением тепла. Чистый кремний готовят из технического продукта 99% Si и по — 0,03% Fe, Аl и Со), получаемого восстановлением кварца углеродом в электро печах. Вначале из него отмывают к-тами (смесью соляной и серной, а затем фтористоводородной и серной) примеси, после чего полученный продукт (99,98%) обрабатывают хлором. Синтезированные хлориды очищают дистилляцией.
Полупроводниковый кремний
Силиций или кремний
Кремний относится к неметаллам , его атомы на внешнем энергетическом уровне имеют 4 электрона . Он может отдавать их , проявляя степень окисления + 4 , и присоединять электроны , проявляя степень окисления — 4 . Однако способность присоединять электроны у кремния значительно меньше , чем у углерода . Атомы кремния имеют большой радиус , чем атомы углерода .
Нахождение кремния в природе
Кремний очень распространён в природе . на его долю приходится свыше 26% массы земной коры . По распространённости он занимает второе место ( после кислорода ) . В отличие от углерода C в свободном состоянии в природе не встречается . Он входит в состав различных химических соединений , в основном разных модификаций оксида кремния ( IV ) и солей кремниевых кислот ( силикатов ) .
Среди силикатов наиболее важными являются алюмосиликаты : полевые шпаты , слюды , глины и т.д . Основа глин — минерал каолин Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O .
Получение кремния
В промышленности кремний технической чистоты ( 95 — 98% ) получают , восстанавливая кварц SiO 2 коксом в электрических печах при прокаливании :
Источник: znaesh-kak.com