Радиус атома кремния: Кремний атом, радиус — Справочник химика 21

01.03.2019, Пт, 15:11, Мск , Текст: Владимир Бахур

Жизнь после смерти Закона Мура

Дальнейшее развитие полупроводниковой индустрии может резко замедлиться или даже полностью застопориться при попытке освоить нормы технологического процесса, следующие после 5 нм, считают ведущие специалисты полупроводниковой отрасли.

Не исключен сценарий, по которому переход на нормы выпуска полупроводников с узлами порядка 1 нм займет не менее десятилетия, однако существует и более мрачная вероятность того, что развитие технологий споткнется уже на нормах 3 нм в связи с отсутствием подходящих материалов для изготовления фоторезистов, сообщил портал EE Times со ссылкой на итоги панельной дискуссии специалистов в рамках ежегодной конференции по проблемам литографии SPIE Advanced Lithography 2019.

Изначально участники сессии планировали отметить факт предсказанной ранее «смерти» Закона Мура (Moore’s Law), по которому число транзисторов на кристалле чипа удваивается каждые 24 месяца. Однако по итогам встречи ее участники отметили растущее в индустрии беспокойство относительно неопределенности с технологиями производства следующих поколений чипов, завязанных, в свою очередь, на растущее число нерешенных технологических проблем.

По словам Гарри Левинсона (Harry Levinson), специалиста по литографии AMD и GlobalFoundries с более чем 30-летним стажем, не за горами момент «смерти» полупроводниковой литографии.

«Мы делаем успехи, однако при экстраполировании до размеров менее диаметра атома кремния технологиям детализации с помощью литографии придет конец, — заявил он. (Радиус атома кремния составляет 111 пм – прим. CNews).

Технологические проблемы полупроводниковой индустрии

Фоторезисты представляют собой разновидность светочувствительных полимеров, которые в процессе изготовления микросхем наносятся на кремниевую пластину. Далее производится экспонирование фоторезиста литографической системой через окна фотошаблонов, с последующим «вытравливанием» дорожек на кремниевом кристалле.

В «традиционных» техпроцессах использовались лазерные установки с длиной волны 248 нм или 193 нм – в так называемой «зоне глубокого ультрафиолетового» спектра (Deep UV), которая граничит с воспринимаемым человеческим глазом диапазоном частот: от условной «фиолетовой» границы 380 нм до «красной» границы 780 нм.

В сочетании со специальными фазосдвигающими фотошаблонами и иммерсионной технологией (погружение в жидкость), такие фоторезисты позволяли формировать узлы чипов до 14 нм

При переходе к нормам 10 нм обострились все проблемы такого технологического комплекса. Фазосдвигающие фотошаблоны, чудом справлявшиеся с формированием узлов 14 нм при облучении лазером с длиной волны 193 нм за счет интерференции, столкнулись с физическими ограничениями при переходе к нормам 10 нм, в результате чего процент выхода готовой продукции с пластины резко снизился. Именно эти ограничения, в частности, стали камнем преткновения при переходе Intel к нормам 10 нм.

Переход к использованию экспонирующих установок с лазерами диапазона EUV («крайнего», или «жесткого» ультрафиолета) с длиной волны 13,5 нм (пограничная область с рентгеновским излучением) облегчил процесс экспонирования фоторезистов, однако занял почти два десятилетия. В дополнение, при нормах 10 нм и менее стал критичен ряд других характеристик фоторезистов – неоднородность, фоточувствительность и т.д.

При освоении более прецизионных технологических норм – от 5 нм и менее, размеры узлов микросхем становятся сравнимы с десятками и даже единицами диаметров атомов кремния. Переход на «атомарные» нормы техпроцесса вносит физические ограничения, решить которые с помощью литографии и современных фотомасок невозможно.

Литография экстремального ультрафиолета: 7 нм и меньше

В рамках панельной дискуссии Тони Йен (Tony Yen), вице-президент голландской ASML (ведущий мировой производитель литографического оборудования для полупроводникового производства – прим. Cnews), отметил, что возможности пленочных фоторезистов категории CAR (chemically amplified resist – резисты с химической амплификацией), широко используемых с 1980-х годов, когда в ходу была литография 248 нм, по настоящее время, с литографией экстремального ультрафиолета (EUV, Extreme ultraviolet lithography) с узлами 7 нм, похоже, исчерпали свои возможности.

Литографическая система ASML EUV

В настоящее время Samsung уже начал производство чипов 7 нм с применением литографии EUV. Ожидается, что TSMC начнет выпуск своей продукции с нормами порядка 7 нм и использованием экстремального ультрафиолета ближе к июню 2019 г.

Со своей стороны, ASML обещает поставить обоим компаниям до конца 2019 г. обновленные системы EUV класса 3400C, которые смогут обеспечить более высокую скорость и качество на выходе – до 170 пластин в час при содержании рабочей продукции более 90%.

ASML в 2019 г. намерена обновить свои системы EUV

По мнению Тони Чена, современные фоторезисты вполне пригодны для норм 7 нм, и [может быть] даже для следующего техпроцесса (5 нм). Однако при переходе к нормам 3 нм понадобятся более чувствительные материалы. По его мнению, пришла пора всерьез обратить внимание на новые платформы, такие как «молекулярные резисты».

Возможна ли настоящая персонализация общения на рынке B2B?

Рынок важнейших химреактивов для полупроводниковой промышленности, оцениваемый сейчас менее чем в $1 млрд ежегодно, должен измениться, считает Тони Чен. Более разумным подходом, по его мнению, была бы совместная согласованная разработка с этапом без взаимной конкуренции, с последующим лицензированием технологий производителям коммерческих партий фоторезистов.

По такому пути уже пошли компании imec и KMLabs, которые сформировали совместную лабораторию AttoLab для разработки резистов под следующие поколения систем EUV, пишет EE Times.

В настоящее время исследователи AttoLab изучают характеристики резистов при фотонной бомбардировке во временных рамках пико- и аттосекунд. Помимо радиационной химии, в лаборатории готовы рассмотреть любые, даже невероятные по нынешним меркам технологии, включая квантовые явления. «Пока что это чистая наука, но из нее вполне могут зародиться новые технологии», — отметил Джон Петерсен (John Petersen), главный научный сотрудник imec, принимающий участие в работе лаборатории.

Представитель ASML также поднял вопрос о качестве фоторезистов как одном из эффективных способов снизить стохастические (случайные) ошибки, число которых значительно возрастает при переходе к нормам 5 нм и, таким образом, значительно снижает потенциальный уровень выхода годной продукции.

По словам Тони Йена, стохастические ошибки представляют гораздо большую проблему, нежели при литографии с длиной волны 193 нм, однако в определенной степени с ними можно бороться увеличением излучаемой мощности. В настоящее время планы ASML предусматривают переход к производству систем EUV мощностью 500 Вт. Такие системы в сочетании с более высокой числовой апертурой (High NA) обеспечат более четкое качество проекции, и таким образом помогут бороться со стохастическими ошибками.

Технологический прогресс систем EUV компании ASML

Специалисты из imec, в свою очередь, менее оптимистичны. Они, в частности отметили, что реальных решений для борьбы с высоким количеством дефектов в ближайшем будущем пока не просматривается.

Альтернативные пути наращивания производства

Среди решений, призванных компенсировать снижение выхода годной продукции из-за потенциального выхода из строя одного из миллиарда физических контактов в чипе, особое внимание уделяется разработке трехмерных структур.

По мнению Роба Эйткена (Rob Aitken), представителя ARM, основная сложность заключается в проектировании полупроводниковых структур в 3D, для этого потребуются новые методики разработки микроархитектуры. По его словам, разработчики готовятся перейти с нынешнего стандарта в 12 ячеек с девятью дорожками к ячейкам, использующим только четыре дорожки.

По итогу дискуссии все ее участники сошлись во мнении о том, что переход на кремниевые пластины 450 мм (современный стандарт 300 мм и менее – прим. CNews) и девятидюймовые сетки является тупиковой ветвью развития индустрии, особенно с учетом высокой стоимости инвестиций и невысокой скорости окупаемости этих технологий.

«Несколько лет назад мы создали [пластины] 450 мм, но требуется целая экосистема, без которой ничего не получится», — отметил Рич Уайз (Rich Wise) из Lam Research.

В конце дискуссии Крис Мэк (Chris Mack), ветеран литографической индустрии и один из модераторов, так резюмировал итоги встречи: «Лучший способ обойти ограничения – изменить парадигму. Кирпичную стену, которая зачастую находится в нашем сознании, смогут сдвинуть инновации».

TSMC начинает разработку техпроцесса 2 нм / Блог компании Дата-центр «Миран» / Хабр

Примечание. Радиус атома кремния составляет 110 пикометров или 0,11 нанометра. Термин «размер узла» в процессе фотолитографии с пометкой «14 нм», «10 нм», «7 нм», «5 нм», «3 нм» и «2 нм» является маркетинговым и не имеет отношения к геометрии транзисторов.

Пока неизвестно, какие конкретные технологии TSMC собирается применить для нового технологического процесса, да и разработки пока в ранней стадии, так что пока рано говорить не то что о сроках запуска в производство, но даже об успехе этих разработок в принципе.

Однако TSMC придерживается своих долгосрочных планов, которые объявила ещё в 2018 году по девизом More Moore, что относится к продолжению масштабирования количества транзисторов на микросхемах в соответствии с законом Мура. Вот как TSMC очертила примерное развитие технологий до 2034 года:

Согласно этой «дорожной карте», транзисторы с размером узла 3 нм будут изготавливаться по архитектуре GAAFET и FinFET.

FinFET — трёхмерная архитектура, по которой сейчас изготавливаются транзисторы 7 нм и 5 нм. Возможно, её удастся применять и для 3 нм.

На смену FinFET должна прийти архитектура GAAFET (gate-all-around FET), её с 2000 года разрабатывает организация, в которую входят также IBM, Globalfoundries и Samsung. По информации источников, TSMC взвешивает разные варианты для 3 нм, включая нанослои, нанопровода и форсированные FinFET.

Как видно из названия, главной особенностью архитектуры GAAFET (gate-all-around FET) являются кольцевые затворы. Каналы транзисторов представляют собой нанопровода, сформированные из нескольких горизонтальных кремниевых «нанолистов», в то время как у FinFET канал транзистора представляет собой монолитную вертикальную конструкцию, что накладывает ограничения по масштабированию.

Внутренняя структура транзистора GAAFET 5 нм. Фото: IBM

В январе 2020 года южнокорейская компания Samsung сообщала о первых успехах в разработке транзисторов GAAFET по техпроцессу 3 нм. Вероятно, TSMC движется в том же направлении.

Иллюстрация: Samsung

Аббревиатура LGAA в плане TSMC относится к «горизонтальным» (lateral) GAAFET в 2D-процессоре, а «вертикальные» (VGAAFET) будут использоваться в неких 3D-структурах, о которых ещё ничего не известно.

Любопытно, что TSMC планирует ещё десятилетиями использовать 193-нм литографию, параллельно с фотолитографией в глубоком ультрафиолете.

В плане упоминается также технология high-NA EUV. Здесь NA означает произвольно количество измерений, то есть диапазон углов, под которыми система может принимать или излучать свет. То есть это нечто вроде «многомерной» фотолитографии как альтернатива многослойным конструкциям.

С запуском производство по техпроцессу 5 нм в 2020 году есть вероятность, что и дальше всё пойдёт по этому плану, так что можно ожидать 3 нм к 2022 году и 2 нм к 2024-2025 годам.

ТЕСТ ПО ТЕМЕ «Углерод и кремний

Тест по теме «Углерод и кремний».

1. к элементам четвертой А группы относится: а\ бор, б\ олово, в\ азот, г\ германий.

2. у углерода по сравнению с кремнием: а\ радиус атома больше, б\ электроотрицательность меньше, в\ число энергетических уровней меньше, г\ заряд ядра меньше.

3. до завершения внешнего энергетического уровня углероду и кремнию не хватает: а\ 2 электрона, б\ 4 электрона, в\ 8 электронов, г\ уровень завершен.

4. высшая степень окисления углерода: а\ +3, б\ +4, в\ +5, г\ +6.

5. формула фуллеренов: а\ С, б\ С₄, в\ С₇₀, г\ С_п.

6. атомы углерода в алмазе соединены в форме: а\ пчелиных сот, б\ тетраэдра, в\ футбольного мяча.

7. кремний в природе: а\ встречается в самородном состоянии, б\ занимает первое место среди неметаллов, в\ входит в состав многих драгоценных камней(горный хрусталь, топаз, яшма и др.)

8. углерод не взаимодействует с: а\ металлами, б\ с кислородом, в\ с водой, г\с соляной кислотой.

9. при взаимодействии углерода и кремния образуется: а\ карбин, б\ карборунд, в\ карбид, г\ карбонат.

10. свойство углерода взаимодействовать с оксидами металлов используется :а\ в металлургии, б\в производстве резины, в\ в производстве удобрений, г\ в химии органического синтеза.

11. Напишите уравнения взаимодействия углерода с а\ оксидом железа (III), в\ алюминием, г\ оксидом цинка

Тест по теме «Углерод и кремний».

1. к элементам четвертой А группы относится: а\ бор, б\ олово, в\ азот, г\ германий.

2. у углерода по сравнению с кремнием: а\ радиус атома больше, б\ электроотрицательность меньше, в\ число энергетических уровней меньше, г\ заряд ядра меньше.

3. до завершения внешнего энергетического уровня углероду и кремнию не хватает: а\ 2 электрона, б\ 4 электрона, в\ 8 электронов, г\ уровень завершен.

4. высшая степень окисления углерода: а\ +3, б\ +4, в\ +5, г\ +6.

5. формула фуллеренов: а\ С, б\ С₄, в\ С₇₀, г\ С_п.

6. атомы углерода в алмазе соединены в форме: а\ пчелиных сот, б\ тетраэдра, в\ футбольного мяча.

7. кремний в природе: а\ встречается в самородном состоянии, б\ занимает первое место среди неметаллов, в\ входит в состав многих драгоценных камней(горный хрусталь, топаз, яшма и др.)

8. углерод не взаимодействует с: а\ металлами, б\ с кислородом, в\ с водой, г\с соляной кислотой.

9. при взаимодействии углерода и кремния образуется: а\ карбин, б\ карборунд, в\ карбид, г\ карбонат.

10. свойство углерода взаимодействовать с оксидами металлов используется :а\ в металлургии, б\в производстве резины, в\ в производстве удобрений, г\ в химии органического синтеза.

11. Напишите уравнения взаимодействия углерода с а\ оксидом железа (III), в\ алюминием, г\ оксидом цинка

Укажите верные утверждения:

1. Элементы-неметаллы расположены в главных (А) группах периодической системы.

2. Максимальную положительную степень окисления для атомов неметаллов можно определить по номеру периода периодической системы.

3. Углерод- один из главных элементов неживой природы.

4. Углерод при взаимодействии с кислородом может образовывать два оксида : СО – оксид углерода (II) и СО₂ – оксид углерода (IV).

5. Структура кремния аналогична структуре алмаза, но в отличие от него кремний может проводить электрический ток.

6. Кремний составляет основу органической жизни на земле.

7. Минимальная степень окисления углерода и кремния равна +4.

8. Кремний в природе встречается преимущественно в виде оксида кремния SiO₂.

9. Углерод и кремний реагируют с металлами при нагревании.

10. В соединении SiC кремний проявляет степень окисления +4.

Найдите соответствие. (напр.А-1, Б-2)

кремний.

3.окислитель.

В.-число электронов на последнем слое

углерода

4.восстановитель.

Г.-кремний реагирует с кислородом

5.+4.

Д.-при взаимодействии углерода с кремнием

углерод является……

6. +2.

Е.-кремний проявляет только окислительные

свойства

7. -4.

Ж.-в соединении СаС₂ углерод проявляет степень окисления…

8. -1.

… З.-при взаимодействии кремния с металлами кремний является….

9. 4.

И.-при взаимодействии углерода с кислородом углерод может проявлять степень окисления -4.

0.не знаю.

Дальнейшее развитие полупроводниковой индустрии может резко замедлиться

02.03.2019.

Не исключен сценарий, по которому переход на нормы выпуска полупроводников с узлами порядка 1 нм займет не менее десятилетия, однако существует и более мрачная вероятность того, что развитие технологий споткнется уже на нормах 3 нм в связи с отсутствием подходящих материалов для изготовления фоторезистов, сообщил портал EE Times со ссылкой на итоги панельной дискуссии специалистов в рамках ежегодной конференции по проблемам литографии SPIE Advanced Lithography 2019.

Изначально участники сессии планировали отметить факт предсказанной ранее «смерти» Закона Мура (Moore’s Law), по которому число транзисторов на кристалле чипа удваивается каждые 24 месяца. Однако по итогам встречи ее участники отметили растущее в индустрии беспокойство относительно неопределенности с технологиями производства следующих поколений чипов, завязанных, в свою очередь, на растущее число нерешенных технологических проблем.

По словам Гарри Левинсона (Harry Levinson), специалиста по литографии AMD и GlobalFoundries с более чем 30-летним стажем, не за горами момент «смерти» полупроводниковой литографии.

«Мы делаем успехи, однако при экстраполировании до размеров менее диаметра атома кремния технологиям детализации с помощью литографии придет конец, — заявил он. (Радиус атома кремния составляет 111 пм).

Технологические проблемы полупроводниковой индустрии

Фоторезисты представляют собой разновидность светочувствительных полимеров, которые в процессе изготовления микросхем наносятся на кремниевую пластину. Далее производится экспонирование фоторезиста литографической системой через окна фотошаблонов, с последующим «вытравливанием» дорожек на кремниевом кристалле.

В «традиционных» техпроцессах использовались лазерные установки с длиной волны 248 нм или 193 нм – в так называемой «зоне глубокого ультрафиолетового» спектра (Deep UV), которая граничит с воспринимаемым человеческим глазом диапазоном частот: от условной «фиолетовой» границы 380 нм до «красной» границы 780 нм.

В сочетании со специальными фазосдвигающими фотошаблонами и иммерсионной технологией (погружение в жидкость), такие фоторезисты позволяли формировать узлы чипов до 14 нм

При переходе к нормам 10 нм обострились все проблемы такого технологического комплекса. Фазосдвигающие фотошаблоны, чудом справлявшиеся с формированием узлов 14 нм при облучении лазером с длиной волны 193 нм за счет интерференции, столкнулись с физическими ограничениями при переходе к нормам 10 нм, в результате чего процент выхода готовой продукции с пластины резко снизился. Именно эти ограничения, в частности, стали камнем преткновения при переходе Intel к нормам 10 нм.

Переход к использованию экспонирующих установок с лазерами диапазона EUV («крайнего», или «жесткого» ультрафиолета) с длиной волны 13,5 нм (пограничная область с рентгеновским излучением) облегчил процесс экспонирования фоторезистов, однако занял почти два десятилетия. В дополнение, при нормах 10 нм и менее стал критичен ряд других характеристик фоторезистов – неоднородность, фоточувствительность и т.д.

При освоении более прецизионных технологических норм – от 5 нм и менее, размеры узлов микросхем становятся сравнимы с десятками и даже единицами диаметров атомов кремния. Переход на «атомарные» нормы техпроцесса вносит физические ограничения, решить которые с помощью литографии и современных фотомасок невозможно.

Литография экстремального ультрафиолета: 7 нм и меньше

В рамках панельной дискуссии Тони Йен (Tony Yen), вице-президент голландской ASML (ведущий мировой производитель литографического оборудования для полупроводникового производства), отметил, что возможности пленочных фоторезистов категории CAR (chemically amplified resist – резисты с химической амплификацией), широко используемых с 1980-х годов, когда в ходу была литография 248 нм, по настоящее время, с литографией экстремального ультрафиолета (EUV, Extreme ultraviolet lithography) с узлами 7 нм, похоже, исчерпали свои возможности.

Литографическая система ASML EUV

В настоящее время Samsung уже начал производство чипов 7 нм с применением литографии EUV. Ожидается, что TSMC начнет выпуск своей продукции с нормами порядка 7 нм и использованием экстремального ультрафиолета ближе к июню 2019 г.

Со своей стороны, ASML обещает поставить обоим компаниям до конца 2019 г. обновленные системы EUV класса 3400C, которые смогут обеспечить более высокую скорость и качество на выходе – до 170 пластин в час при содержании рабочей продукции более 90%.

ASML в 2019 г. намерена обновить свои системы EUV

По мнению Тони Чена, современные фоторезисты вполне пригодны для норм 7 нм, и [может быть] даже для следующего техпроцесса (5 нм). Однако при переходе к нормам 3 нм понадобятся более чувствительные материалы. По его мнению, пришла пора всерьез обратить внимание на новые платформы, такие как «молекулярные резисты».

Рынок важнейших химреактивов для полупроводниковой промышленности, оцениваемый сейчас менее чем в $1 млрд ежегодно, должен измениться, считает Тони Чен. Более разумным подходом, по его мнению, была бы совместная согласованная разработка с этапом без взаимной конкуренции, с последующим лицензированием технологий производителям коммерческих партий фоторезистов.

По такому пути уже пошли компании imec и KMLabs, которые сформировали совместную лабораторию AttoLab для разработки резистов под следующие поколения систем EUV, пишет EE Times.

В настоящее время исследователи AttoLab изучают характеристики резистов при фотонной бомбардировке во временных рамках пико- и аттосекунд. Помимо радиационной химии, в лаборатории готовы рассмотреть любые, даже невероятные по нынешним меркам технологии, включая квантовые явления. «Пока что это чистая наука, но из нее вполне могут зародиться новые технологии», — отметил Джон Петерсен (John Petersen), главный научный сотрудник imec, принимающий участие в работе лаборатории.

Представитель ASML также поднял вопрос о качестве фоторезистов как одном из эффективных способов снизить стохастические (случайные) ошибки, число которых значительно возрастает при переходе к нормам 5 нм и, таким образом, значительно снижает потенциальный уровень выхода годной продукции.

По словам Тони Йена, стохастические ошибки представляют гораздо большую проблему, нежели при литографии с длиной волны 193 нм, однако в определенной степени с ними можно бороться увеличением излучаемой мощности. В настоящее время планы ASML предусматривают переход к производству систем EUV мощностью 500 Вт. Такие системы в сочетании с более высокой числовой апертурой (High NA) обеспечат более четкое качество проекции, и таким образом помогут бороться со стохастическими ошибками.

Технологический прогресс систем EUV компании ASML

Специалисты из imec, в свою очередь, менее оптимистичны. Они, в частности отметили, что реальных решений для борьбы с высоким количеством дефектов в ближайшем будущем пока не просматривается.

Альтернативные пути наращивания производства

Среди решений, призванных компенсировать снижение выхода годной продукции из-за потенциального выхода из строя одного из миллиарда физических контактов в чипе, особое внимание уделяется разработке трехмерных структур.

По мнению Роба Эйткена (Rob Aitken), представителя ARM, основная сложность заключается в проектировании полупроводниковых структур в 3D, для этого потребуются новые методики разработки микроархитектуры. По его словам, разработчики готовятся перейти с нынешнего стандарта в 12 ячеек с девятью дорожками к ячейкам, использующим только четыре дорожки.

По итогу дискуссии все ее участники сошлись во мнении о том, что переход на кремниевые пластины 450 мм (современный стандарт 300 мм и менее) и девятидюймовые сетки является тупиковой ветвью развития индустрии, особенно с учетом высокой стоимости инвестиций и невысокой скорости окупаемости этих технологий.

«Несколько лет назад мы создали [пластины] 450 мм, но требуется целая экосистема, без которой ничего не получится», — отметил Рич Уайз (Rich Wise) из Lam Research.

В конце дискуссии Крис Мэк (Chris Mack), ветеран литографической индустрии и один из модераторов, так резюмировал итоги встречи: «Лучший способ обойти ограничения – изменить парадигму. Кирпичную стену, которая зачастую находится в нашем сознании, смогут сдвинуть инновации».

Источник: cnews

Si — Кремний

(L. silicis, кремний) Дэви в 1800 году считал кремнезем составом, а не элементом; позже, в 1811 году, Гей Люссак и Тенар, вероятно, получили нечистый аморфный кремний путем нагревания калия с тетрафторидом кремния.

В 1824 году Берцелиус, которому обычно приписывают это открытие, получил аморфный кремний тем же самым общим методом и очистил продукт, удалив фторсиликаты путем многократных промывок.Девиль в 1854 году впервые получил кристаллический кремний, вторую аллотропную форму элемента.

Кремний присутствует в Солнце и звездах и является основным компонентом класса метеоритов, известных как аэролиты. Он также входит в состав тектитов — природного стекла неопределенного происхождения.

Кремний составляет 25,7% земной коры по массе и является вторым по распространенности элементом, уступая только кислороду. Кремний не встречается в природе в свободном виде, но встречается в основном в виде оксида и силикатов.Песок, кварц, горный хрусталь, аметист, агат, кремень, яшма и опал — вот некоторые из форм, в которых появляется оксид. Гранит, роговая обманка, асбест, полевой шпат, глина, слюда и т. Д. — это лишь некоторые из многочисленных силикатных минералов.

Кремний получают в промышленных масштабах путем нагрева диоксида кремния и углерода в электрической печи с использованием угольных электродов. Для приготовления элемента можно использовать несколько других методов. Аморфный кремний может быть получен в виде коричневого порошка, который можно легко расплавить или испарить. Процесс Чохральского обычно используется для производства монокристаллов кремния, используемых в твердотельных или полупроводниковых устройствах.Сверхчистый кремний может быть получен термическим разложением сверхчистого трихлорсилана в атмосфере водорода и методом вакуумной флотационной зоны.

— Энциклопедия Нового Света

Не путать с силиконом.

Кремний (символ химического элемента Si, атомный номер 14) является членом группы химических элементов, классифицируемых как металлоиды. Он менее реактивен, чем его химический аналог углерод. Это восьмой самый распространенный элемент во Вселенной (по массе) и второй по распространенности элемент (после кислорода) в земной коре, составляя 25,7% коры по массе. Иногда он встречается в природе как чистый свободный элемент, но более широко распространен в пыли, планетоидах и планетах в виде различных форм диоксида или силиката кремния.

В различных биологических системах кремний является важным элементом. Хотя животным необходимы лишь крошечные его следы, он гораздо важнее для метаболизма растений, особенно многих трав. Кроме того, кремниевая кислота (семейство химических соединений кремния, водорода и кислорода) составляет основу множества защитных панцирей диатомовых водорослей.

Кремний находит множество промышленных применений. Элементный кремний является основным компонентом большинства полупроводниковых устройств, особенно интегральных схем или микрочипов.«Учитывая его важность в производстве полупроводников и высокотехнологичных устройств, его название было использовано для обозначения высокотехнологичного региона, известного как Силиконовая долина в Калифорнии. В форме кремнезема и силикатов кремний образует полезные стекла, цементы и керамику. также входит в состав силиконов, группы различных синтетических пластических веществ, состоящих из кремния, кислорода, углерода, германия и водорода.

Учитывая, что некоторые свойства кремния аналогичны свойствам углерода, некоторые люди предположили возможность существования живых организмов на основе кремния.Эта возможность, однако, кажется маловероятной по ряду причин, включая отсутствие «кремниевого цикла» (аналогичного углеродному циклу), отсутствие подходящего растворителя для соединений кремния (аналога воды, растворяющей органические соединения) и неспособность кремния образовывать разнообразные соединения, необходимые для живых систем.

Происшествие

По массе кремний составляет 25,7% земной коры и является вторым по распространенности элементом на Земле после кислорода.Чистые кристаллы кремния встречаются в природе лишь изредка; их можно найти в виде включений с золотом и в вулканических выбросах. Кремний обычно находится в форме диоксида кремния (также известного как диоксид кремния) и силиката.

Кремнезем встречается в минералах, состоящих из (практически) чистого диоксида кремния в различных кристаллических формах. Песок, аметист, агат, кварц, горный хрусталь, халцедон, кремень, яшма и опал — вот некоторые из форм, в которых появляется диоксид кремния. Они известны как «литогенные» (в отличие от «биогенных») кремнеземы.

Кремний также встречается в виде силикатов (различных минералов, содержащих кремний, кислород и тот или иной металл). Эти минералы встречаются в глине, песке и различных типах горных пород, таких как гранит и песчаник. Асбест, полевой шпат, глина, роговая обманка и слюда — это лишь некоторые из многих силикатных минералов.

Кремний является основным компонентом аэролитов, которые относятся к классу метеороидов, а также входит в состав тектитов, естественной формы стекла.

Этимология и история

Название «кремний» происходит от латинского слова silx, , означающего «кремень» или «твердый камень», что соответствует материалам, которые сейчас называются «кремнеземом» или «силикатами».«Впервые он был идентифицирован Антуаном Лавуазье в 1787 году как компонент силекса, , но Хамфри Дэви (в 1800 году) ошибочно принял его за соединение. В 1811 году Гей-Люссак и Луи Жак Тенар, вероятно, получили нечистый аморфный кремний путем нагревания. калия с тетрафторидом кремния. Первым, кто идентифицировал его как элемент, был Йенс Якоб Берцелиус в 1823 году. В следующем году Берцелиус получил аморфный кремний, используя примерно тот же метод, что и Гей-Люссак. Он также очистил продукт путем многократной промывки .

Известные характеристики

В периодической таблице кремний находится в группе 14 (бывшая группа 4A), между углеродом и германием. Кроме того, он находится в периоде 3, между алюминием и фосфором. Элементарный кремний имеет серый цвет и металлический блеск, который увеличивается с увеличением размера кристалла.

Электронная конфигурация внешней оболочки атома кремния такая же, как и у атома углерода — оба типа атомов имеют четыре связывающих электрона. Следовательно, оба элемента четырехвалентны (каждый атом связывает до четырех других атомов) и обладают некоторыми химическими свойствами.Оба являются полупроводниками, легко жертвуя или разделяя свои четыре внешних электрона, что позволяет создавать различные формы химической связи.

Кремний похож на стекло в том, что он прочный, но хрупкий и склонен к сколам. Хотя это относительно инертный элемент, кремний реагирует с галогенами и разбавленными щелочами. Большинство кислот (за исключением некоторых гиперреактивных комбинаций азотной кислоты и плавиковой кислоты) не влияют на него.

Кремний широко используется в полупроводниках, потому что он остается полупроводником при более высоких температурах, чем полупроводниковый германий, и потому, что его собственный оксид легко выращивается в печи и образует лучшую поверхность раздела полупроводник / диэлектрик, чем почти все другие комбинации материалов.Электрическое сопротивление монокристаллического кремния значительно изменяется под действием механического напряжения из-за того, что называется «пьезорезистивным эффектом».

Изотопы

имеет много известных изотопов с массовыми числами от 22 до 44. Из них стабильными изотопами являются ²⁸ Si (самый распространенный изотоп, 92,23 процента), ²⁹ Si (4,67 процента) и ³⁰ Si (3,1%). Кроме того, ³² Si представляет собой радиоактивный изотоп, образующийся при распаде аргона.Его период полураспада составляет приблизительно 170 лет (0,21 МэВ), и он распадается за счет бета-излучения до ³² P (с периодом полураспада 14,29 дней ^[1] ), а затем до ³² С.

Соединения

Примеры соединений кремния:

• Силикаты
• Силан (SiH ₄ )
• Кремниевая кислота (H ₄ SiO ₄ )
• Карбид кремния (SiC)
• Диоксид кремния (SiO ₂ )
• Тетрахлорид кремния (SiCl ₄ )
• Тетрафторид кремния (SiF ₄ )
• Трихлорсилан (HSiCl ₃ )

Производство

Кремний коммерчески получают реакцией кремнезема высокой чистоты с древесиной, древесным углем и углем в электродуговой печи с использованием угольных электродов.При температурах выше 1900 ° C углерод восстанавливает кремнезем до кремния в соответствии с химическим уравнением

SiO ₂ + C → Si + CO ₂ .

Жидкий кремний собирается на дне печи, а затем сливается и охлаждается. Кремний, полученный с помощью этого процесса, называется «кремнием металлургического качества» и имеет чистоту не менее 98%. Используя этот метод, можно образовывать карбид кремния SiC. Однако при условии, что количество SiO ₂ остается высоким, карбид кремния может быть исключен, как объясняется этим уравнением:

2 SiC + SiO ₂ → 3 Si + 2 CO.

В 2005 году кремний металлургического качества стоил около 0,77 доллара за фунт (1,70 доллара за кг). ^[2]

Очистка

Использование кремния в полупроводниковых устройствах требует гораздо большей чистоты, чем кремний металлургического сорта. Исторически сложилось так, что для производства кремния высокой чистоты использовался ряд методов.

Физические методы

Ранние методы очистки кремния основывались на том факте, что если кремний плавится и повторно затвердевает, последние части массы, которые должны затвердеть, содержат большую часть примесей.Самый ранний метод очистки кремния, впервые описанный в 1919 году и использовавшийся в ограниченных масштабах для изготовления компонентов радара во время Второй мировой войны, включал дробление кремния металлургического качества с последующим частичным растворением кремниевого порошка в кислоте. При раздавливании кремний треснул, так что более слабые богатые примесями области оказались на внешней стороне образовавшихся зерен кремния. В результате кремний, богатый примесями, первым растворился при обработке кислотой, оставив после себя более чистый продукт.

При зонной плавке, также называемой зонным рафинированием, первом методе очистки кремния, который будет широко использоваться в промышленности, стержни из кремния металлургического качества нагреваются до плавления с одного конца. Затем нагреватель медленно перемещается по длине стержня, сохраняя небольшую длину стержня в расплавленном состоянии, пока кремний охлаждается и снова затвердевает за ним. Поскольку большинство примесей, как правило, остаются в расплавленной области, а не повторно затвердевают, по завершении процесса большая часть примесей в стержне переместится в конец, который расплавился последним.Затем этот конец отрезают и выбрасывают, и процесс повторяется, если требуется еще более высокая чистота.

Химические методы

Сегодня кремний очищают, превращая его в соединение кремния, которое очистить легче, чем сам кремний, а затем превращая этот кремниевый элемент обратно в чистый кремний. Трихлорсилан — это соединение кремния, наиболее часто используемое в качестве промежуточного продукта, хотя также используются тетрахлорид кремния и силан. Когда эти газы продуваются над кремнием при высокой температуре, они разлагаются до кремния высокой чистоты.

Когда-то компания DuPont производила сверхчистый кремний путем реакции тетрахлорида кремния с парами высокочистого цинка при 950 ° C с получением кремния в соответствии с химическим уравнением

SiCl ₄ + 2 Zn → Si + 2 ZnCl ₂ .

Однако этот метод имел практические проблемы (такие как отверждение побочного продукта хлорида цинка и засорение линий), и в конечном итоге от него отказались в пользу процесса Сименс.

В процессе Siemens стержни из высокочистого кремния подвергаются воздействию трихлорсилана при температуре 1150 ° C.Газ трихлорсилан разлагается и осаждает дополнительный кремний на стержнях, увеличивая их размеры в соответствии с химическими реакциями, такими как

2 HSiCl ₃ → Si + 2 HCl + SiCl ₄ .

Кремний, полученный этим и подобными способами, называется поликристаллическим кремнием . Поликристаллический кремний обычно имеет уровни примесей менее 10 ^-9 .

В 2006 году Renewable Energy Corporation (REC) объявила о строительстве завода по технологии псевдоожиженного слоя с использованием силана. ^[3]

3SiCl ₄ + Si + 2H ₂ → 4HSiCl ₃

4HSiCl ₃ → 3SiCl ₄ + SiH ₄

SiH ₄ → Si + 2H ₂

Кристаллизация

Большинство кристаллов кремния, выращиваемых для производства устройств, производятся с помощью процесса Чохральского (CZ-Si), потому что это самый дешевый из доступных методов и позволяет производить большие кристаллы. Однако монокристаллы кремния, выращенные методом Чохральского, содержат примеси, поскольку тигель, в котором находится расплав, растворяется.Для некоторых электронных устройств, особенно тех, которые требуются для мощных приложений, кремний, выращенный методом Чохральского, недостаточно чист. Для этих применений вместо него можно использовать кремний с плавающей зоной (FZ-Si). Однако стоит отметить, что выращивать крупные кристаллы методом флоат-зоны сложно. Сегодня все бездислокационные кристаллы кремния, используемые в полупроводниковой промышленности, диаметром 300 мм и более выращиваются методом Чохральского со значительно улучшенным уровнем чистоты.

Приложения

Как второй по распространенности элемент на Земле, кремний — очень полезный элемент, жизненно важный для многих отраслей человеческой деятельности и влияющий на большую часть современной жизни. Например, он является основным компонентом стекла, бетона и многих видов цемента. Кроме того, одно из его наиболее ценных применений заключается в том, что он формирует фундаментальную основу при производстве электронных устройств, таких как интегральные схемы и силовые транзисторы. Кроме того, этот элемент и его соединения находят широкое применение во взрывчатых веществах и пиротехнике. ^[4] . Кремний также используется в механических уплотнениях, герметиках и высокотемпературных смазках на основе силикона.

Сплавы

• Наибольшее применение чистого (металлургического) кремния — это алюминиево-кремниевые сплавы, часто называемые «легкими сплавами», для производства литых деталей, в основном для автомобильной промышленности. (Это составляет около 55% мирового потребления чистого кремния.)
• Второй по величине вид применения чистого кремния — это сырье для производства силиконов (около 40% мирового потребления кремния)
• Чистый кремний также используется для производства сверхчистого кремния для электронных и фотоэлектрических приложений:
  • Полупроводник: Сверхчистый кремний можно легировать другими элементами, чтобы регулировать его электрический отклик, контролируя количество и заряд (положительный или отрицательный) носителей тока.Такой контроль необходим для транзисторов, солнечных элементов, микропроцессоров, полупроводниковых детекторов и других полупроводниковых устройств, которые используются в электронике и других высокотехнологичных приложениях.
  • Фотоника: Кремний можно использовать в качестве рамановского лазера непрерывного действия для получения когерентного света. (Хотя в качестве источника света он неэффективен.)
  • ЖК-дисплеи и солнечные элементы: гидрогенизированный аморфный кремний широко используется в производстве недорогой электроники большой площади в таких приложениях, как ЖК-дисплеи.Он также показал себя многообещающим для недорогих тонкопленочных солнечных элементов большой площади.
• Сталь и чугун: Кремний является важным компонентом некоторых сталей и используется в процессе производства чугуна. Он вводится в виде сплавов ферросилиция или силикокальция.

Соединения

• Строительство: Диоксид кремния или кремнезем в форме песка и глины является важным ингредиентом бетона и кирпича, а также используется для производства портландцемента.
• Керамика / Эмаль — это огнеупорный материал, используемый в производстве высокотемпературных материалов, а его силикаты используются для изготовления эмалей и гончарных изделий.
• Стекло: Кремнезем из песка является основным компонентом стекла. Стеклу можно придать самые разные формы и различные физические свойства. Кремнезем используется в качестве основного материала для изготовления оконных стекол, контейнеров, изоляторов и многих других полезных предметов.
• Абразивы: Карбид кремния — один из самых важных абразивов.
• Медицинские материалы: силиконы — это эластичные соединения, содержащие связи кремний-кислород и кремний-углерод; они широко используются в таких приложениях, как имплантаты искусственной груди и контактные линзы. Силиконы также используются во многих других областях.
• Silly Putty изначально изготавливали путем добавления борной кислоты в силиконовое масло. Теперь известная торговая марка Silly Putty также содержит значительное количество элементарного кремния. (Кремний связывается с силиконом и позволяет материалу отскакивать на 20 процентов выше.)

Различные формы кремния

Можно заметить изменение цвета нанопорошка кремния. Это вызвано квантовыми эффектами, которые возникают в частицах нанометровых размеров. См. Также «Потенциальная яма», «Квантовая точка» и «Наночастица».

Жизнь на основе кремния

Учитывая, что кремний похож на углерод, особенно по его валентности, некоторые размышляли о возможности жизни на основе кремния.Например, А. Г. Кэрнс-Смит предположил, что первые живые организмы могли быть формами глинистых минералов, которые, вероятно, основывались на атоме кремния.

Хотя не существует известных форм жизни, которые полностью полагаются на химию на основе кремния, есть некоторые, которые полагаются на минералы кремния для определенных функций. Некоторые бактерии и другие формы жизни, такие как простейшие радиолярии, имеют скелет из диоксида кремния, а у морского ежа шипы из диоксида кремния. Эти формы диоксида кремния известны как биогенный кремнезем.Силикатные бактерии используют силикаты в своем метаболизме.

Тем не менее, жизнь в том виде, в котором она известна сегодня, не могла возникнуть на основе кремниевой биохимии. Основная причина в том, что жизнь на Земле зависит от углеродного цикла: автотрофные организмы используют углекислый газ для синтеза органических соединений с углеродом, который затем используется в пищу гетеротрофными организмами, которые производят энергию и углекислый газ из этих соединений. Если бы углерод был заменен кремнием, возникла бы необходимость в кремниевом цикле , с участием диоксида кремния.Однако, в отличие от диоксида углерода, диоксид кремния представляет собой твердое вещество, которое не растворяется в воде и не может переноситься через живые системы обычными биологическими средствами. Следовательно, для поддержания жизненных форм на основе кремния потребуется другой растворитель. Было бы трудно (если не невозможно) найти другое распространенное соединение с необычными свойствами воды, которые делают ее идеальным растворителем для жизни на основе углерода.

Более крупные соединения кремния (силаны), аналогичные обычным углеводородным цепям, обычно нестабильны из-за большего атомного радиуса кремния и, соответственно, более слабой связи кремний-кремний.Силаны легко и часто бурно разлагаются в присутствии кислорода, что делает их непригодными для окислительной атмосферы, такой как наша собственная. Более того, в отличие от углерода, кремний не имеет тенденции к образованию двойных и тройных связей.

Некоторые кремниевые кольца (циклосиланы) были синтезированы и аналогичны циклоалканам, образованным углеродом, но циклосиланы встречаются редко, тогда как циклоалканы широко распространены. Синтез циклосиланов сопряжен с трудностями, присущими получению любого силанового соединения.С другой стороны, углерод легко образует пяти-, шести- и семичленные кольца различными путями, даже в присутствии кислорода.

Неспособность кремния легко образовывать множественные связи, длинные силановые цепи и кольца сильно ограничивает разнообразие соединений, которые могут быть синтезированы из него. В известных условиях химия кремния просто не может приблизиться к разнообразию органической химии, решающего фактора роли углерода в биологии.

Некоторые считают, что жизнь на основе кремния существует на вычислительной подложке.Эта концепция, которую еще предстоит изучить в основных технологиях, широко освещается авторами научной фантастики.

Банкноты

1. ↑ Science Gateway, Phosphorus-32. Проверено 11 августа 2007 года.
2. ↑ US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, Кремний. Проверено 11 августа 2007 года.
3. ↑ Renewable Energy Corporation, Analyst Silicon Field Trip, 28 марта 2007 г. Проверено 11 августа 2007 г.
4. ↑ E.-C.Кох, Д. Клемент. Специальные материалы в пиротехнике: VI. Кремний — старое топливо с новыми перспективами. Проверено 11 августа 2007 года.

Список литературы

• Коттон, Ф. Альберт и Джеффри Уилкинсон. 1980. Продвинутая неорганическая химия. Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471027758
• Чанг, Раймонд. 2006. Химия. Нью-Йорк: McGraw-Hill Science / Engineering / Math. ISBN 0073221031
• Гринвуд, Н. Н. и А. Эрншоу. 1998. Химия элементов. Берлингтон, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, Elsevier Science. ISBN 0750633654
• Юци, Питер и Ульрих Шуберт. 2003. Химия кремния: от атома к расширенным системам . Нью-Йорк: Вили. ISBN 3527306471
• Лос-Аламосская национальная лаборатория. Кремний. Проверено 7 октября, 2015.
• Siffert, P. and E. Krimmel, eds. 2004. Кремний: эволюция и будущее технологии . Берлин: Springer. ISBN 3540405461

Внешние ссылки

Все ссылки получены 4 ноября 2019 г.

Кредиты

New World Encyclopedia Писатели и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, и на самоотверженных добровольцев, вносящих вклад в Фонд Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

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

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 Хамфри 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 кремний . ^{(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 на , потому что 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 образован звездами 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 он очень хрупкий с заметным металлическим блеском.

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

Твердая форма кремния 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 микросхемы — 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, так как 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 подобными резине свойствами, силиконы часто используются в посуде, медицине (имплантаты), а также в качестве герметиков, клеев, смазок и для изоляции.

Численность и изотопы

Содержание 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 долл. США.14 на 100 г

Источник: Кремний — второй по содержанию элемент в земной коре после кислорода и восьмой по содержанию элемент 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 Сименса; 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.

Процитируйте 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.
. 

Частей Периодической таблицы

Данные взяты из Джона Эмсли, Элементы , 3-е издание. Оксфорд: Clarendon Press, 1998.

Атомный радиус — это расстояние от ядра атом к крайние электроны. Поскольку орбитали вокруг атома равны определяется в терминах распределения вероятностей в квантовой механике, и не имеют фиксированные границы, определить, где «останавливается» атом, не очень просто. Сравнивая длину связи количество репрезентативных соединений элемента, средний размер для большинства атомов можно определить.

Атомный радиус можно определить и другими способами. Радиус Ван-дер-Ваальса (также известный как несвязывающий атомный радиус ) является радиус атома, который не связан с другими атомами; это определяется путем измерения расстояния между атомными ядрами, которые в прямом, но не связывающем контакте друг с другом в кристалле решетка. Ковалентный атомный радиус (также известный как атомный радиус связи ) для металлов определяется с учетом половина расстояния между двумя соседними атомами в металлическом кристалл, или половина расстояния между одинаково связанными атомами для неметаллы.

К сожалению, определить радиус для каждый элемент периодической таблицы одинаков, и следовательно, иногда бывает трудно сравнивать разные наборы данных. В таблице выше большинство атомных Указанные радиусы являются средними атомными радиусами, а для галогенов (Группа 7A) и благородных газов (группа 8A) используется ковалентный радиус.

Радиусы атомов в периодической таблице изменяются предсказуемым образом. Как видно на рисунках ниже, атомный радиус увеличивается. сверху вниз в группе , а убывает слева направо прямо через период . Таким образом, гелий — самый маленький элемент, а франций — самый крупный.

• Сверху вниз в группе, орбитали соответствуют более высокие значения главного квантового числа ( n ) добавлены, которые в среднем находятся дальше от ядра, таким образом заставляя размер атома увеличиваться.
• Слева направо в течение периода больше протонов добавляется к ядру, но добавляемые электроны добавляются к валентной оболочке, а не к нижнему уровни энергии. По мере того, как к ядру добавляется больше протонов, электроны в валентной оболочке ощущают более высокую эффективность. ядерный заряд — сумма зарядов на протонах в ядро и заряды на внутренних, остовных электронах. (См. Рисунок ниже). Таким образом, валентные электроны удерживаются более плотно, и размер атома сокращается через период.

На следующих диаграммах показаны общие тенденции радиусов атомов:

Периодическая таблица в KnowledgeDoor

Ссылки (Щелкните рядом со значением выше, чтобы увидеть полную информацию о цитировании для этой записи)

Олбрайт, Томас А., и Джереми К. Бёрдетт. Проблемы теории молекулярных орбиталей. Нью-Йорк: Oxford University Press, 1992.

Аллен, Лиланд К. «Электроотрицательность — это средняя энергия одного электрона валентной оболочки в свободных атомах в основном состоянии». Журнал Американское химическое общество, том 111, номер 25, 1989 г., стр. 9003–9014. doi: 10.1021 / ja00207a003

Аллен, Леланд К. «Электроотрицательность — это средняя одноэлектронная энергия электронов валентной оболочки в основных свободных атомах.»Журнал Американское химическое общество, том 111, номер 25, 1989 г., стр. 9003–9014. DOI: 10.1021 / ja00207a003

Allred, A. L. «Значения электроотрицательности из термохимических данных». Журнал неорганической и ядерной химии, том 17, № 3-4, 1961, с. 215–221. DOI: 10.1016 / 0022-1902 (61) 80142-5

Allred, A. L. и E. G. Rochow. «Шкала электроотрицательности, основанная на электростатической силе». Журнал неорганических и ядерных Химия, том 5, номер 4, 1958 г., стр.264–268. DOI: 10.1016 / 0022-1902 (58) 80003-2

Андерс, Эдвард и Николас Гревесс. «Изобилие элементов: метеоритное и солнечное». Geochimica et Cosmochimica Acta, том 53, номер 1, 1989 г., стр. 197–214. DOI: 10.1016 / 0016-7037 (89)-X

Барсан, Майкл Э., редактор. Карманный справочник NIOSH по химической опасности. Цинциннати, Огайо: NIOSH Publications, 2007.

Batsanov, S. S. «Ван-дер-Ваальсовые радиусы элементов». Неорганические материалы, том 37, номер 9, 2001 г., стр.871–885. См. Реферат

Bearden, J. A., and A. F. Burr. «Переоценка рентгеновских уровней атомной энергии». Обзоры современной физики, том 39, номер 1, 1967 г., стр. 125–142. DOI: 10.1103 / RevModPhys.39.125

Блондель, Кристоф, Кристиан Дельсарт и Фабьен Гольдфарб. «Электронная спектрометрия на уровне мкэВ и сродство к электрону Si и F.» Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика, том 34, номер 9, 2001 г., стр. L281 – L288. DOI: 10.1088 / 0953-4075 / 34/ 9/ 101

Бонди, А.«Объемы и радиусы Ван дер Ваальса». Журнал физической химии, том 68, номер 3, 1964 г., стр. 441–451. DOI: 10.1021 / j100785a001

Боуэн, Х. Дж. М. Экологическая химия элементов. Лондон: Academic Press, Inc., 1979.

Бойд, Рассел Дж. И Кеннет Э. Эджкомб. «Атомные и групповые электроотрицательности из распределений электронной плотности молекул». Журнал Американского химического общества, том 110, номер 13, 1988 г., стр. 4182–4186. DOI: 10.1021 / ja00221a014

Братч, Стивен Г.»Пересмотренные значения электроотрицательности по Малликену: I. Расчет и преобразование в единицы Полинга «. Журнал химического образования, том 65, номер 1, 1988 г., стр. 34–41. doi: 10.1021 / ed065p34

Кардарелли, Франсуа. Справочник по материалам: краткий Настольный справочник, 2-е издание. Лондон: Springer – Verlag, 2008.

Кардона, М. и Л. Лей, редакторы. Фотоэмиссия в твердых телах I: общие принципы. Берлин: Springer-Verlag, 1978.

Чанг, К. Дж., Мишель М. Дакорогна, Марвин Л.Коэн, Ж. М. Миньо, Ж. Шуто и Дж. Мартинес. «Сверхпроводимость в металлических фазах Si высокого давления». Physical Review Letters, том 54, номер 21, 1985 г., стр. 2375–2378. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.54.2375

Чейз, Малкольм В., редактор. Монография JPCRD № 9: Термохимические таблицы NIST-JANAF (Часть I и Часть II). Вудбери, штат Нью-Йорк: Американское химическое общество и Американский институт физики, 1998.

Chauvin, Remi. «Явный периодический тренд радиусов Ван-дер-Ваальса.»The Journal of Physical Chemistry, volume 96, number 23, 1992, pp. 9194–9197. Doi: 10.1021 / j100202a023

Clementi, E., and DL Raimondi.» Константы атомного скрининга из функций SCF. «Journal of Химическая физика, том 38, номер 11, 1963, стр. 2686–2689. Doi: 10.1063 / 1.1733573

Коэн, Э. Ричард, Дэвид Р. Лид и Джордж Л. Тригг, редакторы. 3-е издание. Нью-Йорк: Springer-Verlag New York, Inc., 2003.

Connelly, Neil G., Туре Дамхус, Ричард М. Хартсхорн и Алан Т. Хаттон. Номенклатура неорганической химии: Рекомендации ИЮПАК 2005. Кембридж: RSC Publishing, 2005.

Кордеро, Беатрис, Вероника Гомес, Ана Э. Платеро-Пратс, Марк Ревес, Хорхе Эчеверрия, Эдуард Кремадес, Флавиа Барраган и Сантьяго. «Ковалентные радиусы еще раз». Dalton Transactions, номер 21, 2008 г., стр. 2832–2838. DOI: 10.1039 / b801115j

Кросвелл, Кен. Алхимия Небес. Нью-Йорк: Якорные книги, 1995.

де Подеста, Майкл. Понимание свойств Дело, 2-е изд. Лондон: Тейлор и Фрэнсис, 2002.

Донохью, Джерри. Структуры элементов, 2-е издание. Малабар, Флорида: издательство Robert E. Krieger Publishing Company, 1974.

Dronskowski, Richard. Вычислительная химия твердотельных материалов. Вайнхайм, Германия: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.

Эббинг, Даррелл Д. и Стивен Д. Гаммон. Общая химия, 8-е издание.Бостон, Массачусетс: Компания Houghton Mifflin, 2005.

Эмсли, Джон. Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета, 2003.

Эмсли, Джон. Элементы, 3-е издание. Oxford: Oxford University Press, 1998.

Файерстоун, Ричард Б. Таблица изотопов, 8-е издание, том 2. Под редакцией Вирджинии С. Ширли с помощниками редакторов Корал М. Баглин, С. Ю. Франк Чу и Джин Зипкин. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1996.

Галассо, Фрэнсис С.Структура и свойства неорганических твердых тел. Oxford: Pergamon Press, 1970.

Ghosh, Dulal C., and Kartick Gupta. «Новая шкала электроотрицательности 54 элементов периодической таблицы, основанная на поляризуемости атомов». Журнал теоретической и вычислительной химии, том 5, номер 4, 2006 г., стр. 895–911. DOI: 10.1142 / S0219633606002726

Гринвуд, Н. Н. и А. Эрншоу. Химия элементов, 2-е издание. Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн, 1997.

Гвин Уильямс.Энергии связи электронов. http: // www.jlab.org/ ~ gwyn / ebindene.html . Доступ 30 апреля 2010 г.

Хо, К. Ю., Р. У. Пауэлл и П. Э. Лили. «Тепловой Электропроводность элементов: всесторонний обзор. «Журнал физических и химических справочных данных, том 3, приложение 1, 1974 г., стр. I – 1 — I – 796.

Хорват, А. Л.» Критическая температура элементов и периодическая система . »Журнал химического образования, том 50, номер 5, 1973, стр.335–336. DOI: 10.1021 / ed050p335

Хухи, Джеймс Э., Эллен А. Кейтер и Ричард Л. Кейтер. Неорганическая химия: принципы структуры и реакционной способности, 4-е издание. Нью-Йорк: издательство HarperCollins College Publishers, 1993.

Ihde, Аарон Дж. Развитие современной химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc., 1984.

Международная организация труда (МОТ). Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.ilo.org/ legacy / русский / защита / safework / cis / продукты / icsc / dtasht / _icsc15 / .htm . Доступ 4 мая 2010 г.

Международная организация труда (МОТ). Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.ilo.org/ наследие / английский / защита / safework / cis / продукты / icsc / dtasht / _icsc15 / .htm . Доступ 5 мая 2010 г.

Дженсен, Дж. Э., Р. Б. Стюарт, В. А. Таттл, Х. Брехна и А. Г. Проделл, редакторы.Записная книжка избранных криогенных данных Брукхейвенской национальной лаборатории. БНЛ 10200-Р, т. 1, Брукхейвенская национальная лаборатория, август 1980 г.

Джессбергер, Эльмар К., Александр Христофоридис и Йохен Киссель. «Аспекты основного элементного состава пыли Галлея». Природа, том 332, номер 21, 1988 г., стр. 691–695. DOI: 10.1038 / 332691a0

Кинг, Х. У. «Зависящие от давления аллотропные структуры элементов». Бюллетень фазовых диаграмм сплавов, том 4, номер 4, 1983 г., стр.449–450. DOI: 10.1007 / BF02868110

Киттель, Чарльз. Введение в физику твердого тела, 8-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2005.

Корпинаров Н., Маринов М., Димова-Малиновска Д., Ничев Х., Константинова М. и Васильев Д. «Кремниевые нанопроволоки и усы, полученные с помощью дугового разряда». Journal of Physics: Conference Series, volume 113, 2008, 012007 (5 стр.). DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 113/ 1/ 012007

Краузе, М.О. «Атомные радиационные и безызлучательные выходы для K и L. Shells. «Journal of Physical and Chemical Reference Data», том 8, номер 2, 1979, стр. 307–327.

Li, Y.-H., and JE Schoonmaker. «Химический состав и минералогия морских отложений», стр. 1–36 в «Отложениях, диагенезе и осадочных породах». Под редакцией Фреда Т. Маккензи. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Либофф, Ричард Л. Введение в квантовую механику, 3-е издание. Ридинг, Массачусетс: Addison Wesley Longman, Inc., 1998.

Лиде, Дэвид Р., редактор. CRC Справочник по химии и физике, 88-е издание. Бока-Ратон, Флорида: Taylor & Francis Group, 2008.

Маделунг, Отфрид, редактор. Полупроводники — Основные данные, 2-е издание. Берлин: Springer – Verlag, 1996.

Манн, Джозеф Б., Терри Л. Мик и Леланд К. Аллен. «Конфигурация Энергии основных элементов группы. «Журнал Американского химического общества, том 122, номер 12, 2000 г., стр. 2780–2783. Doi: 10.1021 / ja992866e

Мануэль, О., редактор. Происхождение элементов в Солнце Система: последствия наблюдений после 1957 года. Нью-Йорк: Kluwer Academic Publishers, 2000.

Маршалл, Джеймс Л. Открытие элементов: поиск фундаментальных принципов Вселенной, 2-е издание. Бостон, Массачусетс: Pearson Custom Publishing, 2002.

Мартин У. К. «Электронная структура элементов». Европейский физический журнал C — Частицы и поля, том 15, номер 1–4, 2000 г., стр. 78–79. DOI: 10.1007 / BF02683401

Martin, W.К. и Ромуальд Залубас. «Уровни энергии кремния, Si С I по Si XIV. «Journal of Physical and Chemical Reference Data, volume 12, number 2, 1983, pp. 323–380.

McDonough, WF» Compositional Model for the Earth Core. «Pp. 547–568 in The Mantle и Core. Под редакцией Ричарда У. Карлсона. Oxford: Elsevier Ltd., 2005.

Mechtly, Eugene A. «Свойства материалов». pp. 4–1–4–33 в Справочных данных для инженеров: радио, электроника, компьютер и связь. Автор Mac E.Ван Валкенбург, отредактированный Венди М. Миддлтон. Уоберн, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, 2002. DOI: 10.1016 / B978-075067291-7 / 50006-6

Мисслер, Гэри Л. и Дональд А. Тарр. Неорганическая химия, 3-е издание. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл, 2004.

Мор, Питер Дж., Барри Н. Тейлор и Дэвид Б. Ньюэлл. «CODATA Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант, 2006 г.» Обзоры современной физики, том 80, номер 2, 2008 г., стр. 633–730. DOI: 10.1103/ RevModPhys.80.633

Нэгл, Джеффри К. «Атомная поляризуемость и электроотрицательность». Журнал Американского химического общества, том 112, номер 12, 1990 г., стр. 4741–4747. DOI: 10.1021 / ja00168a019

Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH). Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.cdc.gov/ niosh / ipcsneng / neng1508.html . По состоянию на 4 мая 2010 г.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH).Международная карта химической безопасности кремния. http: // www.cdc.gov/ niosh / ipcsneng / neng1508.html . По состоянию на 5 мая 2010 г.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH). Регистр токсического действия химических веществ на кремний. http: // www.cdc.gov/ niosh-rtecs / vw61a80.html . Доступ 5 мая 2010 г.

Орем, У. Х. и Р. Б. Финкельман. «Угледобыча и геохимия.»pp. 191–222 в Отложениях, диагенезе и осадочных породах. Под редакцией Фреда Т. Маккензи. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Окстоби, Дэвид В., Х. П. Гиллис и Алан Кэмпион. Принципы современной химии, 6-е издание. Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул, 2008.

Пальм, Х. и Х. Бир. «Метеориты и состав солнечной фотосферы». стр. 204–206 в книге Ландольта – Бернштейна — Группа VI: Астрономия и астрофизика. Под редакцией Х. Х. Фойгта. Нью-Йорк: Springer – Verlag, 1993. DOI: 10.1007/ 10057790_59

Пальме, Х., и Хью Сент-К. О’Нил. «Космохимические оценки состава мантии». стр. 1–38 в «Мантия и ядро». Под редакцией Ричарда В. Карлсона. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Полинг, Линус. Природа химической связи, 3-е издание. Итака, Нью-Йорк: издательство Корнельского университета, 1960.

Пирсон, Ральф Г. «Абсолютная электроотрицательность и твердость: применение в неорганической химии». Неорганическая химия, том 27, номер 4, 1988 г., стр. 734–740.DOI: 10.1021 / ic00277a030

Pekka Pyykkö. Самосогласованные ковалентные радиусы 2009 г. http: // www.chem.helsinki.fi/ ~ pyykko / Radii09.pdf . Доступно на 20 ноября 2010 г.

Пюкко, Пекка и Мичико Ацуми. «Ковалентные радиусы молекул с двойной связью для элементов Li-E112». Химия — Европейский журнал, том 15, номер 46, 2009 г., стр. 12770–12779. DOI: 10.1002 / chem.2002

Pyykkö, Pekka и Michiko Atsumi.«Молекулярные ковалентные радиусы одинарной связи для элементов 1-118». Химия — Европейский журнал, том 15, номер 1, 2009 г., стр. 186–197. doi: 10.1002 / chem.200800987

Pyykkö, Pekka, Sebastian Riedel и Michael Patzschke. «Ковалентные радиусы с тройной связью». Химия — Европейский журнал, том 11, номер 12, 2005 г., стр. 3511–3520. DOI: 10.1002 / chem.200401299

Рингнес, Виви. «Происхождение названий химических элементов». Журнал химического образования, том 66, номер 9, 1989 г., стр.731–738. DOI: 10.1021 / ed066p731

Рорер, Грегори С. Структура и связь в кристаллических материалах. Кембридж: Cambridge University Press, 2001.

Самсонов Г.В., редактор. Справочник по физико-химическим свойствам элементов. Нью-Йорк: Plenum Publishing Corporation, 1968.

Сандерсон Р. Т. Простые неорганические вещества. Малабар, Флорида: Robert E. Krieger Publishing Co., Inc., 1989.

Сандерсон, Р. Т. «Принципы электроотрицательности: Часть I.Общий Природа. «Журнал химического образования, том 65, номер 2, 1988 г., стр. 112–118. DOI: 10.1021 / ed065p112

Сандерсон, Р. Т. Полярная ковалентность. Нью-Йорк: Academic Press, Inc., 1983.

Sansonetti, J. E., and W. C. Martin. «Справочник по основным данным атомной спектроскопии». Справочный журнал физических и химических данных, том 34, номер 4, 2005 г., стр. 1559–2259. DOI: 10.1063 / 1.1800011

Научная группа Thermodata Europe (SGTE).Чистые вещества: Часть 1 — Элементы и соединения от AgBr до Ba3N2. Под редакцией И. Уртадо и Д. Нойшютца. Берлин: Springer-Verlag, 1999. doi: 10.1007 / 10652891_3

Шеннон Р. Д. «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах». Acta Crystallographica Раздел A, том 32, номер 5, 1976 г., стр. 751–767. DOI: 10,1107 / S0567739476001551

Шур, Михаил. Физика полупроводниковых приборов. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall, Inc., 1990.

Силби, Роберт Дж., Роберт А. Олберти и Мунги Г. Бавенди. Физическая химия, 4-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2005.

Слейтер, Дж. К. «Атомные радиусы в кристаллах». Журнал химической физики, том 41, номер 10, 1964, стр. 3199–3204. doi: 10.1063 / 1.1725697

Смит, Дерек В. «Электроотрицательность в двух измерениях: переоценка и разрешение парадокса Пирсона-Полинга». Журнал химического образования, том 67, номер 11, 1990 г., стр.911–914. DOI: 10.1021 / ed067p911

Смит, Дерек В. Неорганические вещества: прелюдия к изучению описательной неорганической химии. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1990.

Стюарт, Г. Р. «Измерение низкотемпературной удельной теплоемкости». Обзор научных инструментов, том 54, номер 1, 1983 г., стр. 1–11. DOI: 10.1063 / 1.1137207

Straumanis, M. E., and E. Z. Aka. «Параметры решетки, коэффициенты теплового расширения и атомные массы чистейшего кремния и германия.»Журнал прикладной физики, том 23, номер 3, 1952 г., стр. 330–334. Doi: 10.1063 / 1.1702202

Тари, А. Удельная теплоемкость вещества при низких температурах. Лондон: Imperial College Press, 2003″.

Туркевич, Энтони Л. «Средний химический состав лунной поверхности». С. 1159–1168 в Трудах Четвертой Лунной научной конференции, том 2. Хьюстон, Техас, 5–8 марта 1973 г. Под редакцией У. А. Гозе. Oxford: Pergamon Press, 1973.

Министерство транспорта США (DOT), Транспорт Канады (TC), Секретариат транспорта и коммуникаций Мексики (SCT) и Centro de Información Química para Emergencias (CIQUIME).Руководство по реагированию на чрезвычайные ситуации, 2008 г.

Вайнштейн, Борис К., Владимир М. Фридкин, Владимир Л. Инденбом. Структура кристаллов, 2-е издание. Современная кристаллография 2. Под ред. Б. К. Вайнштейна, А. А. Чернова, Л. А. Шувалова. Берлин: Springer-Verlag, 1995.

Фойгт, Х. Х., редактор. Ландольт – Бёрнштейн — Астрономия и астрофизика VI группы. Берлин: Springer – Verlag, 1993.

Waber, J. T., and Don T. Cromer. «Радиусы орбит атомов и ионов». Журнал химической физики, том 42, номер 12, 1965 г., стр.4116–4123. DOI: 10.1063 / 1.1695904

Уолдрон, Кимберли А., Эрин М. Ферингер, Эми Э. Стриб, Дженнифер Э. Троски и Джошуа Дж. Пирсон. «Процент скрининга, основанный на эффективном Ядерный заряд как универсальный инструмент для обучения периодическим тенденциям. «Journal of Chemical Education, volume 78, number 5, 2001, pp. 635–639. Doi: 10.1021 / ed078p635

Watanabe, Hiromichi, Naofumi Yamada, and Masahiro Okaji . «Линейный термический Коэффициент расширения кремния от 293 до 1000 К.»Международный журнал теплофизики, том 25, номер 1, 2004 г., стр. 221–236. Doi: 10.1023 / B: IJOT.0000022336.83719.43

Уикс, Мэри Эльвира и Генри М. Лестер. Открытие Стихий, 7-е издание. Истон, Пенсильвания: журнал химического образования, 1968.

Визер, Майкл Э. и Тайлер Б. Коплен. «Атомный вес элементов 2009 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия, том 83, номер 2, 2011 г., стр. 359–396. DOI: 10.1351 / PAC-REP-10-09-14

Yaws, Carl L.Справочник физических свойств Yaws для углеводородов и химикатов. Хьюстон, Техас: Gulf Publishing Company, 2005.

Атомный радиус за период 3

Результаты обучения

Изучив эту страницу, вы сможете:

• описывает и объясняет тенденцию изменения атомного радиуса за период 3

Атомный радиус

В таблице приведены значения атомных радиусов для элементов от Na до Ar.

Атомный радиус — это расстояние от центра ядра до края окружающего электронного облака. Он измеряется или рассчитывается по-разному, поэтому значения варьируются от источника к источнику.

Описание тренда

График показывает, как атомный радиус изменяется в течение периода 3:

• по мере увеличения атомного номера радиус атома уменьшается.

Объяснение этой тенденции

Переход к периоду 3:

• количество протонов в ядре увеличивается так…
• заряд ядра увеличивается…
• электронов больше, но усиление экранирования незначительно, потому что каждый дополнительный электрон попадает в ту же самую оболочку…
• , следовательно, сила притяжения между ядром и электронами увеличивается…
• и атомный радиус уменьшается.

Вы можете ожидать, что радиус атома увеличится, потому что количество электронов в каждом атоме увеличивается в течение периода 3. Однако этого не происходит: количество протонов также увеличивается, и дополнительная защита от электронов в той же оболочке относительно небольшая.

фактов о кремнии (атомный номер 14 или Si)

Кремний — это металлоидный элемент с атомным номером 14 и символом элемента Si. В чистом виде это хрупкое твердое вещество с серо-голубым металлическим блеском.Он наиболее известен как полупроводник.

Быстрые факты: кремний

• Имя элемента : Кремний
• Символ элемента : Si
• Атомный номер : 14
• Внешний вид : Кристаллическое металлическое твердое тело
• Группа : Группа 14 (Группа углерода) 982 982 992
: Период 3
• Категория : Металлоид
• Дискавери : Йенс Якоб Берцелиус (1823)

Основные факты о кремнии

атомный номер: 14

Символ: Si

Атомный вес: 28.0855

Открытие: Йонс Якоб Берцелиус 1824 (Швеция)

Электронная конфигурация: [Ne] 3s ² 3p ²

Происхождение слова: Латинское: silicis, silx: кремень

Свойства: Температура плавления кремния 1410 ° C, температура кипения 2355 ° C, удельный вес 2,33 (25 ° C), валентность 4. Кристаллический кремний имеет металлический сероватый цвет. Кремний относительно инертен, но он подвержен действию разбавленной щелочи и галогенов.Кремний пропускает более 95% всех длин волн инфракрасного излучения (1,3–6,7 мм).

Использование: Кремний — один из наиболее широко используемых элементов. Кремний важен для жизни растений и животных. Диатомовые водоросли извлекают кремнезем из воды, чтобы построить свои клеточные стенки. Кремнезем содержится в золе растений и в скелете человека. Кремний — важный компонент стали. Карбид кремния является важным абразивом и используется в лазерах для получения когерентного света с длиной волны 456,0 нм. Кремний, легированный галлием, мышьяком, бором и др.используется для производства транзисторов, солнечных элементов, выпрямителей и других важных твердотельных электронных устройств. Силикон — это класс полезных соединений, изготовленных из кремния. Силиконы варьируются от жидкостей до твердых веществ и обладают многими полезными свойствами, включая использование в качестве клеев, герметиков и изоляторов. Песок и глина используются для изготовления строительных материалов. Кремнезем используется для производства стекла, которое обладает множеством полезных механических, электрических, оптических и термических свойств.

Источники: Кремний составляет 25.7% земной коры по весу, что делает ее вторым по распространенности элементом (уступая кислороду). Кремний содержится в солнце и звездах. Это главный компонент класса метеоритов, известных как аэролиты. Кремний также входит в состав тектитов — природного стекла неопределенного происхождения. Кремний в природе не встречается в свободном виде. Обычно встречается в виде оксида и силикатов, включая песок, кварц, аметист, агат, кремень, яшму, опал и цитрин. Силикатные минералы включают гранит, роговую обманку, полевой шпат, слюду, глину и асбест.

Подготовка: Кремний можно получить путем нагревания диоксида кремния и углерода в электрической печи с использованием угольных электродов. Аморфный кремний можно получить в виде коричневого порошка, который затем можно расплавить или испарить. Процесс Чохральского используется для производства монокристаллов кремния для твердотельных и полупроводниковых устройств. Сверхчистый кремний можно получить с помощью процесса вакуумной флотации и термического разложения сверхчистого трихлорсилана в атмосфере водорода.

Классификация элемента: Полиметаллический

Изотопы: Известны изотопы кремния от Si-22 до Si-44. Есть три стабильных изотопа: Al-28, Al-29, Al-30.

Физические данные кремния

Кремниевая мелочь

• Кремний — восьмой по содержанию элемент во Вселенной.
• Кристаллы кремния для электроники должны иметь чистоту в один миллиард атомов на каждый атом, не являющийся кремнием (99.9999999% чистоты).
• Самая распространенная форма кремния в земной коре — это диоксид кремния в виде песка или кварца.
• Кремний, как вода, расширяется при переходе от жидкого состояния к твердому.
• Кристаллы оксида кремния в виде кварца являются пьезоэлектрическими. Резонансная частота кварца используется во многих точных часах.

Источники

• Каттер, Элизабет Г. (1978). Анатомия растений. Часть 1 Клетки и ткани (2-е изд.). Лондон: Эдвард Арнольд. ISBN 0-7131-2639-6.
• Greenwood, Norman N .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-08-037941-9.
• Воронков М.Г. (2007). «Кремниевая эпоха». Российский журнал прикладной химии . 80 (12): 2190. DOI: 10.1134 / S1070427207120397
• Вист, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике . Бока-Ратон, Флорида: Издательство компании Chemical Rubber Company.стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
• Зуленер, Вернер; Нойер, Бернд; Рау, Герхард, «Кремний», Энциклопедия промышленной химии Ульмана , Вайнхайм: Wiley-VCH, doi: 10.1002 / 14356007.a23_721