Кремний в природе как выглядит

Кремний (Si) — это неметалл, стоящий на 2 месте после кислорода по запасам и нахождению на Земле(25,8% в Земной коре). В чистом виде он практически не встречается, в основном присутствует на планете в виде соединений.

Характеристика кремния

Физические свойства

Кремний – это хрупкий светло-серый материал с металлическим оттенком или порошкообразный материал коричневого цвета. Строение кристалла кремния однотипно с алмазом, но из-за различий в длине связи между атомами твердость алмаза значительно выше.

Кремний – неметалл, доступный для электромагнитного излучения. Благодаря некоторым качествам, он находится в середине между неметаллами и металлами:

• при увеличении температуры до 800 °C становится гибким и пластичным;

• при нагревании до 1417 °С плавится;

• начинает кипеть при температуре свыше 2600 °С;

33.Кремний в природе

• меняет плотность при высоком давлении;

• обладает свойством намагничиваться против направления внешнего магнитного поля (диамагнит).

Кремний – полупроводник, и примеси, входящие в его сплавы определяют электрические характеристики будущих соединений.

Химические свойства

При разогревании Si вступает в реакцию с кислородом, бромом, йодом, азотом, хлором и различными металлами. При соединении с углеродом получаются твердые сплавы с термо — и химио — стойкостью.

Кремний никак не воздействует с водородом, поэтому все возможные смеси c ним получают другим путем.

При обычных условиях он слабо реагирует со всеми веществами, кроме газообразного фтора. С ним образуется тетрафторид кремния SiF4. Такая неактивность объясняется тем, что на поверхности неметалла из-за реакции с кислородом, водой, ее парами и воздухом ложится пленка диоксида кремния и окутывает его. Поэтому химическое воздействие замедленно и незначительно.

Для удаления этого слоя используют смесь фтороводородной и азотной кислот или водные растворы щелочей. Некоторые специальные жидкости для этого предусматривают добавление хромового ангидрида и иных веществ.

Нахождение кремния в природе

Содержание Si в литосфере 25,8% по массе. Концентрация в морской воде 3 мг/л. Кремний очень распространен, примерно 12% всей твердой оболочки нашей планеты состоит из кремнезема в форме кварца и его разновидностей.

Кремний для Земли столь же важен как углерод для растений и животных. Ее кора почти наполовину состоит из кислорода, а если добавить к этому кремний, получится 80% массы. Эта связь очень важна для перемещения химических элементов.

Инопланетная жизнь на основе кремния | Reflection

75% литосферы содержат различные соли кремневых кислот и минералов (песок, кварциты, кремень, слюды, полевые шпаты и т. д.). Во время образования магмы и разных магматических пород Si накапливается в гранитах и в ультраосновных породах (плутонических и вулканических).

В теле человека 1 г кремния. Большинство содержится в костях, сухожилиях, кожном и волосяном покрове, лимфоузлах, аорте и трахее. Он участвует в процессе роста соединительной и костной тканей, а так же поддерживает эластичность сосудов.

Норма употребления в день для взрослого — 5 – 20 мг. Избыток вызывает силикоз.

Применение кремния в промышленности

С каменного века этот неметалл известен человеку и широко используется до сих пор.

Применение:

• он хороший восстановитель, поэтому его используют в металлургии для получения металлов.

• в определенных условиях кремний способен проводить электричество, поэтому его применяют в электронике.

• оксид кремния используется в изготовлении стекол и силикатных материалов.

• специальные сплавы используется для производства полупроводниковых приборов.

Источник: xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Кремний и его соединения. Кремний в природе. Применение кремния

Одним из самых востребованных в технике и промышленности элементов является кремний. Этому он обязан своими необычными свойствами. Сегодня существует масса различных соединений данного элемента, которые играют важную роль в синтезе и создании технических продуктов, посуды, стекла, оборудования, строительных и отделочных материалов, ювелирных украшений и в прочих отраслях промышленности.

Общая характеристика кремния

Если рассматривать положение кремния в периодической системе, то можно сказать так:

1. Располагается в IV группе главной подгруппы.
2. Порядковый номер 14.
3. Атомная масса 28,086.
4. Химический символ Si.
5. Название — кремний, или на латыни — silicium.
6. Электронная конфигурация внешнего слоя 4е:2е:8е.

Кристаллическая решетка кремния подобна решетке алмаза. В узлах расположены атомы, тип ее — кубическая гранецентрированная. Однако вследствие большей длины связи физические свойства кремния сильно отличаются от свойств аллотропной модификации углерода.

Физические и химические свойства

Существует две аллотропные модификации данного элемента: аморфная и кристаллическая. Они очень схожи. Однако, как и в случае с другими веществами, главное различие между ними — кристаллическая решетка кремния.

При этом обе модификации — это порошки разного цвета.

1. Кристаллический кремний представляет собой темно-серый блестящий порошок, похожий на металл. Структура его соответствует алмазу, однако свойства отличны. Он обладает:

• хрупкостью;
• невысокой твердостью;
• полупроводниковыми свойствами;
• температурой плавления 1415 0 С;
• плотностью 2,33 г/см 3 ;
• температурой кипения 2700 0 С.

Его химическая активность невысока по сравнению с другой аллотропной формой.

2. Аморфный кремний — буро-коричневый порошок, обладает структурой сильноразупорядоченного алмаза. Химическая активность достаточно высока.

В целом следует заметить, что вступать в реакции кремний не любит. Чтобы заставить его реагировать, нужна температура не меньше 400-500 0 С. При этих условиях образуются различные химические соединения кремния. Такие как:

• оксиды;
• галогениды;
• силициды;
• нитриды;
• бориды;
• карбиды.

Возможно взаимодействие кремния с азотной кислотой или щелочью, что имеет название процесса травления. Широко распространены кремнийорганические соединения, которые сегодня получают все большее распространение.

Нахождение в природе

Кремний в природе содержится в достаточно весомом количестве. Стоит на втором месте после кислорода по распространенности. Его массовая доля составляет около 30%. Морская вода также содержит данный элемент в примерной концентрации 3 мг/л. Поэтому нельзя сказать, что кремний в природе — это редкий элемент.

Напротив, существует масса различных пород и минералов, в составе которых он встречается и из которых его можно добывать. Самые распространенные природные соединения кремния следующие:

1. Кремнезем. Химическая формула SiO2. Существует достаточно большое разнообразие форм минералов и горных пород на его основе: песок, кремень, полевые шпаты, кварц, горный хрусталь, аметист, халцедон, сердолик, опал, яшма и другие.
2. Силикаты и алюмосиликаты. Каолин, шпаты, слюда, соли кремниевой кислоты, асбест, тальк.

Таким образом, распространение в природе кремния широко, а его соединения пользуются популярностью и спросом у людей для применения в технических целях.

Кремний и его соединения

Так как в чистом виде рассматриваемый элемент существовать не может, поэтому важное значение имеют разные его соединения. С химической точки зрения он может проявлять три степени окисления: +2, +4, -4. Исходя из этого, а также из своей инертности, но особенной по строению кристаллической решетки, он формирует следующие основные виды веществ:

• бинарные соединения с неметаллами (силан, карбид, нитрид, фосфид и так далее;
• оксиды;
• кремниевую кислоту;
• силикаты металлов.

Рассмотрим подробнее, какое значение имеет кремний и его соединения, являющиеся самыми распространенными и востребованными для людей.

Оксиды кремния

Существует две разновидности данного вещества, выражаемые формулами:

Однако наибольшее распространение имеет диоксид. Он существует в природе в виде очень красивых полудрагоценных камней:

• агат;
• халцедон;
• опал;
• сердолик;
• яшма;
• аметист;
• горный хрусталь.

Применение кремния в такой форме нашло свое применение в производстве ювелирных изделий. Невероятно красивые золотые и серебряные украшения изготавливаются с этими полудрагоценными и поделочными камнями.

Еще несколько вариаций диоксида кремния:

• кварц;
• речной и кварцевый песок;
• кремень;
• полевые шпаты.

Применение кремния в таких видах реализуется в строительных работах, технике, радиоэлектронике, химической отрасли, металлургии. Все вместе перечисленные оксиды относятся к единому веществу — кремнезему.

Карбид кремния и его применение

Кремний и его соединения — это материалы будущего и настоящего. Одним из таких материалов является карборунд или карбид данного элемента. Химическая формула SiC. Встречается в природе в виде минерала муассанита.

В чистом виде соединение углерода и кремния — это красивые прозрачные кристаллы, напоминающие алмазные структуры. Однако в технических целях используются окрашенные в зеленый и черный цвета вещества.

Основные характеристики данного вещества, позволяющие использовать его в металлургии, технике, химической промышленности, следующие:

• полупроводник широкозонный;
• очень высокая степень прочности (7 по шкале Мооса);
• устойчив к действию высоких температур;
• отличная электроустойчивость и теплопроводность.

Все это позволяет использовать карборунд в качестве абразивного материала в металлургии и химических синтезах. А также на его основе изготавливать светодиоды широкого спектра действия, детали для стекловарочных печей, сопла, факелы, ювелирные украшения (муассанит ценится выше фианита).

Силан и его значение

Водородное соединение кремния имеет название силан и не может быть получено прямым синтезом из исходных веществ. Для его получения используют силициды различных металлов, которые подвергаются обработке кислотами. В результате выделяется газообразный силан и формируется соль металла.

Интересно то, что рассматриваемое соединение никогда не образуется в одиночестве. Всегда в результате реакции получается смесь моно-, ди- и трисилана, в которых атомы кремния соединены между собой в цепочки.

По своим свойствам эти соединения — сильные восстановители. Сами при этом легко окисляются кислородом, иногда со взрывом. С галогенами реакции бурные всегда, с большим выбросом энергии.

Области применения силанов следующие:

Таким образом, значение силанов в современном мире высоко.

Кремниевая кислота и силикаты

Гидроксид рассматриваемого элемента — это разные кремниевые кислоты. Выделяют:

• мета;
• орто;
• поликремниевые и другие кислоты.

Все их объединяют общие свойства — крайняя неустойчивость в свободном состоянии. Они легко разлагаются под действием температуры. При обычных условиях существуют недолго, превращаясь сначала в золь, а потом в гель. После высыхания такие структуры называют силикагелями. Они используются в качестве адсорбентов в фильтрах.

Важными, с точки зрения промышленности, являются соли кремниевых кислот — силикаты. Они лежат в основе получения таких веществ, как:

• стекло;
• бетон;
• цемент;
• цеолит;
• каолин;
• фарфор;
• фаянс;
• хрусталь;
• керамика.

Силикаты щелочных металлов — растворимы, всех остальных — нет. Поэтому силикат натрия и калия называют жидким стеклом. Обычный канцелярский клей — это и есть натриевая соль кремниевой кислоты.

Кварцевое стекло — это форма особо чистого продукта, состав которого описывается как диоксид кремния.

Открытия в области соединений кремния

За последние несколько лет исследований было доказано, что кремний и его соединения — важнейшие участники нормального состояния живых организмов. С недостатком или избытком данного элемента связаны такие заболевания, как:

• рак;
• туберкулез;
• артриты;
• катаракта;
• проказа;
• дизентерия;
• ревматизм;
• гепатит и другие.

Источник: fb.ru

Кремний — характеристики, особенности и сферы использования

Этим химическим элементом насыщена земная кора и биологические организмы. Кремний признан материалом третьего тысячелетия: IT-столица мира в Калифорнии называется Кремниевой долиной.

Что представляет собой

Кремний – это элемент таблицы Д.Менделеева №14.

Не относится к металлам, это неметалл.

Выглядит как коричневатый порошок либо темно-серые, с легким блеском кристаллы.

Международное наименование вещества – Si (Silicium).

Как был открыт

История открытия элемента связана с именем великого шведского химика Йенса Берцелиуса:

• То, что кремний существует, он предсказал в 1810 году.
• Через 13 лет выделил аморфную форму чистого вещества, восстановив фторид калием, описал химические свойства продукта.

Кристаллическую форму неметалла первыми добыли в 1811 году французы Луи Гей-Люссак и Жак Тенар.

Новооткрытый элемент получил название « силиций » (silex – латинское наименование кремня).

Большой выбор украшений из натуральных камней и минералов со скидкой -50%

Русский термин «кремний» ввел в научный оборот (1834 год) отечественный химик Герман Гесс.

Присутствие в природе

По концентрации в литосфере неметалл уступает только кислороду.

Тонна земной коры содержит около 286 кг кремния, литр морской воды – 3 мг.

Но найти самородки – редчайшая удача, почти всегда это кремнезем – конгломерат веществ на основе диоксида вещества (половина всего объема).

Он – основа двух видов минералов и горных пород:

1. Силикаты, алюмосиликаты.
2. Песок (кварцевый, речной), кварц, кварциты, полевые шпаты, кремень.

Кремень использовали еще древние люди: с его помощью можно было высечь искру. По этому признаку данный вид кремния легко отличить от других камней.

Физико-химические характеристики

Кремний – это неметалл, но выступает как восстановитель либо окислитель:

• Образует сплавы (силициды) с большинством металлов.
• В обычном микроклимате покрывается пленкой-оксидом, становясь инертным.
• Химическая активность почти нулевая, однако растет с ростом температуры.
• Физические и химические свойства формируются строением кристаллической решетки (аллотропным форматом). Например, аморфный неметалл активно впитывает влагу, быстрее взаимодействует при обычной температуре.

Подобно углероду, неметалл при взаимодействии образует соединения сродни органическим.

Свойства атома Название, символ, номер Атомная масса
(молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки Параметры решётки Температура Дебая Прочие характеристики Теплопроводность Номер CAS

Кремний/Silicium (Si), 14

[28,086] а. е. м. (г/моль)

[Ne] 3s2 3p2; в соед. [Ne] 3s 3p3 (гибридизация)

132 пм

111 пм

42 (+4e), 271 (−4e) пм

1,90 (шкала Полинга)

−4, 0, +2; +4

786,0 (8,15) кДж/моль (эВ)

2,33 г/см³

1414,85 °C (1688 K)

2349,85 °C (2623 K)

50,6 кДж/моль

383 кДж/моль

20,16 Дж/(K·моль)

12,1 см³/моль

кубическая, алмазная

5,4307 Å

645 ± 5 K

(300 K) 149 Вт/(м·К)

7440-21-3

В ряде химических процессов кремний ведет себя как металл.

Технология получения

Цель переработки сырья – максимально чистое вещество.

В лабораториях процедура следующая:

1. Добывают силицид магния.
2. Воздействуют на вещество уксусной либо соляной кислотой.
3. Образовавшийся моносилан очищают (сорбентами, ректификаторами), нагревают до 1050°C.

В результате получают водород и кремний.

Для промышленников сырьем служит белый песок мелких фракций (диоксид вещества с формулой SiO2).

Способ получения неметалла предусматривает следующие этапы:

1. Прокаливание смеси сырья с магнием до образования аморфной модификации. Продукт выглядит как буроватый порошок.
2. Технически чистый материал (99,9%) получают в печи при 1780°C. Из расплава диоксида вещество восстанавливают коксом.
3. При необходимости изымают углерод, другие примеси.

Очищают кремний прямым хлорированием. Из полученных соединений изымают примеси, восстанавливают водородом при 910-1150°C.

Новые технологии очистки предусматривают замену хлора фтором: это экологичнее и рентабельнее. Есть способы получения вещества на основе дистилляции оксида неметалла, вытравкой примесей.

Источник: jgems.ru