السيليكون ومركباته. السيليكون في الطبيعة. تطبيق السيليكون

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 05:16

السيليكون هو أحد العناصر الأكثر طلبًا في التكنولوجيا والصناعة. يعود الفضل في ذلك إلى خصائصه غير العادية. اليوم ، هناك العديد من المركبات المختلفة لهذا العنصر والتي تلعب دورًا مهمًا في تصنيع وإنشاء المنتجات التقنية والأطباق والزجاج والمعدات ومواد البناء والتشطيب والمجوهرات وغيرها من الصناعات.

الخصائص العامة للسيليكون

إذا أخذنا في الاعتبار موقع السيليكون في النظام الدوري ، فيمكننا قول هذا:

1. تقع في المجموعة الرابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية.
2. الرقم الترتيبي 14.
3. الكتلة الذرية 28، 086.
4. الرمز الكيميائي Si.
5. الاسم - السيليكون ، أو باللاتينية - silicium.
6. التكوين الإلكتروني للطبقة الخارجية 4e: 2e: 8e.

تشبه الشبكة البلورية للسيليكون تلك الموجودة في الماس. تقع الذرات في العقد ، ونوعها هو مكعب متمركز على الوجه. ومع ذلك ، نظرًا لطول الرابطة الطويلة ، تختلف الخصائص الفيزيائية للسيليكون اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بالتعديل المتآصل للكربون.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

هناك نوعانالتعديلات المتآصلة لهذا العنصر: غير متبلور وبلوري. كانت متشابهة جدا. ومع ذلك ، كما هو الحال مع المواد الأخرى ، فإن الاختلاف الرئيسي بينهما هو الشبكة البلورية للسيليكون.

في هذه الحالة ، كلا التعديلين مساحيق بألوان مختلفة.

1. السيليكون البلوري عبارة عن مسحوق رمادي غامق لامع يشبه المعدن. يتوافق هيكلها مع الماس ، لكن الخصائص مختلفة. لديه:

• هشاشة ؛
• صلابة منخفضة
• خصائص أشباه الموصلات ؛
• نقطة الانصهار 1415⁰C ؛
• 2.33g / سم³؛
• نقطة الغليان 2700⁰C.

نشاطها الكيميائي منخفض مقارنة بأشكال أخرى متآصلة.

2. السيليكون غير المتبلور - مسحوق بني-بني ، له هيكل الماس شديد الاضطراب. النشاط الكيميائي مرتفع جدا.

بشكل عام ، يجب ملاحظة أن السيليكون لا يحب التفاعل. لجعله يتفاعل ، تحتاج إلى درجة حرارة لا تقل عن 400-500⁰درجة مئوية. في ظل هذه الظروف ، يتم تشكيل مركبات كيميائية مختلفة من السيليكون. مثل:

• أكاسيد ؛
• هاليدات ؛
• مبيدات سليكات ؛
• نتريد ؛
• بوريدات ؛
• كربيد

التفاعل المحتمل للسيليكون مع حمض النيتريك أو القلوي ، وهو ما يسمى بعملية النقش. تنتشر مركبات السيليكون العضوي على نطاق واسع وأصبحت أكثر شيوعًا اليوم.

التواجد في الطبيعة

تم العثور على السيليكون في الطبيعة بكمية كبيرة إلى حد ما. إنه في المرتبة الثانية بعد الأكسجين من حيث الانتشار. نسبة كتلته حوالي 30٪. تحتوي مياه البحر أيضًا على هذا العنصر بتركيز تقريبي قدره 3 مجم / لتر. لذلك لا يمكن القول أن السيليكون عنصر نادر في الطبيعة.

على العكس من ذلك ، هناك العديد من الصخور والمعادن المختلفة التي تحدث فيها والتي يمكن استخراجها منها. أكثر مركبات السيليكون الطبيعي شيوعًا هي كما يلي:

1. السيليكا. الصيغة الكيميائية هي SiO₂. هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة إلى حد ما من أشكال المعادن والصخور التي تعتمد عليها: الرمل ، الصوان ، الفلسبار ، الكوارتز ، البلور الصخري ، الجمشت ، العقيق الأبيض ، العقيق ، العقيق ، اليشب وغيرها.
2. السيليكات والألومينوسيليكات. كاولين ، سبار ، ميكا ، أملاح حمض السيليك ، أسبستوس ، التلك.

وهكذا ، فإن السيليكون منتشر على نطاق واسع في الطبيعة ، ومركباته شائعة ومطلوبة بين الناس للتطبيقات التقنية.

السيليكون ومركباته

بما أن العنصر المعني لا يمكن أن يوجد في شكله النقي ، فإن مركباته المختلفة مهمة. من وجهة نظر كيميائية ، يمكن أن تظهر ثلاث حالات أكسدة: +2 ، +4 ، -4. انطلاقًا من هذا ، وكذلك من خمولها ، ولكنها خاصة في بنية الشبكة البلورية ، فإنها تشكل الأنواع الرئيسية التالية من المواد:

• مركبات ثنائية مع غير المعادن (سيلان ، كربيد ، نيتريد ، فوسفيد وما إلى ذلك ؛
• أكاسيد ؛
• السيليكونحمض ؛
• سيليكات المعدن

دعونا نلقي نظرة فاحصة على أهمية السيليكون ومركباته ، وهي الأكثر شيوعًا والمطلوبة من الناس.

أكاسيد السيليكون

هناك نوعان من هذه المادة معبر عنها بالصيغ:

• SiO ؛
• SiO₂.

ومع ذلك ، فإن ثاني أكسيد هو الأكثر انتشارًا. موجود في الطبيعة على شكل أحجار شبه كريمة جميلة جدا:

• عقيق ؛
• العقيق الأبيض ؛
• أوبال ؛
• عقيق ؛
• يشب ؛
• جمشت ؛
• حجر الراين.

استخدام السيليكون بهذا الشكل وجد تطبيقه في صناعة المجوهرات. المجوهرات الذهبية والفضية الجميلة بشكل لا يصدق مصنوعة من هذه الأحجار شبه الكريمة وشبه الكريمة.

عدد قليل من الاختلافات الأخرى لثاني أكسيد السيليكون:

• كوارتز ؛
• النهر ورمل الكوارتز ؛
• صوان ؛
• فيلدسبار.

يتم استخدام السيليكون في هذه الأنواع في أعمال البناء والهندسة والإلكترونيات اللاسلكية والصناعات الكيماوية والتعدين. معا ، الأكاسيد المدرجة تنتمي إلى مادة واحدة - السيليكا.

كربيد السيليكون وتطبيقاته

السيليكون ومركباته مواد المستقبل والحاضر. واحدة من هذه المواد هي الكربوراندوم أو كربيد هذا العنصر. الصيغة الكيميائية ل SiC. يحدث بشكل طبيعي مثل المويسانتي المعدني.

مركب الكربون والسيليكون في صورته النقية جميلبلورات شفافة تشبه هياكل الماس. ومع ذلك ، يتم استخدام المواد ذات اللون الأخضر والأسود لأغراض فنية.

الخصائص الرئيسية لهذه المادة التي تسمح باستخدامها في علم المعادن والهندسة والصناعات الكيماوية هي كما يلي:

• أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة ؛
• قوة عالية جدًا (7 على مقياس موس) ؛
• مقاومة درجات الحرارة العالية ؛
• مقاومة كهربائية ممتازة والتوصيل الحراري.

كل هذا يجعل من الممكن استخدام الكربوراندوم كمادة كاشطة في علم المعادن والتوليف الكيميائي. وأيضًا على أساس إنتاج المصابيح ذات الطيف الواسع ، وقطع غيار أفران صهر الزجاج ، والفوهات ، والمشاعل ، والمجوهرات (تقدر قيمة المويسانتي أكثر من الزركونيا المكعبة).

سيلان ومعناه

يسمى مركب الهيدروجين من السيليكون silane ولا يمكن الحصول عليه بالتوليف المباشر من مواد البداية. للحصول عليه ، يتم استخدام مبيدات السيليكون من معادن مختلفة ، والتي يتم معالجتها بالأحماض. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق السيلان الغازي وتشكيل ملح معدني.

ومن المثير للاهتمام ، أن الاتصال المعني لا يتشكل بمفرده أبدًا. دائمًا كنتيجة للتفاعل ، يتم الحصول على خليط من أحادي وثنائي وثلاثي السليكون ، حيث تترابط ذرات السيليكون في سلاسل.

هذه المركبات من خلال خصائصها عوامل اختزال قوية. في الوقت نفسه ، يتأكسد الأكسجين بسهولة ، وأحيانًا يحدث انفجار. مع الهالوجينات ، تكون ردود الفعل دائمًا عنيفة ، مع انبعاث كبيرالطاقة.

تطبيقات السيلانات كالتالي:

1. تفاعلات التوليف العضوي ، والتي تؤدي إلى تكوين مركبات السيليكون العضوي المهمة - السيليكون والمطاط ومانعات التسرب ومواد التشحيم والمستحلبات وغيرها.
2. الإلكترونيات الدقيقة (شاشات LCD ، الدوائر الفنية المتكاملة ، إلخ).
3. الحصول على بولي سيليكون عالي النقاء.
4. طب أسنان بأطراف اصطناعية

وهكذا فإن أهمية السيلانات في العالم الحديث عالية.

حمض السيليك والسيليكات

هيدروكسيد العنصر المعني هو أحماض سيليسيك مختلفة. تسليط الضوء:

• ميتا
• ortho ؛
• بوليسيليك و أحماض أخرى.

كلهم متحدون من خلال خصائص مشتركة - عدم استقرار شديد في الدولة الحرة. تتحلل بسهولة تحت تأثير درجة الحرارة. في ظل الظروف العادية ، لا توجد لفترة طويلة ، وتتحول أولاً إلى محلول مائي ثم إلى هلام. بعد التجفيف ، تسمى هذه الهياكل هلام السيليكا. يتم استخدامها كممتزات في الفلاتر.

المهم ، من وجهة نظر الصناعة ، أملاح أحماض السيليك - السيليكات. إنها تكمن وراء إنتاج مواد مثل:

• زجاج
• ملموس
• اسمنت ؛
• زيوليت ؛
• كاولين ؛
• بورسلين ؛
• خزف ؛
• كريستال ؛
• سيراميك.

سيليكات الفلزات القلوية قابلة للذوبان ، و كل الأنواع الأخرى ليست كذلك. لذلك ، سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم تسمى الزجاج السائل. الغراء الكتابي العادي - هذا هو الصوديومملح حامض السيليك.

لكن أكثر المركبات إثارة للاهتمام لا تزال النظارات. بغض النظر عن عدد المتغيرات من هذه المادة التي توصلوا إليها! اليوم يحصلون على خيارات الألوان والبصرية وغير اللامعة. الأواني الزجاجية مدهشة في روعتها وتنوعها. من خلال إضافة أكاسيد معدنية وغير معدنية إلى الخليط ، يمكن إنتاج مجموعة متنوعة من أنواع الزجاج. في بعض الأحيان ، حتى نفس التركيب ، ولكن نسبة مختلفة من المكونات تؤدي إلى اختلاف في خصائص المادة. مثال على ذلك الخزف والخزف ، الصيغة التي هي SiO₂ AL₂O₃ K 2_O.

زجاج الكوارتز هو شكل من أشكال المنتجات شديدة النقاء التي يوصف تركيبها بأنه ثاني أكسيد السيليكون.

اكتشافات في مركبات السيليكون

على مدى السنوات القليلة الماضية من البحث ، ثبت أن السيليكون ومركباته هم أهم المشاركين في الحالة الطبيعية للكائنات الحية. مع نقص أو زيادة في هذا العنصر ، أمراض مثل:

• سرطان ؛
• السل ؛
• التهاب المفاصل ؛
• الساد ؛
• الجذام ؛
• الزحار ؛
• الروماتيزم
• التهاب الكبد و اخرين

ترتبط عملية الشيخوخة نفسها أيضًا بالمحتوى الكمي للسيليكون. أثبتت التجارب العديدة التي أجريت على الثدييات أنه مع نقص أحد العناصر ، يحدث النوبات القلبية والسكتات الدماغية والسرطان وينشط فيروس التهاب الكبد.