Кремний жана анын бирикмелери. Жаратылышта кремний. Кремнийди колдонуу

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 05:34

Кремний технологияда жана өнөр жайда эң көп талап кылынган элементтердин бири. Бул анын адаттан тыш касиеттерине милдеттүү. Бүгүнкү күндө бул элементтин көптөгөн түрдүү кошулмалары бар, алар синтезде жана техникалык буюмдарды, идиштерди, айнектерди, жабдууларды, курулуш жана жасалгалоочу материалдарды, зергерчиликти жана өнөр жайдын башка тармактарын түзүүдө маанилүү роль ойнойт.

Кремнийдин жалпы мүнөздөмөсү

Эгерде кремнийдин мезгилдик системадагы ордун карай турган болсок, муну айта алабыз:

1. Негизги топтун IV тобунда жайгашкан.
2. Реталык номер 14.
3. Атомдук масса 28, 086.
4. Химиялык белгиси Si.
5. Аты - кремний, же латынча - silicium.
6. Сырткы катмардын электрондук конфигурациясы 4e:2e:8e.

Кремнийдин кристалл торчосу алмаздыкына окшош. Атомдор түйүндөрдө жайгашкан, анын түрү бет борборлошкон куб. Бирок, байланыштын узундугуна байланыштуу кремнийдин физикалык касиеттери көмүртектин аллотропиялык модификациясынан абдан айырмаланат.

Физикалык жана химиялык касиеттери

Эки барбул элементтин аллотроптук модификациялары: аморфтук жана кристаллдык. Алар абдан окшош. Бирок, башка заттар сыяктуу эле, алардын ортосундагы негизги айырма кремнийдин кристаллдык тор болуп саналат.

Мында эки модификация тең түрдүү түстөгү порошок болуп саналат.

1. Кристалл кремний – кара боз жалтырак металл сымал порошок. Анын түзүлүшү алмазга туура келет, бирок касиеттери башкача. Анын бар:

• морттук;
• төмөн катуулук;
• жарым өткөргүч касиеттери;
• эрүү температурасы 1415⁰C;
• 2,33г/см³;
• кайноо температурасы 2700⁰C.

Анын химиялык активдүүлүгү башка аллотроптук формага салыштырмалуу төмөн.

2. Аморфтук кремний - күрөң-күрөң порошок, өтө иретсиз алмаздын түзүлүшүнө ээ. Химиялык активдүүлүк абдан жогору.

Жалпысынан алганда, кремний реакцияны жактырбай турганын белгилей кетүү керек. Ага реакция кылуу үчүн сизге кеминде 400-500⁰C керек. Бул шарттарда кремнийдин түрдүү химиялык бирикмелери пайда болот. Мисалы:

• оксиддер;
• галогениддер;
• силициддер;
• нитриддер;
• borides;
• карбиддер.

Кремнийдин азот кислотасы же щелоч менен мүмкүн болгон өз ара аракеттенүүсү, ал оюу процесси деп аталат. Кремний органикалык бирикмелери кеңири таралган жана бүгүн барган сайын кеңири жайылууда.

Табиятта болуу

Кремний табиятта олуттуу өлчөмдө кездешет. Ал таралышы боюнча кычкылтектен кийинки экинчи орунда турат. Анын массалык үлүшү болжол менен 30% ды түзөт. Деңиз суусу дагы 3 мг/л болжолдуу концентрацияда бул элементти камтыйт. Ошондуктан кремнийди табиятта сейрек кездешүүчү элемент деп айтууга болбойт.

Тескерисинче, ал пайда болгон жана аны казып алууга боло турган көптөгөн ар кандай тоо тектери жана минералдары бар. Эң кеңири таралган табигый кремний кошулмалар төмөнкүдөй:

1. Кремний диоксиди. Химиялык формула SiO₂. Анын негизиндеги минералдардын жана тоо тектеринин бир кыйла көп түрлөрү бар: кум, оттук таш, талаа шпаттары, кварц, рок-кристалл, аметист, халцедон, карнелиан, опал, яшма жана башкалар.
2. Силикаттар жана алюмосиликаттар. Каолин, шпат, слюда, кремний кислотасынын туздары, асбест, тальк.

Ошентип, кремний табиятта кеңири таралган жана анын бирикмелери техникалык колдонуу үчүн адамдар арасында популярдуу жана суроо-талапка ээ.

Кремний жана анын бирикмелери

Каралып жаткан элемент таза түрүндө боло албагандыктан, анын ар кандай кошулмалары маанилүү. Химиялык көз караштан алганда, ал үч кычкылдануу абалын көрсөтө алат: +2, +4, -4. Мындан, ошондой эле анын инерттүүлүгүнөн, бирок кристаллдык тордун түзүлүшүндө өзгөчөлүгүнөн келип, ал төмөнкүдөй негизги заттардын түрлөрүн түзөт:

• металл эместер менен бинардык бирикмелер (силан, карбид, нитрид, фосфид жана башкалар;
• оксиддер;
• кремнийкислота;
• металл силикаттар.

Келгиле, кремнийдин жана анын кошулмаларынын маанилүүлүгүн тереңирээк карап чыгалы, алар эң кеңири таралган жана адамдар үчүн суроо-талапка ээ.

Кремний оксиддери

Бул заттын формулалар менен берилген эки түрү бар:

• SiO;
• SiO₂.

Бирок эң кеңири тараганы – диоксид. Ал жаратылышта абдан кооз жарым асыл таштар түрүндө бар:

• агат;
• халцедон;
• opal;
• carnelian;
• яшма;
• аметист;
• rhinestone.

Кремнийди бул формада колдонуу зергер буюмдарын өндүрүүдө өзүнүн колдонулушун тапты. Укмуштуудай кооз алтын жана күмүш зер буюмдары бул жарым асыл жана жарым асыл таштардан жасалган.

Кремний диоксидинин дагы бир нече варианттары:

• кварц;
• дарыя жана кварц куму;
• флинт;
• талаа шпаттары.

Кремнийдин бул түрлөрүндө колдонуу курулуш иштеринде, машина курууда, радиоэлектроникада, химиялык өнөр жайда жана металлургияда ишке ашырылат. Тизмедеги оксиддер чогуу бир затка - кремнеземге таандык.

Кремний карбиди жана анын колдонулушу

Кремний жана анын бирикмелери келечектин жана азыркы учурдун материалдары. Бул материалдардын бири карборунд же бул элементтин карбиди болуп саналат. SiC химиялык формуласы. Табиятта моиссанит минералы катары кездешет.

Таза түрүндө көмүртек менен кремнийдин кошулмасы коозалмаз структураларына окшош тунук кристаллдар. Бирок, жашыл жана кара түстөгү заттар техникалык максаттарда колдонулат.

Бул заттын металлургияда, машина курууда, химиялык өнөр жайда колдонууга мүмкүндүк берген негизги мүнөздөмөлөрү төмөнкүлөр:

• кең аралык жарым өткөргүч;
• өтө жогорку күч (Mohs шкаласы боюнча 7);
• жогорку температурага туруктуу;
• мыкты электр каршылык жана жылуулук өткөрүмдүүлүк.

Мунун бардыгы карборундун металлургияда жана химиялык синтезде абразивдүү материал катары колдонууга мүмкүндүк берет. Жана ошондой эле анын негизинде кең спектрдеги светодиоддорду, айнек эритүүчү мештердин тетиктерин, саптамаларды, факелдерди, зергер буюмдарын (моиссанит куб циркониядан да жогору баалайт) чыгаруу.

Силан жана анын мааниси

Кремнийдин суутек кошулмасы силан деп аталат жана аны баштапкы материалдардан түз синтездөө жолу менен алуу мүмкүн эмес. Аны алуу үчүн ар кандай металлдардын силициддери колдонулат, алар кислоталар менен иштетилет. Натыйжада газ түрүндөгү силан бөлүнүп, металл тузу пайда болот.

Кызыгы, сөз болгон байланыш эч качан жалгыз түзүлбөйт. Дайыма реакциянын натыйжасында кремний атомдору чынжырча менен байланышкан моно-, ди- жана трисиландын аралашмасы алынат.

Өзүнүн касиеттери боюнча бул кошулмалар күчтүү калыбына келтирүүчү заттар. Ошол эле учурда алар кычкылтек менен оңой кычкылданышат, кээде жарылуу менен. Галогендер менен реакциялар ар дайым катуу, чоң эмиссия менен болотэнергия.

Силандардын колдонулушу төмөнкүдөй:

1. Органикалык синтездин реакциялары, анын натыйжасында кремний органикалык бирикмелери - силикондор, каучуктар, герметиктер, майлоочу материалдар, эмульсиялар жана башкалар пайда болот.
2. Микроэлектроника (LCD мониторлору, интегралдык техникалык схемалар ж.б.).
3. Өтө таза полисиликон алуу.
4. Протези бар стоматология.

Ошентип, силандардын заманбап дүйнөдө мааниси жогору.

Кремний кислотасы жана силикаттар

Каралып жаткан элементтин гидроксиди ар кандай кремний кислоталары. Баса белгилөө:

• meta;
• орто;
• полисилиций жана башка кислоталар.

Алардын баарын жалпы касиеттери бириктирет - эркин абалда өтө туруксуздук. Температуранын таасири астында алар оңой чирийт. Кадимки шарттарда алар көпкө жашабайт, адегенде зольге, андан кийин гелге айланат. Кургатылгандан кийин мындай структуралар силикагелдер деп аталат. Алар чыпкаларда адсорбент катары колдонулат.

Өнөр жай көз карашынан алганда, кремний кислоталарынын туздары - силикаттар маанилүү. Алар төмөнкүдөй заттардын өндүрүшүнүн негизин түзөт:

• айнек;
• бетон;
• цемент;
• цеолит;
• каолин;
• фарфор;
• фаянс;
• кристал;
• керамика.

Шелочтуу металл силикаттары эрийт, калгандарынын баары эрибейт. Ошондуктан, натрий жана калий силикат суюк айнек деп аталат. Жөнөкөй клерик клей - бул натрийкремний кислотасы тузу.

Бирок эң кызыктуу кошулмалар дагы эле көз айнек. Бул заттын канча варианттарын ойлоп табышса да! Бүгүн алар түстүү, оптикалык, жалтырабаган варианттарды алышат. Айнек идиштери өзүнүн көркү жана ар түрдүүлүгү менен таң калтырат. Аралашмага белгилүү бир металл жана металл эмес оксиддерди кошуу менен айнек түрлөрүнүн көп түрүн чыгарууга болот. Кээде бир эле состав, бирок компоненттердин башка пайызы заттын касиеттеринин айырмачылыгына алып келет. Мисал фарфор жана фаянс, анын формуласы SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Кварц айнеги - курамы кремний диоксиди катары сүрөттөлгөн өтө таза продуктунун бир түрү.

Кремний кошулмаларындагы ачылыштар

Изилдөөлөрдүн акыркы бир нече жылында кремний жана анын кошулмалары тирүү организмдердин нормалдуу абалынын эң маанилүү катышуучулары экени далилденди. Бул элементтин жетишсиздиги же ашыкча болушу менен оорулар, мисалы:

• рак;
• туберкулез;
• артрит;
• катаракта;
• пес;
• дизентерия;
• ревматизм;
• гепатит жана башкалар.

Картайуу процессинин өзү да кремнийдин сандык мазмуну менен байланыштуу. Сүт эмүүчүлөргө жасалган көптөгөн эксперименттер элементтин жетишсиздигинен инфаркт, инсульт, рак пайда болуп, гепатиттин вирусу активдешерин далилдеди.