بيت قاعة 8 معدن السيليكون. بعض الخواص الفيزيائية والكيميائية للسيليكون ومركباته. تطبيقات السيليكون النقي

معدن السيليكون. بعض الخواص الفيزيائية والكيميائية للسيليكون ومركباته. تطبيقات السيليكون النقي

السيليكون. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسيليكون

السيليكون هو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الرابعة من الفترة الثالثة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية بواسطة D.I. مندلييف، برقم ذري 14. يُشار إليه بالرمز Si (اللاتينية السيليسيوم)، وهو غير معدني. الخصائص الفيزيائية: يحتوي السيليكون البلوري على بريق معدني، ومقاوم للحرارة، وصلب جدًا، وأشباه الموصلات. 2. الخواص الكيميائية: السيليكون غير نشط: أ) عند درجات حرارة مرتفعة (400-600

ب) من المواد المعقدة يتفاعل السيليكون مع القلويات
ج) يتفاعل مع المعادن لتكوين مبيدات السيليكات

السيليكا، خصائصها وتطبيقاتها. السيليكات الطبيعية والصناعية. استخدامها في البناء

أكسيد السيليكون (الرابع). (ثاني أكسيد السيليكون، السيليكا SiO2) - بلورات عديمة اللون، درجة انصهارها 1713-1728 درجة مئوية، لها صلابة وقوة عالية.

يستخدم ثاني أكسيد السيليكون في إنتاج الزجاج والسيراميك والمواد الكاشطة والمنتجات الخرسانية، لإنتاج السيليكون، كمادة حشو في إنتاج المطاط، في إنتاج حراريات السيليكا، في اللوني، إلخ. بلورات الكوارتز لها خصائص كهرضغطية و لذلك يتم استخدامها في هندسة الراديو، وتركيبات الموجات فوق الصوتية، والولاعات. ثاني أكسيد السيليكون هو المكون الرئيسي لجميع الصخور الأرضية تقريبًا، وخاصة التراب الدياتومي. 87% من كتلة الغلاف الصخري تتكون من السيليكا والسيليكات. يستخدم ثاني أكسيد السيليكون غير المسامي غير المتبلور في صناعة المواد الغذائية كسواغ E551، الذي يمنع التكتل والتكتل، والمواد الصيدلانية (معاجين الأسنان)، وفي صناعة الأدوية كسواغ (مدرج في معظم دستور الأدوية)، بالإضافة إلى المضافات الغذائية أو الأدوية. كمادة ماصة معوية. تُستخدم أفلام ثاني أكسيد السيليكون المنتجة صناعياً كعازل في إنتاج الدوائر الدقيقة والمكونات الإلكترونية الأخرى. تستخدم أيضا لإنتاج كابلات الألياف الضوئية. يتم استخدام السيليكا المنصهرة النقية مع إضافة بعض المكونات الخاصة إليها. تستخدم خيوط السيليكا أيضًا في تسخين عناصر السجائر الإلكترونية، حيث أنها تمتص السائل جيدًا ولا تنهار تحت تسخين الملف. تُستخدم بلورات الكوارتز الكبيرة والشفافة كأحجار شبه كريمة؛ تسمى البلورات عديمة اللون بالكريستال الصخري، وتسمى البلورات البنفسجية بالجمشت، وتسمى البلورات الصفراء بالسيترين. في الإلكترونيات الدقيقة، يعد ثاني أكسيد السيليكون أحد المواد الرئيسية. يتم استخدامه كطبقة عازلة وأيضا كطبقة واقية. يتم الحصول عليه على شكل أغشية رقيقة عن طريق الأكسدة الحرارية للسيليكون، وترسيب البخار الكيميائي، والرش المغنطروني. ثاني أكسيد السيليكون SiO2 هو أكسيد حمضي لا يتفاعل مع الماء. مقاوم كيميائياً للأحماض، لكنه يتفاعل مع غاز فلوريد الهيدروجين

وحمض الهيدروفلوريك:

يتم استخدام هذين التفاعلين على نطاق واسع لنقش الزجاج. عندما يندمج SiO2 مع القلويات والأكاسيد الأساسية، وكذلك مع كربونات المعادن النشطة، يتم تشكيل السيليكات - أملاح أحماض السيليك الضعيفة جدًا وغير القابلة للذوبان في الماء ذات الصيغة العامة xH2O ySiO2 والتي ليس لها تركيبة ثابتة (في كثير من الأحيان في في الأدبيات، لم يتم ذكر أحماض السيليسيك، بل حمض السيليسيك، رغم أننا في الواقع نتحدث عن نفس المادة).

على سبيل المثال، يمكن الحصول على أورثوسيليكات الصوديوم:

ميتاسيليكات الكالسيوم:

أو مزيج من سيليكات الكالسيوم والصوديوم:

من السيليكات

Na2CaSi6O14 (Na2O CaO 6SiO2)

تصنيع زجاج النوافذ . معظم السيليكات ليس لها تركيبة ثابتة. من بين جميع السيليكات، فقط سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم قابلة للذوبان في الماء. تسمى محاليل هذه السيليكات في الماء بالزجاج السائل. بسبب التحلل المائي، تتميز هذه المحاليل ببيئة قلوية للغاية. تتميز السيليكات المتحللة بالماء بتكوين محاليل غروانية غير حقيقية. عندما تتحمض محاليل سيليكات الصوديوم أو البوتاسيوم، يترسب راسب جيلاتيني أبيض من أحماض السيليك المائية. العنصر الهيكلي الرئيسي لكل من ثاني أكسيد السيليكون الصلب وجميع السيليكات هو المجموعة التي تكون فيها ذرة السيليكون Si محاطة برباعي وجوه مكون من أربع ذرات أكسجين O. وفي هذه الحالة، ترتبط كل ذرة أكسجين بذرتين من ذرات السيليكون. يمكن ربط الأجزاء ببعضها البعض بطرق مختلفة. من بين السيليكات، حسب طبيعة الروابط في شظاياها، يتم تقسيمها إلى جزيرة وسلسلة وشريط وطبقات وإطار وغيرها. السيليكات هي فئة واسعة من المركبات التي تتكون من ثاني أكسيد السيليكون (السيليكا) وأكاسيد العناصر الأخرى. السيليكات في الطبيعة. من أجل فهم دور السيليكات في حياة الإنسان، دعونا ننظر أولا إلى بنية الكرة الأرضية. وفقا للمفاهيم الحديثة، يتكون العالم من عدد من القذائف. يتكون الغلاف الخارجي للأرض، أو القشرة الأرضية، أو الغلاف الصخري، من أصداف الجرانيت والبازلت وطبقة رسوبية رقيقة. تتكون قشرة الجرانيت بشكل أساسي من الجرانيت - نمو كثيف من الفلسبار والميكا والأمفيبول والبيروكسينات، والقشرة البازلتية - من صخور السيليكات الشبيهة بالجرانيت ولكنها أثقل مثل الجابرو والدياباز والبازلت. تتشكل الصخور الرسوبية نتيجة تدمير صخور أخرى تحت تأثير الظروف المميزة لسطح الأرض. ومن مكونات الطبقة الرسوبية، على وجه الخصوص، الطين، الذي أساسه معدن الكاولينيت السيليكات. الغلاف الصخري عند 95 بالوزن. النسبة المئوية التي تتكون من السيليكات. ويبلغ متوسط سمكها في المنطقة القارية 30-40 كم. ثم هناك القشرة السيماتيكية، أو الوشاح العلوي، الذي من المحتمل أن تهيمن سيليكات الحديد والمغنيسيوم على معادنه. تغطي هذه القشرة الكرة الأرضية بأكملها وتمتد إلى عمق 1200 كيلومتر. أبعد من 1200 إلى 2900 كم توجد قذيفة متوسطة. تركيبته مثيرة للجدل، ولكن يفترض وجود السيليكات فيه. تحت هذه القشرة على عمق 2900 إلى 6370 كم يوجد اللب. في الآونة الأخيرة، اقترح أن النواة تحتوي أيضًا على تركيبة سيليكات. عند الانتقال من سطح الأرض إلى مركزها تزداد كثافة وقاعدية الصخور المكونة لها (النسبة بين محتوى أكاسيد المعادن والسيليكا)، ويزداد الضغط ودرجة الحرارة. أقدم الأدوات صنعها الإنسان من الصوان - وهو مزيج كثيف من العقيق الأبيض والكوارتز والأوبال (800-60 ألف سنة قبل الميلاد). في وقت لاحق، بدأ استخدام اليشب، والبلور الصخري، والعقيق، والسج (زجاج السيليكات البركاني)، واليشم، ولا يوجد تصنيف مقبول بشكل عام (تسميات معدنية) لمعادن السيليكات، وغالبًا ما تأتي أسماؤها من مظهر البلورات. خصائصها الفيزيائية أو موقعها أو اسم العالم الذي اكتشفها. ترجمة بلاجيوجلاز من اليونانية تعني انقسامًا غير مباشر، والبيروكسين يعني حراريًا، وهو ما يتوافق مع خصائص هذه المعادن. تمتلك معادن الكوارتز، اعتمادًا على طبيعة الشوائب، مجموعة واسعة من الألوان، والتي تحدد أسمائها: الجمشت - الأرجواني، والسترين - الأصفر، والبلور الصخري - الجليد. تعديلات ستيشوفيت السيليكا والكوزيت ومعدن البيوتيت نشأت من أسماء العلماء الذين اكتشفوها، S.M. ستيشوف، ل. كويس وZh.B. Bio، ويحصل معدن الكاولينيت على اسمه من جبل كاولينج في الصين، حيث يتم استخراج الطين منذ فترة طويلة لإنتاج الخزف. تلعب السيليكات الطبيعية والسيليكا نفسها دورًا مهمًا كمواد خام ومنتجات نهائية في العمليات الصناعية. تستخدم سيليكات الألومنيوم - بلاجيوجلاز وفلسبار البوتاسيوم والسيليكا كمواد خام في صناعات السيراميك والزجاج والأسمنت. لتصنيع منتجات المنسوجات المقاومة للحريق والعازلة كهربائيًا (الأقمشة والحبال والحبال) ، يتم استخدام الأسبستوس الذي ينتمي إلى السيليكات المائية - الأمفيبولات - على نطاق واسع. تتمتع بعض أنواع الأسبستوس بمقاومة عالية للأحماض وتستخدم في الصناعة الكيميائية. يتم استخدام البيوتيت، ممثل مجموعة الميكا، كمواد عازلة للكهرباء والحرارة في البناء وصناعة الأدوات. يتم استخدام البيروكسين في صناعة المعادن وإنتاج مسبك الحجر، ويستخدم البيروكسين LiAl لإنتاج معدن الليثيوم. تعد البيروكسينات أحد مكونات خبث الأفران العالية وخبث المعادن غير الحديدية، والتي بدورها تستخدم أيضًا في الاقتصاد الوطني. تعتبر الصخور مثل الجرانيت والبازلت والجابروس والدياباز مواد بناء ممتازة. سيليكات من أصل اصطناعي. بدون مواد السيليكات - أنواع مختلفة من الأسمنت والخرسانة والخرسانة والسيراميك والزجاج والطلاءات على شكل مينا وطلاء زجاجي، لا يمكن للمرء أن يتخيل حياتنا اليومية. يبدو أن حجم إنتاج مواد السيليكات أرقام مثيرة للإعجاب. وفي هذه المقالة لن نتطرق إلى طبيعة الزجاج واستخداماته. وقد سبق أن نوقشت هذه القضايا في. أقدم مواد السيليكات هي السيراميك، الذي يتم الحصول عليه من الطين ومخاليطه مع إضافات معدنية مختلفة، ويتم حرقه إلى حالة تشبه الحجر. في العالم القديم، كانت المنتجات الخزفية منتشرة في جميع أنحاء الأرض. منذ النصف الثاني من القرن التاسع عشر وحتى يومنا هذا، قامت صناعة السيراميك الصناعي بتوسيع إنتاج ونطاق السيراميك بشكل لا يقاس. مثال على مادة السيليكات الاصطناعية هو الأسمنت البورتلاندي، وهو أحد أكثر أنواع المواد الرابطة المعدنية شيوعًا. يستخدم الأسمنت لربط أجزاء البناء معًا لإنتاج كتل بناء ضخمة وألواح وأنابيب وطوب. الأسمنت هو أساس مواد البناء المستخدمة على نطاق واسع مثل الخرسانة والخرسانة والخرسانة المسلحة. لا يمكن بناء أي نطاق بدون الأسمنت. تعطي الدورة المدرسية في الكيمياء أفكارا أساسية حول التركيب الكيميائي وتكنولوجيا الأسمنت، لذلك سنتناول فقط بعض التفاصيل التوضيحية. بادئ ذي بدء، كلنكر الأسمنت هو نتاج حرق خليط من الطين والحجر الجيري، والأسمنت عبارة عن كلنكر مطحون جيدًا مع إضافات معدنية تنظم خصائصه. يستخدم الأسمنت في خليط مع الرمل والماء. ترجع خصائصه القابضة إلى قدرة معادن الأسمنت على التفاعل مع H2O وSiO2 وفي نفس الوقت تتصلب لتشكل بنية قوية تشبه الحجر. عندما يتماسك الأسمنت، تحدث عمليات معقدة: ترطيب المعادن بتكوين السيليكات المائية والهيدرولومينات، والتحلل المائي، وتكوين المحاليل الغروية وتبلورها. لعبت الأبحاث في عمليات تصلب الملاط الأسمنتي ومعادن الكلنكر الأسمنتية دورًا رئيسيًا في تطوير علم السيليكات وتقنياتها. تستهلك مواقع البناء لدينا كميات كبيرة من الأسمنت والطوب والألواح والبلاط وأنابيب الصرف الصحي والزجاج ومواد البناء الطبيعية المختلفة.

السيليكون (سي) –يقع في الفترة 3، المجموعة الرابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية للجدول الدوري. الخصائص الفيزيائية:يوجد السيليكون في نسختين: غير متبلور وبلوري. السيليكون غير المتبلور هو مسحوق بني بكثافة 2.33 جم/سم3، قابل للذوبان في ذوبان المعادن. السيليكون البلوري عبارة عن بلورات رمادية داكنة ذات بريق فولاذي، صلبة وهشة، بكثافة 2.4 جم / سم 3. يتكون السيليكون من ثلاثة نظائر: سي (28)، سي (29)، سي (30).

الخواص الكيميائية:التكوين الإلكترونية: 1s22s22p63 s23p2 . السيليكون مادة غير معدنية. على مستوى الطاقة الخارجي، يحتوي السيليكون على 4 إلكترونات، والتي تحدد حالات الأكسدة: +4، -4، -2. التكافؤ - 2.4 السيليكون غير المتبلور لديه تفاعل أكبر من السيليكون البلوري. في الظروف العادية، فإنه يتفاعل مع الفلور: Si + 2F2 = SiF4. عند 1000 درجة مئوية يتفاعل Si مع المعادن غير: CL2، N2، C، S.

من بين الأحماض، يتفاعل السيليكون فقط مع خليط من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك:

يتصرف بشكل مختلف فيما يتعلق بالمعادن: في المنصهر Zn، Al، Sn، Pb يذوب جيدًا، لكنه لا يتفاعل معها؛ يتفاعل السيليكون مع معادن أخرى مصهورة - مع Mg، Cu، Fe - لتكوين مبيدات السيليكات: Si + 2Mg = Mg2Si. يحترق السيليكون في الأكسجين: Si + O2 = SiO2 (الرمل).

ثاني أكسيد السيليكون أو السيليكا- اتصال مستقر سي، منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. يتفاعل عن طريق دمجه مع القلويات والأكاسيد الأساسية لتكوين أملاح حمض السيليكات - السيليكات. إيصال:في الصناعة، يتم الحصول على السيليكون في شكله النقي عن طريق اختزال ثاني أكسيد السيليكون بفحم الكوك في الأفران الكهربائية: SiO2 + 2C = Si + 2CO؟.

يتم الحصول على السيليكون في المختبر عن طريق تكليس الرمل الأبيض بالمغنيسيوم أو الألومنيوم:

SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.

3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.

السيليكون يشكل الأحماض: H2 SiO3 – حمض ميتا السيليك. H2 Si2O5 هو حمض ثنائي الميثاسيليك.

البحث في الطبيعة:معدن الكوارتز – SiO2. بلورات الكوارتز لها شكل منشور سداسي، عديمة اللون وشفافة، وتسمى بالبلور الصخري. الجمشت عبارة عن بلورة صخرية ذات لون أرجواني بها شوائب؛ التوباز الدخاني بني اللون. العقيق واليشب هما أصناف بلورية من الكوارتز. السيليكا غير المتبلورة أقل شيوعًا وتوجد على شكل معدن الأوبال – SiO2 nH2O. الدياتوميت أو التريبولي أو التراب الدياتومي (الأرض الدياتومي) هي أشكال ترابية من السيليكون غير المتبلور.

42. مفهوم المحاليل الغروية

المحاليل الغروية- أنظمة ثنائية الطور شديدة التشتت، تتكون من وسط تشتت وطور مشتت. أحجام الجسيمات متوسطة بين المحاليل الحقيقية والمعلقات والمستحلبات. ش الجسيمات الغرويةالتركيب الجزيئي أو الأيوني.

هناك ثلاثة أنواع من البنية الداخلية للجزيئات الأولية.

1. المعلقات (أو الغرويات التي لا رجعة فيها)- أنظمة غير متجانسة، يمكن تحديد خصائصها من خلال سطح الطور البيني المتطور. بالمقارنة مع المعلقات، فهي أكثر تشتتًا. لا يمكن أن توجد لفترة طويلة بدون مثبت التشتت. يطلق عليهم الغرويات التي لا رجعة فيهاوذلك لأن رواسبها لا تتشكل مواد سائلة مرة أخرى بعد التبخر. تركيزها منخفض - 0.1٪. إنها تختلف قليلاً عن لزوجة الوسط المشتت.

يمكن الحصول على المعلقات:

1) طرق التشتت (سحق الأجسام الكبيرة)؛

2) طرق التكثيف (إنتاج مركبات غير قابلة للذوبان باستخدام تفاعلات التبادل، والتحلل المائي، وما إلى ذلك).

يعتمد الانخفاض التلقائي في التشتت في المعلقات على طاقة السطح الحرة. للحصول على تعليق طويل الأمد، هناك حاجة إلى شروط لتحقيق الاستقرار فيه.

أنظمة التشتت المستقرة:

1) وسيلة التشتت.

2) مرحلة متفرقة.

3) مثبت النظام المشتت.

يمكن أن يكون المثبت أيونيًا وجزيئيًا، ولكنه في أغلب الأحيان عالي الجزيئي.

الغرويات الواقية– مركبات عالية الجزيئية تضاف لتحقيق الاستقرار (البروتينات، الببتيدات، كحول البولي فينيل، إلخ).

2. الغرويات الترابطية (أو الغرويات المذيليّة) –أشباه الغرويات التي تنشأ عندما يكون هناك تركيز كافٍ من الجزيئات التي تتكون من جذور هيدروكربونية (جزيئات ثنائية الأليف) من مواد ذات وزن جزيئي منخفض عندما ترتبط بمجموعات من الجزيئات (المذيلات). بنية خيطيةتتشكل في المحاليل المائية للمنظفات (الصابون) والأصباغ العضوية.

3. الغرويات الجزيئية (الغرويات القابلة للعكس أو المجففة بالتجميد) –المواد الطبيعية والاصطناعية عالية الجزيئية ذات الوزن الجزيئي العالي. جزيئاتها لها حجم الجسيمات الغروية (الجزيئات الكبيرة).

المحاليل المخففة للغرويات للمركبات ذات الوزن الجزيئي العالي هي محاليل متجانسة. عند تخفيفها بشدة، تخضع هذه المحاليل لقوانين المحاليل المخففة.

تذوب الجزيئات الكبيرة غير القطبية في الهيدروكربونات، وتذوب الجزيئات القطبية في المذيبات القطبية.

الغرويات القابلة للعكس- المواد التي تعود بقاياها الجافة إلى المحلول عند إضافة جزء جديد من المذيب.

تعريف

السيليكون- العنصر الرابع عشر من الجدول الدوري . التعيين - Si من الكلمة اللاتينية "السيليسيوم". يقع في الشوط الثالث من المجموعة الرابعة. يشير إلى غير المعادن. الشحنة النووية 14.

يعد السيليكون أحد العناصر الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية. وهو يشكل 27% (بالوزن) من جزء القشرة الأرضية الذي يمكن الوصول إليه في دراستنا، ويحتل المرتبة الثانية من حيث الوفرة بعد الأكسجين. في الطبيعة، يتم العثور على السيليكون فقط في المركبات: في شكل ثاني أكسيد السيليكون SiO 2، يسمى أنهيدريد السيليكون أو السيليكا، في شكل أملاح أحماض السيليكات (السيليكات). تعتبر سيليكات الألمنيوم هي الأكثر انتشارًا في الطبيعة، أي. سيليكات تحتوي على الألومنيوم. وتشمل هذه الفلسبار، الميكا، الكاولين، الخ.

مثل الكربون، الذي هو جزء من جميع المواد العضوية، فإن السيليكون هو العنصر الأكثر أهمية في المملكة النباتية والحيوانية.

في الظروف العادية، يكون السيليكون مادة رمادية داكنة (الشكل 1). يبدو وكأنه المعدن. حراري - نقطة الانصهار هي 1415 درجة مئوية. يتميز بالصلابة العالية.

أرز. 1. السيليكون. مظهر.

الكتلة الذرية والجزيئية للسيليكون

الكتلة الجزيئية النسبية لمادة (M r) هي رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 كتلة ذرة الكربون، والكتلة الذرية النسبية لعنصر (A r) هي كم مرة يكون متوسط كتلة ذرات العنصر الكيميائي أكبر من 1/12 كتلة ذرة الكربون.

نظرًا لوجود السيليكون في الحالة الحرة على شكل جزيئات Si أحادية الذرة، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. وهي تساوي 28.084.

التعديلات المتآصلة والمتآصلة للسيليكون

يمكن أن يتواجد السيليكون في شكل تعديلين متآصلين: شبيه بالألماس (مكعب) (مستقر) وشبيه بالجرافيت (غير مستقر). السيليكون الشبيه بالماس في حالة صلبة مجمعة، والسيليكون الشبيه بالجرافيت في حالة غير متبلورة. كما أنها تختلف في المظهر والنشاط الكيميائي.

السيليكون البلوري هو مادة رمادية داكنة ذات بريق معدني، والسيليكون غير المتبلور هو مسحوق بني. التعديل الثاني أكثر تفاعلاً من الأول.

نظائر السيليكون

من المعروف أنه يمكن العثور على السيليكون في الطبيعة على شكل ثلاثة نظائر مستقرة هي 28 Si و29 Si و30 Si. أعدادها الكتلية هي 28 و29 و30 على التوالي. تحتوي نواة ذرة نظير السيليكون 28 Si على أربعة عشر بروتونًا وأربعة عشر نيوترونًا، ويحتوي النظيران 29 Si و30 Si على نفس عدد البروتونات، خمسة عشر وستة عشر نيوترونًا، على التوالي.

هناك نظائر اصطناعية للسيليكون بأعداد كتلية من 22 إلى 44، ومن بينها الأطول عمرًا هو 32 سي مع عمر نصف يبلغ 170 عامًا.

أيونات السيليكون

يوجد عند مستوى الطاقة الخارجي لذرة السيليكون أربعة إلكترونات وهي التكافؤ:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 .

نتيجة للتفاعل الكيميائي، يمكن للسيليكون أن يتخلى عن إلكترونات التكافؤ، أي. تكون مانحة لها وتتحول إلى أيون موجب الشحنة، أو تقبل إلكترونات من ذرة أخرى، أي. يكون متقبلاً، ويتحول إلى أيون سالب الشحنة:

سي 0 -4e → سي 4+؛

سي 0 +4e → سي 4- .

جزيء السيليكون والذرة

في الحالة الحرة، يوجد السيليكون على شكل جزيئات Si أحادية الذرة. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء السيليكون:

سبائك السيليكون

يستخدم السيليكون في صناعة المعادن. وهو بمثابة أحد مكونات العديد من السبائك. وأهمها السبائك المعتمدة على الحديد والنحاس والألومنيوم.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس

ما هي كمية أكسيد السيليكون (IV) التي تحتوي على 0.2 كتلة من الشوائب المطلوبة للحصول على 6.1 جم من سيليكات الصوديوم.

حل

دعونا نكتب معادلة التفاعل لإنتاج سيليكات الصوديوم من أكسيد السيليكون (IV):

SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O.

دعونا نجد كمية سيليكات الصوديوم:

n(Na 2 SiO 3) = m (Na 2 SiO 3) / M(Na 2 SiO 3);

n(Na 2 SiO 3) = 6.1 / 122 = 0.05 مول.

حسب معادلة التفاعل n(Na 2 SiO 3) : n(SiO 2) = 1:1، أي. n(Na 2 SiO 3) = n(SiO 2) = 0.05 مول.

كتلة أكسيد السيليكون (IV) (بدون شوائب) ستكون مساوية لـ:

M(SiO 2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 جم/مول.

م نقي (SiO 2) = n(SiO 2) ×M(SiO 2) = 0.05 × 60 = 3 جم.

عندها ستكون كتلة أكسيد السيليكون (IV) المطلوبة للتفاعل مساوية لـ:

م (SiO 2) = م نقي (SiO 2) / ث الشوائب = 3 / 0.2 = 15 جم.

إجابة

15 جم

مثال 2

يمارس

ما كتلة سيليكات الصوديوم التي يمكن الحصول عليها عن طريق دمج أكسيد السيليكون (IV) مع 64.2 جم من الصودا، حيث تبلغ نسبة كتلة الشوائب 5%؟

حل

دعونا نكتب معادلة التفاعل لإنتاج سيليكات الصوديوم عن طريق دمج الصودا وأكسيد السيليكون (IV):

SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2 -.

دعونا نحدد الكتلة النظرية للصودا (محسوبة باستخدام معادلة التفاعل):

ن (نا 2 CO 3) = 1 مول.

M(Na 2 CO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 جم/مول.

م(نا 2 CO 3) = ن (نا 2 CO 3) × م (نا 2 CO 3) = 1 × 106 = 106 جم.

دعونا نجد الكتلة العملية للصودا:

w النقي (Na 2 CO 3) = 100% - w الشوائب = 100% - 5% = 95% = 0.95.

م نقي (Na 2 CO 3) = م (Na 2 CO 3) × ث نقي (Na 2 CO 3)؛

م نقي (Na2CO3) = 64.2 × 0.95 = 61 جم.

دعونا نحسب الكتلة النظرية لسيليكات الصوديوم:

ن(نا 2 شافي 3) = 1 مول.

M(Na 2 SiO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 جم/مول.

m(Na 2 SiO 3) = n(Na 2 SiO 3) ×M(Na 2 SiO 3) = 1 × 122 = 122 جم.

دع الكتلة العملية لسيليكات الصوديوم تكون x g لنحسب النسبة:

61 جم Na 2 CO 3 - x g Na 2 SiO 3;

106 جم Na2CO3 - 122 جم Na2SiO3.

ومن ثم فإن x ستكون مساوية لـ:

س = 122 × 61/106 = 70.2 جم.

وهذا يعني أن كتلة سيليكات الصوديوم المنطلقة تبلغ 70.2 جم.

إجابة

70.2 جرام

وحدة المعالجة المركزية؟ رمل؟ ما هي الجمعيات التي لديك مع هذه الكلمة؟ أو ربما وادي السيليكون؟
مهما كان الأمر، فإننا نواجه السيليكون كل يوم، وإذا كنت مهتمًا بمعرفة ما هو Si وما الذي يتم تناوله به، فيرجى الرجوع إلى القطة.

مقدمة

كطالب في إحدى جامعات موسكو متخصص في المواد النانوية، أردت أن أعرفك عزيزي القارئ على أهم العناصر الكيميائية الموجودة على كوكبنا. لقد قضيت وقتًا طويلاً في اختيار مكان البدء، الكربون أو السيليكون، وما زلت قررت التوقف عند Si، لأن قلب أي أداة حديثة يعتمد عليه، إذا جاز التعبير، بالطبع. سأحاول التعبير عن أفكاري بطريقة بسيطة للغاية ويمكن الوصول إليها. من خلال كتابة هذه المادة، كنت أعتمد بشكل أساسي على المبتدئين، ولكن الأشخاص الأكثر تقدمًا سيكونون قادرين أيضًا على تعلم شيء مثير للاهتمام. أود أيضًا أن أقول إن المقال كان مكتوبة فقط لتوسيع آفاق المهتمين. اذا هيا بنا نبدأ.

السيليسيوم

السيليكون (lat. السيليسيوم)، Si، العنصر الكيميائي للمجموعة الرابعة من النظام الدوري لمندليف؛ العدد الذري 14، الكتلة الذرية 28.086.
في الطبيعة، يتم تمثيل العنصر بثلاثة نظائر مستقرة: 28Si (92.27%)، 29Si (4.68%) و30Si (3.05%).
الكثافة (رقم) 2.33 جم/سم3
نقطة الانصهار 1688 ك

مسحوق سي

مرجع تاريخي

مركبات السيليكون المنتشرة على الأرض معروفة للإنسان منذ العصر الحجري. استمر استخدام الأدوات الحجرية في العمل والصيد لعدة آلاف السنين. بدأ استخدام مركبات السيليكون المرتبطة بمعالجتها - إنتاج الزجاج - حوالي عام 3000 قبل الميلاد. ه. (في مصر القديمة). أقدم مركب سيليكون معروف هو أكسيد SiO2 (السيليكا). في القرن الثامن عشر، كانت السيليكا تعتبر مادة صلبة بسيطة وتصنف على أنها "أرض" (كما يتجلى في اسمها). تم تحديد مدى تعقيد تكوين السيليكا بواسطة I. Ya.Berzelius. لأول مرة، في عام 1825، حصل على عنصر السيليكون من فلوريد السيليكون SiF4، مما أدى إلى اختزال الأخير بمعدن البوتاسيوم. أطلق على العنصر الجديد اسم "السيليكون" (من الكلمة اللاتينية silex - فلينت). تم تقديم الاسم الروسي بواسطة جي آي هيس في عام 1834.

السيليكون شائع جدًا في الطبيعة كجزء من الرمل العادي.

توزيع السيليكون في الطبيعة

السيليكون هو ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية (بعد الأكسجين)، ويبلغ متوسط محتواه في الغلاف الصخري 29.5% (بالكتلة). في القشرة الأرضية، يلعب السيليكون نفس الدور الأساسي الذي يلعبه الكربون في عالم الحيوان والنبات. بالنسبة للكيمياء الجيولوجية للسيليكون، فإن ارتباطه القوي للغاية بالأكسجين أمر مهم. حوالي 12% من الغلاف الصخري عبارة عن سيليكا SiO2 على شكل الكوارتز المعدني وأصنافه. يتكون 75% من الغلاف الصخري من السيليكات والألومينوسيليكات المختلفة (الفلسبار، الميكا، الأمفيبولات، إلخ). إجمالي عدد المعادن التي تحتوي على السيليكا يتجاوز 400.

الخصائص الفيزيائية للسيليكون

أعتقد أنه لا فائدة من العيش هنا، فكل الخصائص الفيزيائية متاحة مجانًا، لكنني سأدرج أهمها.
نقطة الغليان 2600 درجة مئوية
السيليكون شفاف بالنسبة للأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة
ثابت العزل الكهربائي 11.7
صلابة السيليكون موس 7.0
أود أن أقول إن السيليكون مادة هشة، ويبدأ تشوه البلاستيك الملحوظ عند درجات حرارة أعلى من 800 درجة مئوية.
يعتبر السيليكون من أشباه الموصلات، ولهذا السبب يتم استخدامه على نطاق واسع. تعتمد الخواص الكهربائية للسيليكون بشكل كبير على الشوائب.

الخواص الكيميائية للسيليكون

هناك الكثير مما يمكن قوله هنا بالطبع، لكنني سأركز على الأكثر إثارة للاهتمام. وفي مركبات Si (المشابهة للكربون) 4-فالنتين.
في الهواء، يكون السيليكون مستقرًا حتى عند درجات الحرارة المرتفعة بسبب تكوين طبقة أكسيد واقية. في الأكسجين، يتأكسد بدءًا من 400 درجة مئوية، مكونًا أكسيد السيليكون (IV) SiO2.
السيليكون مقاوم للأحماض ويذوب فقط في خليط من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك، ويذوب بسهولة في المحاليل القلوية الساخنة مع إطلاق الهيدروجين.
يشكل السيليكون مجموعتين من السيلان المحتوي على الأكسجين - السيلوكسان والسيلوكسين. يتفاعل السيليكون مع النيتروجين عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية. ومن الأهمية العملية الكبيرة للنيتريد Si3N4، الذي لا يتأكسد في الهواء حتى عند 1200 درجة مئوية، وهو مقاوم للأحماض (باستثناء النيتريك) والقلويات، وكذلك المعادن المنصهرة و الخبث، مما يجعله مادة قيمة للصناعة الكيميائية، وكذلك لإنتاج الحراريات. تتميز مركبات السيليكون مع الكربون (كربيد السيليكون SiC) والبورون (SiB3، SiB6، SiB12) بالصلابة العالية، وكذلك المقاومة الحرارية والكيميائية.

الحصول على السيليكون

أعتقد أن هذا هو الجزء الأكثر إثارة للاهتمام، دعونا نلقي نظرة فاحصة هنا.
اعتمادا على الغرض هناك:
1. السيليكون الجودة الإلكترونية(ما يسمى "السيليكون الإلكتروني") - السيليكون عالي الجودة الذي يحتوي على محتوى سيليكون يزيد عن 99.999٪ من الوزن، يمكن أن تتراوح المقاومة الكهربائية للسيليكون عالي الجودة الإلكتروني من حوالي 0.001 إلى 150 أوم سم، ولكن يجب أن تكون قيمة المقاومة يتم ضمان شوائب معينة حصريًا، أي أن دخول شوائب أخرى إلى البلورة، حتى لو كانت توفر مقاومة كهربائية معينة، هو، كقاعدة عامة، غير مقبول.
2. السيليكون الصف الشمسية(ما يسمى "السيليكون الشمسي") - السيليكون الذي يحتوي على نسبة سيليكون تزيد عن 99.99% من حيث الوزن، ويستخدم في إنتاج المحولات الكهروضوئية (البطاريات الشمسية).

3. السيليكون التقني- كتل السيليكون ذات البنية المتعددة البلورات التي تم الحصول عليها عن طريق الاختزال الكربوثيرمي من رمل الكوارتز النقي؛ يحتوي على 98٪ من السيليكون، والشوائب الرئيسية هي الكربون، وتتميز بمحتوى عالٍ من عناصر صناعة السبائك - البورون والفوسفور والألمنيوم؛ تستخدم أساسا لإنتاج السيليكون متعدد البلورات.

يتم الحصول على السيليكون النقاء الفني (95-98٪) في قوس كهربائي عن طريق تقليل السيليكا SiO2 بين أقطاب الجرافيت. فيما يتعلق بتطور تكنولوجيا أشباه الموصلات، تم تطوير طرق لإنتاج السيليكون النقي وعالي النقاء. وهذا يتطلب التوليف الأولي لأنقى مركبات السيليكون الأولية، والتي يتم استخلاص السيليكون منها عن طريق الاختزال أو التحلل الحراري.
السيليكون متعدد البلورات ("السيليكون المتعدد") هو أنقى أشكال السيليكون المنتج صناعيًا - وهو منتج شبه نهائي يتم الحصول عليه عن طريق تنقية السيليكون التقني باستخدام طرق الكلوريد والفلوريد ويستخدم لإنتاج السيليكون أحادي ومتعدد البلورات.
تقليديًا، يتم الحصول على السيليكون متعدد البلورات من السيليكون التقني عن طريق تحويله إلى سيلان متطاير (أحادي سيلان، كلوروسيلان، فلوروسيلان) مع فصل لاحق للسيلان الناتج، وتنقية تصحيح السيلان المحدد وتقليل السيلان إلى السيليكون المعدني.
يتم الحصول على السيليكون شبه الموصل النقي في شكلين: الكريستالات(اختزال SiCl4 أو SiHCl3 مع الزنك أو الهيدروجين، والتحلل الحراري لـ SiI4 وSiH4) و أحادي البلورية(ذوبان المنطقة الخالية من البوتقة و"سحب" بلورة واحدة من السيليكون المنصهر - طريقة تشوخرالسكي).

هنا يمكنك رؤية عملية زراعة السيليكون باستخدام طريقة Czochralski.

طريقة تشوتشرالسكي- طريقة لتنمية البلورات عن طريق سحبها لأعلى من السطح الحر لحجم كبير من الذوبان مع بدء التبلور عن طريق جلب بلورة بذرة (أو عدة بلورات) من بنية معينة واتجاه بلوري ملامسة للسطح الحر للبلورة إنصهار.

تطبيق السيليكون

يستخدم السيليكون المخدر بشكل خاص على نطاق واسع كمادة لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات (الترانزستورات، الثرمستورات، مقومات الطاقة، الثايرستور، الخلايا الشمسية الكهروضوئية المستخدمة في المركبات الفضائية، بالإضافة إلى أشياء أخرى كثيرة).
وبما أن السيليكون شفاف بالنسبة للأشعة ذات الأطوال الموجية من 1 إلى 9 ميكرون، فإنه يستخدم في بصريات الأشعة تحت الحمراء.
للسيليكون تطبيقات متنوعة ومتوسعة. في علم المعادن سي
يستخدم لإزالة الأكسجين المذاب في المعادن المنصهرة (إزالة الأكسدة).
السيليكون هو أحد مكونات عدد كبير من سبائك الحديد والمعادن غير الحديدية.
عادة، يمنح السيليكون السبائك مقاومة متزايدة للتآكل، ويحسن خصائص الصب ويزيد من القوة الميكانيكية؛ ومع ذلك، في المستويات الأعلى يمكن أن يسبب السيليكون هشاشة.
وأهمها سبائك الحديد والنحاس والألومنيوم التي تحتوي على السيليكون.
تتم معالجة السيليكا عن طريق الصناعات الزجاجية والأسمنتية والسيراميك والصناعات الكهربائية وغيرها.
يُستخدم السيليكون فائق النقاء في المقام الأول لإنتاج الأجهزة الإلكترونية الفردية (على سبيل المثال، معالج الكمبيوتر الخاص بك) والدوائر الدقيقة أحادية الشريحة.
السيليكون النقي، نفايات السيليكون فائقة النقاء، السيليكون المعدني المنقى على شكل سيليكون بلوري هي المواد الخام الرئيسية للطاقة الشمسية.
يتم استخدام السيليكون أحادي البلورية - بالإضافة إلى الإلكترونيات والطاقة الشمسية - في صناعة مرايا الليزر الغازية.

السيليكون فائق النقاء ومنتجاته

السيليكون في الجسم

يوجد السيليكون في الجسم على شكل مركبات مختلفة، وتشارك بشكل رئيسي في تكوين أجزاء وأنسجة الهيكل العظمي الصلبة. يمكن لبعض النباتات البحرية (على سبيل المثال، الدياتومات) والحيوانات (على سبيل المثال، الإسفنج السيليسي، والأشعة الراديولية) أن تتراكم كميات كبيرة من السيليكون، وتشكل رواسب سميكة من أكسيد السيليكون (IV) عندما تموت في قاع المحيط. في البحار والبحيرات الباردة، يسود الطمي الحيوي المخصب بالسيليكون، وفي البحار الاستوائية، يسود الطمي الجيري الذي يحتوي على محتوى منخفض من السيليكون. من بين النباتات الأرضية، تتراكم الكثير من السيليكون في الحبوب ونباتات البردي وأشجار النخيل وذيل الحصان. في الفقاريات، محتوى أكسيد السيليكون (IV) في مواد الرماد هو 0.1-0.5٪. يوجد السيليكون بكميات كبيرة في الأنسجة الضامة الكثيفة والكلى والبنكرياس. يحتوي النظام الغذائي اليومي للإنسان على ما يصل إلى 1 جرام من السيليكون. عندما يكون هناك نسبة عالية من غبار أكسيد السيليكون (IV) في الهواء، فإنه يدخل إلى رئتي الإنسان ويسبب مرض السحار السيليسي.

خاتمة

حسنًا، هذا كل شيء، إذا قرأت حتى النهاية وتعمقت قليلاً، فأنت على بعد خطوة واحدة من النجاح. أتمنى ألا أكون قد كتبت عبثًا وأن يكون هناك من يحب هذا المنشور على الأقل. شكرًا لكم على اهتمامكم.

كيمياء