Paghahanda ng kimika para sa ZNO at DPA
Komprehensibong edisyon

BAHAGI AT

PANGKALAHATANG CHEMISTRY

CHEMISTRY NG MGA ELEMENTO

CARBON. SILICIAN

Mga aplikasyon ng carbon at silikon

Paglalapat ng carbon

Ang carbon ay isa sa mga pinaka hinahangad na mineral sa ating planeta. Ang carbon ay pangunahing ginagamit bilang panggatong para sa industriya ng enerhiya. Ang taunang produksyon ng matigas na karbon sa mundo ay humigit-kumulang 550 milyong tonelada. Bilang karagdagan sa paggamit ng karbon bilang isang heat carrier, ang isang malaking halaga nito ay naproseso sa coke, na kinakailangan para sa pagkuha ng iba't ibang mga metal. Para sa bawat toneladang bakal na ginawa bilang resulta ng proseso ng blast-furnace, 0.9 toneladang coke ang ginagastos. Ang activated charcoal ay ginagamit sa gamot para sa pagkalason at sa mga gas mask.

Ang graphite ay ginagamit sa maraming dami upang gumawa ng mga lapis. Ang pagdaragdag ng grapayt sa bakal ay nagpapataas ng katigasan at paglaban nito sa abrasion. Ang ganitong bakal ay ginagamit, halimbawa, para sa paggawa ng mga piston, crankshaft at ilang iba pang mga mekanismo. Ang kakayahan ng istraktura ng grapayt na mag-exfoliate ay nagpapahintulot na magamit ito bilang isang napaka-epektibong pampadulas sa napakataas na temperatura (mga +2500 °C).

Ang Graphite ay may isa pang napakahalagang pag-aari - ito ay isang epektibong moderator ng mga thermal neutron. Ang ari-arian na ito ay ginagamit sa mga nuclear reactor. Kamakailan lamang, ang mga plastik ay ginamit, kung saan ang grapayt ay idinagdag bilang isang tagapuno. Ang mga katangian ng naturang mga materyales ay ginagawang posible na gamitin ang mga ito para sa paggawa ng maraming mahahalagang kagamitan at mekanismo.

Ang mga diamante ay ginagamit bilang isang mahusay na matigas na materyal para sa paggawa ng mga mekanismo tulad ng paggiling ng mga gulong, mga pamutol ng salamin, mga drilling rig at iba pang mga aparato na nangangailangan ng mataas na tigas. Ang magagandang ginupit na diamante ay ginagamit bilang mamahaling alahas, na tinatawag na mga diamante.

Ang mga Fullerenes ay natuklasan kamakailan lamang (noong 1985), samakatuwid, hindi pa sila nakakahanap ng mga inilapat na aplikasyon, ngunit ang mga siyentipiko ay nagsasagawa na ng pananaliksik sa paglikha ng mga carrier ng impormasyon na may malaking kapasidad. Ang mga nanotube ay ginagamit na sa iba't ibang nanotechnologies, tulad ng pangangasiwa ng mga gamot gamit ang isang nanoknife, ang paggawa ng mga nanocomputer, at marami pang iba.

Paglalapat ng silikon

Ang Silicon ay isang magandang semiconductor. Ang iba't ibang mga aparatong semiconductor ay ginawa mula dito, tulad ng mga diode, transistors, microcircuits at microprocessors. Gumagamit ang lahat ng modernong microcomputer ng mga processor na nakabatay sa silicon. Ginagamit ang Silicon para gumawa ng mga solar cell na maaaring mag-convert ng solar energy sa electrical energy. Bilang karagdagan, ginagamit ang silicon bilang isang alloying component para sa produksyon ng mga de-kalidad na alloy steel.

Ang silikon sa libreng anyo ay nahiwalay noong 1811 nina J. Gay-Lussac at L. Tenard sa pamamagitan ng pagpasa ng mga singaw ng silicon fluoride sa metal na potassium, ngunit hindi ito inilarawan ng mga ito bilang isang elemento. Ang Swedish chemist na si J. Berzelius noong 1823 ay nagbigay ng paglalarawan ng silikon na nakuha niya sa pamamagitan ng paggamot sa potassium salt K 2 SiF 6 na may potassium metal sa mataas na temperatura. Ang bagong elemento ay binigyan ng pangalang "silicon" (mula sa Latin na silex - flint). Ang pangalang Ruso na "silicon" ay ipinakilala noong 1834 ng Russian chemist na si German Ivanovich Hess. Isinalin mula sa ibang Griyego. krhmnoz- "cliff, bundok".

Ang pagiging likas, nakakakuha ng:

Sa kalikasan, ang silikon ay matatagpuan sa anyo ng dioxide at silicates ng iba't ibang komposisyon. Ang natural na silikon dioxide ay nangyayari pangunahin sa anyo ng kuwarts, bagaman mayroong iba pang mga mineral - cristobalite, tridymite, kitite, cousite. Ang amorphous silica ay matatagpuan sa mga diatom na deposito sa ilalim ng mga dagat at karagatan - ang mga deposito na ito ay nabuo mula sa SiO 2, na bahagi ng mga diatom at ilang ciliates.
Maaaring makuha ang libreng silikon sa pamamagitan ng pag-calcine ng pinong puting buhangin na may magnesium, na halos purong silicon oxide sa kemikal, SiO 2 +2Mg=2MgO+Si. Ang industrial grade silicon ay nakukuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng SiO 2 melt na may coke sa temperatura na humigit-kumulang 1800°C sa mga arc furnace. Ang kadalisayan ng silikon na nakuha sa ganitong paraan ay maaaring umabot sa 99.9% (ang pangunahing mga impurities ay carbon, metal).

Mga katangiang pisikal:

Ang amorphous silicon ay may anyo ng isang kayumangging pulbos, ang density nito ay 2.0 g/cm 3 . Crystalline silicon - isang madilim na kulay-abo, makintab na mala-kristal na substansiya, malutong at napakatigas, nag-crystallize sa brilyante na sala-sala. Ito ay isang tipikal na semiconductor (nagsasagawa ng kuryente na mas mahusay kaysa sa isang insulator na uri ng goma, at mas masahol pa kaysa sa isang konduktor - tanso). Ang silikon ay malutong, kapag pinainit sa itaas ng 800 °C ito ay nagiging plastik. Kapansin-pansin, ang silicon ay transparent sa infrared radiation na nagsisimula sa wavelength na 1.1 micrometers.

Mga katangian ng kemikal:

Sa kemikal, ang silikon ay hindi aktibo. Sa temperatura ng silid, ito ay tumutugon lamang sa gaseous fluorine upang bumuo ng pabagu-bago ng isip na silicon tetrafluoride SiF 4 . Kapag pinainit sa temperatura na 400–500 °C, ang silicon ay tumutugon sa oxygen upang bumuo ng dioxide, at sa chlorine, bromine, at yodo upang mabuo ang katumbas na madaling pabagu-bago ng tetrahalides SiHal 4 . Sa temperatura na humigit-kumulang 1000°C, ang silicon ay tumutugon sa nitrogen upang bumuo ng nitride Si 3 N 4 , na may boron - thermally at chemically stable na boride na SiB 3 , SiB 6 at SiB 12 . Ang Silicon ay hindi direktang tumutugon sa hydrogen.
Para sa pag-ukit ng silikon, ang pinaghalong hydrofluoric at nitric acid ay pinaka-malawakang ginagamit.
Saloobin sa alkalis ...
Ang Silicon ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga compound na may estado ng oksihenasyon na +4 o -4.

Ang pinakamahalagang koneksyon:

Silicon dioxide, SiO 2- (silicic anhydride) ...
...
Mga silicic acid- mahina, hindi matutunaw, nabuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng acid sa isang silicate na solusyon sa anyo ng isang gel (gelatinous substance). Ang H 4 SiO 4 (orthosilicon) at H 2 SiO 3 (metasilicon, o silicon) ay umiiral lamang sa solusyon at hindi maibabalik sa SiO 2 kapag pinainit at pinatuyo. Ang resultang solid porous na produkto - silica gel, ay may nabuong ibabaw at ginagamit bilang gas adsorbent, desiccant, catalyst at catalyst carrier.
silicates- ang mga asin ng silicic acid sa karamihan (maliban sa sodium at potassium silicates) ay hindi matutunaw sa tubig. Ari-arian....
Mga compound ng hydrogen- mga analogue ng hydrocarbons, silanes, mga compound kung saan ang mga atomo ng silikon ay konektado sa pamamagitan ng iisang bono, Silenes kung ang mga atomo ng silikon ay double bonded. Tulad ng mga hydrocarbon, ang mga compound na ito ay bumubuo ng mga kadena at singsing. Ang lahat ng silanes ay nagniningas sa sarili, bumubuo ng mga paputok na halo sa hangin, at madaling tumutugon sa tubig.

Application:

Natagpuan ng Silicon ang pinakamalaking paggamit sa paggawa ng mga haluang metal para sa pagbibigay ng lakas sa aluminyo, tanso at magnesiyo at para sa produksyon ng mga ferrosilicids, na mahalaga sa produksyon ng mga bakal at teknolohiyang semiconductor. Ang mga silikon na kristal ay ginagamit sa mga solar cell at mga aparatong semiconductor - mga transistor at diode. Ang silikon ay nagsisilbi rin bilang isang hilaw na materyal para sa paggawa ng mga organosilicon compound, o siloxanes, na nakuha sa anyo ng mga langis, pampadulas, plastik at sintetikong goma. Ang mga inorganic na silicon compound ay ginagamit sa ceramic at glass technology, bilang isang insulating material at piezocrystals.

Para sa ilang mga organismo, ang silikon ay isang mahalagang biogenic na elemento. Ito ay bahagi ng mga sumusuportang istruktura sa mga halaman at mga istruktura ng kalansay sa mga hayop. Sa malalaking dami, ang silikon ay puro mga organismo sa dagat - mga diatom, radiolarians, espongha. Ang malalaking halaga ng silicon ay puro sa mga horsetail at cereal, pangunahin sa mga subfamilya ng Bamboo at Rice, kabilang ang karaniwang bigas. Ang tissue ng kalamnan ng tao ay naglalaman ng (1-2) 10 -2% silikon, tissue ng buto - 17 10 -4%, dugo - 3.9 mg / l. Sa pagkain, hanggang 1 g ng silikon ang pumapasok sa katawan ng tao araw-araw.

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

Katangian ng elemento

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

Isotopes: 28 Si (92.27%); 29Si (4.68%); 30 Si (3.05%)

Ang silikon ay ang pangalawang pinakamaraming elemento sa crust ng lupa pagkatapos ng oxygen (27.6% ng masa). Hindi ito nangyayari sa kalikasan sa isang libreng estado, ito ay matatagpuan higit sa lahat sa anyo ng SiO 2 o silicates.

Ang mga compound ng Si ay nakakalason; Ang paglanghap ng pinakamaliit na particle ng SiO 2 at iba pang mga silicon compound (halimbawa, asbestos) ay nagdudulot ng mapanganib na sakit - silicosis

Sa ground state, ang silicon atom ay may valence = II, at sa isang excited state = IV.

Ang pinaka-matatag na estado ng oksihenasyon ng Si ay +4. Sa mga compound na may mga metal (silicido), S.O. -4.

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng silikon

Ang pinakakaraniwang natural na silicon compound ay silica (silicon dioxide) SiO 2 . Ito ang pangunahing hilaw na materyal para sa paggawa ng silikon.

1) Pagbawi ng SiO 2 na may carbon sa mga arc furnace sa 1800 "C: SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

2) Ang mataas na kadalisayan Si mula sa isang teknikal na produkto ay nakuha ayon sa pamamaraan:

a) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Mga pisikal na katangian ng silikon. Mga allotropic na pagbabago ng silikon

1) Crystalline silicon - isang sangkap ng kulay pilak-kulay-abo na may metal na kinang, isang kristal na sala-sala na uri ng brilyante; m.p. 1415 "C, b.p. 3249" C, density 2.33 g/cm3; ay isang semiconductor.

2) Amorphous silicon - kayumanggi pulbos.

Mga kemikal na katangian ng silikon

Sa karamihan ng mga reaksyon, ang Si ay gumaganap bilang isang ahente ng pagbabawas:

Sa mababang temperatura, ang silikon ay hindi chemically inert; kapag pinainit, ang reaktibiti nito ay tumataas nang husto.

1. Nakikipag-ugnayan ito sa oxygen sa T sa itaas 400°C:

Si + O 2 \u003d SiO 2 silikon oksido

2. Tumutugon sa fluorine na nasa temperatura ng silid:

Si + 2F 2 = SiF 4 silikon tetrafluoride

3. Ang mga reaksyon sa iba pang mga halogen ay nagpapatuloy sa temperatura = 300 - 500 ° C

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. Sa sulfur vapor sa 600 ° C ay bumubuo ng disulfide:

5. Ang reaksyon sa nitrogen ay nangyayari sa itaas ng 1000°C:

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

6. Sa isang temperatura = 1150°C ito ay tumutugon sa carbon:

SiO 2 + 3C \u003d SiC + 2CO

Ang Carborundum ay malapit sa brilyante sa tigas.

7. Ang Silicon ay hindi direktang tumutugon sa hydrogen.

8. Ang silikon ay lumalaban sa mga acid. Nakikipag-ugnayan lamang sa pinaghalong nitric at hydrofluoric (hydrofluoric) acids:

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

9. tumutugon sa mga solusyon sa alkali upang bumuo ng mga silicate at maglabas ng hydrogen:

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

10. Ang mga nagpapababang katangian ng silikon ay ginagamit upang ihiwalay ang mga metal mula sa kanilang mga oxide:

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

Sa mga reaksyon sa mga metal, ang Si ay isang oxidizing agent:

Ang Silicon ay bumubuo ng mga silicid na may mga s-metal at karamihan sa mga d-metal.

Ang komposisyon ng silicide ng metal na ito ay maaaring magkakaiba. (Halimbawa, FeSi at FeSi 2; Ni 2 Si at NiSi 2.) Isa sa mga pinakatanyag na silicide ay magnesium silicide, na maaaring makuha sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan ng mga simpleng sangkap:

2Mg + Si = Mg 2 Si

Silane (monosilane) SiH 4

Silanes (silicon hydrogens) Si n H 2n + 2, (ihambing sa alkanes), kung saan n \u003d 1-8. Silanes - mga analogue ng alkanes, naiiba sa kanila sa kawalang-tatag ng -Si-Si- chain.

Ang Monosilane SiH 4 ay isang walang kulay na gas na may hindi kanais-nais na amoy; natutunaw sa ethanol, gasolina.

Mga paraan upang makakuha ng:

1. Decomposition ng magnesium silicide na may hydrochloric acid: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. Pagbawas ng Si halides na may lithium aluminum hydride: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Mga katangian ng kemikal.

Ang Silane ay isang malakas na ahente ng pagbabawas.

Ang 1.SiH 4 ay na-oxidize ng oxygen kahit na sa napakababang temperatura:

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

2. Ang SiH 4 ay madaling ma-hydrolyzed, lalo na sa isang alkaline na kapaligiran:

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

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

Silicon (IV) oxide (silica) SiO 2

Ang silica ay umiiral sa iba't ibang anyo: mala-kristal, walang hugis at malasalamin. Ang pinakakaraniwang mala-kristal na anyo ay kuwarts. Kapag ang mga bato ng kuwarts ay nawasak, ang mga buhangin ng kuwarts ay nabuo. Ang quartz single crystals ay transparent, walang kulay (rock crystal) o may kulay na may mga impurities sa iba't ibang kulay (amethyst, agate, jasper, atbp.).

Ang amorphous SiO 2 ay nangyayari sa anyo ng mineral na opal: ang silica gel ay artipisyal na nakuha, na binubuo ng mga koloidal na particle ng SiO 2 at pagiging isang napakahusay na adsorbent. Ang malasalamin na SiO 2 ay kilala bilang quartz glass.

Mga katangiang pisikal

Sa tubig, ang SiO 2 ay natutunaw nang bahagya, sa mga organikong solvent ay halos hindi rin ito natutunaw. Ang silica ay isang dielectric.

Mga katangian ng kemikal

1. Ang SiO 2 ay isang acid oxide, samakatuwid ang amorphous silica ay dahan-dahang natutunaw sa may tubig na mga solusyon ng alkalis:

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

2. Nakikipag-ugnayan din ang SiO 2 kapag pinainit sa mga pangunahing oksido:

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

SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3

3. Bilang isang non-volatile oxide, pinapalitan ng SiO 2 ang carbon dioxide mula sa Na 2 CO 3 (sa panahon ng pagsasanib):

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

4. Ang silica ay tumutugon sa hydrofluoric acid, na bumubuo ng hydrofluorosilicic acid H 2 SiF 6:

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

5. Sa 250 - 400 ° C, ang SiO 2 ay nakikipag-ugnayan sa gaseous na HF at F 2, na bumubuo ng tetrafluorosilane (silicon tetrafluoride):

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

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

Mga silicic acid

kilala:

Orthosilicic acid H 4 SiO 4 ;

Metasilicic (silicic) acid H 2 SiO 3 ;

Mga di- at ​​polysilicic acid.

Ang lahat ng silicic acid ay bahagyang natutunaw sa tubig at madaling bumubuo ng mga colloidal na solusyon.

Mga paraan para makatanggap

1. Pag-ulan ng mga acid mula sa mga solusyon ng alkali metal silicates:

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

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

Mga katangian ng kemikal

Ang mga silicic acid ay napakahinang mga acid (mas mahina kaysa sa carbonic acid).

Kapag pinainit, nagde-dehydrate sila upang bumuo ng silica bilang pangwakas na produkto.

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Silicates - mga asing-gamot ng silicic acids

Dahil ang mga silicic acid ay lubhang mahina, ang kanilang mga asing-gamot sa may tubig na mga solusyon ay lubos na na-hydrolyzed:

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

SiO 3 2- + H 2 O \u003d HSiO 3 - + OH - (alkaline medium)

Para sa parehong dahilan, kapag ang carbon dioxide ay dumaan sa mga silicate na solusyon, ang silicic acid ay inilipat mula sa kanila:

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

Ang reaksyong ito ay maaaring ituring bilang isang husay na reaksyon para sa mga silicate na ion.

Sa mga silicate, tanging ang Na 2 SiO 3 at K 2 SiO 3 lamang ang lubos na natutunaw, na tinatawag na soluble glass, at ang kanilang mga may tubig na solusyon ay tinatawag na likidong baso.

Salamin

Ang ordinaryong salamin sa bintana ay may komposisyon na Na 2 O CaO 6SiO 2, ibig sabihin, ito ay pinaghalong sodium at calcium silicates. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagsasama ng soda Na 2 CO 3 , CaCO 3 limestone at SiO 2 na buhangin;

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

Semento

Isang powdered binder material na, kapag nakikipag-ugnayan sa tubig, ay bumubuo ng isang plastic mass, na kalaunan ay nagiging isang solidong parang bato na katawan; pangunahing materyales sa gusali.

Ang kemikal na komposisyon ng pinakakaraniwang Portland semento (sa% ng timbang) - 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3 ; 1-5% MgO.

Ang carbon at silicon ay mga kemikal na elemento ng pangkat ng IVA ng periodic system. Ang mga ito ay nasa mga yugto 2 at 3, ayon sa pagkakabanggit. Ang carbon at silicon carbon at silicon ay mga kemikal na elemento ng pangkat ng IVA
panaka-nakang sistema. Ang mga ito ay nasa mga yugto 2 at 3, ayon sa pagkakabanggit.
Ang carbon at silicon ay mga nonmetal na elemento.

Ang carbon ay may 4 na electron sa panlabas na antas ng enerhiya nito - 2s22p2, tulad ng silicon - 3s23p2.

Bilang isang resulta, sa mga compound na may iba pang mga elemento
ang mga atomo ng carbon at silikon ay kadalasang nagpapakita ng mga grado
oksihenasyon -4, +2, +4. Sa isang simpleng sangkap, ang estado ng oksihenasyon
Ang mga elemento ay 0.

Kasaysayan ng pagtuklas

C
Noong 1791, ang English chemist na si Tennant
unang nakatanggap ng libreng carbon; siya ba
pumasa sa phosphorus vapor sa ibabaw ng calcined
tisa, na nagreresulta sa pagbuo
calcium phosphate at carbon. Yung brilyante
nasusunog kapag pinainit
ang natitira ay kilala sa mahabang panahon. Noong 1751
Sumang-ayon ang emperador ng Aleman na si Franz I
magbigay ng brilyante at ruby ​​para sa mga eksperimento
nasusunog, pagkatapos na ang mga eksperimentong ito ay kahit na
naging uso. Nasusunog lang pala
brilyante, at ruby ​​(alumina na may
chromium impurity) ay lumalaban nang wala
makapinsala sa matagal na pag-init
focus ng incendiary lens. Lavoisier
magtakda ng bagong karanasan sa pagsunog ng brilyante sa
gamit ang isang malaking incendiary machine
at dumating sa konklusyon na ang brilyante ay kumakatawan
ay mala-kristal na carbon. Pangalawa
allotrope ng carbon - graphite - in
Ang panahon ng alchemical ay isinasaalang-alang
binagong lead luster at
ay tinatawag na plumbago; lamang noong 1740 Pott
natuklasan ang kawalan ng anumang karumihan ng tingga sa grapayt.
Si
Ito ang unang pagkakataon sa dalisay nitong anyo
naghiwalay noong 1811
Mga siyentipikong Pranses
Joseph Louis Gay-Lussac at
Louis Jacques Tenard.

pinanggalingan ng pangalan

C
Sa simula ng ika-19 na siglo sa Russian
chemical literature minsan
ginamit ang terminong "carbohydrate"
(Sherer, 1807; Severgin, 1815); kasama
1824 Ipinakilala ni Solovyov ang pangalan
"carbon". Mga compound ng carbon
may bahagi ng carb (siya) sa pangalan
- mula sa lat. carbō (gen. n. carbōnis)
"uling".
Si
Noong 1825, ang Swedish chemist na si Jöns
Jakob Berzelius sa pagkilos
metal na potasa
natanggap ng silicon fluoride SiF4
purong elemental na silikon.
Ang bagong elemento ay ibinigay
ang pangalang "silicon" (mula sa lat. silex
- bato). pangalang Ruso
"silicon" na ipinakilala noong 1834
Russian chemist German
Ivanovich Hess. Isinalin c
ibang Griyego κρημνός - "cliff, bundok".

Mga pisikal na katangian ng mga simpleng sangkap na carbon at silikon.

Carbon
umiiral sa maraming allotropic modification na may napaka
iba't ibang pisikal na katangian. Iba't ibang mga pagbabago
dahil sa kakayahan ng carbon na bumuo ng mga kemikal na bono ng iba't ibang
uri.
Ang mga sumusunod na allotropic modification ng carbon ay kilala: grapayt, brilyante, carbine
at fullerenes.
a) brilyante
b) grapayt
c) lonsdaleite
d) fullerene - buckyball C60
e) fullerene C540
f) fullerene C70
g) walang hugis na carbon
h) carbon nanotube

Ang brilyante ay isang walang kulay (minsan madilaw-dilaw, kayumanggi, berde, itim, asul, mapula-pula) na transparent na substance, napakalakas na repraktibo

Diamond - walang kulay (minsan madilaw-dilaw, kayumanggi, berde, itim, asul, mamula-mula)
isang transparent na substance na nagre-refract ng light rays nang napakalakas.
Nahihigitan nito ang lahat ng kilalang natural na sangkap sa katigasan. Ngunit ito ay marupok.
Inert sa kemikal, mahinang konduktor ng init at kuryente.
Densidad 3.5 g/cm3.
Ang bawat carbon atom sa istraktura ng brilyante ay matatagpuan sa gitna ng tetrahedron, na may mga vertices
pinaglilingkuran ng apat na pinakamalapit na atomo. Ito ay ang malakas na bono ng carbon atoms na nagpapaliwanag
mataas na tigas ng brilyante.
Ang graphite ay ang pinakakaraniwang anyo.
Ito ay isang napakalambot na itim na sangkap na may metal na kinang at mahusay na gumagana.
kuryente at init. Mamantika sa pagpindot, kapag kinuskos, ito ay lalabas nang hiwalay
kaliskis.
tmelt = 3750 °C (natutunaw sa isang presyon ng 10 MPa, sublimates sa normal na presyon).
Densidad 2.22 g/cm3.
Ang istraktura ng grapayt ay nabuo sa pamamagitan ng parallel layers ng grids na binubuo ng
hexagons na may mga carbon atom sa vertices. Mga atomo sa bawat indibidwal na layer
ay malakas na nakagapos, at ang bono sa pagitan ng mga patong ay mahina.

Ang Carbin ay isang sintetikong pagbabago ng carbon. Itim na pinong mala-kristal na pulbos. Densidad 1.9–2 g/cm3. Semiconductor.

Ang mga fullerenes ay mga spherical molecule na nabuo ng mga pentagons at hexagons ng carbon atoms na konektado sa isa't isa. Vn

Ang mga fullerenes ay mga spherical na molekula
nabuo ng mga pentagon at hexagons ng carbon atoms,
magkakaugnay. Ang mga molekula ay guwang sa loob. AT
Sa ngayon, nakuha na ang mga fullerenes ng komposisyong C60, C70, atbp.

10. Silikon. Ang crystalline silicon ay isang dark gray na substance na may metallic luster, may cubic diamond structure, ngunit ito ay makabuluhang

Silicon.
Ang mala-kristal na silikon ay isang madilim na kulay-abo na sangkap na may metal
kinang, ay may isang kubiko na istraktura ng brilyante, ngunit ito ay makabuluhang mas mababa dito sa mga tuntunin ng
tigas, medyo malutong. Punto ng pagkatunaw 1415 °C, temperatura
punto ng kumukulo 2680 °C, density 2.33 g/cm3. May semiconductor
mga katangian, bumababa ang paglaban nito sa pagtaas ng temperatura.
Ang amorphous silicon ay isang kayumangging pulbos batay sa lubos na pagkagulo
parang brilyante na istraktura. Mas reaktibo kaysa
mala-kristal na silikon.

11. Mga katangian ng kemikal

Sa
Pakikipag-ugnayan sa mga di-metal
C + 2S = CS2. C + O2 = CO2, C + 2F2 = CF4. C + 2H2 = CH4.
hindi nakikipag-ugnayan sa nitrogen at phosphorus.
Pakikipag-ugnayan sa mga metal
May kakayahang makipag-ugnayan sa mga metal, na bumubuo ng mga karbida:
Ca + 2C = CaC2.
Pakikipag-ugnayan sa tubig
C + H2O = CO + H2.
Ang carbon ay may kakayahang bawasan ang maraming mga metal mula sa kanila
mga oksido:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Puro sulfuric at nitric acid kapag pinainit
i-oxidize ang carbon sa carbon monoxide (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

12.

Si
Pakikipag-ugnayan sa mga di-metal
Si + 2F2 = SiF4. Si + 2Cl2 = SiCl4. Si + O2 = SiO2.
Si + C = SiC Si + 3B = B3Si. 3Si + 2N2 = Si3N4.
Hindi nakikipag-ugnayan sa hydrogen.
Pakikipag-ugnayan sa hydrogen halides
Si + 4HF = SiF4 + 2H2,
Pakikipag-ugnayan sa mga metal
2Ca + Si = Ca2Si.
Pakikipag-ugnayan sa mga acid
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O.
Pakikipag-ugnayan sa alkalis
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.

13. Natagpuan sa kalikasan Sa anyo ng carbon dioxide, ang carbon ay pumapasok sa atmospera (0.03% sa dami). Coal, pit, langis at natural na gas - mga produkto

Ang pagiging nasa kalikasan
Sa anyo ng carbon dioxide, ang carbon ay pumapasok sa atmospera (0.03% ng
dami).
Ang karbon, pit, langis at natural na gas ay mga produktong decomposition
flora ng Earth noong sinaunang panahon.

14.

Mga likas na inorganikong compound
carbon - carbonates. mineral calcite
Ang CaCO3 ay ang batayan ng sedimentary
bato - limestones. Iba pa
mga pagbabago sa calcium carbonate
kilala bilang marmol at chalk

15. Silicon sa kalikasan

Ito ay malawak na ipinamamahagi bilang silica SiO2 at iba't-ibang
silicates.
Halimbawa, ang granite ay naglalaman ng higit sa 60% silica, habang mala-kristal
quartz ay ang purest ng natural na silikon compounds na may
oxygen.
{
Ang mga dahon ng kulitis ay natatakpan ng mga matinik na buhok na gawa sa purong oksido.
silikon (IV), na mga guwang na tubo na 1-2 mm ang haba.
Ang mga tubule ay puno ng isang likidong naglalaman ng formic acid.

16. Paglalapat ng carbon

Ang graphite ay ginagamit sa industriya ng lapis. Ginagamit din ito sa
bilang isang pampadulas sa partikular na mataas o mababang temperatura.
Ang brilyante, dahil sa pambihirang tigas nito, ay isang kailangang-kailangan na nakasasakit na materyal.
Ang mga nakakagiling na nozzle ng mga drill ay may patong na brilyante. Bukod sa,
cut diamante - diamante ay ginagamit bilang gemstones sa
alahas. Dahil sa kanilang pambihira, mataas na pandekorasyon na mga katangian at
coincidence ng makasaysayang mga pangyayari, ang brilyante ay palaging ang pinaka
isang mamahaling hiyas.
{
Ang iba't ibang mga compound ay malawakang ginagamit sa pharmacology at gamot.
carbon - derivatives ng carbonic acid at carboxylic acids.
Carbolene (activated charcoal), ginagamit para sa pagsipsip at pag-aalis mula sa
katawan ng iba't ibang mga lason.

17. Paglalapat ng silikon

Natagpuan ng Silicon ang aplikasyon sa semiconductor
teknolohiya at microelectronics, sa metalurhiya bilang
mga additives sa bakal at sa paggawa ng mga haluang metal.
Ang mga compound ng silikon ay nagsisilbing batayan para sa paggawa
salamin at semento. Paggawa ng salamin at semento
nakikibahagi sa industriya ng silicate. Siya din
gumagawa ng silicate ceramics - brick, porselana,
faience at mga produkto mula sa kanila.
Ang silicate glue ay malawak na kilala, ginagamit sa
konstruksiyon bilang desiccant, at sa pyrotechnics at sa pang-araw-araw na buhay
para sa bonding paper.

Bilang isang independiyenteng elemento ng kemikal, ang silikon ay nakilala lamang sa sangkatauhan noong 1825. Na, siyempre, ay hindi napigilan ang paggamit ng mga silikon na compound sa isang bilang ng mga sphere na mas madaling ilista ang mga kung saan ang elemento ay hindi ginagamit. Ang artikulong ito ay magbibigay liwanag sa pisikal, mekanikal at kapaki-pakinabang na mga katangian ng kemikal ng silikon at ang mga compound nito, mga aplikasyon, at pag-uusapan din natin kung paano nakakaapekto ang silikon sa mga katangian ng bakal at iba pang mga metal.

Upang magsimula, pag-isipan natin ang mga pangkalahatang katangian ng silikon. Mula 27.6 hanggang 29.5% ng masa ng crust ng lupa ay silicon. Sa tubig ng dagat, ang konsentrasyon ng elemento ay patas din - hanggang sa 3 mg / l.

Sa mga tuntunin ng paglaganap sa lithosphere, ang silikon ay sumasakop sa pangalawang lugar ng karangalan pagkatapos ng oxygen. Gayunpaman, ang pinakakilalang anyo nito, ang silica, ay isang oksido, at tiyak na ang mga katangian nito ang naging batayan para sa gayong malawak na aplikasyon.

Sasabihin sa iyo ng video na ito kung ano ang silikon:

Konsepto at mga tampok

Ang Silicon ay isang non-metal, ngunit sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon maaari itong magpakita ng parehong acidic at pangunahing mga katangian. Ito ay isang tipikal na semiconductor at lubhang malawak na ginagamit sa electrical engineering. Ang mga katangiang pisikal at kemikal nito ay higit na tinutukoy ng allotropic state. Kadalasan, nakikitungo sila sa mala-kristal na anyo, dahil ang mga katangian nito ay higit na hinihiling sa pambansang ekonomiya.

• Ang Silicon ay isa sa mga pangunahing macronutrients sa katawan ng tao. Ang kakulangan nito ay may masamang epekto sa kondisyon ng tissue ng buto, buhok, balat, mga kuko. Bilang karagdagan, ang silikon ay nakakaapekto sa pagganap ng immune system.
• Sa gamot, ang elemento, o sa halip, ang mga compound nito, ay natagpuan ang kanilang unang paggamit sa kapasidad na ito. Ang tubig mula sa mga balon na may linyang bato ay hindi lamang malinis, ngunit mayroon ding positibong epekto sa paglaban sa mga nakakahawang sakit. Ngayon, ang mga compound na may silikon ay nagsisilbing batayan para sa mga gamot laban sa tuberculosis, atherosclerosis, at arthritis.
• Sa pangkalahatan, ang isang non-metal ay hindi aktibo, gayunpaman, mahirap hanapin ito sa dalisay nitong anyo. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa hangin ito ay mabilis na na-passivated ng isang layer ng dioxide at huminto sa reaksyon. Kapag pinainit, tumataas ang aktibidad ng kemikal. Bilang resulta, ang sangkatauhan ay mas pamilyar sa mga compound ng bagay, at hindi sa sarili nito.

Kaya, ang silikon ay bumubuo ng mga haluang metal na may halos lahat ng mga metal - silicide. Ang lahat ng mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng kanilang refractoriness at tigas at ginagamit sa kani-kanilang mga lugar: gas turbines, furnace heaters.

Ang isang non-metal ay inilalagay sa talahanayan ng D. I. Mendeleev sa pangkat 6 kasama ang carbon, germanium, na nagpapahiwatig ng isang tiyak na pagkakapareho sa mga sangkap na ito. Kaya, sa carbon, ito ay "katulad" na may kakayahang bumuo ng mga compound ng organic na uri. Kasabay nito, ang silikon, tulad ng germanium, ay maaaring magpakita ng mga katangian ng isang metal sa ilang mga kemikal na reaksyon, na ginagamit sa synthesis.

Mga kalamangan at kawalan

Tulad ng anumang iba pang sangkap sa mga tuntunin ng aplikasyon sa pambansang ekonomiya, ang silikon ay may ilang kapaki-pakinabang o hindi masyadong mga katangian. Mahalaga ang mga ito para sa pagtukoy sa lugar ng paggamit.

• Ang isang makabuluhang bentahe ng sangkap ay ang nito kakayahang magamit. Sa likas na katangian, gayunpaman, ito ay wala sa isang libreng form, ngunit gayon pa man, ang teknolohiya para sa pagkuha ng silikon ay hindi masyadong kumplikado, kahit na ito ay gumagamit ng enerhiya.
• Ang pangalawang pinakamahalagang bentahe ay maramihang pagbuo ng tambalan na may pambihirang benepisyo. Ang mga ito ay silanes, at silicides, at dioxide, at, siyempre, iba't ibang silicates. Ang kakayahan ng silikon at mga compound nito na bumuo ng mga kumplikadong solidong solusyon ay halos walang hanggan, na ginagawang posible na walang katapusang makakuha ng iba't ibang mga pagkakaiba-iba ng salamin, bato at keramika.
• Mga Katangian ng Semiconductor Ang non-metal ay nagbibigay sa kanya ng isang lugar bilang base material sa electrical at radio engineering.
• Ang nonmetal ay hindi nakakalason, na nagbibigay-daan sa paggamit sa anumang industriya, at sa parehong oras ay hindi ginagawang isang potensyal na mapanganib ang proseso ng teknolohikal.

Ang mga disadvantages ng materyal ay kinabibilangan lamang ng kamag-anak na brittleness na may mahusay na katigasan. Ang silikon ay hindi ginagamit para sa mga istrukturang nagdadala ng pagkarga, ngunit ginagawang posible ng kumbinasyong ito na maayos na maiproseso ang ibabaw ng mga kristal, na mahalaga para sa instrumentasyon.

Pag-usapan natin ngayon ang tungkol sa mga pangunahing katangian ng silikon.

Mga katangian at katangian

Dahil ang mala-kristal na silikon ay kadalasang ginagamit sa industriya, tiyak na mas mahalaga ang mga pag-aari nito, at sila ang ibinigay sa mga teknikal na pagtutukoy. Ang mga pisikal na katangian ng isang sangkap ay:

• punto ng pagkatunaw - 1417 C;
• punto ng kumukulo - 2600 C;
• ang density ay 2.33 g/cu. tingnan, na nagpapahiwatig ng hina;
• Ang kapasidad ng init, pati na rin ang thermal conductivity, ay hindi pare-pareho kahit na sa mga purest sample: 800 J / (kg K), o 0.191 cal / (g deg) at 84-126 W / (m K), o 0.20-0, 30 cal/(cm sec deg), ayon sa pagkakabanggit;
• transparent sa long-wave infrared radiation, na ginagamit sa infrared optics;
• dielectric constant - 1.17;
• tigas sa sukat ng Mohs - 7.

Ang mga electrical properties ng isang non-metal ay lubos na nakadepende sa mga impurities. Sa industriya, ang tampok na ito ay ginagamit sa pamamagitan ng modulate ng nais na uri ng semiconductor. Sa normal na temperatura, ang silikon ay malutong, ngunit kapag pinainit sa itaas 800 C, posible ang plastic deformation.

Ang mga katangian ng amorphous na silikon ay kapansin-pansing naiiba: ito ay lubos na hygroscopic at mas aktibong tumutugon kahit na sa normal na temperatura.

Ang istraktura at komposisyon ng kemikal, pati na rin ang mga katangian ng silikon, ay tinalakay sa video sa ibaba:

Komposisyon at istraktura

Ang Silicon ay umiiral sa dalawang allotropic na anyo, pantay na matatag sa normal na temperatura.

• Crystal Ito ay may hitsura ng isang madilim na kulay-abo na pulbos. Ang substansiya, bagama't mayroon itong mala-brilyante na kristal na sala-sala, ay marupok - dahil sa masyadong mahabang ugnayan sa pagitan ng mga atomo. Ang interes ay ang mga katangian ng semiconductor nito.
• Sa napakataas na presyon, maaari kang makakuha heksagonal pagbabago na may density na 2.55 g / cu. tingnan Gayunpaman, ang yugtong ito ay hindi pa nakakahanap ng praktikal na kahalagahan.
• Walang hugis- Kayumangging pulbos. Hindi tulad ng mala-kristal na anyo, mas aktibo itong tumutugon. Ito ay dahil hindi masyado sa inertness ng unang anyo, ngunit sa katotohanan na sa hangin ang sangkap ay natatakpan ng isang layer ng dioxide.

Bilang karagdagan, kinakailangang isaalang-alang ang isa pang uri ng pag-uuri na nauugnay sa laki ng silikon na kristal, na magkakasamang bumubuo ng isang sangkap. Ang kristal na sala-sala, tulad ng kilala, ay nagpapahiwatig ng pag-order hindi lamang ng mga atomo, kundi pati na rin ng mga istruktura na nabuo ng mga atomo na ito - ang tinatawag na long-range order. Kung mas malaki ito, mas magiging homogenous ang substance sa mga katangian.

• monocrystalline– ang sample ay isang kristal. Ang istraktura nito ay nakaayos hangga't maaari, ang mga katangian ay homogenous at mahusay na mahuhulaan. Ito ang materyal na ito na pinaka-in demand sa electrical engineering. Gayunpaman, kabilang din ito sa pinakamahal na uri, dahil ang proseso ng pagkuha nito ay kumplikado, at ang rate ng paglago ay mababa.
• Multicrystalline– ang sample ay binubuo ng maraming malalaking mala-kristal na butil. Ang mga hangganan sa pagitan ng mga ito ay bumubuo ng karagdagang mga antas ng depekto, na binabawasan ang pagganap ng sample bilang isang semiconductor at humahantong sa mas mabilis na pagsusuot. Ang teknolohiya para sa pagpapalaki ng isang multicrystal ay mas simple, at samakatuwid ang materyal ay mas mura.
• Polycrystalline- Binubuo ng isang malaking bilang ng mga butil na nakaayos nang random na may kaugnayan sa bawat isa. Ito ang purest variety ng industrial silicon, na ginagamit sa microelectronics at solar energy. Kadalasan ito ay ginagamit bilang isang hilaw na materyal para sa lumalaking multi- at ​​solong mga kristal.
• Ang amorphous silicon ay sumasakop din ng isang hiwalay na posisyon sa pag-uuri na ito. Dito ang pagkakasunud-sunod ng mga atomo ay pinananatili lamang sa pinakamaikling distansya. Gayunpaman, sa electrical engineering, ginagamit pa rin ito sa anyo ng mga manipis na pelikula.

Non-metal na produksyon

Hindi ganoon kadaling makakuha ng purong silikon, dahil sa kawalang-kilos ng mga compound nito at sa mataas na punto ng pagkatunaw ng karamihan sa mga ito. Sa industriya, ang pagbabawas ng carbon dioxide ay kadalasang ginagamit. Ang reaksyon ay isinasagawa sa mga arc furnaces sa temperatura ng 1800 C. Kaya, ang isang di-metal na may kadalisayan ng 99.9% ay nakuha, na hindi sapat para sa paggamit nito.

Ang resultang materyal ay chlorinated upang makakuha ng chlorides at hydrochlorides. Pagkatapos ang mga compound ay dinadalisay ng lahat ng posibleng pamamaraan mula sa mga impurities at binabawasan ng hydrogen.

Posible rin na linisin ang sangkap sa pamamagitan ng pagkuha ng magnesium silicide. Ang silicide ay napapailalim sa pagkilos ng hydrochloric o acetic acid. Ang Silane ay nakuha, at ang huli ay dinadalisay ng iba't ibang paraan - sorption, rectification, at iba pa. Pagkatapos ang silane ay decomposed sa hydrogen at silikon sa isang temperatura ng 1000 C. Sa kasong ito, ang isang sangkap na may isang impurity fraction ng 10 -8 -10 -6% ay nakuha.

Paggamit ng droga

Para sa industriya, ang mga electrophysical na katangian ng non-metal ay ang pinakamalaking interes. Ang single-crystal form nito ay isang indirect-gap semiconductor. Ang mga katangian nito ay tinutukoy ng mga impurities, na ginagawang posible upang makakuha ng mga kristal na silikon na may nais na mga katangian. Kaya, ang pagdaragdag ng boron, indium ay ginagawang posible na lumago ang isang kristal na may butas na kondaktibiti, at ang pagpapakilala ng posporus o arsenic - isang kristal na may elektronikong kondaktibiti.

• Ang Silicon ay literal na nagsisilbing batayan ng modernong electrical engineering. Ang mga transistor, photocell, integrated circuit, diodes at iba pa ay ginawa mula dito. Bukod dito, ang pag-andar ng device ay halos palaging tinutukoy lamang ng malapit-ibabaw na layer ng kristal, na humahantong sa napakaspesipikong mga kinakailangan partikular para sa paggamot sa ibabaw.
• Sa metalurhiya, ang teknikal na silikon ay ginagamit kapwa bilang isang haluang metal modifier - nagbibigay ito ng higit na lakas, at bilang isang bahagi - sa, halimbawa, at bilang isang deoxidizer - sa paggawa ng cast iron.
• Ang ultra-pure at pinong metalurhiko ay bumubuo sa batayan ng solar energy.
• Ang non-metal dioxide ay nangyayari sa kalikasan sa iba't ibang anyo. Ang mga uri ng kristal nito - opal, agata, carnelian, amethyst, rock crystal, ay natagpuan ang kanilang lugar sa alahas. Ang mga pagbabago na hindi gaanong kaakit-akit sa hitsura - flint, quartz, ay ginagamit sa metalurhiya, at sa konstruksyon, at sa radio electrical engineering.
• Ang tambalan ng isang non-metal na may carbon - carbide, ay ginagamit sa metalurhiya, sa paggawa ng instrumento, at sa industriya ng kemikal. Ito ay isang malawak na puwang na semiconductor, na nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na tigas - 7 sa sukat ng Mohs, at lakas, na nagpapahintulot na magamit ito bilang isang nakasasakit na materyal.
• Silicates - iyon ay, mga asing-gamot ng silicic acid. Hindi matatag, madaling mabulok sa ilalim ng impluwensya ng temperatura. Ang mga ito ay kapansin-pansin dahil sila ay bumubuo ng marami at iba't ibang mga asin. Ngunit ang huli ay ang batayan para sa paggawa ng salamin, keramika, faience, kristal, at. Maaari nating ligtas na sabihin na ang modernong konstruksiyon ay batay sa iba't ibang silicates.
• Ang salamin ay kumakatawan sa pinakakawili-wiling kaso dito. Ito ay batay sa aluminosilicates, ngunit ang mga hindi gaanong karumihan ng iba pang mga sangkap - kadalasang mga oxide - ay nagbibigay sa materyal ng maraming iba't ibang mga katangian, kabilang ang kulay. -, earthenware, porselana, sa katunayan, ay may parehong formula, kahit na may ibang ratio ng mga bahagi, at ang pagkakaiba-iba nito ay kamangha-manghang din.
• Ang isang non-metal ay may isa pang kakayahan: ito ay bumubuo ng mga carbon-type na compound, sa anyo ng isang mahabang kadena ng mga atomo ng silikon. Ang ganitong mga compound ay tinatawag na organosilicon compound. Ang saklaw ng kanilang aplikasyon ay hindi gaanong kilala - ito ay mga silicones, sealant, lubricant, at iba pa.

Ang silikon ay isang pangkaraniwang elemento at lubhang mahalaga sa maraming lugar ng pambansang ekonomiya. Bukod dito, hindi lamang ang sangkap mismo ang aktibong ginagamit, ngunit ang lahat ng iba't ibang at maraming mga compound nito.

Tatalakayin ng video na ito ang tungkol sa mga katangian at aplikasyon ng silikon: