Перейти к содержанию

Кремний и его соединения

 

Содержание

Кремний и его соединения

Кремний и его соединения

Кремний и его соединения

1 слайд

Описание слайда:

Кремний и его соединения

Кремний в виде кристаллов входит в состав горных пород образует бесцветные к

2 слайд

Описание слайда:

в виде кристаллов входит в состав горных пород
образует бесцветные кристалла кварца и горного хрусталя
на его основе создано промышленное производство керамики, стекла, цемента
полупроводник
 по распространению в земной коре занимает 2-е место после кислорода (26 %) В природе встречается в виде оксидов, силикатов и алюмосиликатов
 его оксиды являются основной частью песка и глины

Кремний – кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском

3 слайд

Описание слайда:

Кремний – кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском. Кристаллическая решетка кремния напоминает структуру алмаза.

Кристаллическая решётка кремния Кремний – неметалл с атомной кристаллической

4 слайд

Описание слайда:

Кристаллическая решётка кремния
Кремний – неметалл с атомной кристаллической решеткой.

Структура кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом

5 слайд

Описание слайда:

Структура
кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом окружен четырьмя другими и связан с ними ковалентной связью, которая значительно слабее, чем между атомами углерода в алмазе.
В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связей разрушается.

Структура связей атома кремния в кристаллической решетке

6 слайд

Описание слайда:

Структура связей атома кремния в кристаллической решетке

Строение атома Si 14 )2e)8e)4e

7 слайд

Описание слайда:

Соединения кремния 0 +4

8 слайд

Описание слайда:

Соединения кремния
0 +4 +2
Примеры: Si, SiO2, SiO.

Физические свойства кремнияТемно-серые, блестящие, непрозрачные кристаллы Хру

9 слайд

Описание слайда:

Физические свойства кремния
Темно-серые, блестящие, непрозрачные кристаллы
Хрупкий
Твердый
Тугоплавкий,
Плохой проводник тока

Химические свойства кремния а) восстановительные 1) Si + O2 =SiO2 2) Si +

10 слайд

Описание слайда:

Химические свойства кремния

а) восстановительные
1) Si + O2 =SiO2
2) Si + 2CL2 = SiCL4
3) Si + S = SiS2
4)Si + 2H2O (пар) = SiO2 + H2
5)Si + C = SiC (карборунд)
6)Si +2NaOH(конц) + H2O = Na2SiO3 + H2

б) окислительные
Si + 2Ca = Ca2Si

Методы получения кремния В промышленности кремний получают восстановлением кр

11 слайд

Описание слайда:

Методы получения кремния
В промышленности кремний получают восстановлением кремнезема SiO2 коксом в электрических печах при 1500-17000С:
SiO2 + 2C  Si + 2CO
В лаборатории:
SiO2 + 2Mg  Si + 2MgO
3SiO2 + 4Al  3Si + 2Al2O3
Чистый кремний получают:
SiCl4 + 2Zn↑  Si + ZnCl2

Применение кремния материал для электроники материал для сосудов; компонент с

12 слайд

Описание слайда:

Применение кремния
материал для электроники
материал для сосудов;
компонент сплавов с
железом;
— сверхчистый кремний –
полупроводник для
солнечных батарей

Соединения кремния 1. Оксид кремния (IV) Оксид кремния SiO2 (IV) называют та

13 слайд

Описание слайда:

Соединения кремния
1. Оксид кремния (IV)
Оксид кремния SiO2 (IV) называют также кремнеземом.
Физические свойства:
бесцветное, твердое тугоплавкое вещество (температура плавления 1700°С), твердый

Модификации кремнезёма (кварца)кристаллический кремнезем — в виде минерала кв

14 слайд

Описание слайда:

Модификации кремнезёма (кварца)
кристаллический кремнезем — в виде минерала кварца и его разновидностей (горный хрусталь, халцедон, агат, яшма, аметист, авантюрин, цитрин, кремень). Кварц составляет основу кварцевых песков, широко используемых в строительстве и в силикатной промышленности;
2) аморфный кремнезем (кварцевое стекло, диатомит, трепел)

Кварц – SiO2 кристаллическая модификация Кварцевое стекло - SiO2 Аморфная м

15 слайд

Описание слайда:

Кварц – SiO2
кристаллическая модификация

Кварцевое стекло — SiO2
Аморфная модификация

SiO2 кристаллизуется в атомной решетке Каждый атом кремния заключен в тетраэд

16 слайд

Описание слайда:

SiO2 кристаллизуется в атомной решетке
Каждый атом кремния заключен в тетраэдр из 4 атомов кислорода.

При этом атом кремния находится в центре, а по вершинам тетраэдра
расположены атомы кислорода.

Весь кусок кремнезема SiO2 можно рассматривать как кристалл, формула котор

17 слайд

Описание слайда:

Весь кусок кремнезема SiO2 можно
рассматривать как кристалл,
формула которого (SiO2)n. Такое
строение оксида кремния (IV)
обусловливает его высокую твердость и тугоплавкость

Химические свойства оксида кремния (IV)Относится к кислотным оксидам: 1. При

18 слайд

Описание слайда:

Химические свойства оксида кремния (IV)
Относится к кислотным оксидам:
1. При сплавлении его с твердыми щелочами, основными оксидами и карбонатами образуются соли кремниевой кислоты: метасиликаты.
а) SiO2 + 2NaOH  H2O+ Na2SiO3 б) SiO2 + CaO  CaSiO3
в) SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2 ↑

2. Реагирует со щелочами в растворе (образует ортосиликаты).

19 слайд

Описание слайда:

2. Реагирует со щелочами в растворе (образует ортосиликаты).
Кип.
SiO2 (ам.)+ 4NaOHNa4SiO4+ 2H2O
3. Взаимодействует только с плавиковой кислотой:
SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O

4. Восстанавливается углеродом, магнием, железом (в доменном процессе).

20 слайд

Описание слайда:

4. Восстанавливается углеродом, магнием, железом (в доменном процессе). Кип
а) SiO2 + 3C(кокс)SiC+CO
б)SiO2 + 2MgSi+ 2MgO
5. В воде оксид кремния (IV) не растворяется и с ней химически не взаимодействует.

Кремневые кислотыH2SiO3 — кислота очень слабая, в воде мало растворима. Сост

21 слайд

Описание слайда:

Кремневые кислоты
H2SiO3 — кислота очень слабая, в воде мало растворима.
Состав кремниевых кислот представляют в виде формул:
nSiO2*mH2O. Кислоты с различным числом m легко переходят друг в друга и не могут быть выделены в чистом виде.

СиликатыСиликаты – химические соединения, содержащие кремнекислотные остатки

22 слайд

Описание слайда:

Силикаты
Силикаты – химические соединения, содержащие кремнекислотные остатки различного состава [SinOm].
Основа всех силикатов — кремнекислородный тетраэдр [SiO4],
в центре которого расположен атом кремния, а в вершинах – атомы кислорода.

Применение силикатов в качестве жидкого стекла - концентрированных растворо

23 слайд

Описание слайда:

Применение силикатов
в качестве жидкого стекла — концентрированных растворов силикатов калия и натрия; его используют:
а) при изготовлении клея и водонепроницаемых тканей.
б) при изготовлении кислотоупорных бетонов,
в) изготовления замазок, конторского клея.
г) пропитка тканей, дерева и бумаги для придания им огнестойкости и водонепроницаемости.

Кремний в отличии от углерода в свободном виде в природе не встречается. К

24 слайд

Описание слайда:

Кремний в отличии от углерода в свободном виде в природе не встречается.
Кремний может быть, как окислителем так и восстановителем.
Оксид кремния в отличии от оксида углерода (IV) с водой не взаимодействует.
Кремний — полупроводник, его соединение используют для получения стекла, цемента, бетона, а также для получения кирпича, фарфора, фаянса и изделия из них.

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

  • подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
  • по всем предметам 1-11 классов

Кремний и его соединения

Курс повышения квалификации

Охрана труда

  • Сейчас обучается 104 человека из 45 регионов

Кремний и его соединения

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

  • Сейчас обучается 335 человек из 66 регионов

Кремний и его соединения

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

  • Сейчас обучается 169 человек из 48 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

  • ЗП до 91 000 руб.
  • Гибкий график
  • Удаленная работа

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

также Вы можете выбрать тип материала:

  • Все материалы
  • Статьи
  • Научные работы
  • Видеоуроки
  • Презентации
  • Конспекты
  • Тесты
  • Рабочие программы
  • Другие методич. материалы

Общая информация

  • Другое
  • Презентации

Похожие материалы

Статья "Сказки про шахматы".

Уроки в «зеленом классе» I–II классы

Внеклассное занятие "Опасные ситуации на дорогах"

Онлайн-сервисы для дистанционного обучения

Конспект урока "Выражение принадлежности"

Внеклассное занятие "Мы в социальных сетях"

Внеклассное занятие "Коронавирус — чума 21 века"

Памятка учителям по ДО

Не нашли то что искали?

Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5327405 материалов.

Вам будут интересны эти курсы:

  • Курс повышения квалификации «Подростковый возраст — важнейшая фаза становления личности»
  • Курс профессиональной переподготовки «Управление персоналом и оформление трудовых отношений»
  • Курс повышения квалификации «Основы управления проектами в условиях реализации ФГОС»
  • Курс повышения квалификации «Организация практики студентов в соответствии с требованиями ФГОС педагогических направлений подготовки»
  • Курс повышения квалификации «Этика делового общения»
  • Курс повышения квалификации «Правовое регулирование рекламной и PR-деятельности»
  • Курс повышения квалификации «Страхование и актуарные расчеты»
  • Курс профессиональной переподготовки «Разработка эффективной стратегии развития современного вуза»
  • Курс повышения квалификации «Мировая экономика и международные экономические отношения»
  • Курс профессиональной переподготовки «Риск-менеджмент организации: организация эффективной работы системы управления рисками»
  • Курс повышения квалификации «Финансовые инструменты»
  • Курс профессиональной переподготовки «Метрология, стандартизация и сертификация»
  • Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности по водоотведению и очистке сточных вод»
  • Курс повышения квалификации «Международные валютно-кредитные отношения»
  • Курс профессиональной переподготовки «Информационная поддержка бизнес-процессов в организации»

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Кремний и его соединения

Кремний и его соединения

Дополнительные занятия по изучению культуры чеченского народа появятся в школах Чечни

Время чтения: 1 минута

Кремний и его соединения

В России зарегистрировали вакцину от коронавируса для подростков

Время чтения: 1 минута

Кремний и его соединения

Российские школьники установили рекорд на олимпиаде по астрономии

Время чтения: 2 минуты

Кремний и его соединения

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Кремний и его соединения

В Псковской области ввели обязательную вакцинацию для студентов

Время чтения: 1 минута

Кремний и его соединения

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

  • Курсы «Инфоурок»
  • Онлайн-занятия с репетиторами на IU.RU

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Кремний в организме человека

Содержание кремния (silicon) в организме – 1г, наиболее высокая концентрация на стенках аорты, трахеи, в костях, сухожилиях, волосах, в коже и лимфатических узлах.

kremnii

Предполагается, что кремний принимает участие в процессе роста костной ткани, в формировании хрящей и других соединительных тканей, кроме того, способствует поддержанию эластичности стенок сосудов на клеточном уровне. Кремний играет главную роль в следующих соединительных компонентах ткани: эластине, коллагене, муколисахаридах. Снижение с возрастом уровня кремния в аорте свидетельствует о значимости микроэлемента в развитии атеросклероза.

Организм усваивает только 4% кремния.

Норма кремния в день – 5 – 20 мг. Существует точка зрения, что оптимальное количество потребления кремния – 50 -100 мг.

Кремний в продуктах питания

Продукты с самым высоким содержанием кремния:

  • неочищенное зерно, продукция из хлебных злаков;
  • крупы (коричневый рис);
  • корнеплоды овощей (топинамбур, картофель с кожурой, свекла, редька, репа, редис, лук);
  • водоросли;
  • отруби;
  • зелень;
  • ягоды;
  • минеральные воды.

В составе обычного рациона питания содержится 21–46 мг микроэлемента.

Недостаток кремния

Недостаток кремния в организме развивается, если количество поступления микроэлемента составляет 5 мг в день и меньше.

Уровень кремния снижает избыток алюминия, употребление рафинированных пищевых продуктов. Нормализации содержания микроэлемента способствует рацион, богатый пищевыми волокнами.

Причины недостатка кремния в организме:

  • Неудовлетворительное количество поступающего микроэлемента с продуктами питания.
  • Избыточное расходование кремния в результате быстрого роста, физических перегрузок.
  • Нарушение кремниевого обмена.

Симптомы недостатка кремния:

  • Ослабление соединительной ткани в бронхо-легочной системе, связках, хрящах.
  • Слабость костной ткани приводит к развитию остеопороза, переломам.
  • Ломкость и потеря волос.
  • Повышение вероятности развития воспалительных заболеваний кишечника и желудка.
  • Увеличение уровня холестерина, раннее развитие атеросклероза.

Избыток кремния

Токсичность вызывают дозы кремния, составляющие 500 мг в день.

Профессиональная деятельность, связанная с добывающей промышленностью, контактами с цементом, асбестом, стеклом, аэрозолями, кварцем может сопровождаться высоким уровнем кремния в организме.

Чревато риском приобрести тяжёлую болезнь — силикоз, разрушающую легочную ткань, через вдыхание высокодисперсных частиц кремния, которые образуются в процессе взрывных работ, долбления пород в шахтах и т. д. Для защиты используется респиратор.

Причины избытка кремния:

  • Повышенное поступление микроэлемента в организм.
  • Нарушение кремниевого обмена.

Симптомы избытка кремния:

  • Мочекаменная болезнь.
  • Фиброз легких.
  • Новообразования злокачественного характера в брюшной полости и плевре.
Источник: http://www.properdiet.ru/mineralnye_veshhestva/58-kremniy-v-organizme-cheloveka/

Кремний и его соединенияЕсли вы заметили орфографическую ошибку, пожалуйста, выделите ее мышью и нажмите Ctrl+Enter.

Кремний получение свойства и применение. Кремний и его соединения

Химический знак кремния Si, атомный вес 28,086, заряд ядра +14. , как и , располагается в главной подгруппе IV группы, в третьем периоде. Это аналог углерода. Электронная конфигурация электронных слоев атома кремния ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Строение внешнего электронного слоя

Структура внешнего электронного слоя аналогична структуре атома углерода.
встречается в виде двух аллотропных видоизменений — аморфного и кристаллического.
Аморфный — порошок буроватого цвета, обладающий несколько большей химической активностью, чем кристаллический. При обычной температуре реагирует с фтором:
Si + 2F2 = SiF4 при 400° — с кислородом
Si + O2 = SiO2
в расплавах — с металлами:
2Mg + Si = Mg2Si
Кристаллический кремний — твердое хрупкое вещество с металлическим блеском. Он обладает хорошей тепло- и электропроводностью, легко растворяется в расплавленных металлах, образуя . Сплав кремния с алюминием называется силумином, сплав кремния с железом — ферросилицием. Плотность кремния 2,4. Температура плавления 1415°, температура кипения 2360°. Кристаллический кремний — вещество довольно инертное и в химические реакции вступает с трудом. С кислотами, несмотря на хорошо заметные металлические свойства, кремний не реагирует, а со щелочами вступает в реакцию, образуя соли кремниевой кислоты и :
Si + 2КОН + Н2О = K2SiO2 + 2H2

■ 36. В чем сходство и в чем различие электронных структур атомов кремния и углерода?
37. Как объяснить с точки зрения электронной структуры атома кремния, почему металлические свойства более характерны для кремния, чем для углерода?
38. Перечислите химические свойства кремния.

Кремний в природе. Двуокись кремния

В природе кремний распространен очень широко. Примерно 25% земной коры приходится на кремний. Значительная часть природного кремния представлена двуокисью кремния SiO2. В очень чистом кристаллическом состоянии двуокись кремния встречается в виде минерала, называемого горным хрусталем. Двуокись кремния и двуокись углерода по химическому составу являются аналогами, однако двуокись углерода — это газ, а двуокись кремния — твердое вещество. В отличие от молекулярной кристаллической решетки СO2 двуокись кремния SiO2 кристаллизуется в виде атомной кристаллической решетки, каждая ячейка которой представляет собой тетраэдр с атомом кремния в центре и атомами кислорода по углам. Это объясняется тем, что атом кремния имеет больший радиус, чем атом углерода, и вокруг него могут разместиться не 2, а 4 кислородных атома. Различием в строении кристаллической решетки объясняется различие свойств этих веществ. На рис. 69 показаны внешний вид кристалла природного кварца, состоящего из чистой двуокиси кремния, и ее структурная формула.

Кремний и его соединения

Рис. 60. Структурная формула двуокиси кремния (а) и кристаллы природного кварца (б)

Кристаллическая двуокись кремния наиболее часто встречается в виде песка, который имеет белый цвет, если не загрязнен глинистыми примесями желтого цвета. Помимо песка, двуокись кремния часто встречается в виде очень твердого минерала — кремния (гидратированная двуокись кремния). Кристаллическая двуокись кремния, окрашенная в различные примеси, образует драгоценные и полудрагоценные камни — агат, аметист, яшму. Почти чистая двуокись кремния встречается также в виде кварца и кварцита. Свободной двуокиси кремния в земной коре 12%, в составе различных горных пород — около 43%. В общей сложности более 50% земной коры состоит из двуокиси кремния.
Кремний входит в состав самых различных горных пород и минералов — глины, гранитов, сиенитов, слюд, полевых шпатов и пр.

Твердая двуокись углерода, не плавясь, возгоняется при -78,5°. Температура плавления двуокиси кремния около 1.713°. Она весьма тугоплавка. Плотность 2,65. Коэффициент расширения двуокиси кремния очень мал. Это имеет очень большое значение при применении посуды из кварцевого стекла. В воде двуокись кремния не растворяется и с ней не реагирует, несмотря на , что это кислотный окисел и ему соответствует кремниевая кислота H2SiO3. Двуокись углерода в воде, как известно, растворима. С кислотами, кроме плавиковой кислоты HF, двуокись кремния не реагирует, со щелочами дает соли.

Кремний и его соединения

Рис. 69. Структурная формула двуокиси кремния (а) и кристаллы природного кварца (б).
При накаливании двуокиси кремния с углем происходит восстановление кремния, а затем его соединение с углеродом и образование карборунда по уравнению:
SiO2 + 2С = SiC + СО2. Карборунд обладает высокой твердостью, к кислотам устойчив, а щелочами разрушается.

■ 39. По каким свойствам двуокиси кремния можно судить о ее кристаллической решетке?
40. В виде каких минералов двуокись кремния встречается в природе?
41. Что такое карборунд?

Кремниевая кислота. Силикаты

Кремниевая кислота H2SiO3 является кислотой очень слабой и малоустойчивой. При нагревании она постепенно разлагается на воду и двуокись кремния:
H2SiO3 = H2O + SiO2

В воде кремниевая кислота практически нерастворима, но может легко давать .
Кремниевая кислота образует соли, которые называются силикатами. широко встречаются в природе. Природные — это довольно сложные . Состав их обычно изображается как соединение нескольких окислов. Если в состав природных силикатов входит окись алюминия, они называются алюмосиликатами. Таковы белая глина, (каолин) Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O, полевой шпат К2O · Al2O3 · 6SiO2, слюда
К2O · Al2O3 · 6SiO2 · 2Н2O. Многие природные в чистом виде являются драгоценными камнями, например аквамарин, изумруд и др.
Из искусственных силикатов следует отметить силикат натрия Na2SiO3 — один из немногих растворимых в воде силикатов. Его называют растворимым стеклом, а раствор — жидким стеклом.

Силикаты широко применяются в технике. Растворимым стеклом пропитывают ткани и древесину для предохранения их от воспламенения. Жидкое входит в состав огнеупорных замазок для склеивания стекла, фарфора, камня. Силикаты и являются основой в производстве стекла, фарфора, фаянса, цемента, бетона, кирпича и различных керамических изделий. В растворе силикаты легко гидролизуются.

■ 42. Что такое ? Чем они отличаются от силикатов?
43. Что такое жидкое и для каких целей оно применяется?

Стекло

Сырьем для производства стекла являются сода Na2CO3, известняк СаСO3 и песок SiO2. Все составные части стеклянной шихты тщательно очищают, смешивают и сплавляют при температуре около 1400°. В процессе сплавления протекают следующие реакции:
Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2

CaCO3 + SiO2 = CaSiO 3+ CO2
Фактически в состав стекла входят силикаты натрия и кальция, а также избыток SO2, поэтому состав обычного оконного стекла: Na2O · CaO · 6SiO2. Стеклянную шихту нагревают при температуре 1500° до тех пор, пока полностью не удалится двуокись углерода. Затем охлаждают до температуры 1200°, при которой оно становится вязким. Как всякое аморфное вещество, стекло размягчается и затвердевает постепенно, поэтому оно является хорошим пластическим материалом. Вязкую стеклянную массу пропускают через щель, в результате чего образуется стеклянный лист. Горячий стеклянный лист вытягивают валками, доводя до определенных размеров и постепенно охлаждая током воздуха. Затем его обрезают по краям и разрезают на листы определенного формата.

■ 44. Приведите уравнения реакций, протекающих при получении стекла, и состав оконного стекла.

Стекло — вещество аморфное, прозрачное, в воде практически нерастворимо, но если измельчить его в мелкую пыль и смешать с небольшим количеством воды, в полученной смеси с помощью фенолфталеина можно обнаружить щелочь. При длительном хранении щелочей в стеклянной посуде избыток SiO2 в стекле очень медленно реагирует со щелочью и стекло постепенно утрачивает прозрачность.
Стекло стало известно людям более чем за 3000 лет до нашей эры. В древности получали стекла почти такого же состава, как и в настоящее время, но древние мастера руководствовались лишь собственной интуицией. В 1750 г. М. В. сумел разработать научные основы получения стекла. За 4 года М. В. собрал много рецептов изготовления разных стекол, особенно цветных. На построенной им стекольной фабрике было изготовлено большое количество образцов стекла, которые сохранились до наших дней. В настоящее время используются стекла разного состава, обладающие различными свойствами.

Кварцевое стекло состоит из почти чистой двуокиси кремния и выплавляется из горного хрусталя. Его очень важной особенностью является , что коэффициент расширения у него незначительный, почти в 15 раз меньше, чем у обычного стекла. Посуду из такого стекла можно раскалить докрасна в пламени горелки и после этого опустить в холодную воду; при этом никаких изменений со стеклом не произойдет. Кварцевое стекло не задерживает ультрафиолетовых лучей, а если окрасить его никелевыми солями в черный цвет, то оно будет задерживать все видимые лучи спектра, но для ультрафиолетовых лучей останется прозрачным.
На кварцевое стекло не действуют кислоты и , но щелочи его заметно разъедают. Кварцевое стекло более хрупко, чем обычное. Лабораторное стекло содержит около 70% SiО2, 9% Na2О, 5% К2О 8% СаО, 5% Аl2O3, 3% В2O3 (состав стекол приводится не для запоминания).

В промышленности находят применение стекла иен-ское и пирекс. Иенское стекло содержит около 65% Si02, 15% В2O3, 12% ВаО, 4% ZnO, 4% Аl2O3. Оно прочно, устойчиво к механическим воздействиям, имеет малый коэффициент расширения, устойчиво к щелочам.
Стекло пирекс содержит 81% SiO2, 12% В2O3, 4% Na2O, 2% Аl2O3, 0,5% As2O3, 0,2% К2O, 0,3% СаО. Оно обладает такими же свойствами, как иенское стекло, но в еще большей степени, особенно после закалки, зато менее устойчиво к щелочам. Из стекла пирекс изготовляют предметы домашнего обихода, подвергающиеся нагреванию, а также детали некоторых промышленных установок, работающие при низких и высоких температурах.

Разные качества стеклу придают некоторые добавки. Например, примеси окислов ванадия дают стекло, полностью задерживающее ультрафиолетовые лучи.
Получают также и стекло, окрашенное в различные цвета. Еще М. В. изготовил несколько тысяч образцов цветного стекла разной окраски и оттенков для своих мозаичных картин. В настоящее время методы окраски стекла детально разработаны. Соединения марганца окрашивают стекло в фиолетовый цвет, кобальта — в синий. , распыленное в массе стекла в виде коллоидных частиц, придает ему рубиновую окраску и т. д. Свинцовые соединения придают стеклу блеск, подобный блеску горного хрусталя, поэтому оно называется хрустальным. Такое стекло легко поддается обработке, огранке. Изделия из него очень красиво преломляют свет. При окраске этого стекла различными добавками получается цветное хрустальное стекло.

Если расплавленное стекло смешать с веществами, которые при разложении образуют большое количество газов, то последние, выделяясь, вспенивают стекло, образуя пеностекло. Такое стекло очень легкое, хорошо обрабатывается, является прекрасным электро- и тепло-изолятором. Оно было впервые получено проф. И. И. Китайгородским.
Вытягивая из стекла нити, можно получить так называемое стекловолокно. Если пропитать уложенное слоями стекловолокно синтетическими смолами, то получается очень прочный, не поддающийся гниению, прекрасно обрабатывающийся строительный материал, так называемый стеклотекстолит. Интересно, что чем тоньше стекловолокно, тем выше его прочность. Стекловолокно также применяется для изготовления спецодежды.
Стеклянная вата является ценным материалом, через который можно фильтровать сильные кислоты и щелочи, не фильтрующиеся через бумагу. Кроме того, стеклянная вата является хорошим теплоизолирующим веществом.

■ 44. От чего зависят свойства стекол разных видов?

Керамика

Из алюмосиликатов особенно важна белая глина — каолин, являющаяся основой для получения фарфора и фаянса. Производство фарфора — чрезвычайно древняя отрасль хозяйства. Родина фарфора — Китай. В России фарфор был получен впервые в XVIIIв. Д, И. Виноградовым.
Сырьем для получения фарфора и фаянса, помимо каолина, служат песок и . Смесь каолина, песка и воды подвергают тщательному тонкому размолу в шаровых мельницах, затем отфильтровывают избыток воды и хорошо вымешанную пластичную массу направляют на формовку изделий. После формовки изделия подвергают сушке и обжигу в туннельных печах непрерывного действия, где их сначала разогревают, затем обжигают и, наконец, охлаждают. После этого изделия проходят дальнейшую обработку — покрытие глазурью, нанесение рисунка керамическими красками. После каждой стадии изделия обжигают. В результате фарфор получается белым, гладким и блестящим. В тонких слоях он просвечивает. Фаянс порист и не просвечивает.

Из красной глины формуют кирпичи, черепицу, глиняную посуду, керамические кольца для насадки в поглотительных и промывных башнях разных химических производств, цветочные горшки. Их также обжигают, чтобы они не размягчались водой, стали механически прочными.

Цемент. Бетон

Соединения кремния служат основой для получения цемента — вяжущего материала, незаменимого в строительстве. Сырьем для получения цемента являются глина и известняк. Эту смесь обжигают в огромной наклонной трубчатой вращающейся печи, куда непрерывно загружают сырье. После обжига при 1200-1300° из отверстия, расположенного на другом конце печи, непрерывно выходит спекшаяся масса — клинкер. После размола клинкер превращается в . В состав цемента входят главным образом силикаты. Если смешать с водой до образования густой кашицы, а затем оставить на некоторое время на воздухе, то вступит в реакцию с веществами цемента, образуя кристаллогидраты и другие твердые соединения, что приводит к затвердеванию («схватыванию») цемента. Такой уже не переводится в прежнее состояние, поэтому до употребления цемент стараются беречь от воды. Процесс твердения цемента является длительным, и настоящую прочность он приобретает лишь через месяц. Правда, существуют разные сорта цемента. Рассмотренный нами обычный цемент называется силикатным, или портландцементом. Из глинозема, известняка и двуокиси кремния изготовляют быстро твердеющий глиноземистый цемент.

Если смешать цемент со щебнем или гравием, то получается бетон, являющийся уже самостоятельным строительным материалом. Щебень и гравий называются наполнителями. Бетон обладает высокой прочностью и выдерживает большие нагрузки. Он водостоек, огнестоек. При нагревании почти не теряет прочности, так как теплопроводность его очень мала. Бетон морозостоек, ослабляет радиоактивные излучения, поэтому его используют как строительный материал для гидротехнических сооружений, для защитных оболочек ядерных реакторов. Бетоном обмуровывают котлы. Если смешать цемент с пенообразователем, то образуется пронизанный множеством ячеек пенобетон. Такой бетон является хорошим звукоизолятором и еще меньше, чем обычный бетон, проводит тепло.

Нахождение в природе.

Среди множества химических элементов, без которых невозможно существование жизни на Земле, углерод является главным. Более 99% углерода в атмосфере содержится в виде углекислого газа. Около 97% углерода в океанах существует в растворённой форме (), а в литосфере — в виде минералов. Элементарный углерод присутствует в атмосфере в малых количествах в виде графита и алмаза, а в почве — в форме древесного угля.

Положение в ПСХЭ.Общая характеристика элементов подгруппы углерода.

Главную подгруппу IV группы периодической системы Д. И. Менделеева образуют пять элементов — углерод, кремний, германий, олово и свинец. В связи с тем, что от углерода к свинцу радиус атома увеличивается, размеры атомов возрастают, способность к присоединению электронов, а, следовательно, и неметаллические свойства будут ослабевать, легкость же отдачи электронов — возрастать.

Электронноестроение

В нормальном состоянии элементы этой подгруппы проявляют валентность, равную 2.При переходе в возбуждённое состояние, сопровождающееся переходом одного из s – электронов внешнего слоя в свободную ячейку p – подуровня того же уровня, все электроны наружного слоя становятся не спаренными и валентность при этом возрастает до 4.

Методы получения: лабораторные и промышленные.

Углерод Неполное сжигание метана: СН4 + О2 = С + 2Н2О Оксид углерода (II) В промышленности: Оксид углерода (II) получают в особых печах, называемых газогенераторами, в результате двух последовательно протекающих реакций. В нижней части газогенератора, где кислорода достаточно, происходит полное сгорание угля и образуется оксид углерода (IV): C + O2 = CO2 + 402 кДж.

По мере продвижения оксида углерода (IV) снизу вверх последний соприкасается с раскалённым углём: CO2 + C = CO – 175 кДж. Получающийся газ состоит из свободного азота и оксида углерода (II). Такая смесь называется генераторным газом. В газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар: C + H2O = CO + H2 – Q, «CO + H2» — водянойгаз. В лаборатории: Действуя на муравьиную кислоту концентрированной серной кислотой, которая связывает воду: HCOOH  H2O + CO.

Оксид углерода (IV) В промышленности: Побочный продукт при производстве извести: CaCO3 CaO + CO2. В лаборатории: При взаимодействии кислот с мелом или мрамором: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2+ H2O. Карбиды Карбиды получают при помощи прокаливания металлов или их оксидов с углём.

Угольная кислота Получают растворением оксида углерода (IV) в воде. Так как угольная кислота очень не прочное соединение, то эта реакция обратима:CO2 + H2O H2CO3. Кремний В промышленности: При нагревании смеси песка и угля: 2C + SiO2Si + 2CO. В лаборатории: При взаимодействии смеси чистого песка с порошком магния: 2Mg + SiO2  2MgO + Si.

Кремниевая кислота Получают при действии кислот на растворы её солей. При этом она выпадает в виде студенистого осадка: Na2SiO3 + HCl  2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3

Аллотропные видоизменения углерода.

Углерод существует в трех аллотропных модификациях: алмаз, графит и карбин.

Графит.

Мягкий графит имеет слоистое строение. Непрозрачен, серого цвета с металлическим блеском. Довольно хорошо проводит электрический ток, благодаря наличию подвижных электронов. Скользок на ощупь. Одно из самых мягких среди твердых веществ. Рис.2 Модель решетки графита.

Алмаз.

Алмаз — самое твердое природное вещество. Кристаллы алмазов высоко ценятся и как технический материал, и как драгоценное украшение. Хорошо отшлифованный алмаз — бриллиант. Преломляя лучи света, он сверкает чистыми, яркими цветами радуги. Самый крупный из когда-либо найденных алмазов весит 602 г, имеет длину 11 см, ширину 5 см, высоту 6 см. Этот алмаз был найден в 1905 г и носит имя «Кэллиан». Рис.1 Модель решетки алмаза.

Карбин и Зеркальный углерод.

Карбин представляет собой порошок глубокого черного цвета с вкраплением более крупных частиц. Карбин — самая термодинамически устойчивая форма элементарного углерода. Зеркальный углерод имеет слоистое строение. Одна из важнейших особенностей зеркального углерода (кроме твердости, стойкости к высоким температурам и т. д.) — его биологическая совместимость с живыми тканями.

Химические свойства.

Щелочи переводят кремний в соли кремниевой кислоты с выделением водорода:Si + 2КОН + H2O= К2Si03 + 2Н2 С водой углерод и кремний реагируют лишь при высоких температурах: С + Н2О ¬ СО + Н2 Si + ЗН2О = Н2SiO3 + 2Н2 Углерод в отличие от кремния непосредственно взаимодействует с водородом:С + 2Н2 = СН4

Карбиды.

Соединения углерода с металлами и другими элементами, которые по отношению к углероду являются электроположительными, называются карбидами. При взаимодействии карбида алюминия с водой образуется метан Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4 При взаимодействии с водой карбида кальция – ацетилен: CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2

Химия подготовка к ЗНО и ДПА
Комплексное издание

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Применение углерода и кремния

Углерод является одной из самых востребованных полезных ископаемых на нашей планете. Углерод преимущественно используют как топливо для энергетической промышленности. Ежегодная добыча каменного угля в мире составляет около 550 миллионов тонн. Кроме использование угля в качестве теплоносителя, немалое его количество перерабатывают в кокс, необходим для извлечения различных металлов. На каждую тонну полученного железа в результате доменного процесса тратят 0,9 тонн кокса. Активированный уголь применяют в медицине при отравлениях и в противогазах.

Графит в больших количествах используют для изготовления карандашей. Добавка графита в стали увеличивает ее твердость и устойчивость к истиранию. Такую сталь используют, например, для производства поршней, коленчатых валов и некоторых других механизмов. Способность структуры графита к расслаиванию позволяет применять его как высокоэффективную смазку при очень высоких температурах (около +2500 °С).

Графит имеет еще одно очень важное свойство — он является эффективным замедлителем тепловых нейтронов. Это свойство используют в ядерных реакторах. Последнее время стали пользоваться пластмассами, в которые как наполнитель добавляют графит. Свойства таких материалов позволяют использовать их для производства многих важных устройств и механизмов.

Алмазы используют как хороший твердый материал для производства таких механизмов, как шлифовальные-круги, стеклорезы, буровые установки и другие приборы, требующие высокой твердости. Красиво ограненные алмазы применяют как дорогие украшения, которые называют бриллиантами.

Фуллерены были открыты сравнительно недавно (в 1985 году), потому прикладного применения они еще не нашли, однако уже сейчас ученые проводят исследования по созданию носителей информации огромной емкости. Нанотрубки уже сейчас применяют в различных нанотехнологиях, например таких, как введение лекарств с помощью наноголки, изготовление нанокомпьютеров и многое другое.

Кремний — хороший полупроводник. Из него изготавливают различные полупроводниковые приборы, такие как диоды, транзисторы, микросхемы и микропроцессоры. Во всех современных мікрокомп»ютерах применяются процессоры на основе кремниевого кристалла. С кремния изготавливают солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Кроме того, кремний используют как легирующие компонент для производства высококачественных легированных сталей.

Углерод способен образовывать несколько аллотропных модификаций. Это алмаз (наиболее инертная аллотропная модификация), графит, фуллерен и карбин.

Древесный уголь и сажа представляют собой аморфный углерод. Углерод в таком состоянии не имеет упорядоченной структуры и фактически состоит из мельчайших фрагментов слоев графита. Аморфный углерод, обработанный горячим водяным паром, называют активированным углем. 1 грамм активированного угля из-за наличия в нем множества пор имеет общую поверхность более трехсот квадратных метров! Благодаря своей способности поглощать различные вещества активированный уголь находит широкое применение как наполнитель фильтров, а также как энтеросорбент при различных видах отравлений.

С химической точки зрения аморфный углерод является наиболее активной его формой, графит проявляет среднюю активность, а алмаз является крайне инертным веществом. По этой причине, рассматриваемые ниже химические свойства углерода следует прежде всего относить к аморфному углероду.

Восстановительные свойства углерода

Как восстановитель углерод реагирует с такими неметаллами как, например, кислород, галогены, сера.

В зависимости от избытка или недостатка кислорода при горении угля возможно образование угарного газа CO или углекислого газа CO 2:

При взаимодействии углерода со фтором образуется тетрафторид углерода:

При нагревании углерода с серой образуется сероуглерод CS 2:

Углерод способен восстанавливать металлы после алюминия в ряду активности из их оксидов. Например:

Также углерод реагирует и с оксидами активных металлов, однако в этом случае наблюдается, как правило, не восстановление металла, а образование его карбида:

Взаимодействие углерода с оксидами неметаллов

Углерод вступает в реакцию сопропорционирования с углекислым газом CO 2:

Одним из наиболее важных с промышленной точки зрения процессов является так называемая паровая конверсия угля . Процесс проводят, пропуская водяной пар через раскаленный уголь. При этом протекает следующая реакция:

При высокой температуре углерод способен восстанавливать даже такое инертное соединение как диоксид кремния. При этом в зависимости от условия возможно образование кремния или карбида кремния (карборунда ):

Также углерод как восстановитель реагирует с кислотами окислителями, в частности, концентрированными серной и азотной кислотами:

Окислительные свойства углерода

Химический элемент углерод не отличается высокой электроотрицательностью, поэтому образуемые им простые вещества редко проявляют окислительные свойства по отношению к другим неметаллам.

Примером таких реакций является взаимодействие аморфного углерода с водородом при нагревании в присутствии катализатора:

а также с кремнием при температуре 1200-1300 о С:

Окислительные свойства углерод проявляет по отношению к металлам. Углерод способен реагировать с активными металлами и некоторыми металлами средней активности. Реакции протекают при нагревании:

а также растворами кислот-неокислителей:

При этом образуются углеводороды, содержащие углерод в той же степени окисления, что и в исходном карбиде.

Химические свойства кремния

Кремний может существовать, как и углерод в кристаллическом и аморфном состоянии и, также, как и в случае углерода, аморфный кремний существенно более химически активен, чем кристаллический.

Иногда аморфный и кристаллический кремний, называют его аллотропными модификациями, что, строго говоря, не совсем верно. Аморфный кремний представляет собой по сути конгломерат беспорядочно расположенных друг относительно друга мельчайших частиц кристаллического кремния.

Взаимодействие кремния с простыми веществами

неметаллами

При обычных условиях кремний ввиду своей инертности реагирует только со фтором:

С хлором, бромом и йодом кремний реагирует только при нагревании. При этом характерно, что в зависимости от активности галогена, требуется и соответственно различная температура:

Так с хлором реакция протекает при 340-420 о С:

С бромом – 620-700 о С:

С йодом – 750-810 о С:

Реакция кремния с кислородом протекает, однако требует очень сильного нагревания (1200-1300 о С) ввиду того, что прочная оксидная пленка затрудняет взаимодействие:

При температуре 1200-1500 о С кремний медленно взаимодействует с углеродом в виде графита с образованием карборунда SiC – вещества с атомной кристаллической решеткой подобной алмазу и почти не уступающего ему в прочности:

С водородом кремний не реагирует.

металлами

Ввиду своей низкой электроотрицательности кремний может проявлять окислительные свойства лишь по отношению к металлам. Из металлов кремний реагирует с активными (щелочными и щелочноземельными), а также многими металлами средней активности. В результате такого взаимодействия образуются силициды:

Взаимодействие кремния со сложными веществами

С водой кремний не реагирует даже при кипячении, однако аморфный кремний взаимодействует с перегретым водяным паром при температуре около 400-500 о С. При этом образуется водород и диоксид кремния:

Из всех кислот кремний (в аморфном состоянии) реагирует только с концентрированной плавиковой кислотой:

Кремний растворяется в концентрированных растворах щелочей. Реакция сопровождается выделением водорода.

Один из самых распространенных в природе элементов — это silicium, или кремний. Такое широкое расселение говорит о важности и значимости данного вещества. Это быстро поняли и усвоили люди, которые научились правильно использовать в своих целях кремний. Применение его основано на особых свойствах, о которых и поговорим дальше.

Кремний — химический элемент

Если давать характеристику данного элемента по положению в периодической системе, то можно обозначить следующие важные пункты:

  1. Порядковый номер — 14.
  2. Период — третий малый.
  3. Группа — IV.
  4. Подгруппа — главная.
  5. Строение внешней электронной оболочки выражается формулой 3s 2 3p 2 .
  6. Элемент кремний обозначается химическим символом Si, который произносится как «силициум».
  7. Степени окисления, которые он проявляет: -4; +2; +4.
  8. Валентность атома равна IV.
  9. Атомная масса кремния равна 28,086.
  10. В природе существует три устойчивых изотопа данного элемента с массовыми числами 28, 29 и 30.

Таким образом, атом кремния с химической точки зрения — достаточно изученный элемент, описано множество различных его свойств.

История открытия

Так как в природе очень популярны и массовы по содержанию именно различные соединения рассматриваемого элемента, издревле люди использовали и знали о свойствах именно многих из них. Чистый же кремний долгое время оставался за гранью познаний человека в химии.

Наиболее популярными соединениями, которыми пользовались в быту и промышленности народы древних культур (египтяне, римляне, китайцы, русичи, персы и прочие), были драгоценные и поделочные камни на основе оксида кремния. К ним относятся:

  • опал;
  • горный хрусталь;
  • топаз;
  • хризопраз;
  • оникс;
  • халцедон и другие.

Также издревле принято использовать кварц и в строительном деле. Однако сам элементарный кремний оставался нераскрытым вплоть до XIX века, хотя многие ученые тщетно пытались выделить его из разных соединений, используя для этого и катализаторы, и высокие температуры, и даже электрический ток. Это такие светлые умы, как:

  • Карл Шееле;
  • Гей-Люссак;
  • Тенар;
  • Гемфри Дэви;
  • Антуан Лавуазье.

Осуществить удачно получение кремния в чистом виде удалось Йенсу Якобсу Берцелиусу в 1823 году. Для этого он проводил опыт по сплавлению паров фтористого кремния и металлического калия. В результате получил аморфную модификацию рассматриваемого элемента. Этим же ученым было предложено латинское название открытому атому.

Кремний и его соединения

Еще несколько позже, в 1855 году, другой ученый — Сент Клер-Девилль — сумел синтезировать другую аллотропную разновидность — кристаллический кремний. С тех пор знания о данном элементе и его свойствах стали очень быстро пополняться. Люди поняли, что он обладает уникальными особенностями, которые можно очень грамотно использовать для удовлетворения собственных нужд. Поэтому сегодня один из самых востребованных элементов в электронике и технике — это кремний. Применение его лишь расширяет свои границы с каждым годом.

Русское название атому дал ученый Гесс в 1831 году. Именно оно и закрепилось до сегодняшнего дня.

По распространенности в природе кремний занимает второе место после кислорода. Его процентное соотношение в сравнении с другими атомами в составе земной коры — 29,5%. Кроме того, углерод и кремний — это два особых элемента, способных формировать цепи, соединяясь друг с другом. Именно поэтому для последнего известно более 400 различных природных минералов, в составе которых он и содержится в литосфере, гидросфере и биомассе.

Где конкретно содержится кремний?

  1. В глубоких слоях почвы.
  2. В горных породах, залежах и массивах.
  3. На дне водоемов, особенно морей и океанов.
  4. В растениях и морских обитателях царства животных.
  5. В организме человека и наземных животных.

Можно обозначить несколько самых распространенных минералов и горных пород, в составе которых в большом количестве присутствует кремний. Химия их такова, что массовое содержание чистого элемента в них достигает 75%. Однако конкретная цифра зависит от разновидности материала. Итак, горные породы и минералы с содержанием кремния:

  • полевые шпаты;
  • слюды;
  • амфиболы;
  • опалы;
  • халцедоны;
  • силикаты;
  • песчаники;
  • алюмосиликаты;
  • глины и прочие.

Накапливаясь в панцирях и наружных скелетах морских животных, кремний со временем формирует мощные залежи кремнезема на дне водоемов. Это один из природных источников данного элемента.

Кроме того, было установлено, что силициум может существовать в чистом самородном виде — в виде кристаллов. Но подобные месторождения очень редки.

Кремний и его соединения

Физические свойства кремния

Если давать характеристику рассматриваемого элемента по набору физико-химических свойств, то в первую очередь следует обозначить именно физические параметры. Вот несколько основных:

  1. Существует в виде двух аллотропных модификаций — аморфный и кристаллический, которые отличаются по всем свойствам.
  2. Кристаллическая решетка очень схожа с таковой у алмаза, ведь углерод и кремний в этом отношении практически одинаковы. Однако расстояние между атомами разное (у кремния больше), поэтому алмаз гораздо тверже и прочнее. Тип решетки — кубическая гранецентрированная.
  3. Вещество очень хрупкое, при высоких температурах становится пластичным.
  4. Температура плавления равна 1415˚С.
  5. Температура кипения — 3250˚С.
  6. Плотность вещества — 2,33 г/см 3 .
  7. Цвет соединения — серебристо-серый, выражен характерный металлический блеск.
  8. Обладает хорошими полупроводниковыми свойствами, которые способны варьировать при добавлении тех или иных агентов.
  9. Не растворяется в воде, органических растворителях и кислотах.
  10. Специфически растворим в щелочах.

Обозначенные физические свойства кремния позволяют людям управлять им и применять для создания различных изделий. Так, например, на свойствах полупроводимости основано использование чистого кремния в электронике.

Химические свойства

Химические свойства кремния очень сильно зависят от условий проведения реакции. Если говорить о при стандартных параметрах, то нужно обозначить очень низкую активность. Как кристаллический, так и аморфный кремний очень инертны. Не взаимодействуют ни с сильными окислителями (кроме фтора), ни с сильными восстановителями.

Это связано с тем, что на поверхности вещества мгновенно формируется оксидная пленка SiO 2 , которая препятствует дальнейшим взаимодействиям. Она способна образоваться под влиянием воды, воздуха, паров.

Если же изменить стандартные условия и произвести нагревание кремния до температуры свыше 400˚С, то его химическая активность сильно возрастет. В этом случае он будет вступать в реакции с:

  • кислородом;
  • всеми видами галогенов;
  • водородом.

При дальнейшем повышении температуры возможно образование продуктов при взаимодействии с бором, азотом и углеродом. Особое значение имеет карборунд — SiC, так как он является хорошим абразивным материалом.

Также химические свойства кремния четко прослеживаются при реакциях с металлами. По отношению к ним он окислитель, поэтому продукты носят название силицидов. Известны подобные соединения для:

  • щелочных;
  • щелочноземельных;
  • переходных металлов.

Необычными свойствами обладает соединение, получаемое при сплавлении железа и кремния. Оно носит название ферросилициевой керамики и успешно применяется в промышленности.

Со сложными веществами кремний во взаимодействие не вступает, поэтому из всех их разновидностей способен растворяться лишь в:

  • царской водке (смесь азотной и соляной кислот);
  • едких щелочах.

При этом температура раствора должна быть не меньше 60˚С. Все это еще раз подтверждает физическую основу вещества — алмазоподобную устойчивую кристаллическую решетку, придающую ему прочность и инертность.

Кремний и его соединения

Способы получения

Получение кремния в чистом виде — процесс достаточно затратный экономически. Кроме того, в силу его свойств любой способ дает лишь на 90-99 % чистый продукт, в то время как примеси в виде металлов и углерода остаются все равно. Поэтому просто получить вещество недостаточно. Его следует еще и качественно очистить от посторонних элементов.

В целом же производство кремния осуществляется двумя основными путями:

  1. Из белого песка, который представляет собой чистый оксид кремния SiO 2 . При прокаливании его с активными металлами (чаще всего с магнием) происходит образование свободного элемента в виде аморфной модификации. Чистота такого способа высока, продукт получается с 99,9-процентным выходом.
  2. Более широко распространенный способ в промышленных масштабах — это спекание расплава песка с коксом в специализированных термических печах для обжига. Данный способ был разработан русским ученым Бекетовым Н. Н.

Дальнейшая обработка заключается в подвергании продуктов методам очистки. Для этого используются кислоты или галогены (хлор, фтор).

Аморфный кремний

Характеристика кремния будет неполной, если не рассмотреть отдельно каждую его аллотропную модификацию. Первая из них — это аморфная. В таком состоянии рассматриваемое нами вещество представляет собой порошок буро-коричневого цвета, мелкодисперсный. Обладает высокой степенью гигроскопичности, проявляет достаточно высокую химическую активность при нагревании. В стандартных условиях способен взаимодействовать только с сильнейшим окислителем — фтором.

Называть аморфный кремний именно разновидностью кристаллического не совсем правильно. Его решетка показывает, что данное вещество — это лишь форма мелкодисперсного кремния, существующего в виде кристаллов. Поэтому как таковые эти модификации — одно и то же соединение.

Кремний и его соединения

Однако свойства их различаются, поэтому и принято говорить об аллотропии. Сам по себе аморфный кремний обладает высокой светопоглотительной способностью. Кроме того, при определенных условиях данный показатель в разы превышает подобный у кристаллической формы. Поэтому его используют в технических целях. В рассматриваемом виде (порошок) соединение легко наносится на любую поверхность, будь то пластик или стекло. Поэтому так удобен для использования именно аморфный кремний. Применение основано на различных размеров.

Хотя износ батарей подобного типа довольно быстрый, что связано с истиранием тонкой пленки вещества, однако применение и востребованность только растет. Ведь даже за короткий срок службы солнечные батареи на основе аморфного кремния способны обеспечить энергией целые предприятия. К тому же производство подобного вещества безотходное, что делает его очень экономным.

Получают такую модификацию путем восстановления соединений активными металлами, например, натрием или магнием.

Кремний и его соединения

Кристаллический кремний

Серебристо-серая блестящая модификация рассматриваемого элемента. Именно такая форма является самой распространенной и наиболее востребованной. Это объясняется набором качественных свойств, которыми обладает данное вещество.

Характеристика кремния с кристаллической решеткой включает в себя классификацию его видов, так как их несколько:

  1. Электронного качества — самый чистый и максимально высококачественный. Именно такой вид используется в электронике для создания особо чувствительных приборов.
  2. Солнечного качества. Само название определяет область использования. Это также достаточно высокий по чистоте кремний, применение которого необходимо для создания качественных и долго работающих солнечных батарей. Фотоэлектрические преобразователи, созданные на основе именно кристаллической структуры, более качественны и износостойки, нежели те, что созданы с использованием аморфной модификации путем напыления на различного типа подложки.
  3. Технический кремний. В данную разновидность включаются те образцы вещества, в которых содержится около 98 % чистого элемента. Все остальное уходит на различного рода примеси:
  • алюминий;
  • хлор;
  • углерод;
  • фосфор и прочие.

Последняя разновидность рассматриваемого вещества используется с целью получения поликристаллов кремния. Для этого проводятся процессы перекристаллизации. Вследствие этого по чистоте получаются такие продукты, которые можно относить к группам солнечного и электронного качества.

По своей природе поликремний — это промежуточный продукт между аморфной модификацией и кристаллической. С таким вариантом легче работать, он лучше подвергается переработке и очистке фтором и хлором.

Продукты, которые получаются в результате, можно классифицировать так:

  • мультикремний;
  • монокристаллический;
  • профилированные кристаллы;
  • кремниевый скрап;
  • технический кремний;
  • отходы производства в виде осколков и обрезков вещества.

Каждый из них находит применение в промышленности и используется человеком полностью. Поэтому касающиеся кремния, считаются безотходными. Это значительно снижает его экономическую стоимость, при этом не влияя на качество.

Кремний и его соединения

Использование чистого кремния

Производство кремния в промышленности налажено достаточно хорошо, а его масштабы довольно объемны. Это связано с тем, что данный элемент, как чистый, так и в виде различных соединений, широко распространен и востребован в разных отраслях науки и техники.

Где же используется кристаллический и аморфный кремний в чистом виде?

  1. В металлургии как легирующая добавка, способная менять свойства металлов и их сплавов. Так, он используется при выплавке стали и чугуна.
  2. Разные виды вещества уходят на изготовление более чистого варианта — поликремния.
  3. Соединения кремния с — это целая химическая отрасль, которая получила особую популярность сегодня. Кремнийорганические материалы используются в медицине, при изготовлении посуды, инструментов и многого другого.
  4. Изготовление различных солнечных батарей. Этот способ получения энергии является одним из самых перспективных в будущем. Экологически чисто, экономически выгодно и износостойко — основные достоинства такого получения электричества.
  5. Кремний для зажигалок используется уже очень давно. Еще в древности люди использовали кремень для получения искры при розжиге огня. Этот принцип заложен в основу производства зажигалок различного рода. Сегодня встречаются виды, в которых кремень заменен на сплав определенного состава, дающий еще более быстрый результат (искрение).
  6. Электроника и солнечная энергетика.
  7. Изготовление зеркалец в газовых лазерных устройствах.

Таким образом, чистый кремний имеет массу преимущественных и особенных свойств, позволяющих использовать его для создания важных и нужных продуктов.

Применение соединений кремния

Помимо простого вещества, используются и различные соединения кремния, причем очень широко. Существует целая отрасль промышленности, которая называется силикатной. Именно она основана на использовании различных веществ, в состав которых входит этот удивительный элемент. Какие это соединения и что из них производят?

  1. Кварц, или речной песок — SiO 2 . Используется для изготовления таких строительных и декоративных материалов, как цемент и стекло. Где используются эти материалы, всем известно. Ни одно строительство не обходится без данных компонентов, что подтверждает значимость соединений кремния.
  2. Силикатная керамика, в которую входят такие материалы, как фаянс, фарфор, кирпич и продукты на их основе. Данные компоненты используются в медицине, при изготовлении посуды, декоративных украшений, предметов быта, в строительстве и прочих бытовых областях деятельности человека.
  3. — силиконы, силикагели, силиконовые масла.
  4. Силикатный клей — используется как канцелярский, в пиротехнике и строительстве.

Кремний, цена на который варьирует на мировом рынке, но не пересекает сверху вниз отметку в 100 рублей РФ за килограмм (за кристаллический), является востребованным и ценным веществом. Естественно, что и соединения этого элемента так же широко распространены и применимы.

Кремний и его соединения

Биологическая роль кремния

С точки зрения значимости для организма кремний немаловажен. Его содержание и распределение по тканям таково:

  • 0,002 % — мышечная;
  • 0,000017 % — костная;
  • кровь — 3,9 мг/л.

Каждый день внутрь должно попадать около одного грамма кремния, иначе начнут развиваться заболевания. Смертельно опасных среди них нет, однако длительное кремниевое голодание приводит к:

  • выпадению волос;
  • появлению угревой сыпи и прыщей;
  • хрупкости и ломкости костей;
  • легкой проницаемости капилляров;
  • усталости и головным болям;
  • появлению многочисленных синяков и кровоподтеков.

Для растений кремний — важный микроэлемент, необходимый для нормального роста и развития. Опыты на животных показали, что лучше растут те особи, которые ежедневно потребляют достаточное количество кремния.

Источник http://infourok.ru/kremnij-i-ego-soedineniya-4764773.html

Источник http://ksvety.com/10332

Источник http://ik-ptz.ru/history/kremnii-poluchenie-svoistva-i-primenenie-kremnii-i-ego-soedineniya.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

X