Silikon (unsur kimia): sifat, ciri, formula. Sejarah penemuan silikon

Banyak peranti dan peranti teknologi moden dicipta kerana ciri-ciri unik bahan-bahan dalam alam semula jadi. Kemanusiaan secara eksperimen dan berhati-hati mengkaji unsur-unsur sekitarnya sentiasa memodernisasi ciptaan mereka sendiri - proses ini disebut kemajuan teknologi. Ia berdasarkan kepada asas, boleh diakses oleh semua orang yang mengelilingi kita dalam kehidupan seharian. Sebagai contoh, pasir: apa yang boleh mengejutkan dan luar biasa di dalamnya? Para saintis dapat membezakannya daripada silikon - unsur kimia, tanpa teknologi komputer. Bidang aplikasinya adalah pelbagai dan sentiasa berkembang. Ini dicapai kerana sifat-sifat unik atom silikon, strukturnya dan kemungkinan sebatian dengan bahan mudah lain.

Ciri

Dalam sistem berkala yang dibangunkan oleh DI Mendeleev, silikon (unsur kimia) dilambangkan oleh simbol Si. Merujuk kepada bukan logam, terletak pada kumpulan keempat utama dalam tempoh ketiga, mempunyai bilangan atom sebanyak 14. Kedekatannya dengan karbon tidak sengaja: dalam banyak aspek, sifatnya adalah setanding. Secara semula jadi ia tidak berlaku dalam bentuk tulen, kerana ia adalah elemen aktif dan mempunyai ikatan yang kuat dengan oksigen. Bahan utama adalah silika, iaitu oksida, dan silikat (pasir). Dalam kes ini, silikon (sebatian semulajadi) adalah salah satu unsur kimia yang paling biasa di Bumi. Dengan kandungan jisim, ia hanya kedua untuk oksigen (lebih daripada 28%). Lapisan atas kerak bumi mengandungi silikon dalam bentuk dioksida (ini adalah kuarsa), pelbagai jenis tanah liat dan pasir. Kumpulan yang paling biasa kedua adalah silikatnya. Pada kedalaman kira-kira 35 km dari permukaan terdapat lapisan granit dan deposit basalt, yang mengandungi sebatian silika. Peratusan kandungan dalam inti bumi belum dikira, tetapi lapisan paling dekat mantel (sehingga 900 km) mengandungi silikat. Dalam komposisi air laut, kepekatan silikon adalah 3 mg / l, tanah lunar adalah 40% terdiri daripada sebatiannya. Ekspansi ruang, yang mana umat manusia telah dikaji setakat ini, mengandungi elemen kimia ini dalam kuantiti yang banyak. Contohnya, analisis spektrum meteorit yang mendekati Bumi pada jarak yang boleh dicapai oleh penyelidik menunjukkan bahawa mereka terdiri daripada 20% silikon. Terdapat kebarangkalian membentuk kehidupan berdasarkan unsur ini dalam galaksi kita.

Proses penyelidikan

Sejarah penemuan unsur kimia silikon mempunyai beberapa peringkat. Banyak bahan yang dikendalikan oleh Mendeleev telah digunakan oleh manusia selama berabad-abad. Pada masa yang sama, unsur-unsur itu dalam bentuk semula jadi, iaitu. Dalam sebatian yang tidak tertakluk kepada rawatan kimia, dan semua sifatnya tidak diketahui oleh orang. Dalam proses mengkaji semua ciri-ciri bahan itu, dia mempunyai kegunaan baru. Sifat-sifat silikon tidak dipelajari hingga akhirnya hingga akhir - unsur ini, dengan pelbagai aplikasi yang cukup luas dan pelbagai, meninggalkan ruang untuk penemuan baru untuk generasi saintis masa depan. Teknologi moden akan mempercepatkan proses ini. Pada abad XIX, ramai ahli kimia terkenal cuba mendapatkan silikon dalam bentuk tulennya. Ini adalah kali pertama bahawa L. Tenar dan J. Gay-Lussac berjaya membuatnya, pada tahun 1811, tetapi penemuan unsur itu adalah milik J. Berzelius, yang bukan sahaja boleh mengasingkan bahan itu, tetapi juga untuk menerangkannya. Seorang ahli kimia dari Sweden menerima silikon pada 1823, kerana ini dia menggunakan kalium metalik dan garam kalium. Reaksi berlaku pada pemangkin sebagai suhu tinggi. Bahan kelabu-coklat mudah yang dihasilkan adalah silikon amorfus. Unsur kristal diperoleh pada tahun 1855 oleh Saint Clair Deville. Kerumitan pemisahan itu secara langsung berkaitan dengan kekuatan tinggi ikatan atom. Dalam kedua-dua kes, reaksi kimia diarahkan kepada proses pemurnian dari kekotoran, manakala model amorf dan kristal mempunyai sifat yang berbeza.

Silikon: sebutan unsur kimia

Nama pertama serbuk yang diterima - kizel - dicadangkan oleh Berzelius. Di United Kingdom dan Amerika Syarikat, silikon masih dirujuk sebagai Silicium atau Silicon. Istilah ini berasal dari bahasa Latin "batu" (atau "batu"), dan dalam kebanyakan kes ia terikat pada konsep "tanah" kerana penyebaran luasnya. Sebutan Rusia tentang bahan kimia ini berbeza, semuanya bergantung pada sumbernya. Ia dipanggil silika (Zakharov menggunakan istilah ini pada tahun 1810), sicily (1824, Dvigubsky, Solov'ev), silika (1825, Strakhov), dan hanya pada tahun 1834 ahli kimia Rusia, Herman Ivanovich Hess memperkenalkan nama itu, yang kini digunakan Dalam kebanyakan sumber - silikon. Dalam sistem periodik Mendeleev ia dilambangkan oleh simbol Si. Bagaimanakah unsur kimia silikon boleh dibaca? Ramai saintis negara berbahasa Inggeris menyebut namanya sebagai "si" atau menggunakan perkataan "silikon". Dari sini datang nama yang terkenal di dunia lembah, yang merupakan tapak penyelidikan dan pengeluaran untuk peralatan komputer. Penduduk berbahasa Rusia memanggil unsur silikon (dari kata Yunani "tebing, gunung").

Mencari sifat: deposit

Sistem gunung keseluruhan terdiri daripada sebatian silikon, yang dalam bentuk tulen tidak berlaku, kerana semua mineral yang diketahui adalah dioksida atau silicates (aluminosilicates). Batu-batu luar biasa digunakan oleh orang sebagai bahan hias - opal, amethysts, kuarz pelbagai jenis, jasper, chalcedony, agate, kristal batu, karnelian dan banyak lagi. Mereka terbentuk kerana dimasukkan ke dalam komposisi silikon pelbagai bahan yang menentukan ketumpatan, struktur, warna dan arah penggunaannya. Seluruh dunia bukan organik boleh dikaitkan dengan unsur kimia ini, yang dalam alam semula jadi membentuk ikatan yang kuat dengan logam dan bukan logam (zink, magnesium, kalsium, mangan, titanium, dan sebagainya). Berbanding dengan bahan-bahan lain, silikon mudah didapati untuk pengeluaran pada skala pengeluaran: ia didapati dalam kebanyakan jenis bijih dan mineral. Oleh itu, deposit yang dibangunkan secara aktif diikat lebih kepada sumber tenaga yang berpatutan berbanding dengan cluster-cluster perkara tanah. Kuarsa kuarza dan kuarza berada di semua negara di dunia. Pengeluar dan pembekal silikon terbesar adalah: China, Norway, Perancis, Amerika Syarikat (West Virginia, Ohio, Alabama, New York), Australia, Afrika Selatan, Kanada, Brazil. Semua pengeluar menggunakan kaedah yang berbeza, bergantung pada jenis output (teknikal, semikonduktor, frekuensi tinggi silikon). Unsur kimia, tambahan diperkaya atau, sebaliknya, dimurnikan dari semua jenis kekotoran, mempunyai sifat individu, di mana penggunaannya lebih lanjut bergantung. Ini juga terpakai kepada bahan ini. Struktur silikon menentukan skop permohonannya.

Sejarah penggunaan

Sering kali, kerana kesamaan nama, orang mengelirukan silikon dan batu api, tetapi konsep-konsep ini tidak sama. Mari buat jelas. Seperti yang telah disebutkan, bersifat silikon dalam bentuk tulen tidak berlaku, yang tidak boleh dikatakan untuk sebatiannya (silika yang sama). Galian dan batu utama yang dibentuk oleh bahan dioksida yang kita sedang mempertimbangkan ialah pasir (sungai dan kuarsa), kuarza dan kuarsaz, feldspar dan batu api. Yang terakhir terdengar, mestilah, semuanya, kerana ia sangat penting dalam sejarah perkembangan manusia. Dengan batu ini, alat buruh pertama yang dicipta oleh orang-orang semasa Zaman Batu dikaitkan. Tepi tajamnya, yang terbentuk ketika terlepas dari batu utama, sangat memudahkan kerja suri rumah kuno, dan kemungkinan mengasah - pemburu dan nelayan. Flint tidak mempunyai kekuatan produk logam, tetapi alat yang gagal mudah diganti dengan yang baru. Penggunaannya sebagai batu permata bertahan berabad-abad - sehingga penciptaan sumber alternatif.

Bagi realiti moden, sifat silikon membolehkan anda menggunakan bahan untuk menghias bilik atau membuat hidangan seramik, selain mempunyai penampilan estetik yang cantik, ia mempunyai banyak ciri-ciri fungsian yang sangat baik. Arah berasingan aplikasinya dikaitkan dengan ciptaan kaca kira-kira 3000 tahun yang lalu. Acara ini memungkinkan untuk mencipta cermin, piring, kaca berwarna mozek dari sebatian yang mengandungi silikon. Rumusan bahan permulaan telah ditambah dengan komponen yang diperlukan, yang memungkinkan untuk menyampaikan warna yang dikehendaki kepada produk dan mempengaruhi kekuatan kaca. Mengagumkan dalam keindahan dan pelbagai karya seni dibuat oleh manusia dari mineral dan batu yang mengandung silikon. Ciri-ciri penyembuhan unsur ini telah diterangkan oleh saintis zaman dahulu dan digunakan sepanjang sejarah umat manusia. Mereka meletakkan telaga untuk air minuman, penyimpanan untuk penyimpanan makanan, digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan dalam bidang perubatan. Serbuk yang diperolehi akibat pengisaran telah digunakan untuk luka-luka. Perhatian khusus diberikan kepada air, yang menegaskan dalam piring yang diperbuat daripada sebatian yang mengandungi silikon. Unsur kimia berinteraksi dengan komposisinya, yang memungkinkan untuk menghancurkan beberapa bakteria patogen dan mikroorganisma. Dan ini jauh dari semua cabang di mana bahan yang dipertimbangkan oleh kami adalah sangat, sangat dalam permintaan. Struktur silikon menentukan kefungsiannya.

Hartanah

Bagi kenalan yang lebih terperinci dengan ciri-ciri bahan, ia mesti dipertimbangkan dengan mengambil kira semua kemungkinan hartanah. Pelan untuk sifat unsur kimia silikon termasuk sifat fizikal, indeks elektrofisikal, kajian sebatian, tindak balas dan syarat laluan mereka, dan sebagainya. Silikon dalam bentuk kristal mempunyai kelabu gelap dengan aliran keluar logam warna. Kisi kubik berpusatkan muka menyerupai kisi karbon (berlian), tetapi kerana panjang ikatan yang lebih lama tidak begitu kuat. Plastik itu menjadikan pemanasan sehingga 800 ^° C, dalam keadaan lain ia masih rapuh. Sifat-sifat fizikal silikon menjadikan bahan ini benar-benar unik: ia adalah telus kepada sinaran inframerah. Titik lebur ialah 1410 ⁰ C, titik didih ialah 2600 ⁰ C, ketumpatan dalam keadaan normal ialah 2330 kg / m ³ . Kekondalan termal tidak konstan, untuk sampel yang berbeza diambil pada nilai anggaran 25 ⁰ C. Sifat-sifat atom silikon membolehkan ia menggunakannya sebagai semikonduktor. Arah permohonan ini adalah paling permintaan dalam dunia moden. Jumlah kekonduksian elektrik dipengaruhi oleh komposisi silikon dan unsur-unsur yang berkaitan dengannya. Oleh itu, untuk peningkatan kekonduksian elektronik, antimoni, arsenik, fosforus, aluminium, gallium, boron, dan indium berlubang digunakan. Apabila mencipta peranti dengan silikon sebagai konduktor, rawatan permukaan oleh agen tertentu digunakan, yang mempengaruhi operasi peranti.

Sifat-sifat silikon sebagai konduktor yang sangat baik digunakan secara meluas dalam membuat instrumen moden. Terutamanya berkaitan penggunaannya dalam pembuatan peralatan kompleks (contohnya, peranti pengkomputeran moden, komputer).

Silikon: ciri elemen kimia

Dalam kebanyakan kes, silikon adalah tetravalen, dan terdapat juga ikatan di mana ia boleh mempunyai nilai +2. Di bawah keadaan biasa ia tidak aktif, mempunyai sebatian kuat, pada suhu bilik hanya boleh bertindak balas dengan fluorin dalam keadaan agregat gas. Hal ini disebabkan oleh kesan menghalang permukaan filem dioksida, yang diamati ketika berinteraksi dengan oksigen atau air sekitarnya. Untuk merangsang tindak balas, perlu menggunakan pemangkin: peningkatan suhu adalah sesuai untuk bahan seperti silikon. Unsur kimia berinteraksi dengan oksigen pada 400-500 ⁰ C, sebagai hasilnya, filem dioksida meningkat, proses pengoksidaan berlangsung. Apabila suhu dinaikkan kepada 50 ^° C, reaksi dengan bromin, klorin, iodin diperhatikan, mengakibatkan pembentukan tetrahalides yang tidak menentu. Dengan asid, silikon tidak berinteraksi, kecuali campuran hidrofluorik dan nitrik, dengan mana-mana alkali dalam keadaan panas yang menjadi pelarut. Asid silicik dibentuk hanya oleh penguraian silisida, ia tidak memasuki reaksi dengan hidrogen. Kekuatan terbesar dan pasif kimia dibezakan oleh sebatian dengan boron dan karbon. Penentangan terhadap alkali dan asid tinggi mempunyai senyawa dengan nitrogen, yang terjadi pada suhu di atas 1000 ^° C. Silisida diperolehi melalui tindak balas dengan logam, yang mana valensi yang menunjukkan silikon bergantung pada elemen tambahan. Formula bahan yang terbentuk dengan penyertaan logam peralihan adalah tahan terhadap asid. Struktur atom silikon secara langsung mempengaruhi sifatnya dan keupayaan untuk berinteraksi dengan unsur-unsur lain. Proses pembentukan ikatan dalam bentuk dan di bawah pengaruh pada materi (dalam makmal, keadaan perindustrian) berbeza dengan ketara. Struktur silikon membayangkan aktiviti kimianya.

Struktur

Struktur atom silikon mempunyai keunikannya sendiri. Tuduhan nukleus ialah +14, yang bersamaan dengan nombor ordinal dalam jadual berkala. Bilangan zarah yang dikenakan: proton - 14; Elektron - 14; Struktur atom silikon mempunyai bentuk berikut: Si +14) 2) 8) 4. Pada peringkat terakhir (luar) terdapat 4 elektron, yang menentukan tahap pengoksidaan dengan tanda "+" atau "-". Silikon oksida mempunyai formula SiO ₂ (valence 4+), sebatian hidrogen yang tidak menentu - SiH ₄ (valence -4). Jumlah besar atom silikon membolehkan beberapa sebatian mempunyai bilangan koordinasi sebanyak 6, contohnya, apabila digabungkan dengan fluorin. Jisim molar adalah 28, radius atom ialah 132 malam, konfigurasi shell elektron adalah 1S ² 2S ² 2P ⁶ 3S ² 3P ² .

Permohonan

Silikon permukaan atau sepenuhnya aloi digunakan sebagai semikonduktor dalam penciptaan banyak, termasuk instrumen kepersisan tinggi (contohnya fotokel solar, transistor, penerus, dan lain-lain). Silikon super-tulen digunakan untuk menghasilkan sel suria (tenaga). Bentuk monocrystalline digunakan untuk membuat cermin dan laser gas. Sebatian silikon, kaca, jubin seramik, hidangan, porselin, dan faien dihasilkan. Kepelbagaian jenis barangan yang diterima adalah sukar untuk diterangkan, eksploitasi mereka berlaku di peringkat setiap hari, dalam seni dan sains, dan dalam pengeluaran. Semen yang dihasilkan berfungsi sebagai bahan mentah untuk membina mortar dan batu bata, dan bahan penamat. Penyebaran minyak, pelincir berdasarkan sebatian organosilicon dapat mengurangkan kekuatan geseran di bahagian-bahagian yang bergerak dari banyak mekanisme. Silisida kerana sifat-sifat unik dalam bidang menentang persekitaran yang agresif (asid, suhu) digunakan secara meluas dalam industri. Petunjuk elektrik, nuklear dan kimia mereka mengambil kira pakar dalam industri kompleks, tidak peranan paling kecil dimainkan oleh struktur atom silikon.

Kami telah menyenaraikan berteknologi tinggi yang paling dan maju untuk tarikh permohonan. Yang paling biasa, yang dihasilkan dalam kuantiti yang besar silikon teknikal digunakan dalam beberapa cara:

1. Sebagai bahan mentah untuk pengeluaran bahan tulen.
2. Untuk pengaloian industri logam: kehadiran silikon meningkatkan refractoriness, meningkatkan rintangan kakisan dan kekuatan mekanikal (dengan kelebihan elemen ini, aloi boleh menjadi terlalu rapuh).
3. Sebagai deoxidizer untuk mengeluarkan oksigen yang berlebihan dari logam.
4. Bahan-bahan mentah untuk pengeluaran silana (Si sebatian dengan bahan-bahan organik).
5. Untuk pengeluaran hidrogen aloi silikon besi.
6. Pengeluaran panel solar.

nilai besar isi dan untuk fungsi normal organisma manusia. struktur silikon, sifat-sifatnya adalah dalam kes ini tegas. Dalam kes ini, lebihan atau kekurangan itu membawa kepada penyakit yang serius.

Tubuh manusia

Ubat untuk masa yang lama menggunakan silikon sebagai bakteria dan antiseptik. Tetapi dengan semua faedah kegunaan luar elemen ini mesti sentiasa diperbaharui dalam tubuh manusia. tahap normal kandungannya akan meningkatkan kehidupan secara amnya. Sekiranya berlaku kekurangan lebih daripada 70 unsur surih dan vitamin mereka dimetabolismakan oleh badan, yang rintangan jauh lebih rendah untuk pelbagai penyakit. Peratusan tertinggi silikon diperhatikan dalam tulang, kulit, tendon. Beliau memainkan peranan elemen struktur yang menyokong kekuatan dan memberi keanjalan. Semua tisu keras rangka dibentuk dengan mengorbankan sebatiannya. Hasil daripada kajian terbaru mendapati kandungan silikon dalam buah pinggang, pankreas dan tisu penghubung. Peranan badan-badan ini dalam fungsi badan yang agak besar, jadi mengurangkan kandungannya adalah kesan menjejaskan ke atas banyak petunjuk utama mata pencarian. Hari dengan makanan dan badan air perlu menerima 1 gram silikon - ini akan membantu mengelakkan penyakit yang mungkin seperti radang kulit, melembutkan tulang, pembentukan batu dalam hati, buah pinggang, penglihatan kabur, rambut dan keadaan kuku, aterosklerosis. Apabila paras yang mencukupi kandungan ini elemen peningkatan imuniti, menormalkan metabolisme, meningkatkan penyerapan banyak unsur-unsur yang diperlukan untuk kesihatan manusia. Jumlah terbesar silika - dalam tanaman bijirin, radishes, soba. Akan membawa manfaat yang besar kepada air silikon. Untuk menentukan bilangan dan kekerapan penggunaannya adalah lebih baik untuk berunding dengan pakar.