Крэмній і яго злучэння. Крэмній у прыродзе. прымяненне крэмнію

Адным з самых запатрабаваных у тэхніцы і прамысловасці элементаў з'яўляецца крэмній. Гэтаму ён абавязаны сваімі незвычайнымі ўласцівасцямі. Сёння існуе маса розных злучэнняў дадзенага элемента, якія гуляюць важную ролю ў сінтэзе і стварэнні тэхнічных прадуктаў, посуду, шкла, абсталявання, будаўнічых і аздобных матэрыялаў, ювелірных упрыгожванняў і ў іншых галінах прамысловасці.

Агульная характарыстыка крэмнія

Калі разглядаць становішча крэмнія ў перыядычнай сістэме, то можна сказаць так:

1. Размяшчаецца ў IV групе галоўнай падгрупы.
2. Парадкавы нумар 14.
3. Атамная маса 28,086.
4. Хімічны сімвал Si.
5. Назва - крэмній, або на лаціне - silicium.
6. Электронная канфігурацыя вонкавага пласта 4е: 2е: 8е.

Крышталічная рашотка крэмнія падобная рашотцы алмаза. У вузлах размешчаны атамы, тып яе - кубічных гранецентрированная. Аднак з прычыны большай даўжыні сувязі фізічныя ўласцівасці крэмнія моцна адрозніваюцца ад уласцівасцяў алатропныя мадыфікацыі вугляроду.

Фізічныя і хімічныя ўласцівасці

Існуе дзве алатропныя мадыфікацыі дадзенага элемента: аморфная і крышталічная. Яны вельмі падобныя. Аднак, як і ў выпадку з іншымі рэчывамі, галоўнае адрозненне паміж імі - крышталічная рашотка крэмнію.

Пры гэтым абодва мадыфікацыі - гэта парашкі рознага колеру.

1. Крышталічны крэмній ўяўляе сабой цёмна-шэры бліскучы парашок, падобны на метал. Структура яго адпавядае алмазу, аднак ўласцівасці выдатныя. Ён валодае:

• далікатнасцю;
• невысокай цвёрдасцю;
• паўправадніковымі ўласцівасцямі;
• тэмпературай плаўлення 1415 ⁰ С;
• шчыльнасцю 2,33 г / см ^3;
• тэмпературай кіпення 2700 ⁰ С.

Яго хімічная актыўнасць невысокая у параўнанні з другога алатропныя формай.

2. Аморфны крэмній - бура-карычневы парашок, валодае структурай сильноразупорядоченного алмаза. Хімічная актыўнасць дастаткова высокая.

У цэлым варта заўважыць, што ўступаць у рэакцыі крэмній не любіць. Каб прымусіць яго рэагаваць, патрэбна тэмпература не менш 400-500 ⁰ С. Пры гэтых умовах утвараюцца розныя хімічныя злучэнні крэмнію. Такія як:

• аксіды;
• галагеніду;
• силициды;
• нітрыды;
• бориды;
• карбіду.

Магчыма ўзаемадзеянне крэмнія з азотнай кіслатой або шчолаччу, што мае назву працэсу тручэння. Шырока распаўсюджаныя кремнийорганические злучэння, якія сёння атрымліваюць усё большае распаўсюджванне.

Знаходжанне ў прыродзе

Крэмній у прыродзе змяшчаецца ў досыць важкім колькасці. Стаіць на другім месцы пасля кіслароду па распаўсюджанасці. Яго масавая доля складае каля 30%. Марская вада таксама змяшчае дадзены элемент у прыкладнай канцэнтрацыі 3 мг / л. Таму нельга сказаць, што крэмній ў прыродзе - гэта рэдкі элемент.

Наадварот, існуе маса розных парод і мінералаў, у складзе якіх ён сустракаецца і з якіх яго можна здабываць. Самыя распаўсюджаныя прыродныя злучэнні крэмнія наступныя:

1. Кремнезем. Хімічная формула SiO _2. Існуе досыць вялікая разнастайнасць формаў мінералаў і горных парод на яго аснове: пясок, крэмень, палявыя шпаты, кварц, горны крышталь, аметыст, халцэдон, сердалік, апала, яшма і іншыя.
2. Сілікаты і алюмасілікаты. Каалін, шпаты, лушчак, солі крамянёвай кіслаты, азбест, тальк.

Такім чынам, распаўсюджанне ў прыродзе крэмнія шырока, а яго злучэння карыстаюцца папулярнасцю і попытам у людзей для прымянення ў тэхнічных мэтах.

Крэмній і яго злучэння

Так як у чыстым выглядзе разгляданы элемент існаваць не можа, таму важнае значэнне маюць розныя яго злучэнні. З хімічнага пункта гледжання ён можа праяўляць тры ступені акіслення: +2, 4, -4. Зыходзячы з гэтага, а таксама з сваёй інэртнасці, але асаблівай па будынку крышталічнай рашоткі, ён фармуе наступныя асноўныя віды рэчываў:

• бінарныя злучэння з неметаламі (сіла, карбід, нітрыд, фасфід і гэтак далей;
• аксіды;
• крамянёвую кіслату;
• сілікаты металаў.

Разгледзім падрабязней, якое значэнне мае крэмній і яго злучэнні, якія з'яўляюцца самымі распаўсюджанымі і запатрабаванымі для людзей.

аксіды крэмнія

Існуе дзве разнавіднасці дадзенага рэчыва, выяўляецца формуламі:

• SiO;
• SiO _2.

Аднак найбольшае распаўсюджванне мае дыяксід. Ён існуе ў прыродзе ў выглядзе вельмі прыгожых паўкаштоўных камянёў:

• агат;
• халцэдон;
• апаў;
• сердалік;
• яшма;
• аметыст;
• горны крышталь.

Прымяненне крэмнію ў такой форме знайшло сваё прымяненне ў вытворчасці ювелірных вырабаў. Неверагодна прыгожыя залатыя і сярэбраныя ўпрыгажэнні вырабляюцца з гэтымі напаўкаштоўнымі і вырабныя камяні.

Яшчэ некалькі варыяцый дыяксіду крэмнія:

• кварц;
• рачны і кварцавы пясок ;
• крэмень;
• палявыя шпаты.

Прымяненне крэмнію ў такіх відах рэалізуецца ў будаўнічых работах, тэхніцы, радыёэлектроніцы, хімічнай галіны, металургіі. Усе разам пералічаныя аксіды ставяцца да адзінага рэчыву - кремнезем.

Карбід крэмнія і яго прымяненне

Крэмній і яго злучэння - гэта матэрыялы будучыні і сучаснасці. Адным з такіх матэрыялаў з'яўляецца карборунд або карбід дадзенага элемента. Хімічная формула SiC. Сустракаецца ў прыродзе ў выглядзе мінерала муассанита.

У чыстым выглядзе злучэнне вугляроду і крэмнію - гэта прыгожыя празрыстыя крышталі, якія нагадваюць алмазныя структуры. Аднак у тэхнічных мэтах выкарыстоўваюцца афарбаваныя ў зялёны і чорны колеру рэчывы.

Асноўныя характарыстыкі дадзенага рэчывы, якія дазваляюць выкарыстоўваць яго ў металургіі, тэхніцы, хімічнай прамысловасці, наступныя:

• паўправаднік широкозонный;
• вельмі высокая ступень трываласці (7 па шкале Мооса) ;
• устойлівы да дзеяння высокіх тэмператур;
• выдатная электроустойчивость і цеплаправоднасць.

Усё гэта дазваляе выкарыстоўваць карборунд ў якасці абразіўнага матэрыялу ў металургіі і хімічнага сінтэзу. А таксама на яго аснове вырабляць святлодыёды шырокага спектру дзеяння, дэталі для стекловарочных печаў, сопла, паходні, ювелірныя ўпрыгажэнні (муассанит цэніцца вышэй фіянітаў).

Сіла і яго значэнне

Вадароднае злучэнне крэмнія мае назву сіла і не можа быць атрымана прамым сінтэзам з зыходных рэчываў. Для яго атрымання выкарыстоўваюць силициды розных металаў, якія падвяргаюцца апрацоўцы кіслотамі. У выніку вылучаецца газападобны сіла і фарміруецца соль металу.

Цікава тое, што разгляданая злучэнне ніколі не утвараецца ў адзіноце. Заўсёды ў выніку рэакцыі атрымліваецца сумесь мона-, ды- і трисилана, у якіх атамы крэмнію злучаныя паміж сабой у ланцужкі.

Па сваіх уласцівасцях гэтыя злучэнні - моцныя аднаўляльнікі. Самі пры гэтым лёгка акісляюцца кіслародам, часам з выбухам. З галагенавыя рэакцыі бурныя заўсёды, з вялікім выкідам энергіі.

Вобласці ўжывання силанов наступныя:

1. Рэакцыі арганічных сінтэзаў, у выніку якіх утвараюцца важныя кремнийорганические злучэння - сіліконы, гумы, герметыкі, змазкі, эмульсіі і іншыя.
2. Мікраэлектроніка (вадкакрысталічныя маніторы, інтэгральныя тэхнічныя схемы і іншае).
3. Атрыманне сверхчистого поликремния.
4. Стаматалогія пры пратэзаванні.

Такім чынам, значэнне силанов ў сучасным свеце высока.

Крэмніевыя кіслата і сілікаты

Гідраксід разгляданага элемента - гэта розныя крамянёвыя кіслаты. вылучаюць:

• мета;
• орта;
• поликремниевые і іншыя кіслаты.

Усе іх аб'ядноўваюць агульныя ўласцівасці - крайняя няўстойлівасць ў вольным стане. Яны лёгка раскладаюцца пад дзеяннем тэмпературы. Пры звычайных умовах існуюць нядоўга, ператвараючыся спачатку ў золь, а потым у гель. Пасля высыхання такія структуры называюць силикагелями. Яны выкарыстоўваюцца ў якасці адсарбентаў ў фільтрах.

Важнымі, з пункту гледжання прамысловасці, з'яўляюцца солі крамянёвых кіслот - сілікаты. Яны ляжаць у аснове атрымання такіх рэчываў, як:

• шкло;
• бетон;
• цэмент;
• цэаліт;
• каалін;
• фарфор;
• фаянс;
• крышталь;
• кераміка.

Сілікаты шчолачных металаў - растваральныя, усіх астатніх - не. Таму сілікаты натрыю і калія называюць вадкім шклом. Звычайны канцылярскі клей - гэта і ёсць натрыевая соль крамянёвай кіслаты.

Але самымі цікавымі злучэннямі з'яўляюцца ўсё ж шкла. Якіх толькі варыянтаў гэтага рэчыва ні прыдумалі! Сёння атрымліваюць каляровыя, аптычныя, матавыя варыянты. Шкляны посуд дзівіць сваёй пышнасцю і разнастайнасцю. Пры даданні пэўных аксідаў металаў і неметаллов у сумесь можна атрымліваць самыя розныя тыпы шкла. Часам нават аднолькавы склад, але рознае працэнтнае ўтрыманне кампанентаў прыводзіць да адрозьненьня ва ўласцівасцях рэчывы. Прыкладам могуць служыць фарфор і фаянс, формула якіх SiO ₂ * AL ₂ O ₃ * K ₂ O.

Кварцавае шкло - гэта форма асабліва чыстага прадукту, склад якога апісваецца як дыяксід крэмнію.

Адкрыцці ў галіне злучэнняў крэмнія

За апошнія некалькі гадоў даследаванняў было даказана, што крэмній і яго злучэнні - найважнейшыя ўдзельнікі нармальнага стану жывых арганізмаў. З недахопам ці лішкам дадзенага элемента звязаны такія захворванні, як:

• рак;
• сухоты;
• артрыты;
• катаракта;
• праказа;
• дызентэрыя;
• рэўматызм;
• гепатыт і іншыя.

Самі працэсы старэння арганізма таксама звязаныя з колькасным утрыманнем крэмнія. Шматлікія вопыты на млекакормячых жывёл даказалі, што пры недахопе элемента ўзнікаюць інфаркты, інсульты, рак і актывізуецца вірус гепатыту.