סיליקון והתרכובות שלו. סיליקון בטבע. יישום של סיליקון

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

סיליקון הוא אחד המרכיבים המבוקשים ביותר בטכנולוגיה ובתעשייה. היא חייבת זאת למאפיינים יוצאי הדופן שלו. כיום, יש הרבה תרכובות שונות של יסוד זה הממלאות תפקיד חשוב בסינתזה ויצירה של מוצרים טכניים, כלים, זכוכית, ציוד, חומרי בניין וגימור, תכשיטים ותעשיות אחרות.

מאפיינים כלליים של סיליקון

אם ניקח בחשבון את מיקומו של הסיליקון במערכת המחזורית, נוכל לומר זאת:

1. ממוקם בקבוצה IV של תת-הקבוצה הראשית.
2. מספר רגיל 14.
3. מסה אטומית 28, 086.
4. סמל כימי סי.
5. שם - סיליקון, או בלטינית - סיליקיום.
6. תצורה אלקטרונית של שכבה חיצונית 4e:2e:8e.

סריג הקריסטל של סיליקון דומה לזה של יהלום. אטומים ממוקמים בצמתים, סוגו מעוקב במרכז הפנים. עם זאת, בשל אורך הקשר הארוך יותר, התכונות הפיזיקליות של הסיליקון שונות מאוד מאלו של השינוי האלוטרופי של פחמן.

מאפיינים פיזיים וכימיים

יש שנייםשינויים אלוטרופיים של יסוד זה: אמורפי וגבישי. הם מאוד דומים. עם זאת, כמו בחומרים אחרים, ההבדל העיקרי ביניהם הוא סריג הגביש של סיליקון.

במקרה זה, שני השינויים הם אבקות בצבעים שונים.

1. סיליקון גבישי הוא אבקה מבריקה בצבע אפור כהה דמוי מתכת. המבנה שלו מתאים ליהלום, אבל המאפיינים שונים. יש לו:

• fragility;
• קשיות נמוכה;
• מאפייני מוליכים למחצה;
• נקודת התכה 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• נקודת רתיחה 2700⁰C.

הפעילות הכימית שלו נמוכה בהשוואה לצורה אלוטרופית אחרת.

2. סיליקון אמורפי - אבקה חומה-חומה, בעלת מבנה של יהלום מעורער מאוד. הפעילות הכימית די גבוהה.

באופן כללי, יש לציין שסיליקון לא אוהב להגיב. כדי לגרום לזה להגיב, אתה צריך טמפרטורה של לפחות 400-500⁰C. בתנאים אלה נוצרות תרכובות כימיות שונות של סיליקון. כגון:

• oxides;
• halides;
• silicides;
• nitrides;
• borides;
• carbides.

אינטראקציה אפשרית של סיליקון עם חומצה חנקתית או אלקלי, מה שנקרא תהליך התחריט. תרכובות אורגניות סיליקון נפוצות והופכות ליותר ויותר נפוצות כיום.

להיות בטבע

הסיליקון נמצא בטבע בכמות משמעותית למדי. הוא נמצא במקום השני אחרי חמצן מבחינת שכיחות. שבר המסה שלו הוא כ-30%. מי ים מכילים גם יסוד זה בריכוז משוער של 3 מ ג/ליטר. לכן, לא ניתן לומר שסיליקון הוא יסוד נדיר בטבע.

להפך, ישנם סלעים ומינרלים רבים ושונים שבהם הוא מתרחש ומהם ניתן לכרות אותו. תרכובות הסיליקון הטבעיות הנפוצות ביותר הן כדלקמן:

1. סיליקה. הנוסחה הכימית היא SiO₂. קיים מגוון גדול למדי של צורות של מינרלים וסלעים המבוססים עליו: חול, צור, ספידי פלד, קוורץ, גביש סלע, אמטיסט, כלקדוני, קרנליאן, אופל, ג'ספר ועוד.
2. סיליקטים ואלומינוסיליקטים. קאולין, ספינות, נציץ, מלחי חומצה סיליקית, אסבסט, טלק.

לכן, הסיליקון מופץ באופן נרחב בטבע, והתרכובות שלו פופולריות ומבוקשות בקרב אנשים ליישומים טכניים.

סיליקון והתרכובות שלו

מאחר והיסוד המדובר אינו יכול להתקיים בצורתו הטהורה, לכן יש חשיבות לתרכובותיו השונות. מנקודת מבט כימית, הוא יכול להציג שלושה מצבי חמצון: +2, +4, -4. מתוך כך, כמו גם מהאינרטיות שלו, אך מיוחדת במבנה סריג הגביש, הוא יוצר את סוגי החומרים העיקריים הבאים:

• תרכובות בינאריות עם לא-מתכות (סילאן, קרביד, ניטריד, פוספיד וכן הלאה;
• oxides;
• סיליקוןחומצה;
• סיליקטים מתכת.

בואו נסתכל מקרוב על חשיבות הסיליקון והתרכובות שלו, שהן הנפוצות והמבוקשות ביותר עבור אנשים.

תחמוצות סיליקון

ישנם שני זנים של חומר זה, המבוטאים בנוסחאות:

• SiO;
• SiO₂.

עם זאת, הנפוצה ביותר היא דו-חמצנית. הוא קיים בטבע בצורה של אבנים חצי יקרות מאוד יפות:

• agate;
• chalcedony;
• opal;
• carnelian;
• jasper;
• amethyst;
• rhinestone.

השימוש בסיליקון בצורה זו מצא את היישום שלו בייצור תכשיטים. תכשיטי זהב וכסף יפים להפליא עשויים עם האבנים החצי יקרות והיקרות למחצה האלה.

עוד כמה וריאציות של סיליקון דו-חמצני:

• quartz;
• חול נהר וקוורץ;
• flint;
• פלדספסים.

השימוש בסיליקון בסוגים אלה מיושם בעבודות בנייה, הנדסה, רדיו אלקטרוניקה, תעשייה כימית ומטלורגיה. יחד, התחמוצות הרשומות שייכות לחומר בודד - סיליקה.

סיליקון קרביד והיישומים שלו

סיליקון והתרכובות שלו הם החומרים של העתיד וההווה. אחד מהחומרים הללו הוא קרבונדום או הקרביד של יסוד זה. נוסחה כימית של SiC. מתרחש באופן טבעי כמינרל moissanite.

בצורתה הטהורה, התרכובת של פחמן וסיליקון יפהגבישים שקופים הדומים למבני יהלום. עם זאת, חומרים בצבע ירוק ושחור משמשים למטרות טכניות.

המאפיינים העיקריים של חומר זה, המאפשרים שימוש בו במטלורגיה, הנדסה, תעשייה כימית, הם כדלקמן:

• wide gap semiconductor;
• חוזק גבוה מאוד (7 בסולם Mohs);
• עמיד לטמפרטורה גבוהה;
• התנגדות חשמלית מעולה ומוליכות תרמית.

כל זה מאפשר להשתמש בקרבורונדום כחומר שוחק במטלורגיה ובסינתזה כימית. וגם על הבסיס שלה לייצר נוריות LED רחבות טווח, חלקים לתנורי היתוך זכוכית, חרירים, לפידים, תכשיטים (מויסניט מוערך יותר מזירקוניה).

סילאן והמשמעות שלו

תרכובת המימן של סיליקון נקראת סילאן ולא ניתן להשיג אותה בסינתזה ישירה מחומרי מוצא. כדי להשיגו משתמשים בחומצות ממתכות שונות, המטופלות בחומצות. כתוצאה מכך, משתחרר סילאן גזי ונוצר מלח מתכת.

מעניין שהקשר המדובר לעולם לא נוצר לבד. תמיד כתוצאה מהתגובה, מתקבלת תערובת של מונו-, די-וטריסילאן, שבה אטומי סיליקון מחוברים זה לזה בשרשראות.

לפי התכונות שלהם, תרכובות אלו הן חומרי הפחתה חזקים. יחד עם זאת, הם עצמם מתחמצנים בקלות על ידי חמצן, לפעמים עם פיצוץ. עם הלוגנים, התגובות תמיד אלימות, עם פליטה גדולהאנרגיה.

היישומים של סילאנים הם כדלקמן:

1. תגובות של סינתזה אורגנית, המביאות ליצירת תרכובות אורגנוסיליקון חשובות - סיליקונים, גומיות, חומרי איטום, חומרי סיכה, אמולסיות ואחרות.
2. מיקרואלקטרוניקה (מסכי LCD, מעגלים טכניים משולבים וכו').
3. השגת פוליסיליקון טהור במיוחד.
4. רפואת שיניים עם תותבות.

לכן, החשיבות של סילאנים בעולם המודרני היא גבוהה.

חומצה סיליקית וסיליקטים

הידרוקסיד של היסוד המדובר הוא חומצות סיליקיות שונות. הדגשה:

• meta;
• ortho;
• חומצות פוליסיליות וחומצות אחרות.

כולם מאוחדים במאפיינים משותפים - חוסר יציבות קיצוני במדינה החופשית. הם מתפרקים בקלות בהשפעת הטמפרטורה. בתנאים רגילים, הם אינם קיימים לאורך זמן, הופכים תחילה לסול, ולאחר מכן לג'ל. לאחר ייבוש, מבנים כאלה נקראים ג'ל סיליקה. הם משמשים כסופחים במסננים.

חשוב, מנקודת מבט של התעשייה, הם מלחים של חומצות סיליקיות - סיליקטים. הם עומדים בבסיס הייצור של חומרים כגון:

• glass;
• concrete;
• cement;
• זאוליט;
• kaolin;
• porcelain;
• faience;
• קריסטל;
• קרמיקה.

סיליקטים מתכת אלקליים מסיסים, כל השאר לא. לכן, סיליקט נתרן ואשלגן נקרא זכוכית נוזלית. דבק פקידותי רגיל - זה נתרןמלח חומצה סיליקית.

אבל התרכובות המעניינות ביותר הן עדיין משקפיים. לא משנה כמה גרסאות של החומר הזה הם הגיעו עם! היום הם מקבלים אפשרויות צבע, אופטיות, מט. כלי זכוכית בולטים בהדר ובמגוון שלהם. על ידי הוספת תחמוצות מתכת ובלתי מתכת מסוימות לתערובת, ניתן לייצר מגוון רחב של סוגי זכוכית. לפעמים אפילו אותו הרכב, אבל אחוז שונה מהרכיבים מביא להבדל בתכונות החומר. דוגמה לכך היא פורצלן ופאיין, שהנוסחה שלהם היא SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

זכוכית קוורץ היא צורה של מוצר טהור ביותר שהרכבו מתואר כסיליקון דו-חמצני.

תגליות בתרכובות סיליקון

במהלך השנים האחרונות של מחקר, הוכח שסיליקון ותרכובותיו הם המשתתפים החשובים ביותר במצב התקין של יצורים חיים. עם חוסר או עודף של אלמנט זה, מחלות כגון:

• סרטן;
• שחפת;
• דלקת מפרקים;
• קטרקט;
• צרעת;
• דיזנטריה;
• ראומטיזם;
• הפטיטיס ואחרים.

תהליך ההזדקנות עצמו קשור גם לתכולה הכמותית של סיליקון. ניסויים רבים ביונקים הוכיחו שעם חוסר אלמנט מתרחשים התקפי לב, שבץ מוחי, סרטן ומופעל וירוס הפטיטיס.