Silicium is een van de meest gevraagde elementen in technologie en industrie. Dit dankt het aan zijn ongebruikelijke eigenschappen. Tegenwoordig zijn er veel verschillende verbindingen van dit element die een belangrijke rol spelen bij de synthese en creatie van technische producten, schalen, glas, apparatuur, bouw- en afwerkingsmaterialen, sieraden en andere industrieën.
Algemene kenmerken van silicium
Als we kijken naar de positie van silicium in het periodiek systeem, kunnen we dit zeggen:
- Bevindt zich in groep IV van de hoofdsubgroep.
- Rangnummer 14.
- Atoommassa 28, 086.
- Chemisch symbool Si.
- Naam - silicium, of in het Latijn - silicium.
- Elektronische configuratie van buitenste laag 4e:2e:8e.
Het kristalrooster van silicium is vergelijkbaar met dat van diamant. Atomen bevinden zich op de knooppunten, het type is kubusvormig in het midden. Door de langere bindingslengte zijn de fysische eigenschappen van silicium echter heel anders dan die van de allotrope modificatie van koolstof.
Fysische en chemische eigenschappen
Er zijn er tweeallotrope modificaties van dit element: amorf en kristallijn. Ze lijken erg op elkaar. Echter, net als bij andere stoffen, is het belangrijkste verschil tussen hen het kristalrooster van silicium.
In dit geval zijn beide modificaties poeders van verschillende kleuren.
1. Kristallijn silicium is een donkergrijs glanzend metaalachtig poeder. De structuur komt overeen met diamant, maar de eigenschappen zijn anders. Hij heeft:
- fragiliteit;
- lage hardheid;
- halfgeleidereigenschappen;
- smeltpunt 14150C;
- 2.33g/cm3;
- kookpunt 27000C.
De chemische activiteit is laag in vergelijking met andere allotrope vormen.
2. Amorf silicium - bruinbruin poeder, heeft de structuur van zeer ongeordende diamant. De chemische activiteit is vrij hoog.
In het algemeen moet worden opgemerkt dat silicium niet graag reageert. Om het te laten reageren, heb je een temperatuur van minimaal 400-5000C nodig. Onder deze omstandigheden worden verschillende chemische verbindingen van silicium gevormd. Zoals:
- oxiden;
- halogeniden;
- siliciden;
- nitriden;
- boriden;
- carbiden.
Mogelijke interactie van silicium met salpeterzuur of alkali, het etsproces genoemd. Organosiliciumverbindingen zijn wijdverbreid en komen tegenwoordig steeds vaker voor.
In de natuur zijn
Silicium wordt in vrij grote hoeveelheden in de natuur aangetroffen. Het staat op de tweede plaats na zuurstof in termen van prevalentie. De massafractie is ongeveer 30%. Zeewater bevat ook dit element in een concentratie van ongeveer 3 mg/l. Daarom kan niet worden gezegd dat silicium een zeldzaam element in de natuur is.
Integendeel, er zijn veel verschillende gesteenten en mineralen waarin het voorkomt en waaruit het kan worden gewonnen. De meest voorkomende natuurlijke siliciumverbindingen zijn als volgt:
- Silicium. De chemische formule is SiO2. Er is een vrij grote verscheidenheid aan vormen van mineralen en gesteenten die erop zijn gebaseerd: zand, vuursteen, veldspaat, kwarts, bergkristal, amethist, chalcedoon, carneool, opaal, jaspis en andere.
- Silicaten en aluminosilicaten. Kaolien, rondhouten, mica, kiezelzuurzouten, asbest, talk.
Silicium is dus wijdverbreid in de natuur, en zijn verbindingen zijn populair en in trek bij mensen voor technische toepassingen.
Silicium en zijn verbindingen
Omdat het betreffende element niet in zijn pure vorm kan bestaan, zijn de verschillende verbindingen ervan belangrijk. Vanuit chemisch oogpunt kan het drie oxidatietoestanden vertonen: +2, +4, -4. Uitgaande hiervan, evenals van zijn inertie, maar speciaal in de structuur van het kristalrooster, vormt het de volgende hoofdsoorten stoffen:
- binaire verbindingen met niet-metalen (silaan, carbide, nitride, fosfide enzovoort;
- oxiden;
- siliciumzuur;
- metaalsilicaten.
Laten we eens nader kijken naar het belang van silicium en zijn verbindingen, die het meest voorkomen en waar mensen veel vraag naar hebben.
Siliciumoxiden
Er zijn twee varianten van deze stof, uitgedrukt in de formules:
- SiO;
- SiO2.
De meest voorkomende is echter dioxide. Het bestaat in de natuur in de vorm van zeer mooie halfedelstenen:
- agaat;
- chalcedoon;
- opaal;
- carneool;
- jaspis;
- amethist;
- strass.
Het gebruik van silicium in deze vorm heeft zijn toepassing gevonden bij de vervaardiging van sieraden. Met deze halfedelstenen en halfedelstenen worden ongelooflijk mooie gouden en zilveren sieraden gemaakt.
Nog een paar variaties van siliciumdioxide:
- kwarts;
- rivier- en kwartszand;
- vuursteen;
- veldspaat.
Het gebruik van silicium in deze typen wordt geïmplementeerd in bouwwerkzaamheden, engineering, radio-elektronica, de chemische industrie en de metallurgie. Samen behoren de vermelde oxiden tot een enkele stof - silica.
Siliciumcarbide en zijn toepassingen
Silicium en zijn verbindingen zijn de materialen van de toekomst en het heden. Een van deze materialen is carborundum of het carbide van dit element. Chemische formule van SiC. Komt van nature voor als het mineraal moissanite.
In zijn pure vorm is de verbinding van koolstof en silicium prachtigtransparante kristallen die op diamantstructuren lijken. Er worden echter groen en zwart gekleurde stoffen gebruikt voor technische doeleinden.
De belangrijkste kenmerken van deze stof, waardoor het kan worden gebruikt in de metallurgie, de techniek en de chemische industrie, zijn als volgt:
- wide gap halfgeleider;
- zeer hoge sterkte (7 op de schaal van Mohs);
- bestand tegen hoge temperaturen;
- uitstekende elektrische weerstand en thermische geleidbaarheid.
Dit alles maakt het mogelijk om carborundum te gebruiken als schurend materiaal in de metallurgie en chemische synthese. En ook op basis van de productie van breedspectrum-LED's, onderdelen voor glassmeltovens, mondstukken, fakkels, sieraden (moissanite wordt meer gewaardeerd dan kubieke zirkonia).
Silan en zijn betekenis
De waterstofverbinding van silicium wordt silaan genoemd en kan niet worden verkregen door directe synthese uit uitgangsmaterialen. Om het te verkrijgen, worden siliciden van verschillende metalen gebruikt, die worden behandeld met zuren. Hierdoor komt gasvormig silaan vrij en wordt een metaalzout gevormd.
Interessant is dat de betreffende verbinding nooit alleen wordt gevormd. Door de reactie ontstaat steeds een mengsel van mono-, di- en trisilaan, waarin siliciumatomen in ketens met elkaar verbonden zijn.
Door hun eigenschappen zijn deze verbindingen sterke reductiemiddelen. Tegelijkertijd worden ze zelf gemakkelijk geoxideerd door zuurstof, soms met een explosie. Bij halogenen zijn de reacties altijd heftig, met een grote emissieenergie.
De toepassingen van silanen zijn als volgt:
- Reacties van organische synthese, die resulteren in de vorming van belangrijke organosiliciumverbindingen - siliconen, rubbers, afdichtingsmiddelen, smeermiddelen, emulsies en andere.
- Micro-elektronica (LCD-monitoren, geïntegreerde technische schakelingen, enz.).
- Verkrijgen van ultrazuiver polysilicium.
- Tandheelkunde met protheses.
Het belang van silanen in de moderne wereld is dus groot.
Siliczuur en silicaten
Het hydroxide van het element in kwestie zijn verschillende kiezelzuren. Markeer:
- meta;
- ortho;
- polykiezelzuur en andere zuren.
Ze zijn allemaal verenigd door gemeenschappelijke eigenschappen - extreme instabiliteit in de vrije staat. Ze ontleden gemakkelijk onder invloed van temperatuur. Onder normale omstandigheden bestaan ze niet lang en veranderen ze eerst in een sol en vervolgens in een gel. Na droging worden dergelijke structuren silicagels genoemd. Ze worden gebruikt als adsorbens in filters.
Belangrijk, vanuit het oogpunt van de industrie, zijn zouten van kiezelzuren - silicaten. Ze liggen ten grondslag aan de productie van stoffen zoals:
- glas;
- beton;
- cement;
- zeoliet;
- kaolien;
- porselein;
- faience;
- kristal;
- keramiek.
Alkalimetaalsilicaten zijn oplosbaar, alle andere niet. Daarom wordt natrium- en kaliumsilicaat vloeibaar glas genoemd. Gewone administratieve lijm - dit is natriumkiezelzuurzout.
Maar de meest interessante verbindingen zijn nog steeds glazen. Hoeveel varianten van deze stof ze ook bedachten! Vandaag krijgen ze kleur, optische, matte opties. Glaswerk v alt op door zijn pracht en verscheidenheid. Door bepaalde metaal- en niet-metaaloxiden aan het mengsel toe te voegen, kan een grote verscheidenheid aan glassoorten worden geproduceerd. Soms zelfs dezelfde samenstelling, maar een ander percentage van de componenten leidt tot een verschil in de eigenschappen van de stof. Een voorbeeld is porselein en faience, waarvan de formule SiO2AL2O3 is K 2O.
Kwartsglas is een vorm van een zeer zuiver product waarvan de samenstelling wordt beschreven als siliciumdioxide.
Ontdekkingen in siliciumverbindingen
In de afgelopen jaren van onderzoek is bewezen dat silicium en zijn verbindingen de belangrijkste deelnemers zijn in de normale toestand van levende organismen. Bij een gebrek of overmaat van dit element kunnen ziekten zoals:
- kanker;
- tuberculose;
- artritis;
- staar;
- lepra;
- dysenterie;
- reuma;
- hepatitis en anderen.
Het verouderingsproces zelf wordt ook geassocieerd met het kwantitatieve geh alte aan silicium. Talloze experimenten met zoogdieren hebben aangetoond dat bij een gebrek aan een element hartaanvallen, beroertes, kanker optreden en het hepatitisvirus wordt geactiveerd.
