Сторінка
7

Р – елементи ІV групи

Силіцій у природі. Добування і властивості силіцію. Силіцій — один з найпоширеніших у земній корі елементів. Він становить 27% (мас.) доступної нашому дослідженню частини земної кори, зай­маючи щодо поширеності друге місце після кисню. У природі силіцій трапляється лише в сполуках: у вигляді діоксиду силіцію SiO2, що та­кож називається ангідридом силіцію, або кремнеземом, і у вигляді солей силікатних кислот (силікатів). У природі найбільше поширені алюмосилікати, тобто силікати, до складу яких входить алюміній. До них належать польові шпати, слюди, каолін та ін. А мой кабинет парикмахера u-lisa.ru.

Так само як карбон, входячи до складу всіх органічних речовин, є дуже важливим елементом рослинного і тваринного світу, силіцій — основний елемент у світі мінералів і гірських порід. У більшості організмів вміст силіцію дуже невеликий. Проте деякі морські організми нагромаджують великі кількості силіцію. До багатих на нього морських рослин належать діатомові водорості, з тварин багато силіцію містять радіолярії, силіцієві губки.

Вільний силіцій можна добути, прожарюючи з магнієм дрібний білий пісок, що є діоксидом силіцію:

SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.

При цьому утворюється бурий порошок аморфного силіцію.

Силіцій розчиняється у розплавлених металах. При повільному охолодженні розчину силіцію в цинку або в алюмінії силіцій виді­ляється у вигляді добре утворених кристалів октаедричної форми. Кристалічний силіцій має стальний блиск.

Кристали силіцію високої чистоти, що. мають мінімальне число дефектів структури, характеризуються дуже низькою електропровід­ністю; домішки і порушення правильності будови різко збільшують її.

Силіцій застосовують в основному в металургії і напівпровідни­ковій техніці. У металургії його використовують для видалення кис­ню з розплавлених металів; він є також складовою частиною багатьох сплавів, найважливіші з яких — сплави на основі феруму, купруму та алюмінію. В напівпровідниковій техніці силіцій використовують для виготовлення фотоелементів, підсилювачів, випрямлячів. Напів­провідникові прилади на основі силіцію витримують нагрівання до 250° С, що розширює галузь їх застосування.

У промисловості силіцій добувають відновленням діоксиду силіцію коксом в електричних печах:

SiO2 + 2С = Si + 2C0|.

Добутий цим способом силіцій містить 2—5% домішок. Силіцій високої чистоти, потрібний для виготовлення напівпровідникових при­ладів, добувають складнішим способом. Природний кремнезем пере­водять у таку сполуку силіцію, яка піддається глибокому очищенню. Потім силіцій виділяють з добутої чистої речовини термічним розкла­данням або дією відновника. Один з таких способів полягає в перетво­ренні кремнезем у хлорид силіцію SiCl4, очищенні цього продукту і відновленні з нього силіцію високочистим цинком. Дуже чистий силіцій можна добути також термічним розкладанням йодиду силіцію Sil4 або силану SiH4. Добутий цим способом силіцій містить дуже мало домішок і придатний для виготовлення деяких напівпровідникових приладів. Щоб добути ще чистіший продукт, його додатково очищають, наприклад зонною плавкою

У хімічному відношенні силіцій, особливо кристалічний, малоак­тивний; при кімнатній температурі він безпосередньо сполучається лише з фтором. Якщо аморфний силіцій нагрівати, то він легше спо­лучається з оксигеном, галогенами і сульфуром.

Кислоти, крім суміші фтористоводневої і нітратної, не діють на силіцій, але луги енергійно з ним реагують, виділяючи гідроген і утво­рюючи солі силікатної кислоти H2Si03:

Si + 2КОН + Н2О = K2Si03 + 2H2|

При наявності слідів лугу, що відіграє роль каталізатора, силіцій витісняє гідроген також з води.

Якщо в електричній печі розжарювати суміш піску і коксу, взя­тих у певному співвідношенні, то утворюється сполука силіцію з карбоном — карбід силіцію SiC, що називається карборундом:

SiO2 + ЗС = SiC + 2C0|

Чистий карборунд — безбарвні дуже тверді кристали (густина 3,2 г/см3). Технічний продукт звичайно забарвлений домішками в тем­но-сірий колір.

За внутрішньою будовою карборунд є ніби алмазом, у якому половина атомів карбону рівномірно замінена атомами силіцію. Кожний атом карбону міститься в центрі тетраедра, у вершинах якого розміщено атоми силіцію; в свою чергу, кожний атом силіцію оточений подібним чином чотирма атомами карбону. Ковалентні зв'я­зки, що сполучають усі атоми в цій структурі, як і в алмазі, дуже міцні, чим поясню­ється велика твердість карборунду.

Карборунд добувають у великій кількості; завдяки високій твер­дості і вогнетривкості він набув широкого застосування. З порошку карборунду виготовляють шліфувальні круги, бруски, шліфуваль­ний папір. На його основі виробляють плити для підлог, платформ, переходів у метро і на вокзалах. З нього виробляють муфелі і футеровку для різних печей. Суміш порошків карборунду і силіцію — мате­ріал для виготовлення силітових стержнів для електричних печей.

При високій температурі силіцій вступає в сполуку з багатьма металами, утворюючи силіциди. Наприклад, при нагріванні діоксиду силіцію з надлишком металічного магнію силіцій, що при цьому відновлюється, сполучається з магнієм, утворюючи силіцид магнію Mg2Si: 4Mg + SiO2 = Mg2Si + 2MgO.

Сполуки силіцію з гідрогеном і галогенами. Якщо хлоридною кисло­тою подіяти на силіцид магнію Mg2Si, то утвориться силіцієводень (силан) SiH4, подібний до метану:

Mg2Si + 4НС1 = 2MgCl2 + SiH4|

Силан SiH4 — безбарвний газ, який самозаймається на повітрі і згоряє з утворенням діоксиду силіцію та води:

SiH4 + 2О2 = SiO2 + 2Н2О.

Крім SiH4, відомо кілька інших силіцієводнів, які мають загальну назву силанів, наприклад дисилан Si2H6, трисилан Si3H8. Силани аналогічні вуглеводням, але відрізняються від них малою стійкістю. Очевидно, зв'язок між атомами силіцію значно менш міцний, ніж зв'язок між атомами карбону, внаслідок чого ланцюги —Si—Si—Si— легко руйнуються. Неміцний також зв'язок силіцію з гідрогеном, що свід­чить про значне ослаблення неметалічних властивостей силіцію.

Хлорид силіцію SiCl4 добувають нагріванням суміші діоксиду силіцію з карбоном в струмені хлору: