Persiapan kimia untuk ZNO dan DPA
Edisi komprehensif

BAGIAN DAN

KIMIA UMUM

KIMIA ELEMEN

KARBON. SILICIAN

Aplikasi karbon dan silikon

Aplikasi karbon

Karbon adalah salah satu mineral yang paling dicari di planet kita. Karbon sebagian besar digunakan sebagai bahan bakar untuk industri energi. Produksi tahunan batu bara keras di dunia adalah sekitar 550 juta ton. Selain penggunaan batu bara sebagai pembawa panas, sejumlah besar batu bara diproses menjadi kokas, yang diperlukan untuk ekstraksi berbagai logam. Untuk setiap ton besi yang dihasilkan dari proses tanur tinggi, 0,9 ton kokas dihabiskan. Arang aktif digunakan dalam pengobatan untuk keracunan dan masker gas.

Grafit digunakan dalam jumlah besar untuk membuat pensil. Penambahan grafit pada baja meningkatkan kekerasan dan ketahanannya terhadap abrasi. Baja semacam itu digunakan, misalnya, untuk produksi piston, poros engkol, dan beberapa mekanisme lainnya. Kemampuan struktur grafit untuk terkelupas memungkinkannya digunakan sebagai pelumas yang sangat efektif pada suhu yang sangat tinggi (sekitar +2500 °C).

Grafit memiliki properti lain yang sangat penting - ini adalah moderator neutron termal yang efektif. Properti ini digunakan dalam reaktor nuklir. Baru-baru ini, plastik telah digunakan, di mana grafit ditambahkan sebagai pengisi. Sifat bahan tersebut memungkinkan untuk menggunakannya untuk produksi banyak perangkat dan mekanisme penting.

Berlian digunakan sebagai bahan keras yang baik untuk produksi mekanisme seperti roda gerinda, pemotong kaca, rig pengeboran dan perangkat lain yang membutuhkan kekerasan tinggi. Berlian yang dipotong dengan indah digunakan sebagai perhiasan mahal, yang disebut berlian.

Fullerene ditemukan relatif baru (pada tahun 1985), oleh karena itu, mereka belum menemukan aplikasi terapan, tetapi para ilmuwan sudah melakukan penelitian untuk menciptakan pembawa informasi dengan kapasitas besar. Tabung nano sudah digunakan dalam berbagai teknologi nano, seperti pemberian obat menggunakan pisau nano, pembuatan komputer nano, dan banyak lagi.

Aplikasi silikon

Silikon adalah semikonduktor yang baik. Berbagai perangkat semikonduktor dibuat darinya, seperti dioda, transistor, sirkuit mikro, dan mikroprosesor. Semua mikrokomputer modern menggunakan prosesor berbasis silikon. Silikon digunakan untuk membuat sel surya yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Selain itu, silikon digunakan sebagai komponen paduan untuk produksi baja paduan berkualitas tinggi.

Silikon dalam bentuk bebas diisolasi pada tahun 1811 oleh J. Gay-Lussac dan L. Tenard dengan melewatkan uap silikon fluorida di atas logam kalium, tetapi tidak dijelaskan oleh mereka sebagai unsur. Kimiawan Swedia J. Berzelius pada tahun 1823 memberikan deskripsi tentang silikon yang diperolehnya dengan memperlakukan garam kalium K 2 SiF 6 dengan logam kalium pada suhu tinggi. Elemen baru diberi nama "silikon" (dari bahasa Latin silex - batu api). Nama Rusia "silikon" diperkenalkan pada tahun 1834 oleh ahli kimia Rusia Jerman Ivanovich Hess. Diterjemahkan dari bahasa Yunani lainnya. krhmnoz- "tebing, gunung".

Berada di alam, mendapatkan:

Di alam, silikon ditemukan dalam bentuk dioksida dan silikat dengan berbagai komposisi. Silikon dioksida alami terjadi terutama dalam bentuk kuarsa, meskipun ada mineral lain - kristobalit, tridimit, kitit, cousite. Silika amorf ditemukan dalam endapan diatom di dasar laut dan samudera - endapan ini terbentuk dari SiO 2, yang merupakan bagian dari diatom dan beberapa ciliata.
Silikon bebas dapat diperoleh dengan mengapur pasir putih halus dengan magnesium, yang secara kimiawi hampir murni silikon oksida, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Silikon kelas industri diperoleh dengan mereduksi lelehan SiO2 dengan kokas pada suhu sekitar 1800 °C dalam tungku busur. Kemurnian silikon yang diperoleh dengan cara ini dapat mencapai 99,9% (pengotor utama adalah karbon, logam).

Properti fisik:

Silikon amorf berbentuk bubuk coklat dengan massa jenis 2,0 g/cm 3 . Kristal silikon - abu-abu gelap, zat kristal mengkilap, rapuh dan sangat keras, mengkristal dalam kisi berlian. Ini adalah semikonduktor khas (menghantarkan listrik lebih baik daripada isolator tipe karet, dan lebih buruk daripada konduktor - tembaga). Silikon rapuh, hanya ketika dipanaskan di atas 800 ° C menjadi plastik. Menariknya, silikon transparan terhadap radiasi infra merah mulai dari panjang gelombang 1,1 mikrometer.

Sifat kimia:

Secara kimiawi, silikon tidak aktif. Pada suhu kamar, ia hanya bereaksi dengan gas fluor untuk membentuk silikon tetrafluorida SiF4 yang mudah menguap. Ketika dipanaskan hingga suhu 400–500 °C, silikon bereaksi dengan oksigen membentuk dioksida, dan dengan klorin, brom, dan yodium membentuk tetrahalida yang mudah menguap, SiHal 4 . Pada suhu sekitar 1000 °C, silikon bereaksi dengan nitrogen untuk membentuk nitrida Si 3 N 4 , dengan boron - borida yang stabil secara termal dan kimia SiB 3 , SiB 6 dan SiB 12 . Silikon tidak langsung bereaksi dengan hidrogen.
Untuk etsa silikon, campuran asam fluorida dan asam nitrat paling banyak digunakan.
Sikap terhadap alkali ...
Silikon dicirikan oleh senyawa dengan keadaan oksidasi +4 atau -4.

Koneksi yang paling penting:

Silikon dioksida, SiO2- (silisat anhidrida) ...
...
Asam silikat- lemah, tidak larut, dibentuk dengan menambahkan asam ke larutan silikat dalam bentuk gel (zat gelatin). H 4 SiO 4 (ortosilikon) dan H 2 SiO 3 (metasilikon, atau silikon) hanya ada dalam larutan dan berubah menjadi SiO 2 secara ireversibel ketika dipanaskan dan dikeringkan. Produk berpori padat yang dihasilkan - silika gel, memiliki permukaan yang dikembangkan dan digunakan sebagai penyerap gas, pengering, katalis dan pembawa katalis.
silikat- garam dari asam silikat untuk sebagian besar (kecuali untuk natrium dan kalium silikat) tidak larut dalam air. Properti....
senyawa hidrogen- analog hidrokarbon, silanes, senyawa di mana atom silikon dihubungkan oleh ikatan tunggal, senyap jika atom silikon terikat rangkap. Seperti hidrokarbon, senyawa ini membentuk rantai dan cincin. Semua silan dapat menyala sendiri, membentuk campuran eksplosif dengan udara, dan mudah bereaksi dengan air.

Aplikasi:

Silikon menemukan kegunaan terbesar dalam produksi paduan untuk memberi kekuatan pada aluminium, tembaga dan magnesium dan untuk produksi ferrosilisida, yang penting dalam produksi baja dan teknologi semikonduktor. Kristal silikon digunakan dalam sel surya dan perangkat semikonduktor - transistor dan dioda. Silikon juga berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi senyawa organosilikon, atau siloksan, yang diperoleh dalam bentuk minyak, pelumas, plastik, dan karet sintetis. Senyawa silikon anorganik digunakan dalam teknologi keramik dan kaca, sebagai bahan isolasi dan piezocrystals.

Untuk beberapa organisme, silikon merupakan elemen biogenik yang penting. Ini adalah bagian dari struktur pendukung pada tumbuhan dan struktur rangka pada hewan. Dalam jumlah besar, silikon terkonsentrasi oleh organisme laut - diatom, radiolaria, spons. Sejumlah besar silikon terkonsentrasi di ekor kuda dan sereal, terutama di subfamili Bambu dan Beras, termasuk beras biasa. Jaringan otot manusia mengandung (1-2) 10 -2% silikon, jaringan tulang - 17 10 -4%, darah - 3,9 mg / l. Dengan makanan, hingga 1 g silikon memasuki tubuh manusia setiap hari.

Antonov S.M., Tomlin K.G.
Universitas Negeri KhF Tyumen, 571 kelompok.

Karakteristik elemen

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Isotop: 28 Si (92,27%); 29Si (4,68%); 30 Si (3,05%)

Silikon adalah unsur paling melimpah kedua di kerak bumi setelah oksigen (27,6% massa). Itu tidak terjadi di alam dalam keadaan bebas, ditemukan terutama dalam bentuk SiO 2 atau silikat.

Senyawa Si beracun; menghirup partikel terkecil SiO 2 dan senyawa silikon lainnya (misalnya, asbes) menyebabkan penyakit berbahaya - silikosis

Dalam keadaan dasar, atom silikon memiliki valensi = II, dan dalam keadaan tereksitasi = IV.

Bilangan oksidasi Si yang paling stabil adalah +4. Dalam senyawa dengan logam (silisida), S.O. -4.

Metode untuk mendapatkan silikon

Senyawa silikon alami yang paling umum adalah silika (silikon dioksida) SiO 2 . Ini adalah bahan baku utama untuk produksi silikon.

1) Pemulihan SiO 2 dengan karbon dalam tungku busur pada 1800 "C: SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

2) Si dengan kemurnian tinggi dari produk teknis diperoleh sesuai dengan skema:

a) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Sifat fisik silikon. Modifikasi alotropik silikon

1) Silikon kristal - zat warna perak-abu-abu dengan kilau logam, kisi kristal tipe berlian; mp 1415 "C, b.p. 3249" C, kepadatan 2,33 g/cm3; adalah semikonduktor.

2) Silikon amorf - bubuk coklat.

Sifat kimia silikon

Dalam kebanyakan reaksi, Si bertindak sebagai zat pereduksi:

Pada suhu rendah, silikon secara kimiawi lembam; ketika dipanaskan, reaktivitasnya meningkat tajam.

1. Berinteraksi dengan oksigen pada T di atas 400 °C:

Si + O 2 \u003d SiO 2 silikon oksida

2. Bereaksi dengan fluor pada suhu kamar:

Si + 2F 2 = SiF 4 silikon tetrafluorida

3. Reaksi dengan halogen lain berlangsung pada suhu = 300 - 500 ° C

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. Dengan uap belerang pada 600 ° C membentuk disulfida:

5. Reaksi dengan nitrogen terjadi di atas 1000 °C:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 silikon nitrida

6. Pada suhu = 1150 °С bereaksi dengan karbon:

SiO 2 + 3C \u003d SiC + 2CO

Carborundum dekat dengan berlian dalam kekerasan.

7. Silikon tidak langsung bereaksi dengan hidrogen.

8. Silikon tahan terhadap asam. Hanya berinteraksi dengan campuran asam nitrat dan asam fluorida (hidrofluorat):

3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O

9. bereaksi dengan larutan alkali untuk membentuk silikat dan melepaskan hidrogen:

Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2

10. Sifat pereduksi silikon digunakan untuk mengisolasi logam dari oksidanya:

2MgO \u003d Si \u003d 2Mg + SiO 2

Dalam reaksi dengan logam, Si adalah oksidator:

Silikon membentuk silisida dengan logam-s dan sebagian besar logam-d.

Komposisi silisida dari logam ini bisa berbeda. (Misalnya FeSi dan FeSi 2; Ni 2 Si dan NiSi 2.) Salah satu silisida yang paling terkenal adalah magnesium silisida, yang dapat diperoleh dengan interaksi langsung zat sederhana:

2Mg + Si = Mg2Si

Silana (monosilane) SiH 4

Silan (hidrogen silikon) Si n H 2n + 2, (bandingkan dengan alkana), di mana n \u003d 1-8. Silan - analog alkana, berbeda dari mereka dalam ketidakstabilan rantai -Si-Si-.

Monosilane SiH 4 adalah gas tidak berwarna dengan bau yang tidak sedap; larut dalam etanol, bensin.

Cara untuk mendapatkan:

1. Penguraian magnesium silisida dengan asam klorida: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. Reduksi Si halida dengan litium aluminium hidrida: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Sifat kimia.

Silane adalah agen pereduksi yang kuat.

1.SiH 4 dioksidasi oleh oksigen bahkan pada suhu yang sangat rendah:

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O

2. SiH 4 mudah terhidrolisis, terutama dalam lingkungan basa:

SiH 4 + 2H 2 O \u003d SiO 2 + 4H 2

SiH 4 + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 4H 2

Silikon (IV) oksida (silika) SiO 2

Silika ada dalam berbagai bentuk: kristal, amorf dan kaca. Bentuk kristal yang paling umum adalah kuarsa. Ketika batuan kuarsa dihancurkan, pasir kuarsa terbentuk. Kristal tunggal kuarsa transparan, tidak berwarna (rock crystal) atau diwarnai dengan kotoran dalam berbagai warna (amethyst, agate, jasper, dll.).

SiO 2 amorf terjadi dalam bentuk mineral opal: silika gel diperoleh secara artifisial, terdiri dari partikel SiO 2 koloid dan menjadi adsorben yang sangat baik. Kaca SiO 2 dikenal sebagai kaca kuarsa.

Properti fisik

Dalam air, SiO 2 larut sangat sedikit, dalam pelarut organik juga praktis tidak larut. Silika adalah dielektrik.

Sifat kimia

1. SiO 2 adalah oksida asam, oleh karena itu silika amorf secara perlahan larut dalam larutan alkali berair:

SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O

2. SiO 2 juga berinteraksi ketika dipanaskan dengan oksida basa:

SiO 2 + K 2 O \u003d K 2 SiO 3;

SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3

3. Menjadi oksida yang tidak mudah menguap, SiO 2 menggantikan karbon dioksida dari Na 2 CO 3 (selama fusi):

SiO 2 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 SiO 3 + CO 2

4. Silika bereaksi dengan asam fluorida, membentuk asam hidrofluorosilikat H 2 SiF 6:

SiO 2 + 6HF \u003d H 2 SiF 6 + 2H 2 O

5. Pada 250 - 400 ° C, SiO 2 berinteraksi dengan gas HF dan F 2, membentuk tetrafluorosilan (silikon tetrafluorida):

SiO 2 + 4HF (gas.) \u003d SiF 4 + 2H 2 O

SiO 2 + 2F 2 \u003d SiF 4 + O 2

Asam silikat

Diketahui:

Asam ortosilikat H 4 SiO 4 ;

Asam metasilikat (silisat) H 2 SiO 3 ;

Di- dan asam polisilicic.

Semua asam silikat sedikit larut dalam air dan mudah membentuk larutan koloid.

Cara menerima

1. Pengendapan oleh asam dari larutan silikat logam alkali:

Na 2 SiO 3 + 2HCl \u003d H 2 SiO 3 + 2NaCl

2. Hidrolisis chlorosilanes: SiCl 4 + 4H 2 O \u003d H 4 SiO 4 + 4HCl

Sifat kimia

Asam silikat adalah asam yang sangat lemah (lebih lemah dari asam karbonat).

Ketika dipanaskan, mereka mengalami dehidrasi untuk membentuk silika sebagai produk akhir.

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Silikat - garam dari asam silikat

Karena asam silikat sangat lemah, garamnya dalam larutan berair sangat terhidrolisis:

Na 2 SiO 3 + H 2 O \u003d NaHSiO 3 + NaOH

SiO 3 2- + H 2 O \u003d HSiO 3 - + OH - (media basa)

Untuk alasan yang sama, ketika karbon dioksida dilewatkan melalui larutan silikat, asam silikat dipindahkan dari larutan tersebut:

K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d H 2 SiO 3 + K 2 CO 3

SiO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d H 2 SiO 3 + CO 3

Reaksi ini dapat dianggap sebagai reaksi kualitatif untuk ion silikat.

Di antara silikat, hanya Na2SiO3 dan K2SiO3 yang sangat mudah larut, yang disebut gelas larut, dan larutan berairnya disebut gelas cair.

Kaca

Kaca jendela biasa memiliki komposisi Na 2 O CaO 6SiO 2, yaitu campuran natrium dan kalsium silikat. Itu diperoleh dengan menggabungkan soda Na 2 CO 3 , batu kapur CaCO 3 dan pasir SiO 2 ;

Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 \u003d Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2

Semen

Bahan pengikat bubuk yang, ketika berinteraksi dengan air, membentuk massa plastik, yang akhirnya berubah menjadi benda padat seperti batu; bahan bangunan utama.

Komposisi kimia dari semen Portland yang paling umum (dalam% berat) - 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3 ; 1-5% MgO.

Karbon dan silikon adalah unsur kimia dari kelompok IVA dari sistem periodik. Mereka berada di periode 2 dan 3, masing-masing. Karbon dan silikon karbon dan silikon adalah unsur kimia dari kelompok IVA
sistem periodik. Mereka berada di periode 2 dan 3, masing-masing.
Karbon dan silikon adalah unsur nonlogam.

Karbon memiliki 4 elektron di tingkat energi terluarnya - 2s22p2, seperti silikon - 3s23p2.

Akibatnya, dalam senyawa dengan unsur lain
atom karbon dan silikon paling sering menunjukkan derajat
oksidasi -4, +2, +4. Dalam zat sederhana, keadaan oksidasi
elemen adalah 0.

Sejarah penemuan

C
Pada tahun 1791, ahli kimia Inggris Tennant
pertama kali menerima karbon bebas; Apakah dia
melewatkan uap fosfor di atas yang dikalsinasi
kapur, menghasilkan formasi
kalsium fosfat dan karbon. berlian itu
terbakar saat dipanaskan
selebihnya sudah lama dikenal. Kembali pada tahun 1751
Kaisar Jerman Franz I setuju
berikan berlian dan rubi untuk eksperimen
terbakar, setelah itu eksperimen ini bahkan
menjadi populer. Ternyata hanya terbakar
berlian, dan ruby ​​​​(alumina dengan
pengotor kromium) tahan tanpa
merusak pemanasan berkepanjangan di
fokus lensa pembakar. Lavoisier
atur pengalaman pembakaran berlian baru dengan
menggunakan mesin pembakar besar
dan sampai pada kesimpulan bahwa berlian itu mewakili
adalah karbon kristal. Kedua
alotrop karbon - grafit - in
periode alkimia dianggap
kilau timah yang dimodifikasi dan
disebut plumbago; hanya pada tahun 1740 Pott
menemukan tidak adanya pengotor timbal dalam grafit.
Si
Ini adalah pertama kalinya dalam bentuk murni
berpisah pada tahun 1811
Ilmuwan Prancis
Joseph Louis Gay-Lussac dan
Louis Jacques Tenard.

asal nama

C
Pada awal abad ke-19 dalam bahasa Rusia
literatur kimia kadang-kadang
menggunakan istilah "karbohidrat"
(Sherer, 1807; Severgin, 1815); dengan
1824 Solovyov memperkenalkan nama
"karbon". Senyawa karbon
memiliki bagian dari karbohidrat (dia) dalam nama
- dari lat. carbō (gen. n. carbōnis)
"batu bara".
Si
Pada tahun 1825, ahli kimia Swedia Jöns
Jakob Berzelius beraksi
kalium logam
silikon fluorida SiF4 diterima
silikon unsur murni.
Elemen baru diberikan
nama "silikon" (dari lat. silex
- batu api). nama Rusia
"silikon" diperkenalkan pada tahun 1834
Kimiawan Rusia Jerman
Ivanovich Hess. Diterjemahkan c
Yunani lainnya - "tebing, gunung".

Sifat fisika zat sederhana karbon dan silikon.

Karbon
ada dalam banyak modifikasi alotropik dengan sangat
berbagai sifat fisik. Berbagai modifikasi
karena kemampuan karbon untuk membentuk ikatan kimia yang berbeda
Tipe.
Modifikasi alotropik karbon berikut diketahui: grafit, berlian, karabin
dan fullerene.
a) berlian
b) grafit
c) lonsdaleite
d) fullerene - buckyball C60
e) fullerene C540
f) fullerene C70
g) karbon amorf
h) tabung nano karbon

Intan adalah zat transparan tidak berwarna (terkadang kekuningan, kecoklatan, hijau, hitam, biru, kemerahan), sangat kuat bias

Berlian - tidak berwarna (terkadang kekuningan, kecoklatan, hijau, hitam, biru, kemerahan)
zat transparan yang membiaskan sinar cahaya sangat kuat.
Ini melampaui semua zat alami yang dikenal dalam kekerasan. Tapi itu rapuh.
Inert secara kimia, penghantar panas dan listrik yang buruk.
Kepadatan 3,5 g/cm3.
Setiap atom karbon dalam struktur berlian terletak di tengah tetrahedron, dengan simpul
dilayani oleh empat atom terdekat. Ini adalah ikatan kuat atom karbon yang menjelaskan
kekerasan tinggi berlian.
Grafit adalah bentuk yang paling umum.
Ini adalah zat hitam yang sangat lembut dengan kilau logam dan melakukan dengan baik.
arus listrik dan panas. Berminyak saat disentuh, saat digosok, itu terkelupas menjadi terpisah
timbangan.
tmelt = 3750 °C (meleleh pada tekanan 10 MPa, menyublim pada tekanan normal).
Massa jenis 2,22 g/cm3.
Struktur grafit dibentuk oleh lapisan grid paralel yang terdiri dari:
segi enam dengan atom karbon di simpul. Atom di setiap lapisan individu
terikat kuat, dan ikatan antar lapisannya lemah.

Karbin adalah modifikasi sintetis dari karbon. Bubuk kristal halus berwarna hitam. Kepadatan 1,9–2 g/cm3. Semikonduktor.

Fullerene adalah molekul bulat yang dibentuk oleh segi lima dan segi enam dari atom karbon yang terhubung satu sama lain. Vn

Fullerene adalah molekul berbentuk bola
dibentuk oleh segi lima dan segi enam dari atom karbon,
saling berhubungan. Molekulnya berongga di dalamnya. PADA
Sampai saat ini, fullerene dari komposisi C60, C70, dll. telah diperoleh.

10. Silikon. Silikon kristal adalah zat abu-abu gelap dengan kilau logam, memiliki struktur berlian kubik, tetapi secara signifikan

silikon.
Silikon kristal adalah zat abu-abu gelap dengan logam
kecemerlangan, memiliki struktur kubik berlian, tetapi secara signifikan lebih rendah daripadanya dalam hal
kekerasan, agak rapuh. Titik lebur 1415 °C, suhu
titik didih 2680 °C, massa jenis 2,33 g/cm3. Memiliki semikonduktor
sifat-sifatnya, resistansinya berkurang dengan meningkatnya suhu.
Silikon amorf adalah bubuk coklat berdasarkan sangat tidak teratur
struktur seperti berlian. Lebih reaktif daripada
silikon kristal.

11. Sifat kimia

Dengan
Interaksi dengan non-logam
C + 2S = CS2. C + O2 = CO2, C + 2F2 = CF4. C + 2H2 = CH4.
tidak berinteraksi dengan nitrogen dan fosfor.
Interaksi dengan logam
Mampu berinteraksi dengan logam, membentuk karbida:
Ca + 2C = CaC2.
Interaksi dengan air
C + H2O = CO + H2.
Karbon mampu mereduksi banyak logam dari
oksida:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Asam sulfat dan nitrat pekat saat dipanaskan
mengoksidasi karbon menjadi karbon monoksida (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

12.

Si
Interaksi dengan non-logam
Si + 2F2 = SiF4. Si + 2Cl2 = SiCl4. Si + O2 = SiO2.
Si + C = SiC Si + 3B = B3Si. 3Si + 2N2 = Si3N4.
Tidak berinteraksi dengan hidrogen.
Interaksi dengan hidrogen halida
Si + 4HF = SiF4 + 2H2,
Interaksi dengan logam
2Ca + Si = Ca2Si.
Interaksi dengan asam
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O.
Interaksi dengan alkali
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.

13. Ditemukan di alam Dalam bentuk karbon dioksida, karbon memasuki atmosfer (0,03% volume). Batubara, gambut, minyak dan gas alam - produk

Berada di alam
Dalam bentuk karbon dioksida, karbon memasuki atmosfer (0,03% oleh
volume).
Batubara, gambut, minyak dan gas alam adalah produk degradasi
flora Bumi zaman kuno.

14.

Senyawa anorganik alami
karbon - karbonat. mineral kalsit
CaCO3 adalah dasar dari sedimen
batuan - batugamping. Lainnya
modifikasi kalsium karbonat
dikenal sebagai marmer dan kapur

15. Silikon di alam

Ini didistribusikan secara luas sebagai silika SiO2 dan berbagai
silikat.
Misalnya, granit mengandung lebih dari 60% silika, sedangkan kristal
kuarsa adalah yang paling murni dari senyawa silikon alami dengan
oksigen.
{
Daun jelatang ditutupi dengan rambut berduri yang terbuat dari oksida murni.
silikon (IV), yang merupakan tabung berongga dengan panjang 1-2 mm.
Tubulus diisi dengan cairan yang mengandung asam format.

16. Aplikasi karbon

Grafit digunakan dalam industri pensil. Ini juga digunakan dalam
sebagai pelumas pada suhu yang sangat tinggi atau rendah.
Berlian, karena kekerasannya yang luar biasa, merupakan bahan abrasif yang sangat diperlukan.
Nozel gerinda bor memiliki lapisan berlian. Di samping itu,
potong berlian - berlian digunakan sebagai batu permata di
perhiasan. Karena kelangkaannya, kualitas dekoratif yang tinggi dan
kebetulan keadaan sejarah, berlian selalu yang paling
permata yang mahal.
{
Berbagai senyawa banyak digunakan dalam bidang farmakologi dan kedokteran.
karbon - turunan dari asam karbonat dan asam karboksilat.
Carbolene (arang aktif), digunakan untuk penyerapan dan eliminasi dari
tubuh dari berbagai racun.

17. Aplikasi silikon

Silikon menemukan aplikasi dalam semikonduktor
teknologi dan mikroelektronika, dalam metalurgi sebagai
aditif untuk baja dan dalam produksi paduan.
Senyawa silikon berfungsi sebagai dasar untuk produksi
kaca dan semen. Produksi kaca dan semen
bergerak di bidang industri silikat. Dia juga
memproduksi keramik silikat - batu bata, porselen,
faience dan produk dari mereka.
Lem silikat dikenal luas, digunakan dalam
konstruksi sebagai pengering, dan dalam kembang api dan dalam kehidupan sehari-hari
untuk kertas ikat.

Sebagai unsur kimia independen, silikon baru dikenal umat manusia pada tahun 1825. Yang, tentu saja, tidak mencegah penggunaan senyawa silikon dalam sejumlah bidang sehingga lebih mudah untuk membuat daftar yang tidak menggunakan unsur tersebut. Artikel ini akan menjelaskan sifat fisik, mekanik dan kimia yang berguna dari silikon dan senyawanya, aplikasi, dan kita juga akan berbicara tentang bagaimana silikon mempengaruhi sifat baja dan logam lainnya.

Untuk memulainya, mari kita membahas karakteristik umum silikon. Dari 27,6 hingga 29,5% massa kerak bumi adalah silikon. Di air laut, konsentrasi elemen juga cukup - hingga 3 mg / l.

Dalam hal prevalensi di litosfer, silikon menempati tempat kehormatan kedua setelah oksigen. Namun, bentuknya yang paling terkenal, silika, adalah oksida, dan justru sifat-sifatnya yang telah menjadi dasar untuk aplikasi yang begitu luas.

Video ini akan memberi tahu Anda apa itu silikon:

Konsep dan fitur

Silikon adalah non-logam, tetapi dalam kondisi yang berbeda dapat menunjukkan sifat asam dan basa. Ini adalah semikonduktor khas dan sangat banyak digunakan dalam teknik listrik. Sifat fisik dan kimianya sangat ditentukan oleh keadaan alotropik. Paling sering, mereka berurusan dengan bentuk kristal, karena kualitasnya lebih diminati dalam ekonomi nasional.

• Silikon adalah salah satu makronutrien dasar dalam tubuh manusia. Kekurangannya berdampak buruk pada kondisi jaringan tulang, rambut, kulit, kuku. Selain itu, silikon mempengaruhi kinerja sistem kekebalan tubuh.
• Dalam kedokteran, elemen, atau lebih tepatnya, senyawanya, digunakan pertama kali dalam kapasitas ini. Air dari sumur yang dilapisi dengan batu api tidak hanya bersih, tetapi juga memiliki efek positif pada ketahanan terhadap penyakit menular. Saat ini, senyawa dengan silikon berfungsi sebagai dasar obat untuk melawan tuberkulosis, aterosklerosis, dan radang sendi.
• Secara umum, non-logam tidak aktif, tetapi sulit untuk menemukannya dalam bentuk murni. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa di udara ia dengan cepat dipasifkan oleh lapisan dioksida dan berhenti bereaksi. Ketika dipanaskan, aktivitas kimia meningkat. Akibatnya, umat manusia jauh lebih akrab dengan senyawa materi, dan bukan dengan dirinya sendiri.

Jadi, silikon membentuk paduan dengan hampir semua logam - silisida. Semuanya dibedakan oleh refraktori dan kekerasannya dan digunakan di bidangnya masing-masing: turbin gas, pemanas tungku.

Sebuah non-logam ditempatkan dalam tabel D. I. Mendeleev dalam kelompok 6 bersama dengan karbon, germanium, yang menunjukkan kesamaan tertentu dengan zat-zat ini. Jadi, dengan karbon, "kesamaan" dengan kemampuan untuk membentuk senyawa jenis organik. Pada saat yang sama, silikon, seperti germanium, dapat menunjukkan sifat-sifat logam dalam beberapa reaksi kimia, yang digunakan dalam sintesis.

Keuntungan dan kerugian

Seperti zat lain dalam hal aplikasi dalam perekonomian nasional, silikon memiliki kualitas tertentu yang berguna atau tidak. Mereka penting untuk menentukan area penggunaan.

• Keuntungan signifikan dari zat ini adalah ketersediaan. Di alam, bagaimanapun, tidak dalam bentuk bebas, tetapi tetap saja, teknologi untuk mendapatkan silikon tidak begitu rumit, meskipun memakan energi.
• Keuntungan terpenting kedua adalah pembentukan senyawa ganda dengan manfaat yang luar biasa. Ini adalah silan, dan silisida, dan dioksida, dan, tentu saja, berbagai silikat. Kemampuan silikon dan senyawanya untuk membentuk larutan padat yang kompleks praktis tidak terbatas, yang memungkinkan untuk memperoleh berbagai variasi kaca, batu, dan keramik tanpa henti.
• Properti Semikonduktor non-logam memberinya tempat sebagai bahan dasar di bidang teknik listrik dan radio.
• Bukan logam adalah tidak beracun, yang memungkinkan aplikasi di industri apa pun, dan pada saat yang sama tidak mengubah proses teknologi menjadi proses yang berpotensi berbahaya.

Kerugian material hanya mencakup kerapuhan relatif dengan kekerasan yang baik. Silikon tidak digunakan untuk struktur penahan beban, tetapi kombinasi ini memungkinkan untuk memproses permukaan kristal dengan benar, yang penting untuk instrumentasi.

Sekarang mari kita bicara tentang sifat utama silikon.

Properti dan karakteristik

Karena silikon kristal paling sering digunakan dalam industri, justru sifat-sifatnya yang lebih penting, dan merekalah yang diberikan dalam spesifikasi teknis. Sifat fisika suatu zat adalah:

• titik leleh - 1417 C;
• titik didih - 2600 C;
• densitasnya adalah 2,33 g/cu. lihat, yang menunjukkan kerapuhan;
• kapasitas panas, serta konduktivitas termal, tidak konstan bahkan pada sampel paling murni: 800 J / (kg K), atau 0,191 kal / (g derajat) dan 84-126 W / (m K), atau 0,20-0, 30 kal/(cm detik derajat), masing-masing;
• transparan untuk radiasi inframerah gelombang panjang, yang digunakan dalam optik inframerah;
• konstanta dielektrik - 1,17;
• kekerasan pada skala Mohs - 7.

Sifat listrik non-logam sangat tergantung pada pengotor. Dalam industri, fitur ini digunakan dengan memodulasi jenis semikonduktor yang diinginkan. Pada suhu normal, silikon rapuh, tetapi ketika dipanaskan di atas 800 C, deformasi plastis mungkin terjadi.

Sifat-sifat silikon amorf sangat berbeda: sangat higroskopis dan bereaksi jauh lebih aktif bahkan pada suhu normal.

Struktur dan komposisi kimia, serta sifat-sifat silikon, dibahas dalam video di bawah ini:

Komposisi dan struktur

Silikon ada dalam dua bentuk alotropik, sama-sama stabil pada suhu normal.

• Kristal Ini memiliki penampilan bubuk abu-abu gelap. Substansi, meskipun memiliki kisi kristal seperti berlian, rapuh - karena ikatan yang terlalu lama antara atom. Yang menarik adalah sifat semikonduktornya.
• Pada tekanan yang sangat tinggi, Anda bisa mendapatkan heksagonal modifikasi dengan densitas 2,55 g/cu. lihat Namun, fase ini belum menemukan signifikansi praktis.
• amorf- Bubuk coklat. Berbeda dengan bentuk kristal, ia bereaksi jauh lebih aktif. Ini bukan karena kelembaman bentuk pertama, tetapi karena fakta bahwa di udara zat tersebut ditutupi dengan lapisan dioksida.

Selain itu, perlu mempertimbangkan jenis klasifikasi lain yang terkait dengan ukuran kristal silikon, yang bersama-sama membentuk suatu zat. Kisi kristal, seperti diketahui, menyiratkan urutan tidak hanya atom, tetapi juga struktur yang membentuk atom-atom ini - yang disebut urutan jarak jauh. Semakin besar, semakin homogen sifat zat tersebut.

• monokristalin- sampel adalah kristal tunggal. Strukturnya dibuat seurut mungkin, sifat-sifatnya homogen dan dapat diprediksi dengan baik. Bahan inilah yang paling diminati di bidang teknik elektro. Namun, itu juga termasuk jenis yang paling mahal, karena proses mendapatkannya rumit, dan tingkat pertumbuhannya rendah.
• Multikristalin– sampel terdiri dari sejumlah butiran kristal besar. Batas-batas di antara mereka membentuk tingkat cacat tambahan, yang mengurangi kinerja sampel sebagai semikonduktor dan menyebabkan keausan lebih cepat. Teknologi untuk menumbuhkan multikristal lebih sederhana, dan karenanya bahannya lebih murah.
• polikristalin- terdiri dari sejumlah besar butir yang disusun secara acak relatif satu sama lain. Ini adalah jenis silikon industri paling murni, yang digunakan dalam mikroelektronika dan energi surya. Cukup sering digunakan sebagai bahan baku untuk menumbuhkan kristal multi dan tunggal.
• Silikon amorf juga menempati posisi tersendiri dalam klasifikasi ini. Di sini urutan atom dipertahankan hanya pada jarak terpendek. Namun dalam teknik elektro masih digunakan dalam bentuk film tipis.

Produksi non-logam

Tidak mudah untuk mendapatkan silikon murni, mengingat kelembaman senyawanya dan titik leleh yang tinggi dari sebagian besar dari mereka. Dalam industri, reduksi karbon dioksida paling sering digunakan. Reaksi dilakukan dalam tungku busur pada suhu 1800 C. Dengan demikian, diperoleh non-logam dengan kemurnian 99,9%, yang tidak cukup untuk penggunaannya.

Bahan yang dihasilkan diklorinasi untuk mendapatkan klorida dan hidroklorida. Kemudian senyawa dimurnikan dengan semua metode yang mungkin dari kotoran dan direduksi dengan hidrogen.

Dimungkinkan juga untuk memurnikan zat dengan memperoleh magnesium silisida. Silisida dikenai aksi asam klorida atau asam asetat. Silane diperoleh, dan yang terakhir dimurnikan dengan berbagai metode - penyerapan, pembetulan, dan sebagainya. Kemudian silan didekomposisi menjadi hidrogen dan silikon pada suhu 1000 C. Dalam hal ini diperoleh zat dengan fraksi pengotor 10 -8 -10 -6%.

Penggunaan zat

Untuk industri, karakteristik elektrofisika non-logam adalah yang paling menarik. Bentuk kristal tunggalnya adalah semikonduktor celah tidak langsung. Sifatnya ditentukan oleh pengotor, yang memungkinkan untuk mendapatkan kristal silikon dengan sifat yang diinginkan. Jadi, penambahan boron, indium memungkinkan untuk menumbuhkan kristal dengan konduktivitas lubang, dan pengenalan fosfor atau arsenik - kristal dengan konduktivitas elektronik.

• Silikon secara harfiah berfungsi sebagai dasar teknik listrik modern. Transistor, fotosel, sirkuit terpadu, dioda, dan sebagainya dibuat darinya. Selain itu, fungsionalitas perangkat hampir selalu ditentukan hanya oleh lapisan dekat permukaan kristal, yang mengarah pada persyaratan yang sangat spesifik khusus untuk perawatan permukaan.
• Dalam metalurgi, silikon teknis digunakan baik sebagai pengubah paduan - memberikan kekuatan yang lebih besar, dan sebagai komponen - dalam, misalnya, dan sebagai deoksidasi - dalam produksi besi cor.
• Metalurgi ultra-murni dan halus membentuk dasar energi matahari.
• Non-logam dioksida terjadi di alam dalam bentuk yang sangat berbeda. Varietas kristalnya - opal, batu akik, akik, batu kecubung, kristal batu, telah menemukan tempatnya dalam perhiasan. Modifikasi yang tidak begitu menarik dalam penampilan - batu api, kuarsa, digunakan dalam metalurgi, dan dalam konstruksi, dan dalam teknik elektro radio.
• Senyawa nonlogam dengan karbon - karbida, digunakan dalam metalurgi, dalam pembuatan instrumen, dan dalam industri kimia. Ini adalah semikonduktor celah lebar, ditandai dengan kekerasan tinggi - 7 pada skala Mohs, dan kekuatan, yang memungkinkannya digunakan sebagai bahan abrasif.
• Silikat - yaitu, garam asam silikat. Tidak stabil, mudah terurai di bawah pengaruh suhu. Mereka luar biasa karena mereka membentuk banyak dan beragam garam. Tetapi yang terakhir adalah dasar untuk produksi kaca, keramik, faience, kristal, dan. Kita dapat dengan aman mengatakan bahwa konstruksi modern didasarkan pada berbagai silikat.
• Kaca mewakili kasus yang paling menarik di sini. Ini didasarkan pada aluminosilikat, tetapi pengotor yang tidak signifikan dari zat lain - biasanya oksida - memberi bahan banyak sifat yang berbeda, termasuk warna. -, gerabah, porselen, ternyata memiliki formula yang sama, meski dengan perbandingan komponen yang berbeda, dan keragamannya juga luar biasa.
• Non-logam memiliki kemampuan lain: ia membentuk senyawa jenis karbon, dalam bentuk rantai panjang atom silikon. Senyawa seperti ini disebut senyawa organosilikon. Lingkup aplikasinya tidak kurang dikenal - ini adalah silikon, sealant, pelumas, dan sebagainya.

Silikon adalah elemen yang sangat umum dan sangat penting di banyak bidang ekonomi nasional. Selain itu, tidak hanya zat itu sendiri yang secara aktif digunakan, tetapi semua senyawanya yang beragam dan banyak.

Video ini akan berbicara tentang sifat dan aplikasi silikon: