Химический элемент si это: Названия химических элементов

Названия химических элементов

Названия химических элементов

Названия химических элементов

ZСимволNameНазвание
1HHydrogenВодород
2HeHeliumГелий
3LiLithiumЛитий
4BeBerylliumБериллий
5BBoronБор
6CCarbonУглерод
7NNitrogenАзот
8OOxygenКислород
9FFluorineФтор
10NeNeonНеон
11NaSodiumНатрий
12MgMagnesiumМагний
13AlAluminiumАлюминий
14SiSiliconКремний
15PPhosphorusФосфор
16SSulfurСера
17ClChlorineХлор
18ArArgonАргон
19KPotassiumКалий
20CaCalciumКальций
21ScScandiumСкандий
22TiTitaniumТитан
23VVanadiumВанадий
24CrChromiumХром
25MnManganeseМарганец
26FeIronЖелезо
27CoCobaltКобальт
28NiNickelНикель
29CuCopperМедь
30ZnZincЦинк
31GaGalliumГаллий
32GeGermaniumГерманий
33AsArsenicМышьяк
34SeSeleniumСелен
35BrBromineБром
36KrKryptonКриптон
37RbRubidiumРубидий
38SrStrontiumСтронций
39YYttriumИттрий
40ZrZirconiumЦирконий
41NbNiobiumНиобий
42MoMolybdenumМолибден
43TcTechnetiumТехнеций
44RuRutheniumРутений
45RhRhodiumРодий
46PdPalladiumПалладий
47AgSilverСеребро
48CdCadmiumКадмий
49InIndiumИндий
50SnTinОлово
51SbAntimonyСурьма
52TeTelluriumТеллур
53IIodineИод
54XeXenonКсенон
55CsCaesiumЦезий
56BaBariumБарий
57LaLanthanumЛантан
58CeCeriumЦерий
59PrPraseodymiumПразеодим
60NdNeodymiumНеодим
61PmPromethiumПрометий
62SmSamariumСамарий
63EuEuropiumЕвропий
64GdGadoliniumГадолиний
65TbTerbiumТербий
66DyDysprosiumДиспрозий
67HoHolmiumГольмий
68ErErbiumЭрбий
69TmThuliumТулий
70YbYtterbiumИттербий
71LuLutetiumЛютеций
72HfHafniumГафний
73TaTantalumТантал
74WTungstenВольфрам
75ReRheniumРений
76OsOsmiumОсмий
77IrIridiumИридий
78PtPlatinumПлатина
79AuGoldЗолото
80HgMercuryРтуть
81TlThalliumТаллий
82PbLeadСвинец
83BiBismuthВисмут
84PoPoloniumПолоний
85AtAstatineАстат
86RnRadonРадон
87FrFranciumФранций
88RaRadiumРадий
89AcActiniumАктиний
90ThThoriumТорий
91PaProtactiniumПротактиний
92UUraniumУран
93NpNeptuniumНептуний
94PuPlutoniumПлутоний
95AmAmericiumАмериций
96CmCuriumКюрий
97BkBerkeliumБерклий
98CfCaliforniumКалифорний
99EsEinsteiniumЭйнштейний
100FmFermiumФермий
101MdMendeleviumМенделевий
102NoNobeliumНобелий
103LrLawrenciumЛоуренсий
104RfRutherfordiumРезерфордий
105DbDubniumДубний
106SgSeaborgiumСиборгий
107BhBohriumБорий
108HsHassiumХассий
109MtMeitneriumМейтнерий
110DsDarmstadtiumДармштадтий
111RgRoentgeniumРентгений
112CnCoperniciumКоперниций
113*NhNihoniumНихоний
114FlFleroviumФлеровий
115*McMoscoviumМосковий
116LvLivermoriumЛиверморий
117*TsTennessineТенессин
118*OgOganessonОганессон

Символы и названия элементов даны по материалам 2009
г. IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry) (см.

Pure Appl. Chem., 2011, 83,
359-396).

ATOMIC WEIGHTS OF THE
ELEMENTS 2009

Имена flerovium (Fl) для 114-го элемента и livermorium (Lv) для 116-го элемента
были одобрены (см.

Pure Appl. Chem., 2012, 84,
1669-1672)

* После утверждения открытия этих элементов, первооткрывателям было
предложено дать им имена. Отдел неорганической химии IUPAC рассмотрел эти
предложения и рекомендует их для принятия. До официального утверждения имен
советом IUPAC, проходит пятимесячного публичное обсуждение, которое закончится 8
ноября 2016 года.(см.
http://iupac.org/elements.html)

химический элемент Кремний Silicium — «Химическая продукция»

Кремний химический элемент. символьное обозначение элемента: Si, латинское название Silicium, элемент относится к периоду, группе: 3, 14, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Кремний составляет 28,0855 (3) (а.е.м.)
плотность элемента: 2,33 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 1410(°C), температура кипения 2355(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Берцелиус, год открытия: 1824 — Silicium на сайте chemical-products.ru представлена таблица всех хим. элементов с описанием их характеристик и свойств.

Что такое

Кремний, silicium, характеристики, свойства

Кремний — это химический элемент Si

Кремний класс химических элементов

Элемент Si — относится к группе, классу хим элементов (…)

Элемент Si свойство химического элемента Кремний Silicium

Основные характеристики и свойства элемента Si…, его параметры.

формула химического элемента Кремний Silicium

Химическая формула Кремния:

Атомы Кремний Silicium химических элементов

Атомы Silicium хим. элемента

Silicium Кремний ядро строение

Строение ядра химического элемента Silicium — Si,

История открытия Кремний Silicium

Открытие элемента Silicium —

Кремний Silicium происхождение названия

Откуда произошло название Silicium …

Распространённость Кремний Silicium

Как любой хим. элемент имеет свою распространенность в природе, Si …

Получение Кремний Silicium

Silicium — получение элемента

Физические свойства Кремний Silicium

Основные свойства Silicium

Изотопы Silicium Кремний

Наличие и определение изотопов Silicium

Si свойства изотопов Кремний Silicium

Химические свойства Кремний Silicium

Определение химических свойств Silicium

Меры предосторожности Кремний Silicium

Внимание! Внимательно ознакомьтесь с мерами безопасности при работе с Silicium

Стоимость Кремний Silicium

Рыночная стоимость Si, цена Кремний Silicium

Примечания

Список примечаний и ссылок на различные материалы про хим. элемент Si

Кремний — урок. Химия, 8–9 класс.

Химический элемент

Кремний — химический элемент № \(14\). Он расположен в IVА группе Периодической системы.

Si14+14)2e)8e)4e

На внешнем слое атома кремния содержатся четыре валентных электрона. До его завершения не хватает четырёх электронов. Поэтому в соединениях с металлами кремнию характерна степень окисления \(–4\), а при взаимодействии с более электроотрицательными неметаллами он проявляет положительные степени окисления \( +2\) или \(+4\).

По содержанию в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Земная кора более чем наполовину образована соединениями кремния. Распространены оксид кремния(IV) SiO2, силикаты и алюмосиликаты. Песок, кварц, горный хрусталь, аметист состоят из оксида. Гранит, полевой шпат, глина представляют собой силикаты и алюмосиликаты.

Входит кремний и в состав живых организмов. Его соединения придают прочность стеблям растений, содержатся в наружных покровах животных, образуют раковины и скелеты некоторых обитателей водной среды. У человека кремний присутствует в волосах и ногтях.

Скелеты радиолярий

Простое вещество

Кремний имеет атомную кристаллическую решётку, похожую на решётку алмаза. Каждый атом кремния в его кристаллах связан четырьмя ковалентными связями с соседними атомами. Благодаря такому строению у него высокая твёрдость.

Радиус атома кремния больше радиуса атома углерода, поэтому в его кристаллах электроны более свободны по сравнению с алмазом. Кремний проводит электрический ток, а его электропроводность увеличивается с повышением температуры или при освещении. Такие вещества относятся к полупроводникам.

В отличие от алмаза кремний представляет собой чёрно-серое непрозрачное вещество. У него высокая температура плавления (\(1428\) °С).

Кремний

Получают кремний восстановлением его оксида коксом в электропечах:

SiO2+2C=tSi+2CO↑.

Химические свойства

В химических реакциях кремний может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Окислительные свойства кремния выражены слабее, чем у остальных неметаллов.

  • Взаимодействие с металлами.

При высокой температуре кремний реагирует с металлами с образованием силицидов:

2Mg0+Si0=tMg+22Si−4.

В этой реакции кремний — окислитель.

  • С водородом не реагирует.

С водородом кремний практически не реагирует по причине неустойчивости водородного соединения силана Sih5. Силан можно получить при гидролизе силицидов:

Mg2Si+4h3O=2Mg(OH)2↓+Sih5↑.

Он самовоспламеняется на воздухе и сгорает с образованием оксида кремния(\(IV\)) и воды:

Sih5+2O2=SiO2+2h3O.

  • Взаимодействие с кислородом.

Кремний горит в кислороде и проявляет в этой реакции восстановительные свойства:

Si0+O02=tSi+4O−22.

  • Взаимодействие с оксидами металлов.

Кремний способен восстанавливать некоторые металлы из их оксидов:

 2Cu+2O+Si0=t2Cu0+Si+4O2.

  • Взаимодействие со щелочами.

В отличие от углерода кремний растворяется в концентрированных растворах щелочей c образованием силикатов и выделением водорода:

Si+2NaOH+h3O=Na2SiO3+2h3↑.

Применение кремния

  • используется в производстве полупроводников для электронной промышленности;

  • применяется для изготовления солнечных батарей;

  • входит в состав жаропрочных и кислотоустойчивых сплавов.

Солнечные батареи

118 элементов. Глава 14: от компьютера до порно

Элемент: кремний (Aluminium, Aluminum)

Химический символ: Si

Порядковый номер: 14

Год открытия: 1824 (предсказан в 1782 А.Лавуазье)

Стандартная атомная масса: 28.084

Температура плавления: 1687 К

Температура кипения: 3265 К

Плотность при стандартных условиях:  2.32г/cм3

Скорость звука в кремнии: 8433 м/с

Число стабильных изотопов: 3

Кристаллическая решётка: кубическая, подобно алмазу

Кремний под ногами – и глубже

Как и о его «соседе сверху», углероде, о кремнии можно говорить и писать бесконечно.  Достаточно того, что этот элемент – второй по распространенности в земной коре после кислорода, и первый – твердый в элементарном состоянии.  27,2% массы земной коры приходится на кремний.  Впрочем, тут же нужно сказать, что очень часто приходится встречать утверждение, что земная кора состоит на 27,2% по массе из кремния. Но это совсем не так: ведь кора составляет всего… 0,4%от массы планеты – можно бы вообще не учитывать.  Примерно треть массы занимает ядро, в котором кремния почти нет (его элементный состав –  Fe25Ni2Co0.1S3), а две трети – мантия.  И вот тут кремния тоже хватает: например, в самом типичном оливине ((Mg2+, Fe2+)2SiO4)…

Оливин

Но вернемся из мантии на поверхность. Соединения кремния нас окружали всегда, ну а сейчас он вообще стал символом технического прогресса. Песок – оксид кремния, стекло – то же самое, кварц – он же. Силикаты, алюмосиликаты – глина опять же (помним, что Al2Si2O5(OH)4)… Не забудем и то, что сам технический прогресс – всякие наконечники стрел и копий тоже делались из кремня, в котором кремнИя было предостаточно.

Дымчатый кварц

Нельзя не привести, вслед за сборником «Популярная библиотека химических элементов», на который мы равняемся (искусствоведы бы вычурно сказали «совершаем оммаж»), цитату из великого минералога Александра Ферсмана. «Показывают мне, – писал в одной из своих популярных книг академик А.Е. Ферсман, – самые разнообразные предметы: прозрачный шар, сверкающий на солнце чистотой холодной ключевой воды, красивый, пестрого рисунка агат, яркой игры многоцветный опал, чистый песок на берегу моря, тонкую, как шелковинка, нитку из плавленого кварца или жароупорную посуду из него, красиво ограненные груды горного хрусталя, таинственный рисунок фантастической яшмы, окаменелое дерево, превращенное в камень, грубо обработанный наконечник стрелы древнего человека… все это одно и то же химическое соединение элементов кремния и кислорода».

Еще один хорошо известный с древности минерал кремния, полезный и вредный одновременно – это горный лён. Он же асбест. Точнее, это, конечно, не минерал, а две группы минералов – хризотил-асбест (он же белый асбест, 3MgO•2SiO2•2H2O) и сложный гидросиликат амфиболовый асбест. Эта группа минералов образует прямые иглообразные волокна, которые крошатся и вдыхание которых может привести к онкологическим заболеваниям.  Эти огнеупорные материалы удивительны, поскольку за счет полимерности оксида кремния образуют длинные и гибкие волокна (длина волокон в асбесте Ричмонда – до метра, в алтайских асбестах – до 20 сантиметров!). Представьте себе, каменные волокна – удивление, да и только!

Кристаллы амфиболового асбеста

Хризотил-асбест

Удивительно при всем при этом, что сам кремний человечество открыло сравнительно недавно. Впрочем, с другой стороны, в чистом виде-то он почти не встречается – разве что при отборе проб газов вулкана Кудрявый на острове Итуруп Курильской гряды удалось обнаружить кристаллики чистого кремния 0,3 миллиметра в поперечнике – но где Кудрявый и где европейские химики XVIII века…

Немного истории

Только в 1787 году все тот же Антуан Лоран де Лавуазье предположил, что кварц представляет собой оксид («землю») некоего химического элемента. Попытки выделить сам элемент долго не приводили к успеху.  Так в 1808 году отступил великий Хэмфри Дэви, однако предложил новое имя для элемента: «силициум» – от латинского silex – кремень.  В 1811 году французы Жозеф Гей-Люссак и  Луи Жак Тенар вроде как выделили аморфный кремний реакцией недавно открытого калия и тетрафторида кремния (его получил еще в 1771 году Карл Вильгельм Шееле, растворив кварц в плавиковой кислоте), но… Во-первых, он был далеко не чистым, а во-вторых, химики не поняли, что сделали и не идентифицировали новый элемент.

Луи Жак Тенар

Так что пришлось ждать 1823 года и шведа Йенса Якоба Берцелиуса, который смог взаимодействием фторосиликата калия и металлического калия таки выделить кремний – он сделал еще один шаг за Тенаром и Гей-Люссаком и очистил продукты реакции до аморфного коричневого порошка.

Йенс Якоб Берцелиус

Кристаллического же кремния человечеству пришлось ждать еще 31 год: в 1854 году его смог получить француз Анри Этьен Сент-Клер Девиль, один из отцов физической химии, автор теории диссоциации – обратимого разложения веществ при нагреве, подтвердивший ее на практике, разложив воду на водород и кислород.

Анри Этьен Сент-Клер Девиль

А вот приоритет получения кремния в промышленных масштабах – российский. Замечательный химик Николай Николаевич Бекетов разработал способ получения кремния высокой чистоты реакцией четыреххлористого кремния и паров цинка (в скобках отметим, что технический кремний сейчас получают проще: восстановлением кремнезема в электрической дуге).

Николай Николаевич Бекетов

Удивительно, но еще тогда, в 1850-х годах, началась и химия кремнийорганики (надеюсь, читателям этого портала не нужно рассказывать о том, что кремний – это ближайший аналог углерода в таблице Менделеева, и точно так же образует четыре sp3-гибридизованные связи, да и кристаллическая решетка кремния повторяет кристаллическую решетку алмаза). В 1857 году был получен трихлорсилан SiHCl3, который, впрочем, нельзя еще считать кремнийорганическим соединением,  однако шестью годами позже люди с милыми слуху любого органика фамилиями,  Шарль Фридель и Джеймс Крафтс, еще не открывшие свою знаменитую реакцию, получили тетраэтилсилан, Si(C2H5)4.

Кремний в нашей жизни

Конечно же, революция в жизни кремния случилась, когда сначала люди открыли его полупроводниковые свойства, а затем, в 1947 году, Джон Бардин, Уолтер  Браттейн и Уильям Шокли создали полупроводниковый транзистор.  Что привело их к Нобелевской премии по физике (потом Бардин получит вторую).  А нас в итоге – к Кремниевой долине, которую у нас сейчас часто по глупости называют Силиконовой, хотя это, кхм… две совсем разные долины.

Рождением термина «Кремниевая долина» мы обязаны технологическому журналисту Дону Хофлеру, который с 11 января 1971 года начал публиковать в еженедельнике Electronic News серию статей «Silicon Valley, USA». И тут, как это часть бывает, вмешался язык. Дело в том, что в английском языке есть слово silicon – «кремний»: поскольку в Долине находились производства микропроцессоров, которые делаются на кремниевой основе. А есть слово silicone– силикон, он же полиорганосилоксан, он же – материал для имплантов для увеличения груди. Еще до распространенности этого термина в России, в самих США часто путали эти термины, ну а уж в русском языке сам Бог велел «купиться» на эти ложные друзья переводчика.

Уже в 1984 году Стив Гибсон, глава компании Gibson Laboratories, в сердцах возмущался: «…интегральные схемы создаются из тонких, круглых, плоских пластин сверхчистого кремния. Это отнюдь не то же самое, что силикон. Силиконовая долина — это то, что видят некоторые голливудские актрисы, когда смотрят себе под ноги. Кремниевая долина — это место в Северной Калифорнии, где делают микросхемы». И его легко понять – ведь Силиконовая долина тоже к тому времени уже существовала, не как выпуклости в вырезе голливудских актрис, а как Долина Сан-Фернандо, первое место в мире, где начали активно снимать порнофильмы.

Первые силиконовые импланты в клинической  практике (1963)

Но кто сказал, что силиконовая грудь менее важна, чем компьютер? Тем более, что первые силиконовые импланты для груди были созданы Томасом Крониным и Фрэнком Джероу в 1961 году, как раз когда начался бурный рост всей электроники.  Но вообще, полиорганосилоксанов очень много – и используются они далеко не только для улучшения внешнего вида прекрасных дам. Герметики, смазки, силиконовые перчатки, пеногасители, оттискные массы, амортизационные жидкости… Сотни, тысячи наименований окружающих нас предметов и субстанций сделаны из силиконов.

Кстати, раз уж мы заговорили о кремнийорганике. Одной из самых обсуждаемых тем, связанных с кремнием стала, конечно же, «кремниевая жизнь».  Когда исследователи начали обсуждать, какой могла бы быть альтернативная жизнь на других планетах, то самым очевидным решением было заменить углерод его старшим аналогом. Тем более, что кремний тоже достаточно распространен во Вселенной. Однако атом кремния более тяжелый и имеет больший диаметр по сравнению с атомом углерода. Поэтому «обычные» аналоги органики из кремния менее устойчивы, кроме того, у кремния есть некоторые проблемы с образованием двойной и тройной связей.

Тем не менее, кремниевая жизнь, вероятно, возможно – но на совсем других планетах. Ученые считают возможной существование кремниевой жизни в расплаве из оксида кремния.

Сфера из кремния-28, эталон моля. В ней отражается эталон килограмма

Еще одно – неожиданное – применение кремния нашлось совсем недавно. Еще некоторое время назад единица количества вещества определялась как количество атомов, которое содержалась ровно в 12 граммах углерода-12. Однако потом решили переопределить моль напрямую через число Авогадро, а для иллюстрации сделать идеальный шар из кремния-28. В качестве эталона.

Текст: Алексей Паевский

Кремний и его соединения

Кремний и его соединения

Автор: edu2

Методическая копилка —

Химия

Разработка урока по химии в 9 классе

УМК О.С.Габриелян «Химия 9 кл.»

Тема «Кремний и его соединения»

Тип урока: лекция (включает элементы беседы и лабораторный опыт)

Цели урока: — дать общую характеристику кремния;

                     — рассмотреть природные соединения кремния;

                     — провести сравнительный анализ с соединениями углерода;

                     — изучить особенности строения, свойства, способы получения и области применения         кремния и его соединений: SiH4, SiO2, H2SiO3.

Задачи урока:

Образовательные:

  1. Сформировать представления учащихся о кремнии как о химическом элементе
  2. Продолжить формирование умений давать характеристику химическому элементу по положению его в периодической системе, составлять схему строения атома.
  3. Ознакомить учащихся с физическими и химическими свойствами кремния.
  4. Ознакомить учащихся с наиболее значимыми соединениями кремния и их применением.

Развивающие:

  1. Развивать умение определять закономерность между составом, строением, свойствами и применением веществ.
  2. Продолжить формирование умений учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.

Воспитательные:

  1. Воспитывать умения аккуратно вести записи в тетради.
  2. Формировать у учащихся познавательной активности к изучаемому предмету путем привлечения их в творческий процесс и знакомства с краеведческим материалом.

Оборудование: авторская презентация «Кремний и его соединения», реактивы: раствор соляной кислоты, раствор силикатного клея; штатив с пробирками; образцы природных соединений кремния ( гранит, горный хрусталь, кварц и др.), образцы изделий из стекла, фаянса, фарфора, керамики.

Ход урока:

  1. Вводная часть (слайд 1)

Подсказка. Представьте себе — встает человек утром с постели, подходит к зеркалу, а вместо него — пустая рамка, ищет очки, а от них лишь одна оправа; вдруг он ощущает порывы ветра, так как в доме нет ни одного окна; от ужаса человек хочет выпить глоток воды, но не может найти ни одной чашки, стакана — вообще нет никакой в доме посуды — все бесследно исчезло! И это только начало ужаса.

Далее треск, грохот — рушатся потолок, стены, они летят и рассыпаются, превращаясь в пыль и песок. Параллельно с этим выделяется огромное количество кислорода, который меняет состав воздуха, то есть земной атмосферы!

А самое страшное, что в последствии почти целиком исчезает земная кора, испаряются океаны и не существует больше жизнь на Земле.

Что это за элемент и почему его исчезновение могло вызвать такие катастрофические изменения? Подсказка. Что объединяет объекты на слайде между собой?

Учащиеся (предполагаемый ответ): Все объекты на слайде состоят из веществ, в состав которых входит кремний и элемент, о котором идет речь в рассказе, — кремний.

— Сегодня мы познакомимся с ещё одним неметаллом, значимость которого очень велика, т.к. по распространенности на Земле он второй после кислорода, — это кремний.

2.Кремний – химический элемент

1) Строение и свойства атома кремния (слайд 2-8)

Латинское название «силициум» берёт своё начало от латинского «силекс» — камень. С греческого языка «кремнос» — утёс, скала.

1 ученик у доски: характеристика положения кремния в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома кремния.

2 ученик делает обобщение:

-У кремния электроны расположены на трёх энергетических уровнях, а у углерода – на двух, следовательно, окислительные (неметаллические) свойства у кремния выражены слабее, а восстановительные (металлические) – сильнее.

2) Нахождение в природе (слайды 9-14)

(материал о биологическом значении кремния в организме человека готовиться учащимися за ранее)

— Земная кора на одну четверть состоит из соединений кремния. Наиболее распространённым является оксид кремния (IV) – кремнезём. В природе он образует минерал кварц и многие другие разновидности: горный хрусталь, аметист, агат, опал, яшма, халцедон, сердолик (полудрагоценные камни), а также обычный кварцевый песок.

Именно кремень положил начало каменному веку. Причин этому две: доступность и распространённость, а также способность образовывать на сколе острые режущие края.

Второй тип природных соединений кремния – силикаты. Самые распространённые алюмосиликаты: гранит, различные виды глин, слюды. Не содержащий алюминия силикат – асбест (из него изготавливают огнестойкие ткани)

Кремний придаёт гладкость и прочность костям человека, входит в состав низших живых организмов – диатомовых водорослей и радиолярий (образует их скелеты) .

3.Кремний – простое вещество(15-32)

1)Аллотропные модификации кремния

2)Строение кристаллического кремния

3)Физические свойства

— Вы обратили внимание, что когда мы говорим о содержании в природных условиях элемента кремния, то упоминаем только его соединения, но не простое вещество.

Кремний в свободном виде в природе не встречается в отличие от углерода (алмаз,

графит, аморфный С и т.д.)

Кремний – неметалл, существует в кристаллическом и аморфном виде.

Кристаллический кремний – серовато-стального цвета с металлическим блеском, твёрдый (7 баллов по шкале Мооса), но хрупкий, малореакционноспособный; полупроводник, (с повышением температуры электропроводность повышается), и с нарушением правильности структуры.

Такие свойства обусловлены строением кристаллов, аналогичным структуре алмаза.

Физические константы: g = 2,33 г/см3; tпл.= 1415 0С; t кип.= 3500 0С

Аморфный кремний представляет собой порошок.

       4) Открытие кремния

— Уже в глубокой древности люди широко использовали в своём быту соединения кремния. Вспомните древних людей. Из чего были изготовлены их орудия труда? Но сам кремний впервые был получен в 1824 г. Шведским химиком И.Я. Берцелиусом. Однако, за 12 лет до него кремний получили Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, но он был очень загрязнён примесями.

     5) Получение кремния

— Способы получения кремния основаны в основном на восстановлении оксида кремния (IV) сильными восстановителями – активными металлами (Mg, Al) и углеродом.

Лабораторный способ:    SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si

Промышленный способ: SiO2 + 2C →t2CO + Si

     6) Химические свойства

а) кремний — восстановитель

Все реакции протекают при нагревании!

  1. Si + O2 = SiO2 (оксид кремния (IV))

             Si0 – 4e         Si+4   восстановитель

             O2 + 4e         2O-2     окислитель

  1. Si + 2Г2 = SiГ4 (галогенид кремния)
  2. Si + 2NaOH(конц.) + H2O = Na2SiO3 + 2H2

б) кремний – окислитель

Si + 2Ca = Ca2Si (силицид кальция)

Вывод: свойства кремния и углерода похожи. Оба неметалла взаимодействуют с кислородом, галогенами, металлами. Но в отличие от углерода кремний напрямую не соединяется с водородом.

4.Соединения кремния (33-44)

1) Силан SiH4

-Силан получают косвенно, действуя на силициды металлов водой или кислотами:

Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2   + SiH4

Силан – бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе и сгорающий с образованием оксида кремния и воды:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O

2) Свойства кремнезёма

Рассматриваются свойства оксида кремния (IV) и проводится сравнительный анализ двух оксидов – SiO2 и CO2. Результаты обсуждения в виде таблицы выводятся на экран.

Обратите внимание на одно важное свойство оксида кремния:

SiO2 + 4HF = 2H2O + SiF4

Оксид кремния входит в состав стекла, поэтому плавиковую кислоту нельзя хранить в стеклянной посуде.

Оксид кремния (IV) необходим и растениям, и животным. Он придаёт прочность стеблям растений и покровам животных ( камыши твёрдо стоят, осока режет, как лезвие, чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц, шерсть животных содержат оксид кремния (IV).

Вывод: физические свойства оксидов резко отличаются, т.к. они образуют разные кристаллические решётки – молекулярную (CO2) и атомную (SiO2), но химические свойства схожи. Отличие состоит в различном отношении к воде.

3) Кремниевая кислота и её соли

-кремниевая кислота H2SiO3 -единственная нерастворимая неорганическая кислота,                                                           — двухосновная,

                                      — слабая   H2SiO3 tH2O +SiO2

При высыхании образует силикагель, используемый в качестве адсорбента.

Получить кремниевую кислоту можно только из её солей.

Проведение лабораторного опыта и составление уравнения реакции получения кремниевой кислоты (самостоятельно, на доске)

 

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3

SiO32- + 2Н+ = H2SiO3

Соли кремниевой кислоты называют силикатами

Их можно получить сплавлением оксида кремния с оксидами металлов или карбонатами:

SiO2 + CaO = CaSiO3

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2

5.Применение соединений кремния в народном хозяйстве (слайды 45-47)

6. Заключительные выводы (слайд 48-49)

7. Самоконтроль (слайд 50)

8. Д/з (слайд 51)

Приложение 1.

Инструктивная карта по теме «Кремний и его соединения»

обучающегося _________ класса__________________________________________

                                                                         (фамилия и имя)



Углерод и его соединения

Кремний и его соединения

                                                              1.Химический

1) Положение в ПСХЭ:2 период, IVA группа

2) Строение атома

                         +6 С )     )         1s22s22p2

                                 2e 4e

3) Свойства атома

Является элементом неметаллом

Высшая СО = + 4

Низшая СО = – 4

4) Нахождение в природе

Углерод – элемент жизни

2. Простые

1) Физические свойства

Алмаз – твердый, очень прочный, прозрачный, не обладает электропроводностью и теплопроводностью.

Графит – темно-серого цвета, имеет металлический блеск, мягкий, проводит тепло и электрический ток.

2) Строение

Имеют атомную кристаллическую решетку.

3) Получение

SiO2 +3C = Si + C + 2CO (получение графита)

4) Химические свойства

1. восстановительные:

  • C0 + O20= C+4O2-2 (оксид углерода(IV))
  • C0 +2Г20= C+4Г4-1   (галогенид углерода(IV))

2. окислительные:

  • 2C0 + Ca0 =Ca+2C2-1(карбид кальция)
  • С + 2Н2 = СН4 (метан)

3. Окси

Оксид углерода (IV) СО2 – кислотный оксид

Строение

Молекулярная кристаллическая решетка

Физические свойства

Газ, при обычных условиях легко сжижается и затвердевает, в воде растворяется, тяжелее воздуха.

Химические свойства

1)Взаимодействие с водой

    СО2 + Н2О ↔ Н2СО3

2)Взаимодействие с основными оксидами

    СаО + СО2 =  СаСО3

3)Взаимодействие со щелочами

  2КОН + СО2   =   К2СО3 + НО

4) Взаимодействие с магнием

   2Mg + CO2 = 2MgO + C

5)Взаимодействие с углеродом

   CO2 + C = 2CO

4. Кис

Угольная кислота Н2СО3

Двухосновная, кислородсодержащая, слабая, летучая

Получение

Может быть вытеснена из состава соли более сильными кислотами

СаСО3 + 2 НCl  =     СaСl2 + Н2СО3       СО2

                                                                  Н2О

Химические свойства

1)При нагревании разлагается:

Н2СО3 ↔ СО2↑+ Н2О

2)Взаимодействие со щелочами:   2NaOH+H2CO3=Na2CO3 + 2H2O

элемент

1) Положение в ПСХЭ:

2)Строение атома

+… Si

3) Свойства атома

Является элементом…………………..

Высшая СО = ……

Низшая СО = ……

4) Нахождение в природе:

вещества

1) Физические свойства

Кристаллический кремний ….

Аморфный кремний……………

2) Строение

Имеет ……………… кристаллическую решетку.

3) Получение

1)в промышленности:

2)в лаборатории:

4) Химические свойства

1. восстановительные:

2. окислительные:

ды

Оксид кремния (IV) …. — ……………………

Строение

……………… кристаллическая решетка

Физические свойства

Химические свойства

1) Взаимодействие с водой

2) Взаимодействие с основными оксидами

3) Взаимодействие со щелочами

4) Взаимодействие с магнием

5) Взаимодействие с углеродом

6) взаимодействие с плавиковой кислотой

лоты

Кремниевая кислота………

…………………………………………………

Получение

Химические свойства

1)При нагревании разлагается:

2) Взаимодействие со щелочами:

Самоконтроль

1. Какое место занимает кремний в периодической системе:

а) 2 период, 4Б гр.                   б) 3 период, 3А гр.                                 в) 3 период, 4А гр.

2. Кристаллическая решетка кремния и его соединений :

а) ионная;                                 б) атомная;                                              в) молекулярная

3. По распространенности в природе кремний …. элемент:

а) первый;                               б) второй;                                                 в) третий

4. Кремний вступает в реакцию с:

а) металлами, водородом, галогенами;

б) металлами, галогенами, легко растворяется в щелочах;

в) оксидами, кислотами, неметаллами

5. Соли кремниевой кислоты:

а) силициды;                           б) гидрокарбонаты;                               в) силикаты

Кремний / Хабр

Процессор? Песок? А какие у вас с этим словом ассоциации? А может Кремниевая долина?
Как бы там ни было, с кремнием мы сталкиваемся каждый день и если вам интересно узнать что такое Si и с чем его едят, прошу под кат.

Введение

Будучи студентом одного из московских вузов с специальностью «Наноматериалы», я хотел познакомить тебя, дорогой читатель, с самыми важными химическими элементами нашей планеты. Я долго выбирал с чего начать, углерод или кремний, и все таки решил остановиться именно на Si, потому что сердце любого современного гаджета основано именно на нем, если можно так выразиться конечно. Излагать мысли постараюсь предельно просто и доступно, написав этот материал я рассчитывал, в основном на новичков, но и более продвинутые люди смогут почерпнуть что-то интересное, так же хотелось бы сказать, что статья написана исключительно для расширения кругозора заинтересовавшихся. Итак, приступим.

Silicium

Кремний (лат. Silicium), Si, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 14, атомная масса 28,086.
В природе элемент представлен тремя стабильными изотопами: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%).
Плотность (при н.у.) 2,33 г/см³
Температура плавления 1688 K

Порошковый Si

Историческая справка

Соединения Кремния, широко распространенные на земле, были известны человеку с каменного века. Использование каменных орудий для труда и охоты продолжалось несколько тысячелетий. Применение соединений Кремния, связанное с их переработкой, — изготовление стекла — началось около 3000 лет до н. э. (в Древнем Египте). Раньше других известное соединение Кремния — оксид SiO2 (кремнезем). В 18 веке кремнезем считали простым телом и относили к «землям» (что и отражено в его названии). Сложность состава кремнезема установил И. Я. Берцелиус. Он же впервые, в 1825, получил элементарный Кремний из фтористого кремния SiF4, восстанавливая последний металлическим калием. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название ввел Г. И. Гесс в 1834.


Кремний очень распространен в природе в составе обыкновенного песка

Распространение Кремния в природе

По распространенности в земной коре Кремний — второй (после кислорода) элемент, его среднее содержание в литосфере 29,5% (по массе). В земной коре Кремний играет такую же первостепенную роль, как углерод в животном и растительном мире. Для геохимии Кремния важна исключительно прочная связь его с кислородом. Около 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 в форме минерала кварца и его разновидностей. 75% литосферы слагают различные силикаты и алюмосиликаты (полевые шпаты, слюды, амфиболы и т. д.). Общее число минералов, содержащих кремнезем, превышает 400.

Физические свойства Кремния

Думаю тут останавливаться особо не стоит, все физические свойства имеются в свободном доступе, а я же перечислю самые основные.
Температура кипения 2600 °С
Кремний прозрачен для длинноволновых ИК-лучей
Диэлектрическая проницаемость 11,7
Твердость Кремния по Моосу 7,0
Хотелось бы сказать, что кремний хрупкий материал, заметная пластическая деформация начинается при температуре выше 800°С.
Кремний — полупроводник, именно поэтому он находит большое применение. Электрические свойства кремния очень сильно зависят от примесей.

Химические свойства Кремния

Тут много конечно можно сказать, но остановлюсь на самом интересном. В соединениях Si (аналогично углероду) 4-валентен.
На воздухе кремний благодаря образованию защитной оксидной пленки устойчив даже при повышенных температурах. В кислороде окисляется начиная с 400 °С, образуя оксид кремния (IV) SiO2.
Кремний устойчив к кислотам и растворяется только в смеси азотной и фтористоводородной кислот, легко растворяется в горячих растворах щелочей с выделением водорода.
Кремний образует 2 группы кислородсодержащих силанов — силоксаны и силоксены. С азотом Кремний реагирует при температуре выше 1000 °С, Важное практическое значение имеет нитрид Si3N4, не окисляющийся на воздухе даже при 1200 °С, стойкий по отношению к кислотам (кроме азотной) и щелочам, а также к расплавленным металлам и шлакам, что делает его ценным материалом для химической промышленности, а так же для производства огнеупоров. Высокой твердостью, а также термической и химической стойкостью отличаются соединения Кремния с углеродом (карбид кремния SiC) и с бором (SiB3, SiB6, SiB12).

Получение Кремния

Я думаю это самая интересная часть, тут остановимся поподробнее.
В зависимости от предназначения различают:
1. Кремний электронного качества (т. н. «электронный кремний») — наиболее качественный кремний с содержанием кремния свыше 99,999 % по весу, удельное электрическое сопротивление кремния электронного качества может находиться в интервале примерно от 0,001 до 150 Ом•см, но при этом величина сопротивления должна быть обеспечена исключительно заданной примесью т. е. попадание в кристалл других примесей, хотя бы и обеспечивающих заданное удельное электрическое сопротивление, как правило, недопустимо.
2. Кремний солнечного качества (т. н. «солнечный кремний») — кремний с содержанием кремния свыше 99,99 % по весу, используемый для производства фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей).

3. Технический кремний — блоки кремния поликристаллической структуры, полученного методом карботермического восстановления из чистого кварцевого песка; содержит 98 % кремния, основная примесь — углерод, отличается высоким содержанием легирующих элементов — бора, фосфора, алюминия; в основном используется для получения поликристаллического кремния.

Кремний технической чистоты (95-98%) получают в электрической дуге восстановлением кремнезема SiO2 между графитовыми электродами. В связи с развитием полупроводниковой техники разработаны методы получения чистого и особо чистого кремния. Это требует предварительного синтеза чистейших исходных соединений кремния, из которых кремний извлекают путем восстановления или термического разложения.

Поликристаллический кремний («поликремний») — наиболее чистая форма промышленно производимого кремния — полуфабрикат, получаемый очисткой технического кремния хлоридными и фторидными методами и используемый для производства моно- и мультикристаллического кремния.

Традиционно поликристаллический кремний получают из технического кремния путём перевода его в летучие силаны (моносилан, хлорсиланы, фторсиланы) с последующими разделением образующихся силанов, ректификационной очисткой выбранного силана и восстановлением силана до металлического кремния.

Чистый полупроводниковый кремний получают в двух видах: поликристаллический (восстановлением SiCl4 или SiHCl3 цинком или водородом, термическим разложением SiI4 и Sih5) и монокристаллический (бестигельной зонной плавкой и «вытягиванием» монокристалла из расплавленного кремния — метод Чохральского).


Тут можно увидеть процесс выращивания кремния, методом Чохральского.

Метод Чохральского — метод выращивания кристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла (или нескольких кристаллов) заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.

Применение Кремния

Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, тиристоры; солнечные фотоэлементы, используемые в космических кораблях, а так же много всякой всячины).
Поскольку кремний прозрачен для лучей с длиной волны от 1 до 9 мкм, его применяют в инфракрасной оптике.
Кремний имеет разнообразные и все расширяющиеся области применения. В металлургии Si
используется для удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода (раскисления).
Кремний является составной частью большого числа сплавов железа и цветных металлов.
Обычно Кремний придает сплавам повышенную устойчивость к коррозии, улучшает их литейные свойства и повышает механическую прочность; однако при большем его содержании Кремний может вызвать хрупкость.
Наибольшее значение имеют железные, медные и алюминиевые сплавы, содержащие кремний.
Кремнезем перерабатываются стекольной, цементной, керамической, электротехнической и другими отраслями промышленности.
Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (например процессор твоего компьютера) и однокристальных микросхем.
Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде кристаллического кремния являются основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.
Монокристаллический кремний — помимо электроники и солнечной энергетики используется для изготовления зеркал газовых лазеров.


Сверхчистый кремний и продукт его производства

Кремний в организме

Кремний в организме находится в виде различных соединений, участвующих главным образом в образовании твердых скелетных частей и тканей. Особенно много кремния могут накапливать некоторые морские растения (например, диатомовые водоросли) и животные (например, кремнероговые губки, радиолярии), образующие при отмирании на дне океана мощные отложения оксида кремния (IV). В холодных морях и озерах преобладают биогенные илы, обогащенные кремнием, в тропических морях — известковые илы с низким содержанием кремния. Среди наземных растений много кремния накапливают злаки, осоки, пальмы, хвощи. У позвоночных животных содержание оксида кремния (IV) в зольных веществах 0,1-0,5%. В наибольших количествах кремний обнаружен в плотной соединительной ткани, почках, поджелудочной железе. В суточном рационе человека содержится до 1 г кремния. При высоком содержании в воздухе пыли оксида кремния (IV) она попадает в легкие человека и вызывает заболевание — силикоз.

Заключение

Ну вот и все, если вы дочитали до конца и немного вникли, то вы на шаг ближе к успеху. Надеюсь писал я не зря и пост понравился хоть кому-то. Спасибо за внимание.

Характеристика химического элемента по его положению в Периодической системе

Характеристика химического элемента по его положению в Периодической системе

Факт того, что свойства химических элементов периодически изменяются было известно до открытия Периодического закона Д. И. Менделеевым. Заслуга Менделеева в том, что он открыл закон природы, лежащий в основе этой периодичности. Именно используя этот закон, была составлена периодическая таблица химических элементов. Во времена Менделеева были открыты еще далеко не все химические элементы, поэтому составление таблицы было достаточно сложным делом. Менделеев предположил существование некоторых элементов, что вскоре было подтверждено их открытием.

Характеризуют химический элемент по следующему плану.

1. Определяют период, группу и подгруппу химического элемента в Периодической таблице, его порядковый номер и относительную атомную массу.
Например, Si (кремний) находится в 3 периоде, IV группе, главной подгруппе (A), его порядковый номер 14, масса 28 а.е.м.

2. Определяют является химический элемент металлом или нет. Металлические свойства убывают слева направо и возрастают сверху вниз.
Кремний расположен ниже углерода (который неметалл) и выше галлия (который уже проявляет металлические свойства). Если смотреть по периоду то до кремния находится алюминий (металл), а после него — фосфор (неметалл). Таким образом, сделать вывод о том, чем является кремний достаточно сложно. Это надо знать. Кремний — это неметалл.

3. Определяют максимальную валентность элемента и составляют формулу его высшего оксида.
Так как кремний находится в IV группе, то его максимальная валентность равна IV, а высший оксид — SiO2. Данному оксиду соответствует кремниевая кислота, следовательно, он кислотный.

4. Если элемент неметалл, то для него указывают формулу водородного соединения.
Гидрид кремния — SiH4.

Copyright © 2019. All Rights Reserved

Кремний

| Элемент, атом, свойства, использование и факты

Узнайте о добыче и очистке кремния

Обзор кремния, включая добычу и обработку.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео к этой статье

Кремний (Si), неметаллический химический элемент семейства углерода (Группа 14 [IVa] периодической таблицы). Кремний составляет 27,7% земной коры; это второй по распространенности элемент в коре, уступающий только кислороду.

кремний

Химические свойства элемента кремния.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов. Насколько хорошо вы знаете их символы? В этом тесте вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Название «кремний» происходит от латинского silx или silicis, что означает «кремень» или «твердый камень». Аморфный элементарный кремний был впервые выделен и описан как элемент в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом. Загрязненный кремний был получен уже в 1811 году. Кристаллический элементарный кремний не был получен до 1854 года, когда он был получен как продукт электролиза. Однако в форме горного хрусталя кремний был знаком еще древним египтянам, которые использовали его для изготовления бус и небольших ваз; ранним китайцам; и, вероятно, многим другим древним.Изготовлением стекла, содержащего кремнезем, занимались как египтяне — по крайней мере, еще в 1500 г. до н. Э. — так и финикийцы. Конечно, многие из встречающихся в природе соединений, называемых силикатами, использовались в различных видах строительного раствора для строительства жилищ древними людьми.

Йенс Якоб Берцелиус

Йенс Якоб Берцелиус, фрагмент масляной картины Улофа Йохана Седермарка, 1843 г .; в Шведской королевской академии наук, Стокгольм.

Предоставлено Svenska Portrattarkivet, Stockholm

Свойства элемента
атомный номер 14
атомный вес 28.086
точка плавления 1410 ° C (2570 ° F)
точка кипения 3265 ° C (5909 ° F)
плотность 2,33 г / см 3
степень окисления −4, (+2), +4
электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Возникновение и распространение

По весу содержание кремния в земной коре превышает только кислород.Оценки космического содержания других элементов часто приводятся в терминах числа их атомов на 10 6 атомов кремния. Только водород, гелий, кислород, неон, азот и углерод превосходят кремний по количеству в космосе. Кремний считается космическим продуктом поглощения альфа-частиц при температуре около 10 9 К ядрами углерода-12, кислорода-16 и неона-20. Энергия, связывающая частицы, образующие ядро ​​кремния, составляет около 8,4 миллиона электрон-вольт (МэВ) на нуклон (протон или нейтрон).По сравнению с максимумом около 8,7 миллионов электрон-вольт для ядра железа, почти вдвое массивнее, чем у кремния, эта цифра указывает на относительную стабильность ядра кремния.

Чистый кремний слишком реакционноспособен, чтобы его можно было найти в природе, но он содержится практически во всех породах, а также в песках, глинах и почвах, в сочетании либо с кислородом в виде кремнезема (SiO 2 , диоксид кремния), либо с кислородом. и другие элементы (например, алюминий, магний, кальций, натрий, калий или железо) в виде силикатов.Окисленная форма, такая как диоксид кремния и особенно силикаты, также распространена в земной коре и является важным компонентом мантии Земли. Его соединения также встречаются во всех природных водах, в атмосфере (в виде кремнистой пыли), во многих растениях, а также в скелетах, тканях и биологических жидкостях некоторых животных.

Цикл диоксида кремния

Цикл диоксида кремния в морской среде. Кремний обычно встречается в природе в виде диоксида кремния (SiO 2 ), также называемого кремнеземом. Он проходит через морскую среду, попадая в основном с речным стоком.Кремнезем удаляется из океана такими организмами, как диатомовые водоросли и радиолярии, которые используют аморфную форму кремнезема в своих клеточных стенках. После смерти их скелеты оседают в толще воды, а кремнезем снова растворяется. Небольшое их количество достигает дна океана, где они либо остаются, образуя кремнистый ил, либо растворяются и возвращаются в фотическую зону в результате апвеллинга.

Британская энциклопедия, Inc.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

В составе соединений диоксид кремния встречается как в кристаллических минералах (например, кварц, кристобалит, тридимит), так и в аморфных или кажущихся аморфными минералах (например, агат, опал, халцедон) на всех участках суши. Природные силикаты характеризуются своим обилием, широким распространением, сложностью структуры и состава. Большинство элементов следующих групп периодической таблицы содержится в силикатных минералах: группы 1–6, 13 и 17 (I – IIIa, IIIb – VIb, VIIa).Эти элементы называют литофильными или любящими камни. Важные силикатные минералы включают глины, полевой шпат, оливин, пироксен, амфиболы, слюды и цеолиты.

гранит

Гранит — магматическая порода. Он состоит из минералов полевого шпата, кварца и одного или нескольких видов слюды.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Свойства элемента

Элементарный кремний коммерчески производится восстановлением кремнезема (SiO 2 ) с помощью кокса в электрической печи, а затем нечистый продукт очищается.В небольших масштабах кремний можно получить из оксида восстановлением алюминием. Практически чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния или трихлорсилана. Для использования в электронных устройствах монокристаллы выращивают путем медленного извлечения затравочных кристаллов из расплавленного кремния.

Чистый кремний представляет собой твердое темно-серое твердое вещество с металлическим блеском и октаэдрической кристаллической структурой, такой же, как у алмазной формы углерода, с которой кремний имеет много химического и физического сходства.Пониженная энергия связи в кристаллическом кремнии делает этот элемент более мягким и химически более химически активным, чем алмаз. Была описана коричневая порошкообразная аморфная форма кремния, которая также имеет микрокристаллическую структуру.

кремний

Кремний очищенный, металлоид.

Enricoros

Поскольку кремний образует цепочки, подобные тем, которые образованы углеродом, кремний был изучен как возможный основной элемент для кремниевых организмов. Однако ограниченное количество атомов кремния, которые могут катенировать, значительно сокращает количество и разнообразие соединений кремния по сравнению с соединениями углерода.Окислительно-восстановительные реакции не являются обратимыми при обычных температурах. В водных системах стабильны только степени окисления кремния 0 и +4.

Кремний, как и углерод, относительно неактивен при обычных температурах; но при нагревании он активно реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом и йодом) с образованием галогенидов и с некоторыми металлами с образованием силицидов. Как и в случае с углеродом, связи в элементарном кремнии достаточно сильны, чтобы требовать больших энергий для активации или ускорения реакции в кислой среде, поэтому на него не действуют кислоты, за исключением фтористоводородной.При нагревании красным кремний подвергается воздействию водяного пара или кислорода, образуя поверхностный слой диоксида кремния. Когда кремний и углерод объединяются при температурах электропечи (2 000–2 600 ° C [3 600–4 700 ° F]), они образуют карбид кремния (карборунд, SiC), который является важным абразивом. С водородом кремний образует серию гидридов, силанов. В сочетании с углеводородными группами кремний образует ряд кремнийорганических соединений.

Известны три стабильных изотопа кремния: кремний-28, который составляет 92.21 процент элемента в природе; кремний-29 4,70%; кремний-30 — 3,09%. Известно пять радиоактивных изотопов.

Элементарный кремний и большинство кремнийсодержащих соединений не токсичны. Действительно, ткани человека часто содержат от 6 до 90 миллиграммов кремнезема (SiO 2 ) на 100 граммов сухого веса, а многие растения и низшие формы жизни усваивают кремнезем и используют его в своих структурах. Однако вдыхание пыли, содержащей альфа-SiO 2 , вызывает серьезное заболевание легких, называемое силикозом, которое часто встречается у шахтеров, каменотесов и керамистов, если не используются защитные устройства.

кремний | Элемент, атом, свойства, использование и факты

Узнайте о добыче и очистке кремния

Обзор кремния, включая добычу и обработку.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео к этой статье

Кремний (Si), неметаллический химический элемент семейства углерода (Группа 14 [IVa] периодической таблицы). Кремний составляет 27,7% земной коры; это второй по распространенности элемент в коре, уступающий только кислороду.

кремний

Химические свойства элемента кремния.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов. Насколько хорошо вы знаете их символы? В этом тесте вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Название «кремний» происходит от латинского silx или silicis, что означает «кремень» или «твердый камень». Аморфный элементарный кремний был впервые выделен и описан как элемент в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом. Загрязненный кремний был получен уже в 1811 году. Кристаллический элементарный кремний не был получен до 1854 года, когда он был получен как продукт электролиза. Однако в форме горного хрусталя кремний был знаком еще древним египтянам, которые использовали его для изготовления бус и небольших ваз; ранним китайцам; и, вероятно, многим другим древним.Изготовлением стекла, содержащего кремнезем, занимались как египтяне — по крайней мере, еще в 1500 г. до н. Э. — так и финикийцы. Конечно, многие из встречающихся в природе соединений, называемых силикатами, использовались в различных видах строительного раствора для строительства жилищ древними людьми.

Йенс Якоб Берцелиус

Йенс Якоб Берцелиус, фрагмент масляной картины Улофа Йохана Седермарка, 1843 г .; в Шведской королевской академии наук, Стокгольм.

Предоставлено Svenska Portrattarkivet, Stockholm

Свойства элемента
атомный номер 14
атомный вес 28.086
точка плавления 1410 ° C (2570 ° F)
точка кипения 3265 ° C (5909 ° F)
плотность 2,33 г / см 3
степень окисления −4, (+2), +4
электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Возникновение и распространение

По весу содержание кремния в земной коре превышает только кислород.Оценки космического содержания других элементов часто приводятся в терминах числа их атомов на 10 6 атомов кремния. Только водород, гелий, кислород, неон, азот и углерод превосходят кремний по количеству в космосе. Кремний считается космическим продуктом поглощения альфа-частиц при температуре около 10 9 К ядрами углерода-12, кислорода-16 и неона-20. Энергия, связывающая частицы, образующие ядро ​​кремния, составляет около 8,4 миллиона электрон-вольт (МэВ) на нуклон (протон или нейтрон).По сравнению с максимумом около 8,7 миллионов электрон-вольт для ядра железа, почти вдвое массивнее, чем у кремния, эта цифра указывает на относительную стабильность ядра кремния.

Чистый кремний слишком реакционноспособен, чтобы его можно было найти в природе, но он содержится практически во всех породах, а также в песках, глинах и почвах, в сочетании либо с кислородом в виде кремнезема (SiO 2 , диоксид кремния), либо с кислородом. и другие элементы (например, алюминий, магний, кальций, натрий, калий или железо) в виде силикатов.Окисленная форма, такая как диоксид кремния и особенно силикаты, также распространена в земной коре и является важным компонентом мантии Земли. Его соединения также встречаются во всех природных водах, в атмосфере (в виде кремнистой пыли), во многих растениях, а также в скелетах, тканях и биологических жидкостях некоторых животных.

Цикл диоксида кремния

Цикл диоксида кремния в морской среде. Кремний обычно встречается в природе в виде диоксида кремния (SiO 2 ), также называемого кремнеземом. Он проходит через морскую среду, попадая в основном с речным стоком.Кремнезем удаляется из океана такими организмами, как диатомовые водоросли и радиолярии, которые используют аморфную форму кремнезема в своих клеточных стенках. После смерти их скелеты оседают в толще воды, а кремнезем снова растворяется. Небольшое их количество достигает дна океана, где они либо остаются, образуя кремнистый ил, либо растворяются и возвращаются в фотическую зону в результате апвеллинга.

Британская энциклопедия, Inc.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

В составе соединений диоксид кремния встречается как в кристаллических минералах (например, кварц, кристобалит, тридимит), так и в аморфных или кажущихся аморфными минералах (например, агат, опал, халцедон) на всех участках суши. Природные силикаты характеризуются своим обилием, широким распространением, сложностью структуры и состава. Большинство элементов следующих групп периодической таблицы содержится в силикатных минералах: группы 1–6, 13 и 17 (I – IIIa, IIIb – VIb, VIIa).Эти элементы называют литофильными или любящими камни. Важные силикатные минералы включают глины, полевой шпат, оливин, пироксен, амфиболы, слюды и цеолиты.

гранит

Гранит — магматическая порода. Он состоит из минералов полевого шпата, кварца и одного или нескольких видов слюды.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Свойства элемента

Элементарный кремний коммерчески производится восстановлением кремнезема (SiO 2 ) с помощью кокса в электрической печи, а затем нечистый продукт очищается.В небольших масштабах кремний можно получить из оксида восстановлением алюминием. Практически чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния или трихлорсилана. Для использования в электронных устройствах монокристаллы выращивают путем медленного извлечения затравочных кристаллов из расплавленного кремния.

Чистый кремний представляет собой твердое темно-серое твердое вещество с металлическим блеском и октаэдрической кристаллической структурой, такой же, как у алмазной формы углерода, с которой кремний имеет много химического и физического сходства.Пониженная энергия связи в кристаллическом кремнии делает этот элемент более мягким и химически более химически активным, чем алмаз. Была описана коричневая порошкообразная аморфная форма кремния, которая также имеет микрокристаллическую структуру.

кремний

Кремний очищенный, металлоид.

Enricoros

Поскольку кремний образует цепочки, подобные тем, которые образованы углеродом, кремний был изучен как возможный основной элемент для кремниевых организмов. Однако ограниченное количество атомов кремния, которые могут катенировать, значительно сокращает количество и разнообразие соединений кремния по сравнению с соединениями углерода.Окислительно-восстановительные реакции не являются обратимыми при обычных температурах. В водных системах стабильны только степени окисления кремния 0 и +4.

Кремний, как и углерод, относительно неактивен при обычных температурах; но при нагревании он активно реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом и йодом) с образованием галогенидов и с некоторыми металлами с образованием силицидов. Как и в случае с углеродом, связи в элементарном кремнии достаточно сильны, чтобы требовать больших энергий для активации или ускорения реакции в кислой среде, поэтому на него не действуют кислоты, за исключением фтористоводородной.При нагревании красным кремний подвергается воздействию водяного пара или кислорода, образуя поверхностный слой диоксида кремния. Когда кремний и углерод объединяются при температурах электропечи (2 000–2 600 ° C [3 600–4 700 ° F]), они образуют карбид кремния (карборунд, SiC), который является важным абразивом. С водородом кремний образует серию гидридов, силанов. В сочетании с углеводородными группами кремний образует ряд кремнийорганических соединений.

Известны три стабильных изотопа кремния: кремний-28, который составляет 92.21 процент элемента в природе; кремний-29 4,70%; кремний-30 — 3,09%. Известно пять радиоактивных изотопов.

Элементарный кремний и большинство кремнийсодержащих соединений не токсичны. Действительно, ткани человека часто содержат от 6 до 90 миллиграммов кремнезема (SiO 2 ) на 100 граммов сухого веса, а многие растения и низшие формы жизни усваивают кремнезем и используют его в своих структурах. Однако вдыхание пыли, содержащей альфа-SiO 2 , вызывает серьезное заболевание легких, называемое силикозом, которое часто встречается у шахтеров, каменотесов и керамистов, если не используются защитные устройства.

Кремний — Информация об элементе, свойства и использование

Расшифровка:

Химия в ее элементе: кремний

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World, журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Мира Сентилингам

На этой неделе мы вступаем в мир научной фантастики, чтобы исследовать жизнь в космосе.Вот Андреа Селла.

Андреа Селла

Когда мне было около 12 лет, мы с друзьями прошли этап чтения научной фантастики. Это были фантастические миры Айзека Азимова, Ларри Нивена и Роберта Хайнлайна, включающие невозможные приключения на загадочных планетах — успехи космической программы Аполлона в то время только помогли нам приостановить наше недоверие. Одной из тем, которую я помню из этих историй, была идея о том, что инопланетные формы жизни, часто основанные на элементе кремний, распространены в других местах Вселенной.Почему кремний? Что ж, часто говорят, что элементы, близкие друг к другу в периодической таблице, обладают схожими свойствами, и поэтому, соблазненные извечным отвлекающим маневром, что «углерод является элементом жизни», авторы выбрали элемент под ним, кремний.

Я вспомнил об этих чтениях пару недель назад, когда пошел на выставку работ двух моих друзей. Названный «Каменная дыра», он состоял из потрясающих панорамных фотографий, сделанных с чрезвычайно высоким разрешением в морских пещерах в Корнуолле.Когда мы бродили по галерее, мне в голову пришла мысль. «Можно ли представить мир без кремния?» Неудивительно, что на каждой фотографии преобладали породы на основе кремния, и это было мощным напоминанием о том, что кремний является вторым по распространенности элементом в земной коре, уступая первое место кислороду, элементу, с которым он неизменно связан. .

Силикатные породы — те, в которых кремний окружен тетраэдрически четырьмя атомами кислорода — существуют в удивительном разнообразии, различия определяются тем, как соединяются друг с другом строительные блоки тетраэдров и какие другие элементы присутствуют, чтобы завершить картину.Когда тетраэдры соединяются друг с другом, получается безумный клубок цепочек, похожий на огромный горшок со спагетти — структуры, которые можно получить в обычном стекле.

Самым чистым из этих цепочечных материалов является диоксид кремния — диоксид кремния, который довольно часто встречается в природе в виде бесцветного минерального кварца или горного хрусталя. В хорошем кристаллическом кварце цепи расположены красивыми спиралями, и все они могут закручиваться влево. Или вправо. Когда это происходит, полученные кристаллы являются точным зеркальным отображением друг друга.Но не накладываются друг на друга — как левая и правая туфли. Для химика эти кристаллы хиральны — свойство, которое когда-то считалось исключительным свойством элемента углерода, а хиральность, в свою очередь, считалась фундаментальной чертой самой жизни. Но вот он, в холодном неорганическом мире кремния.

Самое грандиозное, что можно создавать пористые трехмерные структуры — немного похожие на молекулярные соты — особенно в присутствии других тетраэдрических линкеров на основе алюминия. Эти впечатляющие материалы называются цеолитами или молекулярными ситами.Тщательно подбирая условия синтеза, можно создать материал, в котором поры и полости имеют четко определенные размеры — теперь у вас есть материал, который можно использовать, как ловушки для омаров, для улавливания молекул или ионов подходящего размера.

А как насчет самого элемента? Освободить его от кислорода сложно, он висит как мрачная смерть и требует жестоких условий. Хамфри Дэви, химик и шоумен из Корнуолла, первым начал подозревать, что кремнезем должен быть соединением, а не элементом.Он применил электрический ток к расплавленным щелочам и солям и, к своему удивлению и восторгу, выделил некоторые чрезвычайно активные металлы, в том числе калий. Теперь он двинулся дальше, чтобы посмотреть, на что способен калий. Пропуская пары калия над кремнеземом, он получил темный материал, который затем можно было сжечь и превратить обратно в чистый кремнезем. Куда он толкал, другие следовали за ним. Во Франции Тенар и Гей-Люссак провели аналогичные эксперименты с фторидом кремния. За пару лет великий шведский аналитик Йенс Якоб Берцелиус выделил более существенный объем материала и объявил его элементом.

Кремний не имеет свойств ни рыба, ни мясо. Темно-серого цвета и с очень глянцевым стекловидным блеском, он выглядит как металл, но на самом деле является довольно плохим проводником электричества, и во многих отношениях кроется секрет его окончательного успеха. Проблема в том, что электроны захватываются, как части на черновой доске, в которой нет свободных мест. Особенность кремния и других полупроводников заключается в том, что можно переместить один из электронов на пустую доску — зону проводимости — где они могут свободно перемещаться.Это немного похоже на трехмерные шахматы, в которые играет остроухий доктор Спок из «Звездного пути». Температура имеет решающее значение. Нагревая полупроводник, позвольте некоторым электронам прыгнуть, как лосось, в пустую зону проводимости. И в то же время оставшееся пространство, известное как дыра, тоже может двигаться.

Но есть другой способ заставить кремний проводить электричество: это кажется извращенным, но намеренно вводя примеси, такие как бор или фосфор, можно незаметно изменить электрическое поведение кремния.Такие уловки лежат в основе функционирования кремниевых чипов, которые позволяют вам слушать этот подкаст. Менее чем за 50 лет кремний превратился из любопытного любопытства в один из основных элементов нашей жизни.

Но остается вопрос, ограничивается ли значение кремния только миром минералов? Перспективы не кажутся хорошими — силикатные волокна, такие как волокна синего асбеста, имеют как раз тот размер, который подходит для проникновения глубоко внутрь легких, где они протыкают и разрезают внутреннюю оболочку легких.И все же из-за его необычайной структурной изменчивости химия кремния использовалась биологическими системами. Силикатные осколки прячутся в колючках крапивы и ждут, чтобы порезать мягкую кожу неосторожного путешественника и ввести небольшое количество раздражителя. И в почти невообразимых количествах тонкие силикатные структуры выращиваются множеством крошечных форм жизни, лежащих в основе морских пищевых цепей, диатомовыми водорослями.

Можно ли найти где-нибудь в космосе пришельцев на основе кремния? Моя догадка, вероятно, была бы нет.Конечно, не как элемент. Он слишком реактивен, и всегда можно обнаружить, что он связан с кислородом. Но даже связанное с кислородом, это кажется маловероятным, или, по крайней мере, не в тех мягких условиях, которые мы наблюдаем на Земле. Но опять же, нет ничего лучше сюрприза, чтобы заставить задуматься. Как сказал генетик Дж. Б. С. Холдейн: «Вселенная не страннее, чем мы думаем. Она страннее, чем мы можем предположить». Я живу надеждой.

Meera Senthilingam

Итак, хотя маловероятно, что в космосе могут таиться сюрпризы на основе кремния.Это была всегда обнадеживающая Андреа Селла из Университетского колледжа Лондона, занимавшаяся жизнедеятельностью кремния. На следующей неделе мы узнаем о рентгении, элементе, который нам нужно получить правильно.

Саймон Коттон

Идея заключалась в том, чтобы заставить ионы никеля проникать в ядро ​​висмута, чтобы два ядра слились вместе, образуя атом большего размера. Энергию столкновения нужно было тщательно контролировать, потому что, если ионы никеля не будут двигаться достаточно быстро, они не смогут преодолеть отталкивание между двумя положительными ядрами и просто оторвутся от висмута при контакте.Однако, если бы ионы никеля обладали слишком большой энергией, образовавшееся «составное ядро» имело бы такой избыток энергии, что оно могло бы просто подвергнуться делению и распасться. Уловка заключалась в том, чтобы, как и в случае с кашей Златовласки, быть «в самый раз», чтобы произошло слияние ядер, просто. Мира Сентилингам. Присоединяйтесь к Саймону Коттону, чтобы узнать, как успешные столкновения были созданы основателями элемента рентгениум в программе Chemistry in its Element на следующей неделе. А пока я Мира Сентилингам, и спасибо за внимание.

(промо)

(конец промо)

Silicon — экспертная письменная, удобная для пользователя информация об элементах

Химический элемент кремний относится к металлоидам. Он был открыт в 1824 году Якобом Берцелиусом.

Зона данных

Классификация: Кремний — металлоид
Цвет: серебристый
Атомный вес: 28.0855
Состояние: цельный
Температура плавления: 1414 o C, 1687 K
Температура кипения: 3265 o C, 3538 K
Электронов: 14
Протоны: 14
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 14
Электронные оболочки: 2,8,4
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
Плотность при 20 o C: 2.33 г / см 3

Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления,
реакций, соединений, радиусов, проводимости

Атомный объем: 12,1 см 3 / моль
Состав: ромбовидная структура
Твердость: 7 месяцев
Удельная теплоемкость 0,71 Дж г -1 К -1
Теплота плавления 50.21 кДж моль -1
Теплота распыления 456 кДж моль -1
Теплота испарения 359 кДж моль -1
1 st энергия ионизации 786,4 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации 1577 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 3231.4 кДж моль -1
Сродство к электрону 133,6 кДж моль -1
Минимальная степень окисления -4
Мин. общее окисление нет. -4
Максимальное число окисления 4
Макс. общее окисление нет. 4
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,9
Объем поляризуемости 5.4 Å 3
Реакция с воздухом нет
Реакция с 15 M HNO 3 нет
Реакция с 6 M HCl нет
Реакция с 6 М NaOH мягкие, ⇒ силикаты
Оксид (оксиды) SiO 2
Гидрид (ы) SiH 4 (силан), Si 2 H 6 и др.
Хлорид (ы) SiCl 4 , Si 2 Cl 6 и др.
Атомный радиус 110 вечера
Ионный радиус (1+ ион)
Ионный радиус (2+ ионов)
Ионный радиус (3+ ионов)
Ионный радиус (1-ионный)
Ионный радиус (2-ионный)
Ионный радиус (3-ионный)
Теплопроводность 149 Вт м -1 K -1
Электропроводность 4 x 10 2 См -1
Температура замерзания / плавления: 1414 o C, 1687 K

Чистый кремний.Фото Энрикорос

Кристаллическая структура кремния.

Открытие кремния

Доктор Дуг Стюарт

Кварц (кристаллический диоксид кремния) известен людям многие тысячи лет. Кремень — это форма кварца, и в каменный век орудия из кремня использовались в повседневной жизни.

В 1789 году французский химик Антуан Лавуазье предположил, что в кварце можно найти новый химический элемент. Он сказал, что этого нового элемента должно быть очень много. (1) Конечно, он был прав. Кремний составляет 28% веса земной коры.

Возможно, что в Англии в 1808 году Хэмфри Дэви впервые выделил частично чистый кремний, но он не осознал этого. (2)

В 1811 году французские химики Жозеф Л. Гей-Люссак и Луи Жак Тенар, возможно, также получили нечистый кремний путем реакции калия с тетрафторидом кремния с образованием красновато-коричневого твердого вещества, которое, вероятно, было аморфным кремнием.Однако они не пытались очистить это новое вещество. (3), (4)

В 1824 году шведский химик Якоб Берцелиус произвел образец аморфного кремния, коричневого твердого вещества, путем реакции фторсиликата калия с калием и очистки продукта путем многократной промывки. Он назвал новый элемент кремнием. (3), (4)

В то время концепция полупроводников лежала на столетие вперед. Не зная, что такие материалы существуют и что кремний является прекрасным примером полупроводника, ученые спорили, следует ли классифицировать новый элемент как металл или как неметалл.

Берцелиус считал, что это металл, а Хамфри Дэви — неметалл. (5) Проблема заключалась в том, что новый элемент был лучшим проводником электричества, чем неметаллы, но не таким хорошим проводником, как металл.

Кремний получил свое название в 1831 году от шотландского химика Томаса Томсона. Он сохранил часть имени Берцелиуса от «кремния», что означает кремень. Он изменил окончание элемента на «Включено», потому что этот элемент был больше похож на неметаллы, бор и углерод, чем на такие металлы, как кальций и магний.(Silicis, или кремень, вероятно, был нашим первым применением диоксида кремния. (4), (6) )

В 1854 году Анри Девиль впервые произвел кристаллический кремний. Он сделал это путем электролиза нечистого расплава хлорида натрия и алюминия с получением силицида алюминия. Алюминий удаляли водой, оставляя кристаллы кремния. (4)

Интересные факты о кремнии

  • Наименьшая приемлемая чистота кремния для электронных устройств составляет 99,9999999%.Это означает, что на каждый миллиард атомов разрешен только один атом не из кремния.
  • Кремний — второй по распространенности элемент в коре нашей планеты. Кислород (47,3%) и кремний (27,7%) вместе составляют 75% веса земной коры. Большая часть кремния корки существует в виде диоксида кремния; нам это знакомо как песок или кварц.
  • Кремний — восьмой по численности элемент во Вселенной; он состоит из звезд с массой восьми или более земных солнц. Ближе к концу своей жизни эти звезды входят в фазу сжигания углерода, добавляя ядра гелия к углероду, чтобы произвести кислород, неон, магний и кремний.
  • Горение кремния — это последняя фаза жизни тяжелой звезды перед сверхновой, которая длится всего около суток. На этом этапе ядра гелия присоединяются к кремнию, образуя серу, аргон, кальций, титан, хром, железо и никель.

Как из кремния делают пластины и компьютерные микросхемы.

Не только о кремнии: как могут работать электронные устройства следующего поколения.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Кремний не является токсичным, но при вдыхании в виде мелкодисперсной кремнеземной / силикатной пыли он может вызвать хронические респираторные проблемы.Силикаты, такие как асбест, канцерогены.

Характеристики:

Кремний — твердый, относительно инертный металлоид, в кристаллической форме очень хрупкий с заметным металлическим блеском.

Кремний в природе встречается в основном в виде оксидов и силикатов.

Кремний в твердой форме не реагирует с кислородом, водой и большинством кислот.

Кремний реагирует с галогенами или разбавленными щелочами.

Кремний также обладает необычным свойством, заключающимся в том, что (как и вода) он расширяется при замерзании.

Четыре других элемента расширяются при замораживании; галлий, висмут, сурьма и германий

Использование кремния

Кремниевые чипы — основа современной электроники и вычислительной техники. Кремний должен быть сверхчистым, хотя в зависимости от конечного использования он может быть легирован миллионными долями мышьяка, бора, галлия, германия или фосфора.

Кремний легирован алюминием для использования в двигателях, поскольку присутствие кремния улучшает литейные качества металла.Кремний может улучшить магнитные свойства железа; это также важный компонент стали, который делает ее упрочняющей.

Карбид кремния, чаще называемый карборундом, чрезвычайно твердый и используется в абразивных материалах.

Кремнезем (SiO 2 ) в песке и минералы в глине используется для изготовления бетона и кирпича. Кремнезем, как и песок, также является основным компонентом стекла.

Чистый кристаллический диоксид кремния (кварц) резонирует с очень точной частотой и используется в высокоточных часах.

Силиконы — важные полимеры на основе кремния. Обладая термостойкими, антипригарными и резиновыми свойствами, силиконы часто используются в кухонной посуде, медицине (имплантаты), а также в качестве герметиков, клеев, смазок и для изоляции.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 28% по массе, 21% м.д. по молям

Изобилие солнечной системы: 900 частей на миллион по весу, 40 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: 5,4 доллара за 100 г

Стоимость, оптом: 0 $.14 на 100 г

Источник: Кремний является вторым по содержанию элементом в земной коре после кислорода и восьмым по содержанию элементом во Вселенной. Чаще всего встречается в виде диоксида кремния (кремнезема). Два элемента, кремний и кислород, составляют почти три четверти коры нашей планеты.

Промышленное количество кремния получают реакцией диоксида кремния и углерода в электрической печи с использованием угольных электродов. Углерод восстанавливает диоксид кремния до кремния.Кремний, полученный таким образом, имеет чистоту около 98%.

Кремний очень высокой чистоты для полупроводников получают с использованием процесса Сименс; кремний реагирует с образованием трихлорсилана, который сначала очищают перегонкой, затем подвергают взаимодействию с очищенным водородом на кремниевых стержнях высокой чистоты при 1150 o ° C с получением поликристаллического кремния высокой чистоты с побочным продуктом соляной кислоты. Примеси в кремнии составляют около 1 части на миллиард или меньше.

Изотопы: Кремний имеет 14 изотопов, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 22 до 36.Встречающийся в природе кремний представляет собой смесь трех своих стабильных изотопов, и они находятся в указанном процентном соотношении: 28 Si (92,2%), 29 Si (4,7%) и 30 Si (3,1%).

Список литературы
  1. Р. В. Кан, Кремний: дитя и прародитель революции., В нано-эру, Springer Series in Materials Science, Volume 106 (2009), стр. 3.
  2. Томас Эдвард Торп, Хамфри Дэви, поэт и философ., (1896).
  3. Мэри Эльвира Уикс, «Открытие элементов»., (2003) p162, Kessinger Publishing Reprints.
  4. Джон Эмсли, Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я, (2002) стр. 387. Издательство Оксфордского университета.
  5. Х. Р. Хафф, У. Гезеле, Х. Цуя, Полупроводниковый кремний. (1998) стр. 70, Электрохимическое общество.
  6. Кейт Б. Хаттон, химия. (2001) стр.224. Рутледж.
Цитируйте эту страницу

Для интерактивной ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Silicon 
 

или

  Факты об элементе кремния 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Кремний». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 09 октября 2012 г. Интернет.
. 

Химия кремния (Z = 14) — Chemistry LibreTexts

Кремний, второй по распространенности элемент на Земле, является важной частью минерального мира.Его стабильная тетраэдрическая конфигурация делает его невероятно универсальным и используется по-разному в нашей повседневной жизни. Кремний можно найти повсюду, от космических кораблей до синтетических частей тела, а иногда и в нас самих.

Введение

Название кремния происходит от латинского слова «silx», что означает «кремень». Этот элемент является вторым после кислорода в земной коре и был открыт Берцелиусом в 1824 году. Наиболее распространенное соединение кремния, \ (SiO_2 \), является самым распространенным химическим соединением в земной коре, о котором мы знаем лучше. как обычный пляжный песок.

Недвижимость

Кремний — это кристаллический полуметалл или металлоид. Одна из его форм — блестящая, серая и очень хрупкая (при ударе молотком она разрушается). Это элемент группы 14 в той же периодической группе, что и углерод, но химически ведет себя иначе, чем все его аналоги в группе. Кремний разделяет гибкость связи углерода с его четырьмя валентными электронами, но в остальном является относительно инертным элементом. Однако в особых условиях кремний должен быть намного более реактивным.Кремний проявляет свойства металлоидов, способен расширять свою валентную оболочку и может превращаться в полупроводник; отличая его от его периодических членов группы.

Где кремний

27,6% земной коры состоит из кремния. Несмотря на то, что его так много, он обычно встречается не в чистом виде, а скорее в его диоксиде и гидратах. \ (SiO_2 \) — единственный стабильный оксид кремния, который встречается во многих кристаллических формах. Его чистейшая форма — кварц, а также яшма и опал.Кремний также можно найти в полевом шпате, слюдах, оливинах, пироксенах и даже в воде (рис. 1). В другой аллотропной форме кремний представляет собой коричневый аморфный порошок, наиболее часто встречающийся в «грязном» пляжном песке. Кристаллическая форма кремния — основа эпохи полупроводников.

Рисунок 1: Песок — это легко найти кремний отложения

Силикаты

Кремний чаще всего встречается в силикатных соединениях. Кремнезем является одним из стабильных оксидов кремния и имеет эмпирическую формулу SiO 2 .Кремнезем не является атомом кремния с двумя двойными связями с двумя атомами кислорода. Кремнезем состоит из одного атома кремния с четырьмя одинарными связями с четырьмя молекулами кислорода (рис. 2).

Рисунок 2: Чистый заряд кремнезема составляет минус 4

. Кремнезем, то есть диоксид кремния, принимает эту молекулярную форму вместо характерной формы диоксида углерода, потому что 3p-орбитали кремния делают более энергетически выгодным создание четырех одинарных связей с каждым кислородом, а не образуют две двойные связи с каждым атомом кислорода.Это приводит к тому, что силикаты соединяются вместе в сетку -Si-O-Si-O-, называемую силикатами. Эмпирическая форма кремнезема — SiO 2 , потому что по отношению к чистому среднему значению силиката каждый атом кремния имеет два атома кислорода.

Рисунок 3: Это представление тетраэдрического комплекса кремнезема

Тетраэдрический комплекс SiO 4 4 (см. Рисунок 3), основная единица силикатов, может связываться вместе различными способами, создавая широкий спектр массив минералов.Кремний является неотъемлемым компонентом минералов, так же как углерод является важным компонентом органических соединений.

Неосиликаты

В несиликатах силикатный тетраэдр не разделяет молекулы кислорода с другими силикатными тетраэдрами, а вместо этого уравновешивает свой заряд с другими металлами. Основная структура неосиликата — это просто одиночная тетраэдрическая единица кремнезема (рис. 4). Эмпирическая формула для основной структуры неосиликата: SiO 4 4-.

Рисунок 4: Ядро неосиликата

Неосиликаты составляют внешние границы группы минералов, известных как оливины.

Соросиликаты

В соросиликатах два силикатных тетраэдра соединяются вместе, имея общий атом кислорода в одном из углов. Основная структура соросиликата — пара тетраэдров кремнезема. (см. рисунок 5)

Рисунок 5: Ядро соросиликата

Минерал thortveitie является примером соросиликатного комплекса.

Циклосиликаты

В циклосиликатах три или более тетраэдров кремнезема имеют два общих угла атома кислорода.Ядро циклосиликата представляет собой замкнутое кольцо из тетраэдров кремнезема. (см. рисунок 6)

Рисунок 6: Ядро циклосиликата

Минерал берилл является примером циклосиликатного комплекса.

Иносиликаты

Иносиликаты — это комплексы, в которых каждый тетраэдр имеет два общих угла с другим тетраэдром кремнезема, образуя одну цепочку (см. Рисунок 7), или три угла, чтобы создать двойную цепь (Рисунок 8). Основная структура иносиликата представляет собой бесконечную одинарную или двойную цепочку тетраэдров силка.

Рисунок 7: Ядро одноцепочечного иносиликата

Пироксены минеральной группы являются примерами одноцепочечных иносиликатов.

Рисунок 8: Сердцевина двойной цепи из силиката

Минерал амфибол является примером иносиликата с двойной цепью.

Филлосиликаты

Филлосиликаты — это комплексы кремнезема, в которых каждый тетрадераль имеет три общих угла и создает слой кремния и кислорода. (см. рис. 9). Ядро комплекса филлосиликата представляет собой бесконечный лист связанных тетраэдров кремнезема.

Рисунок 9: Ядро филлосиликата

Минеральный тальк является примером филлосиликатного комплекса.

Тектосиликаты

Тектосиликаты — это трехмерные силикатные структуры. Основная структура тектосиликата представляет собой бесконечную сеть связанных тетраэдров кремнезема. (см. рисунок 10)

Рисунок 10: 3D ядро ​​тектосиликата

Минеральный кварц является примером тектосиликатного комплекса.

Хотя многие комплексы кремнезема образуют сетчатые ковалентные твердые тела, кварц является особенно хорошим примером сетчатого твердого тела.Силикаты в целом обладают свойствами ковалентных твердых веществ, и этот связанный набор свойств делает их очень полезными в современной промышленности.

Силаны

Силаны представляют собой кремний-водородные соединения. Углеродно-водородные соединения составляют основу живого мира с кажущимися бесконечными цепочками углеводородов. Обладая такой же валентной конфигурацией и, следовательно, такой же химической универсальностью, кремний, вероятно, мог бы играть такую ​​же важную органическую роль. Но кремний не играет важной роли в нашей повседневной биологии.В основе этого лежит одна основная причина.

Подобно углеводородам, силаны постепенно увеличиваются в размерах по мере добавления дополнительных атомов кремния. Но этой тенденции есть очень быстрый конец. Самый большой силан имеет максимум шесть атомов кремния. (см. рисунок 11)

Рисунок 11: Самый крупный силан, гексасилан

Гексасилан — это самый крупный из возможных силанов, потому что связи Si-Si не особенно сильны. На самом деле силаны довольно склонны к разложению. Силаны особенно склонны к разложению через кислород.Силаны также имеют тенденцию заменять водород на другие элементы и превращаться в органосиланы. (см. рисунок 12)

Рисунок 12: Органосилан, дихлордиметилсилан

Силаны имеют множество промышленных и медицинских применений. Помимо прочего, силаны используются как гидрофобизаторы и герметики.

Силиконы

Силиконы — это синтетические соединения кремния, не встречающиеся в природе. Когда определенные силаны подвергаются определенной реакции, они превращаются в силикон, особый комплекс кремния.Силикон — это полимер, который ценится за универсальность, термостойкость, низкую летучесть, общую химическую стойкость и термическую стабильность. Силикон имеет уникальную химическую структуру, но он разделяет некоторые основные структурные элементы как с силикатами, так и с силанами. (См. Рисунок 13)

Рисунок 13: Основная часть силикона

Силиконовые полимеры используются для множества вещей. Среди прочего, грудные имплантаты изготавливаются из силикона.

Галогениды кремния

Кремний склонен легко реагировать с галогенами.Общая формула, описывающая это, — SiX 4 , где X представляет любой галоген. Кремний также может расширять свою валентную оболочку, и лабораторный препарат [SiF 6 ] 2- является ярким примером этого. Однако маловероятно, что кремний мог бы создать такой комплекс с любым другим галогеном, кроме фтора, потому что шесть из более крупных ионов галогена не могут физически поместиться вокруг центрального атома кремния.

Галогениды кремния синтезированы для очистки комплексов кремния.Галогениды кремния можно легко заставить отказаться от кремния посредством определенных химических реакций, которые приводят к образованию чистого кремния.

Приложения

Кремний — жизненно важный компонент современной промышленности. Его изобилие делает его еще более полезным. Кремний можно найти в различных продуктах, от бетона до компьютерных микросхем.

Электроника

Принятие названия «Силиконовая долина» в секторах высоких технологий подчеркивает важность кремния в современных технологиях.Чистый кремний, который по сути является чистым кремнием, обладает уникальной способностью дискретно контролировать количество и заряд тока, проходящего через него. Это делает кремний чрезвычайно важным в таких устройствах, как транзисторы, солнечные элементы, интегральные схемы, микропроцессоры и полупроводниковые устройства, где такой контроль тока является необходимостью для надлежащей работы. Полупроводники служат примером использования кремния в современных технологиях.

Полупроводники

Полупроводники — это уникальные материалы, которые не обладают ни проводимостью, ни изолятором.Полупроводники находятся где-то посередине между этими двумя классами, что придает им очень полезное свойство. Полупроводники способны управлять электрическим током. Они используются для выпрямления, усиления и переключения электрических сигналов и, таким образом, являются неотъемлемыми компонентами современной электроники.

Полупроводники могут быть сделаны из различных материалов, но большинство полупроводников сделано из кремния. Но полупроводники не сделаны из силикатов, силанов или силиконов, они сделаны из чистого кремния, то есть из чистого кристалла кремния.Как и углерод, из кремния может образовываться алмазоподобный кристалл. Эта структура называется решеткой кремния. (см. рис. 15) Кремний идеально подходит для создания такой структуры решетки, потому что его четыре валентных электрона позволяют ему идеально связываться с четырьмя своими соседями по кремнию.

Рис. 15: пример решетки кремния

Однако эта решетка кремния по существу является изолятором, так как нет свободных электронов для любого движения заряда, и поэтому она не является полупроводником. Эта кристаллическая структура превращается в полупроводник при легировании.Легирование относится к процессу, при котором примеси вводятся в сверхчистый кремний, тем самым изменяя его электрические свойства и превращая его в полупроводник. Легирование превращает чистый кремний в полупроводник, добавляя или удаляя очень небольшое количество электронов, тем самым делая его не изолятором и не проводником, а полупроводником с ограниченной проводимостью заряда. Тонкие манипуляции с решетками чистого кремния с помощью легирования создают большое разнообразие полупроводников, которые требуются современной электротехнике.

Полупроводники изготавливаются из кремния по двум основным причинам. Кремний обладает свойствами, необходимыми для производства полупроводников, а кремний является вторым по распространенности элементом на Земле.

Очки

Стекло — еще одно производное кремния, широко используемое в современном обществе. Если песок, осадок кремнезема, смешать с карбонатом натрия и кальция при температуре около 1500 градусов Цельсия, когда полученный продукт остынет, образуется стекло. Стекло — это особенно интересное состояние кремния.Стекло уникально тем, что представляет собой твердую некристаллическую форму кремния. Тетраэдрические элементы из диоксида кремния связываются вместе, но не образуют фундаментального узора, лежащего в основе связывания. (см. рисунок 16)

Рисунок 16: Некристаллический диоксид кремния

Конечным результатом этой уникальной химической структуры является часто хрупкий, обычно оптически прозрачный материал, известный как стекло. Этот комплекс кремнезема можно найти практически везде, где есть человеческая цивилизация.

Стекло можно испортить, добавив химические примеси к основной структуре кремнезема.(см. рисунок 17). Добавление даже небольшого количества Fe 2 O 3 к чистому кварцевому стеклу придает полученному смешанному стеклу характерный зеленый цвет.

Рисунок 17: Некристаллический диоксид кремния с неизвестными примесями

Волоконная оптика

Современные оптоволоконные кабели должны передавать данные с помощью неискаженных световых сигналов на большие расстояния. Для решения этой задачи оптоволоконные кабели должны быть изготовлены из особого стекла сверхвысокой чистоты. Секрет этого сверхчистого стекла — сверхчистый кремнезем.Чтобы волоконно-оптические кабели соответствовали эксплуатационным стандартам, уровень примесей в кремнеземе этих волоконно-оптических кабелей был снижен до частей на миллиард. Такой уровень чистоты позволяет использовать обширную коммуникационную сеть, которую наше общество считает само собой разумеющимся.

Керамика

Кремний играет важную роль в строительной отрасли. Кремний, особенно кремнезем, является основным ингредиентом строительных компонентов, таких как кирпич, цемент, керамика и плитка.

Кроме того, силикаты, особенно кварц, очень термодинамически стабильны.Это означает, что кремниевая керамика обладает высокой термостойкостью. Это свойство делает кремниевую керамику особенно полезной, начиная от корпусов космических кораблей и заканчивая компонентами двигателей. (см. рисунок 18)

Керамика из кремнезема на нижней стороне орбитали используется для сдачи в аренду.
Рисунок 18

Полимеры

Силиконовые полимеры представляют собой еще один аспект полезности кремния. Силиконовые полимеры обычно характеризуются своей гибкостью, стойкостью к химическому воздействию, водонепроницаемостью и способностью сохранять свои свойства как при высоких, так и при низких температурах.Этот набор свойств делает силиконовые полимеры очень полезными. Силиконовые полимеры используются в изоляции, кухонной посуде, высокотемпературных смазках, медицинском оборудовании, герметиках, клеях и даже в качестве альтернативы пластику в игрушках.

Производство

Поскольку кремний обычно не находится в чистом виде, кремний необходимо извлекать химическим путем из его природных соединений. Кремнезем является наиболее распространенной формой кремния природного происхождения. Кремнезем — это соединение с сильными связями, и для извлечения кремния из комплекса кремнезема требуется много энергии.Основным способом экстракции является химическая реакция при очень высокой температуре.

Синтез кремния в основном состоит из двух этапов. Во-первых, используйте мощную печь, чтобы нагреть кремнезем до температуры более 1900 градусов по Цельсию, а во-вторых, добавьте углерод. При температуре выше 1900 градусов по Цельсию углерод восстанавливает соединение кремнезема до чистого кремния.

Очистка

Для некоторых кремниевых применений чистота свежеполученного кремния неудовлетворительна.Чтобы удовлетворить спрос на кремний высокой чистоты, были разработаны методы дальнейшего повышения чистоты экстрагированного кремния.

Очистка кремния по существу включает в себя синтез синтезированного кремния, превращение его в соединение кремния, которое можно легко перегонять, а затем разрушение этого вновь образованного соединения кремния с получением сверхчистого кремниевого продукта. Доступно несколько различных методов очистки, но большинство химических форм очистки включают комплексы как силана, так и галогенида кремния.

Общая информация

  • Кремний — восьмой по содержанию элемент во Вселенной.
  • Кремний впервые был идентифицирован в 1787 году, но впервые обнаружен как элемент в 1824 году.
  • Кремний — важный элемент в метаболизме растений, но не очень важный в метаболизме животных.
  • Кремний безвреден для проглатывания и инъекции в организм, но вреден при вдыхании.
  • Силикоз — это заболевание, связанное с вдыханием слишком большого количества кремниевого соединения кремнезема.Это в первую очередь поражает рабочих-строителей.
  • Кремнезем является основным химическим компонентом асбеста.

Список литературы

  1. Краснощеков В.В. и Л.В. Мышляева. Аналитическая химия кремния. Нью-Йорк: Halsted Press, 1974. стр. 1-6.
  2. Рохов, Юджин Г. Кремний и силиконы. Нью-Йорк: Springer-Verlag, 1987. Предисловие и стр. 1-30
  3. .

  4. Кэмпион, Гиллис и Окстоби. «Принципы современной химии». 6-е изд. Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул.
  5. Петруччи, Ральф Х., Харвуд, Уильям С., Херринг, Ф. Г., и Мадура Джеффри Д. «Общая химия: принципы и современные приложения». 9-е изд. Нью-Джерси: Pearson Education, Inc., 2007.

Проблемы

Выделите область рядом с «Ans», чтобы увидеть ответ

Сколько оксидов в кремнии и какие они?

Ответ: 1 оксид O 2

Как силикатный тетраэдр уравновешивает свой заряд, если он не связан с другим силикатом?

Ответ: За счет связывания с положительно заряженными металлами.

Углерод относится к органическим соединениям, как диоксид кремния:

Ответ: минералы

Насколько велико самое большое соединение кремний-водород?

Ответ: Самый большой силан — это гексасилан, содержащий шесть атомов кремния и четырнадцать атомов водорода.

Почему кремний важен для компьютеров?

Ответ: Он используется для изготовления полупроводников.

Авторы и авторство

  • Томас Боттян (2010), Кристина Рабаго (2008)

Кремний | Elements Wiki | Фэндом

Кремний представляет собой химический элемент с символом Si и атомным номером 14.Это четырехвалентный металлоид, более активный, чем германий,
металлоид прямо под ним в таблице. Споры о
характер кремния восходит к его открытию. Это было сначала подготовлено и
охарактеризован в чистом виде в 1823 г. В 1808 г. получил название
кремний (от латинского: силекс, твердый камень или кремень), с -ium
окончание слова, указывающее на металл, название, которое элемент сохраняет в
несколько неанглийских языков. Однако его окончательное английское название, первое
предложенный в 1817 г., отражает более физически похожие элементы углерод и бор.

Кремний — восьмой самый распространенный элемент во Вселенной по массе, но очень редко встречается в природе как чистый свободный элемент. Он наиболее широко распространен в пыли, песках, планетоидах и планетах в виде различных форм диоксида кремния (кремнезема) или силикатов. Более 90% земной коры состоит из силикатных минералов, что делает кремний вторым по распространенности элементом в земной коре (около 28% по массе) после кислорода. [9]

Большая часть кремния используется в коммерческих целях без разделения, и действительно
часто с небольшой обработкой соединений от природы.Это включает
прямое промышленное строительство с использованием глины, кварцевого песка и камня. Силикат входит в портландцемент для строительного раствора и штукатурки и смешивается с кварцевым песком и гравием для изготовления бетона. Силикаты также присутствуют в белой керамике, такой как фарфор, и в традиционном натриево-известковом стекле на основе кварца и многих других специальных стеклах. Более современные кремниевые соединения, такие как карбид кремния, образуют абразивные материалы и высокопрочную керамику. Кремний является основой широко используемых синтетических полимеров, называемых силиконами.

Элементарный кремний также оказывает большое влияние на современную мировую экономику. Хотя большая часть свободного кремния используется в рафинировании стали, литье алюминия и тонкой химической промышленности (часто для производства коллоидного кремнезема),
относительно небольшая часть очень очищенного кремния,
используемых в полупроводниковой электронике (<10%), возможно, даже больше критический. Из-за широкого использования кремния в интегральных схемах, являющихся основой большинства компьютеров, от него зависит большая часть современных технологий.

Кремний — важный элемент биологии, хотя животные, по-видимому, нуждаются в нем только в крошечных следах. [10] Однако различные морские губки, а также микроорганизмы, такие как диатомовые водоросли и радиолярии, выделяют скелетные структуры из кремнезема. Кремнезем часто откладывается в тканях растений, например в коре и древесине Chrysobalanaceae, а также в клетках кремнезема и окремненных трихомах Cannabis sativa, хвощах и многих травах. [11]

Кремний | Энциклопедия.com

Аллотропные формы

Открытие и наименование

Кремний — элемент в изобилии

Силикаты

Силиконы

Другие применения кремния

Ресурсы

Кремний — химический элемент с атомным номером 14, символом Si и атомным весом 28,085 . Седьмой по численности элемент во Вселенной, кремний — второй элемент в 14-й группе периодической таблицы. В кристаллической форме темно-серых кристаллов он имеет удельный вес 2.42 при 68 ° F (20 ° C), температуре плавления 2588 ° F (1420 ° C) и точке кипения 5936 ° F (3280 ° C). Он существует также в двух аморфных (бесформенных) формах: коричневый порошок и черный кристалл. Кремний состоит из трех стабильных изотопов с массовыми числами 28, 29 и 30.

Кремний — ключевой компонент микрочипов и микропроцессоров, которые позволяют создавать недорогие цифровые наручные часы для всемирных компьютерных сетей. Проводящие свойства кремния позволяют микроустройствам выполнять миллионы вычислений в секунду.

По весу кремний является вторым по распространенности элементом в земной коре (27,7%), уступая только кислороду (46,6%). Грубо говоря, Земля представляет собой сфероид из железа (ядро), окруженный слоями (мантия и кора) кремния и соединений с преобладанием кислорода, которые включают другие элементы.

Земля изначально была расплавленным шаром, состоящим в основном из железа, кислорода, кремния и алюминия, который охлаждался. В то время как более легкие атомы, включая кремний и кислород (атомные веса 28 и 16), все еще расплавлялись, двигались наружу из области ядра, в то время как более тяжелые атомы железа (атомный вес 56) преобладали в центральном ядре.Примерно 3,5 миллиарда лет назад самый внешний слой остыл до поверхности земной коры. Состав земной коры на три четверти состоит из кислорода и кремния.

Кремний существует в двух аллотропных формах, одна из которых состоит из блестящих, серовато-черных игольчатых или кристаллических пластин. Другой аллотроп — аморфный коричневый порошок. Температура плавления кристаллического аллотропа составляет около 2570 ° F (1410 ° C), его точка кипения составляет около 4270 ° F (2355 ° C), а его плотность составляет 1,35 унции на кубический дюйм (2,33 грамма на кубический сантиметр).Это твердое вещество при комнатной температуре. Кремний — относительно твердый элемент с твердостью 7 по шкале Мооса. Кремний, классифицируемый как полуметалл, является полупроводником, и это свойство определяет некоторые из его наиболее важных применений.

Как можно предположить из двух его аллотропных форм, кремний — это металлоид. Он относительно неактивен при комнатной температуре и устойчив к воздействию воды и большинства кислот. При более высоких температурах он вступает в реакцию со многими металлами, кислородом, азотом, серой, фосфором и галогенами.Он также образует ряд сплавов в расплавленном состоянии.

Об открытии кремния как элемента на многие годы ускользнуло от химиков из-за стабильности большинства соединений кремния. У большинства химиков не было оснований полагать, что новый элемент существует в песке, силикатах и ​​других землистых материалах. Даже если бы они это сделали, у ученых не было технологии извлечения этого элемента из его соединений. Одним из исследователей, у которых, возможно, была величайшая причина надеяться на успех в производстве кремния, был английский химик и физик сэр Хамфри Дэви (1778–1829).Дэви разработал метод, с помощью которого необычно стабильные соединения можно было разложить на составляющие их элементы. Он впервые использовал этот метод для получения натрия, калия, кальция и других элементов. Однако Дэви не удалось получить кремний тем же способом.

Первая успешная попытка поиска кремния была предпринята шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом (1779–1848). В 1823 году Берцелиус электролизовал расплавленную смесь металлического калия и фторида кремния калия (K 2 SiF 6 ) и получил небольшой образец чистого кремния: 4K + K 2 SiF 6 — тепло и электричество → 6KF + Si.Новый элемент был назван шотландским химиком Томасом Томсоном (1773–1852) из-за присутствия этого элемента в минеральном кремне (сайлакс или кремний на латыни). Он добавил окончание -он из-за сходства элемента с углеродом.

Кремний присутствует в Солнце, звездах и метеоритах. Он содержится в растениях и костях животных. В земной коре насчитывается не менее 500 минералов — веществ с определенным химическим составом и кристаллическими формами. Более трети этих соединений содержат кремний и кислород.

Кремний и кислород образуют диоксид кремния SiO 2 (известный как диоксид кремния). Песок в основном состоит из кремнезема с некоторым участием ракушек и кораллов. При смешивании с известью (оксид кальция, CaO), содой (карбонат натрия, Na 2 CO 3 ) и следовыми веществами, а затем плавлении в печи, кремнезем становится ключевым компонентом стекла.

Самая чистая форма кремнезема SiO 2 — это кварц, распространенный минерал, который встречается в виде почти бесцветных кристаллов. Слегка нечистый кварц образует кристаллы аметиста (пурпурный или фиолетовый), опала (полупрозрачный, молочный) и агата (полосатый), которые ценятся за свою эстетическую ценность.

Практически все породы и глины содержат кремний и кислород, химически соединенные с металлическими элементами в соединениях, называемых силикатами. Распространенным исключением является известняк, представляющий собой карбонат кальция.

Атомы углерода могут связываться друг с другом, образуя длинные цепи, включающие ответвления, и кольца из атомов углерода, с которыми могут связываться атомы водорода и некоторых других элементов (включая кислород). Вся область органической химии с ее миллионами различных органических соединений основана на этой способности атома углерода.

Кремний также обладает повышенной связующей способностью. В периодической таблице кремний находится непосредственно под углеродом в группе 14, что означает, что он, как и углерод, имеет четыре электрона в своей внешней оболочке, которые доступны для участия в химических связях с другими элементами. Как и углерод, он может делить эти электроны с другими атомами кремния. Однако, поскольку атомы кремния примерно в полтора раза больше в диаметре, чем атомы углерода, атомы не могут упаковываться так плотно и, следовательно, не могут связываться в длинные цепи -Si-Si-Si-Si-, которые обеспечивают такой же доступ, как и делаем углеродные цепи.Атомы кислорода могут действовать как разделители или мосты между атомами Si, образуя цепи -Si-O-Si-O-Si-O-Si-. Кислород имеет валентность, равную двум, и он может связываться с двумя атомами кремния, образуя мостик в цепи. Такие мостиковые структуры открывают возможность образования обширных сетей силикатов на основе кремния и кислорода.

Сетка в кристалле кварца состоит из атомов кремния и кислорода. Каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода. Каждый атом кремния имеет только половину владения четырьмя окружающими его атомами кислорода, поэтому общая формула — SiO2, а не SiO4.Половина из четырех атомов кислорода на атом кремния равна двум атомам кислорода на атом кремния. В других силикатных минералах эта сетка включает присутствие других атомов, таких как алюминий, железо, натрий и калий, которые позволяют кристаллам принимать различные формы и свойства.

Тальк представляет собой силикатный минерал, атомы кремния и кислорода которого связаны вместе в виде листов, а не в виде кварцевых трехмерных твердых кристаллов. Эти тонкие листы могут скользить друг по другу. Низкое трение талька (измельченного талька) является результатом такой конфигурации листа.Асбест — силикатный минерал, в котором атомы кремния и кислорода связаны длинными нитями. Таким образом, асбест — это минеральная порода, которую можно измельчить на волокна.

Силикатный материал, широко используемый в промышленности, — это цемент. По последним оценкам, использование этого цемента в США составляет более 100 миллионов тонн в год. Цемент производится из двух минералов: глины или сланца (оба силиката алюминия) плюс известняк (карбонат кальция, CaCO 3 ). Эти минералы смешиваются, а затем нагреваются до температуры 2732 ° F (1500 ° C).При этой температуре известняк превращается в известь CaO. Затем смесь охлаждают и измельчают до очень мелкого серого порошка. Когда этот цементный порошок смешивается с песком, гравием и водой, он затвердевает в бетоне. Соответственно, хотя эти термины иногда неправильно используются как синонимы, бетон на самом деле представляет собой заполнитель, содержащий цемент. Бетон — очень твердый и прочный материал, во многом потому, что в глине образуются прочные мосты Si-O-Si.

Подобно силикатам, силиконы представляют собой семейство соединений, удерживаемых вместе прочными мостиками Si-O-Si.Но там, где силикаты имеют два дополнительных атома кислорода без образования мостиков, присоединенных к каждому атому кремния, силиконы имеют органические группы, например, две метильные группы, CH 3 . Образующиеся (CH 3 ) 2 SiO-группы могут образовывать длинные цепочки, как и силикаты. Однако, в отличие от органических групп в цепях, которые позволяют соединениям напоминать органические материалы, такие как масла, смазки и каучуки.

Как и в случае органических соединений, различные силиконовые соединения могут состоять из кремний-кислородных цепей различной длины с присоединенными органическими группами.Меньшие молекулы составляют основу силиконовых масел, которые, как и полностью органические нефтяные масла, используются в качестве смазочных материалов, устойчивых к разложению при более высоких температурах. Очень большие молекулы силикона создают силиконовые каучуки с высокой эластичностью при сжатии. Эти составы используются как в супер-прыгающих мячах, так и в ударных бамперах. Первый человеческий след на Луне был оставлен ботинком на силиконовой резиновой подошве.

Между маслами и каучуками находятся сотни видов силиконов, которые используются в электрических изоляторах, средствах защиты от ржавчины, мыле, смягчителях тканей, лаках для волос, кремах для рук, мебельных и автомобильных полиролях, красках, клеях и жевательной резинке.Силиконы также используются в хирургических имплантатах, потому что они менее подвержены отторжению этого органического материала иммунной системой.

В периодической таблице кремний находится на границе между металлами и неметаллами. Кремний, по сути, является полуметаллом (т.е.обладает некоторыми металлическими свойствами, такими как металлическая проводимость), что позволяет использовать его в полупроводниковых устройствах (т.е. кремний является полупроводником). На тонких пластинах кристаллов сверхчистого кремния, обычно называемых чипами, может быть выгравировано до полумиллиона микроскопических взаимосвязанных электронных схем.Эти схемы могут действовать как электронные вентили и выполнять невероятно сложные манипуляции с напряжениями, которые можно рассматривать как двоичные числа (например, напряжение включено = 1, напряжение выключено = 0).

Силикагель представляет собой пористую форму кремнезема SiO 2 , который поглощает водяной пар из воздуха. В своей наиболее распространенной форме силикагель производится для использования в качестве сушильного агента, а небольшие упаковки силикагеля часто упаковываются вместе с такими отправляемыми продуктами, как электроника, которые могут быть чувствительны к влаге. Поглощение кремнеземом способствует поддержанию уровня влажности в упаковке, поскольку упаковка претерпевает изменения температуры.

Карбид кремния (SiC) представляет собой чрезвычайно твердый кристаллический материал, получаемый путем сплавления песка (SiO2) с коксом (C) в электрической печи при температуре выше 3992 ° F (2200 ° C). Карбид кремния, также известный под своим торговым названием Карборунд, часто используется в качестве абразива. Прикрепив ультразвуковой ударно-шлифовальный станок к магнитострикционному преобразователю и используя абразивную жидкость, содержащую карбид кремния, можно просверлить отверстия практически любой формы в твердых, хрупких такие материалы, как карбид вольфрама или драгоценные камни.

Полупроводники на основе кремния также используются в поисках оружия массового поражения, особенно ядерных материалов. Взаимодействие излучения с полупроводниковыми кристаллами, такими как кремний, также может быть измерено, и полупроводниковые детекторы излучения имеют преимущества небольшого размера, высокой чувствительности и высокой точности. Кремниевые чипы также являются ключевыми компонентами портативных передовых анализаторов нуклеиновых кислот (HANAA), которые позволяют проводить тесты на патогены (болезнетворные организмы) на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени, которые могут использоваться потенциальными биотеррористами.

Кремний также используется в чипах, с которыми ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) связывается во время процедур гибридизации.