Жаратылышта табылган заттардын уникалдуу касиеттеринен улам көптөгөн заманбап технологиялык приборлор жана приборлор түзүлгөн. Адамзат эксперимент жана бизди курчап турган элементтерди кылдат изилдеп, өзүнүн ойлоп табууларын тынымсыз жаңылоодо - бул процесс техникалык прогресс деп аталат. Ал күнүмдүк жашоодо бизди курчап турган ар бир адам үчүн жеткиликтүү болгон жөнөкөй нерселерге негизделген. Мисалы, кум: анда эмне таң калыштуу жана адаттан тыш болушу мүмкүн? Окумуштуулар андан кремнийди – химиялык элементти бөлүп ала алышты, ансыз компьютердик технология болбойт. Колдонуу чөйрөсү ар түрдүү жана дайыма кеңейүүдө. Бул кремний атомунун уникалдуу касиеттеринин, анын түзүлүшүнүн жана башка жөнөкөй заттар менен айкалыштыруу жөндөмдүүлүгүнүн аркасында жетишилди.
Мүнөздөмө
Д. И. Менделеев иштеп чыккан мезгилдик системада кремний (химиялык элемент) белгиленген.белгиси Si. Ал металл эместерге кирет, үчүнчү мезгилдин негизги төртүнчү тобунда жайгашкан, атомдук номери 14. Көмүртекке жакындыгы кокусунан эмес: көп жагынан алардын касиеттери салыштырууга болот. Ал таза түрүндө жаратылышта кездешпейт, анткени ал активдүү элемент жана кычкылтек менен жетишээрлик күчтүү байланышка ээ. Негизги заты оксид болгон кремний диоксиди жана силикаттар (кум). Ошол эле учурда кремний (анын табигый кошулмалары) жер бетинде кеңири таралган химиялык элементтердин бири болуп саналат. Мазмунунун масса үлүшү боюнча кычкылтектен кийинки экинчи орунду ээлейт (28%тен ашык). Жер кыртышынын үстүнкү катмарында кремний диоксиди (бул кварц), ар кандай чопо жана кум бар. Экинчи таралган топ анын силикаттары болуп саналат. Жер бетинен 35 кмдей тереңдикте гранит жана базальт кендеринин катмарлары кездешет, аларга кремнийлүү бирикмелер кирет. Жердин өзөгүндөгү мазмундун пайызы эсептеле элек, бирок мантиянын жер бетине эң жакын катмарлары (900 кмге чейин) силикаттарды камтыйт. Деңиз суусунун курамында кремнийдин концентрациясы 3 мг/л, Айдын топурагы 40% анын кошулмаларынан турат. Адамзат ушул убакка чейин изилдеген космос мейкиндигинде бул химиялык элемент көп санда бар. Мисалы, изилдөөчүлөргө жеткиликтүү аралыкта Жерге жакындаган метеориттердин спектрдик анализи алар 20% кремнийден тураарын көрсөттү. Биздин галактикада бул элементтин негизинде жашоонун пайда болуу мүмкүнчүлүгү бар.
Изилдөө процесси
Кремнийдин химиялык элементинин ачылыш тарыхы бир нече этаптан турат. Менделеев тарабынан системалаштырылган көптөгөн заттар адамзат тарабынан кылымдар бою колдонулуп келген. Ошол эле учурда элементтер табигый түрдө болгон, б.а. химиялык иштетүүгө дуушар болбогон бирикмелерде жана алардын бардык касиеттери адамдарга белгилүү болгон эмес. Заттын бардык өзгөчөлүктөрүн изилдөө процессинде аны колдонуунун жаңы багыттары пайда болду. Кремнийдин касиеттери ушул күнгө чейин толук изилдене элек - бул элемент колдонуунун кыйла кеңири жана ар түрдүү диапазону менен окумуштуулардын келечек муундары үчүн жаңы ачылыштар үчүн орун калтырат. Заманбап технологиялар бул процессти кыйла тездетет. 19-кылымда көптөгөн атактуу химиктер таза кремний алууга аракет кылышкан. Муну биринчи жолу 1811-жылы Л. Тенард жана Дж. Гей-Люссак жасай алышкан, бирок элементтин ачылышы Ж. Берцелиуска таандык, ал затты бөлүп гана тим болбостон, аны сүрөттөөгө да жөндөмдүү болгон. Швед химиги 1823-жылы калий металлын жана калий тузун колдонуп кремний алган. Реакция катализатор менен жогорку температура түрүндө өттү. Алынган жөнөкөй боз күрөң зат аморфтук кремний болгон. Кристаллдык таза элементти 1855-жылы Сент-Клэр Девилл алган. Изоляциянын татаалдыгы атомдук байланыштардын жогорку бекемдигине түздөн-түз байланыштуу. Эки учурда тең химиялык реакция кирлерден тазалоо процессине багытталган, ал эми аморфтук жана кристаллдык моделдер ар кандай касиеттерге ээ.
Химиялык элементтин кремний айтылышы
Атыпайда болгон порошок - кисель - Берцелиус тарабынан сунушталган. Улуу Британияда жана АКШда кремний дагы эле кремний (Силиций) же силикон (Кремний) деп аталат. Термин латын тилинен «флинт» (же «таш») сөзүнөн келип чыккан жана табиятта кеңири таралгандыктан көпчүлүк учурда «жер» түшүнүгүнө байланган. Бул химиялык заттын орусча айтылышы ар кандай, бардыгы булактан көз каранды. Ал кремний диоксиди (1810-жылы Захаров бул терминди колдонгон), сицилия (1824, Двигубский, Соловьев), кремний диоксиди (1825, Страхов) деп аталып, 1834-жылы гана орус химиги Герман Иванович Гесс тарабынан бүгүнкү күнгө чейин колдонулуп келе жаткан аталыш киргизилген. көпчүлүк булактары - кремний. Менделеевдин мезгилдик системасында Si белгиси менен белгиленет. Химиялык элемент кремний кантип окулат? Англис тилдүү өлкөлөрдүн көптөгөн окумуштуулары анын атын “си” деп айтышат же “силикон” деген сөздү колдонушат. Мына ушул жерден өрөөндүн дүйнөгө таанымал аты келип чыгат, ал компьютердик технология боюнча илимий-өндүрүштүк аянтча болуп саналат. Орус тилдүү калк бул элементти кремний деп аташат (байыркы гректин "таш, тоо" деген сөзүнөн алынган).
Табияттан табуу: депозиттер
Бүтүндөй тоо системалары кремний кошулмаларынан турат, алар таза түрүндө кездешпейт, анткени бардык белгилүү минералдар диоксиддер же силикаттар (алюминосиликаттар) болуп саналат. Укмуш кооздуктун таштары адамдар тарабынан жасалгалоочу материал катары колдонулат - бул опал, аметист, кварцтын ар кандай түрлөрү, яшма, халцедон, агат, рок-кристалл, карнелиан жана башка көптөгөн нерселер. Алар кремнийдин составына алардын тыгыздыгын, түзүлүшүн, түсүн жана колдонулуу багытын аныктаган түрдүү заттардын кошулуусунан пайда болгон. Бүткүл органикалык эмес дүйнөнү табигый чөйрөдө металлдар жана металл эместер (цинк, магний, кальций, марганец, титан ж. б.) менен бекем байланыш түзүүчү бул химиялык элемент менен байланыштырууга болот. Башка заттарга салыштырмалуу кремний өнөр жайлык масштабда казып алуу үчүн жеткиликтүү: ал рудалардын жана минералдардын көпчүлүгүндө кездешет. Демек, активдүү иштетилген кендер материянын аймактык топтолушуна эмес, колдо болгон энергия булактарына байланган. Кварциттер жана кварц кумдары дүйнөнүн бардык өлкөлөрүндө кездешет. Кремнийди ири өндүрүүчүлөр жана жеткирүүчүлөр: Кытай, Норвегия, Франция, АКШ (Батыш Вирджиния, Огайо, Алабама, Нью-Йорк), Австралия, Түштүк Африка, Канада, Бразилия. Бардык өндүрүүчүлөр ар кандай ыкмаларды колдонушат, алар өндүрүлүп жаткан продукциянын түрүнө жараша (техникалык, жарым өткөргүч, жогорку жыштыктагы кремний). Кошумча байытылган же, тескерисинче, кирлердин бардык түрлөрүнөн тазаланган химиялык элемент, анын андан ары колдонулушу көз каранды болгон жеке касиеттерге ээ. Бул ушул затка да тиешелүү. Кремнийдин түзүлүшү анын колдонулуш чөйрөсүн аныктайт.
Колдонуу таржымалы
Адамдардын окшоштугунан улам кремний менен оттук ташты чаташтырышат, бирок бул түшүнүктөр окшош эмес. Келгиле, ачык-айкындуулукту келтирели. Жогоруда айтылгандай, кремний таза түрүндө жаратылышта кездешпейт, бул жөнүндө айтууга болбойткошулмалар (ошол эле кремний диоксиди). Биз карап жаткан заттын диоксидинен пайда болгон негизги минералдар менен тоо тектерге кум (дарыя жана кварц), кварц жана кварциттер, талаа шпаттары жана оттук таштар кирет. Акыркысы жөнүндө ар бир адам укса керек, анткени ага адамзаттын өнүгүү тарыхында чоң маани берилген. Таш доорунда адамдар тарабынан жасалган биринчи куралдар ушул таш менен байланыштуу. Негизги аскадан үзүлгөндө пайда болгон анын курч жээктери байыркы үй кожойкелеринин ишин, ал эми курчутуу мүмкүнчүлүгүн мергенчилер менен балыкчылардын ишин бир топ жеңилдеткен. Флинтте металл буюмдарынын күчү жок болчу, бирок иштебей калган аспаптар оңой эле жаңыларына алмаштырылган. Аны от жагуу катары колдонуу көптөгөн кылымдар бою - альтернативдүү булактар ойлоп табылганга чейин уланган.
Заманбап реалдуулуктарды эске алсак, кремнийдин касиеттери бул затты ички жасалгалоодо же керамикалык идиштерди жасоодо колдонууга мүмкүндүк берет, ошол эле учурда кооз эстетикалык көрүнүштөн тышкары, көптөгөн мыкты функционалдык сапаттарга ээ. Аны колдонуунун өзүнчө багыты болжол менен 3000 жыл мурун айнектин ойлоп табуусу менен байланыштуу. Бул иш-чара кремний камтыган кошулмалардан күзгүлөрдү, идиштерди, мозаикалык витраждарды жасоого мүмкүндүк берди. Баштапкы заттын формуласы керектүү компоненттер менен толукталган, бул буюмга керектүү түстү берүүгө мүмкүндүк берген жана айнектин бекемдигине таасирин тийгизген. Укмуш кооздуктагы жана ар түрдүүлүктөгү искусство чыгармаларын адам курамында кремний бар минералдардан жана таштардан жасаган. Бул элементтин дарылык касиеттери байыркы илимпоздор тарабынан сүрөттөлгөн жана бүтүндөй колдонулганадамзаттын тарыхы. Алар ичүүчү суу үчүн кудуктарды, күнүмдүк турмушта да, медицинада да колдонулуучу тамак-аш сактоочу кампаларды жасашкан. Майдалоонун натыйжасында алынган порошок жараларга сыйрылган. Курамында кремний бар кошулмалардан жасалган идиштерге куюлган сууга өзгөчө көңүл бурулган. Химиялык элемент анын курамы менен өз ара аракеттенип, бир катар патогендик бактерияларды жана микроорганизмдерди жок кылууга мүмкүндүк берди. Жана бул биз карап жаткан зат абдан суроо-талапка ээ болгон бардык тармактардан алыс. Кремнийдин түзүлүшү анын ар тараптуулугун аныктайт.
Касиеттер
Заттын мүнөздөмөлөрү менен кененирээк таанышуу үчүн аны бардык мүмкүн болгон касиеттерин эске алуу менен кароо керек. Кремнийдин химиялык элементин мүнөздөө планына физикалык касиеттери, электрофизикалык көрсөткүчтөрү, кошулмаларды, реакцияларды жана алардын өтүү шарттарын изилдөө ж. Бети борборлоштурулган кубдук тор көмүртектикине (бриллиант) окшош, бирок байланыштар узунураак болгондуктан, ал анчалык күчтүү эмес. 800 оС чейин ысытуу аны пластик кылат, башка учурларда ал морт бойдон калат. Кремнийдин физикалык касиеттери бул затты чындап эле уникалдуу кылат: ал инфракызыл нурланууга тунук. Эрүү температурасы - 1410 0С, кайноо температурасы - 2600 0С, нормалдуу шартта тыгыздык - 2330 кг/м3. Жылуулук өткөрүмдүүлүк туруктуу эмес, ар кандай үлгүлөр үчүн ал алынатболжолдуу мааниси 25 0S. Кремний атомунун касиеттери аны жарым өткөргүч катары колдонууга мүмкүндүк берет. Колдонуунун бул багыты заманбап дүйнөдө эң көп талап кылынат. Электр өткөрүмдүүлүктүн чоңдугуна кремнийдин курамы жана аны менен кошулган элементтер таасир этет. Ошентип, электрондук өткөргүчтүктү жогорулатуу үчүн сурьма, мышьяк, фосфор, перфорацияланган үчүн - алюминий, галлий, бор, индий колдонулат. Өткөргүч катары кремний кошулган түзүлүштөрдү түзүүдө аппараттын иштешине таасир этүүчү белгилүү бир агент менен беттик тазалоо колдонулат.
Кремнийдин эң сонун өткөргүч катары касиеттери заманбап приборлордо кеңири колдонулат. Айрыкча аны татаал жабдууларды (мисалы, заманбап эсептөө приборлору, компьютерлер) өндүрүүдө колдонуу актуалдуу.
Кремний: химиялык элементтин мүнөздөмөлөрү
Көпчүлүк учурларда кремний төрт валенттүү, анын +2 маанисине ээ боло турган байланыштар да бар. Кадимки шарттарда активдүү эмес, күчтүү кошулмалар бар, бөлмө температурасында агрегациянын газ абалында болгон фтор менен гана реакцияга кирет. Бул айланадагы кычкылтек же суу менен өз ара аракеттенгенде байкалган диоксид пленкасы менен бетти тосуу эффектиси менен шартталган. Реакцияларды стимулдаштыруу үчүн катализаторду колдонуу керек: температураны жогорулатуу кремний сыяктуу зат үчүн идеалдуу. Химиялык элемент кычкылтек менен 400-500 0С аракеттенет, натыйжада диоксид пленкасы көбөйөт, процесскычкылдануу. Температура 50 0С чейин көтөрүлгөндө бром, хлор, йод менен реакция байкалып, учуучу тетрагалиддер пайда болот. Кремний кислоталар менен өз ара аракеттенбейт, фтор жана азот кислоталарынын аралашмасын кошпогондо, ысытылган абалдагы ар кандай щелоч эриткич болуп саналат. Кремний суутектери силициддердин ажырашынан гана пайда болот, ал суутек менен реакцияга кирбейт. Бор жана көмүртек менен кошулмалар эң күчтүүлүгү жана химиялык пассивдүүлүгү менен айырмаланат. щелочторго жана кислоталарга жогорку туруктуулук азот менен байланышка ээ, ал 1000 0С жогору температурада пайда болот. Силикиддер металлдар менен реакция аркылуу алынат жана бул учурда кремний көрсөткөн валенттүүлүк кошумча элементке көз каранды. өткөөл металлдын катышуусу менен пайда болгон заттын формуласы кислоталарга туруктуу. Кремний атомунун түзүлүшү анын касиеттерине жана башка элементтер менен өз ара аракеттенүү жөндөмдүүлүгүнө түздөн-түз таасир этет. Жаратылышта жана заттын таасири астында (лабораториялык, өндүрүштүк шарттарда) байланыштардын пайда болуу процесси бир кыйла айырмаланат. Кремнийдин түзүлүшү анын химиялык активдүүлүгүн көрсөтүп турат.
Имарат
Кремний атомунун түзүлүшүнүн өзүнүн өзгөчөлүктөрү бар. Ядронун заряды +14, ал мезгилдик системадагы катар номерине туура келет. Заряддалган бөлүкчөлөрдүн саны: протондор - 14; электрондор - 14; нейтрондор - 14. Кремний атомунун түзүлүш схемасы төмөнкүдөй формага ээ: Si +14) 2) 8) 4. Акыркы (тышкы) деңгээлде 4.электрон, ал «+» же «-» белгиси менен кычкылдануу даражасын аныктайт. Кремний оксидинин формуласы SiO2 (валенттүүлүк 4+), учуучу суутек кошулмасы SiH4 (валенттүүлүк -4). Кремний атомунун чоң көлөмү кээ бир бирикмелерде, мисалы, фтор менен бириккенде 6 координациялык санга ээ болууга мүмкүндүк берет. Молярдык масса - 28, атомдук радиус - 132 pm, электрондук кабык конфигурациясы: 1S22S22P6 3S23P2.
Колдонмо
Беттик же толук кошулган кремний жарым өткөргүч катары көптөгөн, анын ичинде жогорку тактыктагы түзүлүштөрдү (мисалы, күн фотоэлементтерин, транзисторлорду, түзөткүчтөрдү ж.б.) жаратууда колдонулат. Ультра таза кремний күн батареяларын (энергия) түзүү үчүн колдонулат. Монкристалл түрү күзгүлөрдү жана газ лазерин жасоо үчүн колдонулат. Кремний кошулмаларынан айнек, керамикалык плиткалар, идиш-аяк, фарфор, фаянс алынат. Алынган то-варлардын турлерунун ар тур-дуулугун баяндоо кыйын, алардын иштеши турмуш-тиричилик децгээлинде, искусство менен илимде, ендуруште журет. Алынган цемент курулуш аралашмаларын жана кирпичти, жасалгалоочу материалдарды жасоо үчүн чийки зат катары кызмат кылат. Кремний органикалык бирикмелердин негизинде майлардын, майлоочу майлардын таралышы көптөгөн механизмдердин кыймылдуу бөлүктөрүндөгү сүрүлүү күчүн бир топ азайтат. Силициддер агрессивдүү чөйрөлөргө (кислоталарга, температурага) туруктуулук жаатындагы уникалдуу касиеттеринен улам өнөр жайда кеңири колдонулат. Алардын электрдик, ядролук жана химиялык мүнөздөмөлөрү комплекстүү тармактардын адистери тарабынан эске алынат,кремний атомунун түзүлүшү акыркы ролду ойнобойт.
Биз бүгүнкү күнгө чейин эң жогорку технологиялуу жана өнүккөн колдонмолорду тизмектеп чыктык. Эң кеңири таралган, чоң көлөмдөгү техникалык кремний түрдүү колдонмолордо колдонулат:
- Таза затты өндүрүү үчүн чийки зат катары.
- Металлургия тармагында эритмелерди эритмелөө үчүн: кремнийдин болушу отко чыдамдуулукту жогорулатат, коррозияга туруктуулукту жана механикалык бекемдикти жогорулатат (бул элементтин ашыкча болушу эритмени өтө морт болушу мүмкүн).
- Металдан ашыкча кычкылтекти кетирүү үчүн деоксидант катары.
- Силандарды өндүрүү үчүн сырье (органикалык заттар менен кремний бирикмелери).
- Кремний жана темир эритмесинен суутек алуу үчүн.
- Күн панелдерин өндүрүү.
Бул заттын мааниси адам организминин нормалдуу иштеши үчүн да чоң. Бул учурда кремнийдин түзүлүшү, анын касиеттери чечүүчү. Ошол эле учурда анын ашыкча болушу же жетишсиздиги олуттуу ооруларга алып келет.
Адамдын организминде
Медицина узак убакыттан бери кремнийди бактерициддик жана антисептикалык каражат катары колдонуп келет. Бирок тышкы колдонуунун бардык артыкчылыктары менен бул элемент адамдын денесинде дайыма жаңыланып турушу керек. Анын мазмунунун нормалдуу деңгээли жалпы жашоону жакшыртат. Анын жетишсиздигинен 70тен ашык микроэлементтер жана витаминдер организмге сиңбейт, бул бир кыйла азайтат.бир катар ооруларга каршылык. Кремнийдин эң жогорку пайызы сөөктөрдө, териде, тарамыштарда байкалат. Ал күч-кубатты сактап, ийкемдүүлүктү берүүчү структуралык элементтин ролун аткарат. Скелеттин бардык катуу ткандары анын кошулмаларынан түзүлөт. Акыркы изилдөөлөрдүн натыйжасында кремний курамы бөйрөктө, уйку безинде жана тутумдаштыргыч ткандарда табылган. Организмдин иштешинде бул органдардын ролу абдан чоң, ошондуктан анын мазмунунун төмөндөшү жашоону камсыз кылуунун көптөгөн негизги көрсөткүчтөрүнө терс таасирин тийгизет. Организм күнүнө 1 грамм кремнийди тамак-аш жана суу менен алышы керек - бул теринин сезгениши, сөөктөрдүн жумшарышы, боордо, бөйрөктө таштардын пайда болушу, көрүүнүн начарлашы, чач жана тырмактар, атеросклероз. Бул элементтин жетиштүү деңгээли менен иммунитет жогорулайт, зат алмашуу процесстери нормалдашып, адамдын ден соолугу үчүн зарыл болгон көптөгөн элементтердин ассимиляциясы жакшырат. Кремнийдин эң көп өлчөмү дан эгиндеринде, чамгырда, гречкада. Кремний суу олуттуу пайда алып келет. Аны колдонуунун көлөмүн жана жыштыгын аныктоо үчүн адиске кайрылуу жакшы.
