Соединение кремния: Соединения кремния (9 класс) – характеристика

Кремний и его соединения

Кремний и его соединения

Автор: edu2

Методическая копилка — Химия

Разработка урока по химии в 9 классе

УМК О.С.Габриелян «Химия 9 кл.»

 

Тема «Кремний и его соединения»

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

Цели урока: — дать общую характеристику кремния;

                     — рассмотреть природные соединения кремния;

                     — провести сравнительный анализ с соединениями углерода;

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

Задачи урока:

Образовательные:

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

Развивающие:

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

Воспитательные:

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

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

 

Ход урока:

1. Вводная часть (слайд 1)

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

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

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

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

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

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

2.Кремний – химический элемент

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

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

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

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

2 ученик делает обобщение:

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

2) Нахождение в природе (слайды 9-14)

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

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

Именно кремень положил начало

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

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

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

3.Кремний – простое вещество(15-32)

1)Аллотропные модификации кремния

2)Строение кристаллического кремния

3)Физические свойства

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

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

графит, аморфный С и т.д.)

Кремний – неметалл, существует в кристаллическом и аморфном виде.

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

Такие свойства обусловлены строением кристаллов, аналогичным структуре алмаза.

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

Аморфный кремний представляет собой порошок.

       4) Открытие кремния

— Уже в глубокой древности люди широко использовали в своём быту соединения кремния. Вспомните древних людей. Из чего были изготовлены их орудия труда? Но сам кремний впервые был получен в 1824 г. Шведским химиком И.

Я. Берцелиусом. Однако, за 12 лет до него кремний получили Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, но он был очень загрязнён примесями.

     5) Получение кремния

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

 

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

Промышленный способ: SiO₂ + 2C →t2CO + Si

     6) Химические свойства

а) кремний — восстановитель

Все реакции протекают при нагревании!

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

             Si⁰ – 4e^—         Si⁺⁴   восстановитель

             O₂ + 4e^—         2O^-2     окислитель

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

б) кремний – окислитель

Si + 2Ca = Ca₂Si (силицид кальция)

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

 

4.Соединения кремния (33-44)

1) Силан SiH₄

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

Mg₂Si + 4H₂O = 2Mg(OH)₂   + SiH₄

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

SiH₄ + 2O₂ = SiO2 + 2H₂O

2) Свойства кремнезёма  

Рассматриваются свойства оксида кремния (IV) и проводится сравнительный анализ двух оксидов – SiO

2 и CO₂. Результаты обсуждения в виде таблицы выводятся на экран.

Обратите внимание на одно важное свойство оксида кремния:

SiO₂ + 4HF = 2H₂O + SiF₄

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

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

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

3) Кремниевая кислота и её соли

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

                                      — слабая   H₂SiO_{3 →t}H₂O +SiO₂

При высыхании образует силикагель, используемый в качестве адсорбента.

Получить кремниевую кислоту можно только из её солей.

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

 

 

Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃

    

SiO₃^2- + 2Н⁺ = H₂SiO₃  

Соли кремниевой кислоты называют силикатами

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

SiO₂ + CaO = CaSiO3

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂      

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

 

6. Заключительные выводы (слайд 48-49)

7. Самоконтроль (слайд 50)

8. Д/з (слайд 51)

Приложение 1.

Инструктивная карта по теме «Кремний и его соединения»

обучающегося _________ класса__________________________________________

                                                                         (фамилия и имя)

Углерод и его соединения

Кремний и его соединения

1.Химический   1) Положение в ПСХЭ:2 период, IVA группа 2) Строение атома                          +6 С )     )         1s22s22p2                                  2e 4e 3) Свойства атома Является элементом неметаллом Высшая СО = + 4 Низшая СО = – 4 4) Нахождение в природе Углерод – элемент жизни 2. Простые 1) Физические свойства Алмаз – твердый, очень прочный, прозрачный, не обладает электропроводностью и теплопроводностью. Графит – темно-серого цвета, имеет металлический блеск, мягкий, проводит тепло и электрический ток. 2) Строение Имеют атомную кристаллическую решетку. 3) Получение SiO2 +3C = Si + C + 2CO (получение графита)   4) Химические свойства 1. восстановительные: C0 + O20= C+4O2-2 (оксид углерода(IV)) C0 +2Г20= C+4Г4-1   (галогенид углерода(IV)) 2. окислительные: 2C0 + Ca0 =Ca+2C2-1(карбид кальция) С + 2Н2 = СН4 (метан) 3. Окси Оксид углерода (IV) СО2 – кислотный оксид Строение Молекулярная кристаллическая решетка Физические свойства Газ, при обычных условиях легко сжижается и затвердевает, в воде растворяется, тяжелее воздуха. Химические свойства 1)Взаимодействие с водой     СО2 + Н2О ↔ Н2СО3 2)Взаимодействие с основными оксидами     СаО + СО2 =  СаСО3↓ 3)Взаимодействие со щелочами   2КОН + СО2   =   К2СО3 + НО 4) Взаимодействие с магнием    2Mg + CO2 = 2MgO + C 5)Взаимодействие с углеродом    CO2 + C = 2CO 4. Кис Угольная кислота Н2СО3 Двухосновная, кислородсодержащая, слабая, летучая   Получение Может быть вытеснена из состава соли более сильными кислотами СаСО3 + 2 НCl  =     СaСl2 + Н2СО3       СО2↑                                                                   Н2О Химические свойства 1)При нагревании разлагается: Н2СО3 ↔ СО2↑+ Н2О 2)Взаимодействие со щелочами:   2NaOH+H2CO3=Na2CO3 + 2H2O

элемент   1) Положение в ПСХЭ: 2)Строение атома +… Si 3) Свойства атома Является элементом…………………. . Высшая СО = …… Низшая СО = …… 4) Нахождение в природе: вещества 1) Физические свойства Кристаллический кремний ….                Аморфный кремний……………   2) Строение Имеет ……………… кристаллическую решетку. 3) Получение 1)в промышленности: 2)в лаборатории:   4) Химические свойства 1. восстановительные: 2. окислительные:     ды Оксид кремния (IV) …. — …………………… Строение ……………… кристаллическая решетка Физические свойства Химические свойства 1) Взаимодействие с водой 2) Взаимодействие с основными оксидами 3) Взаимодействие со щелочами 4) Взаимодействие с магнием 5) Взаимодействие с углеродом 6) взаимодействие с плавиковой кислотой лоты   Кремниевая кислота……… …………………………………………………   Получение       Химические свойства 1)При нагревании разлагается: 2) Взаимодействие со щелочами:

Самоконтроль

1. Какое место занимает кремний в периодической системе:

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

2. Кристаллическая решетка кремния и его соединений :

а) ионная;                                 б) атомная;                                              в) молекулярная

3. По распространенности в природе кремний …. элемент:

а) первый;                               б) второй;                                                 в) третий

4. Кремний вступает в реакцию с:

а) металлами, водородом, галогенами;

б) металлами, галогенами, легко растворяется в щелочах;

в) оксидами, кислотами, неметаллами

5. Соли кремниевой кислоты:

а) силициды;                           б) гидрокарбонаты;                               в) силикаты        

Кремний. Соединения кремния. Химия, 8–9 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Применение кремния и его соединений Сложность: лёгкое	1
2.	Свойства и строение кремния Сложность: лёгкое	1
3.	Формулы соединений кремния Сложность: лёгкое	1
4.	Кремний: химический элемент или простое вещество Сложность: лёгкое	1
5.	Свойства оксида кремния Сложность: среднее	1
6.	Свойства кремниевой кислоты Сложность: среднее	1
7.	Реакции оксида кремния(IV) Сложность: среднее	2
8.	Превращения соединений кремния Сложность: среднее	3
9.	Соответствие: соединения кремния — свойства Сложность: сложное	4

Кремний. Химия кремния и его соединений

 

1. Положение кремния в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение кремния
3. Физические свойства и нахождение в природе кремния
4. Качественные реакции на силикаты
5. Основные соединения кремния
6. Способы получения кремния
7. Химические свойства кремния
7. 1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и углеродом
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с активными металлами
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с щелочами
7.2.2. Взаимодействие с кислотами
7.2.3. Взаимодействие с азотной кислотой

Бинарные соединения кремния — силициды, силан и др.

Оксид кремния (IV) 
 1. Физические свойства и нахождение в природе 
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с щелочами и основными оксидами
2.2. Взаимодействие с водой
2.3. Взаимодействие с карбонатами
2.4. Взаимодействие с кислотами
2.5. Взаимодействие с металлами
2.6. Взаимодействие с неметаллами

Кремниевая кислота 
 1. Строение молекулы и физические свойства 
 2. Способы получения 
3. Химические свойства 

Силикаты 

Кремний

Положение в периодической системе химических элементов

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы  (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Электронное строение кремния

 

Электронная конфигурация  кремния в основном состоянии:

 

+14Si 1s²2s²2p⁶3s²3p²    

 

Электронная конфигурация  кремния в возбужденном состоянии:

 

+14Si^* 1s²2s²2p⁶3s¹3p³    

 

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома кремния — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

 

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния 

 

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO₂ образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

 

 

Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см³. Полупроводник.

 

Качественные реакции

Качественная реакция на силикат-ионы SiO₃^2- — взаимодействие  солей-силикатов с сильными кислотами. Кремниевая кислота – слабая. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами.

Например, если к раствору силиката натрия прилить сильно разбавленный раствор соляной кислоты, то кремниевая кислота выделится не в виде осадка, а в виде геля. Раствор помутнеет и «застынет».

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2 NaCl

 

 

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

 

Соединения кремния

 

Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.

Наиболее типичные соединения кремния:

 

Степень окисления	Типичные соединения
+4	оксид кремния (IV) SiO2 кремниевая кислота H2SiO3 силикаты MeSiO3 бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)
-4	силан SiH4 силициды металлов (силицид натрия Na4Si)

Способы получения кремния

 

В свободном состоянии кремний был получен Берцелиусом в 1822 г. Его латинское название «силиций» произошло от латинского слова «sileх», что означает «кремень». Аморфный кремний в лаборатории можно получить при прокаливании смеси металлического магния с диоксидом кремния. Для опыта диоксид кремния следует тщательно измельчить. При нагревании смеси начинается бурная реакция. Одним из продуктов этой реакции является аморфный кремний.

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

3SiO₂ + 4Al → 3Si + 2Al₂O₃

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO₂ + 2C → Si + 2CO

Однако в таком процессе процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl₄ +2H₂ → Si + 4HCl

или цинком:

SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂

 

3. Также чистый кремний получается при разложении силана:

SiH₄ → Si + 2H₂

 

Химические свойства

 

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1. Кремний проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому кремний реагирует и с металлами, и с неметаллами.

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

Si  +  2F₂  → SiF₄

 

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом:

Si   +   2Cl₂  →   SiCl₄

Si    +   2Br₂  →   SiBr₄

 

1.2. При сильном нагревании (около 2000^оС) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C   +   Si  → SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si   +   2S   →  SiS₂

 

1.3. Кремний не взаимодействует с водородом.

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

3Si  + 2N₂  →  Si₃N₄

 

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si → Ca₂Si

Si    +   2Mg   →    Mg₂Si

 

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом:

Si   +   O₂   →  SiO₂ 

 

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

Si    +   2NaOH   +   H₂O   →   Na₂SiO₃   +   2H₂

 

Видеоопыт взаимодействия кремния с раствором щелочи можно посмотреть здесь.

 

2.2. Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот, но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты:

Si    +   6HF  →   H₂[SiF₆]    +   2H₂

 

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

Si_(тв.)    +   4HF_(г.)   =   SiF₄    +   2H₂

 

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

3Si    +   4HNO₃   +   12HF   →  3SiF₄   +   4NO   +   8H₂O

 

Бинарные соединения кремния

 

Силициды металлов

 

Силициды – это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Химическая связь в силицидах металлов — ионная.

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Например, силицид магния разлагается водой на гидроксид магния и силан:

Mg₂Si   +   4H₂O   →  2Mg(OH)₂   +   SiH₄

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Mg₂Si   +   4HCl   →  2MgCl₂   +   SiH₄

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si → Mg₂Si

2MgO + SiO₂ + 4C → Mg₂Si + 4CO

 

Силан

 

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH₄, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Mg₂Si + 4HCl → 2MgCl₂ + SiH₄

 

 

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO₂ и H₂O:

SiH₄    +    2O₂  → SiO₂   +   2H₂O

 

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

SiH₄    +   2H₂O   →  SiO₂   +  4H₂

 

Силан разлагается (окисляется) щелочами:

SiH₄    +   2NaOH   +   H₂O   →   Na₂SiO₃   +   4H₂

 

Силан при нагревании разлагается:

SiH₄ → Si + 2H₂

 

Карбид кремния

 

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Рассмотрим карбид кремния – карборунд Si⁺⁴C^-4. Это вещество с атомной кристаллической решеткой. Он имеет структуру, подобную структуре алмаза и характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

SiC +2O₂ → SiO₂ + CO₂

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи:

SiC + 2O₂ + 4NaOH → Na₂SiO₃ + Na₂CO₃ + 2H₂O

 

Галогениды кремния

 

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl₄.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем:

SiO₂ + C + Cl₂  →  SiCl₄ + CO

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

SiCl₄   +   3H₂O   →  H₂SiO₃↓    +   4HCl

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом:

SiCl₄   +   2H₂  →   Si  +   4HCl

 

Оксид кремния (IV)

 

Физические свойства и нахождение в природе

 

Оксид кремния (IV)  –  это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

 

Химические свойства

 

Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид. За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.

1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами. При этом образуются силикаты.

Например, диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:

SiO₂   +  2KOH   →    K₂SiO₃   +   H₂O 

 

Еще пример: диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂   +   CaO   →   CaSiO₃

 

2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой, т.к. кремниевая кислота нерастворима.

3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов. При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.

Например, оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:

SiO₂ + K₂CO₃  → K₂SiO₃ + CO₂

 

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:

SiO₂ + 4HF_(г) = SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 6HF_(р-р) → H₂[SiF₆] + 2H₂O

 

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

Например, оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

 

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

 

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Например, оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:

SiO₂ + 2Н₂ → Si + 2Н₂O

Еще пример: оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO₂   +   3С → SiС   +   2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

3SiO₂     +   Ca₃(PO₄)₂    +   5C   →     3CaSiO₃    +    5CO    +   2P

 

Кремниевая кислота

 

Строение молекулы и физические свойства

 

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO₂•mH₂O. Образует коллоидный раствор в воде.

 

 

Метакремниевая H₂SiO₃ существует в растворе в виде полимера:

 

Способы получения

 

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например, при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃ + 2 NaCl

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Na₂SiO₃ + 2Н₂O + 2CO₂ → 2NaHCO₃ + H₂SiO₃

 

Химические свойства

 

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

Например, кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидроксидом калия:

H₂SiO₃ + 2KOH → K₂SiO₃ + 2H₂O

 

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду:

H₂SiO₃  →  SiO₂ + H₂O

 

Силикаты

 

Силикаты — это соли кремниевой кислоты.  Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

H₂SiO₃ + 2KOH → K₂SiO₃ + 2H₂O

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O

 

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО   +   SiO₂   →   CaSiO₃

 

3.  Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K₂SiO₃ + CaCl₂    →    CaSiO₃ + 2KCl

 

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na₂CO₃, известняка CaCO₃ и белого песка SiO₂:

6SiO₂ + Na₂CO₃ + CaCO₃ → Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂

 

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb²⁺ – хрусталь; Cr³⁺ – имеет зеленую окраску, Fe³⁺ – коричневое бутылочное стекло, Co²⁺ – дает синий цвет, Mn²⁺ – красновато-лиловый.

Российские ученые создали мощный катализатор для получения кремния — Газета.Ru

Химики разработали катализатор, который упростит получение кремния. Этот элемент применяется при создании жидкокристаллических экранов и солнечных батарей. Работа выполнена в рамках проекта, поддерживаемого грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда, а ее результаты опубликованы в Journal of Catalysis.

Сотрудники Нижегородского государственного технического университета начали проект, который направлен на совершенствование традиционного способа производства поликристаллического кремния, который состоит из более мелких кристаллов. Этот элемент применяется в электронике, солнечной энергетике и кристаллографии – например, для изготовления жидкокристаллических экранов. Ученые хотят уменьшить себестоимость этого материала, повысить промышленную и экологическую безопасность производства за счет внедрения каталитических систем с высоким уровнем избирательности.

«Суть работы заключалась в создании катализаторов для получения моносилана – основного источника поликристаллического кремния. Впервые для этой реакции мы синтезировали и изучили ряд катализаторов на основе соединений имидазола. Была изучена каталитическая активность его различных производных, среди которых найдено наиболее перспективное соединение», – рассказал руководитель проекта Андрей Воротынцев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник НГТУ имени Р. Е. Алексеева.

Есть несколько способов синтеза кремния, однако, из моносилана он получается более чистым. Моносилан, в свою очередь, синтезируют из трихлорсилана, который в ходе химической реакции играет роли как окислителя, так и восстановителя, то есть и принимает, и отдает электроны. Ученые разработали каталитические системы именно для этой реакции, потому что только с помощью нее можно создать высокочистый моносилан: более грязный не подходит для солнечной энергетике и микроэлектроники по своим характеристикам.

В рамках проекта ученые создали установку Operando ИК-Фурье спектроскопии. С ее помощью можно подробно изучать механизмы каталитических реакций. Результаты исследований на приборе позволяют предположить, что существует еще один механизм реакции.

«Разработанные каталитические системы можно применять на производствах по получению моносилана. Эти катализаторы имеют более высокую активность по сравнению с коммерческими аналогами, а, значит, и экономический эффект от внедрения таких соединений будет выше», – заключил Андрей Воротынцев.

Смесь полимерных кремнийорганических соединений с добавлением неорганического кремниевого соединения (двуоксида кремния)

Препараты с действующим веществом Смесь полимерных кремнийорганических соединений с добавлением неорганического кремниевого соединения (двуоксида кремния) (МНН) купить в Москве по низким ценам в интернет аптеке, каталог цен

Смесь полимерных кремнийорганических соединений с добавлением неорганического кремниевого соединения (двуоксида кремния)

Лекарства на основе Смесь полимерных кремнийорганических соединений с добавлением неорганического кремниевого соединения (двуоксида кремния)

Доставка курьером

Дерматикс гель 15 г МЕДА ФАРМА, Соединенные Штаты Америки

Смесь полимерных кремнийорганических соединений с добавлением неорганического кремниевого соединения (двуоксида кремния)

{{else}}

Список аптек пуст

{{/if}}

Подпишитесь на новости, акции и полезные советы!

Вы успешно подписались

Наши страницы в социальных сетях

Корпуса из нитрида кремния в соединении с медью для силовых модулей | Керамические корпуса для силовой электроники | Полупроводниковые компоненты | Products

Kyocera поставляет корпуса для силовых модулей, изготовленные из многослойных керамических подложек из нитрида кремния и медных пластин. Подложки из нитрида кремния по сравнению с алюмооксидной керамикой имеют большую прочность, большую твердость и лучшую теплопроводность, и используются в качестве диэлектриков. Высокая надежность обеспечивается способом спайки активных металлов (AMB), применяемого для соединения медной пластины с подложкой из нитрида кремния. Данные изделия используются в качестве герметичных корпусов для силовых модулей. Список стандартной продукции （pdf/81KB）  (Рисунок 1) Разрез: медное межсоединение диаметром 0,9 mm Корпуса из нитрида кремния в соединении с медью (габаритные размеры 73,9 x 62,45 mm) (Рисунок 2) Разрез: многослойная структура корпуса из нитрида кремния в соединении с медью  Особенности Высокая надежность: герметичность была подтверждена после 1000 циклов (от -65 до +150oC) теста на термоциклирование (пример: пять экземпляров; тестирование Kyocera) Медь толщиной 0,15 — 0,3 mm (объемное сопротивление: 1,7 μΩ·cm; теплопроводность: 394 W/mK) Керамика из нитрида кремния (прочность на изгиб: 850 MPa; трещиностойкости: 5,0 MPam1/2; теплопроводность: 58 W/mK) Многослойная структура: Медные пластины и керамические подложки из нитрида кремния соединяются способом спайки с активными металлами (AMB) (рис. 2) Трехмерная многослойная схема соединений: схемы верхнего слоя соединены с нижними при помощи медных межсоединений (рис. 1) Многослойная структура обеспечивает низкую индуктивность. Уменьшение размера и массы Возможно крепление винтами  Пример замены традиционной технологии  Традиционная концепция (пример) Выводы из сплава Fe-Ni-Co Керамическая подложка в соединении с медью + Корпус из сплава Fe-Ni-Co Сильный ток через медные выводы Высокая теплоотдача медной пластины Уменьшение числа операций сборки Уменьшение числа компонентов Уменьшение размера и массы Полупроводниковые компоненты

Родственная продукция Стандартные корпуса и крышки для оценки устройств

«Росатом» создаст цех по производству и исследованию твэлов из карбида кремния

ВНИИНМ им. Бочвара — ​один из самых неугомонных ровесников отрасли: ученые института постоянно запускают новые направления. В год 75-летия атомпрома рассказываем об инновационных разработках, которые формируют профиль института в XXI веке. Первая серия — ​разработка твэлов из карбида кремния, или история о том, как Институт неорганических материалов взялся за органику.

ЧТО ЭТО?

Карбид кремния — ​бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. Для изготовления экспериментальных топливных оболочек во ВНИИНМ используют не чистую керамику, а многослойный композит SiC-SiC: карбидокремниевую матрицу формируют осаждением на плетеные волокна из того же карбида кремния.

---

ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

• Авиация (лопасти, камеры сгорания, термозащита)

• Оборонно-промышленный комплекс (бронеэлементы)

• Автомобильная промышленность (дисковые тормоза для спортивных автомобилей)

• Электроника (высоковольтные диоды, транзисторы, тиристоры)

• Астрономия (зеркала в телескопах)

---

ТАЙМЛАЙН РАЗРАБОТКИ

2014–2015 годы

Инициативные экспериментальные работы во ВНИИНМ, результаты которых позволили сформировать концепцию толерантного топлива с оболочками из карбида кремния.

2016–2020 годы

Работы в рамках инвестиционных мероприятий за счет собственных средств ВНИИНМ. Освоены технологии получения карбидокремниевого волокна первого поколения, плетения волокнистого каркаса, создания керамических защитных слоев, герметизации твэлов. Результат — ​герметизированные оболочки твэлов нового поколения длиной 50 см из композита SiC-SiC. В 2020 году будет создан цех по производству и исследованию твэлов из карбида кремния.

2021–2023 годы

Совершенствование технологии, дореакторные исследования герметизированных оболочек из композита SiC-SiC, изготовление экспериментальных твэлов.

2023 год

Начало реакторных исследований.

2027–2030 годы

Внедрение в промышленность.

---

СВОЙСТВА КАРБИДА КРЕМНИЯ

Плюсы для атомпрома

+ Топливные оболочки из композита на основе SiC-SiC полностью исключают пароциркониевую реакцию

+ Высокая температурная стойкость (выдерживает до 1,8 тыс. °C)

+ Высокая механическая прочность

+ Износостойкость

+ Высокая теплопроводность

+ Высокая коррозионная стойкость

+ Высокая радиационная стойкость

+ Низкое сечение захвата тепловых нейтронов

Минусы для атомпрома

– Хрупкость

Решение: армирование. Методом биаксиального и триаксиального плетения создается упрочняющий керамику волокнистый каркас, вокруг которого методами жидкофазной и газофазной пропитки формируется прочная матрица будущего композита.

– Невысокая термостабильность армирующего материала первого поколения

Решение: повышение чистоты материала. ВНИИНМ совместно с «Ростехом» создает уже третье поколение волокна карбида кремния, в котором примесей будет не более 0,2 %.

---

СТАДИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКИ ТВЭЛА ИЗ SiC-SiC

• Получение волокна
• Плетение волокнистого каркаса
• Пропитка каркаса суспензией из порошков карбида кремния
• Формирование матрицы
• Осаждение внешнего и внутреннего защитного слоя из газовой фазы
• Герметизация твэла, установка заглушек, пайка

---

Александр Пономаренко

Инженер-технолог первой категории, ВНИИНМ

— Мы разрабатываем экспериментальные образцы оболочек твэлов из карбида кремния нового поколения взамен современных циркониевых. Сейчас мы умеем делать оболочки длиной 0,5 м. Разрабатываем параллельно несколько технологий изготовления, потом выберем лучшую. Главной проблемой на первом этапе НИОКР было отсутствие в нашей стране производства волокна из карбида кремния. Это материал двойного назначения, изобретенный в Японии. Совместно со специалистами из США японцы построили два завода: по производству волокна и изделий. Но в Россию эту продукцию не продают. ВНИИНМ совместно с «Ростехом» научились делать отечественное сырье. Пока первого поколения, но уже в этом году начнутся эксперименты по получению материалов второго и третьего поколения.

В рамках программы по созданию толерантного топлива в ТВЭЛ разрабатывают четыре варианта твэлов. Но только карбид кремния способен не просто минимизировать риски, а полностью исключить пароциркониевую реакцию на АЭС. Кроме того, использование оболочек из карбида кремния позволит повысить выгорание топлива или продолжительность топливной кампании, повысив тем самым КПД современных реакторов. Есть вероятность, что при внедрении карбидокремниевых твэлов отпадет необходимость в некоторых системах безопасности, и тогда строить блоки АЭС станет дешевле.

Алексей Глебов

Начальник материаловедческо-технологического отдела композиционных, магнитных и специальных материалов, руководитель проекта, ВНИИНМ

— Наши специалисты создали впервые в стране опытные образцы SiC-волокна, разработали технологию пайки изделий на основе карбида кремния. В настоящий момент создается участок для изготовления экспериментальных изделий на основе карбида кремния, который включает в себя парк уникального оборудования, изготовленного в единственном экземпляре под цели применения SiC в атомной промышленности.

Развитие направления по разработке изделий на основе органических соединений в Институте неорганических материалов позволяет сделать большой шаг вперед и отвечает современным тенденциям диверсификации стандартного портфеля проектов. Благодаря работе по этому направлению мы не только развили свои компетенции, но и готовы брать на себя решение задач отрасли в части развития применения композиционных материалов любой сложности.

Несомненно, мы столкнемся со множеством трудностей, так как материал, карбид кремния, непростой и достаточно капризный. Однако, оглядываясь назад и смотря, через какие трудности нам пришлось пройти за последние семь лет, я понимаю, что команда, которая занимается разработкой этого направления, справится с любой задачей.

Соединение кремния — обзор

4.06.4.2 Дихалькогенизация алкинов, алкенов и родственных соединений

Хотя полезность катализаторов переходных металлов в различных синтетических превращениях с использованием гетероатомных соединений, таких как органические соединения кремния, олова и бора, установлена, использование катализаторов реакций гетероатомных соединений 16-й группы остается в значительной степени неизученным. Частично это может быть связано с широко распространенным предубеждением, что соединения халькогена часто прочно связываются с катализаторами, тем самым отравляя их и делая каталитические реакции неэффективными.Однако в течение последнего десятилетия был разработан ряд катализируемых переходными металлами реакций халькогенных соединений. ⁷²

В присутствии тетракис (трифенилфосфин) палладия (0) диарилдисульфиды и диарилдиселениды добавляют к концевым алкинам с получением ( Z ) -1,2-бис (арилтио) — и ( Z ). ) -1,2-бис (арилселено) алкены, соответственно, с превосходной стереоселективностью E (Схема 39). ⁷³ Реакция протекает через окислительное добавление дихалькогенида к палладиевому (0) катализатору с образованием разновидностей сульфидов палладия, регио- и стереоселективного халькогенопалладирования алкина и восстановительного отщепления аддукта от промежуточного β-халькогеновинилпалладия.Катализируемые палладием дитиолирование и диселенирование алкинов также имеют место в экологически чистой ионной жидкости, ⁷⁴ в условиях отсутствия растворителя, ⁷⁵ или в условиях микроволнового облучения. ⁷⁶ Novel Ni- (acac) ₂ –PMePh _{2 Система} (без растворителей) полезна для стереоселективного присоединения к внутренним алкинам. ⁷⁷ Система Ni (acac) ₂ –PMe ₂ Ph (без растворителей) также эффективна для стереоселективного присоединения диалкилдисульфидов и диалкилдиселенидов к концевым алкинам. ⁷⁸ В качестве альтернативы катализируемое палладием присоединение бис (триизопропилсилил) дисульфида ( ⁱ Pr ₃ SiSSSiPr ⁱ ₃ ) к алкинам с получением ( Z ) — vic -bis (силилтио) алкены. Последующее десилилирование тетрабутиламмонийфторидом (TBAF) и алкилирование образованных таким образом тиолат-анионов алкилйодидом, таким как MeI, успешно приводит к соответствующим ( Z ) — vic -бис (метилтио) алкенам с хорошими выходами, стереоселективно. ⁷⁹ Кроме того, циклические дисульфиды и диселениды присоединяются к концевым алкинам в присутствии катализатора Ni (acac) ₂ –PMe ₂ Ph (или Pd ₂ (dba) ₃ –PCy ₂ Ph). . ⁸⁰ Выбор фосфинов в качестве лигандов приводит к стереотипному синтезу 1,3-диенов, содержащих концевые тиогруппы. ⁸¹

Схема 39.

Сообщается о нескольких механистических исследованиях. ^{92 , 82} Образующиеся на месте сульфиды и селениды палладия подвергаются полимеризации за счет межмолекулярной координации халькогеновых групп с частицами палладия и в конечном итоге теряют каталитическую активность. ^{92a , 92b} Неблагоприятная полимеризация халькогенидов палладия может быть подавлена ​​присутствием алкинов, фосфинов, ⁸³ и т.д. контролируемая, и отличная каталитическая активность наблюдается для широкого диапазона реакций присоединения органических дисульфидов и диселенидов к алкинам. Напротив, соответствующее присоединение переходных металлов органических дителлуридов к углерод-углеродным ненасыщенным соединениям не происходит из-за быстрого отравления катализаторов дителлуридами.

Хотя Pd (PPh ₃ ) ₄ не проявляет каталитической активности по отношению к добавлению дисульфидов к алкенам, Cp ^⁎ RuCl (треска) проявляет превосходную каталитическую активность в отношении желаемого бистиолирования алкенов (схема 40). ⁸⁴ В присутствии палладиевого (0) катализатора диарилдисульфиды и диселениды региоселективно присоединяются к алленам по концевой двойной связи с получением соответствующих вицинально дихалькогенизированных продуктов с хорошими выходами. ⁸⁵ Однако, когда в качестве катализатора используется RhH (PPh ₃ ) ₄ , продукты гидротиолирования получаются селективно. ⁸⁶

Схема 40.

Когда Pd (PPh ₃ ) ₄ -катализируемые реакции концевых алкинов с диарилдисульфидом или диарилдиселенидом проводят под давлением монооксида углерода, карбонилирующее тиолирование или селенирование протекает регионально, как показано на схеме 41. ^{73a, b} Настоящее катализируемое палладием карбонилирование диарилдихалькогенидами и СО применяется к пропаргиловым спиртам, а β- (арилхалькогено) -α, β-ненасыщенные лактоны получают посредством внутримолекулярной циклизации. ⁸⁷

Схема 41.

Катализируемые переходными металлами реакции присоединения гетероатомных соединений, несущих межэлементные связи, такие как группа 13 — группа 16, группа 14 — группа 16, группа 15 — группа 16 и группа 16 — группа 16 к сообщается о алкинах. Например, 9- (фенилтио) -9-борабицикло [3.3.1] нонан, который имеет межэлементную связь группы 16–13, присоединяется к концевым алкинам в присутствии Pd (PPh ₃ ) ₄ , и соответствующие β- (фенилтио) алкенилбораны получают регио- и стереоселективно.Последующее катализируемое палладием перекрестное связывание образованных таким образом алкенилборанов с органическими галогенидами приводит к регио- и стереоселективному синтезу винилсульфидов (схема 42). ⁸⁸

Схема 42.

Катализируемое палладием присоединение межэлементной связи группы 14 – группы 16, такой как PhSeYMe ₃ , (Y = Si и Ge) и Y (GeMes ₂ ) ₂ ( Y = S и Se) в алкины (RC≡CH) также исследовали, и соответствующие продукты присоединения были получены регио- и стереоселективно с относительно низкими выходами (например,г., ( Z ) -R (PhSe) C = CH (GeMe ₃ ), 35%). ⁸⁹ Pt (PPh ₃ ) ₂ (CH ₂ = CH ₂ ), как показано, катализирует регио- и стереоселективное тиосилилирование алкинов с (ArS) ₂ и (Cl ₃ Si ) ₂ (Схема 42). ⁹⁰

Что касается гетероатомных соединений, несущих межэлементную связь группы 15–16, сообщается, что сульфенамиды присоединяются к алкинам регионально и стереоселективно в присутствии рутениевого катализатора (схема 43). ⁹¹ Pd (PPh ₃ ) ₄ каталитически собирает сульфенамиды, концевые алкины, монооксид углерода и дифенилдиселениды регио- и стереоселективно в реакции в одном реакторе с получением хороших выходов β- (фенилселено) акриламидов. ⁹² Кроме того, PhS – P (O) (OPh) ₂ и PhSe – P (O) (OPh) ₂ претерпевают регио- и стереоселективное внедрение алкинов в присутствии Pd (PPh ₃ ) ₄ . ⁹³

Схема 43.

В присутствии катализатора RhH (PPh ₃ ) ₄ концевые алкины подвергаются тиоселенированию с (PhS) ₂ и (PhSe) ₂ с образованием 1- (фенилселено) -2- (фенилтио) алкенов. предпочтительно. ⁹⁴

В заключение, в этой главе описываются недавние достижения в области добавления реагентов X – Y к ненасыщенным соединениям. Помимо ионного присоединения, которое широко развивалось в последние три десятилетия, недавно были исследованы радикальное присоединение и присоединение, катализируемое переходными металлами.Эти три метода присоединения, то есть реакции присоединения, катализируемые ионами, радикалами и переходными металлами, дополняют друг друга и обеспечивают регио- и / или стереоселективный синтез широкого спектра гетероатомных соединений, которые также являются полезными синтетическими промежуточными продуктами. как биоактивные соединения и функциональные материалы. Поэтому ожидается, что ряд упомянутых здесь методов откроет новые области гетероатомных соединений в материаловедении, биохимии и органическом синтезе.

кремний | Элемент, атом, свойства, использование и факты

Узнайте о добыче и очистке кремния

Обзор кремния, включая добычу и обработку.

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

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

кремний

Химические свойства элемента кремний.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы таблицы Менделеева

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

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

Йенс Якоб Берцелиус

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

Предоставлено Svenska Portrattarkivet, Stockholm атомный номер

Свойства элемента

	14
атомный вес	28.086
точка плавления		точка кипения	3265 ° C (5909 ° F)
плотность	2.33 г / см 3
степень окисления	−4, (+2), +4
электронная конфигурация	1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 2

Возникновение и распределение

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

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

Цикл диоксида кремния

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

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

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

гранит

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

Encyclopdia Britannica, Inc.

Свойства элемента

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

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

кремний

Кремний очищенный, металлоид.

Enricoros

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

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

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

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

It’s Elemental — Элемент Кремний

Что в имени? От латинского слова «кремень» — silx .

Сказать что? Кремний произносится как SIL-ee-ken .

Кремний был открыт шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом в 1824 году путем нагревания стружки калия в контейнере с кремнеземом и затем тщательной смывки остаточных побочных продуктов. Кремний — седьмой по распространенности элемент во Вселенной и второй по распространенности элемент в земной коре.Сегодня кремний получают путем нагревания песка (SiO ₂ ) с углеродом до температур, приближающихся к 2200 ° C.

При комнатной температуре существует два аллотропа кремния: аморфный и кристаллический. Аморфный вид представляет собой коричневый порошок, в то время как кристаллический кремний имеет металлический блеск и сероватый цвет. Монокристаллы кристаллического кремния можно выращивать с помощью процесса, известного как процесс Чохральского. Эти кристаллы, когда они легированы такими элементами, как бор, галлий, германий, фосфор или мышьяк, используются в производстве твердотельных электронных устройств, таких как транзисторы, солнечные элементы, выпрямители и микрочипы.

Диоксид кремния (SiO ₂ ), наиболее распространенное соединение кремния, является наиболее распространенным соединением в земной коре. Обычно он принимает форму обычного песка, но также существует в виде кварца, горного хрусталя, аметиста, агата, кремня, яшмы и опала. Диоксид кремния широко используется при производстве стекла и кирпича. Силикагель, коллоидная форма диоксида кремния, легко впитывает влагу и используется в качестве осушителя.

Кремний образует другие полезные соединения. Карбид кремния (SiC) почти такой же твердый, как алмаз, и используется в качестве абразива.Силикат натрия (Na ₂ SiO ₃ ), также известный как жидкое стекло, используется в производстве мыла, клеев и в качестве консерванта яиц. Тетрахлорид кремния (SiCl ₄ ) используется для создания дымовых завес. Кремний также является важным ингредиентом силикона, класса материалов, используемых для изготовления смазок, полировальных средств, электрических изоляторов и медицинских имплантатов.

Химия кремния (Z = 14) — Chemistry LibreTexts

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

Введение

Название кремния происходит от латинского слова «silx», что означает «кремень». Этот элемент уступает только кислороду по содержанию в земной коре и был открыт Берцелиусом в 1824 году. Наиболее распространенное соединение кремния, \ (SiO_2 \), — , самое распространенное химическое соединение в земной коре , о котором мы знаем. он лучше, чем обычный пляжный песок.

Недвижимость

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

Где кремний

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

Рис. 1. Песок — это легко найти кремний. Депозит

Силикаты

.

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

Рисунок 2: Чистый заряд кремнезема составляет минус 4

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

Рисунок 3: Это представление тетраэдрического комплекса кремнезема

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

Неосиликаты

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

Рисунок 4: Ядро неосиликата

Неосиликаты составляют внешние границы группы минералов, известных как оливины.

Соросиликаты

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

Рисунок 5: Ядро соросиликата

Минерал thortveitie является примером соросиликатного комплекса.

Циклосиликаты

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

Рисунок 6: Ядро циклосиликата

Минерал берилл является примером циклосиликатного комплекса.

Иносиликаты

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

Рисунок 7: Ядро одноцепочечного иносиликата

Пироксены минеральной группы являются примерами одноцепочечных иносиликатов.

Рисунок 8: Сердцевина двойной цепи из силиката

Минерал амфибол является примером иносиликата с двойной цепью.

Филлосиликаты

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

Рисунок 9: Ядро филлосиликата

Минеральный тальк является примером филлосиликатного комплекса.

Тектосиликаты

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

Рисунок 10: 3D ядро ​​тектосиликата

Минеральный кварц является примером тектосиликатного комплекса.

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

Силаны

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

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

Рисунок 11: Самый крупный силан, гексасилан

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

Рисунок 12: Органосилан, дихлордиметилсилан

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

Силиконы

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

Рис. 13: Основная часть силикона

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

Галогениды кремния

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

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

Приложения

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

Электроника

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

Полупроводники

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

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

Рисунок 15: пример решетки кремния

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

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

Очки

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

Рисунок 16: Некристаллический диоксид кремния

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

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

Рисунок 17: Некристаллический диоксид кремния с неизвестными примесями

Волоконная оптика

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

Керамика

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

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

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

Полимеры

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

Производство

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

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

Очистка

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

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

Общая информация

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

Список литературы

1. Краснощеков В.В. и Л.В. Мышляева. Аналитическая химия кремния. Нью-Йорк: Halsted Press, 1974. стр. 1-6.
2. Рохов, Юджин Г. Кремний и силиконы. Нью-Йорк: Springer-Verlag, 1987. Предисловие и стр. 1-30
.
3. Кэмпион, Гиллис и Окстоби. «Принципы современной химии». 6-е изд. Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул.
4. Петруччи, Ральф Х., Харвуд, Уильям С., Херринг, Ф. Г. и Мадура Джеффри Д. «Общая химия: принципы и современные приложения». 9-е изд. Нью-Джерси: Pearson Education, Inc., 2007.

Проблемы

Выделите область рядом с «Ans», чтобы увидеть ответ

Сколько оксидов в кремнии и какие они?

Ответ: 1 оксид O ₂

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

Ответ: За счет связывания с положительно заряженными металлами.

Углерод относится к органическим соединениям, как диоксид кремния:

Ответ: минералы

Насколько велико самое крупное соединение кремний-водород?

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

Почему кремний важен для компьютеров?

Ответ: Он используется для изготовления полупроводников.

Авторы и авторство

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

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Может ли кремний быть основой для инопланетных форм жизни, как углерод на Земле?

Раймонд Десси — профессор химии Политехнического института Вирджинии и государственного университета в Блэксбурге, штат Вирджиния.Вот его ответ.

Группа IV Периодической таблицы элементов содержит углерод (C), кремний (Si) и несколько тяжелые металлы. Углерод, конечно же, является строительным блоком той жизни, которую мы знаем. Возможно ли, что планета существует в каком-то другом солнечная система, где кремний заменяет углерод? В нескольких научно-фантастических рассказах рассказывается о формах жизни на основе кремния — разумные кристаллы, жуткие золотые песчинки и даже существо, чьи следы или следы были оставленными кирпичами кремнезема.Повести читают хорошо, но есть несколько проблем с химией.

Изображение: HONG YANG, University of Торонто КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЗДАНИЯ? Кремний может превратиться во множество реалистичных структур, но его химический состав делает маловероятным, что он мог быть основой для инопланетных форм жизни.

Действительно, углерод и кремний имеют много общих характеристик. У каждого есть так называемая валентность, равная четырем, что означает, что индивидуальный атомы образуют четыре связи с другими элементами, образуя химические соединения.Каждый элемент связывается с кислородом. Каждый образует длинные цепи, называемые полимерами, в которых он чередуется с кислородом. В простейшем случае углерод дает полимер, называемый полиацеталем, пластик, используемый в синтетических волокнах и оборудовании. Из кремния получаются полимерные силиконы, которые мы используем для водонепроницаемой ткани или смазки. металлические и пластиковые детали.

Но когда углерод окисляется или соединяется с кислородом, скажем, во время горения, он становится газовым углеродом. диоксид; Кремний окисляется до твердого диоксида кремния, называемого кремнеземом.Тот факт, что кремний окисляется до твердого состояния, является одной из основных причин того, что почему он не может поддерживать жизнь. Кремнезем, или песок, твердое вещество, потому что кремний слишком хорошо любит кислород, а диоксид кремния образует решетка, в которой один атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода. Силикатные составы, имеющие SiO ₄ ^-4 также присутствуют в таких минералах, как полевые шпаты, слюды, цеолиты или тальки. И эти твердые системы создают проблемы утилизации для живой системы.

Также учтите, что жизненной форме нужен способ собирать, хранить и использовать энергию.Энергия должна исходить из окружающей среды. После поглощения или проглатывания энергия должна высвобождаться точно. где и когда это нужно. В противном случае вся энергия могла бы высвободить свое тепло одновременно, испепелив жизненную форму. В В мире, основанном на углероде, основным запасающим элементом является углевод, имеющий формулу C _x (HOH) _y . Этот углевод окисляется до воды и углекислого газа, которые затем обмениваются с воздухом; атомы углерода связаны одинарные связи в цепочку — процесс, называемый катенацией.Форма жизни на основе углерода «сжигает» это топливо контролируемыми шагами, используя регуляторы скорости называются ферментами.

Эти большие сложные молекулы выполняют свою работу с большой точностью только потому, что они иметь свойство, называемое «рукой». Когда какой-либо фермент «спаривается» с соединениями, он помогает реагировать, два молекулярных формы подходят друг к другу, как замок и ключ или рукопожатие. Фактически, многие молекулы на основе углерода используют правильные и левые формы. Например, природа выбрала один и тот же стабильный шестиуглеродный углевод для хранения энергии в нашей печени (в форме полимера, называемого гликогеном) и в деревьях (в форме полимерной целлюлозы).

Гликоген и целлюлоза различаются в основном за счет направленности одного атома углерода, который образуется при полимеризации углеводов или образует цепочку. Целлюлоза имеет наиболее стабильную форму из двух возможных; гликоген — следующий по стабильности. Потому что у людей нет ферменты, расщепляющие целлюлозу на основной углевод, мы не можем использовать ее в пищу. Но многие низшие формы жизни, такие как бактерии, может.

Короче говоря, маневренность — это характеристика, которая наделяет множество биомолекул их способностью распознавать и регулировать различные биологические процессы.И кремний не образует много соединений, имеющих ручную форму. Таким образом, это Для формы жизни на основе кремния было бы трудно достичь всех замечательных функций регулирования и распознавания, которые ферменты на основе углерода работают на нас.

Тем не менее, химики неустанно работали над созданием новых соединений кремния, с тех пор, как Фредерик Стэнли Киппинг (1863-1949) показал, что можно сделать некоторые интересные. Самый высокий международный Премия в области кремния называется премией Киппинга.Но несмотря на годы работы — и несмотря на все доступные реагенты современный алхимик — многие кремниевые аналоги соединений углерода просто не образуются. Термодинамические данные подтверждают это. аналоги часто бывают слишком нестабильными или слишком реактивными.

Можно думать о микро- и наноструктурах кремния; формы кремния на солнечных батареях для энергии и зрения; силиконовая жидкость, которая может переносить окислители к сокращающимся мышечным элементам из других силиконов; скелетные материалы силикатов; силиконовые мембраны; и даже полости в силикатных цеолитах, которые имеют ручность.Некоторые из этих построек даже выглядят живыми. Но химии, необходимой для создания формы жизни, просто нет. Сложный танец жизни требует взаимосвязанных цепочек реакций. И эти реакции могут происходить только в узком диапазон температур и уровней pH. При таких ограничениях углерод может, а кремний — нет.

Силикон может делать. Жизнь на Земле преимущественно состоит из правых углеводов и левых аминокислот. Почему у них нет разнонаправленность или у обоих одинаковые? Многие химики считают, что первые «переданные» углеродные соединения образовались в «жидкая» каменная лужа с «ручной» поверхностью из кремнезема.И ручная работа этой поверхности способствовала созданию таких соединения углерода теперь предпочтительны в формах жизни Земли.

Молекулы, полученные в Боннском университете, очень стабильны, несмотря на их необычную пространственную форму — ScienceDaily

Химики Боннского университета (Германия) синтезировали чрезвычайно необычные соединения. Их центральный строительный блок — атом кремния. Однако отличается от обычного расположение четырех связывающих партнеров атома, которые не имеют форму тетраэдра вокруг него, а плоские, как трапеции.Такое расположение обычно энергетически крайне невыгодно, но молекулы очень стабильны. Их свойства пока совершенно неизвестны; теперь исследователи хотят их изучить. Результаты будут опубликованы в журнале Американского химического общества , но уже доступны в Интернете.

Как и относительный углерод, кремний обычно образует четыре связи с другими атомами. Когда это происходит, обычно получается тетраэдр. Атом кремния расположен в центре, а его связывающие партнеры (так называемые лиганды) — в тетраэдрических углах.Это расположение наиболее выгодно энергетически. Поэтому он возникает почти автоматически, так же как мыльный пузырь обычно имеет сферическую форму.

Исследователи во главе с профессором доктором Александром Филиппоу из Института неорганической химии Боннского университета создали кремнийсодержащие молекулы, столь же необычные, как мыльный пузырь кубической формы. В них четыре лиганда образуют не тетраэдр, а искаженный квадрат, трапецию. Они лежат в одной плоскости вместе с кремнием.«Несмотря на это, соединения настолько стабильны, что их можно разливать в бутылки и хранить в течение нескольких недель без каких-либо проблем», — объясняет доктор Приябрата Гана, бывший докторант, который с тех пор перешел в RWTH Aachen University.

Молекулярная экзотика необычайно стабильна

Сами исследователи были удивлены такой необычной стабильностью. Они обнаружили причину, моделируя молекулы на компьютере. Лиганды также образуют связи друг с другом. В процессе работы они образуют прочный каркас.Это кажется настолько сильным, что полностью предотвращает «защелкивание» трапециевидной формы в тетраэдр. «Наши компьютерные расчеты показывают, что не существует структуры для молекул, которая была бы более энергетически выгодной, чем плоская трапециевидная форма», — подчеркивает Йенс Рамп, докторант Института неорганической химии.

Исследователи вырастили кристаллы этих веществ, а затем обработали их рентгеновскими лучами. Рентгеновский свет рассеивается атомами и меняет свое направление.Таким образом, эти отклонения можно использовать для расчета пространственной структуры молекул в кристалле. Вместе со спектроскопическими измерениями этот метод подтвердил, что лиганды и кремний действительно находятся в одной плоскости в новых молекулах.

Хотя синтез экзотических соединений должен проводиться в атмосфере инертного газа, в остальном он сравнительно прост. С другой стороны, производство исходных материалов является сложной задачей; один из них был впервые синтезирован чуть более десяти лет назад и уже стал источником для синтеза нескольких новых классов соединений кремния.

Влияние необычной структуры на свойства кремния, важного элемента для электронной промышленности, на данный момент совершенно неясно. Во всяком случае, долгое время производство таких соединений считалось совершенно невозможным.