Proprietăți chimice ale siliciului. Siliciu. Proprietățile siliciului. Aplicații de silicon

Unul dintre cele mai comune elemente din natură este siliciul sau siliciul. O distribuție atât de largă indică importanța și semnificația acestei substanțe. Acest lucru a fost înțeles și învățat rapid de oamenii care au învățat cum să folosească corect siliciul în scopurile lor. Utilizarea sa se bazează pe proprietăți speciale, despre care vom discuta în continuare.

Siliciu - element chimic

Dacă caracterizăm un element dat prin poziție în tabelul periodic, putem identifica următoarele puncte importante:

1. Număr de serie - 14.
2. Perioada este a treia mică.
3. Grupa - IV.
4. Subgrupul este cel principal.
5. Structura învelișului electronic exterior este exprimată prin formula 3s 2 3p 2.
6. Elementul siliciu este reprezentat de simbolul chimic Si, care se pronunță „siliciu”.
7. Stările de oxidare pe care le prezintă sunt: ​​-4; +2; +4.
8. Valența atomului este IV.
9. Masa atomică a siliciului este 28.086.
10. În natură, există trei izotopi stabili ai acestui element cu numere de masă 28, 29 și 30.

Astfel, din punct de vedere chimic, atomul de siliciu este un element destul de studiat; multe dintre proprietățile sale diferite au fost descrise.

Istoria descoperirii

Deoarece diferiți compuși ai elementului în cauză sunt foarte populari și abundenți în natură, din cele mai vechi timpuri oamenii au folosit și știut despre proprietățile multora dintre ei. Siliciu pur pentru o lungă perioadă de timp a rămas dincolo de cunoștințele umane în chimie.

Cei mai populari compuși folosiți în viața de zi cu zi și în industrie de către popoarele culturilor antice (egipteni, romani, chinezi, ruși, perși și alții) au fost pietrele prețioase și ornamentale pe bază de oxid de siliciu. Acestea includ:

• opal;
• stras;
• topaz;
• crisoprază;
• onix;
• calcedonie și altele.

De asemenea, se obișnuiește utilizarea cuarțului în construcții încă din cele mai vechi timpuri. Cu toate acestea, siliciul elementar în sine a rămas nedescoperit până în secolul al XIX-lea, deși mulți oameni de știință au încercat în zadar să-l izoleze de conexiuni diferite, folosind catalizatori, temperaturi ridicate și chiar curent electric. Acestea sunt minți atât de strălucitoare ca:

• Karl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Palmă a mâinii;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Obține cu succes siliciu în formă pură Jens Jacobs Berzelius a reușit în 1823. Pentru a face acest lucru, el a efectuat un experiment privind fuziunea vaporilor de fluorură de siliciu și potasiu metal. Ca urmare, am obținut o modificare amorfă a elementului în cauză. Aceiași oameni de știință au propus un nume latin pentru atomul descoperit.

Puțin mai târziu, în 1855, un alt om de știință - Sainte-Clair-Deville - a reușit să sintetizeze o altă varietate alotropă - siliciul cristalin. De atunci, cunoștințele despre acest element și proprietățile sale au început să se extindă foarte repede. Oamenii și-au dat seama că are caracteristici unice care pot fi folosite foarte inteligent pentru a-și satisface propriile nevoi. Prin urmare, astăzi unul dintre cele mai populare elemente din electronică și tehnologie este siliciul. Utilizarea sa își extinde limitele doar în fiecare an.

Numele rusesc pentru atom a fost dat de omul de știință Hess în 1831. Aceasta este ceea ce a rămas până în ziua de azi.

În ceea ce privește abundența în natură, siliciul ocupă locul al doilea după oxigen. Procentul său în comparație cu alți atomi din compoziție Scoarta terestra- 29,5%. În plus, carbonul și siliciul sunt două elemente speciale care pot forma lanțuri prin legarea unul cu celălalt. De aceea, pentru acestea din urmă sunt cunoscute peste 400 de minerale naturale diferite, în care se găsește în litosferă, hidrosferă și biomasă.

Unde se găsește mai exact siliciul?

1. În straturile adânci ale solului.
2. În roci, depozite și masive.
3. Pe fundul corpurilor de apă, în special al mărilor și oceanelor.
4. În plante și viața marina din regnul animal.
5. În corpul uman și animalele terestre.

Putem identifica câteva dintre cele mai comune minerale și roci, care conțin cantitati mari siliciul este prezent. Chimia lor este de așa natură încât conținutul de masă al elementului pur din ele ajunge la 75%. Cu toate acestea, cifra specifică depinde de tipul de material. Asa de, stânciși minerale care conțin siliciu:

• feldspați;
• mica;
• amfiboli;
• opale;
• calcedonie;
• silicati;
• gresii;
• aluminosilicați;
• argile si altele.

Acumulându-se în cochiliile și exoscheletele animalelor marine, siliciul formează în cele din urmă depozite puternice de siliciu pe fundul corpurilor de apă. Aceasta este una dintre sursele naturale ale acestui element.

În plus, s-a constatat că siliciul poate exista în forma sa nativă pură - sub formă de cristale. Dar astfel de depozite sunt foarte rare.

Proprietățile fizice ale siliciului

Dacă caracterizăm elementul în cauză după mulţime proprietati fizice si chimice, atunci în primul rând este necesar să se desemneze parametrii fizici. Iată câteva dintre cele principale:

1. Există sub forma a două modificări alotrope - amorfe și cristaline, care diferă în toate proprietățile.
2. Rețeaua cristalină este foarte asemănătoare cu cea a diamantului, deoarece carbonul și siliciul sunt practic la fel în acest sens. Cu toate acestea, distanța dintre atomi este diferită (siliciul este mai mare), astfel încât diamantul este mult mai dur și mai puternic. Tip zăbrele - cubică centrată pe față.
3. Substanța este foarte fragilă, temperaturi mari devine plastic.
4. Punctul de topire este de 1415°C.
5. Punct de fierbere - 3250˚С.
6. Densitatea substanței este de 2,33 g/cm3.
7. Culoarea compusului este gri-argintiu, cu un luciu metalic caracteristic.
8. Are proprietăți semiconductoare bune, care pot varia odată cu adăugarea anumitor agenți.
9. Insolubil în apă, solvenți organici și acizi.
10. Solubil în mod specific în alcalii.

Proprietățile fizice identificate ale siliciului permit oamenilor să-l manipuleze și să-l folosească pentru a crea diverse produse. De exemplu, utilizarea siliciului pur în electronică se bazează pe proprietățile semiconductivității.

Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale siliciului sunt foarte dependente de condițiile de reacție. Dacă vorbim despre parametri standard, atunci trebuie să indicăm o activitate foarte scăzută. Atât siliciul cristalin, cât și cel amorf sunt foarte inert. Nu interacționează cu agenți oxidanți puternici (cu excepția fluorului) sau cu agenți reducători puternici.

Acest lucru se datorează faptului că pe suprafața substanței se formează instantaneu o peliculă de oxid de SiO 2, ceea ce previne interacțiunile ulterioare. Se poate forma sub influența apei, a aerului și a vaporilor.

Dacă modificați condițiile standard și încălziți siliciul la o temperatură de peste 400˚C, atunci activitatea sa chimică va crește foarte mult. În acest caz, va reacționa cu:

• oxigen;
• toate tipurile de halogeni;
• hidrogen.

Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, este posibilă formarea de produse prin interacțiunea cu borul, azotul și carbonul. Carborundum - SiC - este de o importanță deosebită, deoarece este un bun material abraziv.

De asemenea Proprietăți chimice siliciul este clar vizibil în reacțiile cu metalele. În raport cu acestea, este un agent oxidant, motiv pentru care produsele se numesc siliciuri. Compuși similari sunt cunoscuți pentru:

• alcalin;
• alcalino-pământos;
• metale de tranziție.

Compusul obținut prin topirea fierului și a siliciului are proprietăți neobișnuite. Se numește ceramică ferosilicioasă și este folosită cu succes în industrie.

Siliciul nu interacționează cu substanțe complexe, prin urmare, din toate soiurile lor, se poate dizolva numai în:

• aqua regia (un amestec de acizi azotic și clorhidric);
• alcalii caustici.

În acest caz, temperatura soluției trebuie să fie de cel puțin 60˚C. Toate acestea confirmă încă o dată baza fizica substanțe - o rețea cristalină stabilă asemănătoare unui diamant, care îi conferă rezistență și inerție.

Metode de obținere

Obținerea siliciului în forma sa pură este un proces destul de costisitor din punct de vedere economic. În plus, datorită proprietăților sale, orice metodă dă doar un produs pur 90-99%, în timp ce impuritățile sub formă de metale și carbon rămân toate aceleași. Prin urmare, simpla obținere a substanței nu este suficientă. De asemenea, trebuie curățat bine de elemente străine.

În general, producția de siliciu se realizează în două moduri principale:

1. Din nisip alb, care este oxid de siliciu pur SiO 2 . Când este calcinat cu metale active (cel mai adesea magneziu), se formează un element liber sub forma unei modificări amorfe. Puritatea acestei metode este ridicată, produsul se obține cu un randament de 99,9 la sută.
2. O metodă mai răspândită la scară industrială este sinterizarea nisipului topit cu cocs în cuptoare termice specializate. Aceasta metoda a fost dezvoltat de omul de știință rus N. N. Beketov.

Prelucrarea ulterioară implică supunerea produselor la metode de purificare. În acest scop se folosesc acizi sau halogeni (clor, fluor).

Siliciu amorf

Caracterizarea siliciului va fi incompletă dacă fiecare dintre modificările sale alotropice nu este luată în considerare separat. Prima dintre ele este amorfă. În această stare, substanța pe care o luăm în considerare este o pulbere maro-maroniu, fin dispersată. Are un grad ridicat de higroscopicitate și prezintă o activitate chimică destul de mare când este încălzit. În condiții standard, este capabil să interacționeze numai cu cel mai puternic agent oxidant - fluorul.

Nu este în întregime corect să numim siliciul amorf un tip de siliciu cristalin. Rețeaua sa arată că această substanță este doar o formă de siliciu fin dispersat, existent sub formă de cristale. Prin urmare, ca atare, aceste modificări sunt unul și același compus.

Cu toate acestea, proprietățile lor diferă, motiv pentru care se obișnuiește să se vorbească despre alotropie. Siliciul amorf în sine are o capacitate mare de absorbție a luminii. În plus, în anumite condiții, acest indicator este de câteva ori mai mare decât cel al formei cristaline. Prin urmare, este utilizat în scopuri tehnice. Sub această formă (pulbere), compusul se aplică cu ușurință pe orice suprafață, fie ea din plastic sau sticlă. Acesta este motivul pentru care siliciul amorf este atât de convenabil de utilizat. Aplicație bazată pe diferite dimensiuni.

Deși bateriile de acest tip se uzează destul de repede, ceea ce este asociat cu abraziunea unei pelicule subțiri de substanță, utilizarea și cererea lor sunt în creștere. La urma urmei, chiar și pe o durată scurtă de viață panouri solare pe baza de siliciu amorf poate furniza energie intreprinderilor intregi. În plus, producția unei astfel de substanțe este fără deșeuri, ceea ce o face foarte economică.

Această modificare se obține prin reducerea compușilor cu metale active, de exemplu, sodiu sau magneziu.

Siliciu cristalin

Modificare strălucitoare gri-argintie a elementului în cauză. Această formă este cea mai comună și cea mai solicitată. Acest lucru se explică prin setul de proprietăți calitative pe care le posedă această substanță.

Caracteristicile siliciului cu o rețea cristalină includ clasificarea tipurilor sale, deoarece există mai multe dintre ele:

1. Calitate electronică - cea mai pură și cea mai înaltă calitate. Acest tip este folosit în electronică pentru a crea dispozitive deosebit de sensibile.
2. Calitate însorită. Numele în sine determină zona de utilizare. Este, de asemenea, siliciu de puritate destul de ridicată, a cărui utilizare este necesară pentru a crea celule solare de înaltă calitate și de lungă durată. Convertizoarele fotoelectrice create pe baza unei structuri cristaline sunt de calitate superioară și rezistente la uzură decât cele create folosind o modificare amorfă prin pulverizare pe diferite tipuri de substraturi.
3. Siliciu tehnic. Această varietate include acele mostre de substanță care conțin aproximativ 98% din elementul pur. Orice altceva merge la diferite tipuri de impurități:

• aluminiu;
• clor;
• carbon;
• fosfor și altele.

Ultimul tip de substanță în cauză este utilizat pentru a obține policristale de siliciu. În acest scop, se efectuează procese de recristalizare. Drept urmare, din punct de vedere al purității, se obțin produse care pot fi clasificate ca calitate solară și electronică.

Prin natura sa, polisiliciul este un produs intermediar între modificările amorfe și cristaline. Această opțiune este mai ușor de lucrat, este mai bine procesată și curățată cu fluor și clor.

Produsele rezultate pot fi clasificate după cum urmează:

• multisiliciu;
• monocristalin;
• cristale profilate;
• resturi de siliciu;
• siliciu tehnic;
• deșeuri de producție sub formă de fragmente și resturi de materie.

Fiecare dintre ele își găsește aplicație în industrie și este utilizat pe deplin de oameni. Prin urmare, cei care ating siliciul sunt considerați non-deșeuri. Acest lucru reduce semnificativ costul său economic fără a afecta calitatea.

Folosind siliciu pur

Producția industrială de siliciu este destul de bine stabilită, iar scara sa este destul de mare. Acest lucru se datorează faptului că acest element, atât pur, cât și sub formă de diverși compuși, este răspândit și solicitat în diferite ramuri ale științei și tehnologiei.

Unde se folosește siliciul cristalin și amorf în forma sa pură?

1. În metalurgie, ca aditiv de aliere capabil să modifice proprietățile metalelor și aliajelor acestora. Astfel, se folosește la topirea oțelului și a fontei.
2. Diferite tipuri de substanțe sunt utilizate pentru a face o versiune mai pură - polisiliciu.
3. Compușii de siliciu sunt un întreg industria chimica, care a câștigat o popularitate deosebită astăzi. Materialele organosilicioase sunt folosite în medicină, la fabricarea de vase, unelte și multe altele.
4. Fabricarea diverselor panouri solare. Această metodă de obținere a energiei este una dintre cele mai promițătoare în viitor. Ecologic, benefic din punct de vedere economic și rezistent la uzură sunt principalele avantaje ale acestui tip de generare de energie electrică.
5. Siliciul a fost folosit pentru brichete de foarte mult timp. Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii foloseau silex pentru a produce o scânteie atunci când aprindeau focul. Acest principiu stă la baza producerii diferitelor tipuri de brichete. Astăzi există tipuri în care silexul este înlocuit cu un aliaj cu o anumită compoziție, care dă un rezultat și mai rapid (scântei).
6. Electronică și energie solară.
7. Fabricarea de oglinzi în dispozitive cu laser cu gaz.

Astfel, siliciul pur are o mulțime de proprietăți avantajoase și speciale care îi permit să fie folosit pentru a crea produse importante și necesare.

Aplicarea compușilor de siliciu

Pe lângă substanța simplă, sunt utilizați și diverși compuși de siliciu, și pe scară largă. Există o întreagă industrie numită silicat. Se bazează pe utilizare diverse substanțe, care conțin acest element uimitor. Care sunt acești compuși și ce se produce din ei?

1. Cuarț sau nisip de râu - SiO2. Folosit la fabricarea materialelor de construcție și decorative precum ciment și sticlă. Toată lumea știe unde sunt folosite aceste materiale. Nicio construcție nu poate fi finalizată fără aceste componente, ceea ce confirmă importanța compușilor de siliciu.
2. Ceramica de silicat, care include materiale precum faianța, porțelanul, cărămida și produse pe bază de acestea. Aceste componente sunt utilizate în medicină, în fabricarea de vase, bijuterii decorative, articole de uz casnic, în construcții și în alte domenii de zi cu zi ale activității umane.
3. - siliconi, silicageluri, uleiuri siliconice.
4. Adeziv silicat - folosit ca papetărie, în pirotehnică și construcții.

Siliciul, al cărui preț variază pe piața mondială, dar nu trece de sus în jos marca de 100 de ruble rusești pe kilogram (pe cristalin), este o substanță căutată și valoroasă. Desigur, compușii acestui element sunt, de asemenea, răspândiți și aplicabili.

Rolul biologic al siliciului

Din punctul de vedere al importanței sale pentru organism, siliciul este important. Conținutul și distribuția sa în țesuturi sunt după cum urmează:

• 0,002% - mușchi;
• 0,000017% - os;
• sânge - 3,9 mg/l.

Aproximativ un gram de siliciu trebuie ingerat în fiecare zi, altfel bolile vor începe să se dezvolte. Niciuna dintre ele nu este mortal, dar foamea prelungită de siliciu duce la:

• Pierderea parului;
• aparitie acneeși acnee;
• fragilitatea și fragilitatea oaselor;
• permeabilitate capilară ușoară;
• oboseală și dureri de cap;
• apariția a numeroase vânătăi și vânătăi.

Pentru plante, siliciul este un microelement important necesar pentru creșterea și dezvoltarea normală. Experimentele pe animale au arătat că acei indivizi care consumă zilnic cantități suficiente de siliciu cresc mai bine.

Pregătirea chimiei pentru cancer și DPA
Ediție cuprinzătoare

PARTEA ȘI

CHIMIE GENERALĂ

CHIMIA ELEMENTELOR

CARBON. SILICIA

Aplicații ale carbonului și siliciului

Aplicarea carbonului

Carbonul este unul dintre cele mai căutate minerale de pe planeta noastră. Carbonul este folosit în principal ca combustibil pentru industria energetică. Producția anuală de cărbune în lume este de aproximativ 550 de milioane de tone. Pe lângă utilizarea cărbunelui ca lichid de răcire, o cantitate considerabilă din acesta este procesată în cocs, care este necesar pentru extracție. diverse metale. Pentru fiecare tonă de fier obținută în urma procesului de furnal, se consumă 0,9 tone de cocs. Cărbunele activat este folosit în medicină pentru otrăvire și în măștile de gaz.

Grafitul este folosit în cantități mari pentru a face creioane. Adăugarea de grafit la oțel crește duritatea și rezistența la abraziune. Acest oțel este utilizat, de exemplu, pentru producția de pistoane, arbori cotiți și alte mecanisme. Capacitatea structurii de grafit de a se exfolia îi permite să fie utilizat ca lubrifiant extrem de eficient la temperaturi foarte ridicate (aproximativ +2500 °C).

Grafitul are o altă proprietate foarte importantă - este un moderator eficient al neutronilor termici. Această proprietate este utilizată în reactoare nucleare. Recent, au început să fie folosite materiale plastice, la care se adaugă grafit ca umplutură. Proprietățile unor astfel de materiale fac posibilă utilizarea lor pentru producerea multor dispozitive și mecanisme importante.

Diamantele sunt folosite la fel de bune material dur pentru producerea de mecanisme precum roți de șlefuit, tăietori de sticlă, instalații de foraj și alte dispozitive care necesită duritate mare. Diamantele tăiate frumos sunt folosite ca bijuterii scumpe, care se numesc diamante.

Fulerenele au fost descoperite relativ recent (în 1985), așa că nu au găsit încă nicio aplicație practică, dar oamenii de știință desfășoară deja cercetări privind crearea purtătorilor de informații de o capacitate uriașă. Nanotuburile sunt deja folosite în diferite nanotehnologii, cum ar fi administrarea de medicamente folosind un nanocap, realizarea de nanocalculatoare și multe altele.

Aplicații de silicon

Siliciul este un semiconductor bun. Este folosit pentru a face diverse dispozitive semiconductoare, cum ar fi diode, tranzistoare, microcircuite și microprocesoare. Toate microcalculatoarele moderne folosesc procesoare bazate pe cipuri de siliciu.Siliciul este folosit pentru a face panouri solare care pot transforma energia solară în electricitate.În plus, siliciul este folosit ca componentă de aliere pentru producția de oțeluri aliate de înaltă calitate.

Slide 2

Fiind în natură.

Printre multi elemente chimice, fără de care existența vieții pe Pământ este imposibilă, carbonul este principalul. Mai mult de 99% din carbonul din atmosferă este conținut sub formă de dioxid de carbon. Aproximativ 97% din carbonul din oceane există sub formă dizolvată (), iar în litosferă - sub formă de minerale. Carbonul elementar este prezent în atmosferă în cantități mici sub formă de grafit și diamant, iar în sol sub formă de cărbune.

Slide 3

Poziția în PSHE.Caracteristicile generale ale elementelor subgrupului de carbon.

Subgrupul principal al grupului IV al tabelului periodic al lui D.I. Mendeleev este format din cinci elemente - carbon, siliciu, germaniu, staniu și plumb. Datorită faptului că de la carbon la plumb, raza atomului crește, dimensiunile atomilor cresc, capacitatea de a atașa electroni și, în consecință, proprietățile nemetalice vor slăbi, iar ușurința de a renunța la electroni va crește. .

Slide 4

Inginerie Electronica

În stare normală, elementele acestui subgrup prezintă o valență egală cu 2. La trecerea la o stare excitată, însoțită de tranziția unuia dintre electronii s ai stratului exterior la o celulă liberă de subnivelul p a aceluiași nivel, toți electronii stratului exterior devin nepereche și valența crește la 4.

Slide 5

Metode de producție: de laborator și industriale.

Carbon Arderea incompletă a metanului: CH4 + O2 = C + 2H2O Monoxid de carbon (II) În industrie: Monoxidul de carbon (II) este produs în cuptoare speciale numite generatoare de gaze ca urmare a două reacții succesive. În partea inferioară a generatorului de gaz, unde există suficient oxigen, are loc arderea completă a cărbunelui și se formează monoxid de carbon (IV): C + O2 = CO2 + 402 kJ.

Slide 6

Pe măsură ce monoxidul de carbon (IV) se deplasează de jos în sus, acesta intră în contact cu cărbunele fierbinte: CO2 + C = CO – 175 kJ. Gazul rezultat este alcătuit din azot liber și monoxid de carbon (II). Acest amestec se numește gaz generator. În generatoarele de gaz, vaporii de apă sunt uneori suflați prin cărbune fierbinte: C + H2O = CO + H2 – Q, „CO + H2” - gaz de apă. În laborator: Acționând asupra acidului formic cu acid sulfuric concentrat, care leagă apa: HCOOH  H2O + CO.

Slide 7

Monoxid de carbon (IV) În industrie: Subprodus al producerii varului: CaCO3 CaO + CO2. În laborator: Când acizii interacționează cu creta sau marmura: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2+ H2O. Carburele Carburele sunt produse prin calcinarea metalelor sau a oxizilor acestora cu cărbune.

Slide 8

Acidul carbonic se prepară prin dizolvarea monoxidului de carbon (IV) în apă. Deoarece acidul carbonic este un compus foarte slab, această reacție este reversibilă: CO2 + H2O H2CO3. Siliciu În industrie: La încălzirea unui amestec de nisip și cărbune: 2C + SiO2Si + 2CO. În laborator: Când un amestec de nisip pur interacționează cu pulberea de magneziu: 2Mg + SiO2  2MgO + Si.

Slide 9

Acidul silicic se obține prin acțiunea acizilor asupra soluțiilor sărurilor sale. În același timp, precipită sub formă de precipitat gelatinos: Na2SiO3 + HCl  2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3

Slide 10

Modificări alotropice ale carbonului.

Carbonul există în trei modificări alotrope: diamant, grafit și carbin.

Slide 11

Grafit.

Grafitul moale are o structură stratificată. Opac, gri cu un luciu metalic. Conduce electricitatea destul de bine datorită prezenței electronilor mobili. Alunecos la atingere. Una dintre cele mai moi dintre solide. Fig.2 Modelul rețelei de grafit.

Slide 12

Diamant.

Diamantul este cea mai dură substanță naturală. Cristalele de diamant sunt foarte apreciate atât ca material tehnic, cât și ca decor prețios. Un diamant bine lustruit este un diamant. Refractând razele de lumină, strălucește cu culori pure și strălucitoare ale curcubeului. Cel mai mare diamant găsit vreodată cântărește 602 g, are o lungime de 11 cm, o lățime de 5 cm și o înălțime de 6 cm. Acest diamant a fost găsit în 1905 și poartă numele de „Callian”. Fig. 1 Model cu zăbrele diamant.

Slide 13

Carbyne și Mirror Carbon.

Carbyne este o pulbere neagră adâncă intercalate cu particule mai mari. Carbyne este cea mai stabilă formă termodinamică de carbon elementar. Carbonul oglindă are o structură stratificată. Unul dintre cele mai importante caracteristici carbon oglindă (cu excepția durității, rezistenței la temperaturi ridicate etc.) - compatibilitatea sa biologică cu țesuturile vii.

Slide 14

Proprietăți chimice.

Alcalii transformă siliciul în săruri de acid silicic cu eliberare de hidrogen: Si + 2KOH + H2O = K2Si03 + 2H2 Carbonul și siliciul reacţionează cu apa numai la temperaturi ridicate: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O = H2SiO3 + 2H2 Carbon, spre deosebire de siliciul interacționează direct cu hidrogenul: C + 2H2 = CH4

Slide 15

Carburi.

Compușii carbonului cu metale și alte elemente care sunt electropozitive față de carbon se numesc carburi. Când carbura de aluminiu interacționează cu apa, se formează metanul Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4 Când carbura de calciu interacționează cu apa, se formează acetilena: CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2

O scurtă descriere comparativă a elementelor carbon și siliciu este prezentată în Tabelul 6.

Tabelul 6

Caracteristici comparative carbon și siliciu

Criterii de comparare	Carbon - C	Siliciu – Si
pozitia in tabelul periodic al elementelor chimice	, perioada a 2-a, grupa IV, subgrupa principală	, perioada a 3-a, grupa IV, subgrupul principal
configurația electronică a atomilor
posibilități de valență	II – în stare staționară IV – în stare excitată
posibile stări de oxidare	, , , , ,	,
oxid mai mare	, acid	, acid
hidroxid mai mare	– acid slab instabil	() sau – acid slab, are o structură polimerică
conexiune cu hidrogen	– metan (hidrocarbură)	– silan, instabil

Carbon. Elementul carbon este caracterizat prin alotropie. Carbonul există sub forma următoarelor substanțe simple: diamant, grafit, carbină, fullerenă, dintre care doar grafitul este stabil termodinamic. Cărbunele și funinginea pot fi considerate soiuri amorfe de grafit.

Grafitul este refractar, ușor volatil, inert chimic la temperaturi obișnuite și este o substanță opacă, moale, care conduce slab curentul. Structura grafitului este stratificată.

Alamaz este o substanță extrem de dura, inertă din punct de vedere chimic (până la 900 °C), nu conduce curentul și conduce prost căldura. Structura diamantului este tetraedrică (fiecare atom dintr-un tetraedru este înconjurat de patru atomi etc.). Prin urmare, diamantul este cel mai simplu polimer, a cărui macromoleculă constă numai din atomi de carbon.

Carbin are structura liniara( – carbyne, poliină) sau ( – carbyne, polienă). Este o pulbere neagră și are proprietăți semiconductoare. Sub influența luminii, conductivitatea electrică a carbinei crește și la temperatură carbyne se transformă în grafit. Mai activ din punct de vedere chimic decât grafitul. Sintetizată la începutul anilor 60 ai secolului XX, a fost descoperită mai târziu în niște meteoriți.

Fulerenul este o modificare alotropică a carbonului formată din molecule având o structură de tip „fotbal”. Au fost sintetizate molecule și alte fulerene. Toate fulerenele sunt structuri închise ale atomilor de carbon într-o stare hibridă. Electronii de legătură nehibridați sunt delocalizați ca în compușii aromatici. Cristalele de fullerenă sunt de tip molecular.

Siliciu. Siliciul nu este caracterizat de legături; nu este tipic să existe într-o stare hibridă. Prin urmare, există o singură modificare alotropică stabilă a siliciului, celulă de cristal care este ca rețeaua unui diamant. Siliciul este dur (pe scara Mohs, duritatea este 7), refractar ( ), o substanță foarte fragilă de culoare gri închis cu un luciu metalic în condiții standard - un semiconductor. Activitatea chimică depinde de mărimea cristalelor (cele cristaline mari sunt mai puțin active decât cele amorfe).

Reactivitatea carbonului depinde de modificarea alotropică. Carbonul sub formă de diamant și grafit este destul de inert, rezistent la acizi și alcalii, ceea ce face posibilă realizarea de creuzete, electrozi etc. din grafit. Carbonul prezintă o reactivitate mai mare sub formă de cărbune și funingine.

Siliciul cristalin este destul de inert; în formă amorfă este mai activ.

Principalele tipuri de reacții care reflectă proprietățile chimice ale carbonului și siliciului sunt prezentate în Tabelul 7.

Tabelul 7

Proprietățile chimice de bază ale carbonului și siliciului

reactie cu	carbon	reactie cu	siliciu
substanțe simple	oxigen		oxigen
halogeni		halogeni
gri		carbon
hidrogen		hidrogen	nu reactioneaza
metale		metale
substanțe complexe	oxizi metalici		alcalii
vapor de apă		acizi	nu reactioneaza
acizi

Materiale de cimentare

Materiale de cimentare – materiale de construcție minerale sau organice utilizate pentru fabricarea betonului, fixarea elementelor individuale ale structurilor de construcție, hidroizolații etc..

Lianti minerali(MVM)– materiale pulverulente măcinate fin (ciment, gips, var etc.), care se formează la amestecare cu apă (în in unele cazuri– cu soluții de săruri, acizi, alcali) o masă plastică, lucrabilă, care se întărește într-un corp durabil asemănător pietrei și leagă particulele de agregate solide și armături într-un întreg monolitic.

Întărirea MVM are loc datorită proceselor de dizolvare, formării unei soluții suprasaturate și a masei coloidale; acesta din urmă cristalizează parțial sau complet.

Clasificare MVM:

1. lianți hidraulici:

Când sunt amestecate cu apă (amestecare), se întăresc și continuă să-și mențină sau să-și mărească rezistența în apă. Acestea includ diverse cimenturi și var hidraulic. Când varul hidraulic se întărește, CaO interacționează cu apa și dioxid de carbon aerul si cristalizarea produsului rezultat. Sunt utilizate în construcția de structuri supraterane, subterane și hidraulice expuse la expunerea constantă la apă.

2. lianți de aer:

Când sunt amestecate cu apă, se întăresc și își păstrează puterea doar în aer. Acestea includ lianți aerați de var, gips-anhidrit și magnezie.

3. lianți rezistenți la acizi:

Acestea constau în principal din ciment rezistent la acizi care conține un amestec fin măcinat de nisip de cuarț și; De obicei sunt blocate solutii apoase silicat de sodiu sau de potasiu, își păstrează rezistența mult timp atunci când sunt expuse la acizi. În timpul întăririi, are loc o reacție. Folosit pentru producerea de chituri rezistente la acizi, mortare și beton în construcția de instalații chimice.

4. Lianți de întărire în autoclavă:

Ele constau din lianți calco-siliceoși și calco-nefelini (var, nisip de cuarț, nămol nefelin) și se întăresc atunci când sunt prelucrate în autoclavă (6-10 ore, presiunea aburului 0,9-1,3 MPa). Acestea includ, de asemenea, cimenturile Portland nisipoase și alți lianți pe bază de var, cenușă și nămol slab activ. Folosit la producerea produselor din beton silicat (blocuri, cărămizi nisip-var etc.).

5. Lianți fosfatați:

Constă din cimenturi speciale; sunt sigilate cu acid fosforic pentru a forma o masă plastică care se întărește treptat într-un corp monolitic și își păstrează rezistența la temperaturi peste 1000 °C. De obicei, se folosesc titanofosfat, fosfat de zinc, aluminofosfat și alte cimenturi. Folosit pentru fabricarea masei de căptușeală refractară și a materialelor de etanșare pentru protecția la temperatură înaltă a pieselor și structurilor metalice în producția de beton refractar etc.

Lianti organici(OBM)– substanțe de origine organică care sunt capabile să treacă de la o stare plastică la o stare solidă sau cu plasticitate scăzută ca urmare a polimerizării sau policondensării.

În comparație cu MVM, acestea sunt mai puțin casante și au o rezistență mai mare la tracțiune. Acestea includ produse formate în timpul rafinării petrolului (asfalt, bitum), produse de descompunere termică a lemnului (gudron), precum și rășini sintetice de poliester termorigid, epoxidice, fenol-formaldehidă. Folosit în construcția de drumuri, poduri, podele spațiile de producție, materiale de acoperiș laminate, beton polimeric asfaltic etc.

În compușii binari de siliciu cu carbon, fiecare atom de siliciu este legat direct de patru atomi de carbon vecini, localizați la vârfurile unui tetraedru, al cărui centru este atomul de siliciu. În același timp, fiecare atom de carbon este conectat la rândul său la patru atomi de siliciu vecini, aflați la vârfurile unui tetraedru, al cărui centru este un atom de carbon. Acest aranjament reciproc al atomilor de siliciu și carbon se bazează pe legătura siliciu-carbon Si - C- și formează o structură cristalină densă și foarte puternică.

În prezent, sunt cunoscuți doar doi compuși binari de siliciu și carbon. Acesta este un mineral moissanit foarte rar găsit în natură, care încă nu are aplicație practică, și carborundum SiC produs artificial, care se numește uneori silund, refrax, carbofrax, cristolan etc.

În practica de laborator și în tehnologie, carborundumul se obține prin reducerea silicei cu carbon conform ecuației reacției

SiO2 + 3C = 2СО + SiC

Pe lângă linia de cuarț măcinată fin sau cuarț pur și cocs, la amestec se adaugă sare de masă și cocs pentru a produce carborundum. rumeguş. Rumegul slăbește sarcina în timpul tragerii și sare, reacționând cu impuritățile feroase și de aluminiu, le transformă în cloruri volatile FeCl 3 și AlCl 3, care sunt îndepărtate din zona de reacție la 1000-1200 ° C. De fapt, reacția dintre silice și cocs începe deja la 1150 ° C, dar decurge extrem de lent. Pe măsură ce temperatura crește la 1220 ° C, viteza acesteia crește. În intervalul de temperatură de la 1220 la 1340 ° C, devine exotermic și continuă violent. Ca rezultat al reacției, se formează mai întâi un amestec format din cristale minuscule și o varietate amorfă de carborundum. Odată cu creșterea temperaturii la 1800-2000 ° C, amestecul se recristalizează și se transformă în bine dezvoltat, în formă tabulară, rar incolor, adesea colorat în verde, gri și chiar negru, cu o strălucire de diamant și cristale hexagonale irizate, conținând aproximativ 98- 99,5% carborundum. Procesul de obținere a carborundumului din sarcină se desfășoară în cuptoare electrice care arde la 2000-2200 ° C. Pentru a obține carborundum pur chimic, produsul obținut prin arderea încărcăturii este tratat cu un alcalin, care dizolvă silicea nereacționată.

Carborundum cristalin este o substanță foarte dura; duritatea sa este de 9. Rezistența ohmică a carborundumului policristalin scade odată cu creșterea temperaturii și la 1500 0 C devine nesemnificativă.

În aer la temperaturi de peste 1000 0 C, carborundumul începe să se oxideze, mai întâi lent, apoi viguros cu o creștere a temperaturii peste 1700 ° C. În acest caz, se formează silice și monoxid de carbon:

2SiC + ZO2 = 2SiO2 + 2CO

Dioxidul de siliciu format pe suprafața carborundumului este o peliculă protectoare care încetinește oarecum oxidarea ulterioară a carborundumului. Într-un mediu de vapori de apă, oxidarea carborundumului în aceleași condiții decurge mai viguros.

Acizi minerali, cu excepția acidului ortofosforic, nu afectează carborundum; clorul la 100 ° C îl descompune conform ecuației de reacție

SiC + 2Cl2 = SiCl4 + C

iar la 1000° C, în loc de carbon, se eliberează CC1 4:

SiC + 4C12 = SiCl + CC14

Metalele topite, care reacţionează cu carborundum, formează siliciurile corespunzătoare:

SiC + Fe = FeSl + C

La temperaturi peste 810°C, carborundum reduce oxizii metalelor alcalino-pământoase în metal; peste 1000°C, reduce oxidul de fier (III) Fe 2 O 3 și peste 1300-1370° C, oxidul de fier (II) FeO, nichel (II). ) oxid NiO și oxid de mangan MnO.

Alcalii caustici topiți și carbonații lor în prezența oxigenului atmosferic descompun complet carborundul cu formarea silicaților corespunzători:

SiC + 2KOH + 2O 2 = K 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2

SiC + Na 2 CO 3 + 2O 2 = Na 2 SiO 3 + 2CO 2

Carborundum poate reacționa și cu peroxid de sodiu, oxid de plumb (II) și acid fosforic.

Datorită faptului că carborundum are o duritate ridicată, este utilizat pe scară largă ca pulberi abrazive pentru șlefuirea metalului, precum și pentru fabricarea roților abrazive de carborundum, pietre de copt și hârtie de șlefuit. Conductivitate electrică carborundum la temperaturi ridicate face posibilă utilizarea acestuia ca material principal în fabricarea așa-numitelor tije de silit, care sunt elemente de rezistență în cuptoarele electrice. În acest scop, un amestec de carborundum și siliciu este amestecat cu glicerină sau altă substanță organică de cimentare și din masa rezultată se formează baghete, care sunt arse la 1400-1500 ° C într-o atmosferă de monoxid de carbon sau într-o atmosferă de azot. În timpul arderii, substanța organică de cimentare se descompune, carbonul eliberat, combinându-se cu siliciul, îl transformă în carborundum și conferă tijelor rezistența necesară.

Crezetele speciale ignifuge sunt fabricate din carborundum
pentru topirea metalelor produse prin presare la cald
carborundum la 2500° C sub o presiune de 42-70 MPa. De asemenea stiut
Avem materiale refractare din amestecuri de carborundum și nitruri
bor, steatit, legături care conțin molibden și alte substanțe
creaturi.

HIDURURI DE SILICIO, SAU SILANI

Compușii cu hidrogen ai siliciului se numesc de obicei hidruri de siliciu sau silani. Ca și hidrocarburile saturate, hidrurile de siliciu formează o serie omoloagă în care atomii de siliciu sunt legați între ei printr-o singură legătură.

Si-Si -Si -Si -Si- etc.

Cel mai simplu.reprezentant

din această serie omoloagă este monosilan, sau simplu silan, SiH 4, a cărui structură moleculară este similară cu structura metanului, urmată de

disilanul H3Si-SiH3, care este similar ca structură moleculară cu etanul, apoi trisilanul H3Si-SiH2-SiH3,

tetrasilan H3Si-SiH2-SiH2-SiH3,

pentasilan H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 ^--SiH 3 și ultimul dintre silanii obținuți din această serie omoloagă

hexasilan H3Si-SiH2-SiH2-SiH2-SiH2-SiH3. Silanii nu se găsesc în natură în forma lor pură. Sunt obținute artificial:

1. Descompunerea siliciurilor metalice cu acizi sau alcaline conform ecuației reacției

Mg2Si+ 4HCI = 2MgCl2 + SiH4

aceasta produce un amestec de silani, care este apoi separat prin distilare fracționată la temperaturi foarte ridicate. temperaturi scăzute.

2. Reducerea halogenosilanilor cu hidrură de litiu sau hidrură de litiu aluminiu:

SiCI4 + 4 LiH = 4LiCI + SiH4

Această metodă de producere a silelor a fost descrisă pentru prima dată în 1947.

3. Reducerea halogenosilanilor cu hidrogen. Reacția are loc la 300 - 400 ° C în tuburi de reacție umplute cu un amestec de contact care conține siliciu, cupru metal și 1 - 2% halogenuri de aluminiu ca catalizatori.

În ciuda asemănărilor în structura moleculara sitanii și hidrocarburile saturate, proprietățile lor fizice sunt diferite.

În comparație cu hidrocarburile, silanii sunt mai puțin stabili. Cel mai stabil dintre ele este monosilanul SiH4, care se descompune în siliciu și hidrogen doar la căldură roșie. Alți silani cu un conținut ridicat de siliciu formează derivați mai mici la temperaturi mult mai scăzute. De exemplu, disilanul Si 2 H 6 dă silan și un polimer solid la 300 ° C, iar hexasilan Si 6 H 14 se descompune lent chiar și la temperaturi normale. Când sunt în contact cu oxigenul, silanii se oxidează ușor, iar unii dintre ei, de exemplu monosilanul SiH 4, se aprind spontan la -180 ° C. Silanii se hidrolizează ușor în dioxid de siliciu și hidrogen:

SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2

În silanii superiori acest proces are loc cu despicare

legături - Si - Si - Si - între atomii de siliciu. De exemplu, trei

silanul Si 3 H 8 dă trei molecule de SiO 2 și zece molecule de hidrogen gazos:

H3Si - SiH2 - SiH3 + 6H3O = 3SiO2 + 10H2

În prezența alcalinelor caustice, hidroliza silanilor duce la formarea de silicat din metalul alcalin corespunzător și hidrogen:

SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2

HALOGENURI DE SILICIO

Compușii binari de siliciu includ, de asemenea, halogenosilani. La fel ca hidrurile de siliciu - silanii - formează o serie omoloagă compuși chimici, în care atomii de halogenură sunt legați direct de atomi de siliciu legați între ei prin legături simple

etc.în lanţuri de lungime corespunzătoare. Datorită acestei asemănări, halogenosilanii pot fi considerați ca produse ale înlocuirii hidrogenului în silani cu halogenul corespunzător. În acest caz, înlocuirea poate fi completă sau incompletă. În acest din urmă caz, se obțin derivați de halogen ai silanilor. Cel mai mare halogenosilan cunoscut până în prezent este considerat a fi clorosilanul Si 25 Cl 52. Halogenosilanii și derivații lor de halogen nu se găsesc în natură în formă pură și pot fi obținuți numai artificial.

1. Combinație directă de siliciu elementar cu halogeni. De exemplu, SiCl 4 se obține din ferosiliciu care conține de la 35 la 50% siliciu, tratându-l la 350-500 ° C cu clor uscat. În acest caz, SiCl 4 se obține ca produs principal într-un amestec cu alți halogenosilani mai complecși Si 2 C1 6, Si 3 Cl 8 etc. conform ecuației de reacție

Si + 2Cl 2 = SiCl 4

Același compus poate fi obținut prin clorurarea unui amestec de silice și cocs la temperaturi ridicate. Reacția se desfășoară conform schemei

Si02 + 2C=Si +2CO

Si + 2C1 2 = SiС1 4

SiO 2 + 2C + 2Cl 2 = 2CO + SiCl 4

Tetrabromosilanul se obține prin bromurarea siliciului elementar la căldură roșie cu vapori de brom:

Si + 2Br 2 = SiBr 4

sau un amestec de silice și cocs:

Si02 + 2C = Si+2CO

Si + 2Br 3 = SiBi 4

SiO2 + 2C + 2Br2 = 2CO + SiBr4

În acest caz, concomitent cu tetrasilanii, este posibilă formarea de silani de grade superioare. De exemplu, la clorurarea siliciurului de magneziu, se obţin 80% SiCI4, 20% SiCl6 şi 0,5-1% Si3CI8; la clorurarea siliciurului de calciu, compoziţia produşilor de reacţie se exprimă astfel: 65% SiC1 4; 30% Si2CI6; 4% Si3CI8.

2. Halogenarea silanilor cu halogenuri de hidrogen în prezența catalizatorilor AlBr 3 la temperaturi peste 100° C. Reacția se desfășoară conform schemei

SiH4 + HBr = SiH3Br + H2

SiH4 + 2HBr = SiH2Br2 + 2H2

3. Halogenarea silanilor cu cloroform în prezența catalizatorilor AlCl3:

Si 3 H 8 + 4СН1 3 = Si 3 H 4 Cl 4 + 4СН 2 С1 3

Si 3 H 8 + 5CHCl 3 = Si 3 H 3 C1 5 + 5CH 2 C1 2

4. Tetrafluorura de siliciu se obține prin tratarea silicei cu acid fluorhidric:

Si02 + 4HF= SiF4 + 2H20

5. Unii polihalosilani pot fi preparați din cei mai simpli halogenosilani prin halogenarea acestora cu halogenura corespunzătoare. De exemplu, tetraiodosilanul într-un tub sigilat la 200-300 ° C, reacționând cu argintul, eliberează hexaiodisilan în conformitate cu

Iodosilanii pot fi obținuți prin reacția iodului cu silani într-un mediu tetraclorură de carbon sau cloroform, precum și V prezența unui catalizator AlI 3 în timpul interacțiunii silanului cu iodură de hidrogen

Halogenosilanii sunt mai puțin durabili decât hidrocarburile halogenate similare structural. Se hidrolizează cu ușurință, formând silicagel și acid hidrohalic:

SiCI4 + 2H20 = Si02 + 4HCI

Cei mai simpli reprezentanți ai halogenosilanilor sunt SiF 4 , SiCl 4 , SiBr 4 și SiI 4 . Dintre acestea, tetrafluorosilanul și tetraclorosilanul sunt utilizate în principal în tehnologie. Tetrafluorosilanul SiF 4 este un gaz incolor cu miros înțepător, vapori în aer și se hidrolizează în acid hidrosilicic și silicagel. SiF 4 se obţine prin acţiunea acidului fluorhidric asupra silicei conform ecuaţiei reacţiei

Si02 + 4HF = SlF4 + 2H20

Pentru producția industrială. SiF4 folosește spatul fluor CaF2, silice SiO2 și acid sulfuric H2SO4. Reacția are loc în două faze:

2CaF2 + 2H3S04 = 2CaS04 + 4HF

Si02 + 4HF = 2H20 + SiF4

2CaF 2 + 2H 2 S0 4 + SiO 2 = 2CaSO 4 + 2H 2 O + SiF 4

Starea gazoasă și volatilitatea tetrafluorosilanului este utilizată pentru gravarea sticlelor de silicat de sodiu-calar cu fluorură de hidrogen. Când fluorura de hidrogen reacţionează cu sticla, se formează tetrafluorosilian, fluorură de calciu, fluorură de sodiu şi apă. Tetrafluorosilanul, evaporându-se, eliberează noi straturi mai adânci de sticlă pentru reacția cu fluorura de hidrogen. La locul reacției rămân CaF2 și NaF, care se dizolvă în apă și, prin urmare, eliberează accesul pentru fluorură de hidrogen pentru o penetrare suplimentară la suprafața de sticlă proaspăt expusă. Suprafața gravată poate fi mată sau transparentă. Gravarea mată se obține prin acțiunea acidului fluorhidric gazos pe sticlă, transparentă - prin gravare cu soluții apoase de acid fluorhidric. Dacă treceți tetrafluorosilian în apă, obțineți H 2 SiF 6 și silice sub formă de gel:

3SiF 4 + 2H 2 O = 2H 2 SiF 6 + Si0 2

Acidul hidrofluorosilic este un acid dibazic puternic, nu se obține în stare liberă, la evaporare se descompune în SiF 4 și 2HF, care se volatilizează; cu alcalii caustici formează săruri acide și normale:

H2SlF6 + 2NaOH.= Na2SiF6 + 2H2O

cu un exces de alcalii dă fluorură de metal alcalin, silice și apă:

H2SiF6 + 6NaOH = 6NaF + SiO2 + 4H2O

Silicea eliberată în această reacție reacționează cu substanța caustică
ceață și duce la formarea de silicat:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O

Sărurile acidului hidrofluorosilic se numesc silicofluoruri sau fluate. Silicofluorurile cunoscute în prezent sunt Na, H, Rb, Cs, NH4, Cu, Ag, Hg, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn, Mn, Ni, Co, Al, Fe, Cr, Pb și etc.

În tehnologie, în diverse scopuri, se folosesc silicofluoruri de sodiu Na 2 SiF 6, magneziu MgSiF 6 * 6HgO, zinc ZnSiF 6 * 6H 2 O, aluminiu Al 2 (SiF 6) 3, plumb PbSiF 6, bariu BaSiF 6 etc. Fluorurile de siliciu au proprietăți antiseptice și de etanșare; in acelasi timp sunt ignifuge. Din acest motiv, ele sunt folosite pentru a impregna lemnul pentru a preveni degradarea prematură și pentru a-l proteja de aprindere în timpul incendiilor. Pietrele artificiale și naturale pentru construcții sunt, de asemenea, impregnate cu silicofluorura pentru a le compacta. Esența impregnării este că o soluție de silicofluoruri, care pătrunde în porii și fisurile pietrei, reacționează cu carbonatul de calciu și alți compuși și formează săruri insolubile care se depun în pori și le etanșează. Acest lucru crește semnificativ rezistența pietrei la intemperii. Materialele care nu conțin deloc carbonat de calciu sau care conțin puțin din acesta sunt pretratate cu avanfluați, adică. substanțe care conțin săruri de calciu dizolvate, silicați de metale alcaline și alte substanțe capabile să formeze precipitate insolubile cu fluați. Silicofluorurile de magneziu, zinc și aluminiu sunt utilizate ca fluate. Procesul de fluting poate fi reprezentat astfel:

MgSiF 6 + 2CaCO 3 = MgF 2 + 2CaF 2 + SiO 2 + 2CO 2

ZnSiF 6 + ZCaС0 3 = 3CaF 6 + ZnCO 3 + SiO 2 + 2CO 2

Al2 (SiF6)3 + 6CaCO3 =. 2A1F3 + 6CaF2 + 3SiO2 + 6CO2

Silicofluorurile metalelor alcaline se obțin prin reacția acidului hidrofluorosilic cu soluții de săruri ale acestor metale:

2NaCI + H2SiF6 = Na2SlF6 + 2HC1

Acestea sunt precipitate gelatinoase, solubile în apă și practic insolubile în alcool absolut. Prin urmare, ele sunt utilizate în analiza cantitativa la determinarea silicei prin metoda volumetrica. În scopuri tehnice, se folosește silicofluorura de sodiu, obținută sub formă de pulbere albă ca produs secundar în producerea superfosfatului. Dintr-un amestec de Na 2 SiF 6 și Al 2 Aproximativ 3 la 800° C se formează criolitul 3NaF٠AlF 3, care este utilizat pe scară largă în producția de cimenturi dentare și este un bun opacizant atât în ​​fabricarea sticlei, cât și în fabricarea glazurilor opace și emailuri.

Silicofluorura de sodiu, ca unul dintre componente, este introdusă în compoziția chiturilor rezistente chimic produse pe sticlă lichidă:

Na 2 SiF 6 + 2Na 2 SiO 3 = 6NaF + 3SiO 2

Silicea eliberată prin această reacție conferă chitului întărit rezistență chimică. În același timp, Na 2 SiF 6 este un accelerator de întărire. Silicofluorura de sodiu este, de asemenea, introdusă ca mineralizator în amestecurile brute în producția de ciment.

Tetraclorosilanul SiCl 4 este un lichid incolor, fumos în aer, ușor hidrolizat, obținut prin clorurarea carborundumului sau ferosiliciului prin acțiunea asupra silanilor la temperaturi ridicate.

Tetraclorosilanul este principalul produs de pornire pentru producerea multor compuși organosilicici.

Tetrabromosilan SiBr 4 este un lichid incolor care emană fum în aer, se hidrolizează cu ușurință în SiO 2 și HBr, obținut la o temperatură roșie când vaporii de brom sunt trecuți peste siliciu elementar fierbinte.

Tetraiodosilan SiI 4 - alb substanță cristalină, obținut prin trecerea unui amestec de vapori de iod și dioxid de carbon peste siliciu elementar fierbinte.

Boruri și nitruri de siliciu

Borurile de siliciu sunt compuși ai siliciului și borului. În prezent, sunt cunoscuți doi boruri de siliciu: triborura de siliciu B 3 Si și hexaborura de siliciu B 6 Si. Acestea sunt substanțe extrem de dure, rezistente chimic și rezistente la foc. Sunt obținute prin fuziune curent electric amestec măcinat fin format din 5 gr. părți de siliciu elementar și 1 gr. h. bor. Masa întărită se curăță cu carbonat de potasiu topit. G. M. Samsonov și V. P. Latyshev au obținut triborura de siliciu prin presare la cald la 1600-1800 0 C.

Triborura de siliciu cu pl. 2,52 g/cm 3 formează farfurii negre -
cristale rombice cu structură fină, translucide
într-un strat subțire în tonuri galben-brun. Hexaborura de siliciu cu pl.
Se obţine 2,47 g/cm3 sub formă de boabe opace opace
forma furcii.

Borurile de siliciu se topesc la aproximativ 2000° C, dar se oxidează foarte lent chiar și la temperaturi ridicate. Acest lucru face posibilă utilizarea lor ca refractare speciale. Duritatea borurilor de siliciu este foarte mare, iar în acest sens sunt apropiate de carborundum.

Compușii de siliciu cu azot se numesc nitruri de siliciu. Sunt cunoscute următoarele nitruri: Si3N4, Si2N3 şi SIN. Nitrururile de siliciu sunt obținute prin calcinarea siliciului elementar într-o atmosferă de azot pur în intervalul de temperatură de la 1300 la 1500 ° C. Nitrura de siliciu normală Si 3 N 4 poate fi obținută dintr-un amestec de siliciu cu cocs, calcinat într-o atmosferă de azot pur la 1400-1500 ° C:

6С + 3Si0 2 + 2N 3 ͢ Si 3 N 4 + 6CO

Si 3 N 4 este o pulbere alb-cenușiu ignifugă și rezistentă la acizi, care se volatilizează numai peste 1900° C. Nitrura de siliciu se hidrolizează pentru a elibera silice și amoniac:

Si3N4 + 6H2O = 3SiO2 + 4NH3

Concentrat acid sulfuric când este încălzit, se descompune încet Si 3 N 4, iar acidul hidrofluorosilic diluat îl descompune mai energetic.

Nitrura de siliciu din compoziţia Si 2 N 3 se obţine şi prin acţiunea azotului la temperaturi ridicate asupra siliciului elementar sau asupra siliciului carbonitrogen C 2 Si 2 N + N 2 = 2C + Si2N 3 .

Pe lângă compușii binari ai siliciului cu azot, în prezent sunt cunoscuți mulți alți compuși mai complecși, care se bazează pe legătura directă a atomilor de siliciu cu atomii de azot, de exemplu: 1) aminosilani SiH 3 NH 2, SiH 2 (NH 2) 2, SiH(NH2)3, Si(NH2)4; 2) sililamine NH2(SiH3), NH(SiH3)2, N(SiH3)3; 3) compuși de siliciu care conțin azot cu o compoziție mai complexă.

VIZIUNI GENERALE