Kisel: applikations, kemiska och fysikaliska egenskaper

En av de vanligaste elementen i naturen - det är kisel eller kisel. En sådan bred distribution anger vikten och betydelsen av ärendet. Det förstod snabbt och lärde människor som lärt sig hur man utnyttja kisel. Dess användning är baserad på de speciella egenskaper som vi pratar vidare.

Kisel - ett grundämne

Om du ger en beskrivning av denna punkt på situationen i det periodiska systemet, är det möjligt att identifiera följande viktiga punkter:

1. Serienummer - 14.
2. Period - tredjedel liten.
3. Group - IV.
4. Grupp - hem.
5. Strukturen hos den yttre elektronskal uttrycks genom formeln ² 3s 3p ^2.
6. Grundämne kisel Si betecknas med en symbol, som uttalas som "Silicium".
7. Oxidationstillstånd som den uppvisar: -4; 2; 4.
8. Valensen för atomen är IV.
9. Kiselatomvikt är 28,086.
10. I naturen finns det tre stabila isotoper av grundämnet med massnummer 28, 29 och 30.

Sålunda, kiselatomer från kemisk synpunkt - elementet studerats tillräckligt, beskrivs en mängd olika egenskaper.

History of discovery

Eftersom själva natur populär och mass innehåll var olika föreningar av elementet, sedan urminnes tider, folk brukade veta om egenskaper och namnen på många av dem. Ren kisel länge varit bortom gränserna för mänsklig kunskap i kemi.

De mest populära föreningarna, som användes i inhemska och industriländer gamla kulturer (egyptierna, romare, kinesiska rusichi, persiska och andra) var ädelstenar och halvädelstenar baserat på kiseloxid. Dessa inkluderar:

• opal;
• bergkristall;
• topas;
• krysopras;
• onyx;
• kalcedon och andra.

Också använt sig av gamla kvarts och kvartssand i byggbranschen. Förblev dock den elementärt kisel olöst tills XIX-talet, även om många forskare har försökt förgäves att skilja den från olika föreningar, med användning och katalysatorer och höga temperaturer, och till och med elektricitet. Dessa är de ljusa sinnen, såsom:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Gemfri Devi;
• Antuan Lavuaze.

Genomföra framgångsrikt erhålla kisel ren lyckades Jens Jacobs Berzelius 1823. För detta tillbringade han erfarenhet fluoridånga legerings kisel och metalliskt kalium. Som ett resultat, en amorf modifiering av elementet. Samma forskare var inbjudna till det latinska namnet för den öppna atom.

Ännu senare, år 1855, en annan forskare - St. Claire Deville - lyckats syntetisera en mängd olika allotropes - kristallint kisel. Eftersom kunskapen om detta element och dess egenskaper blev mycket snabbt fyllas. Folk har insett att det har unika egenskaper som kan mycket väl användas för att tillgodose sina behov. Därför idag en av de mest eftertraktade poster i elektronik och teknik - är kisel. Dess användning är bara expanderar sina gränser varje år.

Rysk namnet atom vetenskapsman Hess 1831. Detta och fastnat i dag.

Innehåll i naturen

Prevalensen i naturen, är kisel andra bara till syre. Dess procentandel i jämförelse med andra atomer bestående av skorpa - 29,5%. Dessutom kol och kisel - två speciella element som kan bilda en förbindelse som förbinder med varandra. Det är därför den sista är mer än 400 olika naturliga mineraler, som en del av som han fann i litosfären, hydrosfären och biomassan.

Var exakt finns kisel?

1. I de djupare skikten av jorden.
2. Stenarna, reservoarer och arrayer.
3. Längst ned i vattendrag, särskilt haven.
4. I växter och marina livet i djurriket.
5. Hos människor och landlevande djur.

Du kan markera några av de vanligaste mineral och bergarter som en del av som finns i stora mängder kisel. Kemikalier dem är sådan att vikthalten av den rena elementet däri når 75%. Men den exakta siffran beror på den typ av material. Så stenar och mineraler med kiselhalt:

• fältspat;
• glimmer;
• amfibol;
• opaler;
• kalcedon;
• silikater;
• sandstenar;
• aluminiumsilikater;
• lera och andra.

Ackumulera i skalen och exoskelett av marina djur, bildar kisel småningom en stark kiselavlagringar på botten av dammar. Detta är en av de naturliga källor av detta element.

Vidare visade det sig att Silicium kan existera i ren nativ form - i form av kristaller. Men sådana insättningar är mycket sällsynta.

De fysikaliska egenskaperna hos kisel

Om du ger en karakterisering av element i uppsättningen av fysikaliska och kemiska egenskaper, först och främst är det nödvändigt att utse de fysikaliska parametrar. Här är några grundläggande:

1. Den existerar i två allotropa modifikationer - amorf och kristallin, som skiljer sig i alla fastigheter.
2. Kristallgittret är mycket liknande den hos diamant, eftersom kol och kisel i detta avseende är praktiskt taget identiska. Emellertid avståndet mellan atomer av olika (mer än den för kisel), därför diamanten mycket hårdare och starkare. gitter typ - ytcentrerad kubisk.
3. Produkten är mycket skör, blir plastisk vid höga temperaturer.
4. Smälttemperaturen är 1415˚S.
5. Kokpunkt - 3250˚S.
6. Substans Densitet - 2,33 g / cm ^3.
7. Färg Connection - silvergrå uttryckte karakteristiska metalliska lyster.
8. Det har goda halvledande egenskaper, som är i stånd att variera med tillsats av olika medel.
9. Olöslig i vatten, organiska lösningsmedel och syror.
10. Specifikt lösligt i alkalier.

Se de fysiska egenskaperna hos kisel gör det möjligt för människor att hantera den och använda den för att skapa en mängd olika produkter. Till exempel egenskaper baserade på användning semikonduktansens rent kisel elektronik.

kemiska egenskaper

Kemiska egenskaperna hos kisel är starkt beroende av reaktionsbetingelserna. Om vi talar om den rena substansen vid standardinställningar, måste du ange mycket låg aktivitet. Både kristallin och amorf kisel är mycket inert. Inte interagera med några starka oxidanter (andra än fluor) eller med starka reduktionsmedel.

Detta beror på det faktum att ytan av materialet oxidfilmen SiO ₂ bildas omedelbart, vilket förhindrar ytterligare interaktioner. Den kan formas under inverkan av vatten, luft och ångor.

Om standardbetingelser förändras och göra upphettning av kisel till en temperatur över 400s, kommer dess reaktivitet att öka kraftigt. I detta fall kommer det att reagera med:

• syre;
• alla typer av halogen;
• väte.

Med ytterligare ökning i temperatur, bildandet av produkter genom reaktion med bor, kväve och kol. Av särskild betydelse är kiselkarbiden - SiC, eftersom det är ett bra slipmaterial.

Dessutom är de kemiska egenskaperna hos kisel tydligt ses i reaktioner med metaller. Mot dem han oxidationsmedel, så att produkterna kallas silicid. Sådana föreningar är kända för:

• alkaliskt;
• alkaliskt;
• övergångsmetaller.

Föreningen har ovanliga egenskaper som erhålles när legerings av järn och kisel. Det bär namnet av ferrosilikater keramik och har framgångsrikt tillämpats i branschen.

Med komplexa ämnen reagerar kisel inte kommer in, så alla deras art kunna lösa bara:

• kungsvatten (en blandning av salpetersyra och klorvätesyra);
• frätande alkalier.

lösningens temperatur bör således inte vara mindre än 60 ° C. Allt detta bekräftar den fysiska grunden material - diamant stabila kristallina gitter, vilket ger styrka och tröghet.

Metoder för framställningen

Beredning av kisel i ren form - processen är ganska dyrt ekonomiskt. Vidare, på grund av dess egenskaper antingen metod ger endast 90-99% ren produkt, medan föroreningarna i form av metaller och kol förblir stilla. Så bara få saker är inte tillräckligt. Det bör också kvalitativt fri från främmande element.

I allmänhet, är produktionen av kisel utfördes på två sätt:

1. Vit sand, som är en ren kiseloxid SiOa _2. Kalcinering av den med aktiva metaller (vanligen magnesium) bildas ett fritt element i form av en amorf modifiering. Renheten hos denna metod är hög, erhålles produkten med ett utbyte av 99,9 procent.
2. En vanligare metod i industriell skala - ett smältsintringssand med koksen i specialiserade termiska ugnar. Denna metod har utvecklats av ryska forskare Beketovym N. N.

Ytterligare behandling är exponering för rengöring produkter metoder. För detta ändamål, syror eller halogener (klor, fluor).

amorft kisel

Silicon egenskap blir ofullständig om vi inte ansåg sig var och en av dess allotropa modifieringar. Den första av dem - är amorf. I detta tillstånd betraktas kontaktmaterialet är ett brunt pulver brun, fint dispergerad. Är mycket hygroskopisk, uppvisar den en tillräckligt hög reaktivitet vid upphettning. Under normala förhållanden, kan interagera bara med den starkaste oxidationsmedel - fluor.

Kallade amorft kisel är en typ av kristall inte är helt korrekt. Dess gitter visar att ämnet - är en form av finfördelad kisel existerar i form av kristaller. Därför, som sådan, är dessa modifieringar - samma förening.

Men deras egenskaper varierar, så att säga av allotropes. I sig själv har amorft kisel en hög förmåga att svetopoglotitelnoy. Dessutom under vissa omständigheter är denna indikator mycket snabbare än från en liknande kristallin form. Därför är det används för industriella ändamål. I denna form är (pulver) förening lätt tillämpas på vilken yta som helst, om det är plast eller glas. Därför är det lämpligt för användning är amorf kisel. Ansökan är baserad på tillverkning av solceller av olika storlekar.

Även slitaget batterier av denna typ ganska snabbt, på grund av nötning av tunnfilmsmaterial, men användningen av och efterfrågan bara växer. När allt kommer omkring, även i en kort livslängd på solceller baserade på amorft kisel kan ge energi för hela företaget. Dessutom produktion av sådant material utan avfall, vilket gör det mycket ekonomiskt.

Ställas genom reduktion av en modifiering av föreningar aktiva metaller, t ex natrium eller magnesium.

kristallint kisel

Glänsande silvergrå modifiering av elementet. Det är denna form är den vanligaste och mest populära. Detta förklaras av en uppsättning kvalitativa egenskaper som uppvisas av ämnet.

Egenskaperna hos den kiselkristallgitter inkluderar dess typer klassificerings, som finns flera av dem:

1. Electronic kvalitet - den renaste och mest hög. Detta är den typ som används i elektronik för att bygga mycket känsliga instrument.
2. Solar grade. Själva namnet anger användningsområdet. Det är också en ganska hög renhet kisel, vars användning är nödvändigt att skapa en hög kvalitet och lång kör solpaneler. Fotoelektriska omvandlare som är baserade på kristallstrukturen är mer kvalitativ och nötningsbeständigt än de som framställts med användning av amorfa variant genom förstoftning på olika typer av substrat.
3. Technical kisel. I denna typ av ämnen ingår de prover, som innehåller ca 98% ren elementet. Allt annat går till olika typer av föroreningar:

• bor;
• aluminium;
• klor;
• kol;
• fosfor och andra.

Den senare typen av ämnet i fråga används för att erhålla kisel polykristaller. För att göra detta, genomföra processen av återkristallisering. Följaktligen renheten erhålles genom sådana produkter, som kan hänföras till grupperna av sol- och elektronisk kvalitet.

Av naturen polysilikon - det är ett mellanting mellan den amorfa och kristallmodifiering. Med ett sådant utförande är lättare att arbeta, är det bättre att vara återvinningsbara och rengöring fluor och klor.

Produkter som är resultatet kan kategoriseras enligt följande:

• multisilicon;
• monokristallint;
• formade kristaller;
• kisel skrot;
• Teknisk kisel;
• produktion av avfall i form av fragment och rester av material.

Var och en av dem används inom industrin och används av en person helt. Därför produktionsprocesser på kisel, betraktas som icke-avfall. Detta minskar kraftigt dess ekonomiska värde, utan att påverka kvaliteten.

Med användning av rent kisel

kiseltillverkningsindustrin är väl etablerad, och dess omfattning är ganska skrymmande. Detta beror på det faktum att elementet som en blank, och i form av olika föreningar, är utbredd och efterfrågan inom olika områden av vetenskap och teknik.

Om det används kristallina och amorfa kisel i dess renaste form?

1. Inom metallurgi som en legeringstillsats, förmågan förändra egenskaperna hos metaller och deras legeringar. Således, är det används vid smältning av stål och gjutjärn.
2. Olika typer av ämnen som lämnar tillverkningen renare utföringsformen - polykisel.
3. Kiselföreningar med organiska ämnen - är en kemisk industri, som var särskilt populärt i dag. Silikonmaterial används inom medicin, vid tillverkning av redskap, verktyg och mycket mer.
4. Produktion av olika solpaneler. Denna metod för att få energi är en av de mest lovande i framtiden. Miljövänlig, kostnadseffektiv och slitstark - de viktigaste fördelarna med en sådan el.
5. Silicon tändare som används under en mycket lång tid. Även i gamla tider människor använde flinta gnista för antändning av eld. Denna princip ligger till grund för produktion av olika typer av tändare. Idag, det finns arter i vilka flint är ersatt med en legering av en viss sammansättning, som ger mer snabba resultat (överslag).
6. Elektronik och solenergi.
7. Produktions zerkalets i gas laseranordningar.

Sålunda har rent kisel mycket fördelaktiga och speciella egenskaper som gör det möjligt att använda den för att skapa viktiga och nödvändiga produkter.

Användningen av kiselföreningar

Förutom en enkel substans används och olika kiselföreningar som är mycket brett. Det finns en hel industri som kallas silikat. Den är baserad på användningen av olika ämnen, bland annat den här sköna objekt. Vad är kopplingen och som produceras?

1. Kvartssand eller flod - SiO _2. Det som används för framställning av byggnad och dekorativa material, såsom cement och glas. Med användning av sådana material är välkänd. Ingen av konstruktionen är inte utan datakomponenter, vilket bekräftar vikten av kiselföreningar.
2. Silikat keramik, som inkluderar sådana material som lergods, porslin, tegel och produkter baserade på dem. Dessa komponenter används inom medicin, vid tillverkning av porslin, dekorationer, husgeråd, konstruktion och andra inhemska områden av mänsklig aktivitet.
3. Silikonföreningar - silikon, kiseldioxid, silikonolja.
4. Silikat lim - används som ett kontor, i pyroteknik och konstruktion.

Kisel, vars pris varierar på världsmarknaden, men inte korsar den nedåtgående tecken på 100 ryska rubel per kilogram (av kristall) är en populär och värdefull substans. Naturligt är föreningarna enligt detta element samt och allmänt tillämpliga.

Den biologiska rollen av kisel

När det gäller betydelse för kroppen av kisel utan betydelse. Dess innehåll och distribution till vävnader är enligt följande:

• 0,002% - muskel;
• 0.000017% - ben;
• Blod - 3,9 mg / l.

Varje dag skulle falla till cirka ett gram av kisel, eller kommer att utveckla sjukdomen. Deadly är inte bland dem, men långvarig svält kisel leder till:

• håravfall;
• uppkomsten av akne och finnar;
• bräcklighet och sprödhet av ben;
• ljus kapillär permeabilitet;
• trötthet och huvudvärk;
• uppkomsten av ett stort antal blåmärken och blåmärken.

För växter, kisel - essentiellt spårämne som behövs för normal tillväxt och utveckling. Djurstudier har visat att de individer växa bättre, som dagligen konsumerar en tillräcklig mängd kisel.