Křemík a jeho sloučeniny. Křemík v přírodě. Aplikace křemíku

Jedním z nejžádanějších technologických a průmyslových prvků je křemík. To dluží jeho neobvyklé vlastnosti. Dnes existuje mnoho různých složek tohoto prvku, které hrají důležitou roli při syntéze a tvorbě technických výrobků, skla, vybavení, stavebních a dokončovacích materiálů, šperků a dalších průmyslových odvětví.

Obecné vlastnosti křemíku

Pokud vezmeme v úvahu pozici křemíku v periodickém systému, můžeme to říci takto:

1. Je umístěn ve skupině IV hlavní podskupiny.
2. Sériové číslo je 14.
3. Atomová hmotnost je 28,086.
4. Chemický symbol Si.
5. Název je křemík, nebo v latině - křemík.
6. Elektronická konfigurace vnější vrstvy 4e: 2e: 8e.

Křišťálová mřížka křemíku je podobná mřížce diamantu. Na uzlech jsou atomy, jejichž typ je krychlový. Nicméně vzhledem k delší délce vazby se fyzikální vlastnosti křemíku liší od fyzikálních vlastností alotropické modifikace uhlíku.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Jsou dvě alotropické modifikace tohoto prvku: amorfní a krystalické. Jsou velmi podobné. Nicméně, stejně jako v případě jiných látek, hlavní rozdíl mezi nimi je krystalová mřížka křemíku.

V tomto případě jsou obě modifikace prášky různých barev.

1. Krystalický křemík je tmavě šedý lesklý prášek, podobný kovu. Jeho struktura odpovídá diamantu, ale vlastnosti jsou různé. Má:

• křehkost;
• nízká tvrdost;
• vlastnosti polovodičů;
• teplota tání 1415 ° C⁰C;
• hustota 2,33 g / cm³;
• bod varu 2700⁰C.

Jeho chemická aktivita je nízká ve srovnání s jinou alotropickou formou.

2. Amorfní křemík je hnědo-hnědý prášek se strukturou silně neuspořádaného diamantu. Chemická aktivita je poměrně vysoká.

Obecně je třeba poznamenat, že křemík se nechce připojit k reakci. Chcete-li reagovat, potřebujete teplotu nejméně 400-500⁰C. Za těchto podmínek se vytvářejí různé chemické sloučeniny křemíku. Například:

• oxidy;
• halogenidy;
• silicidy;
• nitridů;
• boridy;
• karbidy.

Možná interakce křemíku s kyselinou dusičnou nebo alkalickou látkou, která se nazývá proces leptání. Silikonové sloučeniny jsou široce rozšířené, které se dnes více rozšířily.

Bytí v přírodě

Křemík v přírodě je obsažen v poměrně velkém množství. Je na druhém místě po prevalenci kyslíku. Jeho hmotnostní podíl je asi 30%. Mořská voda také obsahuje tento prvek v přibližné koncentraci 3 mg / l. Proto nemůžeme říci, že křemík v přírodě je vzácný prvek.

Naopak, existuje mnoho různých hornin a minerálů, jejichž složení se nachází a odkud je lze extrahovat. Nejběžnější přírodní sloučeniny křemíku jsou následující:

1. Křemík. Chemický vzorec SiO₂. Tam je poměrně široká paleta forem minerálů a hornin založených na tom: písek, křemelina, živce, křemen, drahokam, ametyst, chalcedon, karneol, opál, jaspis a další.
2. Silikáty a hlinitokřemičitany. Kaolin, spar, slída, soli kyseliny křemičité, azbest, mastek.

Rozptýlení křemíku v přírodě je tedy rozšířené a jeho sloučeniny jsou oblíbené a poptávané mezi lidmi pro použití pro technické účely.

Křemík a jeho sloučeniny

Vzhledem k tomu, že ve své čisté podobě nemůže být daný prvek přítomen, jeho různá spojení mají velký význam. Z chemického hlediska může vykazovat tři oxidační stavy: +2, +4, -4. Vycházeje z toho, a také proto, že jejich setrvačnosti, ale především na struktuře krystalové mřížce, generuje následující hlavní typy látek:

• Binární sloučeniny s nekovy (silan, karbid, nitrid, fosfid a tak dále;
• oxidy;
• kyselina křemičitá;
• silikáty kovů.

Podívejme se podrobněji na význam křemíku a jeho sloučenin, které jsou nejčastějšími a nárokovanými pro lidi.

Oxidy křemíku

Existují dvě odrůdy této látky, vyjádřené vzorci:

• SiO;
• SiO₂.

Nejběžnější je však dioxid. V přírodě existuje ve formě velmi krásných polodrahokamů:

• achát;
• chalcedonie;
• opal;
• carnelian;
• jaspis;
• ametyst;
• drahokamu.

Aplikace křemíku v této podobě našla uplatnění při výrobě šperků. Neobvykle krásné zlaté a stříbrné ozdoby se vyrábějí s těmito polodrahokamy a okrasné kameny.

Několik dalších variant oxidu křemičitého:

• křemen;
• řeka a křemenný písek;
• křemelina;
• živce.

Použití křemíku v těchto typech se realizuje ve stavebnictví, strojírenství, rozhlasové elektronice, chemickém průmyslu a metalurgii. Všechny tyto oxidy jsou označovány jako jediná látka - oxid křemičitý.

Karbid křemíku a jeho aplikace

Křemík a jeho sloučeniny jsou materiály budoucnosti a současnost. Jedním z takových materiálů je karborund nebo karbid tohoto prvku. Chemický vzorec je SiC. Vyskytuje se v přírodě ve formě moissanitového minerálu.

V čisté podobě je kombinace uhlíku a křemíku krásnými průhlednými krystaly připomínajícími diamantové struktury. Nicméně pro technické účely se používají látky natřené v zelené a černé barvě.

Hlavní vlastnosti této látky, umožňující její použití v metalurgii, strojírenství, chemickém průmyslu, jsou následující:

• širokopásmový polovodič;
• velmi vysoký stupeň pevnosti (7 na stupnici Mohs);
• odolné vůči vysokým teplotám;
• vynikající elektrická stabilita a tepelná vodivost.

To vše umožňuje použití karborundu jako abrazivního materiálu v metalurgii a chemické syntéze. A také na bázi pro výrobu LED diod širokého rozsahu, detaily pro sklářské pece, trysky, pochodeň, šperky (moissanit je ceněn nad phianitem).

Silan a jeho význam

Vodíková sloučenina křemíku se nazývá silan a nemůže být získána přímou syntézou z výchozích materiálů. K jeho výrobě se používají silicidy různých kovů, které se zpracovávají kyselinami. Výsledkem je uvolnění plynného silanu a vznik soli kovu.

Je zajímavé, že daná sloučenina se nikdy nestává samostatně. Vždy v důsledku reakce se získá směs mono-, di- a trisilanu, ve kterém jsou atomy křemíku vzájemně spojeny do řetězců.

Svojími vlastnostmi jsou tyto sloučeniny silnými redukčními činidly. Oni jsou snadno oxidováni kyslíkem, někdy s výbuchem. U halogenů jsou turbulentní reakce vždy s velkým uvolněním energie.

Oblasti použití silanů jsou následující:

1. Reakce organické syntézy, jako výsledek, jehož je k silikony důležité - silikon, guma, tmely, lubrikanty, emulze a další.
2. Mikroelektronika (monitory z tekutých krystalů, integrované technické schémata atd.).
3. Výroba ultračistého polysilikonu.
4. Zubní lékařství v protetiku.

Význam silanů v moderním světě je proto vysoký.

Kyselina křemičitá a křemičitany

Hydroxidem daného prvku jsou různé kyseliny křemičité. Přidělit:

• meta;
• ortho;
• polysilikon a další kyseliny.

Všichni sdílejí společné vlastnosti - extrémní nestabilitu ve volném stavu. Snadno se rozkládají pod vlivem teploty. Za normálních podmínek není příliš času, nejprve se přemění na sol a pak do gelu. Po vysušení se tyto struktury nazývají silikagely. Používají se jako adsorbenty ve filtrech.

Důležité z průmyslového hlediska jsou soli kyseliny křemičité - křemičitany. Jsou základem pro získání takových látek, jako jsou:

• sklo;
• beton;
• cement;
• zeolit;
• kaolin;
• porcelán;
• faianta;
• krystal;
• keramiky.

Křemičitany alkalických kovů jsou rozpustné, všechny ostatní nejsou. Proto se křemičitan sodný a draselný nazývá tekuté sklo. Obvyklé kancelářské lepidlo je sodná sůl kyseliny křemičité.

Ale nejzajímavější jsou všechny stejné sklo. Jaké jsou jedinečné varianty této látky vynalezené! Dnes získávají barevné, optické a matné možnosti. Sklo překvapí svou nádherou a rozmanitostí. Když se do směsi přidávají určité kovové oxidy a nekovy, lze vyrobit různé typy skla. Někdy dokonce stejné složení, ale jiné procento složek vede k rozdílu ve vlastnostech látky. Příkladem je porcelán a faianta, jejíž vzorec je SiO₂* AL₂O₃* K₂O.

Křemenné sklo je formou zvláště čistého produktu, jehož složení je popsáno jako oxid křemičitý.

Objevy v oblasti sloučenin křemíku

V posledních letech výzkumu bylo prokázáno, že křemík a jeho sloučeniny jsou nejdůležitějšími účastníky normálního stavu živých organismů. S nedostatkem nebo přebytkem tohoto prvku jsou choroby jako:

• rakovina;
• tuberkulóza;
• artritida;
• katarakta;
• malomocenství;
• dyzentrie;
• revmatismus;
• hepatitida a další.

Stárnutí samotného těla je také spojeno s kvantitativním obsahem křemíku. Mnoho experimentů na savcích ukázalo, že pokud tento prvek postrádá, onemocnění srdce, mrtvice, rakovina se objeví a virus hepatitidy se stává aktivní.