Silicon is een van die mees gevraagde elemente in tegnologie en industrie. Dit is te danke aan sy ongewone eienskappe. Vandag is daar baie verskillende verbindings van hierdie element wat 'n belangrike rol speel in die sintese en skepping van tegniese produkte, skottelgoed, glas, toerusting, bou- en afwerkingsmateriaal, juweliersware en ander nywerhede.
Algemene kenmerke van silikon
As ons die posisie van silikon in die periodieke stelsel oorweeg, kan ons dit sê:
- Gelee in groep IV van die hoofsubgroep.
- Ordinale nommer 14.
- Atoommassa 28, 086.
- Chemiese simbool Si.
- Naam - silikon, of in Latyn - silicium.
- Elektroniese konfigurasie van buitenste laag 4e:2e:8e.
Die kristalrooster van silikon is soortgelyk aan dié van diamant. Atome is by die nodusse geleë, die tipe is gesiggesentreerd kubies. As gevolg van die langer bindingslengte verskil die fisiese eienskappe van silikon egter baie van dié van die allotropiese modifikasie van koolstof.
Fisiese en chemiese eienskappe
Daar is tweeallotropiese modifikasies van hierdie element: amorf en kristallyn. Hulle is baie soortgelyk. Maar, soos met ander stowwe, is die belangrikste verskil tussen hulle die kristalrooster van silikon.
In hierdie geval is beide modifikasies poeiers van verskillende kleure.
1. Kristallyne silikon is 'n donkergrys blink metaalagtige poeier. Sy struktuur stem ooreen met diamant, maar die eienskappe is anders. Hy het:
- broosheid;
- lae hardheid;
- halfgeleier-eienskappe;
- smeltpunt 14150C;
- 2,33g/cm3;
- kookpunt 27000C.
Die chemiese aktiwiteit daarvan is laag in vergelyking met ander allotropiese vorms.
2. Amorfe silikon - bruin-bruin poeier, het die struktuur van hoogs wanordelike diamant. Die chemiese aktiwiteit is redelik hoog.
Oor die algemeen moet daarop gelet word dat silikon nie daarvan hou om te reageer nie. Om dit te laat reageer, benodig jy 'n temperatuur van minstens 400-5000C. Onder hierdie toestande word verskeie chemiese verbindings van silikon gevorm. Soos:
- oksiede;
- haliede;
- silicides;
- nitriede;
- borides;
- karbiede.
Moontlike interaksie van silikon met salpetersuur of alkali, wat die etsproses genoem word. Organosilikoonverbindings is wydverspreid en word vandag al hoe meer algemeen.
Being in die natuur
Silikon word in 'n redelik beduidende hoeveelheid in die natuur aangetref. Dit is in die tweede plek na suurstof in terme van voorkoms. Die massafraksie daarvan is ongeveer 30%. Seewater bevat ook hierdie element teen 'n benaderde konsentrasie van 3 mg/l. Daarom kan daar nie gesê word dat silikon 'n seldsame element in die natuur is nie.
Inteendeel, daar is baie verskillende gesteentes en minerale waarin dit voorkom en waaruit dit gemyn kan word. Die mees algemene natuurlike silikonverbindings is soos volg:
- Silika. Die chemiese formule is SiO2. Daar is 'n redelike groot verskeidenheid vorme van minerale en gesteentes wat daarop gebaseer is: sand, vuursteen, veldspate, kwarts, rotskristal, ametis, chalcedoon, karneool, opaal, jaspis en ander.
- Silikate en aluminosilikate. Kaolien, sparre, mika, siliciumsuursoute, asbes, talk.
Silikoon is dus wydverspreid in die natuur, en sy verbindings is gewild en in aanvraag onder mense vir tegniese toepassings.
Silicon en sy verbindings
Aangesien die betrokke element nie in sy suiwer vorm kan bestaan nie, daarom is die verskillende verbindings daarvan belangrik. Vanuit 'n chemiese oogpunt kan dit drie oksidasietoestande vertoon: +2, +4, -4. Uitgaande hiervan, sowel as van sy traagheid, maar spesiaal in die struktuur van die kristalrooster, vorm dit die volgende hooftipes stowwe:
- binêre verbindings met nie-metale (silaan, karbied, nitried, fosfied ensovoorts;
- oksiede;
- silikonsuur;
- metaalsilikate.
Kom ons kyk van naderby na die belangrikheid van silikon en sy verbindings, wat die algemeenste is en in aanvraag vir mense is.
Silicon oxides
Daar is twee variëteite van hierdie stof, uitgedruk deur die formules:
- SiO;
- SiO2.
Die mees wydverspreide is egter dioksied. Dit bestaan in die natuur in die vorm van baie pragtige halfedelgesteentes:
- agaat;
- chalcedony;
- opaal;
- carnelian;
- jasper;
- amethist;
- rhinestone.
Die gebruik van silikon in hierdie vorm het sy toepassing gevind in die vervaardiging van juweliersware. Ongelooflike pragtige goue en silwer juweliersware word gemaak met hierdie halfedel- en halfedelstene.
Nog 'n paar variasies van silikondioksied:
- quartz;
- rivier- en kwartssand;
- flint;
- veldspate.
Die gebruik van silikon in hierdie tipes word geïmplementeer in konstruksiewerk, ingenieurswese, radio-elektronika, die chemiese industrie en metallurgie. Saam behoort die gelyste oksiede aan 'n enkele stof - silika.
Siliconcarbide en sy toepassings
Silicon en sy verbindings is die materiale van die toekoms en die hede. Een van hierdie materiale is karborundum of die karbied van hierdie element. Chemiese formule van SiC. Kom natuurlik voor as die mineraal moissaniet.
In sy suiwer vorm is die verbinding van koolstof en silikon pragtigdeursigtige kristalle wat soos diamantstrukture lyk. Groen en swart gekleurde stowwe word egter vir tegniese doeleindes gebruik.
Die hoofkenmerke van hierdie stof, wat die gebruik daarvan in metallurgie, ingenieurswese, chemiese industrie moontlik maak, is soos volg:
- wye gaping halfgeleier;
- baie hoë sterkte (7 op die Mohs-skaal);
- hoë temperatuurbestand;
- uitstekende elektriese weerstand en termiese geleidingsvermoë.
Dit alles maak dit moontlik om karborundum as 'n skuurmateriaal in metallurgie en chemiese sintese te gebruik. En ook op die basis daarvan om breëspektrum LED's, onderdele vir glassmeltoonde, spuitpunte, fakkels, juweliersware te vervaardig (moissanite word meer gewaardeer as kubieke sirkonium).
Silan en die betekenis daarvan
Die waterstofverbinding van silikon word silaan genoem en kan nie verkry word deur direkte sintese vanaf beginmateriale nie. Om dit te verkry, word silicides van verskeie metale gebruik, wat met sure behandel word. As gevolg hiervan word gasvormige silaan vrygestel en 'n metaalsout word gevorm.
Interessant genoeg word die betrokke verband nooit alleen gevorm nie. Altyd as gevolg van die reaksie word 'n mengsel van mono-, di- en trisilaan verkry, waarin silikonatome in kettings met mekaar verbind is.
Deur hul eienskappe is hierdie verbindings sterk reduseermiddels. Terselfdertyd word hulle self maklik deur suurstof geoksideer, soms met 'n ontploffing. Met halogene is die reaksies altyd heftig, met 'n groot emissieenergie.
Die toepassings van silane is soos volg:
- Reaksies van organiese sintese, wat lei tot die vorming van belangrike organosilikoonverbindings - silikone, rubbers, seëlmiddels, smeermiddels, emulsies en ander.
- Mikro-elektronika (LCD-monitors, geïntegreerde tegniese stroombane, ens.).
- Verkryging van ultrasuiwer polisilicon.
- Tandheelkunde met prostetika.
Daarom is die belangrikheid van silane in die moderne wêreld hoog.
Kielsuur en silikate
Die hidroksied van die betrokke element is verskillende siliciumsure. Hoogtepunt:
- meta;
- ortho;
- polisilisiese en ander sure.
Almal van hulle word verenig deur gemeenskaplike eienskappe – uiterste onstabiliteit in die vrystaat. Hulle ontbind maklik onder die invloed van temperatuur. Onder normale omstandighede bestaan hulle nie lank nie, en verander eers in 'n sol, en dan in 'n jel. Na droging word sulke strukture silikagels genoem. Hulle word as adsorberende middels in filters gebruik.
Belangrik, uit die oogpunt van die industrie, is soute van siliciumsure - silikate. Hulle lê onder die produksie van stowwe soos:
- glas;
- beton;
- sement;
- zeoliet;
- kaolien;
- porselein;
- faience;
- kristal;
- keramiek.
Alkalimetaalsilikate is oplosbaar, al die ander is nie. Daarom word natrium- en kaliumsilikaat vloeibare glas genoem. Gewone geestelike gom - dit is natriumsiliciumsuur sout.
Maar die interessantste verbindings is steeds glase. Maak nie saak hoeveel variante van hierdie stof hulle uitgekom het nie! Vandag kry hulle kleur, optiese, mat opsies. Glasware is treffend in sy prag en verskeidenheid. Deur sekere metaal- en nie-metaaloksiede by die mengsel te voeg, kan 'n wye verskeidenheid glastipes geproduseer word. Soms lei selfs dieselfde samestelling, maar 'n ander persentasie van die komponente tot 'n verskil in die eienskappe van die stof. 'n Voorbeeld is porselein en faience, waarvan die formule SiO2AL2O3 is K 2O.
Kwartsglas is 'n vorm van hoogs suiwer produk waarvan die samestelling as silikondioksied beskryf word.
Ontdekkings in silikonverbindings
Oor die afgelope paar jaar se navorsing is dit bewys dat silikon en sy verbindings die belangrikste deelnemers aan die normale toestand van lewende organismes is. Met 'n gebrek aan of oormaat van hierdie element, siektes soos:
- kanker;
- tuberkulose;
- artritis;
- katarak;
- melaatsheid;
- disenterie;
- rumatiek;
- hepatitis en ander.
Die verouderingsproses self word ook geassosieer met die kwantitatiewe inhoud van silikon. Talle eksperimente op soogdiere het bewys dat met 'n gebrek aan 'n element hartaanvalle, beroertes, kanker voorkom en die hepatitis-virus word geaktiveer.
