Preparação química para ZNO e DPA
Edição abrangente

PARTE E

QUÍMICA GERAL

QUÍMICA DOS ELEMENTOS

CARBONO. SILÍCIO

Aplicações de carbono e silício

Aplicação de carbono

O carbono é um dos minerais mais procurados em nosso planeta. O carbono é predominantemente usado como combustível para a indústria de energia. A produção anual de hulha no mundo é de cerca de 550 milhões de toneladas. Além do uso do carvão como transportador de calor, uma quantidade considerável dele é processada em coque, necessário para a extração de diversos metais. Para cada tonelada de ferro produzida no processo de alto-forno, gasta-se 0,9 tonelada de coque. O carvão ativado é usado na medicina para envenenamento e em máscaras de gás.

O grafite é usado em grandes quantidades para fazer lápis. A adição de grafite ao aço aumenta sua dureza e resistência à abrasão. Esse aço é usado, por exemplo, para a produção de pistões, virabrequins e alguns outros mecanismos. A capacidade de esfoliação da estrutura de grafite permite que seja usado como um lubrificante altamente eficaz em temperaturas muito altas (cerca de +2500 °C).

O grafite tem outra propriedade muito importante - é um moderador eficaz de nêutrons térmicos. Esta propriedade é usada em reatores nucleares. Recentemente, têm sido utilizados plásticos, nos quais se adiciona grafite como carga. As propriedades de tais materiais permitem usá-los para a produção de muitos dispositivos e mecanismos importantes.

Os diamantes são usados ​​como um bom material duro para a produção de mecanismos como rebolos, cortadores de vidro, perfuratrizes e outros dispositivos que exigem alta dureza. Diamantes lindamente lapidados são usados ​​como joias caras, chamadas de diamantes.

Os fulerenos foram descobertos há relativamente pouco tempo (em 1985), portanto, ainda não encontraram aplicações aplicadas, mas os cientistas já estão realizando pesquisas sobre a criação de portadores de informação de grande capacidade. Os nanotubos já estão sendo usados ​​em diversas nanotecnologias, como na administração de medicamentos com nanofaca, na fabricação de nanocomputadores e muito mais.

Aplicação de silicone

O silício é um bom semicondutor. Vários dispositivos semicondutores são feitos a partir dele, como diodos, transistores, microcircuitos e microprocessadores. Todos os microcomputadores modernos usam processadores à base de silício. O silício é usado para fabricar células solares que podem converter energia solar em energia elétrica. Além disso, o silício é usado como componente de liga para a produção de ligas de aço de alta qualidade.

O silício na forma livre foi isolado em 1811 por J. Gay-Lussac e L. Tenard passando vapores de fluoreto de silício sobre potássio metálico, mas não foi descrito por eles como um elemento. O químico sueco J. Berzelius em 1823 deu uma descrição do silício que obteve tratando o sal de potássio K 2 SiF 6 com potássio metálico a alta temperatura. O novo elemento recebeu o nome de "silício" (do latim silex - pederneira). O nome russo "silício" foi introduzido em 1834 pelo químico russo alemão Ivanovich Hess. Traduzido de outro grego. krhmnoz- "penhasco, montanha".

Estar na natureza, obtendo:

Na natureza, o silício é encontrado na forma de dióxido e silicatos de várias composições. O dióxido de silício natural ocorre principalmente na forma de quartzo, embora existam outros minerais - cristobalita, tridimita, kitita, cousite. A sílica amorfa é encontrada em depósitos de diatomáceas no fundo dos mares e oceanos - esses depósitos foram formados a partir de SiO 2, que fazia parte de diatomáceas e alguns ciliados.
Silício livre pode ser obtido por calcinação de areia branca fina com magnésio, que é quimicamente quase puro óxido de silício, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. O silício de grau industrial é obtido reduzindo o SiO 2 fundido com coque a uma temperatura de cerca de 1800°C em fornos a arco. A pureza do silício obtido dessa maneira pode chegar a 99,9% (as principais impurezas são carbono, metais).

Propriedades físicas:

O silício amorfo tem a forma de um pó castanho, cuja densidade é de 2,0 g/cm3. Silício cristalino - uma substância cristalina cinza escura, brilhante, quebradiça e muito dura, cristaliza na rede do diamante. É um semicondutor típico (conduz eletricidade melhor que um isolante tipo borracha e pior que um condutor - cobre). O silício é quebradiço, somente quando aquecido acima de 800°C ele se torna plástico. Curiosamente, o silício é transparente à radiação infravermelha a partir de um comprimento de onda de 1,1 micrômetros.

Propriedades quimicas:

Quimicamente, o silício é inativo. À temperatura ambiente, reage apenas com flúor gasoso para formar tetrafluoreto de silício volátil SiF 4 . Quando aquecido a uma temperatura de 400-500°C, o silício reage com o oxigênio para formar dióxido e com cloro, bromo e iodo para formar os tetrahaletos voláteis correspondentes SiHal 4 . A uma temperatura de cerca de 1000°C, o silício reage com nitrogênio para formar nitreto Si 3 N 4 , com boretos de boro termicamente e quimicamente estáveis ​​SiB 3 , SiB 6 e SiB 12 . O silício não reage diretamente com o hidrogênio.
Para o ataque de silício, uma mistura de ácidos fluorídrico e nítrico é mais amplamente utilizada.
Atitude em relação aos álcalis ...
O silício é caracterizado por compostos com um estado de oxidação de +4 ou -4.

As conexões mais importantes:

Dióxido de silício, SiO 2- (anidrido silícico) ...
...
Ácidos Silícicos- fraco, insolúvel, formado pela adição de ácido a uma solução de silicato na forma de gel (substância gelatinosa). H 4 SiO 4 (ortossilício) e H 2 SiO 3 (metassilício ou silício) existem apenas em solução e se transformam irreversivelmente em SiO 2 quando aquecidos e secos. O produto sólido poroso resultante - gel de sílica, tem uma superfície desenvolvida e é usado como adsorvente de gás, dessecante, catalisador e transportador de catalisador.
silicatos- os sais de ácidos silícicos em sua maior parte (exceto silicatos de sódio e potássio) são insolúveis em água. Propriedades....
Compostos de hidrogênio- análogos de hidrocarbonetos, silanos, compostos em que os átomos de silício estão ligados por uma ligação simples, Silenos se os átomos de silício são duplamente ligados. Como os hidrocarbonetos, esses compostos formam cadeias e anéis. Todos os silanos são auto-inflamáveis, formam misturas explosivas com o ar e reagem prontamente com a água.

Inscrição:

O silício encontra o maior uso na produção de ligas para dar resistência ao alumínio, cobre e magnésio e para a produção de ferrossilicidas, que são importantes na produção de aços e tecnologia de semicondutores. Os cristais de silício são usados ​​em células solares e dispositivos semicondutores - transistores e diodos. O silício também serve como matéria-prima para a produção de compostos organossilícios, ou siloxanos, obtidos na forma de óleos, lubrificantes, plásticos e borrachas sintéticas. Compostos inorgânicos de silício são usados ​​na tecnologia de cerâmica e vidro, como material isolante e piezocristais.

Para alguns organismos, o silício é um importante elemento biogênico. Faz parte das estruturas de suporte em plantas e estruturas esqueléticas em animais. Em grandes quantidades, o silício é concentrado por organismos marinhos - diatomáceas, radiolários, esponjas. Grandes quantidades de silício estão concentradas em cavalinhas e cereais, principalmente nas subfamílias de bambu e arroz, incluindo o arroz comum. O tecido muscular humano contém (1-2) 10 -2% de silício, tecido ósseo - 17 10 -4%, sangue - 3,9 mg / l. Com alimentos, até 1 g de silício entra no corpo humano diariamente.

Antonov S.M., Tomilin K.G.
KhF Tyumen State University, 571 grupos.

Característica do elemento

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

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

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre depois do oxigênio (27,6% em massa). Não ocorre na natureza em estado livre, encontra-se principalmente na forma de SiO 2 ou silicatos.

Os compostos de Si são tóxicos; a inalação das menores partículas de SiO 2 e outros compostos de silício (por exemplo, amianto) causa uma doença perigosa - silicose

No estado fundamental, o átomo de silício tem valência = II e no estado excitado = IV.

O estado de oxidação mais estável do Si é +4. Em compostos com metais (silicidas), S.O. -4.

Métodos para obter silício

O composto de silício natural mais comum é a sílica (dióxido de silício) SiO 2 . É a principal matéria-prima para a produção de silício.

1) Recuperação de SiO 2 com carbono em fornos a arco a 1800 "C: SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

2) Si de alta pureza de um produto técnico é obtido de acordo com o esquema:

a) Si → SiCl2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Propriedades físicas do silício. Modificações alotrópicas do silício

1) Silício cristalino - uma substância de cor cinza-prata com brilho metálico, uma rede cristalina do tipo diamante; m.p. 1415 "C, p.e. 3249" C, densidade 2,33 g/cm3; é um semicondutor.

2) Silício amorfo - pó marrom.

Propriedades químicas do silício

Na maioria das reações, o Si atua como agente redutor:

Em baixas temperaturas, o silício é quimicamente inerte; quando aquecido, sua reatividade aumenta acentuadamente.

1. Ele interage com o oxigênio em T acima de 400°C:

Si + O 2 \u003d SiO 2 óxido de silício

2. Reage com flúor já em temperatura ambiente:

Si + 2F 2 = SiF 4 tetrafluoreto de silício

3. As reações com outros halogênios ocorrem a uma temperatura = 300 - 500 ° C

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. Com vapor de enxofre a 600 ° C forma um dissulfeto:

5. A reação com nitrogênio ocorre acima de 1000°C:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 nitreto de silício

6. A uma temperatura = 1150°С reage com o carbono:

SiO 2 + 3C \u003d SiC + 2CO

Carborundum é próximo ao diamante em dureza.

7. O silício não reage diretamente com o hidrogênio.

8. O silício é resistente aos ácidos. Interage apenas com uma mistura de ácidos nítrico e fluorídrico (hidrofluorídrico):

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

9. reage com soluções alcalinas para formar silicatos e liberar hidrogênio:

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

10. As propriedades redutoras do silício são usadas para isolar metais de seus óxidos:

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

Em reações com metais, o Si é um agente oxidante:

O silício forma silicídios com s-metais e com a maioria dos d-metais.

A composição dos silicatos deste metal pode ser diferente. (Por exemplo, FeSi e FeSi 2; Ni 2 Si e NiSi 2.) Um dos silicatos mais famosos é o silicato de magnésio, que pode ser obtido pela interação direta de substâncias simples:

2Mg + Si = Mg2Si

Silano (monossilano) SiH 4

Silanos (hidrogênios de silício) Si n H 2n + 2, (compare com alcanos), onde n \u003d 1-8. Silanos - análogos de alcanos, diferem deles na instabilidade das cadeias -Si-Si-.

O Monosilano SiH 4 é um gás incolor com odor desagradável; solúvel em etanol, gasolina.

Formas de obter:

1. Decomposição de silicato de magnésio com ácido clorídrico: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCl 2 + SiH 4

2. Redução de haletos de Si com hidreto de alumínio e lítio: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Propriedades quimicas.

O silano é um forte agente redutor.

1.SiH 4 é oxidado pelo oxigênio mesmo em temperaturas muito baixas:

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

2. SiH 4 é facilmente hidrolisado, especialmente em um ambiente alcalino:

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

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

Óxido de silício (IV) (sílica) SiO 2

A sílica existe em várias formas: cristalina, amorfa e vítrea. A forma cristalina mais comum é o quartzo. Quando as rochas de quartzo são destruídas, as areias de quartzo são formadas. Os cristais simples de quartzo são transparentes, incolores (cristal de rocha) ou coloridos com impurezas de várias cores (ametista, ágata, jaspe, etc.).

O SiO 2 amorfo ocorre na forma de opala mineral: o gel de sílica é obtido artificialmente, consistindo de partículas coloidais de SiO 2 e sendo um adsorvente muito bom. Glassy SiO 2 é conhecido como vidro de quartzo.

Propriedades físicas

Na água, o SiO 2 se dissolve muito levemente, em solventes orgânicos também praticamente não se dissolve. A sílica é um dielétrico.

Propriedades quimicas

1. SiO 2 é um óxido ácido, portanto, a sílica amorfa se dissolve lentamente em soluções aquosas de álcalis:

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

2. SiO 2 também interage quando aquecido com óxidos básicos:

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

SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3

3. Sendo um óxido não volátil, o SiO 2 desloca o dióxido de carbono do Na 2 CO 3 (durante a fusão):

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

4. A sílica reage com o ácido fluorídrico, formando ácido hidrofluorosilícico H 2 SiF 6:

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

5. A 250 - 400 ° C, SiO 2 interage com HF gasoso e F 2, formando tetrafluorosilano (tetrafluoreto de silício):

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

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

Ácidos Silícicos

Conhecido:

Ácido ortossilícico H 4 SiO 4 ;

ácido metasilícico (silícico) H 2 SiO 3 ;

Ácidos di e polissilícicos.

Todos os ácidos silícicos são pouco solúveis em água e formam facilmente soluções coloidais.

Formas de receber

1. Precipitação por ácidos de soluções de silicatos de metais alcalinos:

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

2. Hidrólise de clorosilanos: SiCl 4 + 4H 2 O \u003d H 4 SiO 4 + 4HCl

Propriedades quimicas

Os ácidos silícicos são ácidos muito fracos (mais fracos que o ácido carbônico).

Quando aquecidos, eles desidratam para formar sílica como produto final.

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Silicatos - sais de ácidos silícicos

Como os ácidos silícicos são extremamente fracos, seus sais em soluções aquosas são altamente hidrolisados:

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

SiO 3 2- + H 2 O \u003d HSiO 3 - + OH - (meio alcalino)

Pela mesma razão, quando o dióxido de carbono é passado através de soluções de silicato, o ácido silícico é deslocado delas:

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

Esta reação pode ser considerada como uma reação qualitativa para íons de silicato.

Dentre os silicatos, apenas Na 2 SiO 3 e K 2 SiO 3 são altamente solúveis, os quais são chamados de vidro solúvel, e suas soluções aquosas são chamadas de vidro líquido.

Vidro

O vidro de janela comum tem a composição Na 2 O CaO 6SiO 2, ou seja, é uma mistura de silicatos de sódio e cálcio. É obtido pela fusão de soda Na 2 CO 3 , calcário CaCO 3 e areia de SiO 2 ;

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

Cimento

Um material aglutinante em pó que, ao interagir com a água, forma uma massa plástica, que eventualmente se transforma em um corpo sólido semelhante a pedra; principal material de construção.

A composição química do cimento Portland mais comum (em % em peso) - 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al2O3; 2-5% Fe2O3; 1-5% MgO.

Carbono e silício são elementos químicos do grupo IVA do sistema periódico. Eles estão nos períodos 2 e 3, respectivamente. Carbono e silício carbono e silício são elementos químicos do grupo IVA
sistema periódico. Eles estão nos períodos 2 e 3, respectivamente.
Carbono e silício são elementos não metálicos.

O carbono tem 4 elétrons em seu nível de energia externo - 2s22p2, como o silício - 3s23p2.

Como resultado, em compostos com outros elementos
átomos de carbono e silício exibem mais frequentemente graus
oxidação -4, +2, +4. Em uma substância simples, o estado de oxidação
elementos é 0.

Histórico de descobertas

C
Em 1791, o químico inglês Tennant
primeiro recebeu carbono livre; é ele
passou vapor de fósforo sobre calcinado
giz, resultando na formação
fosfato de cálcio e carbono. Aquele diamante
queima quando aquecido
o restante é conhecido há muito tempo. Em 1751
imperador alemão Franz I concordou
dê um diamante e um rubi para experimentos em
queima, após o que esses experimentos ainda
entrou na moda. Descobriu-se que só queima
diamante e rubi (alumina com
impureza de cromo) resiste sem
danificar o aquecimento prolongado em
foco da lente incendiária. Lavoisier
definir uma nova experiência de queima de diamantes com
usando uma grande máquina incendiária
e chegou à conclusão de que o diamante representa
é carbono cristalino. Segundo
alótropo de carbono - grafite - em
período alquímico foi considerado
brilho de chumbo modificado e
chamava-se plumbago; somente em 1740 Pott
descobriu a ausência de qualquer impureza de chumbo na grafite.
Si
Foi a primeira vez em sua forma pura
separados em 1811
cientistas franceses
Joseph Louis Gay-Lussac e
Luís Jacques Tenard.

origem do nome

C
No início do século 19 em russo
literatura química às vezes
usou o termo "carboidrato"
(Sherer, 1807; Severgin, 1815); com
1824 Solovyov introduziu o nome
"carbono". Compostos de carbono
tem uma parte de carb (ele) no nome
- de lat. carbō (gen. n. carbōnis)
"carvão".
Si
Em 1825, o químico sueco Jöns
Jakob Berzelius em ação
potássio metálico
fluoreto de silício SiF4 recebido
silício elementar puro.
O novo elemento foi dado
o nome "silício" (do lat. silex
- pedra). nome russo
"silício" introduzido em 1834
químico russo alemão
Ivanovich Hess. C traduzido
outro grego κρημνός - "precipício, montanha".

Propriedades físicas de substâncias simples carbono e silício.

Carbono
existe em muitas modificações alotrópicas com
várias propriedades físicas. Variedade de modificações
devido à capacidade do carbono de formar ligações químicas de diferentes
tipo.
As seguintes modificações alotrópicas do carbono são conhecidas: grafite, diamante, carabina
e fulerenos.
um diamante
b) grafite
c) lonsdaleíta
d) fulereno - buckyball C60
e) fulereno C540
f) fulereno C70
g) carbono amorfo
h) nanotubo de carbono

O diamante é uma substância transparente incolor (às vezes amarelada, acastanhada, verde, preta, azul, avermelhada), muito fortemente refrativa

Diamante - incolor (às vezes amarelado, acastanhado, verde, preto, azul, avermelhado)
uma substância transparente que refrata os raios de luz com muita força.
Supera todas as substâncias naturais conhecidas em dureza. Mas é frágil.
Quimicamente inerte, mau condutor de calor e eletricidade.
Densidade 3,5 g/cm3.
Cada átomo de carbono na estrutura do diamante está localizado no centro do tetraedro, com vértices
servido pelos quatro átomos mais próximos. É a forte ligação dos átomos de carbono que explica
alta dureza do diamante.
A grafite é a forma mais comum.
É uma substância preta muito macia com brilho metálico e boa condução.
corrente elétrica e calor. Oleoso ao toque, ao ser esfregado, esfolia em partes separadas
escalas.
tmelt = 3750 °C (funde a uma pressão de 10 MPa, sublima à pressão normal).
Densidade 2,22 g/cm3.
A estrutura do grafite é formada por camadas paralelas de grades que consistem em
hexágonos com átomos de carbono nos vértices. Átomos em cada camada individual
são fortemente ligados, e a ligação entre as camadas é fraca.

A carabina é uma modificação sintética do carbono. Pó cristalino fino preto. Densidade 1,9–2 g/cm3. Semicondutor.

Fulerenos são moléculas esféricas formadas por pentágonos e hexágonos de átomos de carbono conectados entre si. Vn

Fulerenos são moléculas esféricas
formado por pentágonos e hexágonos de átomos de carbono,
interligados. As moléculas são ocas por dentro. NO
Até o momento, foram obtidos fulerenos da composição C60, C70, etc.

10. Silício. O silício cristalino é uma substância cinza escura com brilho metálico, possui uma estrutura cúbica de diamante, mas é significativamente

Silício.
O silício cristalino é uma substância cinza escura com uma
brilho, tem uma estrutura cúbica de diamante, mas é significativamente inferior a ele em termos de
dureza, bastante frágil. Ponto de fusão 1415 °C, temperatura
ponto de ebulição 2680°C, densidade 2,33 g/cm3. Tem semicondutor
propriedades, sua resistência diminui com o aumento da temperatura.
O silício amorfo é um pó marrom baseado em
estrutura tipo diamante. Mais reativo do que
silício cristalino.

11. Propriedades químicas

Com
Interação com não metais
C + 2S = CS2. C + O2 = CO2, C + 2F2 = CF4. C + 2H2 = CH4.
não interage com nitrogênio e fósforo.
Interação com metais
Capaz de interagir com metais, formando carbonetos:
Ca + 2C = CaC2.
Interação com a água
C + H2O = CO + H2.
O carbono é capaz de reduzir muitos metais de sua
óxidos:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Ácidos sulfúrico e nítrico concentrados quando aquecidos
oxidar carbono em monóxido de carbono (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

12.

Si
Interação com não metais
Si + 2F2 = SiF4. Si + 2Cl2 = SiCl4. Si + O2 = SiO2.
Si + C = SiC Si + 3B = B3Si. 3Si + 2N2 = Si3N4.
Não interage com hidrogênio.
Interação com haletos de hidrogênio
Si + 4HF = SiF4 + 2H2,
Interação com metais
2Ca + Si = Ca2Si.
Interação com ácidos
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O.
Interação com álcalis
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.

13. Encontrado na natureza Na forma de dióxido de carbono, o carbono entra na atmosfera (0,03% em volume). Carvão, turfa, petróleo e gás natural - produtos

Estar na natureza
Na forma de dióxido de carbono, o carbono entra na atmosfera (0,03% por
volume).
Carvão, turfa, petróleo e gás natural são produtos de degradação
flora da Terra dos tempos antigos.

14.

Compostos inorgânicos naturais
carbono - carbonatos. calcita mineral
CaCO3 é a base de sedimentos
rochas - calcários. Outro
modificações de carbonato de cálcio
conhecido como mármore e giz

15. Silício na natureza

É amplamente distribuído como sílica SiO2 e vários
silicatos.
Por exemplo, o granito contém mais de 60% de sílica, enquanto o cristalino
quartzo é o mais puro dos compostos naturais de silício com
oxigênio.
{
As folhas de urtiga são cobertas com pêlos espinhosos feitos de óxido puro.
silício (IV), que são tubos ocos de 1-2 mm de comprimento.
Os túbulos são preenchidos com um líquido contendo ácido fórmico.

16. Aplicação de carbono

A grafite é usada na indústria de lápis. Também é usado em
como lubrificante em temperaturas particularmente altas ou baixas.
O diamante, devido à sua excepcional dureza, é um material abrasivo indispensável.
Os bicos de moagem das brocas têm um revestimento de diamante. Além do mais,
diamantes lapidados - os diamantes são usados ​​como pedras preciosas em
joalheria. Devido à sua raridade, altas qualidades decorativas e
coincidência de circunstâncias históricas, o diamante é invariavelmente o mais
uma jóia cara.
{
Vários compostos são amplamente utilizados em farmacologia e medicina.
carbono - derivados de ácido carbônico e ácidos carboxílicos.
Carboleno (carvão ativado), usado para absorção e eliminação de
corpo de várias toxinas.

17. Aplicação de silício

Silício encontra aplicação em semicondutores
tecnologia e microeletrônica, em metalurgia como
aditivos para aços e na produção de ligas.
Os compostos de silício servem como base para a produção
vidro e cimento. Produção de vidro e cimento
atua na indústria de silicatos. Ela também
produz cerâmicas de silicato - tijolo, porcelana,
faiança e produtos deles.
A cola de silicato é amplamente conhecida, utilizada em
construção como dessecante, e em pirotecnia e na vida cotidiana
para papel de colagem.

Como um elemento químico independente, o silício só se tornou conhecido pela humanidade em 1825. O que, claro, não impediu o uso de compostos de silício em um número tão grande de esferas que fica mais fácil listar aquelas em que o elemento não é utilizado. Este artigo esclarecerá as propriedades físicas, mecânicas e químicas úteis do silício e seus compostos, aplicações, e também falaremos sobre como o silício afeta as propriedades do aço e outros metais.

Para começar, vamos nos debruçar sobre as características gerais do silício. De 27,6 a 29,5% da massa da crosta terrestre é silício. Na água do mar, a concentração do elemento também é justa - até 3 mg/l.

Em termos de prevalência na litosfera, o silício ocupa o segundo lugar de honra depois do oxigênio. No entanto, sua forma mais conhecida, a sílica, é um óxido, e são precisamente suas propriedades que se tornaram a base para uma aplicação tão ampla.

Este vídeo lhe dirá o que é o silício:

Conceito e funcionalidades

O silício é um não metal, mas sob diferentes condições pode apresentar propriedades ácidas e básicas. É um semicondutor típico e é extremamente utilizado em engenharia elétrica. Suas propriedades físicas e químicas são em grande parte determinadas pelo estado alotrófico. Na maioria das vezes, eles lidam com a forma cristalina, pois suas qualidades são mais procuradas na economia nacional.

• O silício é um dos macronutrientes básicos do corpo humano. Sua falta tem um efeito prejudicial na condição do tecido ósseo, cabelo, pele, unhas. Além disso, o silício afeta o desempenho do sistema imunológico.
• Na medicina, o elemento, ou melhor, seus compostos, encontraram seu primeiro uso nessa função. A água de poços revestidos com pederneira não era apenas limpa, mas também tinha um efeito positivo na resistência a doenças infecciosas. Hoje, compostos com silício servem de base para medicamentos contra tuberculose, aterosclerose e artrite.
• Em geral, um não metal é inativo, porém, é difícil encontrá-lo em sua forma pura. Isso se deve ao fato de que no ar é rapidamente passivado por uma camada de dióxido e deixa de reagir. Quando aquecido, a atividade química aumenta. Como resultado, a humanidade está muito mais familiarizada com os compostos da matéria, e não consigo mesma.

Assim, o silício forma ligas com quase todos os metais - silicatos. Todos eles se distinguem por sua refratariedade e dureza e são utilizados em suas respectivas áreas: turbinas a gás, aquecedores de fornos.

Um não metal é colocado na tabela de D. I. Mendeleev no grupo 6 junto com carbono, germânio, o que indica uma certa semelhança com essas substâncias. Assim, com o carbono, é “em comum” a capacidade de formar compostos do tipo orgânico. Ao mesmo tempo, o silício, como o germânio, pode exibir as propriedades de um metal em algumas reações químicas, que são usadas na síntese.

Vantagens e desvantagens

Como qualquer outra substância em termos de aplicação na economia nacional, o silício possui certas qualidades úteis ou pouco úteis. Eles são importantes para determinar a área de uso.

• Uma vantagem significativa da substância é sua disponibilidade. Na natureza, no entanto, não é de forma livre, mas ainda assim, a tecnologia para obtenção de silício não é tão complicada, embora seja consumidora de energia.
• A segunda vantagem mais importante é formação de múltiplos compostos com benefícios extraordinários. Estes são os silanos, os silicídios, o dióxido e, é claro, vários silicatos. A capacidade do silício e seus compostos de formar soluções sólidas complexas é praticamente infinita, o que permite obter infinitas variações de vidro, pedra e cerâmica.
• Propriedades de semicondutores o não metal fornece a ele um lugar como material de base na engenharia elétrica e de rádio.
• Não-metal é não tóxico, que permite aplicação em qualquer setor e ao mesmo tempo não torna o processo tecnológico potencialmente perigoso.

As desvantagens do material incluem apenas fragilidade relativa com boa dureza. O silício não é usado para estruturas de suporte de carga, mas essa combinação permite processar adequadamente a superfície dos cristais, o que é importante para a instrumentação.

Vamos agora falar sobre as principais propriedades do silício.

Propriedades e características

Dado que o silício cristalino é mais utilizado na indústria, são precisamente as suas propriedades que são mais importantes, e são elas que são indicadas nas especificações técnicas. As propriedades físicas de uma substância são:

• ponto de fusão - 1417 C;
• ponto de ebulição - 2600 C;
• densidade é 2,33 g/cu. veja, que indica fragilidade;
• capacidade de calor, bem como condutividade térmica, não são constantes mesmo nas amostras mais puras: 800 J / (kg K), ou 0,191 cal / (g graus) e 84-126 W / (m K), ou 0,20-0, 30 cal/(cm seg graus), respectivamente;
• transparente a radiação infravermelha de onda longa, que é usada em óptica infravermelha;
• constante dielétrica - 1,17;
• dureza na escala de Mohs - 7.

As propriedades elétricas de um não metal são altamente dependentes de impurezas. Na indústria, esse recurso é usado modulando o tipo de semicondutor desejado. Em temperaturas normais, o silício é frágil, mas quando aquecido acima de 800 C, a deformação plástica é possível.

As propriedades do silício amorfo são notavelmente diferentes: é altamente higroscópico e reage muito mais ativamente mesmo em temperaturas normais.

A estrutura e composição química, bem como as propriedades do silício, são discutidas no vídeo abaixo:

Composição e estrutura

O silício existe em duas formas alotrópicas, igualmente estáveis ​​à temperatura normal.

• Cristal Tem a aparência de um pó cinza escuro. A substância, embora tenha uma rede cristalina semelhante ao diamante, é frágil – devido à ligação muito longa entre os átomos. De interesse são suas propriedades semicondutoras.
• Em pressões muito altas, você pode obter hexagonal modificação com uma densidade de 2,55 g / cu. ver No entanto, esta fase ainda não encontrou significado prático.
• Amorfo- Pó marrom. Ao contrário da forma cristalina, reage muito mais ativamente. Isso se deve não tanto à inércia da primeira forma, mas ao fato de que no ar a substância é coberta por uma camada de dióxido.

Além disso, é necessário levar em consideração outro tipo de classificação associada ao tamanho do cristal de silício, que juntos formam uma substância. A rede cristalina, como se sabe, implica no ordenamento não só dos átomos, mas também das estruturas que esses átomos formam - a chamada ordem de longo alcance. Quanto maior, mais homogênea será a substância em propriedades.

• monocristalino– a amostra é um cristal único. Sua estrutura é a mais ordenada possível, as propriedades são homogêneas e bem previsíveis. É este material que é mais procurado na engenharia elétrica. No entanto, também pertence ao tipo mais caro, pois o processo de obtenção é complicado e a taxa de crescimento é baixa.
• Multicristalino– a amostra é constituída por vários grãos cristalinos grandes. Os limites entre eles formam níveis defeituosos adicionais, o que reduz o desempenho da amostra como semicondutor e leva a um desgaste mais rápido. A tecnologia para cultivar um multicristal é mais simples e, portanto, o material é mais barato.
• Policristalino- consiste em um grande número de grãos dispostos aleatoriamente um em relação ao outro. Esta é a variedade mais pura de silício industrial, usado em microeletrônica e energia solar. Muitas vezes, é usado como matéria-prima para o cultivo de cristais múltiplos e monocristais.
• O silício amorfo também ocupa uma posição separada nesta classificação. Aqui a ordem dos átomos é mantida apenas nas distâncias mais curtas. No entanto, na engenharia elétrica, ainda é usado na forma de filmes finos.

Produção não metálica

Não é tão fácil obter silício puro, dada a inércia de seus compostos e o alto ponto de fusão da maioria deles. Na indústria, a redução de dióxido de carbono é mais frequentemente usada. A reação é realizada em fornos a arco a temperatura de 1800 C. Desta forma, obtém-se um não metal com pureza de 99,9%, o que não é suficiente para seu uso.

O material resultante é clorado para obter cloretos e cloridratos. Em seguida, os compostos são purificados por todos os métodos possíveis de impurezas e reduzidos com hidrogênio.

Também é possível purificar a substância obtendo-se o silicato de magnésio. O silicato é submetido à ação do ácido clorídrico ou acético. O silano é obtido e o último é purificado por vários métodos - sorção, retificação e assim por diante. Em seguida, o silano é decomposto em hidrogênio e silício a uma temperatura de 1000 C. Neste caso, obtém-se uma substância com uma fração de impureza de 10 -8 -10 -6%.

Uso de substâncias

Para a indústria, as características eletrofísicas dos não metais são de maior interesse. Sua forma de cristal único é um semicondutor de lacuna indireta. Suas propriedades são determinadas por impurezas, o que possibilita a obtenção de cristais de silício com as propriedades desejadas. Assim, a adição de boro, índio possibilita o crescimento de um cristal com condutividade de furos e a introdução de fósforo ou arsênico - um cristal com condutividade eletrônica.

• O silício serve literalmente como base da engenharia elétrica moderna. A partir dele são feitos transistores, fotocélulas, circuitos integrados, diodos e assim por diante. Além disso, a funcionalidade do dispositivo é quase sempre determinada apenas pela camada próxima à superfície do cristal, o que leva a requisitos muito específicos para o tratamento de superfície.
• Na metalurgia, o silício técnico é usado tanto como modificador de liga - dá maior resistência quanto como componente - em, por exemplo, e como desoxidante - na produção de ferro fundido.
• Metalúrgicas ultrapuras e refinadas formam a base da energia solar.
• O dióxido não metálico ocorre na natureza em formas muito diferentes. Suas variedades cristalinas - opala, ágata, cornalina, ametista, cristal de rocha, encontraram seu lugar na joalheria. Modificações que não são tão atraentes na aparência - sílex, quartzo, são usadas em metalurgia, construção e engenharia elétrica de rádio.
• O composto de um não metal com carbono - carboneto, é usado na metalurgia, na fabricação de instrumentos e na indústria química. É um semicondutor de gap largo, caracterizado por alta dureza - 7 na escala de Mohs, e resistência, o que permite que seja utilizado como material abrasivo.
• Silicatos - isto é, sais de ácido silícico. Instável, facilmente decomposto sob a influência da temperatura. Eles são notáveis ​​por formar sais numerosos e variados. Mas estes últimos são a base para a produção de vidro, cerâmica, faiança, cristal e. Podemos dizer com segurança que a construção moderna é baseada em uma variedade de silicatos.
• O vidro representa o caso mais interessante aqui. É baseado em aluminossilicatos, mas impurezas insignificantes de outras substâncias - geralmente óxidos - dão ao material muitas propriedades diferentes, incluindo cor. -, faiança, porcelana, na verdade, tem a mesma fórmula, embora com uma proporção diferente de componentes, e sua diversidade também é incrível.
• Um não metal tem outra habilidade: forma compostos do tipo carbono, na forma de uma longa cadeia de átomos de silício. Tais compostos são chamados compostos de organossilício. O escopo de sua aplicação não é menos conhecido - são silicones, selantes, lubrificantes e assim por diante.

O silício é um elemento muito comum e extremamente importante em muitas áreas da economia nacional. Além disso, não apenas a substância em si é usada ativamente, mas todos os seus vários e numerosos compostos.

Este vídeo falará sobre as propriedades e aplicações do silício: