Kremniy elementi va uning xossalari

Kvitansiya:
Kuchli kislotalarning silikatlarga ta'siri - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Kimyoviy xossalari:
Qizdirilganda u parchalanadi: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
Kremniy kislotasi tuzlari - silikatlar.
1) kislotalar bilan
Na 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3
2) tuzlar bilan
Na 2 SiO 3 + CaCl 2 \u003d 2NaCl + CaSiO 3 ↓
3) Minerallarning bir qismi bo'lgan silikatlar tabiiy sharoitda suv va uglerod oksidi (IV) ta'sirida yo'q qilinadi - tog' jinslarining parchalanishi:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (dala shpati) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (kaolinit (gil)) + 4SiO 2 (kremniy (qum)) + K2CO3
Silikon (Si) - zahiralari va Yerdagi joylashuvi bo'yicha kisloroddan keyin ikkinchi o'rinda turadigan metall bo'lmagan (Yer qobig'ida 25,8%). Uning sof shaklida u amalda uchramaydi, u asosan sayyorada birikmalar shaklida mavjud.
Silikon xarakteristikasi
Jismoniy xususiyatlar

Kremniy - bu metall tusli yoki jigarrang kukunli material bo'lgan mo'rt och kulrang material. Kremniy kristalining tuzilishi olmosga o'xshaydi, ammo atomlar orasidagi bog'lanish uzunligidagi farqlar tufayli olmosning qattiqligi ancha yuqori.
Silikon - bu elektromagnit nurlanish uchun ochiq bo'lgan metall bo'lmagan. Ba'zi fazilatlarga ko'ra, u metall bo'lmaganlar va metallar o'rtasida joylashgan:
Haroratning 800 ° C gacha ko'tarilishi bilan u moslashuvchan va plastik bo'ladi;
1417 ° S ga qizdirilganda u eriydi;
2600 ° C dan yuqori haroratlarda qaynay boshlaydi;
Yuqori bosimda zichlikni o'zgartiradi;
U tashqi magnit maydon (diamagnet) yo'nalishiga qarshi magnitlanish xususiyatiga ega.
Silikon yarimo'tkazgich bo'lib, uning qotishmalariga kiritilgan aralashmalar kelajakdagi birikmalarning elektr xususiyatlarini aniqlaydi.
Kimyoviy xossalari

Si qizdirilganda kislorod, brom, yod, azot, xlor va turli metallar bilan reaksiyaga kirishadi. Uglerod bilan birlashganda termal va kimyoviy qarshilikka ega qattiq qotishmalar olinadi.
Kremniy vodorod bilan hech qanday ta'sir qilmaydi, shuning uchun u bilan barcha mumkin bo'lgan aralashmalar boshqacha tarzda olinadi.
Oddiy sharoitlarda ftor gazidan tashqari barcha moddalar bilan kuchsiz reaksiyaga kirishadi. U bilan silikon tetraflorid SiF4 hosil bo'ladi. Bunday harakatsizlik kislorod, suv, uning bug'lari va havo bilan reaksiyaga kirishishi natijasida metall bo'lmaganlar yuzasida silikon dioksid plyonkasi hosil bo'lishi va uni o'rab olishi bilan izohlanadi. Shuning uchun kimyoviy ta'sir sekin va ahamiyatsiz.
Ushbu qatlamni olib tashlash uchun gidroflorik va nitrat kislotalar aralashmasi yoki gidroksidi suvli eritmalari ishlatiladi. Buning uchun ba'zi maxsus suyuqliklar xrom angidrid va boshqa moddalarni qo'shishni o'z ichiga oladi.
Tabiatda kremniyni topish

Kremniy Yer uchun o'simliklar va hayvonlar uchun uglerod kabi muhim ahamiyatga ega. Uning qobig'i deyarli yarmi kisloroddir va agar siz bunga kremniy qo'shsangiz, massaning 80% ni olasiz. Bu aloqa kimyoviy elementlarning harakati uchun juda muhimdir.
Litosferaning 75% ni kremniy kislotalari va minerallarning turli tuzlari (qum, kvartsitlar, chaqmoqtoshlar, slyudalar, dala shpatlari va boshqalar) tashkil etadi. Magma va har xil magmatik jinslarning hosil boʻlishi jarayonida Si granitlarda va ultramafik jinslarda (plutonik va vulkanik) toʻplanadi.
Inson tanasida 1 g kremniy mavjud. Ko'pchilik suyaklar, tendonlar, teri va sochlar, limfa tugunlari, aorta va traxeyada joylashgan. U biriktiruvchi va suyak to'qimalarining o'sishi jarayonida ishtirok etadi, shuningdek, qon tomirlarining elastikligini saqlaydi.
Kattalar uchun kunlik iste'mol miqdori 5-20 mg ni tashkil qiladi. Haddan tashqari silikozga olib keladi.
Kremniyning sanoatda qo'llanilishi

Tosh davridan beri bu metall bo'lmagan metall insonga ma'lum bo'lgan va hozirgacha keng qo'llaniladi.
Ilova:
Bu yaxshi qaytaruvchi vositadir, shuning uchun u metallurgiyada metallarni olish uchun ishlatiladi.
Muayyan sharoitlarda kremniy elektr tokini o'tkazishga qodir, shuning uchun u elektronikada qo'llaniladi.
Silikon oksidi ko'zoynak va silikat materiallari ishlab chiqarishda ishlatiladi.
Yarimo'tkazgichli qurilmalar ishlab chiqarish uchun maxsus qotishmalar qo'llaniladi.
KREMNIY
(silitsiy), Si - kimyo. elementlar davriy tizimining IV guruh elementi; da. n. 14, da. m 28.086. Kristalli kremniy - qatronli porlashi bo'lgan quyuq kulrang modda. Ko'pgina birikmalarda u oksidlanish darajasini ko'rsatadi - 4, +2 va +4. Tabiiy kremniy 28Si (92,28%), 29Si (4,67%) va 30Si (3,05%) barqaror izotoplardan iborat. Radioaktiv 27Si, 31Si va 32Si mos ravishda 4,5 sek, 2,62 soat va 700 yil yarimparchalanish davri bilan olingan. K. birinchi marta 1811 yilda fransuzlar tomonidan aniqlangan. kimyogar va fizik J. L. Gay-Lyusak va fr. kimyogar L. J. Tenar, lekin faqat 1823 yilda shved kimyogar va mineralog J. J. Berzelius tomonidan aniqlangan.
Er qobig'ida tarqalishi bo'yicha (27,6%) kremniy ikkinchi (kisloroddan keyin) element hisoblanadi. Preim joylashgan. silika Si02 va boshqa kislorodli moddalar (silikatlar, aluminosilikatlar va boshqalar) shaklida. Oddiy sharoitlarda olmosning barqaror yarimo'tkazgichli modifikatsiyasi hosil bo'lib, u olmos turining yuzga markazlashtirilgan kubik tuzilishi bilan ajralib turadi, davri a = 5,4307 A. Atomlararo masofa 2,35 A. Zichlik 2,328 g / sm. Yuqori bosimda (120-150 kbar) u zichroq yarimo'tkazgich va metall modifikatsiyaga aylanadi. Metall modifikatsiya 6,7 ​​K o'tish haroratiga ega bo'lgan supero'tkazgich bo'lib, bosimning oshishi bilan erish nuqtasi 1415 ± 3 ° C dan 1 bar bosimda 810 ° C gacha 15 104 bar bosimda (uchlik nuqtasi yarimoʻtkazgich, metall va suyuq K.ning birgalikda mavjudligi). Erish jarayonida atomlararo aloqalarning koordinatsion sonining ortishi va metalllashuvi sodir bo'ladi. Amorf kremniy qisqa masofali tartib xarakteriga ko'ra suyuqlikka yaqin bo'lib, bu kuchli buzuq tana markazli kub tuzilishiga mos keladi. Debye t-ra 645 K. Koefga yaqin. haroratning chiziqli kengayishi t-ry ning o'zgarishi bilan ekstremal qonun bo'yicha o'zgaradi, t-ry 100 K dan pastda u manfiy bo'lib, t-re 80 K da minimal (-0,77 10 -6) -1 darajaga etadi; t-re 310 K da 2,33 10 -6 gradus -1, t-re 1273 K da -4,8 10 gradus -1 ga teng. Erish issiqligi 11,9 kkal/g-atom; qaynash 3520 K.
Erish nuqtasida sublimatsiya va bug'lanish issiqligi mos ravishda 110 va 98,1 kkal/g-atomni tashkil qiladi. Kremniyning issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi kristallarning tozaligi va mukammalligiga bog'liq. T-ry koeffitsientining o'sishi bilan. Sof K.ning issiqlik oʻtkazuvchanligi avvaliga ortadi (t-re 35 K da 8,4 kal/sm XX sek gradusgacha), keyin esa pasayib, t-re da mos ravishda 300 va 1200 K 0,36 va 0,06 kal/sm sek ga yetadi. Standart sharoitda K.ning entalpiyasi, entropiyasi va issiqlik sigʻimi mos ravishda 770 kal/g-atom, 4,51 va 4,83 kal/g-atom — deg. Kremniy diamagnetik, qattiq (-1,1 10 -7 emu/g) va suyuqlikning (-0,8 10 -7 emu/g) magnit sezgirligi. Kremniy kuchsiz ravishda t-ry ga bog'liq. Suyuq K.ning erish nuqtasida sirt energiyasi, zichligi va kinematik qovushqoqligi 737 erg/sm2, 2,55 g/sm3 va 3 x 10 m2/sek. Kristalli kremniy 0 K haroratda 1,15 eV va 300 K haroratda 1,08 eV tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan tipik yarimo'tkazgichdir. Xona haroratida ichki zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi 1,4 10 10 sm - 3 ga yaqin. elektronlar va teshiklarning samarali harakatchanligi mos ravishda 1450 va 480 sm 2 /v sek, elektr qarshiligi esa 2,5 105 ohm sm.T-ry ortishi bilan ular eksponent ravishda o'zgaradi.
Kremniyning elektr xossalari aralashmalarning tabiati va konsentratsiyasiga, shuningdek, kristalning mukammalligiga bog'liq. Odatda, p- va n tipidagi oʻtkazuvchanlikka ega boʻlgan yarimoʻtkazgich K.ni olish uchun uni IIIb (bor, alyuminiy, galliy) elementlari va Vb (fosfor, mishyak, surma, vismut) kichik guruhlari bilan qoʻshib, qabul qiluvchi va donor darajalari majmuasini hosil qiladi. , navbati bilan, zonalar chegaralari yaqinida joylashgan. Doping uchun boshqa elementlar ham qo'llaniladi (masalan,). chuqur darajalar, to-javdar zaryad tashuvchilarning tutilishi va rekombinatsiyasini aniqlaydi. Bu yuqori elektrga ega bo'lgan materiallarni olish imkonini beradi. qarshilik (t-re 80 K da 1010 ohm sm) va turli xil qurilmalarning ish faoliyatini oshirish uchun muhim bo'lgan ozchilik zaryad tashuvchilarning qisqa muddatli mavjudligi. Koef. kremniyning termoelektrik kuchi asosan haroratga va aralashmalar tarkibiga bog'liq bo'lib, elektr qarshiligi oshishi bilan ortadi (p \u003d 0,6 ohm - sm, \u003d 103 mikrovolt / deg). Kremniyning dielektrik o'tkazuvchanligi (11 dan 15 gacha) zaif monokristallarning tarkibi va mukammalligiga bog'liq. Kremniyning optik yutilish shakllari uning tozaligi, konsentratsiyasi va strukturaviy nuqsonlarning tabiati, shuningdek to'lqin uzunligi o'zgarishi bilan kuchli o'zgaradi.
Elektromagnit tebranishlarni bilvosita yutish chegarasi 1,09 eV ga yaqin, to'g'ridan-to'g'ri yutilish - 3,3 eV ga yaqin. Spektrning ko'rinadigan hududida murakkab sinishi indeksining parametrlari (n - ik) sirt holatiga va aralashmalar mavjudligiga juda bog'liq. Ayniqsa sof K. uchun (atλ \u003d 5461 A va t-re 293 K) n \u003d 4,056 va k \u003d 0,028. Elektron ish funktsiyasi 4,8 eV ga yaqin. Silikon mo'rt. Uning qattiqligi (t-ra 300 K) Mohs bo'yicha - 7; HB = 240; HV y \u003d 103; Va \u003d 1250 kgf / mm2; me'yorlar moduli, elastiklik (polikristal) 10 890 kgf / mm2. Kuchlanish kuchi kristallning mukammalligiga bog'liq: 7 dan 14 gacha egilish uchun, 49 dan 56 kgf / mm2 gacha bo'lgan siqilish uchun; koeffitsienti siqilish qobiliyati 0,325 1066 sm2/kg.
Xona haroratida kremniy ishqorlar bundan mustasno, gazsimon (tashqarida) va qattiq reagentlar bilan deyarli o'zaro ta'sir qilmaydi. Ko'tarilgan t-re metallar va metall bo'lmaganlar bilan faol ta'sir o'tkazadi. Xususan, SiC karbid (t-re 1600 K dan yuqori), Si3N4 nitridi (t-re 1300 K dan yuqori), SiP fosfidi (t-re 1200 K dan yuqori) va arsenidlar Si As, SiAS2 (t- da) hosil qiladi. 1000 K dan yuqori). t-re 700 K dan yuqori kislorod bilan reaksiyaga kirishib, Si02 dioksidini hosil qiladi, galogenlar bilan - SiF4 ftorid (t-re 300 K dan yuqori), SiCl4 xlorid (t-re 500 K dan yuqori), SiBr4 bromid (t-re da) 700 K) va tugun SiI4 (t-re 1000 K da). Ko'pchilik bilan intensiv munosabatda bo'ladi. metallar, ulardagi o'rnini bosuvchi qattiq eritmalar yoki kimyoviy. birikmalar - silisidlar. Qattiq eritmalarning bir hilligining konsentratsiya diapazonlari erituvchining tabiatiga bog'liq (masalan, germaniyda 0 dan 100% gacha, temirda 15% gacha, alfa tsirkoniyda 0,1% dan kam).
Qattiq chaqmoqtoshda metallar va metall bo'lmaganlar kamroq bo'ladi va u odatda retrograd bo'ladi. Shu bilan birga, K.da sayoz darajalarni hosil qiluvchi aralashmalarning chegaralovchi tarkibi tr mintaqasida 1400 dan 1600 K gacha maksimal (2 10 18, 10 19, 2 10 19, 1021, 2 10 21 sm) ga etadi. Chuqur darajadagi aralashmalar sezilarli darajada past eruvchanligi bilan farqlanadi (selen uchun 1015 va temir uchun 5 10 16 dan nikel uchun 7 10 17 va mis uchun 10 18 sm-3). Suyuq holatda kremniy barcha metallar bilan cheksiz aralashadi, ko'pincha juda katta issiqlik chiqaradi. Sof kremniy elektr pechlarida kvartsni uglerod bilan qaytarish natijasida olingan har biri 99% Si va 0,03% Fe, Al va Co bo'lgan texnik mahsulotdan tayyorlanadi. Birinchidan, undan aralashmalar yuviladi (xlorid va oltingugurt aralashmasi, so'ngra gidroftorik va oltingugurt aralashmasi bilan), shundan so'ng hosil bo'lgan mahsulot (99,98%) xlor bilan ishlanadi. Distillash orqali sintez qilingan.
Yarimo'tkazgichli kremniy SiCl4 (yoki SiHCl3) xloridni vodorod bilan kamaytirish yoki SiH4 gidridining termal parchalanishi orqali olinadi. Yagona kristallarning yakuniy tozalanishi va o'sishi tigelsiz zona silliq yoki Czochralski usuli bilan amalga oshiriladi, ayniqsa sof ingotlar (1010-1013 sm-3 gacha nopoklik miqdori) cp\u003e 10 3 ohm sm ga bog'liq. K.ning maqsadi xloridlarni tayyorlash jarayonida yoki monokristallarning oʻsishi vaqtida ularga kerakli aralashmalarning dozalangan miqdori kiritiladi. Diametri 2-4 va uzunligi 3-10 sm bo'lgan silindrsimon ingotlar shunday tayyorlanadi.Maxsus uchun. maqsadlar ham yirik monokristallarni ishlab chiqaradi. Texnik kremniy, ayniqsa temir bilan, po'lat deoksidlovchi va qaytaruvchi moddalar, shuningdek, qotishma qo'shimchalar sifatida ishlatiladi. Ayniqsa, bir kristalli K.ning turli elementlar bilan qoʻshilgan sof namunalari har xil past tokli (xususan, termoelektrik, radio, yorugʻlik va fototexnikaviy) va yuqori tokli (rektifikator, konvertor) qurilmalar uchun asos sifatida ishlatiladi.