Pregătire chimică pentru ZNO și DPA
Ediție cuprinzătoare

PARTEA ȘI

CHIMIE GENERALĂ

CHIMIA ELEMENTELOR

CARBON. SILICIAN

Aplicații ale carbonului și siliciului

Aplicarea carbonului

Carbonul este unul dintre cele mai căutate minerale de pe planeta noastră. Carbonul este folosit în principal ca combustibil pentru industria energetică. Producția anuală de cărbune în lume este de aproximativ 550 de milioane de tone. Pe lângă utilizarea cărbunelui ca purtător de căldură, o cantitate considerabilă din acesta este procesată în cocs, care este necesar pentru extracția diferitelor metale. Pentru fiecare tonă de fier produsă ca urmare a procesului de furnal, se cheltuiesc 0,9 tone de cocs. Cărbunele activat este folosit în medicină pentru otrăvire și în măștile de gaz.

Grafitul este folosit în cantități mari pentru a face creioane. Adăugarea de grafit la oțel crește duritatea și rezistența la abraziune. Un astfel de oțel este utilizat, de exemplu, pentru producția de pistoane, arbori cotiți și alte mecanisme. Capacitatea structurii de grafit de a se exfolia permite folosirea acestuia ca lubrifiant extrem de eficient la temperaturi foarte ridicate (aproximativ +2500 °C).

Grafitul are o altă proprietate foarte importantă - este un moderator eficient al neutronilor termici. Această proprietate este utilizată în reactoare nucleare. Recent, s-au folosit materiale plastice, în care se adaugă grafit ca umplutură. Proprietățile unor astfel de materiale fac posibilă utilizarea lor pentru producerea multor dispozitive și mecanisme importante.

Diamantele sunt folosite ca un material dur bun pentru producerea unor mecanisme precum roți de șlefuit, tăietori de sticlă, instalații de foraj și alte dispozitive care necesită duritate mare. Diamantele tăiate frumos sunt folosite ca bijuterii scumpe, care se numesc diamante.

Fulerenele au fost descoperite relativ recent (în 1985), prin urmare, nu au găsit încă aplicații aplicate, dar oamenii de știință desfășoară deja cercetări pentru crearea purtătorilor de informații de o capacitate uriașă. Nanotuburile sunt deja folosite în diferite nanotehnologii, cum ar fi administrarea de medicamente folosind un nanocnife, fabricarea de nanocalculatoare și multe altele.

Aplicarea siliciului

Siliciul este un semiconductor bun. Din el sunt fabricate diverse dispozitive semiconductoare, cum ar fi diode, tranzistoare, microcircuite și microprocesoare. Toate microcalculatoarele moderne folosesc procesoare pe bază de siliciu.Siliciul este folosit pentru a face celule solare care pot transforma energia solară în energie electrică.În plus, siliciul este folosit ca componentă de aliere pentru producerea de oțeluri aliate de înaltă calitate.

Siliciul în formă liberă a fost izolat în 1811 de J. Gay-Lussac și L. Tenard prin trecerea vaporilor de fluorură de siliciu peste potasiu metalic, dar nu a fost descris de aceștia ca element. Chimistul suedez J. Berzelius a dat în 1823 o descriere a siliciului obţinut de el prin tratarea sării de potasiu K 2 SiF 6 cu potasiu metal la temperatură ridicată. Noului element i s-a dat numele de „silicon” (din latinescul silex - silex). Numele rusesc „siliciu” a fost introdus în 1834 de chimistul rus german Ivanovici Hess. Tradus din altă greacă. krhmnoz- „stâncă, munte”.

Fiind în natură, obțineți:

În natură, siliciul se găsește sub formă de dioxid și silicați de diferite compoziții. Dioxidul de siliciu natural apare în principal sub formă de cuarț, deși există și alte minerale - cristobalit, tridimit, kitit, cousite. Siliciul amorf se găsește în depozitele de diatomee de pe fundul mărilor și oceanelor - aceste depozite s-au format din SiO 2, care făcea parte din diatomee și din unii ciliați.
Siliciul liber poate fi obținut prin calcinarea nisipului fin alb cu magneziu, care este aproape pur oxid de siliciu în compoziție chimică, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Siliciul de calitate industrială se obține prin reducerea topiturii de SiO 2 cu cocs la o temperatură de aproximativ 1800°C în cuptoare cu arc. Puritatea siliciului obtinut in acest fel poate ajunge la 99,9% (principalele impuritati sunt carbonul, metalele).

Proprietăți fizice:

Siliciul amorf are forma unei pulberi maro, a cărei densitate este de 2,0 g/cm 3 . Siliciu cristalin - o substanță cristalină de culoare gri închis, strălucitoare, fragilă și foarte tare, cristalizează în rețeaua diamantată. Este un semiconductor tipic (conduce electricitatea mai bine decât un izolator de tip cauciuc și mai rău decât un conductor - cuprul). Siliciul este fragil, doar atunci când este încălzit peste 800 °C devine plastic. Interesant este că siliciul este transparent la radiația infraroșie începând de la o lungime de undă de 1,1 micrometri.

Proprietăți chimice:

Din punct de vedere chimic, siliciul este inactiv. La temperatura camerei, reacţionează numai cu fluorul gazos pentru a forma tetrafluorură de siliciu volatilă SiF4. Când este încălzit la o temperatură de 400–500 °C, siliciul reacționează cu oxigenul pentru a forma dioxid și cu clorul, bromul și iodul pentru a forma tetrahalogenurile corespunzătoare ușor volatile SiHal 4 . La o temperatură de aproximativ 1000°C, siliciul reacţionează cu azotul pentru a forma nitrură de Si3N4, cu boruri stabile termic şi chimic de bor SiB3, SiB6 şi SiB12. Siliciul nu reacționează direct cu hidrogenul.
Pentru gravarea cu siliciu, un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic este cel mai larg utilizat.
Atitudine față de alcaline...
Siliciul este caracterizat de compuși cu o stare de oxidare de +4 sau -4.

Cele mai importante conexiuni:

Dioxid de siliciu, SiO2- (anhidridă silicică) ...
...
Acizi silicici- slab, insolubil, format prin adăugarea de acid la o soluție de silicat sub formă de gel (substanță gelatinoasă). H 4 SiO 4 (ortosiliciu) și H 2 SiO 3 (metasiliciu sau siliciu) există numai în soluție și se transformă ireversibil în SiO 2 când sunt încălzite și uscate. Produsul solid poros rezultat - gel de silice, are o suprafață dezvoltată și este utilizat ca adsorbant de gaz, desicant, catalizator și purtător de catalizator.
silicati- sărurile acizilor silicici în cea mai mare parte (cu excepția silicaților de sodiu și potasiu) sunt insolubile în apă. Proprietăți....
Compuși cu hidrogen- analogi ai hidrocarburilor, silani, compuși în care atomii de siliciu sunt legați printr-o singură legătură, Silene dacă atomii de siliciu sunt duble legături. Ca și hidrocarburile, acești compuși formează lanțuri și inele. Toți silanii se autoaprind, formează amestecuri explozive cu aerul și reacționează ușor cu apa.

Aplicație:

Siliciul găsește cea mai mare utilizare în producția de aliaje pentru a conferi rezistență aluminiului, cuprului și magneziului și pentru producerea de ferosilicide, care sunt importante în producția de oțeluri și tehnologia semiconductoare. Cristalele de siliciu sunt folosite în celulele solare și dispozitivele semiconductoare - tranzistoare și diode. Siliciul servește și ca materie primă pentru producția de compuși organosilicici, sau siloxani, obținuți sub formă de uleiuri, lubrifianți, materiale plastice și cauciucuri sintetice. Compușii anorganici de siliciu sunt utilizați în tehnologia ceramicii și sticlei, ca material izolator și piezocristale.

Pentru unele organisme, siliciul este un element biogen important. Face parte din structurile de susținere la plante și din structurile scheletice la animale. În cantități mari, siliciul este concentrat de organismele marine - diatomee, radiolari, bureți. Cantități mari de siliciu sunt concentrate în coada-calului și cereale, în primul rând în subfamiliile de bambus și orez, inclusiv orezul comun. Țesutul muscular uman conține (1-2) 10 -2% siliciu, țesut osos - 17 10 -4%, sânge - 3,9 mg/l. Cu alimente, până la 1 g de siliciu intră zilnic în corpul uman.

Antonov S.M., Tomilin K.G.
Universitatea de Stat KhF Tyumen, 571 de grupuri.

Caracteristica elementului

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

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

Siliciul este al doilea cel mai abundent element din scoarța terestră după oxigen (27,6% din masă). Nu se găsește în natură în stare liberă, se găsește în principal sub formă de SiO 2 sau silicați.

Compușii Si sunt toxici; inhalarea celor mai mici particule de SiO 2 și a altor compuși de siliciu (de exemplu, azbest) provoacă o boală periculoasă - silicoza

În starea fundamentală, atomul de siliciu are o valență = II, iar în stare excitată = IV.

Cea mai stabilă stare de oxidare a Si este +4. În compușii cu metale (siliciuri), S.O. -4.

Metode de obținere a siliciului

Cel mai comun compus natural de siliciu este silice (dioxid de siliciu) SiO 2 . Este principala materie primă pentru producția de siliciu.

1) Recuperarea SiO 2 cu carbon în cuptoare cu arc la 1800 "C: SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

2) Si de înaltă puritate dintr-un produs tehnic se obține conform schemei:

a) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Proprietățile fizice ale siliciului. Modificări alotropice ale siliciului

1) Siliciu cristalin - o substanță de culoare gri-argintiu cu un luciu metalic, o rețea cristalină de tip diamant; p.p. 1415"C, p.p. 3249"C, densitate 2,33 g/cm3; este un semiconductor.

2) Siliciu amorf - pulbere maro.

Proprietățile chimice ale siliciului

În majoritatea reacțiilor, Si acționează ca un agent reducător:

La temperaturi scăzute, siliciul este inert chimic; atunci când este încălzit, reactivitatea acestuia crește brusc.

1. Interacționează cu oxigenul la T peste 400°C:

Si + O 2 \u003d SiO 2 oxid de siliciu

2. Reacționează cu fluorul deja la temperatura camerei:

Si + 2F2 = SiF4 tetrafluorura de siliciu

3. Reacțiile cu alți halogeni au loc la o temperatură = 300 - 500 ° C

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. Cu vaporii de sulf la 600 ° C formează o disulfură:

5. Reacția cu azotul are loc peste 1000°C:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 nitrură de siliciu

6. La o temperatură = 1150°С reacţionează cu carbonul:

SiO 2 + 3C \u003d SiC + 2CO

Carborundum este aproape de diamant în duritate.

7. Siliciul nu reacționează direct cu hidrogenul.

8. Siliciul este rezistent la acizi. Interacționează numai cu un amestec de acizi azotic și fluorhidric (fluorhidric):

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

9. reacționează cu soluțiile alcaline pentru a forma silicați și eliberează hidrogen:

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

10. Proprietățile reducătoare ale siliciului sunt folosite pentru a izola metalele de oxizii lor:

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

În reacțiile cu metale, Si este un agent oxidant:

Siliciul formează siliciuri cu metalele s și majoritatea metalelor d.

Compoziția siliciurilor acestui metal poate fi diferită. (De exemplu, FeSi și FeSi 2; Ni 2 Si și NiSi 2.) Una dintre cele mai cunoscute siliciuri este siliciura de magneziu, care poate fi obținut prin interacțiunea directă a unor substanțe simple:

2Mg + Si = Mg2Si

Silan (monosilan) SiH 4

Silani (hidrogeni de siliciu) Si n H 2n + 2, (comparați cu alcanii), unde n \u003d 1-8. Silanii - analogi ai alcanilor, diferă de aceștia prin instabilitatea lanțurilor -Si-Si-.

Monosilanul SiH 4 este un gaz incolor cu miros neplăcut; solubil în etanol, benzină.

Modalități de a obține:

1. Descompunerea siliciurului de magneziu cu acid clorhidric: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. Reducerea halogenurilor de Si cu hidrură de litiu aluminiu: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Proprietăți chimice.

Silanul este un agent reducător puternic.

1.SiH 4 este oxidat de oxigen chiar și la temperaturi foarte scăzute:

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

2. SiH 4 este ușor hidrolizat, mai ales într-un mediu alcalin:

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

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

Oxid de siliciu (IV) (silice) SiO2

Siliciul există sub diferite forme: cristalină, amorfă și sticloasă. Cea mai comună formă cristalină este cuarțul. Când rocile de cuarț sunt distruse, se formează nisipuri de cuarț. Monocristalele de cuarț sunt transparente, incolore (cristal de rocă) sau colorate cu impurități în diverse culori (ametist, agat, jasp etc.).

SiO 2 amorf apare sub forma opalului mineral: gelul de silice se obtine artificial, format din particule coloidale de SiO 2 si fiind un foarte bun adsorbant. SiO 2 sticlos este cunoscut sub numele de sticlă de cuarț.

Proprietăți fizice

În apă, SiO 2 se dizolvă foarte puțin, în solvenți organici practic nu se dizolvă. Siliciul este un dielectric.

Proprietăți chimice

1. SiO 2 este un oxid acid, prin urmare silicea amorfă se dizolvă încet în soluții apoase de alcalii:

SiO2 + 2NaOH \u003d Na2SiO3 + H2O

2. SiO 2 interacționează și atunci când este încălzit cu oxizi bazici:

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

SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3

3. Fiind un oxid nevolatil, SiO 2 înlocuiește dioxidul de carbon din Na 2 CO 3 (în timpul fuziunii):

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

4. Siliciul reacţionează cu acidul fluorhidric, formând acid hidrofluorosilic H 2 SiF 6:

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

5. La 250 - 400 ° C, SiO 2 interacționează cu HF gazos și F 2, formând tetrafluorosilan (tetrafluorura de siliciu):

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

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

Acizi silicici

Cunoscut:

acid ortosilicic H4Si04;

Acid metasilicic (silicic) H2Si03;

Acizi di- și polisilicici.

Toți acizii silicici sunt puțin solubili în apă și formează cu ușurință soluții coloidale.

Modalitati de a primi

1. Precipitarea de către acizi din soluții de silicați de metale alcaline:

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

2. Hidroliza clorosilanilor: SiCl 4 + 4H 2 O \u003d H 4 SiO 4 + 4HCl

Proprietăți chimice

Acizii silicici sunt acizi foarte slabi (mai slabi decât acidul carbonic).

Când sunt încălzite, se deshidratează pentru a forma silice ca produs final.

H4SiO4 → H2SiO3 → SiO2

Silicati - saruri ale acizilor silicici

Deoarece acizii silicici sunt extrem de slabi, sărurile lor din soluții apoase sunt puternic hidrolizate:

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

SiO 3 2- + H 2 O \u003d HSiO 3 - + OH - (mediu alcalin)

Din același motiv, atunci când dioxidul de carbon este trecut prin soluții de silicați, acidul silicic este deplasat din acestea:

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

Această reacție poate fi considerată ca o reacție calitativă pentru ionii de silicat.

Dintre silicați, doar Na 2 SiO 3 și K 2 SiO 3 sunt foarte solubili, care se numesc sticlă solubilă, iar soluțiile lor apoase sunt numite sticlă lichidă.

Sticlă

Geamul obișnuit are compoziția Na 2 O CaO 6SiO 2, adică este un amestec de silicați de sodiu și calciu. Se obține prin topirea sodă Na 2 CO 3 , CaCO 3 calcar și SiO 2 nisip;

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

Ciment

Un material liant sub formă de pulbere care, atunci când interacționează cu apa, formează o masă de plastic, care în cele din urmă se transformă într-un corp solid asemănător pietrei; materialul principal de construcție.

Compoziția chimică a celui mai comun ciment Portland (în% din greutate) - 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al203; 2-5% Fe203; 1-5% MgO.

Carbonul și siliciul sunt elemente chimice ale grupului IVA a sistemului periodic. Sunt în perioadele 2 și, respectiv, 3. Carbonul și siliciul Carbonul și siliciul sunt elemente chimice ale grupului IVA
sistem periodic. Sunt în perioadele 2 și, respectiv, 3.
Carbonul și siliciul sunt elemente nemetalice.

Carbonul are 4 electroni în nivelul său exterior de energie - 2s22p2, la fel ca siliciul - 3s23p2.

Ca urmare, în compuși cu alte elemente
atomii de carbon și siliciu prezintă cel mai adesea grade
oxidare -4, +2, +4. Într-o substanță simplă, starea de oxidare
elementele este 0.

Istoria descoperirilor

C
În 1791, chimistul englez Tennant
a primit mai întâi carbon gratuit; este el
a trecut vapori de fosfor peste calcinat
cretă, rezultând formarea
fosfat de calciu și carbon. Diamantul acela
se arde la încălzire
restul este cunoscut de mult. În 1751
Împăratul german Franz I a fost de acord
dați un diamant și un rubin pentru experimente
ardere, după care aceste experimente chiar
a intrat în vogă. S-a dovedit că arde doar
diamant și rubin (alumină cu
impuritate de crom) rezistă fără
deteriora încălzirea prelungită în
focalizarea lentilei incendiare. Lavoisier
setați o nouă experiență de ardere a diamantelor cu
folosind o mașină incendiară mare
și a ajuns la concluzia că diamantul reprezintă
este carbon cristalin. Al doilea
alotrop de carbon - grafit - in
a fost luată în considerare perioada alchimică
luciu de plumb modificat şi
se numea plumbago; abia in 1740 Pott
a descoperit absența oricărei impurități de plumb în grafit.
Si
A fost prima dată în forma sa pură
despărțit în 1811
oameni de știință francezi
Joseph Louis Gay-Lussac și
Louis Jacques Tenard.

originea numelui

C
La începutul secolului al XIX-lea în rusă
literatura chimică uneori
a folosit termenul „carbohidrat”
(Sherer, 1807; Severgin, 1815); cu
1824 Solovyov a introdus numele
"carbon". Compuși de carbon
au o parte de carb (el) în nume
- din lat. carbō (gen. n. carbōnis)
"cărbune".
Si
În 1825, chimistul suedez Jöns
Jakob Berzelius în acțiune
potasiu metalic
fluorură de siliciu SiF4 primită
siliciu elementar pur.
Noul element a fost dat
denumirea „silicon” (din lat. silex
- silex). nume rusesc
„siliciul” introdus în 1834
chimist rus german
Ivanovici Hess. Tradus c
altul grecesc κρημνός - „stâncă, munte”.

Proprietățile fizice ale substanțelor simple carbon și siliciu.

Carbon
există în multe modificări alotrope cu foarte
diverse proprietăți fizice. Varietate de modificări
datorită capacităţii carbonului de a forma legături chimice de diferite
tip.
Sunt cunoscute următoarele modificări alotropice ale carbonului: grafit, diamant, carabină
și fullerene.
un diamant
b) grafit
c) lonsdaleit
d) fullerene - buckyball C60
e) fullerenă C540
f) fullerenă C70
g) carbon amorf
h) nanotub de carbon

Diamantul este o substanță transparentă incoloră (uneori gălbui, maroniu, verde, negru, albastru, roșcat), foarte puternic refractivă

Diamant - incolor (uneori gălbui, maroniu, verde, negru, albastru, roșcat)
o substanta transparenta care refracta foarte puternic razele de lumina.
Depășește toate substanțele naturale cunoscute ca duritate. Dar este fragil.
Inert din punct de vedere chimic, slab conductor de căldură și electricitate.
Densitate 3,5 g/cm3.
Fiecare atom de carbon din structura diamantului este situat în centrul tetraedrului, cu vârfuri
deservite de cei mai apropiați patru atomi. Este legătura puternică a atomilor de carbon care explică
duritate mare a diamantului.
Grafitul este cea mai comună formă.
Este o substanță neagră foarte moale, cu un luciu metalic și conduce bine.
curent electric și căldură. Gras la atingere, atunci când este frecat, se exfoliază în separat
cântare.
ttopire = 3750 °C (se topește la o presiune de 10 MPa, se sublimează la presiune normală).
Densitate 2,22 g/cm3.
Structura grafitului este formată din straturi paralele de grile formate din
hexagoane cu atomi de carbon la vârfuri. Atomi în fiecare strat individual
sunt puternic legate, iar legătura dintre straturi este slabă.

Carbina este o modificare sintetică a carbonului. Pulbere cristalină fină neagră. Densitate 1,9–2 g/cm3. Semiconductor.

Fulerenele sunt molecule sferice formate din pentagoane și hexagoane de atomi de carbon conectați între ei. Vn

Fulerenele sunt molecule sferice
format din pentagoane și hexagoane de atomi de carbon,
interconectate. Moleculele sunt goale în interior. LA
Până în prezent, s-au obținut fulerene din compoziția C60, C70 etc.

10. Siliciu. Siliciul cristalin este o substanță gri închis cu un luciu metalic, are o structură cubică de diamant, dar este semnificativ

Siliciu.
Siliciul cristalin este o substanță gri închisă cu un metal
strălucire, are o structură cubică de diamant, dar este semnificativ inferioară acesteia în ceea ce privește
duritate, destul de fragil. Punct de topire 1415 °C, temperatura
punct de fierbere 2680 °C, densitate 2,33 g/cm3. Are semiconductor
proprietăți, rezistența sa scade odată cu creșterea temperaturii.
Siliciul amorf este o pulbere maro pe bază de foarte dezordonate
structură asemănătoare diamantului. Mai reactiv decât
siliciu cristalin.

11. Proprietăți chimice

Cu
Interacțiunea cu nemetale
C + 2S = CS2. C + O2 = CO2, C + 2F2 = CF4. C + 2H2 = CH4.
nu interacționează cu azotul și fosforul.
Interacțiunea cu metalele
Capabil să interacționeze cu metalele, formând carburi:
Ca + 2C = CaC2.
Interacțiunea cu apa
C + H2O = CO + H2.
Carbonul este capabil să reducă multe metale din acestea
oxizi:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Acizi sulfuric și azotic concentrați la încălzire
oxidează carbonul în monoxid de carbon (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

12.

Si
Interacțiunea cu nemetale
Si + 2F2 = SiF4. Si + 2Cl2 = SiCl4. Si + O2 = SiO2.
Si + C = SiC Si + 3B = B3Si. 3Si + 2N2 = Si3N4.
Nu interacționează cu hidrogenul.
Interacțiune cu halogenuri de hidrogen
Si + 4HF = SiF4 + 2H2,
Interacțiunea cu metalele
2Ca + Si = Ca2Si.
Interacțiunea cu acizii
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O.
Interacțiunea cu alcalii
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.

13. Găsit în natură Sub formă de dioxid de carbon, carbonul pătrunde în atmosferă (0,03% din volum). Cărbune, turbă, petrol și gaze naturale - produse

Fiind în natură
Sub formă de dioxid de carbon, carbonul intră în atmosferă (0,03% până la
volum).
Cărbunele, turba, petrolul și gazele naturale sunt produse de degradare
flora Pământului din antichitate.

14.

Compuși anorganici naturali
carbon - carbonați. calcit mineral
CaCO3 este baza sedimentare
roci – calcare. Alte
modificări ale carbonatului de calciu
cunoscut sub numele de marmură și cretă

15. Siliciu în natură

Este distribuit pe scară largă ca silice SiO2 și diverse
silicati.
De exemplu, granitul conține mai mult de 60% silice, în timp ce este cristalin
cuarțul este cel mai pur dintre compușii naturali de siliciu cu
oxigen.
{
Frunzele de urzica sunt acoperite cu fire de par spinoase din oxid pur.
silicon (IV), care sunt tuburi goale de 1-2 mm lungime.
Tubulii sunt umpluți cu un lichid care conține acid formic.

16. Aplicarea carbonului

Grafitul este folosit în industria creionului. Se mai foloseste in
ca lubrifiant la temperaturi deosebit de ridicate sau scăzute.
Diamantul, datorită durității sale excepționale, este un material abraziv indispensabil.
Duzele de șlefuit ale burghiilor au un strat de diamant. În afară de,
diamante tăiate - diamantele sunt folosite ca pietre prețioase în
Bijuterii. Datorită rarității lor, calităților decorative ridicate și
coincidența circumstanțelor istorice, diamantul este invariabil cel mai mult
o bijuterie scumpă.
{
Diferiți compuși sunt utilizați pe scară largă în farmacologie și medicină.
carbon - derivați ai acidului carbonic și ai acizilor carboxilici.
Carbolen (cărbune activat), utilizat pentru absorbție și eliminare din
organism de diferite toxine.

17. Aplicarea siliciului

Siliciul își găsește aplicație în semiconductor
tehnologie si microelectronica, in metalurgie ca
aditivi pentru oțeluri și în producția de aliaje.
Compușii de siliciu servesc ca bază pentru producție
sticla si ciment. Productie sticla si ciment
angajat în industria silicaţilor. Si ea
produce ceramică de silicat - cărămidă, porțelan,
faianta si produse din acestea.
Adezivul silicat este larg cunoscut, folosit în
construcție ca desicant, și în pirotehnică și în viața de zi cu zi
pentru lipirea hârtiei.

Ca element chimic independent, siliciul a devenit cunoscut omenirii abia în 1825. Ceea ce, desigur, nu a împiedicat utilizarea compușilor de siliciu într-un astfel de număr de sfere încât este mai ușor să le enumerați pe cele în care elementul nu este utilizat. Acest articol va face lumină asupra proprietăților fizice, mecanice și chimice utile ale siliciului și ale compușilor săi, aplicații și vom vorbi, de asemenea, despre modul în care siliciul afectează proprietățile oțelului și ale altor metale.

Pentru început, să ne oprim asupra caracteristicilor generale ale siliciului. De la 27,6 la 29,5% din masa scoarței terestre este siliciu. În apa de mare, concentrația elementului este, de asemenea, corectă - până la 3 mg / l.

În ceea ce privește prevalența în litosferă, siliciul ocupă al doilea loc de onoare după oxigen. Cu toate acestea, cea mai cunoscută formă a sa, silicea, este un oxid și tocmai proprietățile sale au devenit baza pentru o aplicare atât de largă.

Acest videoclip vă va spune ce este siliciul:

Concept și caracteristici

Siliciul este un nemetal, dar în diferite condiții poate prezenta atât proprietăți acide, cât și bazice. Este un semiconductor tipic și este extrem de utilizat pe scară largă în inginerie electrică. Proprietățile sale fizice și chimice sunt în mare măsură determinate de starea alotropică. Cel mai adesea, se ocupă de forma cristalină, deoarece calitățile sale sunt mai solicitate în economia națională.

• Siliciul este unul dintre macronutrienții de bază din corpul uman. Lipsa acestuia are un efect dăunător asupra stării țesutului osos, părului, pielii, unghiilor. În plus, siliciul afectează performanța sistemului imunitar.
• În medicină, elementul, sau mai degrabă, compușii săi, și-au găsit prima utilizare în această calitate. Apa din fântânile căptușite cu silex nu era doar curată, dar avea și un efect pozitiv asupra rezistenței la bolile infecțioase. Astăzi, compușii cu siliciu servesc drept bază pentru medicamentele împotriva tuberculozei, aterosclerozei și artritei.
• În general, un nemetal este inactiv, cu toate acestea, este dificil să-l găsești în forma sa pură. Acest lucru se datorează faptului că în aer este pasivizat rapid de un strat de dioxid și încetează să reacționeze. Când este încălzit, activitatea chimică crește. Drept urmare, omenirea este mult mai familiarizată cu compușii materiei și nu cu ea însăși.

Deci, siliciul formează aliaje cu aproape toate metalele - siliciuri. Toate se disting prin refractaritate și duritate și sunt utilizate în domeniile lor respective: turbine cu gaz, încălzitoare de cuptoare.

Un nemetal este plasat în tabelul lui D. I. Mendeleev în grupa 6 împreună cu carbonul, germaniul, ceea ce indică o anumită comunitate cu aceste substanțe. Deci, cu carbonul, este „în comun” cu capacitatea de a forma compuși de tip organic. În același timp, siliciul, precum germaniul, poate prezenta proprietățile unui metal în unele reacții chimice, care este utilizat în sinteză.

Avantaje și dezavantaje

Ca orice alta substanta in ceea ce priveste aplicarea in economia nationala, siliciul are anumite calitati utile sau nu prea mari. Ele sunt importante pentru determinarea zonei de utilizare.

• Un avantaj semnificativ al substanței este ea disponibilitate. În natură, însă, nu este într-o formă liberă, dar totuși, tehnologia de obținere a siliciului nu este atât de complicată, deși este consumatoare de energie.
• Al doilea cel mai important avantaj este formarea mai multor compuși cu beneficii extraordinare. Aceștia sunt silani și siliciuri și dioxid și, desigur, diverși silicați. Capacitatea siliciului și a compușilor săi de a forma soluții solide complexe este practic infinită, ceea ce face posibilă obținerea la nesfârșit a unei varietăți de sticlă, piatră și ceramică.
• Proprietăți semiconductoare nemetalul îi oferă un loc ca material de bază în ingineria electrică și radio.
• Nemetal este netoxice, care permite aplicarea în orice industrie, și în același timp nu transformă procesul tehnologic într-unul potențial periculos.

Dezavantajele materialului includ doar fragilitatea relativă cu duritate bună. Siliciul nu este utilizat pentru structuri portante, dar această combinație face posibilă procesarea corectă a suprafeței cristalelor, ceea ce este important pentru instrumentare.

Să vorbim acum despre principalele proprietăți ale siliciului.

Proprietăți și caracteristici

Deoarece siliciul cristalin este cel mai des folosit în industrie, tocmai proprietățile sale sunt cele mai importante și sunt date în specificațiile tehnice. Proprietățile fizice ale unei substanțe sunt:

• punct de topire - 1417 C;
• punctul de fierbere - 2600 C;
• densitatea este de 2,33 g/cu. vezi, ceea ce indică fragilitate;
• capacitatea termică, precum și conductibilitatea termică, nu sunt constante nici măcar pe cele mai pure probe: 800 J / (kg K), sau 0,191 cal / (g deg) și 84-126 W / (m K), sau 0,20-0, 30 cal/(cm sec grad), respectiv;
• radiația infraroșie transparentă până la unde lungi, care este utilizată în optica infraroșie;
• constantă dielectrică - 1,17;
• duritate pe scara Mohs - 7.

Proprietățile electrice ale unui nemetal sunt foarte dependente de impurități. În industrie, această caracteristică este utilizată prin modularea tipului dorit de semiconductor. La temperaturi normale, siliciul este casant, dar atunci când este încălzit peste 800 C, este posibilă deformarea plastică.

Proprietățile siliciului amorf sunt izbitor de diferite: este foarte higroscopic și reacționează mult mai activ chiar și la temperaturi normale.

Structura și compoziția chimică, precum și proprietățile siliciului sunt discutate în videoclipul de mai jos:

Compoziție și structură

Siliciul există în două forme alotrope, la fel de stabile la temperatură normală.

• Cristal Are aspectul unei pulberi de culoare gri închis. Substanța, deși are o rețea cristalină asemănătoare unui diamant, este fragilă - din cauza legăturii prea lungi dintre atomi. De interes sunt proprietățile sale semiconductoare.
• La presiuni foarte mari, poți obține hexagonal modificare cu o densitate de 2,55 g/cu. vezi Totuși, această fază nu și-a găsit încă semnificație practică.
• Amorf- Pulbere maro. Spre deosebire de forma cristalină, ea reacționează mult mai activ. Acest lucru se datorează nu atât inerției primei forme, cât și faptului că în aer substanța este acoperită cu un strat de dioxid.

În plus, este necesar să se țină cont de un alt tip de clasificare asociat cu dimensiunea cristalului de siliciu, care împreună formează o substanță. Rețeaua cristalină, așa cum se știe, implică ordonarea nu numai a atomilor, ci și a structurilor pe care le formează acești atomi - așa-numita ordine pe distanță lungă. Cu cât este mai mare, cu atât substanța va fi mai omogenă în proprietăți.

• monocristalină– proba este un monocristal. Structura sa este cât se poate de ordonată, proprietățile sunt omogene și bine previzibile. Acest material este cel mai solicitat în inginerie electrică. Cu toate acestea, aparține și celui mai scump tip, deoarece procesul de obținere a acestuia este complicat, iar rata de creștere este scăzută.
• Multicristalin– proba este formată dintr-un număr de boabe cristaline mari. Granițele dintre ele formează niveluri defecte suplimentare, ceea ce reduce performanța probei ca semiconductor și duce la o uzură mai rapidă. Tehnologia de creștere a unui multicristal este mai simplă și, prin urmare, materialul este mai ieftin.
• Policristalină- constă dintr-un număr mare de boabe dispuse aleator unul față de celălalt. Aceasta este cea mai pură varietate de siliciu industrial, folosită în microelectronică și energie solară. Destul de des este folosit ca materie primă pentru creșterea cristalelor multiple și simple.
• Siliciul amorf ocupă, de asemenea, o poziție separată în această clasificare. Aici ordinea atomilor se mentine doar la cele mai scurte distante. Cu toate acestea, în inginerie electrică, este încă folosit sub formă de pelicule subțiri.

Producție nemetalică

Nu este atât de ușor să obțineți siliciu pur, având în vedere inerția compușilor săi și punctul de topire ridicat al majorității acestora. În industrie, reducerea dioxidului de carbon este cel mai des utilizată. Reacția se realizează în cuptoare cu arc la o temperatură de 1800 C. Astfel, se obține un nemetal cu o puritate de 99,9%, ceea ce nu este suficient pentru utilizarea sa.

Materialul rezultat este clorizat pentru a se obține cloruri și clorhidrati. Apoi compușii sunt purificați prin toate metodele posibile de impurități și reducți cu hidrogen.

De asemenea, este posibilă purificarea substanței prin obținerea de siliciură de magneziu. Siliciul este supus acțiunii acidului clorhidric sau acetic. Se obține silan, iar acesta din urmă este purificat prin diverse metode - sorbție, rectificare și așa mai departe. Apoi silanul se descompune în hidrogen și siliciu la o temperatură de 1000 C. În acest caz, se obține o substanță cu o fracție de impurități de 10 -8 -10 -6%.

Consumul de substanțe

Pentru industrie, caracteristicile electrofizice ale nemetalului sunt de cel mai mare interes. Forma sa de un singur cristal este un semiconductor cu gol indirect. Proprietățile sale sunt determinate de impurități, ceea ce face posibilă obținerea de cristale de siliciu cu proprietățile dorite. Deci, adăugarea de bor, indiu face posibilă creșterea unui cristal cu conductivitate în găuri și introducerea de fosfor sau arsen - un cristal cu conductivitate electronică.

• Siliciul servește literalmente ca bază a ingineriei electrice moderne. Din el sunt fabricate tranzistori, fotocelule, circuite integrate, diode și așa mai departe. Mai mult decât atât, funcționalitatea dispozitivului este aproape întotdeauna determinată doar de stratul aproape de suprafață al cristalului, ceea ce duce la cerințe foarte specifice specifice pentru tratarea suprafeței.
• În metalurgie, siliciul tehnic este folosit atât ca modificator de aliaj - dă o rezistență mai mare, cât și ca component - în, de exemplu, și ca dezoxidant - în producția de fontă.
• Metalurgia ultra-pură și rafinată formează baza energiei solare.
• Dioxidul nemetal apare în natură sub forme foarte diferite. Varietățile sale cristaline - opal, agat, carnelian, ametist, cristal de stâncă, și-au găsit locul în bijuterii. Modificările care nu sunt atât de atractive ca aspect - silex, cuarț, sunt utilizate în metalurgie și în construcții și în inginerie radioelectrică.
• Compusul unui nemetal cu carbon - carbură, este utilizat în metalurgie, în fabricarea instrumentelor și în industria chimică. Este un semiconductor cu decalaj larg, caracterizat prin duritate mare - 7 pe scara Mohs și rezistență, ceea ce îi permite să fie utilizat ca material abraziv.
• Silicați - adică săruri ale acidului silicic. Instabil, ușor de descompus sub influența temperaturii. Sunt remarcabile prin faptul că formează săruri numeroase și variate. Dar acestea din urmă stau la baza producției de sticlă, ceramică, faianță, cristal și. Putem spune cu siguranță că construcția modernă se bazează pe o varietate de silicați.
• Sticla reprezintă cel mai interesant caz aici. Se bazează pe aluminosilicați, dar impuritățile nesemnificative ale altor substanțe - de obicei oxizi - dau materialului o mulțime de proprietăți diferite, inclusiv culoarea. -, faianta, portelanul, de fapt, are aceeasi formula, desi cu un raport diferit de componente, iar diversitatea sa este si ea uimitoare.
• Un nemetal are o altă abilitate: formează compuși de tip carbon, sub forma unui lanț lung de atomi de siliciu. Astfel de compuși se numesc compuși organosiliciici. Domeniul de aplicare al acestora nu este mai puțin cunoscut - acestea sunt siliconi, etanșanți, lubrifianți și așa mai departe.

Siliciul este un element foarte comun și este extrem de important în multe domenii ale economiei naționale. În plus, nu numai substanța în sine este utilizată în mod activ, ci toți compușii săi diferiți și numeroși.

Acest videoclip va vorbi despre proprietățile și aplicațiile siliciului: