fizikai tulajdonságok. A szilícium törékeny. 800 ° C fölé melegítve plaszticitása megnő. Savakkal szemben ellenálló. Savas környezetben oldhatatlan oxidfilmmel borítják és passziválják.
A mikroelem átlátszó az infravörös sugárzásra, már 1,1 mikron hullámhossztól kezdve.
Kémiai tulajdonságok. A szilícium kölcsönhatásba lép:
Nem lép kölcsönhatásba hidrogénnel.
A szilícium kölcsönhatásba lép a vitaminokkal, és. A gabonafélék citrusfélékkel és zöld zöldségekkel való kombinációját tartják a legelőnyösebbnek.
A szilícium részt vesz a szabad gyökök elleni küzdelemben. A nehézfémekkel (ólommal) kölcsönhatásba lépve a nyomelem stabil vegyületeket képez. Az urogenitális rendszer választja ki őket. Ugyanez történik a salakokkal és a mérgező anyagokkal.
A szilícium javítja a vas (Fe) és kalcium (Ca), kobalt (Cb), mangán (Mn), fluor (F) felszívódását.
A szilícium koncentrációjának csökkenése a kötőszövetben érkárosodáshoz, érelmeszesedéshez és a csontszövet szilárdságának megsértéséhez vezet.
A szilícium hiányával a szervezetben a koleszterin koncentrációja nő a vérben. Emiatt koleszterin plakkok képződnek, a kiáramlás romlik.
Ha napi 20 mg-nál kevesebb szilíciumot fogyasztunk, az immunitás gyengül. Allergiás kiütések jelennek meg, a bőr kiszárad és hámlik, gomba alakul ki.
A haj elvékonyodik, a fejbőr hámlik és viszket. A körömlemezek deformálódnak.
A munkaképesség és a mentális állapot romlik a károsodott véráramlás és az agy oxigénnel való telítettsége miatt.
Ha a szervezetben a szilícium mennyisége 1,2-1,6% -ra csökken, ez tele van stroke, szívroham, diabetes mellitus, hepatitis vírus és onkológia előfordulásával.
A szilícium feleslege sók lerakódásához vezet a húgyutakban és az ízületekben, fibrózishoz és az erek patológiáihoz. A legrosszabb esetben a máj megnagyobbodik, a végtagok megduzzadnak, a bőr elkékül, és légszomj jelentkezik.
A szilícium fő feladata a szervezetben a csontok, porcszövetek és érfalak kialakítása. Az ásványi anyag 90%-a a kötő- és csontszövetben, a nyirokcsomókban, a pajzsmirigyben, a hajban és a bőrben található. A kémiai elem funkcionális potenciálja azonban nem korlátozódik erre. A szilíciumnak köszönhetően:
| Kategória | Termék | Hozzávetőleges szilíciumtartalom |
| Növényi olaj | cédrus, szezám, mustár, mandula, olíva, földimogyoró, sütőtök, lenmag, szója | |
| Állati olajok | Bárány, marha, sertészsír, disznózsír, margarin, vaj Hal: lepényhal, laposhal, chinook lazac | Jelentéktelen, feldolgozás után szilícium hiányzik |
| Gyümölcslé | Szőlő, körte, áfonya | Egy pohárban - a napi mikroelem szükséglet 24%-a |
| dióféléket | Dió, mogyoró, pisztácia, napraforgómag | Egy marék dióban a napi szükséglet 12-100%-a. A legtöbb szilícium a dióban és a mogyoróban van (100% 50 g-ban), a legkevesebb a pisztáciában (25% az 50 g-ban) |
| Gabonafélék | Barna rizs, zabpehely, köles, búzakorpa, kukorica, árpa | Egy adag zabkása (200 g) tartalmazza a napi szilíciumszükségletet |
| Zöldségek | Fehér káposzta, hagyma, zeller, uborka, sárgarépa, spenót, burgonya, retek, cékla. Valamint paradicsom, paprika, rebarbara; bab, zöldbab és szója | |
| Gyümölcsök és bogyók | Sárgabarack, banán, alma; eper, cseresznye, szilva | 200 g gyümölcsben - a napi szilícium bevitel 40% -a, azonos mennyiségű bogyós gyümölcsben - akár 30% |
| Aszalt gyümölcsök | Datolya, füge, mazsola | |
| Tejtermék | Savanyú tej, kefir, tojás | |
| Hús és tenger gyümölcsei | Csirke, marhahús; hínár, hínár |
Tanács! Szeretné gyorsan feltölteni a szilícium tartalékokat a szervezetben? Felejtsd el a húst körettel. Maga a hús, bár elegendő mennyiségű szilíciumot tartalmaz (30-50 mg/100 g), megakadályozza, hogy más termékekből felszívódjon. A külön étel ennek az ellenkezője. Kombinálja a barna rizst, az árpát, a kölest, a kölest, a hajdinát zöldségekkel és gyümölcsökkel. Rendezzünk „böjt” napokat sárgabarackra, körtére és cseresznyére
Kerülje a szilícium alumíniummal való kombinálását. Ez utóbbi hatása ellentétes a szilícium hatásával.
A szilícium más nyomelemekkel együtt részt vesz a bőr, a haj és a köröm kötőszövetének részét képező kollagén és elasztin szintézisének kémiai reakcióiban.
A szilícium fokozza a C, A, E vitaminok antioxidáns tulajdonságait. Ez utóbbiak harcolnak a rákot okozó szabad gyökök ellen.
Megelőzés céljából onkológiai betegségek egyél együtt ilyen termékeket (a táblázatban leírtak szerint)
| A-vitaminban gazdag élelmiszerek: | C-vitaminban gazdag élelmiszerek: | E-vitaminban gazdag élelmiszerek: |
|
|
|
A szilícium-oxid kölcsönhatásba lép a szervezetben nehézfémekkel (ólom) és méreganyagokkal. Ennek eredményeként kémiai reakció stabil vegyületek képződnek, amelyek a vesén keresztül ürülnek ki.
A napi szilícium bevitel (az alábbiakban felsorolva) csak felnőttekre vonatkozik. A szilícium tolerálható felső beviteli szintjét gyermekek és serdülők számára nem állapították meg.
Szilícium tartalmú készítmények (Atoxil) alkalmazása esetén a napi adag 7 évesnél idősebb gyermekeknél és felnőtteknél 12 g, a gyógyszer maximális adagja napi 24 gramm. Egy év és 7 év közötti gyermekek számára - 150-200 mg gyógyszer testtömeg-kilogrammonként.
A szilíciumhiány okai lehetnek:
A szilícium hiánya a szervezetben veszélyes a következő esetekben:
Tanács! A szilícium minden típusú cserében részt vesz. Az erek falában tárolt mikroelem megvédi azokat a zsírok behatolásától a vérplazmába, és blokkolja a vérkeringést.
Növelje a szilíciumtartalmú élelmiszerek mennyiségét az étrendjében az alábbi időszakokban:
Ha a bőr, a haj és a körmök állapota nem kielégítő, támaszkodjon gabonafélékre és gyümölcslevekre. Szőlőlé holnapra, áfonyalé ebédre és körtelé vacsorára az első lépés a rugalmas és tónusos bőr felé.
Lehetetlen megbetegedni az étrendben lévő szilíciumtöbblet miatt, de a talajban vagy vízben magas szilíciumtartalmú területek lakói veszélyben vannak.
A szervezetben lévő magas szilíciumkoncentráció miatt:
Veszélyben vannak a bányák, öntödék, a tűzálló anyagok és kerámiatermékek gyártóinak dolgozói. A betegséget légszomj, légszomj és köhögés jelzi. A tünetek súlyosbodnak a fizikai aktivitás. Potenciálisan veszélyes tárgyak a porcelán és fajansz, az üveggyártás, a színes- és nemesfémérclerakódások, az öntvények homokfúvása.
A szilícium feleslegét a testhőmérséklet csökkenése és emelkedése, depresszió, általános fáradtság és álmosság bizonyítja.
Ilyen jelekkel vegye be az étrendbe a sárgarépát, a céklát, a burgonyát, a csicsókát, valamint a sárgabarackot, a cseresznyét, a banánt és az epret.
Annak ellenére, hogy egy felnőtt teste 1-2 g szilíciumot tartalmaz, egy további adag nem árt. Naponta egy felnőtt körülbelül 3,5 mg szilíciumot fogyaszt étellel és vízzel. Egy felnőtt háromszor többet költ a fő anyagcserére - körülbelül 9 mg-ot. A szilícium fokozott felhasználásának oka a rossz ökológia, a szabad gyökök képződését kiváltó oxidatív folyamatok és a stressz. Önmagában nem nélkülözheti a szilíciumtartalmú termékeket - készletezzen gyógyszerekből vagy gyógynövényekből.
A szilíciumtartalom rekorderei a boróka, a zsurló, a tansy, az üröm, a ginkgo biloba. Valamint mezei kamilla, kakukkfű, kínai dió és eukaliptusz.
A szilíciumhiányt szilíciumos vízzel lehet feltölteni. A nyomelemek egyik tulajdonsága a vízmolekulák szerkezete. Az ilyen víz nem alkalmas kórokozó mikroorganizmusok, protozoonok, gombák, toxinok és idegen kémiai elemek életére.
A szilikon víz ízében és frissességében az olvasztott vízhez hasonlít.
A víz szilíciummal való otthoni tisztításához és dúsításához:
Atoxil (Atoxil). Az Atoxil hatóanyaga a szilícium-dioxid.
Kiadási űrlap:
Farmakológiai hatás. Enteroszorbensként hat, sebgyógyító, antiallergiás, antimikrobiális, bakteriosztatikus és méregtelenítő hatású.
A gyomor-bél traktus szerveiben a gyógyszer felszívja az exogén és endogén toxinokat (bakteriális és élelmiszer-allergéneket, mikroorganizmusok endotoxinjait, mérgező anyagok), és kiadja őket.
Felgyorsítja a méreganyagok szállítását a vérből, a nyirokból és a szövetekből az emésztőrendszerbe.
Javallatok: hasmenés, szalmonellózis, vírusos hepatitis A és B, allergiás betegségek (diathesis, atópiás dermatitis), égési sérülések, trofikus fekélyek, gennyes sebek.
Vesebetegségek, enterocolitis, toxikus hepatitis, májcirrhosis, hepatocholecystitis, gyógyszer- és alkoholmérgezés, bőrbetegségek (ekcéma, dermatitis, neurodermatitis), gennyes-szeptikus folyamatokkal járó mérgezés és égési betegség esetén alkalmazzák.
Hogyan kell alkalmazni:
Az akut bélfertőzések kezelésének időtartama 3-5 nap. A terápia időtartama legfeljebb 15 nap. A vírusos hepatitis kezelésében - 7-10 nap.
Mellékhatások: székrekedés.
Ellenjavallatok: a nyombél és a gyomor peptikus fekélyének súlyosbodása, a vastag- és vékonybél nyálkahártyájának eróziója és fekélyei, bélelzáródás, szilícium-dioxiddal szembeni túlérzékenység.
A gyógyszert nem írják fel egy év alatti, terhes és szoptató gyermekek számára.
Kölcsönhatás gyógyszerekkel:
Szilícium(lat. szilícium), si, kémiai elem Mengyelejev periodikus rendszerének iv. csoportjai; atomszáma 14, atomtömege 28,086. A természetben az elemet három stabil izotóp képviseli: 28 si (92,27%), 29 si (4,68%) és 30 si (3,05%).
Történeti hivatkozás . A földön széles körben elterjedt K. vegyületeket az ember a kőkorszak óta ismeri. A kőeszközök munkához és vadászathoz való felhasználása több évezredig folytatódott. A K. vegyületek feldolgozásukhoz kapcsolódó felhasználása a gyártás üveg - Kr.e. 3000 körül kezdődött. e. (ban ben Az ókori Egyiptom). A legkorábbi ismert K. vegyület a szilícium-dioxid. A 18. században A szilícium-dioxidot egyszerű testnek tekintették, és "földeknek" nevezték (ami a nevében is tükröződik). A szilícium-dioxid összetételének összetettségét I. Ya állapította meg. Berzelius. Először 1825-ben nyert elemi K.-t szilícium-fluorid sif 4-ből, ez utóbbit fémes káliummal redukálta. A "szilícium" nevet kapta az új elem (a latin silex - kovakő). Az orosz nevet G.I. Hess 1834-ben.
Elterjedés a természetben . A földkéregben való elterjedtségét tekintve az oxigén a második (az oxigén után) elem, a litoszférában átlagosan 29,5 tömegszázalék. A földkéregben a szén ugyanazt az elsődleges szerepet tölti be, mint az állatok szén és növényvilág. Az oxigén geokémiája szempontjából rendkívül erős kötése az oxigénnel fontos. A litoszféra körülbelül 12%-a szilícium-dioxid sio 2 ásványi formában kvarcés fajtái. A litoszféra 75%-a különféle anyagokból áll szilikátokés alumínium-szilikátok(földpátok, csillámok, amfibolok stb.). A szilícium-dioxidot tartalmazó ásványok teljes száma meghaladja a 400-at .
A magmás folyamatok során a kőzet gyenge differenciálódása következik be: mind a granitoidokban (32,3%), mind az ultrabázisos kőzetekben (19%) halmozódik fel. Magas hőmérsékleten és nagy nyomáson a sio 2 oldhatósága megnő. Vízgőzzel is vándorolhat, ezért a hidrotermikus erek pegmatitjait jelentős kvarckoncentráció jellemzi, melyhez gyakran ércelemek társulnak (aranykvarc, kvarc-kaszirit és egyéb erek).
Fizikai és Kémiai tulajdonságok. A K. sötétszürke, fémes fényű kristályokat képez, amelyeknek a gyémánt típusú köbös felületű, a = 5,431 a periódusú, 2,33 g/cm 3 sűrűségű hálójuk van. Nagyon magas nyomásokúj (látszólag hatszögletű) módosulatot kaptunk 2,55 g/cm 3 sűrűséggel. A K. 1417 °C-on olvad, 2600 °C-on forr. Fajlagos hőkapacitás (20-100 °C-on) 800 j / (kg? K), vagy 0,191 cal / (g? deg); A hővezető képesség még a legtisztább minták esetében sem állandó, és a (25 °C) 84-126 W/(m? K) vagy 0,20-0,30 cal/(cm? s? deg) tartományba esik. Lineáris tágulási hőmérsékleti együttható 2,33? 10 -6 K -1; 120k alatt negatívvá válik. K. átlátszó a hosszú hullámú infravörös sugaraknak; törésmutató (l = 6 μm esetén) 3,42; a dielektromos állandó 11.7. K. diamágneses, atomi mágneses szuszceptibilitás -0,13? 10 -6 . Keménység K. Mohs szerint 7,0, Brinell szerint 2,4 Gn / m 2 (240 kgf / mm 2), rugalmassági modulus 109 Gn / m 2 (10890 kgf / mm 2), összenyomhatósági együttható 0,325? 10 -6 cm 2 /kg. K. törékeny anyag; észrevehető képlékeny alakváltozás 800°C feletti hőmérsékleten kezdődik.
A K. egyre gyakrabban használt félvezető. A K. elektromos tulajdonságai nagyon erősen függnek a szennyeződésektől. A K. belső fajlagos térfogati elektromos ellenállását szobahőmérsékleten 2,3? 10 3 ohm? m(2,3 ? 10 5 ohm? cm) .
Félvezető K. vezetőképességgel R-típusú (B, al, in vagy ga adalékok) és n-típusú (adalékanyagok P, bi, as vagy sb) lényegesen kisebb ellenállású. A sávszélesség az elektromos mérések szerint 1,21 ev 0-nál Nak nekés 1,119-re csökken ev 300-nál Nak nek.
K. beosztásának megfelelően periodikus rendszer Mengyelejev, a K atom 14 elektronja három héjon oszlik el: az elsőben (az atommagból) 2 elektron, a másodikban 8, a harmadikban (valencia) 4; elektronhéj konfiguráció 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Egymást követő ionizációs potenciálok ( ev): 8,149; 16,34; 33.46 és 45.13. Atomsugár 1,33 a, kovalens sugár 1,17 a, ionsugár si 4+ 0,39 a, si 4- 1,98 a.
A vegyületekben a K. (hasonlóan a szénhez) 4 vegyértékű. A szénnel ellentétben azonban a kalcium a 4-es koordinációs számmal együtt 6-os koordinációs számot mutat, ami az atomjának nagy térfogatával magyarázható (ilyen vegyületek például a 2-es csoportot tartalmazó szilícium-fluoridok).
A K atom kémiai kötése más atomokkal általában hibrid sp 3 pályák miatt jön létre, de lehetséges az öt (üres) 3 közül kettő bevonása is. d- pályák, különösen, ha a K. hat koordinátájú. Alacsony, 1,8 elektronegativitási értékkel (szemben a szén 2,5-tel; nitrogén 3,0 stb.) rendelkező K. nemfémekkel alkotott vegyületekben elektropozitív, és ezek a vegyületek poláris jellegűek. Nagy kötési energia oxigénnel si-o, egyenlő 464 kJ/mol(111 kcal/mol) , meghatározza oxigénvegyületeinek (sio 2 és szilikátok) stabilitását. A si-si kötési energia kicsi, 176 kJ/mol (42 kcal/mol) ; a szénnel ellentétben a hosszú láncok kialakulása és az si atomok közötti kettős kötés nem jellemző a szénre. A védő oxidfilm képződésének köszönhetően az oxigén még magasabb hőmérsékleten is stabil a levegőben. Oxigénben 400°C-tól kezdődően oxidálódik, képződik szilícium-dioxid sio 2. Más néven monooxid sio, magas hőmérsékleten stabil gáz formájában; gyors lehűlés eredményeként szilárd termék nyerhető, amely könnyen bomlik si és sio 2 vékony keverékévé. A K. savakkal szemben ellenálló és csak salétromsav és hidrogén-fluorid keverékében oldódik; könnyen oldódik forró lúgos oldatokban hidrogénfejlődéssel. A K. szobahőmérsékleten fluorral, más halogénekkel reagál - hevítéskor hat általános képletű vegyületeket képez 4 . A hidrogén közvetlenül nem reagál oxigénnel, és szilícium-hidrogének(szilánok) szilicidek lebontásával keletkeznek (lásd alább). A szilícium-hidrogének sih 4 és si 8 óra 18 óra között ismertek (összetételükben hasonlóak a telített szénhidrogénekhez). A K. oxigéntartalmú szilánokból 2 csoportot alkot - sziloxánokés sziloxének. A K. 1000°C feletti hőmérsékleten reagál nitrogénnel. Fontos gyakorlati érték si 3 n 4 nitridet tartalmaz, amely még 1200°C-on sem oxidálódik levegőn, ellenáll a savaknak (kivéve a salétromsav) és a lúgoknak, valamint az olvadt fémeknek és salaknak, így a vegyipar értékes anyaga , tűzálló anyagok és stb. gyártásához. A nagy keménységet, valamint a hő- és vegyi ellenállást a szénvegyületekkel ( szilícium-karbid sic) és bórral (sib 3, sib 6, sib 12). Melegítéskor a K. reakcióba lép (fémkatalizátorok, például réz jelenlétében) szerves klórvegyületekkel (például ch 3 cl-lel), és szerves halogén-szilánokat képez [például si (ch 3) 3 ci], amelyeket számos szintézise szerves szilíciumvegyületek.
K. szinte minden fémmel vegyületet képez - szilicidek(csak a bi, tl, pb, hg kapcsolatok nem találhatók). Több mint 250 szilicidet sikerült előállítani, amelyek összetétele (mesi, mesi 2, me 5 si 3, me 3 si, me 2 si stb.) általában nem felel meg a klasszikus vegyértékeknek. A szilicideket infúzióképességük és keménységük jellemzi; legnagyobb gyakorlati jelentőségű a ferroszilícium és a mosi 2 molibdén-szilicid (elektromos kemencefűtők, gázturbina lapátok stb.).
Átvétel és jelentkezés. Technikai tisztaságú K.-t (95-98%) kapunk elektromos ívben a szilícium-dioxid sio 2 redukciójával grafitelektródák között. A félvezető technológia fejlődésével összefüggésben a tiszta és különösen tiszta kálium előállítására módszereket dolgoztak ki, amelyekhez a kálium legtisztább kiindulási vegyületeinek előzetes szintézisére van szükség, amelyekből a káliumot redukcióval vagy hőbontással vonják ki.
A tiszta félvezető kristályokat kétféle formában állítják elő: polikristályos (a sici 4 vagy sihcl 3 redukciójával cinkkel vagy hidrogénnel, a sil 4 és sih 4 termikus lebontásával) és egykristályos (tégely nélküli zóna olvasztásával és egy kristály "kihúzásával"). olvadt kristályok – a Czochralski-módszer).
A speciálisan ötvözött K.-t széles körben használják félvezető eszközök (tranzisztorok, termisztorok, teljesítmény-egyenirányítók, vezérelhető diódák - tirisztorok; napelemes fotocellák) gyártásához. űrhajók stb.). Mivel a K. átlátszó az 1-től 9-ig terjedő hullámhosszú sugarakra mikron, infravörös optikában használják .
A K. változatos és folyamatosan bővülő alkalmazási területekkel rendelkezik. A kohászatban az oxigént az olvadt fémekben oldott oxigén eltávolítására használják (deoxidáció). K. is szerves része nagyszámú vasötvözet és színesfém. K. Általában növeli az ötvözetek korrózióállóságát, javítja öntési tulajdonságaikat és növeli a mechanikai szilárdságot; nagyobb K.-tartalommal azonban ridegséget okozhat. Legmagasabb érték káliumot tartalmazó vas-, réz- és alumíniumötvözetekkel rendelkeznek.A káliumot egyre nagyobb mennyiségben használják fel szerves szilíciumvegyületek és szilicidek szintézisére. A szilícium-dioxidot és számos szilikátot (agyagot, földpátot, csillámot, talkumot stb.) az üveg-, cement-, kerámia-, elektrotechnika- és más ipari ágak dolgoznak fel.
V. P. Barzakovszkij.
A szervezetben a szilícium különféle vegyületek formájában található meg, amelyek főként a szilárd csontvázrészek és szövetek kialakításában vesznek részt. Bizonyos tengeri növények (például kovaalgák) és állatok (például szilícium-szarvú szivacsok és radioláriumok) különösen nagy mennyiségű oxigént halmozhatnak fel. A hideg tengerekben és tavakban a kalciummal dúsított biogén iszapok, a trópusi tengerekben a kis kalciumtartalmú meszes iszapok dominálnak. Gerinceseknél a hamuanyag szilícium-dioxid tartalma 0,1-0,5%. NÁL NÉL legnagyobb mennyiségben K. sűrű kötőszövetben, vesében, hasnyálmirigyben található. NÁL NÉL napi diéta személy legfeljebb 1-et tartalmaz G K. Magas szilícium-dioxid portartalommal a levegőben bejut az ember tüdejébe és betegségeket okoz - szilikózis.
V. V. Kovalszkij.
Megvilágított.: Berezhnoy AS, a szilícium és bináris rendszerei. K., 1958; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Félvezetők - germánium és szilícium, M., 1961; Renyan V. R., A félvezető szilícium technológiája, ford. angolból, M., 1969; Sally I. V., Falkevich E. S., Félvezető szilícium gyártása, M., 1970; szilícium és germánium. Ült. Art., szerk. E. S. Falkevich, D. I. Levinson, c. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E. I., Crystal chemistry of silicids and germanids, M., 1971; farkas H. f., szilícium félvezető adatok, oxf. - n. év, 1965.
absztrakt letöltés
A földön széles körben elterjedt szilíciumvegyületeket a kőkorszak óta ismeri az ember. A kőeszközök munkához és vadászathoz való felhasználása több évezredig folytatódott. A szilíciumvegyületek feldolgozásukhoz – az üveggyártáshoz – kapcsolódó felhasználása Kr.e. 3000 körül kezdődött. e. (az ókori Egyiptomban). A legkorábbi ismert szilíciumvegyület a SiO 2 oxid (szilika). A 18. században a szilícium-dioxidot egyszerű testnek tekintették, és "földeknek" nevezték (ami a nevében is tükröződik). A szilícium-dioxid összetételének összetettségét I. Ya. Berzelius állapította meg. Ő volt az első, aki 1825-ben nyert elemi szilíciumot szilícium-fluoridból SiF 4 -ből, ez utóbbit fémes káliummal redukálta. Az új elem a "szilícium" nevet kapta (a latin silex - kovakő). Az orosz nevet G. I. Hess vezette be 1834-ben.
A szilícium eloszlása a természetben. A földkéregben való elterjedtségét tekintve a szilícium a második (az oxigén után) elem, a litoszférában átlagosan 29,5 tömegszázalék. A földkéregben a szilícium ugyanazt az elsődleges szerepet tölti be, mint a szén az állat- és növényvilágban. A szilícium geokémiája szempontjából rendkívül erős kötése az oxigénnel fontos. A litoszféra körülbelül 12%-a szilícium-dioxid SiO 2 ásványi kvarc és fajtái formájában. A litoszféra 75%-át különféle szilikátok és aluminoszilikátok (földpátok, csillámok, amfibolok stb.) teszik ki. A szilícium-dioxidot tartalmazó ásványok teljes száma meghaladja a 400-at.
A szilícium a magmás folyamatok során gyengén differenciálódik: a granitoidokban (32,3%) és az ultramafikus kőzetekben (19%) egyaránt felhalmozódik. Magas hőmérsékleten és nagy nyomáson a SiO 2 oldhatósága megnő. Vízgőzzel is vándorolhat, ezért a hidrotermikus erek pegmatitjait jelentős kvarckoncentráció jellemzi, amely gyakran érces elemekkel (arany-kvarc, kvarc-kaszirit és egyéb erek) társul.
A szilícium fizikai tulajdonságai. A szilícium sötétszürke, fémes fényű kristályokat képez, amelyek köbös felületű, gyémánt típusú ráccsal rendelkeznek, amelynek periódusa a = 5,431Å, sűrűsége 2,33 g/cm 3 . Nagyon magas nyomáson egy új (valószínűleg hatszögletű) módosulatot kaptunk 2,55 g/cm 3 sűrűséggel. A szilícium 1417 °C-on olvad, és 2600 °C-on forr. Fajlagos hő(20-100 °C-on) 800 J/(kg K), vagy 0,191 cal/(g deg); A hővezető képesség még a legtisztább minták esetében sem állandó, és a (25 °C) 84-126 W / (m K) vagy 0,20-0,30 cal / (cm s deg) tartományba esik. A lineáris tágulás 2,33·10 -6 K -1 hőmérsékleti együtthatója 120 K alatt negatívvá válik. A szilícium átlátszó a hosszú hullámú infravörös sugaraknak; törésmutató (λ = 6 μm esetén) 3,42; dielektromos állandó 11,7. A szilícium diamágneses, az atomi mágneses szuszceptibilitás -0,13-10 -6. Szilícium keménység Mohs szerint 7,0, Brinell szerint 2,4 Gn / m 2 (240 kgf / mm 2), rugalmassági modulus 109 Gn / m 2 (10 890 kgf / mm 2), összenyomhatósági együttható 0,325 10 -6 cm 2 /kg . A szilícium rideg anyag; észrevehető képlékeny alakváltozás 800°C feletti hőmérsékleten kezdődik.
A szilícium egy félvezető, amely széleskörű alkalmazási körrel rendelkezik. A szilícium elektromos tulajdonságai nagymértékben függenek a szennyeződésektől. A szilícium belső fajlagos térfogatú elektromos ellenállását szobahőmérsékleten 2,3 × 10 3 ohm × m-nek (2,3 × 10 5 ohm × cm-nek) feltételezzük.
A p-típusú vezetőképességű (B, Al, In vagy Ga adalékok) és n-típusú (P, Bi, As vagy Sb adalékok) vezetőképességű félvezető szilícium sokkal kisebb ellenállással rendelkezik. A sávszélesség az elektromos mérések szerint 0 K-en 1,21 eV, 300 K-en pedig 1,119 eV-ra csökken.
A szilícium kémiai tulajdonságai. A Mengyelejev periodikus rendszerében a Szilícium helyzetének megfelelően a szilícium atom 14 elektronja három héjon oszlik el: az elsőben (az atommagból) 2 elektron, a másodikban 8, a harmadikban (valencia) 4; elektronhéj konfiguráció 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Szekvenciális ionizációs potenciálok (eV): 8,149; 16,34; 33.46 és 45.13. Atomsugár 1,33Å, kovalens sugár 1,17Å, ionos sugarak Si 4+ 0,39Å, Si 4-1,98Å.
A vegyületekben a szilícium (hasonlóan a szénhez) 4 vegyértékű. A szénnel ellentétben azonban a szilícium a 4-es koordinációs számmal együtt 6-os koordinációs számot mutat, ami az atomjának nagy térfogatával magyarázható (ilyen vegyületek például a 2-es csoportot tartalmazó szilícium-fluoridok).
A szilícium atom kémiai kötése más atomokkal általában hibrid sp 3 pályákon keresztül történik, de lehetséges az öt (üres) 3d pálya közül kettő bevonása is, különösen ha a szilícium hat koordinációjú. Alacsony, 1,8-as elektronegativitási értékkel (a szén esetében 2,5-tel szemben; a nitrogén esetében 3,0-val stb.) a nemfémekkel alkotott vegyületekben lévő szilícium elektropozitív, és ezek a vegyületek poláris jellegűek. A 464 kJ / mol (111 kcal / mol) oxigénnel való nagy kötési energia Si-O meghatározza oxigénvegyületeinek (SiO 2 és szilikátok) stabilitását. A Si-Si kötés energiája alacsony, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); a szénnel ellentétben a szilíciumra nem jellemző a hosszú láncok kialakulása és a Si atomok közötti kettős kötés. A védő oxidfilm képződésének köszönhetően a szilícium még magas hőmérsékleten is stabil a levegőben. Oxigénben 400 °C-tól kezdődően oxidálódik, és szilícium-oxid (IV) SiO 2 keletkezik. A szilícium-oxid (II) SiO is ismert, amely magas hőmérsékleten gáz formájában stabil; gyors lehűlés eredményeként szilárd terméket kaphatunk, amely könnyen Si és SiO 2 vékony keverékévé bomlik. A szilícium ellenáll a savaknak, és csak salétromsav és hidrogén-fluorid keverékében oldódik; könnyen oldódik forró lúgos oldatokban hidrogénfejlődéssel. A szilícium szobahőmérsékleten reagál a fluorral, más halogénekkel - hevítéskor SiX 4 általános képletű vegyületeket képez. A hidrogén nem lép közvetlenül reakcióba a szilíciummal, és szilícium-hidrideket (szilánokat) kapnak szilicidek lebontásával (lásd alább). A szilíciumhidrogének SiH 4-től Si 8 H 18-ig ismertek (összetételükben hasonlóak a telített szénhidrogénekhez). A szilícium 2 oxigéntartalmú sziláncsoportot alkot - sziloxánokat és sziloxéneket. A szilícium 1000 °C feletti hőmérsékleten reagál nitrogénnel. A Si 3 N 4 nitrid gyakorlati jelentőséggel bír, levegőn még 1200 °C-on sem oxidálódik, ellenáll a savaknak (kivéve a nitrogénnek) és a lúgoknak, valamint olvadt fémek és salakok, ami értékes anyaggá teszi a vegyiparban, a tűzálló anyagok előállításában és másokban. A szénnel (szilícium-karbid SiC) és bórral (SiB 3, SiB 6, SiB 12) rendelkező szilíciumvegyületeket nagy keménység, valamint hő- és vegyszerállóság jellemzi. Hevítéskor a szilícium reakcióba lép (fémkatalizátorok, például réz jelenlétében) szerves klórvegyületekkel (például CH 3 Cl-tal), és szerves halogén-szilánokat képez [például Si(CH 3) 3 Cl], amelyeket számos szerves szilíciumvegyület szintézise.
A szilícium szinte minden fémmel - sziliciddel - alkot vegyületet (csak Bi, Tl, Pb, Hg mellett nem találtak vegyületeket). Több mint 250 szilicidet sikerült előállítani, amelyek összetétele (MeSi, MeSi 2, Me 5 Si 3, Me 3 Si, Me 2 Si és mások) általában nem felel meg a klasszikus vegyértékeknek. A szilicideket tűzállóságuk és keménységük jellemzi; a legnagyobb gyakorlati jelentőségű a ferroszilícium (redukálószer speciális ötvözetek olvasztásához, lásd Ferroötvözetek) és a molibdén-szilicid MoSi 2 (elektromos kemencefűtők, gázturbina lapátok stb.).
Szilícium beszerzése. A műszaki tisztaságú (95-98%) szilíciumot elektromos ívben szilícium-dioxid SiO 2 grafitelektródák közötti redukciójával nyerik. A félvezető technológia fejlődésével összefüggésben a tiszta és különösen a tiszta szilícium előállítására módszereket dolgoztak ki, ehhez a legtisztább kiindulási szilíciumvegyületek előzetes szintézisére van szükség, amelyekből redukcióval vagy hőbontással nyerik ki a szilíciumot.
A tiszta félvezető szilíciumot kétféle formában állítják elő: polikristályos (SiCl 4 vagy SiHCl 3 redukciójával cinkkel vagy hidrogénnel, SiI 4 és SiH 4 hőbontásával) és egykristályos (tégely nélküli zóna olvasztásával és egy egykristály "kihúzásával"). olvadt szilícium - a Czochralski-módszer).
A szilícium használata. A speciálisan adalékolt szilíciumot széles körben használják félvezető eszközök (tranzisztorok, termisztorok, teljesítmény-egyenirányítók, tirisztorok; űrhajókban használt napelemes fotocellák stb.) gyártásában. Mivel a szilícium átlátszó az 1-9 mikron hullámhosszúságú sugaraknak, az infravörös optikában használják,
A szilícium változatos és folyamatosan bővülő alkalmazási területekkel rendelkezik. A kohászatban a szilíciumot az olvadt fémekben oldott oxigén eltávolítására használják (deoxidáció). A szilícium számos vas és színesfém ötvözet szerves része. A szilícium általában megnöveli az ötvözetek korrózióállóságát, javítja öntési tulajdonságaikat és növeli a mechanikai szilárdságot; magasabb szinten azonban a szilícium ridegséget okozhat. A legfontosabbak a szilíciumot tartalmazó vas-, réz- és alumíniumötvözetek. Egyre nagyobb mennyiségű szilíciumot használnak szerves szilíciumvegyületek és szilicidek szintézisére. A szilícium-dioxidot és sok szilikátot (agyagot, földpátot, csillámot, talkumot stb.) az üveg-, cement-, kerámia-, elektrotechnikai és más iparágak dolgoznak fel.
A szilícium a szervezetben különféle vegyületek formájában található meg, amelyek főként szilárd csontvázrészek és szövetek kialakításában vesznek részt. Egyes tengeri növények (például kovaalgák) és állatok (például szilícium-szarvú szivacsok, radioláriumok) különösen sok szilíciumot halmozhatnak fel, és elpusztulva vastag szilícium-oxid (IV) lerakódásokat képeznek az óceán fenekén. A hideg tengerekben és tavakban a trópusi területeken a szilíciummal dúsított biogén iszapok dominálnak. tengerek - meszes iszapok alacsony szilíciumtartalommal. A szárazföldi növények közül a fűfélék, a sások, a pálmák és a zsurlófélék sok szilíciumot halmoznak fel. Gerinceseknél a hamuanyagok szilícium-oxid (IV) tartalma 0,1-0,5%. A szilícium a legnagyobb mennyiségben a sűrű kötőszövetben, a vesékben és a hasnyálmirigyben található. A napi emberi étrend legfeljebb 1 g szilíciumot tartalmaz. A levegőben lévő nagy mennyiségű szilícium-oxid (IV) por bejut az ember tüdejébe, és betegséget - szilikózist - okoz.
Szilícium a testben. A szilícium a szervezetben különféle vegyületek formájában található meg, amelyek főként szilárd csontvázrészek és szövetek kialakításában vesznek részt. Egyes tengeri növények (például kovaalgák) és állatok (például szilícium-szarvú szivacsok, radioláriumok) különösen sok szilíciumot halmozhatnak fel, és elpusztulva vastag szilícium-oxid (IV) lerakódásokat képeznek az óceán fenekén. A hideg tengerekben és tavakban a trópusi területeken a szilíciummal dúsított biogén iszapok dominálnak. tengerek - meszes iszapok alacsony szilíciumtartalommal. A szárazföldi növények közül a fűfélék, a sások, a pálmák és a zsurlófélék sok szilíciumot halmoznak fel. Gerinceseknél a hamuanyagok szilícium-oxid (IV) tartalma 0,1-0,5%. A szilícium a legnagyobb mennyiségben a sűrű kötőszövetben, a vesékben és a hasnyálmirigyben található. A napi emberi étrend legfeljebb 1 g szilíciumot tartalmaz. A levegőben lévő nagy mennyiségű szilícium-oxid (IV) por bejut az ember tüdejébe, és betegséget - szilikózist - okoz.
A szabad formában lévő szilíciumot 1811-ben J. Gay-Lussac és L. Tenard izolálták szilícium-fluorid gőzeinek fémes káliumon való átengedésével, de nem írták le elemként. J. Berzelius svéd kémikus 1823-ban leírta az általa a K 2 SiF 6 káliumsó fémkáliummal való kezelésével nyert szilíciumot. magas hőmérsékletű. Az új elem a "szilícium" nevet kapta (a latin silex - kovakő). Az orosz "szilícium" nevet 1834-ben német Ivanovics Hess orosz kémikus vezette be. Más görögből fordítva. krhmnoz- "szikla, hegy".
A természetben a szilícium dioxid és különféle összetételű szilikátok formájában található. A természetes szilícium-dioxid főleg kvarc formájában fordul elő, bár más ásványok is léteznek - krisztobalit, tridimit, kitit, couzit. Az amorf szilícium-dioxid a tengerek és óceánok fenekén található kovaalma-lerakódásokban található – ezek a lerakódások SiO 2-ből jöttek létre, amely a kovamoszat és néhány csillós test része volt.
Finom fehér homok magnéziummal való égetésével szabad szilíciumot nyerhetünk, amely kémiai összetétel csaknem tiszta szilícium-oxid, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Ipari minőségű szilíciumot úgy állítanak elő, hogy a SiO 2 olvadékot koksszal redukálják ívkemencékben körülbelül 1800 °C hőmérsékleten. Az így nyert szilícium tisztasága elérheti a 99,9%-ot (a fő szennyeződések a szén, fémek).
Az amorf szilícium barna por alakú, amelynek sűrűsége 2,0 g/cm 3 . Kristályos szilícium - sötétszürke, fényes kristályos anyag, törékeny és nagyon kemény, a gyémántrácsban kristályosodik. Ez egy tipikus félvezető (jobban vezeti az elektromosságot, mint a gumi típusú szigetelő, és rosszabb, mint a vezető - réz). A szilícium törékeny, csak 800 °C fölé melegítve válik képlékenysé. Érdekes módon a szilícium átlátszó infravörös sugárzás 1,1 mikrométeres hullámhossztól kezdve.
Kémiailag a szilícium inaktív. Szobahőmérsékleten csak gázhalmazállapotú fluorral reagál, és így illékony szilícium-tetrafluorid SiF 4 képződik. 400-500 °C-ra melegítve a szilícium oxigénnel reagálva dioxidot, klórt, brómot és jódot hozva létre a megfelelő könnyen illékony tetrahalogenideket SiHal 4 . Körülbelül 1000°C hőmérsékleten a szilícium nitrogénnel reagálva nitrid Si 3 N 4 képződik, bór-termikusan és kémiailag stabil boriddal SiB 3, SiB 6 és SiB 12 . A szilícium nem lép közvetlenül reakcióba hidrogénnel.
A szilícium maratásához a hidrogén-fluorid és a salétromsav keverékét használják legszélesebb körben.
Hozzáállás a lúgokhoz...
A szilíciumot +4 vagy -4 oxidációs állapotú vegyületek jellemzik.
Szilícium-dioxid, SiO 2- (kovasav-anhidrid) ...
...
Kovasavak- gyenge, oldhatatlan, sav hozzáadásával keletkezik szilikát oldathoz gél formájában (kocsonyás anyag). A H 4 SiO 4 (ortoszilícium) és a H 2 SiO 3 (metaszilícium vagy szilícium) csak oldatban létezik, és hevítés és szárítás hatására visszafordíthatatlanul SiO 2 -dá alakul. A kapott szilárd porózus termék - szilikagél, fejlett felületű, gázadszorbensként, szárítószerként, katalizátorként és katalizátorhordozóként használják.
szilikátok- a kovasav sói nagyrészt (a nátrium- és kálium-szilikátok kivételével) vízben oldhatatlanok. Tulajdonságok.....
Hidrogénvegyületek- szénhidrogének analógjai, szilánok olyan vegyületek, amelyekben a szilícium atomok egyetlen kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, Silenes ha a szilícium atomok kettős kötésűek. A szénhidrogénekhez hasonlóan ezek a vegyületek láncokat és gyűrűket alkotnak. Minden szilán öngyulladó, levegővel robbanásveszélyes keveréket képez, és vízzel könnyen reagál.
A szilícium az alumínium, a réz és a magnézium szilárdságát biztosító ötvözetek gyártásában, valamint a ferroszilicidek előállításában találja a legnagyobb alkalmazási lehetőséget. fontosságát az acélgyártás és a félvezető technológia területén. Szilícium kristályokat használnak napelemekés félvezető eszközök - tranzisztorok és diódák. A szilícium nyersanyagként szolgál szerves szilíciumvegyületek vagy sziloxánok előállításához is, amelyeket olajok, kenőanyagok, műanyagok és szintetikus gumik formájában állítanak elő. szervetlen vegyületek A szilíciumot kerámia- és üvegtechnológiában, szigetelőanyagként és piezokristályokként használják
Egyes szervezetek számára a szilícium fontos biogén elem. A növényekben a tartószerkezetek és az állatok csontvázának része. Nagy mennyiségben a szilíciumot a tengeri élőlények - kovamoszatok, radioláriumok, szivacsok - koncentrálják. Nagy mennyiségű szilícium koncentrálódik a zsurlókban és a gabonafélékben, elsősorban a bambusz és a rizs alcsaládban, beleértve a közönséges rizst is. Az emberi izomszövet (1-2) 10 -2% szilíciumot tartalmaz, a csontszövet - 17 10 -4%, a vér - 3,9 mg / l. Élelmiszerrel naponta akár 1 g szilícium kerül az emberi szervezetbe.
Antonov S.M., Tomilin K.G.
KhF Tyumen Állami Egyetem, 571 csoport.
A szén számos allotróp módosulat kialakítására képes. Ezek a gyémánt (a leginert allotróp módosulat), a grafit, a fullerén és a karabély.
A szén és a korom amorf szén. A szénnek ebben az állapotban nincs rendezett szerkezete, és valójában a grafitrétegek legkisebb töredékeiből áll. A forró vízgőzzel kezelt amorf szenet aktív szénnek nevezzük. 1 gramm aktív szén a sok pórus jelenléte miatt több mint háromszáz teljes felülettel rendelkezik négyzetméter! Különféle anyagok felszívó képessége miatt az aktív szenet széles körben használják szűrőtöltőként, valamint enteroszorbensként. különféle típusok mérgezés.
Kémiai szempontból az amorf szén a legaktívabb formája, a grafit közepes aktivitású, a gyémánt pedig rendkívül inert anyag. Emiatt a szén alábbi kémiai tulajdonságait elsősorban az amorf szénnek kell tulajdonítani.
Redukálószerként a szén nemfémekkel, például oxigénnel, halogénekkel és kénnel reagál.
A szén elégetése során fellépő oxigénfeleslegtől vagy oxigénhiánytól függően szén-monoxid CO vagy szén-dioxid CO 2 képződése lehetséges:
Amikor a szén fluorral reagál, szén-tetrafluorid képződik:
Ha a szenet kénnel hevítik, szén-diszulfid CS 2 képződik:
A szén az alumínium után képes redukálni a fémeket az oxidjaikból. Például:
A szén az aktív fémek oxidjaival is reagál, azonban ebben az esetben általában nem a fém redukciója figyelhető meg, hanem karbidjának képződése:
A szén együtt-arányos reakcióba lép szén-dioxid CO2:
Ipari szempontból az egyik legfontosabb folyamat az ún szén gőzreformálása. Az eljárást úgy hajtják végre, hogy forró szénen vízgőzt vezetnek át. Ebben az esetben a következő reakció megy végbe:
Magas hőmérsékleten a szén még olyan inert vegyületet is képes redukálni, mint a szilícium-dioxid. Ebben az esetben a körülményektől függően szilícium vagy szilícium-karbid képződése lehetséges ( karborundum):
Ezenkívül a szén, mint redukálószer, reakcióba lép oxidáló savakkal, különösen tömény kén- és salétromsavval:
A szén kémiai elem nem erősen elektronegatív, így az általa alkotott egyszerű anyagok ritkán mutatnak oxidáló tulajdonságokat más nemfémekhez képest.
Az ilyen reakciókra példa az amorf szén kölcsönhatása hidrogénnel, ha katalizátor jelenlétében hevítik:
valamint szilíciummal 1200-1300 C körüli hőmérsékleten:
A szén a fémekhez képest oxidáló tulajdonságokat mutat. A szén képes reagálni aktív fémekkel és néhány közepes aktivitású fémmel. A reakciók hevítéskor mennek végbe:
| Az aktív fémkarbidokat víz hidrolizálja:
valamint nem oxidáló savak oldatai: Ebben az esetben olyan szénhidrogének keletkeznek, amelyek ugyanolyan oxidációs állapotú szenet tartalmaznak, mint az eredeti karbidban. |
Létezhet szilícium, valamint szén kristályos és amorf állapotban, és akárcsak a szén esetében, az amorf szilícium is lényegesen kémiailag aktívabb, mint a kristályos szilícium.
Néha az amorf és kristályos szilíciumot allotróp módosulatainak nevezik, ami szigorúan véve nem teljesen igaz. Az amorf szilícium lényegében egymáshoz képest véletlenszerűen elrendezett konglomerátum legkisebb részecskék kristályos szilícium.
Nál nél normál körülmények között A szilícium tehetetlensége miatt csak fluorral reagál:
A szilícium csak melegítés közben lép reakcióba klórral, brómmal és jóddal. Jellemző, hogy a halogén aktivitásától függően ennek megfelelően eltérő hőmérséklet szükséges:
Tehát klórral a reakció 340-420 o C-on megy végbe:
Brómmal - 620-700 o C:
Jóddal - 750-810 o C:
A szilícium és az oxigén reakciója végbemegy, de nagyon erős melegítést igényel (1200-1300 °C), mivel az erős oxidfilm megnehezíti a kölcsönhatást:
1200-1500 ° C hőmérsékleten a szilícium lassan kölcsönhatásba lép a szénnel grafit formájában, és karborundum SiC-t képez - egy atomos anyagot kristályrács hasonló a gyémánthoz, és szinte nem rosszabb, mint az erőssége:
A szilícium nem lép reakcióba hidrogénnel.
Alacsony elektronegativitása miatt a szilícium csak a fémekkel szemben mutathat oxidáló tulajdonságokat. A fémek közül a szilícium reagál aktív (alkáli és alkáliföldfém), valamint sok közepes aktivitású fémmel. A kölcsönhatás eredményeként szilicidek képződnek:
A szilícium még forraláskor sem lép reakcióba vízzel, azonban az amorf szilícium kölcsönhatásba lép a túlhevített vízgőzzel körülbelül 400-500 °C hőmérsékleten. Ez hidrogént és szilícium-dioxidot termel:
Az összes sav közül a szilícium (amorf állapotában) csak tömény hidrogén-fluoriddal reagál:
A szilícium koncentrált lúgos oldatokban oldódik. A reakciót hidrogénfejlődés kíséri.
