Silicio e suoi composti: formule

Il silicio (Si) è il secondo elemento del sottogruppo principale (A) del 4 ° gruppo del Sistema periodico, istituito da Dmitry Ivanovich Mendeleev. Il silicio è molto comune in natura, quindi occupa il secondo posto (dopo l'ossigeno) in termini di prevalenza. Quindi, senza silicio e suoi composti, la crosta terrestre non esisterebbe, che per più di un quarto è costituita da composti di questo elemento chimico. Quali sono le caratteristiche del silicio? Quali sono le formule dei suoi composti e il loro uso? Quali sono le sostanze più importanti nella composizione del silicio? Proviamo a capirlo.

Elemento di silicio e sue proprietà

Il silicio esiste in natura in diverse modifiche allotropiche - i più comuni sono il silicio cristallino e il silicio amorfo. Considera ciascuna di queste modifiche separatamente.

Silicio cristallino

Il silicio in questa modifica è una sostanza grigio scuro piuttosto dura e fragile con una lucentezza d'acciaio. Tale silicio è un semiconduttore; la sua proprietà utile è che, a differenza dei metalli, la sua conduttività elettrica aumenta con l'aumentare della temperatura. Il punto di fusione di tale silicio è 1415 ° C. Inoltre, il silicio cristallino non è in grado di dissolversi in acqua e acidi vari.

L'uso del silicio e dei suoi composti nella modificazione cristallina è incredibilmente vario. Ad esempio, il silicio cristallino fa parte dei pannelli solari installati su astronavi e tetti delle case. Il silicio è un semiconduttore ed è in grado di convertire l'energia solare in energia elettrica..

Oltre ai pannelli solari, il silicio cristallino viene utilizzato per creare molti dispositivi elettronici e acciai al silicio..

Silicio amorfo

Il silicio amorfo è una polvere diamantata marrone / marrone scuro. A differenza del silicio cristallino, questa modifica allotropica di un elemento non ha un reticolo cristallino strettamente ordinato. Nonostante il silicio amorfo si sciolga a una temperatura di circa 1400 ° C, è molto più attivo rispetto al cristallino. Il silicio amorfo non conduce corrente e ha una densità di circa 2 g / cm³.

Tale silicio viene spesso utilizzato nell'industria alimentare e nella fabbricazione di medicinali.

Proprietà chimiche del silicio

  • La principale proprietà chimica del silicio è la combustione nell'ossigeno, che provoca la formazione di un composto estremamente comune: l'ossido di silicio:

Si + O 2 → SiO 2 (a una temperatura).

  • Quando riscaldato, il silicio come non-metallo forma composti con vari metalli. Tali composti sono chiamati silicidi. Per esempio:

2Ca + Si → Ca 2Si (a temperatura).

  • I silicidi, a loro volta, si decompongono senza difficoltà usando acqua o alcuni acidi. Come risultato di questa reazione, si forma uno speciale composto di idrogeno di silicio - gas silano (SiH 4):
  • Il silicio è anche in grado di interagire con il fluoro (in condizioni normali):
  • E quando riscaldato, il silicio interagisce con altri non metalli:

Si + 2Cl 2 → SiCl 4 (400-600 °).

3Si + 2N 2 → Si 3N 4 (1000 °).

Si + C → SiC (2000 °).

  • Il silicio, interagendo con alcali e acqua, forma sali chiamati silicati e idrogeno gassoso:

Si + 2KOH + H 2O → K 2SiO 3 + H 2.

Tuttavia, analizzeremo la maggior parte delle proprietà chimiche di questo elemento, considerando il silicio e i suoi composti, poiché sono le principali sostanze su cui si basa l'uso e l'interazione del silicio con altri elementi chimici. Quindi, quali sono i composti di silicio più comuni?

Composti di silicio

In precedenza, abbiamo scoperto quale elemento è il silicio e quali proprietà ha. Ora considera le formule dei composti di silicio.

Con la partecipazione del silicio, si forma un numero enorme di composti diversi. Il primo posto in prevalenza è occupato dai composti dell'ossigeno del silicio. Questa categoria include SiO 2 e acido silicico insolubile.

Il residuo acido dell'acido silicico forma vari silicati (ad esempio CaSiO 3 o Al2O3• SiO2) In tali sali e i suddetti composti di silicio con ossigeno, l'elemento presenta uno stato di ossidazione tipico di +4.

Sali di silicio, silicidi (Mg2Si, NaSi, CoSi) e composti di silicio con idrogeno (ad esempio gas silano). Il silano, come sapete, si accende spontaneamente nell'aria con la comparsa di un bagliore accecante e i silicidi si decompongono facilmente con l'aiuto di acqua e acidi vari.

Consideriamo più in dettaglio il silicio e i suoi composti, che sono considerati i più comuni.

Silice

Un altro nome per questo ossido è silice. Questa è una sostanza solida e refrattaria che non si dissolve in acqua e acidi e ha un reticolo cristallino atomico. In natura, l'ossido di silicio forma minerali e pietre preziose come quarzo, ametista, opale, agata, calcedonio, diaspro, pietra focaia e alcuni altri.

Vale la pena notare che fu proprio dal silicio che le persone primitive fecero i loro strumenti di lavoro e di caccia. Flint ha gettato le basi per la cosiddetta Età della Pietra grazie alla sua ampia accessibilità e alla capacità di formare spigoli vivi quando tagliati.

È l'ossido di silicio che rende forti gli steli di piante come canne, canne e equiseti, foglie di carice e steli di cereali. La pelle esterna protettiva di alcuni animali contiene anche silice.

Inoltre, è alla base della colla ai silicati, che crea sigillante siliconico e gomma siliconica..

Proprietà chimiche dell'ossido di silicio

Il biossido di silicio interagisce con un numero enorme di elementi chimici, sia metalli che non metalli. Per esempio:

  • Alle alte temperature, la silice interagisce con gli alcali, formando sali:
  • Come tipico ossido acido, questo composto fornisce silicati a seguito dell'interazione con ossidi di vari metalli:

SiO2 + CaO → CaSiO3 (a una temperatura).

  • O con sali di carbonato:
  • Una delle proprietà chimiche più importanti del biossido di silicio è la capacità di ottenere silicio puro da esso. Questo può essere fatto in due modi: dall'interazione di biossido con magnesio o carbonio:

SiO 2 + 2Mg → 2MgO + Si (a temperatura).

SiO 2 + 2C → Si + 2CO (a una temperatura)

Acido silicico

L'acido silicico è molto debole. È insolubile in acqua e durante le reazioni forma un precipitato gelatinoso, che a volte è in grado di riempire l'intero volume della soluzione. Quando questa miscela si asciuga, puoi vedere il gel di silice formato, che viene utilizzato come adsorbente (assorbitore di altre sostanze).

Il modo più economico e comune per ottenere acido silicico può essere espresso usando la formula:

siliciuri

Quando si considera il silicio e i suoi composti, è molto importante parlare dei suoi sali come i silicidi. Il silicio forma tali composti con i metalli, acquisendo di solito uno stato di ossidazione di -4. Tuttavia, metalli come mercurio, zinco, berillio, oro e argento non sono in grado di interagire con il silicio e formare silicidi.

I silicidi più comuni sono Mg 2Si, Ca2Si, NaSi e alcuni altri.

silicati

Composti come i silicati sono la seconda specie più comune dopo la silice. I sali di silicato sono considerati sostanze piuttosto complesse, poiché hanno una struttura strutturale difficile e fanno anche parte della maggior parte dei minerali e delle rocce.

I silicati più comuni in natura - alluminosilicati - comprendono granito, mica, vari tipi di argille. Conosciuto anche come silicato è l'amianto, da cui sono realizzati tessuti resistenti al fuoco..

Applicazione di silicio

Innanzitutto, il silicio viene utilizzato per ottenere materiali semiconduttori e leghe resistenti agli acidi. Il carburo di silicio (SiC) viene spesso utilizzato per la rettifica di macchine utensili e la molatura di pietre preziose.

Un quarzo stabile e resistente è realizzato in quarzo fuso..

I composti di silicio sono alla base della produzione di vetro e cemento.

I vetri differiscono l'uno dall'altro per composizione, in cui il silicio è necessariamente presente. Ad esempio, oltre a quelli per finestre, ci sono vetri refrattari, cristallo, quarzo, colorati, fotocromatici, ottici, a specchio e altri.

Quando il cemento viene miscelato con acqua, si forma una sostanza speciale: una malta cementizia, da cui successivamente si ottengono materiali da costruzione come il calcestruzzo.

L'industria dei silicati è impegnata nella produzione di queste sostanze. Oltre al vetro e al cemento, nell'industria dei silicati ricevono da essi mattoni, porcellana, maiolica e vari prodotti..

Conclusione

Quindi, abbiamo scoperto che il silicio è l'elemento chimico più importante, diffuso in natura. Il silicio viene utilizzato nelle attività artistiche e di costruzione ed è anche indispensabile per gli organismi viventi. Molte sostanze, dal semplice vetro alla preziosa porcellana, incorporano il silicio e i suoi composti.

Studiare chimica ci permette di conoscere il nostro mondo e capire che non tutto intorno, anche il più magnifico e costoso, è tanto misterioso e misterioso come potrebbe sembrare. Vi auguriamo successo nella conoscenza scientifica e nello studio di una scienza così eccellente come la chimica!

Silicio cos'è

Il silicio scoprì e ricevette nel 1823 il chimico svedese Jens Jacob Berzelius.

Il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre dopo l'ossigeno (27,6% in peso). Trovato nei composti.

La struttura dell'atomo di silicio allo stato fondamentale

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

La struttura dell'atomo di silicio nello stato eccitato

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Grado di ossidazione: +4, -4.

Il silicio amorfo e cristallino è noto..

Cristallino - una sostanza grigio scuro con una lucentezza metallica, elevata durezza, fragile, semiconduttore; ρ = 2,33 g / cm 3, t ° pl. = 1415 ° C; t ° kip. = 2680 ° C.

Ha una struttura a forma di diamante e forma forti legami covalenti. Inerte.

Amorfo - polvere marrone, igroscopico, struttura a diamante, ρ = 2 g / cm 3, più reattivo.

1) Industria - riscaldamento del carbone con sabbia:

2C + SiO2 t ˚ → Si + 2CO

Tipico non metallico, inerte.

2) Con fluoro (senza riscaldamento)

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - carborundum - solido; usato per punta e rettifica)

4) Non interagisce con l'idrogeno.

Silano (SiH4) sono ottenuti per decomposizione di silicidi metallici con acido:

È solubile solo in una miscela di acidi nitrico e fluoridrico:

6) Con alcali (se riscaldati):

7) Con metalli (si formano silicidi):

Si 0 + 2Mg t ˚ → Mg2Si -4

Il silicio è ampiamente usato nell'elettronica come semiconduttore. Gli additivi al silicio per le leghe aumentano la loro resistenza alla corrosione. Silicati, alluminosilicati e silice - le principali materie prime per la produzione di vetro e ceramica, nonché per l'edilizia.
Silicio nella tecnica
L'uso del silicio e dei suoi composti

Proprietà fisiche: gas incolore, velenoso, t ° pl. = -185 ° C, t ° balla = -112 ° C.

Il reticolo cristallino dell'ossido di silicio (IV) è atomico e ha la seguente struttura:

Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O - caolinite (parte principale dell'argilla)

Proprietà fisiche: sostanza solida, cristallina, refrattaria, t ° pl. = 1728 ° C, t ° bp. = 2590 ° C

Ossido acido Durante la fusione, interagisce con ossidi di base, alcali, nonché con carbonati di metalli alcalini e alcalini terrosi:

1) Con ossidi di base:

5) Con acido fluoridrico:

(le reazioni sono alla base del processo di incisione del vetro).

1. Produzione di mattoni di silicato

2. La fabbricazione di prodotti ceramici

3. Produzione di vetro

x = 1, y = 1H2SiO3 - acido metasilicico

x = 1, y = 2 H.4SiO4 - acido ortosilicico, ecc..

Proprietà fisiche: H2SiO3 - molto debole (più debole del carbone), fragile, scarsamente solubile in acqua (forma una soluzione colloidale), non ha sapore acido.

L'azione di acidi forti su silicati - Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3

Si decompone per riscaldamento: H2SiO3 t ˚ → H2O + SiO2

Sali di acido silicico - Silicati.

3) I silicati che compongono i minerali in condizioni naturali vengono distrutti dall'azione dell'acqua e del monossido di carbonio (IV) - agenti atmosferici delle rocce:

L'uso di composti di silicio

Composti di silicio naturale - sabbia (SiO2) e i silicati sono utilizzati per la produzione di ceramica, vetro e cemento.

Porcellana = caolino + argilla + quarzo + feldspato. Il luogo di nascita della porcellana è la Cina, dove la porcellana è già nota in 220g. Nel 1746 fu stabilita la produzione di porcellana in Russia.

Faience - dal nome della città italiana di Faenza. Dove nel 14-15 ° secolo fu sviluppato l'artigianato ceramico. Faience - differisce dalla porcellana per l'alto contenuto di argilla (85%), temperatura di cottura inferiore.

Il vetro è un materiale fragile e trasparente che può ammorbidirsi e assumere qualsiasi forma quando solidificato. Il vetro si ottiene cucinando la miscela (una miscela grezza composta da sabbia, soda e calcare) in speciali forni per la fusione del vetro.

Le principali reazioni che si verificano durante lo scioglimento della carica

L'aggiunta di ossido di piombo dà cristallo.

Cemento - clinker finemente macinato con additivi minerali.

Clinker: le sfere di colore grigio scuro si ottengono sinterizzando argilla e calcare in speciali forni rotanti

Silicio: proprietà che non conoscevi

Come elemento chimico indipendente, il silicio divenne noto all'umanità solo nel 1825. Che, ovviamente, non ha impedito l'uso di composti di silicio in un numero di sfere tale che è più facile elencare quelli in cui l'elemento non viene utilizzato.

Questo articolo farà luce sulle proprietà chimiche fisiche, meccaniche e utili del silicio e dei suoi composti, applicazioni, parleremo anche di come il silicio influisce sulle proprietà dell'acciaio e di altri metalli.

Che cos'è il silicio??

Innanzitutto, soffermiamoci sulle caratteristiche generali del silicio. Dal 27,6 al 29,5% della massa della crosta terrestre è il silicio. Nell'acqua di mare, anche la concentrazione dell'elemento è considerevole - fino a 3 mg / l.

In termini di prevalenza nella litosfera, il silicio occupa il secondo posto d'onore dopo l'ossigeno. Tuttavia, la sua forma più famosa - la silice, è il biossido, e sono state le sue proprietà a diventare la base per un uso così diffuso.

Concetto e caratteristiche

Il silicio è non metallico, ma in condizioni diverse può presentare proprietà sia acide che basiche. È un tipico semiconduttore ed è estremamente utilizzato nell'ingegneria elettrica. Le sue proprietà fisiche e chimiche sono in gran parte determinate dallo stato allotropico.

Molto spesso hanno a che fare con una forma cristallina, poiché le sue qualità sono più richieste nell'economia nazionale:

  • Il silicio è uno dei macronutrienti di base nel corpo umano. La sua mancanza è dannosa per lo stato del tessuto osseo, dei capelli, della pelle, delle unghie. Inoltre, il silicio influisce sul funzionamento del sistema immunitario..
  • In medicina, un elemento, o meglio, i suoi composti hanno trovato la loro prima applicazione in questa qualità. L'acqua proveniente da pozzi con silicio non solo era pulita, ma aveva anche un effetto positivo sulla resistenza alle malattie infettive. Oggi, un composto con silicio funge da base per i farmaci contro la tubercolosi, l'aterosclerosi, l'artrite.
  • In generale, il non-metallo è inattivo, ma nella sua forma pura è difficile da incontrare. Ciò è dovuto al fatto che nell'aria viene rapidamente passivato da uno strato di biossido e smette di reagire. Se riscaldato, l'attività chimica aumenta. Di conseguenza, l'umanità ha molta più familiarità con i composti della materia e non con se stesso..

Vantaggi e svantaggi

Come qualsiasi altra sostanza dal punto di vista dell'applicazione nell'economia nazionale, il silicio ha alcune qualità utili o non molto buone..

Sono importanti proprio per determinare l'ambito di utilizzo:

  • Un notevole vantaggio di una sostanza è la sua disponibilità. È vero, non è nella sua forma libera in natura, ma tuttavia, la tecnologia per produrre silicio non è così complicata, anche se consuma energia.
  • Il secondo vantaggio più importante è la formazione di molti composti con proprietà insolitamente utili. Questi sono silani e silicidi e biossido e, naturalmente, una varietà di silicati. La capacità del silicio e dei suoi composti di formare soluzioni solide complesse è quasi infinita, il che consente di ricevere continuamente una varietà di variazioni di vetro, pietra e ceramica.
  • Le proprietà dei semiconduttori del non metallo gli forniscono il posto del materiale di base nell'ingegneria elettrica e radio.
  • Il non-metallo non è tossico, può essere utilizzato in qualsiasi settore e allo stesso tempo non trasforma il processo in un potenziale pericoloso.

Proprietà e caratteristiche

Poiché il silicio cristallino viene spesso utilizzato nell'industria, sono proprio le sue proprietà ad essere più importanti e sono riportate nelle specifiche tecniche.

Proprietà fisiche della sostanza

  • punto di fusione - 1417 C;
  • punto di ebollizione - 2600 C;
  • la densità è di 2,33 g / cu. vedi, indicando fragilità;
  • la capacità termica, così come la conduttività termica, non sono costanti nemmeno sui campioni più puri: 800 J / (kg · K) o 0,191 cal / (g · deg) e 84-126 W / (m · K) o 0,20-0, 30 cal / (cm · sec · città), rispettivamente;
  • trasparente per radiazione infrarossa a onde lunghe, utilizzata nell'ottica a infrarossi;
  • costante dielettrica - 1,17;
  • Durezza Mohs - 7.

Le proprietà elettriche del non metallo dipendono fortemente dalle impurità. Nell'industria, questa funzione viene utilizzata modulando il tipo desiderato di semiconduttore. Il silicio è fragile alla temperatura normale, ma è possibile una deformazione plastica quando riscaldato oltre 800 ° C.

Proprietà chimiche del silicio

Nella maggior parte dei composti, il silicio presenta stati di ossidazione di -4, +2, +4. A basse temperature, chimicamente inerte. Nell'aria è ricoperto da un sottile film di ossido, nell'atmosfera di ossigeno si ossida quando riscaldato a più di 400 ° C.

Interagisce con il fluoro in condizioni normali, con altri alogeni, azoto, carbonio - quando riscaldato. In acqua, acidi (ad eccezione di una miscela di HF + HNO3) non si dissolve. Gli alcali convertono il silicio in sali di acidi silicici con evoluzione dell'idrogeno. È solubile in molti metalli fusi, con alcuni di essi fornisce composti chiamati silicidi.

Con idrogeno forma composti altamente reattivi della formula generale SinH2n + 2 (dove n = 1-8) sono silani. Sono noti numerosi composti organosiliconici (siliconi, organosilossani, ecc.). Gli acidi silicici sono di grande importanza.

Allo stato libero, meta- (H2SiO3), orto- (H2SiO4) e due silicio (N2Si2DI5) acido. I sali di acidi silicici sono molto diffusi in natura: minerali della classe dei silicati naturali. Durante la sostituzione isomorfa del silicio nella sua struttura con alluminio, si formano silicati di alluminio..

Composizione e struttura

Il silicio esiste in due forme allotropiche, ugualmente stabili alla temperatura normale.

  • Cristallino ha l'aspetto di una polvere grigio scuro. La sostanza, sebbene abbia un reticolo cristallino a forma di diamante, è fragile a causa del legame eccessivamente lungo tra gli atomi. Di interesse sono le sue proprietà a semiconduttore..
  • A pressioni molto elevate, è possibile ottenere una modifica esagonale con una densità di 2,55 g / cu. vedi Tuttavia, questa fase di significato pratico non è stata ancora trovata.
  • Amorfo - polvere marrone-marrone. A differenza della forma cristallina, reagisce molto più attivamente. Ciò è dovuto non tanto all'inerzia della prima forma, ma al fatto che nell'aria la sostanza è coperta da uno strato di biossido.

Inoltre, è necessario tenere conto di un altro tipo di classificazione associata alla dimensione del cristallo di silicio, che insieme formano una sostanza. Il reticolo cristallino, come sapete, suggerisce l'ordinamento non solo degli atomi, ma anche delle strutture che formano questi atomi, il cosiddetto ordine a lungo raggio. Più è grande, più omogenee saranno le proprietà della sostanza..

  • Monocristallino - il campione è un singolo cristallo. La sua struttura è quanto più snella possibile, le sue proprietà sono omogenee e ben prevedibili. È tale materiale che è più richiesto in ingegneria elettrica. Tuttavia, appartiene alle specie più costose, poiché il processo di ottenimento è complicato e il tasso di crescita è basso.
  • Multicristallino: il campione comprende numerosi grani di grandi dimensioni cristallini. I confini tra loro formano livelli difettosi aggiuntivi, che riducono le prestazioni del campione come semiconduttore e portano a un'usura più rapida. La tecnologia di coltivazione di un multicristallo è più semplice, perché il materiale è più economico.
  • Policristallino - è costituito da un gran numero di grani posizionati casualmente uno rispetto all'altro. Questa è la più pura varietà di silicio industriale, utilizzata nella microelettronica e nell'energia solare. Abbastanza spesso usato come materia prima per la coltivazione di cristalli multipli e singoli.
  • Il silicio amorfo occupa anche una posizione separata in questa classificazione. Qui, la disposizione degli atomi si svolge solo alle distanze più brevi. Tuttavia, nell'ingegneria elettrica viene ancora utilizzato sotto forma di film sottili.

Successivamente, ti parleremo delle materie prime per la produzione di silicio, la nocività dell'estrazione mineraria, la tecnologia della sua produzione su scala globale e in Russia.

Produzione non metallica

Ottenere silicio puro non è così facile, data l'inerzia dei suoi composti e l'alto punto di fusione di molti di essi. Nell'industria, spesso ricorrono alla riduzione del carbonio dal biossido. La reazione viene eseguita in forni ad arco a una temperatura di 1800 C. Pertanto, si ottiene un non-metallo con una purezza del 99,9%, che non è sufficiente per il suo uso.

Il materiale risultante viene clorurato per ottenere cloruri e cloridrati. Quindi i composti vengono purificati con tutti i metodi possibili dalle impurità e ridotti con idrogeno.

Uso di sostanze

Per l'industria, le caratteristiche elettrofisiche del non metallo sono di grande interesse. La sua forma a cristallo singolo è un semiconduttore indiretto. Le sue proprietà sono determinate dalle impurità, che consente di ottenere cristalli di silicio con le proprietà desiderate.

Quindi, l'aggiunta di boro, alluminio, indio consente di far crescere un cristallo con conduttività del foro e l'introduzione di fosforo o arsenico - un cristallo con conduttività elettronica.

  • Il silicio nel senso letterale della parola serve come base della moderna ingegneria elettrica. Da esso sono realizzati transistor, fotocellule, circuiti integrati, diodi e così via. Inoltre, la funzionalità dello strumento determina quasi sempre solo lo strato superficiale del cristallo, il che porta a requisiti molto specifici per il trattamento superficiale.
  • Nella metallurgia, il silicio tecnico viene utilizzato sia come modificatore di lega - dà una maggiore resistenza, sia come componente nei bronzi, ad esempio, e come disossidante nella produzione di ghisa.
  • La metallurgia ultra pura e raffinata costituisce la base dell'energia solare.
  • Il biossido non metallico si trova in natura in forme molto diverse. Le sue varietà cristalline - opale, agata, corniola, ametista, cristallo di rocca, hanno trovato il loro posto nei gioielli. Le modifiche che non sono così attraenti nell'aspetto - pietra focaia, sabbia, quarzo, sono utilizzate nella metallurgia, nelle costruzioni e nella radioelettronica.
  • La connessione di non metallo con carburo di carbonio, viene utilizzata nella metallurgia, nella strumentazione e nell'industria chimica. È un semiconduttore ad ampio spazio, caratterizzato da un'elevata durezza - 7 sulla scala di Mohs e resistenza, che gli consente di essere utilizzato come materiale abrasivo.
  • Silicati - cioè sali di acido silicico. Instabile, facilmente decomposto dalla temperatura. La loro rilevanza è che formano numerosi e diversi sali. Ma questi ultimi sono la base nella produzione di vetro, ceramica, maiolica, cristallo, cemento e cemento. Possiamo tranquillamente affermare che la costruzione moderna si basa su una varietà di silicati.
  • Il vetro rappresenta il caso più interessante qui. Si basa su alluminosilicati, ma le impurità insignificanti di altre sostanze - di solito ossidi - conferiscono al materiale molte proprietà diverse, incluso il colore. Ceramica - clinker, maiolica, porcellana, infatti, ha la stessa formula, sebbene con un diverso rapporto di componenti, e anche la sua varietà è sorprendente.
  • Il non metallo ha un'abilità in più: forma composti di carbonio sotto forma di una lunga catena di atomi di silicio. Tali composti sono chiamati organosilicio. L'ambito della loro applicazione non è meno noto: si tratta di siliconi, sigillanti, lubrificanti e così via.

Silicio. Proprietà di silicio.

Silicio (Si) - non metallico, in piedi nel 4 ° gruppo della tavola periodica Mendeleev. Dopo l'ossigeno, il silicio è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre. Ha 2 isotopi stabili: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Il silicio libero non si presenta in natura.

I più comuni: sali di acidi silicici e ossido di silicio (silice, sabbia, quarzo). Fanno parte di sali minerali, mica, talco, amianto.

Allotropia di silicio.

Il silicio ha 2 modifiche allotropiche:

- cristallino (cristalli grigio chiaro. La struttura è simile al reticolo cristallino del diamante, in cui l'atomo di silicio è legato in modo covalente a 4 atomi identici ed è esso stesso nell'ibridazione sp3);

- amorfo (polvere marrone, più attivo di cristallino).

Proprietà di silicio.

- A temperatura, il silicio reagisce con l'ossigeno atmosferico:

Se non c'è abbastanza ossigeno (mancanza), allora può verificarsi una tale reazione:

Dove SiO è un monossido che può formarsi anche durante la reazione:

- In condizioni normali, il silicio può reagire con F2, quando riscaldato - con Cl2. Se aumenti ulteriormente la temperatura, Si sarà in grado di interagire con N e S:

- il silicio è in grado di reagire con il carbonio, dando al carborundum:

- Il silicio è solubile in una miscela di acidi nitrico e fluoridrico concentrati:

- Il silicio si dissolve in soluzioni acquose di alcali:

- Se riscaldato con ossidi, silicio sproporzionato:

- Quando interagisce con i metalli, il silicio agisce come un agente ossidante:

Applicazione di silicio.

Il silicio è maggiormente utilizzato nella produzione di leghe per dare forza ad alluminio, rame e magnesio e per ottenere ferrosilicidi, che sono importanti nella produzione di acciaio e tecnologia dei semiconduttori. I cristalli di silicio sono utilizzati nei pannelli solari e nei dispositivi a semiconduttore: transistor e diodi.

Il silicio funge anche da materia prima per la produzione di composti organosiliconici o silossani, ottenuti sotto forma di oli, lubrificanti, materie plastiche e gomme sintetiche. I composti inorganici di silicio sono utilizzati nella ceramica e nella tecnologia del vetro come materiale isolante e piezocristalli.

Silicio

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In questa lezione imparerai a conoscere il silicio. Considera le informazioni sul silicio: la sua struttura elettronica, in cui il silicio si trova in natura, studia l'allotropia del silicio, spiega le sue proprietà fisiche e chimiche. Imparerai dove viene utilizzato il silicio nell'industria e in altri campi, come viene ottenuto. Conoscerai biossido di silicio, acido silicico e suoi sali - silicati.

Oggetto: metalli di base e non metalli

Lezione: silicio. gas nobili

Alla ricerca di silicio in natura

Il silicio è uno degli elementi chimici più comuni della crosta terrestre. Il suo contenuto è quasi del 30%. In natura, si trova principalmente sotto forma di varie forme di biossido di silicio, silicati e alluminosilicati.

In quasi tutti i suoi composti, il silicio è tetravalente. In questo caso, gli atomi di silicio sono in uno stato eccitato. Figura. 1.

Per passare a tale stato, uno degli elettroni 3s occupa un posto libero sugli orbitali 3p. In questo caso, invece di 2 elettroni spaiati nello stato fondamentale, l'atomo di silicio nello stato eccitato avrà 4 elettroni spaiati. Sarà in grado di formare 4 legami covalenti con il meccanismo di scambio.

Gli atomi di silicio non sono inclini alla formazione di più legami, ma formano composti con legami singoli -Si-O-. Il silicio, a differenza del carbonio, non è tipico dell'allotropia..

Una delle modifiche allotropiche è il silicio cristallino, in cui ciascun atomo di silicio si trova nell'ibridazione sp 3. Figura. 2, 3. Il silicio cristallino è una sostanza cristallina solida, refrattaria e forte di un colore grigio scuro con una lucentezza metallica. In condizioni normali, un semiconduttore. A volte il silicio amorfo viene isolato come un'altra modifica allotropica del silicio. È una polvere marrone scuro, chimicamente più attiva del silicio cristallino. È una modifica allotropica - un punto controverso.

Proprietà chimiche del silicio come sostanza semplice

Proprietà chimiche del silicio

1. Interazione alogena

2. Quando riscaldato, il silicio brucia in ossigeno, formando ossido di silicio (IV).

3. Alle alte temperature, il silicio interagisce con azoto o carbonio.

4. Il silicio non reagisce con soluzioni acquose di acidi. Ma si dissolve in alcali.

5. Quando il silicio viene fuso con i metalli, si formano silicidi..

6. Il silicio non interagisce direttamente con l'idrogeno, ma i composti idrogeno del silicio possono essere ottenuti dall'interazione dei silicidi con l'acqua.

I silani hanno una struttura simile agli alcani, ma sono significativamente reattivi. Il monosilano più stabile infiammabile all'aria.

Produzione di silicio

Il silicio è ottenuto per riduzione dall'ossido di silicio (IV)

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Uno dei compiti è quello di ottenere silicio di elevata purezza. Per questo, il silicio tecnico viene trasferito al tetracloruro di silicio. Il tetracloruro risultante viene ridotto a silano e il silano si decompone per forte riscaldamento in silicio e idrogeno.

Ossidi di silicio

Il silicio è in grado di formare due ossidi: SiО2 - ossido di silicio (IV) e SiO - ossido di silicio (II).

SiO - l'ossido di silicio (II) è una sostanza marrone scuro amorfa che si forma dall'interazione del silicio con l'ossido di silicio (IV)

Si + SiO2 → 2SiO.

Nonostante la sua stabilità, questa sostanza non viene quasi mai utilizzata..

SiO2 - silice (IV)

Questa sostanza rappresenta il 12% della crosta terrestre. Figura. 4. È rappresentato da minerali come cristallo di rocca, quarzo, ametista, citrino, diaspro, calcedonio. Figura. 5.

SiO2 - ossido di silicio (IV) - una sostanza non molecolare.

Il reticolo cristallino è atomico. Figura. 6. Cristalli SiO2 hanno la forma di un tetraedro, che sono interconnessi da atomi di ossigeno. Una formula più corretta sarebbe la molecola (SiO2) n. Da SiО2 forma una sostanza di struttura atomica e CO2 - struttura molecolare, la differenza nelle loro proprietà è evidente. Con2 È gas e SiО2 - sostanza cristallina solida trasparente, insolubile in acqua e refrattaria.

Proprietà chimiche di SiО2

1. Silice (IV) SiO2 È un ossido acido. Non reagisce con l'acqua. L'acido silicico non può essere ottenuto per idratazione di SiO2. I suoi sali - silicati - possono essere ottenuti dall'interazione di SiO2 con soluzioni alcaline calde.

2. Reagisce con carbonati di metalli alcalini e alcalini terrosi.

3. Interagisce con i metalli.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

4. Reazione con acido fluoridrico.

Proprietà chimiche dell'acido silicico e uso dei suoi sali

Proprietà chimiche dell'acido silicico e dei silicati

Preparazione dell'acido silicico

L'acido silicico precipita come composto polimerico. Formule per acido silicico -

H2SiO3 (meta form) e H4SiO4 (forma orto): riflette il rapporto tra gli elementi, ma non la vera composizione. Convenzionalmente, su un piano, la composizione di acido silicico è rappresentata in Fig. 7.

Per l'acido silicico viene sempre utilizzata la formula H.2SiO3.

2. Interagisce con soluzioni alcaline

I sali di acido silicico - silicati - sono composti ionici. Queste sono sostanze solide incolori. Solo i silicati di metalli alcalini sono solubili in acqua, tranne il litio.

1. I silicati solubili sono sottoposti a idrolisi anionica

2. I silicati solubili reagiscono con acidi forti

Polorganosilossani (siliconi)

I polorganosilossani (siliconi) sono composti organosiliconici ad alto peso molecolare contenenti ossigeno.

R2[SiO] n

R è un gruppo organico (metile, etile o fenile). La struttura dei silossani si basa su una catena di atomi alternati di silicio e ossigeno. Fig.8 Variando la lunghezza della catena e dei gruppi organici, si possono ottenere siliconi con varie proprietà. Modificando le condizioni di polimerizzazione, si possono ottenere molecole di diverse lunghezze.

I polimeri a catena corta sono fluidi; i polimeri più lunghi sono lubrificanti preziosi. Figura. 9, che mantengono le loro proprietà in un ampio intervallo di temperature da

- 100 0 С a + 300 0 С. Molecole più lunghe formano gomme, che non perdono la loro elasticità alle basse temperature. Elevata resistenza all'abrasione, chimicamente inerte. Figura. 10. Questo porta a varie applicazioni. Possono essere utilizzati per creare dispositivi cardiaci o renali artificiali e possono essere utilizzati come suole per scarpe. I polimeri silossanici sono usati in medicina per creare vari impianti di tessuti molli, dal momento che tali polimeri sono chimicamente inerti e non vengono rifiutati dall'organismo. Non sono bagnati dall'acqua. È usato nelle creme. Quando si applica una tale crema sulle mani, sostituirà i guanti di gomma.

Interessanti esperimenti con la colla ai silicati

Giardino inorganico

In un vetro trasparente riempito con silicato di sodio, abbassiamo i cristalli di sali colorati, ad esempio il solfato di rame. Dopo qualche tempo, puoi vedere che sottili tubi cavi, costituiti da silicati insolubili, si sono formati dai cristalli. Figura. undici.

Ottenere stucco "stupido"

Uguali volumi di silicato di sodio e alcool medico vengono miscelati. Il precipitato formato viene filtrato e spremuto in modo che l'alcool non goccioli. Questo è stucco. Figura. 12. È così chiamato perché è stato pianificato di usarlo come stucco per Windows. Ma si è scoperto che ha proprietà tali da non poter essere utilizzato per lo scopo previsto. Se tiri la palla e la lanci sul pavimento, rimbalzerà come una palla di gomma. Se messo sul tavolo, si diffonde come un liquido. Se colpito con un oggetto solido, volerà via come un solido. Dopo un po ', quando l'alcol si asciuga, questo stucco si sbriciolerà semplicemente.

Riepilogo della lezione

In questa lezione, hai imparato a conoscere il silicio. Abbiamo esaminato le informazioni sul silicio: la sua struttura elettronica, in cui il silicio si trova in natura, ha studiato l'allotropia del silicio e spiegato le sue proprietà fisiche e chimiche. Abbiamo imparato dove viene utilizzato il silicio nell'industria e in altri settori e come viene ottenuto. Hai incontrato biossido di silicio, acido silicico e suoi sali - silicati.

Bibliografia

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2. Popel P.P. Chimica: 8 ° grado: un libro di testo per le scuole secondarie / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K.: IC "Academy", 2008. - 240 p.: Limo.

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Ulteriori collegamenti consigliati a risorse Internet

Compiti a casa

1. N. 2-4 (p. 138) Rudzitis G.E. Chimica. Fondamenti di chimica generale. Grado 11: un libro di testo per istituti scolastici: un livello base / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14 ° ed. - M.: Istruzione, 2012.

2. Quali sono le applicazioni dei polorganosilossani?.

3. Confrontare le proprietà delle modifiche allotropiche del silicio.

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Silicio

Silicio
In forma amorfa - polvere marrone, in cristallino - grigio scuro, leggermente lucido
Nome, simbolo, numeroSilicio / Silicio (Si), 14
Massa atomica
(massa molare)
[28.086] a. E. m. (G / mol)
Configurazione elettronica[Ne] 3s 2 3p 2; in collegamento [Ne] 3s 3p 3 (ibridazione)
Raggio atomico132 pm
Raggio covalente111 pm
Raggio ionico42 (+ 4e), 271 (−4e) pm
elettronegatività1,90 (scala Pauling)
Potenziale elettrodo0
Stato di ossidazione−4, 0, +2; +4
Energia ionizzata
(primo elettrone)
786,0 (8,15) kJ / mol (eV)
Densità (a N. at.)2,33 g / cm³
Temperatura di fusione1414,85 ° C (1688 K)
Temperatura di ebollizione2349,85 ° C (2623 K)
Beats calore di fusione50,6 kJ / mol
Beats calore di vaporizzazione383 kJ / mol
Capacità di calore molare20.16 J / (K mol)
Volume molare12,1 cm³ / mol
Struttura reticolarecubico, diamante
Opzioni reticolari5.4307 Å
Debye temperatura645 ± 5 K
Conduttività termica(300 K) 149 W / (mK)
Numero CAS7440-21-3
3s 2 3p 2

Il silicio (Si dal Lat. Silicio) è un elemento del quattordicesimo gruppo (secondo la vecchia classificazione, il sottogruppo principale del quarto gruppo), il terzo periodo del sistema periodico di elementi chimici con numero atomico 14. La massa atomica è 28.085. Non metallico, il secondo elemento chimico più abbondante nella crosta terrestre (dopo l'ossigeno). Estremamente importante per l'elettronica moderna.

Soddisfare

  • 1. Storia
  • 2 Origine del nome
  • 3 Essere nella natura
  • 4 isotopi e loro applicazione
  • 5 Ottenere
  • 6 proprietà fisiche
    • 6.1 Proprietà elettrofisiche
  • 7 proprietà chimiche
    • 7.1 Ibridazione
    • 7.2 Bassa attività di silicio
    • 7.3 Reazione con alogeni
    • 7.4 Reazione con ossigeno
    • 7.5 Preparazione del monossido di silicio
    • 7.6 Ottenere silani
    • 7.7 Reazione con azoto e boro
    • 7.8 Ottenere il carborundum
    • 7.9 Il silicio dissolve molti metalli
    • 7.10 Silicidi
    • 7.11 Alcuni composti organosiliconici
    • 7.12 Incisione acida
    • 7.13 Incisione alcalina
  • 8 Applicazione
  • 9 Ruolo biologico
    • 9.1 Nel corpo umano

Storia

L'esistenza del silicio fu predetta da Jens Jakob Berzelius nel 1810. Più tardi, nel 1823, isolò il silicio amorfo riducendo il fluoruro di SiF.4 potassio, descritto in dettaglio le sue proprietà chimiche.

Per la prima volta, il silicio puro fu isolato nel 1811 dagli scienziati francesi Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Tenard.

origine del nome

Nel 1823, il chimico svedese Jöns Jakob Berzelius, usando l'azione del metallo di potassio sul fluoruro di silicio SiF4 ricevuto silicio elementare puro. Al nuovo elemento fu dato il nome "silicio" (dal lat. Silex - selce). Il nome russo "silicio" fu introdotto nel 1834 dal chimico russo tedesco Ivanovich Hess. Tradotto dal dott. κρημνός - “scogliera, montagna”.

Essere nella natura

Secondo varie fonti, il contenuto di silicio nella crosta terrestre è del 27,6–29,5% in massa. Pertanto, in termini di prevalenza nella crosta terrestre, il silicio occupa il secondo posto dopo l'ossigeno. Concentrazione nell'acqua di mare 3 mg / l.

Molto spesso in natura, il silicio si trova sotto forma di silice - composti a base di biossido di silicio (IV) SiO2 (circa il 12% della massa della crosta terrestre). I principali minerali e rocce formati dal biossido di silicio sono sabbia (fiume e quarzo), quarzo e quarzite, pietra focaia e feldspati. Il secondo gruppo più comune di composti di silicio in natura sono silicati e alluminosilicati.

Si notano singoli fatti relativi alla scoperta di silicio puro in forma nativa..

Isotopi e loro utilizzo

Il silicio è costituito da isotopi stabili di 28 Si (92,23%), 29 Si (4,67%) e 30 Si (3,10%). I restanti isotopi sono radioattivi.

Il nucleo di 29 Si (come il protone) ha una rotazione nucleare di I = 1/2 ed è sempre più utilizzato nella spettroscopia NMR. 31 Si, formato dall'azione dei neutroni su 30 Si, ha un'emivita di 2,62 ore, può essere determinato dalla caratteristica radiazione β ed è molto conveniente per la determinazione quantitativa del silicio mediante il metodo di analisi dell'attivazione dei neutroni. Il nuclide radioattivo 32 Si ha l'emivita più lunga (

170 anni) ed è un emettitore β morbido (a bassa energia).

ottenere

Il silicio libero si ottiene calcinando la sabbia bianca fine (biossido di silicio) con magnesio:

SiO2 + 2Mg ⟶ 2MgO + Si

In questo caso, si forma silicio amorfo, che ha la forma di una polvere marrone.

Nell'industria, il silicio di purezza tecnica è ottenuto riducendo la fusione di SiO2 coke ad una temperatura di circa 1800 ° C in forni di minerale di tipo ad albero. La purezza del silicio così ottenuto può raggiungere il 99,9% (le impurità principali sono carbonio, metalli).

È possibile un'ulteriore purificazione del silicio dalle impurità..

  • La pulizia di laboratorio può essere effettuata ottenendo prima il silicuro di magnesio Mg2Si. Quindi, si monosilano gassoso SiH si ottiene dal silicuro di magnesio usando acido cloridrico o acetico4. Il monosilano viene purificato per distillazione, assorbimento e altri metodi e quindi decomposto in silicio e idrogeno ad una temperatura di circa 1000 ° C.
  • La purificazione del silicio su scala industriale viene effettuata mediante clorazione diretta del silicio. In questo caso, composti della composizione SiCl4, SiHCl3 e SiH2Cl2. Vengono purificati in vari modi dalle impurità (di solito per distillazione e sproporzione) e, nella fase finale, vengono ridotti con idrogeno puro a temperature da 900 a 1100 ° C.
  • Sono in fase di sviluppo tecnologie di raffinazione del silicio industriale più economiche, più pulite ed efficienti. Nel 2010, tali tecnologie includono la purificazione del silicio mediante fluoro (anziché cloro); tecnologie per la distillazione del monossido di silicio; tecnologie basate sull'incisione di impurità che si concentrano su confini intergranulari.

Il contenuto di impurità nel silicio raffinato può essere ridotto del 10–8–10–6% in massa. Le problematiche relative all'ottenimento del silicio ultrapuro sono esaminate più in dettaglio nell'articolo Silicio policristallino.

Il metodo per ottenere il silicio nella sua forma pura è stato sviluppato da Nikolai Nikolaevich Beketov.

In Russia il silicio tecnico è prodotto da OK Rusal negli stabilimenti di Kamensk-Uralsky (regione di Sverdlovsk) e Shelekhov (regione di Irkutsk); il silicio elaborato con la tecnologia del cloruro è prodotto dal gruppo Nitol Solar nello stabilimento di Usolye-Sibirskoye.

Proprietà fisiche

Il reticolo cristallino del silicio è un tipo cubico di diamante centrato sulla faccia, parametro a = 0,54307 nm (altre modificazioni polimorfiche del silicio sono state ottenute anche ad alte pressioni), ma a causa della maggiore lunghezza del legame tra gli atomi Si - Si rispetto alla lunghezza del legame C - C, la durezza del silicio è significativamente meno del diamante. Il silicio è fragile, solo se riscaldato a temperature superiori a 800 ° C diventa una sostanza plastica. È trasparente alle radiazioni infrarosse a partire da una lunghezza d'onda di 1,1 micron. Concentrazione propria di portatori di carica - 5,81⋅10 15 m −3 (per una temperatura di 300 K).

Proprietà elettrofisiche

Il silicio elementare monocristallino è un semiconduttore indiretto. Il gap di banda a temperatura ambiente è 1,12 eV, e a T = 0 K è 1,21 eV. La concentrazione di portatori di carica intrinseca nel silicio in condizioni normali è di circa 1,5 × 10 10 cm −3.

Le proprietà elettrofisiche del silicio cristallino sono fortemente influenzate dalle impurità in esso contenute. Per ottenere cristalli di silicio con conduttività del foro, vengono introdotti nel silicio atomi di elementi del gruppo III, come boro, alluminio, gallio e indio. Per ottenere cristalli di silicio con conducibilità elettronica, vengono introdotti nel silicio atomi di elementi del gruppo V, come fosforo, arsenico, antimonio.

Quando si creano dispositivi elettronici basati sul silicio, viene utilizzato prevalentemente lo strato superficiale di un singolo cristallo (fino a decine di micron); pertanto, la qualità superficiale di un cristallo può influenzare in modo significativo le proprietà elettrofisiche del silicio e, di conseguenza, le proprietà del dispositivo elettronico creato. Quando si creano alcuni dispositivi, viene utilizzata la tecnologia che modifica la superficie di un singolo cristallo, ad esempio, trattando una superficie di silicio con vari prodotti chimici e la sua irradiazione.

  • Costante dielettrica: 12
  • La mobilità degli elettroni: 1200-1450 cm² / (V · c).
  • Mobilità del foro: 500 cm² / (V · c).
  • Il gap di banda è 1,21 eV a 0 K..
  • Durata dell'elettrone libero: 5 ns - 10 ms
  • Percorso libero medio dell'elettrone: circa 1 mm.
  • Percorso libero medio dei fori: circa 0,2-0,6 mm.

Tutti i valori sono per condizioni normali..

Proprietà chimiche

ibridazione

Come gli atomi di carbonio, lo stato di ibridazione sp 3 degli orbitali è caratteristico degli atomi di silicio. A causa dell'ibridazione, il silicio cristallino puro forma un reticolo a forma di diamante in cui il silicio è tetravalente. Nei composti, il silicio di solito si manifesta anche come elemento tetravalente con uno stato di ossidazione di +4 o −4. Si trovano composti divalenti di silicio, ad esempio ossido di silicio (II) - SiO.

Bassa attività di silicio

In condizioni normali, il silicio è chimicamente inattivo e reagisce solo con fluoro gassoso e si forma tetrafluoruro di silicio volatile SiF4.

Questa "inattività" del silicio è associata alla passivazione della superficie da uno strato nanometrico di biossido di silicio, che si forma immediatamente in presenza di ossigeno, aria o acqua (vapore acqueo).

Reazione alogena

Quando riscaldato a temperature superiori a 400-500 ° C, il silicio reagisce con cloro, bromo e iodio - con la formazione dei corrispondenti tetraalidi prontamente volatili SiHal4 e forse alogenuri più complessi.

Reazione con ossigeno

Se riscaldato a temperature superiori a 400-500 ° C, il silicio reagisce con l'ossigeno formando SiO2.2.

Il processo è accompagnato da un aumento dello spessore dello strato di biossido sulla superficie, la velocità del processo di ossidazione è limitata dalla diffusione dell'ossigeno atomico attraverso il film di biossido.

Preparazione del monossido di silicio

Quando si riduce SiO2 il silicio a temperature superiori a 1200 ° C produce ossido di silicio (II) - SiO.

Si + SiO2 → t> 1200oC 2SiO

Questo processo viene costantemente osservato nella produzione di cristalli di silicio con il metodo Czochralski, la cristallizzazione diretta, poiché utilizzano contenitori di biossido di silicio, come materiale siliconico meno inquinante.

Ottenere silani

Il silicio non reagisce direttamente con l'idrogeno. Composti di silicio con idrogeno - silani con la formula generale SinH2 n + 2: ottieni indirettamente. SiS monosilano4 (spesso chiamato semplicemente silano) viene rilasciato durante l'interazione dei silicidi metallici con soluzioni acide, ad esempio:

Silane SiH si è formato in questa reazione4 contiene una miscela di altri silani, in particolare Si disilane2H6 e trisilano Si3H8, in cui vi è una catena di atomi di silicio collegati tra loro da singoli legami (−Si - Si - Si–).

La reazione con azoto e boro

Il silicio reagisce con azoto e boro a una temperatura di circa 1000 ° C, formando nitruro di Si, rispettivamente.3N4 e boruri SiB termicamente e chimicamente resistenti3, SiB6 e SiB12.

Ottenere il carborundum

A temperature superiori a 1000 ° C, è possibile ottenere un composto di silicio e il suo analogo più vicino secondo la tavola periodica - carbonio - carburo di silicio SiC (carborundum), che è caratterizzato da elevata durezza e bassa attività chimica.

Si + C → t> 1000oC SiC

Il carborundum è ampiamente usato come materiale abrasivo. Allo stesso tempo, è interessante che un fuso di silicio (1415 ° C) possa contattare a lungo il carbonio sotto forma di grandi pezzi di grafite a grana fine densamente sinterizzata di pressatura isostatica, praticamente non si dissolve e non interagisce in alcun modo con quest'ultimo.

Il silicio dissolve molti metalli

Gli elementi sottostanti del 4 ° gruppo (Ge, Sn, Pb) sono infinitamente solubili in silicio, come la maggior parte degli altri metalli.

siliciuri

Quando si riscalda il silicio con i metalli, possono formarsi i loro composti - silicidi.

I silicidi possono essere divisi in due gruppi: ionico-covalente (silicidi di alcali, metalli alcalini terrosi e magnesio di tipo Ca2Si, Mg2Si e altri.) E simil-metallo (silicidi di metalli di transizione). I silicidi metallici attivi si decompongono sotto l'influenza degli acidi, i silicidi dei metalli di transizione sono chimicamente stabili e non si decompongono sotto l'influenza degli acidi. I silicidi simili ai metalli hanno alti punti di fusione (fino a 2000 ° C). I silicidi simili al metallo più spesso formati dalle composizioni MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 e mesi2. I silicidi simili ai metalli sono chimicamente inerti, resistenti all'ossigeno anche a temperature elevate.

Va notato che il silicio forma una miscela eutettica con ferro, che consente la sinterizzazione (fusione) di questi materiali per formare ceramiche ferrosiliconiche a temperature notevolmente inferiori ai punti di fusione di ferro e silicio.

Alcuni composti organosiliconici

Il silicio è caratterizzato dalla formazione di composti organosiliconici in cui gli atomi di silicio sono collegati in lunghe catene a causa del ponte tra gli atomi di ossigeno –O– e ad ogni atomo di silicio, ad eccezione di due atomi di O, altri due radicali organici R1 e R2= CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 e così via.

Decapaggio acido

Una miscela di acidi fluoridrico e nitrico è ampiamente utilizzata per l'attacco al silicio. Alcuni eccitanti speciali includono l'aggiunta di anidride cromica e altre sostanze. Durante l'attacco, la soluzione di attacco con acido si riscalda rapidamente fino al punto di ebollizione, mentre la velocità di attacco aumenta molte volte.

Decapaggio degli alcali

Per incidere il silicio, è possibile utilizzare soluzioni acquose alcaline. L'attacco al silicio in soluzioni alcaline inizia a una temperatura di soluzione superiore a 60 ° C.

Applicazione

Il silicio tecnico ha i seguenti usi:

  • materie prime per industrie metallurgiche: componente in lega (bronzo, silumin); disossidante (nella fusione di ghisa e acciaio); un modificatore delle proprietà dei metalli o di un elemento di lega (ad esempio, l'aggiunta di una certa quantità di silicio nella produzione di acciai per trasformatori riduce la forza coercitiva del prodotto finito), ecc.
  • materie prime per la produzione di silicio policristallino più pulito e silicio metallurgico raffinato (nella letteratura umg-Si);
  • materie prime per la produzione di materiali organosiliconici, silani;
  • a volte il silicio di purezza tecnica e la sua lega con ferro (ferrosilicio) vengono utilizzati per produrre idrogeno sul campo;
  • per la produzione di pannelli solari;
  • antibloccaggio (distaccante) nell'industria delle materie plastiche.

Il silicio ultrapuro viene utilizzato principalmente per la produzione di singoli dispositivi elettronici (elementi passivi non lineari di circuiti elettrici) e microcircuiti a chip singolo. Il silicio puro, lo spreco di silicio ultrapuro, il silicio metallurgico raffinato sotto forma di silicio cristallino sono la principale materia prima per l'energia solare.

Silicio monocristallino - oltre all'elettronica e all'energia solare, viene utilizzato per la produzione di specchi laser a gas.

I composti metallici con silicio - silicidi - sono ampiamente utilizzati nell'industria (ad esempio elettronica e atomica) con una vasta gamma di utili proprietà chimiche, elettriche e nucleari (resistenza all'ossidazione, neutroni, ecc.). I silicidi di numerosi elementi sono importanti materiali termoelettrici..

I composti di silicio servono come base per la produzione di vetro e cemento. L'industria dei silicati è impegnata nella produzione di vetro e cemento. Produce anche ceramiche ai silicati: mattoni, porcellana, maiolica e prodotti derivati..

La colla ai silicati è ampiamente conosciuta, usata nelle costruzioni come essiccante, nella pirotecnica e nella vita di tutti i giorni per incollare la carta.

Oli siliconici e siliconi sono ampiamente utilizzati - materiali a base di composti organosiliconici.

Ruolo biologico

Per alcuni organismi, il silicio è un nutriente importante. Fa parte di formazioni di supporto nelle piante e scheletrico - negli animali. In grandi quantità, il silicio è concentrato da organismi marini - diatomee, radiolari, spugne. Grandi quantità di coda di cavallo concentrata di silicio e cereali, principalmente le sottofamiglie di bambù e riso, compreso il riso da semina.

Viene anche usato per creare le pareti cellulari di alcuni organismi ed è il centro di reattività di una dozzina di enzimi responsabili della "lavorazione" della silice diatomea e di alcuni crostacei.

Il silicio si trova in molte piante che sono necessarie per il corretto sviluppo, ma non è stato dimostrato che sia necessario per lo sviluppo di tutte le specie. Di solito, la sua presenza aumenta la resistenza ai parassiti, in particolare ai funghi, e impedisce la loro penetrazione nei tessuti delle piante sature di silice. Allo stesso modo, nel caso degli animali, è stata dimostrata la necessità di silicio per spugne a sei punte, ma sebbene ciò si verifichi nei corpi di tutti gli animali, di solito non è necessario per loro. Nei vertebrati, ciò si verifica in grandi quantità nei capelli e nelle piume (ad esempio, la lana di pecora contiene 0,02-0,08% di SiO2 ) Il tessuto muscolare umano contiene (1-2) ⋅ 10 −2% di silicio, tessuto osseo 17 - 10 −4%, sangue 3,9 mg / l. Con il cibo, ogni giorno vengono forniti al corpo umano fino a 1 g di silicio..

Nel corpo umano

È dimostrato che il silicio è importante per la salute umana, in particolare per unghie, capelli, ossa e pelle. Gli studi dimostrano che le donne in premenopausa con un più alto apporto di silicio biodisponibile hanno una maggiore densità ossea e che l'integrazione di silicio può aumentare il volume e la densità ossea nei pazienti con osteoporosi.

Il corpo umano ha bisogno di 20-30 mg di silicio al giorno. Le donne in gravidanza, le persone dopo un intervento chirurgico osseo e le persone anziane richiedono una dose più elevata, poiché la quantità di questo elemento negli organi diminuisce con l'età. Ciò si verifica principalmente nel tessuto connettivo, da cui vengono costruiti tendini, membrane mucose, pareti dei vasi sanguigni, valvole cardiache, pelle e sistema osteoarticolare. Il silicio rimuove le sostanze tossiche dalle cellule, agisce preferibilmente sui capillari, le sigilla, aumenta la resistenza ossea, rafforza le difese dell'organismo contro le infezioni e previene l'invecchiamento precoce. Allevia l'irritazione e l'infiammazione della pelle, migliorando il suo aspetto generale e prevenendo la letargia, riduce la caduta dei capelli, accelera la loro crescita, rinforza le unghie. Poiché il silicio è coinvolto nella formazione del tessuto osseo, garantendo l'elasticità dei vasi sanguigni coinvolti nell'assorbimento del calcio dalla dieta e nella crescita di capelli e unghie, la sua carenza nel corpo umano può causare anomalie ossee, ritardo generale della crescita, infertilità, mancanza di sviluppo e osteoporosi. Il biossido di silicio in condizioni normali è sempre una sostanza organica solida, non degradabile, soggetta alla formazione di polvere, costituita da particelle con bordi taglienti. L'effetto dannoso del biossido di silicio e della maggior parte dei silicidi e silicati si basa sull'effetto irritante e fibrogenico, sull'accumulo di sostanze nel tessuto polmonare, causando gravi malattie: la silicosi. I respiratori antipolvere sono usati per proteggere gli organi respiratori dalle particelle di polvere. Tuttavia, anche quando si usano dispositivi di protezione individuale per il rinofaringe, la gola di persone che lavorano sistematicamente in condizioni polverose con composti di silicio e in particolare monossido di silicio hanno segni di processi infiammatori sulle mucose. Le norme sulle concentrazioni massime consentite per il silicio sono legate al contenuto di polvere di biossido di silicio nell'aria. Ciò è dovuto alle caratteristiche della chimica del silicio:

  • Il silicio puro, come il carburo di silicio, a contatto con l'acqua o l'ossigeno nell'aria forma un film impermeabile di biossido di silicio (SiO2 ), che passiva la superficie;
  • Molti composti organosiliconici, a contatto con ossigeno atmosferico e vapore acqueo, si ossidano o idrolizzano per formare infine biossido di silicio;
  • Il monossido di silicio (SiO) nell'aria è in grado (a volte con un'esplosione) di ossidarsi in biossido di silicio altamente disperso.
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