Սիլիցիում և դրա միացություններ. Սիլիցիում բնության մեջ. Սիլիցիումի կիրառում

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Սիլիկոնը տեխնոլոգիայի և արդյունաբերության մեջ ամենապահանջված տարրերից մեկն է: Դա պարտական է իր անսովոր հատկություններին: Այսօր կան այս տարրի բազմաթիվ տարբեր միացություններ, որոնք կարևոր դեր են խաղում տեխնիկական արտադրանքի, սպասքի, ապակու, սարքավորումների, շինարարական և հարդարման նյութերի, ոսկերչության և այլ արդյունաբերության սինթեզի և ստեղծման գործում:

Սիլիցիումի ընդհանուր բնութագրերը

Եթե դիտարկենք սիլիցիումի դիրքը պարբերական համակարգում, ապա կարող ենք ասել հետևյալը.

1. Գտնվում է հիմնական ենթախմբի IV խմբում։
2. Սովորական թիվ 14.
3. Ատոմային զանգված 28, 086.
4. Քիմիական նշան Si.
5. Անունը՝ սիլիցիում, կամ լատիներեն՝ silicium։
6. Արտաքին շերտի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա 4e:2e:8e.

Սիլիցիումի բյուրեղային ցանցը նման է ադամանդիին: Ատոմները գտնվում են հանգույցներում, նրա տեսակը դեմքակենտրոն խորանարդ է։ Այնուամենայնիվ, կապի ավելի երկար երկարության պատճառով սիլիցիումի ֆիզիկական հատկությունները շատ տարբեր են ածխածնի ալոտրոպ մոդիֆիկացիայի հատկություններից:

Ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ

Կա երկուԱյս տարրի ալոտրոպային փոփոխությունները՝ ամորֆ և բյուրեղային: Նրանք շատ նման են: Այնուամենայնիվ, ինչպես մյուս նյութերի դեպքում, նրանց միջև հիմնական տարբերությունը սիլիցիումի բյուրեղային ցանցն է։

Այս դեպքում երկու փոփոխություններն էլ տարբեր գույների փոշիներ են։

1. Բյուրեղային սիլիցիումը մուգ մոխրագույն փայլուն մետաղի նման փոշի է: Նրա կառուցվածքը համապատասխանում է ադամանդի, բայց հատկությունները տարբեր են։ Նա ունի՝

• փխրունություն;
• ցածր կարծրություն;
• կիսահաղորդիչների հատկություններ;
• հալման կետ 1415⁰C;
• 2,33գ/սմ³;
• եռման կետ 2700⁰C.

Նրա քիմիական ակտիվությունը ցածր է այլ ալոտրոպային ձևերի համեմատ:

2. Ամորֆ սիլիցիում - դարչնագույն-շագանակագույն փոշի, ունի խիստ խանգարված ադամանդի կառուցվածք։ Քիմիական ակտիվությունը բավականին բարձր է։

Ընդհանուր առմամբ, պետք է նշել, որ սիլիկոնը չի սիրում արձագանքել։ Այն արձագանքելու համար ձեզ անհրաժեշտ է առնվազն 400-500⁰C ջերմաստիճան: Այս պայմաններում առաջանում են սիլիցիումի տարբեր քիմիական միացություններ։ Օրինակ՝

• օքսիդներ;
• հալիդներ;
• սիլիկիդներ;
• նիտրիդներ;
• բորիդես;
• կարբիդներ.

Սիլիցիումի հնարավոր փոխազդեցությունը ազոտաթթվի կամ ալկալիի հետ, որը կոչվում է փորագրման գործընթաց: Սիլիցիումի օրգանական միացությունները լայն տարածում ունեն և այսօր ավելի ու ավելի տարածված են դառնում։

Լինելով բնության մեջ

Սիլիցիումը բնության մեջ հայտնաբերված է բավականին զգալի քանակությամբ: Տարածվածությամբ այն երկրորդ տեղում է թթվածնից հետո։ Նրա զանգվածային բաժինը կազմում է մոտ 30%: Ծովի ջուրը նույնպես պարունակում է այս տարրը 3 մգ/լ մոտավոր կոնցենտրացիայով: Հետևաբար, չի կարելի ասել, որ սիլիցիումը բնության մեջ հազվագյուտ տարր է։

Ընդհակառակը, կան բազմաթիվ տարբեր ապարներ և հանքանյութեր, որոնցում այն առաջանում է և որոնցից կարելի է արդյունահանել: Ամենատարածված բնական սիլիցիումի միացությունները հետևյալն են՝

1. Սիլիցիում. Քիմիական բանաձևը SiO₂ է: Դրա վրա հիմնված միներալների և ապարների ձևերի բավականին մեծ բազմազանություն կա՝ ավազ, կայծքար, դաշտային սպաթներ, քվարց, ժայռաբյուրեղ, ամեթիստ, քաղկեդոնի, կարնելի, օպալ, հասպիս և այլն։
2. Սիլիկատներ և ալյումինոսիլիկատներ. Կաոլին, սպար, միկա, սիլիցիումի թթվի աղեր, ասբեստ, տալկ:

Այսպիսով, սիլիցիումը լայնորեն տարածված է բնության մեջ, և դրա միացությունները հայտնի և պահանջված են մարդկանց շրջանում տեխնիկական կիրառման համար:

Սիլիցիում և դրա միացություններ

Քանի որ խնդրո առարկա տարրը չի կարող գոյություն ունենալ իր մաքուր տեսքով, հետևաբար դրա տարբեր միացությունները կարևոր են: Քիմիական տեսանկյունից այն կարող է դրսևորել երեք օքսիդացման վիճակ՝ +2, +4, -4: Ելնելով դրանից, ինչպես նաև իր իներտությունից, բայց բյուրեղային ցանցի կառուցվածքով առանձնահատուկ ձևավորում է նյութերի հետևյալ հիմնական տեսակները՝

• երկուական միացություններ ոչ մետաղներով (սիլան, կարբիդ, նիտրիդ, ֆոսֆիդ և այլն;
• օքսիդներ;
• սիլիկոնթթու;
• մետաղական սիլիկատներ.

Եկեք ավելի ուշադիր նայենք սիլիցիումի և նրա միացությունների կարևորությանը, որոնք ամենատարածվածն ու պահանջարկն են մարդկանց համար:

Սիլիցիումի օքսիդներ

Այս նյութի երկու տեսակ կա, որոնք արտահայտվում են բանաձևերով՝

• SiO;
• SiO₂.

Սակայն ամենատարածվածը երկօքսիդն է։ Այն գոյություն ունի բնության մեջ շատ գեղեցիկ կիսաթանկարժեք քարերի տեսքով:

• ագատ;
• քաղկեդոնի;
• օպալ;
• carnelian;
• jasper;
• ամեթիստ;
• rhinestone.

Սիլիցիումի օգտագործումն այս տեսքով գտել է իր կիրառությունը ոսկերչական իրերի արտադրության մեջ: Այս կիսաթանկարժեք և կիսաթանկարժեք քարերով պատրաստված են անհավանական գեղեցիկ ոսկյա և արծաթյա զարդեր։

Սիլիցիումի երկօքսիդի ևս մի քանի տարբերակ.

• քվարց;
• գետ և քվարցային ավազ;
• կայծքար;
• feldspars.

Այս տեսակների մեջ սիլիցիումի օգտագործումն իրականացվում է շինարարության, ճարտարագիտության, ռադիոէլեկտրոնիկայի, քիմիական արդյունաբերության և մետաղագործության մեջ: Թվարկված օքսիդները միասին պատկանում են մեկ նյութի՝ սիլիցիումի։

Սիլիցիումի կարբիդ և դրա կիրառությունները

Սիլիցիումը և նրա միացությունները ապագայի և ներկայի նյութերն են: Այդ նյութերից մեկը կարբորունդն է կամ այս տարրի կարբիդը։ SiC-ի քիմիական բանաձևը. Բնության մեջ հանդիպում է որպես մոյսանիտ հանքանյութ:

Իր մաքուր տեսքով ածխածնի և սիլիցիումի միացությունը գեղեցիկ էթափանցիկ բյուրեղներ, որոնք հիշեցնում են ադամանդի կառուցվածքները: Այնուամենայնիվ, կանաչ և սև գույնի նյութերը օգտագործվում են տեխնիկական նպատակներով։

Այս նյութի հիմնական բնութագրերը, որոնք թույլ են տալիս այն օգտագործել մետալուրգիայի, ճարտարագիտության, քիմիական արդյունաբերության մեջ, հետևյալն են.

• լայն բացվածքով կիսահաղորդիչ;
• շատ բարձր ամրություն (7 Մոհսի սանդղակով);
• դիմացկուն է բարձր ջերմաստիճանի;
• գերազանց էլեկտրական դիմադրություն և ջերմային հաղորդունակություն:

Այս ամենը հնարավորություն է տալիս օգտագործել կարբոռնունդը որպես հղկիչ նյութ մետալուրգիայի և քիմիական սինթեզում։ Եվ նաև դրա հիման վրա արտադրել լայն սպեկտրի լուսադիոդներ, ապակու հալեցման վառարանների մասեր, վարդակներ, ջահեր, զարդեր (մոյսանիտը ավելի շատ է գնահատվում, քան խորանարդ ցիրկոնիան):

Սիլան և դրա նշանակությունը

Սիլիցիումի ջրածնային միացությունը կոչվում է սիլան և չի կարող ստացվել սկզբնական նյութերից ուղղակի սինթեզով։ Այն ստանալու համար օգտագործվում են տարբեր մետաղների սիլիցիդներ, որոնք մշակվում են թթուներով։ Արդյունքում արտազատվում է գազային սիլան և առաջանում մետաղական աղ։

Հետաքրքիր է, որ խնդրո առարկա կապը երբեք միայնակ չի ձևավորվում։ Միշտ ռեակցիայի արդյունքում ստացվում է մոնո-, դի- և տրիսիլանի խառնուրդ, որում սիլիցիումի ատոմները փոխկապակցված են շղթաներով։

Իրենց հատկություններով այս միացությունները ուժեղ վերականգնող նյութեր են: Միևնույն ժամանակ, նրանք իրենք հեշտությամբ օքսիդանում են թթվածնով, երբեմն՝ պայթյունով։ Հալոգենների դեպքում ռեակցիաները միշտ բուռն են՝ մեծ արտանետումներովէներգիա։

Սիլանների կիրառությունները հետևյալն են.

1. Օրգանական սինթեզի ռեակցիաներ, որոնց արդյունքում առաջանում են կարևոր սիլիցիումի օրգանական միացություններ՝ սիլիկոններ, ռետիններ, հերմետիկ նյութեր, քսանյութեր, էմուլսիաներ և այլն:
2. Միկրոէլեկտրոնիկա (LCD մոնիտորներ, ինտեգրված տեխնիկական սխեմաներ և այլն):
3. Ստանում ենք գերմաքուր պոլիսիլիկոն։
4. Ատամնաբուժություն պրոթեզներով.

Այսպիսով, սիլանների նշանակությունը ժամանակակից աշխարհում մեծ է։

Սիլիկաթթու և սիլիկատներ

Խնդիր տարրի հիդրօքսիդը տարբեր սիլիցիաթթուներ են: Կարևորում՝

• meta;
• օրթո;
• պոլիսիլիկ և այլ թթուներ.

Նրանց բոլորին միավորում են ընդհանուր հատկությունները՝ ծայրահեղ անկայունություն ազատ վիճակում։ Ջերմաստիճանի ազդեցության տակ հեշտությամբ քայքայվում են։ Նորմալ պայմաններում դրանք երկար չեն լինում՝ վերածվելով սկզբում սոլի, իսկ հետո գելի։ Չորացնելուց հետո նման կառուցվածքները կոչվում են սիլիցիումի գելեր։ Դրանք օգտագործվում են որպես ներծծող ֆիլտրերում:

Արդյունաբերության տեսակետից կարևոր են սիլիցիումի թթուների աղերը՝ սիլիկատները։ Դրանք ընկած են այնպիսի նյութերի արտադրության հիմքում, ինչպիսիք են՝

• ապակ;
• բետոն;
• ցեմենտ;
• զեոլիտ;
• կաոլին;
• ճենապակյա;
• faience;
• բյուրեղ;
• կերամիկա.

Ալկալիական մետաղների սիլիկատները լուծելի են, մնացած բոլորը՝ ոչ: Հետեւաբար, նատրիումի եւ կալիումի սիլիկատը կոչվում է հեղուկ ապակի: Սովորական կղերական սոսինձ - սա նատրիում էսիլիկաթթվի աղ.

Բայց ամենահետաքրքիր միացությունները դեռ ակնոցներն են: Անկախ նրանից, թե այս նյութի քանի տարբերակ են նրանք եկել: Այսօր դրանք ստանում են գունավոր, օպտիկական, փայլատ տարբերակներ։ Ապակյա իրերը տպավորիչ են իրենց շքեղությամբ և բազմազանությամբ: Խառնուրդին որոշակի մետաղական և ոչ մետաղական օքսիդներ ավելացնելով` կարելի է արտադրել ապակու տեսակների լայն տեսականի: Երբեմն նույնիսկ նույն կազմը, բայց բաղադրիչների տարբեր տոկոսը հանգեցնում է նյութի հատկությունների տարբերության: Օրինակ՝ ճենապակե և ֆայանս, որոնց բանաձևն է՝ SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Քվարցային ապակին բարձր մաքուր արտադրանքի ձև է, որի բաղադրությունը նկարագրվում է որպես սիլիցիումի երկօքսիդ:

Սիլիցիումի միացությունների բացահայտումներ

Վերջին մի քանի տարիների հետազոտությունների ընթացքում ապացուցվել է, որ սիլիցիումը և նրա միացությունները կենդանի օրգանիզմների նորմալ վիճակի ամենակարևոր մասնակիցներն են: Այս տարրի պակասի կամ ավելցուկի դեպքում հիվանդություններ, ինչպիսիք են՝

• քաղցկեղ;
• տուբերկուլյոզ;
• արթրիտ;
• կատարակտ;
• բորոտություն;
• դիզենտերիա;
• ռևմատիզմ;
• հեպատիտ և այլք.

Ծերացման գործընթացն ինքնին կապված է նաև սիլիցիումի քանակական պարունակության հետ։ Բազմաթիվ փորձեր կաթնասունների վրա ապացուցել են, որ տարրի բացակայության դեպքում առաջանում են սրտի կաթվածներ, ինսուլտներ, քաղցկեղ և ակտիվանում է հեպատիտի վիրուսը։