Силициум что это

Его назвали силициум от лат. силик-кремень. Русское название произошло от слова кремень, но в русской транскрипции.

Сейчас кремний получают в электрической дуге, разлагая кварцевый песок.

Высокочистый кремний для полупроводников получают при температуре 950°С между парами парами цинка и хлористого кремния.

Далее очистка проводится методом зонной плавки при выращивании монокристаллов кремния. ❗️

Сверхчистый кремний применяют для фотоэлементов , как компонент электронных устройств.

Технический кремний идёт на производство сплавов с металлами и получение кремний-органических соединений.

⚠️ Кремний-органика в большинстве случаев не устойчива на воздухе, бурно реагирует с кислородом и водой.

После глубокой переработки кремний-органика становится безопасной и идёт на производство смазок, лекарств , пластмассы, моющих средств и др.

️ Самый термостойкий каучук от -80 до +260°С делают из кремний-органики.

Кремний. Химия – просто

Многие современные смачивающие составы получают на основе кремний-органики.

Например препарат фирмы Супер-агро Перфект Стик мощный препарат для смачивания и проникновения пестицидов в растения , применяется методом опрыскивания в дозировке 2-3 мл/10 л воды.

Он также чрезвычайно эффективен для добавления в составы для протравливания семян из расчёта 10 мл/1 т зерна.

Пестициды равномерно покрывают как листья , так и семена. При чем он сам по себе встраивается в клеточную стенку растений, а не только доставляет пестициды в клетку.

Есть так же препарат Икар Калисто Кремний-содержит водорастворимый силициум, активно укрепляет иммунитет растений и придаёт им прочность, что так же позволяет уменьшить повреждение растений паразитами.

Все мы знаем наждачные круги, которые состоят из карборунда-карбида кремния.

Обычное стекло также состоит из силикатов натрия, кальция и т.д.

Многие драгоценные камни состоят из оксида кремния с примесями.

Например, аметист-SiO2 с примесью марганца.

Горный хрусталь-это чистая двуокись кремния.

Что касается возникновение жизни на основе кремния — то на данном этапе развития науки это мало вероятно, т.к. углерод даёт большее разнообразие.

Может в других условиях, но это всё гипотезы.

Источник: dzen.ru

Кремний — строение, формула, химческие и физические свойства, применение

Кремний — химический элемент, использующийся при производстве микроэлектроники и компьютерных чипов. Собственно, благодаря ему у людей есть компьютеры, а также теплые белые пляжи — кремнезем, оксид кремния, является компонентом песка. Кремний используется в самом разном производстве — от кирпичей до квантовых компьютеров.

Химические и физические свойства

Согласно данным британского Королевского химического общества, кремний является седьмым по распространенности элементом во вселенной и вторым на Земле после кислорода. Кремний (силициум) составляет около 25 процентов земной коры и является очень полезным элементом, жизненно важным для многих отраслей промышленности. Химические и физические свойства:

В природе кремний не встречается сам по себе. Обычно он связывается с двумя молекулами кислорода, в результате чего обнаруживается в виде диоксида кремния, иначе называемого кремнеземом, из которого состоит кварц.

Качества вещества

Силиций был впервые выделен в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом, который также обнаружил церий, селен и торий, согласно Фонду химического наследия. Ученый нагревал кремнезем с калием, чтобы очистить кремний. Сегодня процесс получения выглядит иначе — происходит нагревание углерода с кремнеземом в форме песка, чтобы изолировать элемент.

Кремний не является ни металлом, ни неметаллом: это металлоид, элемент, который находится где-то посередине. Эта категория — серая область, нет четкого определения того, каким требованиям она отвечает. Но металлоиды обычно имеют свойства как металлов, так и неметаллов. Кремний является полупроводником, это означает, что он проводит электричество. Однако, в отличие от типичного металла, он лучше проводит ток при повышении температуры (металлы же ухудшают проводимость повышенных температурах).

Кремний находит применение и в производстве низкотехнологичных творений, таких как кирпичи и керамика. При присоединении водорода к оксиду силиция образуется гидроксид. Гидрозоли кремниевых кислот применяют в фототехнике, а также в качестве адсорбентов. Но высокотехнологичные изделия — сфера, где элемент действительно оставляет видимый след. В качестве полупроводника кремний используется для изготовления транзисторов, которые усиливают или переключают электрические токи и являются основой электроники от радиоприемников до смартфонов.

Кремний по-разному используется в солнечных элементах и компьютерных микросхемах, одним из примеров является полевой транзистор с оксидом металла и полупроводника, основной переключатель во многих электронных устройствах. Создавая пространства из чистого силиция, инженеры получают зазор, в котором электроны не могут течь — это как переключатель в положении «выключено».

Для включения металлическая пластина, подключенная к источнику питания, помещается рядом с кристаллом. Когда электричество течет, пластина становится положительно заряженной.

Электроны с отрицательным зарядом притягиваются к положительному заряду, что позволяет им совершать прыжок через сегмент чистого кремния. (Другие полупроводники, кроме кремния, также могут использоваться в транзисторах.)

Кремниевые формы жизни

Группа IV Периодической таблицы элементов содержит углерод C, силициум (кремний) Si и несколько тяжелых металлов. Это значит, что степень окисления кремния равна +4. Углерод, конечно, является строительным материалом жизни, какой мы ее знаем. Но теоретики альтернативной биохимии предполагают, что населенная живыми существами планета может существовать в какой-то другой солнечной системе. У такой формы жизни кремний якобы может заменять углерод.

Многие научно-фантастические произведения рассказывают о кремниевых формах жизни — чувствительные кристаллы, живые золотые песчинки и даже существа, чьими следами являются кирпичи из кремнезема. Это интересно, но неправильно. Кремний может превратиться во множество реалистичных структур, но его химические свойства делают маловероятной возможность стать основой для инопланетных форм жизни.

Действительно, углерод и силиций имеют много общих характеристик. Валентность кремния равна четырем, это означает, что отдельные атомы образуют четыре связи с другими элементами при образовании химических соединений. И силиций, и углерод связываются с кислородом. Оба образуют длинные цепи, называемые полимерами.

В простейшем случае углерод дает полимер под названием полиацеталь, пластик, используемый в синтетических волокнах и оборудовании. Кремний дает полимерные силиконы, которые используются для водонепроницаемой ткани или смазки металлических и пластиковых деталей.

Но когда углерод окисляется — или соединяется с кислородом, скажем, во время горения — он становится газообразным углекислым газом; силиций же окисляется до твердого диоксида, называемого кремнеземом. Кремний окисляется до твердого вещества. Это одна из основных причин того, почему он не может поддерживать жизнь.

Кремнезем или песок — это твердое вещество, диоксид кремния образует решетку, в которой один атом силиция окружен четырьмя атомами кислорода. Силикатные соединения, содержащие SiO4−4, также существуют в ряде минералов — полевых шпатах, слюде, цеолитах, тальке. И эти твердые системы создают проблемы в том, что касается утилизации энергии для живой системы.

Жизненная форма нуждается в некотором способе сбора, хранения и использования энергии. Она должна исходить из окружающей среды. После поглощения энергия должна высвобождаться именно там, где это необходимо, и в то время, когда это нужно. В противном случае вся она может высвобождать тепло одновременно, сжигая жизненную форму.

В мире на основе углерода основным элементом накопления являются углеводы, которые окисляются до воды и углекислого газа. Форма жизни на основе углерода «сжигает» энергию контролируемыми шагами, используя регуляторы скорости, называемые ферментами.

Интересные факты о кремнии

Этот элемент чрезвычайно распространен и очень широко используется. Но есть вещи, которые про него знают далеко не все:

• Когда астронавты Аполлона-11 приземлились на Луну в 1969 году, они оставили белый мешочек с кремниевым диском. Микроскопическим шрифтом там написано 73 сообщения на разных языках. Они выражают пожелания мира.
• Кремний может быть опасным. При вдыхании в течение длительных периодов времени это может вызвать заболевание легких, известное как силикоз.
• Переливчатость опала — результат присутствия кремния. Этот драгоценный камень — форма кремнезема, связанная с молекулами воды.
• Карбид кремния (SiC) почти такой же твердый, как алмаз. Он оценивается 9−9,5 по шкале твердости по Моосу, лишь немного меньше, чем самое крепкое вещество, которое имеет 10 баллов твердости.
• Растения используют кремний для укрепления клеточных стенок. Элемент является важным питательным веществом, которое помогает придать устойчивость к болезням. Об этом говорится в статье 1994 года, опубликованной в журнале Proceedings.
• Кремниевая долина получила свое название от вещества, используемого в компьютерных чипах. Название это впервые появилось в 1971 году в газете Electronic news. Своя Кремниевая долина есть не только в США, но и во многих других странах.
• Аморфная форма вещества также используется в радиоэлектронной технике.

У некоторых минералы и полудрагоценных камней строение основывается на диоксиде кремния. Они различаются плотностью и цветом:

• Аметист.
• Морион.
• Цитрин.
• Горный хрусталь.
• Опал.
• Агат.
• Сердолик.
• Яшма.

Современные исследования

Сегодняшние разработки в области кремниевых технологий выглядят чуть ли не фантастично: в 2006 году исследователи объявили, что создали компьютерный чип, в котором кремниевые компоненты смешаны с клетками мозга. Это было действительно сенсационное открытие. Электрические сигналы от клеток мозга могут передаваться на электронные кремниевые компоненты чипа и наоборот. Есть надежда, что со временем получится создать устройства для лечения неврологических расстройств.

Исследование 2018 года, опубликованное в журнале Nature, было посвящено тестированию нового типа устройства из кремния, квантовых компьютеров, которые могут когда-нибудь стать обычной вещью, превосходя при этом современные компьютерные технологии в возможностях выполнять большое количество вычислений параллельно. Создание этих технологий с использованием тех же методов для изготовления традиционных кремниевых чипов может ускорить разработку этих устройств. Это может привести к новому этапу использования квантовых устройств.

Ученые также обещают создать невероятно маленькие лазеры, называемые наноиглами, которые могут использоваться для передачи данных быстрее и эффективнее, чем традиционные оптические кабели.

Сверхпроводниковые лазеры выделяют тепло гораздо легче, чем стеклянные, кремниевые лазеры могут похвастаться большей мощностью, чем традиционные, так заявляет Джон Баддинг, ученый-химик из Университета Пенсильвании.

Специалисты также работают над созданием оптических волокон следующего поколения, которые объединяют сверхпроводники, а не просто стекловолокно, так написано в журнале Live Science. В радиоэлектронной технике распространено применение силана, который получают при разложении силицида магния при помощи кислоты. Традиционные кремниевые чипы изготавливаются путем нанесения слоев элемента на плоскую поверхность, обычно начиная с газа-прекурсора силан (SiH4), поэтому новые разработки оптических волокон не потребуют нового дорогостоящего оборудования.

Источник: nauka.club

Кремний №14 Si

Чем знаменит кремний? Во-первых, этот элемент — второй по распространенности на Земле после кислорода. Масса земной коры более чем на четверть — 27,6% — состоит из кремния.

Во-вторых, этот элемент — ближайший аналог углерода со всеми, как говорится, вытекающими отсюда последствиями. Очевидно, с этих точек зрения и стоит рассматривать кремний — достаточно обыкновенный и достаточно необыкновенный элемент.

Природные соединения кремния

«Показывают мне, — писал в одной из своих популярных книг академик А. Е. Ферсман, — самые разнообразные предметы: прозрачный шар, сверкающий на солнце чистотой холодной ключевой воды, красивый, пестрого рисунка агат, яркой игры многоцветный опал, чистый песок на берегу моря, тонкую, как шелковинка, нитку из плавленого кварца или жароупорную посуду из него, красиво ограненные груды горного хрусталя, таинственный рисунок фантастической яшмы, окаменелое дерево, превращенное в камень, грубо обработанный наконечник стрелы древнего человека. все это одно и то же химическое соединение элементов кремния и кислорода».

Как ни разнообразен этот перечень, он, конечно, не исчерпывает многообразия природных соединений кремния. Начнем, однако, с упомянутых. «Грубо обработанный наконечник стрелы древнего человека» был сработан из кремня. А что такое кремень? Современный человек видел эти наконечники, равно, как и кремневые ружья, разве только в историческом музее. «Кремни», вставляемые в зажигалки курильщиков, ни внешне, ни по составу нимало не похожи на те кремни. Впрочем, многие из нас в детстве высекали искры, ударяя камешком о камешек, и скорее всего, тогда в наших руках были настоящие кремни.

Так что такое кремень? Химик на этот вопрос ответит буквально по Ферсману: двуокись кремния, кремнезем. Возможно, при этом добавит, что кремнезем кремня — аморфный, в отличие от кристаллического кремнезема кварцевого песка и горного хрусталя, и что часть химиков считает кремень кристаллогидратом mSiO2-nH2O.

Геолог на тот же вопрос ответит иначе, но тоже в общем-то буднично: минеральное образование, распространенное и мало интересное, пласты и «желваки» кремня обычно залегают среди известняков и меловых отложений.

И лишь гуманитарий-историк отзовется, должен отозваться, о кремне восторженно, ибо именно кремень — невзрачный и не очень прочный камень — помог в свое время человеку стать Человеком. Каменный век — век кремневых орудий труда. Причиной тому не только и не столько распространенность и доступность кремня, сколько способность его при сколе образовывать острые режущие кромки.

Обратимся теперь к кристаллическим аналогам кремня: «красиво ограненные груды горного хрусталя», «чистый песок на берегу моря». Разница между ними небольшая, по существу лишь в размерах и примесях. Чистый песок — чистая кристаллическая двуокись кремния. Чистой воды горный хрусталь — то же самое. И что еще очень важно, оба эти вещества — полимеры, неорганические полимеры.

Одним из первых предположение о полимерном строении двуокиси кремния высказал Дмитрий Иванович Менделеев. Именно этим обстоятельством объяснял он нелетучесть и тугоплавкость веществ состава SiO2 или, правильнее, (SiO2)n. Рентгеноструктурные исследования наших дней подтвердили правильность этой догадки.

Установлено, что кристаллический кремнезем представляет собой трехмерный сетчатый полимер. Цепочка кремнекислородных тетраэдров очень прочна, связь кремния с кислородом намного прочнее, чем, например, связь между атомами углерода в цепях органических полимеров.

Кремнекислородным цепям хватает и гибкости, но в мире минералов они образуют жесткие сплетения в виде пространственных решеток и сеток, которые хрупки, неподатливы при механической обработке. Чтобы кремнекислородные цепочки остались гибкими, эластичными, их нужно изолировать одну от другой, окружить другими атомами или группами атомов. Это сделали химики, синтезировавшие многочисленные ныне кремнийорганические полимеры, речь о которых ниже. Впрочем, и природа дала великолепный образец волокнистого по структуре полимерного соединения кислорода и кремния — это асбест.

Сегодня очень непросто ответить на детский вопрос, какая из разновидностей кристаллической двуокиси кремния — песок или горный хрусталь — важнее для современного человека. Если брать в расчет только природный горный хрусталь, запасы которого практически исчерпаны, то ответ однозначен: конечно, песок. Из кварцевого песка делают кварцевое стекло, а из него — превосходную лабораторную посуду, баллоны ламп специального назначения и многое другое. Горный же хрусталь — не только поделочный материал, он и пьезоэлектрик. Он нужен радиотехнике во все возрастающих количествах, и вряд ли возможно было бы быстрое развитие этой отрасли, если бы люди не научились выращивать крупнокристаллический искусственный кварц в виде монокристаллов.

В 30-х годах Александр Евгеньевич Ферсман писал: «Через несколько десятков лет геологи не будут больше с опасностью для жизни взбираться на вершины Альп, Урала или Кавказа в погоне за кристаллами, не будут добывать их в безводных пустынях Южной Бразилии или в наносах Мадагаскара. Я уверен, что мы будем по телефону заказывать нужные куски кварца на государственном кварцевом заводе». Кварцевые заводы появились даже раньше, чем предсказывал ученый. Они выпускают кристаллы кварца, ничем не уступающие природному горному хрусталю, в количествах, достаточных не только для радиоэлектронной промышленности, не только для оптики, но и для украшений. Сомневающимся в этом утверждении рекомендуем обратиться в ближайший от их дома ювелирный магазин.