คุณสมบัติทางเคมีของซิลิกอน ซิลิคอน. คุณสมบัติซิลิกอน การประยุกต์ใช้ซิลิกอน

หนึ่งในองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในธรรมชาติคือซิลิเซียมหรือซิลิกอน การกระจายอย่างกว้างขวางดังกล่าวพูดถึงความสำคัญและความสำคัญของสารนี้ สิ่งนี้ได้รับการเข้าใจอย่างรวดเร็วและนำไปใช้โดยผู้ที่เรียนรู้วิธีใช้ซิลิกอนอย่างเหมาะสมเพื่อวัตถุประสงค์ของตนเอง แอปพลิเคชันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติพิเศษซึ่งเราจะพูดถึงในภายหลัง

ซิลิคอน - องค์ประกอบทางเคมี

หากเรากำหนดลักษณะองค์ประกอบนี้ตามตำแหน่งในระบบธาตุ เราก็สามารถระบุประเด็นสำคัญต่อไปนี้ได้:

หมายเลขซีเรียลคือ 14
งวดที่สามมีขนาดเล็ก
กลุ่ม - IV
กลุ่มย่อยเป็นกลุ่มหลัก
โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกแสดงด้วยสูตร 3s 2 3p 2 .
ธาตุซิลิกอนแสดงด้วยสัญลักษณ์ทางเคมี Si ซึ่งออกเสียงว่า "ซิลิเซียม"
สถานะออกซิเดชันที่แสดงคือ: -4; +2; +4.
วาเลนซ์ของอะตอมคือ IV
มวลอะตอมของซิลิคอนเท่ากับ 28.086
ในธรรมชาติ มีไอโซโทปที่เสถียรของธาตุนี้อยู่ 3 ไอโซโทป โดยมีเลขมวล 28, 29 และ 30

ดังนั้น จากมุมมองทางเคมี อะตอมของซิลิคอนจึงเป็นองค์ประกอบที่ได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอ มีการอธิบายคุณสมบัติต่างๆ มากมาย

ประวัติการค้นพบ

เนื่องจากสารประกอบต่างๆ ของธาตุที่กำลังพิจารณาเป็นที่นิยมอย่างมากและมีเนื้อหาจำนวนมากในธรรมชาติ ตั้งแต่สมัยโบราณผู้คนใช้และรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของสารเหล่านี้เพียงหลายอย่าง ซิลิกอนบริสุทธิ์ เป็นเวลานานอยู่นอกเหนือความรู้ของมนุษย์ในด้านเคมี

สารประกอบที่นิยมใช้ในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรมโดยผู้คนในวัฒนธรรมโบราณ (อียิปต์, โรมัน, จีน, รัสเซีย, เปอร์เซียและอื่น ๆ ) เป็นหินมีค่าและประดับตามซิลิกอนออกไซด์ เหล่านี้รวมถึง:

โอปอล;
พลอยเทียม;
บุษราคัม;
คริสโซเพรส;
นิล;
โมราและอื่น ๆ

ตั้งแต่สมัยโบราณ เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ควอตซ์ในธุรกิจก่อสร้าง อย่างไรก็ตาม ธาตุซิลิกอนเองยังคงไม่ถูกค้นพบจนกระทั่งศตวรรษที่ 19 แม้ว่านักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามอย่างไร้ผลที่จะแยกซิลิกอนออกจาก สารประกอบต่างๆใช้สำหรับสิ่งนี้และตัวเร่งปฏิกิริยา และอุณหภูมิสูง และแม้แต่กระแสไฟฟ้า จิตที่ผ่องใสเหล่านี้ได้แก่

คาร์ล ชีเล่ ;
เกย์-Lussac;
เธนาร์ ;
ฮัมฟรีย์ เดวี่ ;
อ็องตวน ลาวัวซิเยร์.

ได้รับซิลิกอนสำเร็จ รูปแบบที่บริสุทธิ์ประสบความสำเร็จโดย Jens Jacobs Berzelius ในปี 1823 ในการทำเช่นนี้ เขาได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการหลอมรวมไอระเหยของซิลิคอนฟลูออไรด์และโพแทสเซียมของโลหะ เป็นผลให้เขาได้รับการดัดแปลงองค์ประกอบที่เป็นอสัณฐาน นักวิทยาศาสตร์คนเดียวกันเสนอชื่อละตินสำหรับอะตอมที่ค้นพบ

หลังจากนั้นไม่นานในปี พ.ศ. 2398 นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่ง - เซนต์แคลร์ - เดวิลล์ - สามารถสังเคราะห์ซิลิกอนที่เป็นผลึกได้หลากหลายชนิด ตั้งแต่นั้นมา ความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบนี้และคุณสมบัติของมันก็เริ่มเติบโตอย่างรวดเร็ว ผู้คนตระหนักว่ามีคุณสมบัติเฉพาะที่สามารถใช้เพื่อตอบสนองความต้องการของตนเองได้อย่างชาญฉลาด ดังนั้น ทุกวันนี้หนึ่งในองค์ประกอบที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีคือซิลิกอน การใช้มันขยายขอบเขตออกไปทุกปีเท่านั้น

ชื่อรัสเซียสำหรับอะตอมได้รับจากนักวิทยาศาสตร์ Hess ในปี พ.ศ. 2374 นั่นคือสิ่งที่ติดมาจนถึงทุกวันนี้

ซิลิคอนมีมากเป็นอันดับสองในธรรมชาติรองจากออกซิเจน เปอร์เซ็นต์เมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมอื่นในองค์ประกอบ เปลือกโลก- 29.5%. นอกจากนี้ คาร์บอนและซิลิกอนยังเป็นองค์ประกอบพิเศษ 2 ชนิดที่สามารถสร้างสายโซ่ได้โดยการเชื่อมต่อระหว่างกัน นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมแร่ธาตุธรรมชาติที่แตกต่างกันมากกว่า 400 ชนิดจึงเป็นที่รู้จักในองค์ประกอบที่มีอยู่ในธรณีภาค ไฮโดรสเฟียร์ และชีวมวล

ซิลิกอนพบที่ไหนกันแน่?

ในชั้นดินลึก
ในโขดหิน ตะกอน และมวลสาร
ที่พื้นน้ำโดยเฉพาะทะเลและมหาสมุทร
ในพืชและสัตว์ทะเลในอาณาจักรสัตว์
ในมนุษย์และสัตว์บก.

เป็นไปได้ที่จะกำหนดแร่ธาตุและหินที่พบมากที่สุดซึ่งรวมถึง ในจำนวนมากซิลิกอนมีอยู่ เคมีของพวกเขาเป็นเช่นนั้นเนื้อหามวลขององค์ประกอบบริสุทธิ์ในพวกเขาถึง 75% อย่างไรก็ตาม ตัวเลขเฉพาะจะขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ ดังนั้น, หินและแร่ธาตุที่มีซิลิกอน:

เฟลด์สปาร์;
ไมกา;
แอมฟิโบล;
โอปอล;
โมรา;
ซิลิเกต;
หินทราย
อะลูมิโนซิลิเกต;
ดินเหนียวและอื่น ๆ

สะสมอยู่ในเปลือกหอยและโครงกระดูกภายนอกของสัตว์ทะเล ซิลิคอนจะก่อตัวเป็นซิลิกาสะสมที่ทรงพลังที่ด้านล่างของแหล่งน้ำ นี่เป็นหนึ่งในแหล่งที่มาตามธรรมชาติขององค์ประกอบนี้

นอกจากนี้ยังพบว่าซิลิเซียมสามารถมีอยู่ในรูปแบบธรรมชาติบริสุทธิ์ - ในรูปของผลึก แต่เงินฝากดังกล่าวหายากมาก

คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิกอน

หากเรากำหนดลักษณะองค์ประกอบภายใต้การพิจารณาของชุด คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีจากนั้นเป็นพารามิเตอร์ทางกายภาพที่ควรระบุก่อน นี่คือหลักบางส่วน:

มันมีอยู่ในรูปแบบของการดัดแปลง allotropic สองครั้ง - อสัณฐานและผลึกซึ่งแตกต่างกันในคุณสมบัติทั้งหมด
ตาข่ายคริสตัลมีความคล้ายคลึงกับเพชรมาก เนื่องจากคาร์บอนและซิลิกอนเกือบจะเหมือนกันในแง่นี้ อย่างไรก็ตาม ระยะห่างระหว่างอะตอมต่างกัน (ซิลิคอนมีมากกว่า) ดังนั้นเพชรจึงแข็งและแกร่งกว่ามาก แบบขัดแตะ - ลูกบาศก์หน้าตรงกลาง
วัสดุมีความเปราะบางมาก อุณหภูมิสูงกลายเป็นพลาสติก
จุดหลอมเหลวคือ1415˚С
จุดเดือด - 3250˚С
ความหนาแน่นของสารคือ 2.33 g / cm 3
สีของสารประกอบเป็นสีเทาเงิน ซึ่งแสดงลักษณะเฉพาะของเงาโลหะ
มีคุณสมบัติเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ดี ซึ่งอาจแตกต่างกันไปตามการเติมสารบางชนิด
ไม่ละลายในน้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ และกรด
ละลายได้เฉพาะในด่าง

คุณสมบัติทางกายภาพที่กำหนดของซิลิคอนทำให้ผู้คนสามารถควบคุมและใช้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น การใช้ซิลิคอนบริสุทธิ์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ

คุณสมบัติทางเคมี

คุณสมบัติทางเคมีของซิลิกอนนั้นขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยาเป็นอย่างมาก หากเราพูดถึงพารามิเตอร์มาตรฐานเราต้องระบุกิจกรรมที่ต่ำมาก ทั้งผลึกและซิลิคอนอสัณฐานมีความเฉื่อยมาก พวกเขาไม่ทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ที่แรง (ยกเว้นฟลูออรีน) หรือกับตัวรีดิวซ์ที่แรง

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าฟิล์มออกไซด์ของ SiO 2 นั้นก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของสารทันที ซึ่งจะป้องกันไม่ให้มีอันตรกิริยาอีกต่อไป สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของน้ำ อากาศ ไอระเหย

อย่างไรก็ตาม หากเงื่อนไขมาตรฐานเปลี่ยนไปและซิลิกอนได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 400˚С กิจกรรมทางเคมีของซิลิกอนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในกรณีนี้จะทำปฏิกิริยากับ:

ออกซิเจน
ฮาโลเจนทุกชนิด
ไฮโดรเจน

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ในอันตรกิริยากับโบรอน ไนโตรเจน และคาร์บอนเป็นไปได้ สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือกากเพชร - SiC เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ดี

อีกด้วย คุณสมบัติทางเคมีซิลิกอนจะเห็นได้ชัดเจนในปฏิกิริยากับโลหะ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับพวกมันคือตัวออกซิไดซ์ดังนั้นผลิตภัณฑ์จึงเรียกว่าซิลิไซด์ รู้จักสารประกอบที่คล้ายกันสำหรับ:

อัลคาไลน์;
ดินอัลคาไลน์
โลหะทรานซิชัน

สารประกอบที่ได้จากการหลอมเหล็กและซิลิกอนมีคุณสมบัติที่ผิดปกติ เรียกว่าเฟอโรซิลิคอนเซรามิกส์ และประสบความสำเร็จในการใช้ในอุตสาหกรรม

ซิลิกอนไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน ดังนั้นจึงสามารถละลายได้เฉพาะใน:

aqua regia (ส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรคลอริก);
ด่างกัดกร่อน

ในกรณีนี้ อุณหภูมิของสารละลายควรมีอย่างน้อย 60 องศาเซลเซียส ทั้งหมดนี้เป็นการตอกย้ำ พื้นฐานทางกายภาพสาร - ตาข่ายคริสตัลที่มั่นคงเหมือนเพชรทำให้มีความแข็งแรงและความเฉื่อย

วิธีการที่จะได้รับ

การได้รับซิลิกอนในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างมีค่าใช้จ่ายสูงในเชิงเศรษฐกิจ นอกจากนี้ เนื่องจากคุณสมบัติของวิธีการใด ๆ จะให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์เพียง 90-99% ในขณะที่สิ่งเจือปนในรูปของโลหะและคาร์บอนยังคงเหมือนเดิม ดังนั้นแค่ได้รับสารไม่เพียงพอ ควรทำความสะอาดสิ่งแปลกปลอมที่มีคุณภาพ

โดยทั่วไปแล้ว การผลิตซิลิกอนจะดำเนินการในสองวิธีหลัก:

จาก ทรายขาวซึ่งเป็นซิลิกอนออกไซด์บริสุทธิ์ SiO 2 เมื่อเผาด้วยโลหะแอคทีฟ (ส่วนใหญ่มักเป็นแมกนีเซียม) องค์ประกอบอิสระจะก่อตัวขึ้นในรูปแบบของการดัดแปลงแบบอสัณฐาน ความบริสุทธิ์ของวิธีนี้อยู่ในระดับสูง โดยได้ผลผลิต 99.9 เปอร์เซ็นต์
วิธีการที่แพร่หลายมากขึ้นในระดับอุตสาหกรรมคือการเผาทรายหลอมเหลวด้วยโค้กในเตาเผาความร้อนเฉพาะ วิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Beketov N.N.

การประมวลผลเพิ่มเติมประกอบด้วยการนำผลิตภัณฑ์ไปสู่วิธีการทำให้บริสุทธิ์ สำหรับสิ่งนี้จะใช้กรดหรือฮาโลเจน (คลอรีน ฟลูออรีน)

ซิลิคอนอสัณฐาน

ลักษณะเฉพาะของซิลิกอนจะไม่สมบูรณ์หากการดัดแปลงแบบ allotropic แต่ละรายการไม่พิจารณาแยกจากกัน อันแรกเป็นอสัณฐาน ในสถานะนี้สารที่เรากำลังพิจารณาคือผงสีน้ำตาลน้ำตาลที่กระจายตัวอย่างประณีต มีการดูดความชื้นในระดับสูง แสดงกิจกรรมทางเคมีที่สูงพอเมื่อถูกความร้อน ภายใต้สภาวะมาตรฐาน มันสามารถโต้ตอบกับตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุดเท่านั้น - ฟลูออรีน

การเรียกซิลิคอนอสัณฐานว่าเป็นเพียงผลึกชนิดหนึ่งนั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด ตาข่ายของมันแสดงให้เห็นว่าสารนี้เป็นเพียงรูปแบบของซิลิกอนที่กระจายตัวอย่างละเอียดซึ่งมีอยู่ในรูปของผลึก ดังนั้น การดัดแปลงเหล่านี้จึงเป็นองค์ประกอบเดียวกัน

อย่างไรก็ตามคุณสมบัติของพวกเขาแตกต่างกันดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงการแบ่งส่วน โดยตัวของมันเอง ซิลิคอนอสัณฐานมีความสามารถในการดูดกลืนแสงสูง นอกจากนี้ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวบ่งชี้นี้สูงกว่ารูปแบบผลึกหลายเท่า ดังนั้นจึงใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค ในรูปแบบที่พิจารณา (ผง) สารประกอบนี้ใช้กับพื้นผิวใด ๆ ได้ง่าย ไม่ว่าจะเป็นพลาสติกหรือแก้ว ดังนั้นจึงเป็นซิลิคอนอสัณฐานที่สะดวกในการใช้งาน แอปพลิเคชันขึ้นอยู่กับขนาดต่างๆ

แม้ว่าการสึกหรอของแบตเตอรี่ประเภทนี้จะค่อนข้างเร็ว ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสึกกร่อนของฟิล์มบางๆ ของสาร อย่างไรก็ตาม การใช้งานและความต้องการกลับเพิ่มขึ้นเท่านั้น ท้ายที่สุดแม้อายุการใช้งานสั้น แผงเซลล์แสงอาทิตย์บนพื้นฐานของซิลิคอนอสัณฐานสามารถให้พลังงานแก่องค์กรทั้งหมดได้ นอกจากนี้การผลิตสารดังกล่าวยังปราศจากของเสียซึ่งทำให้ประหยัดมาก

การดัดแปลงนี้ได้มาจากการลดสารประกอบด้วยโลหะที่ใช้งาน ตัวอย่างเช่น โซเดียมหรือแมกนีเซียม

ผลึกซิลิคอน

การปรับเปลี่ยนองค์ประกอบที่เป็นเงาสีเทาเงิน เป็นรูปแบบที่พบมากที่สุดและเป็นที่ต้องการมากที่สุด นี่เป็นเพราะชุดของคุณสมบัติเชิงคุณภาพที่สารนี้มี

ลักษณะของซิลิกอนที่มีตาข่ายคริสตัลรวมถึงการจำแนกประเภทเนื่องจากมีหลายประเภท:

คุณภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ - คุณภาพที่บริสุทธิ์และสูงสุด เป็นประเภทนี้ที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนเป็นพิเศษ
คุณภาพพลังงานแสงอาทิตย์ ชื่อตัวเองกำหนดพื้นที่การใช้งาน นอกจากนี้ยังเป็นซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งจำเป็นต่อการใช้เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์คุณภาพสูงและมีอายุการใช้งานยาวนาน ตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของโครงสร้างผลึกนั้นมีคุณภาพและความทนทานต่อการสึกหรอสูงกว่าที่สร้างขึ้นโดยใช้การดัดแปลงแบบอสัณฐานโดยการทับถมบนวัสดุพิมพ์ประเภทต่างๆ
เทคนิคซิลิคอน ความหลากหลายนี้รวมถึงตัวอย่างสารที่มีองค์ประกอบบริสุทธิ์ประมาณ 98% ทุกสิ่งทุกอย่างไปสู่สิ่งเจือปนหลายประเภท:

อลูมิเนียม
คลอรีน;
คาร์บอน;
ฟอสฟอรัสและอื่น ๆ

สารประเภทสุดท้ายที่อยู่ระหว่างการพิจารณาจะใช้เพื่อให้ได้ผลึกโพลีซิลิคอน สำหรับสิ่งนี้ กระบวนการตกผลึกซ้ำจะดำเนินการ เป็นผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ในแง่ของความบริสุทธิ์ซึ่งสามารถนำมาประกอบกับกลุ่มคุณภาพพลังงานแสงอาทิตย์และอิเล็กทรอนิกส์

โดยธรรมชาติแล้ว โพลีซิลิคอนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางระหว่างการดัดแปลงแบบอสัณฐานและแบบผลึก ตัวเลือกนี้ใช้งานได้ง่ายกว่า มีการประมวลผลและทำความสะอาดด้วยฟลูออรีนและคลอรีนได้ดีกว่า

ผลิตภัณฑ์ที่ได้สามารถจำแนกได้ดังนี้:

มัลติซิลิคอน;
โมโนคริสตัลไลน์
ผลึกประวัติ;
เศษซิลิกอน
ซิลิคอนทางเทคนิค
ของเสียจากการผลิตในรูปของเศษและเศษของสสาร

แต่ละคนพบแอปพลิเคชันในอุตสาหกรรมและใช้งานโดยบุคคลอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นสิ่งที่เกี่ยวข้องกับซิลิกอนจึงถือว่าไม่มีขยะ สิ่งนี้ช่วยลดต้นทุนทางเศรษฐกิจได้อย่างมากโดยไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพ

การใช้ซิลิกอนบริสุทธิ์

การผลิตซิลิกอนในอุตสาหกรรมนั้นค่อนข้างดีและมีขนาดค่อนข้างใหญ่ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าองค์ประกอบนี้ทั้งบริสุทธิ์และในรูปของสารประกอบต่าง ๆ นั้นแพร่หลายและเป็นที่ต้องการในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ

ผลึกซิลิคอนและอะมอร์ฟัสซิลิกอนใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ที่ใด

ในโลหะวิทยาเป็นสารเติมแต่งอัลลอยด์ที่สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะและโลหะผสมได้ ดังนั้นจึงใช้ในการถลุงเหล็กและเหล็ก
สารประเภทต่าง ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตรุ่นที่สะอาดกว่า - โพลีซิลิคอน
สารประกอบซิลิกอนด้วย - นี่คือทั้งหมด อุตสาหกรรมเคมีซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากในปัจจุบัน วัสดุซิลิโคนใช้ในทางการแพทย์ ในการผลิตจาน เครื่องมือ และอื่นๆ อีกมากมาย
ผลิตแผงโซลาร์เซลล์แบบต่างๆ วิธีการรับพลังงานนี้เป็นวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในอนาคต เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม คุ้มค่า และทนทาน - ข้อได้เปรียบหลักของการผลิตไฟฟ้าดังกล่าว
มีการใช้ซิลิคอนสำหรับไฟแช็กเป็นเวลานานมาก แม้แต่ในสมัยโบราณ ผู้คนยังใช้หินเหล็กไฟเพื่อสร้างประกายไฟเมื่อจุดไฟ หลักการนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตไฟแช็กประเภทต่างๆ ปัจจุบันมีสปีชีส์ที่หินเหล็กไฟถูกแทนที่ด้วยโลหะผสมขององค์ประกอบบางอย่าง ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่เร็วยิ่งขึ้น (ประกายไฟ)
อิเล็กทรอนิกส์และพลังงานแสงอาทิตย์.
การผลิตกระจกเงาในอุปกรณ์แก๊สเลเซอร์

ดังนั้น ซิลิกอนบริสุทธิ์จึงมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์และพิเศษมากมายที่ช่วยให้สามารถใช้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่สำคัญและจำเป็นได้

การใช้สารซิลิกอน

นอกจากสารธรรมดาแล้วยังมีการใช้สารประกอบซิลิกอนหลายชนิดและแพร่หลายมาก มีสาขาอุตสาหกรรมทั้งหมดที่เรียกว่าซิลิเกต ขึ้นอยู่กับการใช้งาน สารต่างๆมีองค์ประกอบที่น่าทึ่งนี้ สารประกอบเหล่านี้คืออะไรและผลิตจากอะไร

ควอตซ์หรือทรายแม่น้ำ - SiO 2 ใช้สำหรับการผลิตวัสดุก่อสร้างและวัสดุตกแต่ง เช่น ซีเมนต์และกระจก วัสดุเหล่านี้ใช้ที่ไหนทุกคนรู้ ไม่มีการก่อสร้างใดที่สมบูรณ์หากไม่มีส่วนประกอบเหล่านี้ ซึ่งยืนยันถึงความสำคัญของสารประกอบซิลิกอน
เซรามิกซิลิเกต ซึ่งรวมถึงวัสดุต่างๆ เช่น ไฟเผา พอร์ซเลน อิฐ และผลิตภัณฑ์จากเซรามิกเหล่านี้ ส่วนประกอบเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์ ในการผลิตอาหาร เครื่องประดับตกแต่ง ของใช้ในบ้าน ในการก่อสร้างและกิจกรรมในครัวเรือนอื่นๆ ของมนุษย์
- ซิลิโคน ซิลิกาเจล น้ำมันซิลิโคน
กาวซิลิเกต - ใช้เป็นเครื่องเขียนในดอกไม้ไฟและการก่อสร้าง

ซิลิคอนซึ่งมีราคาแตกต่างกันไปในตลาดโลก แต่ไม่เกิน 100 รูเบิลรัสเซียต่อกิโลกรัม (ต่อผลึก) จากบนลงล่าง เป็นสารที่เป็นที่ต้องการและมีค่า โดยธรรมชาติแล้ว สารประกอบของธาตุนี้ก็แพร่หลายและนำไปใช้ได้เช่นกัน

บทบาททางชีวภาพของซิลิกอน

จากมุมมองของความสำคัญต่อร่างกาย ซิลิคอนมีความสำคัญ เนื้อหาและการกระจายในเนื้อเยื่อมีดังนี้:

0.002% - กล้ามเนื้อ
0.000017% - กระดูก;
เลือด - 3.9 มก. / ล.

ทุกวันควรได้รับซิลิคอนประมาณหนึ่งกรัมมิฉะนั้นโรคจะเริ่มพัฒนา ไม่มีอันตรายถึงตายในหมู่พวกเขา อย่างไรก็ตาม การอดอาหารด้วยซิลิกอนเป็นเวลานานนำไปสู่:

ผมร่วง;
รูปร่าง สิวและสิว
ความเปราะบางและความเปราะบางของกระดูก
การซึมผ่านของเส้นเลือดฝอยง่าย
ความเมื่อยล้าและปวดศีรษะ
ลักษณะของรอยฟกช้ำและรอยฟกช้ำจำนวนมาก

สำหรับพืช ซิลิกอนเป็นธาตุที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการตามปกติ การทดลองในสัตว์แสดงให้เห็นว่าบุคคลที่กินซิลิกอนในปริมาณที่เพียงพอทุกวันจะเติบโตได้ดีขึ้น

การเตรียมเคมีสำหรับ ZNO และ DPA
ฉบับสมบูรณ์

ส่วนและ

เคมีทั่วไป

เคมีของธาตุ

คาร์บอน. ซิลิเชียน

การประยุกต์ใช้คาร์บอนและซิลิกอน

การประยุกต์ใช้คาร์บอน

คาร์บอนเป็นหนึ่งในแร่ธาตุที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในโลกของเรา คาร์บอนส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับอุตสาหกรรมพลังงาน การผลิตถ่านหินแข็งต่อปีในโลกอยู่ที่ประมาณ 550 ล้านตัน นอกเหนือจากการใช้ถ่านหินเป็นตัวพาความร้อนแล้ว ถ่านหินจำนวนมากยังถูกนำไปแปรรูปเป็นถ่านโค้ก ซึ่งจำเป็นสำหรับการสกัด โลหะต่างๆ. สำหรับเหล็กแต่ละตันที่ผลิตขึ้นจากกระบวนการเตาหลอม ถ่านโค้ก 0.9 ตันจะถูกใช้ไป ถ่านกัมมันต์ใช้ในยาพิษและในหน้ากากป้องกันแก๊สพิษ

กราไฟต์ใช้ในปริมาณมากเพื่อทำดินสอ การเติมกราไฟต์ลงในเหล็กกล้าจะเพิ่มความแข็งและความต้านทานต่อการเสียดสี ตัวอย่างเช่นเหล็กดังกล่าวใช้สำหรับการผลิตลูกสูบเพลาข้อเหวี่ยงและกลไกอื่น ๆ ความสามารถของโครงสร้างกราไฟต์ในการขัดผิวทำให้สามารถใช้เป็นสารหล่อลื่นที่มีประสิทธิภาพสูงที่อุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ +2500 °C)

กราไฟต์มีคุณสมบัติที่สำคัญมากอีกประการหนึ่ง - เป็นตัวกลั่นที่มีประสิทธิภาพของนิวตรอนความร้อน คุณสมบัตินี้ใช้ใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์. เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการใช้พลาสติกซึ่งมีการเพิ่มกราไฟต์เป็นสารตัวเติม คุณสมบัติของวัสดุดังกล่าวทำให้สามารถใช้ในการผลิตอุปกรณ์และกลไกที่สำคัญมากมาย

เพชรใช้ดี วัสดุที่เป็นของแข็งสำหรับการผลิตกลไกต่างๆ เช่น หินเจียร เครื่องตัดกระจก แท่นเจาะ และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ต้องการความแข็งสูง เพชรที่เจียระไนอย่างสวยงามใช้เป็นเครื่องประดับราคาแพงซึ่งเรียกว่าเพชร

Fullerenes ถูกค้นพบค่อนข้างเร็ว (ในปี 1985) ดังนั้นพวกเขาจึงยังไม่พบการใช้งาน แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังทำการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างผู้ให้บริการข้อมูลที่มีความจุมหาศาล ท่อนาโนถูกนำมาใช้ในนาโนเทคโนโลยีต่างๆ อยู่แล้ว เช่น การจัดการยาโดยใช้มีดนาโน การผลิตนาโนคอมพิวเตอร์ และอื่นๆ อีกมากมาย

การประยุกต์ใช้ซิลิกอน

ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำที่ดี ทำมาจากอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ไมโครเซอร์กิต และไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทั้งหมดใช้ตัวประมวลผลที่ใช้ซิลิคอน ซิลิคอนใช้ทำเซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า นอกจากนี้ ซิลิคอนยังใช้เป็นส่วนประกอบในการผสมสำหรับการผลิตเหล็กกล้าผสมคุณภาพสูง

สไลด์ 2

หาในธรรมชาติ.

ท่ามกลางหลายๆ องค์ประกอบทางเคมีโดยที่การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลกเป็นไปไม่ได้ คาร์บอนเป็นสิ่งมีชีวิตหลัก คาร์บอนในชั้นบรรยากาศกว่า 99% อยู่ในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ประมาณ 97% ของคาร์บอนในมหาสมุทรมีอยู่ในรูปแบบที่ละลาย () และในธรณีภาค - ในรูปของแร่ธาตุ ธาตุคาร์บอนมีอยู่ในบรรยากาศในปริมาณเล็กน้อยในรูปของกราไฟต์และเพชร และในดินในรูปของถ่าน

สไลด์ 3

ตำแหน่งใน PSCE ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบของหมู่ย่อยคาร์บอน

กลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม IV ของระบบธาตุของ D. I. Mendeleev ประกอบด้วยธาตุห้าชนิด ได้แก่ คาร์บอน ซิลิกอน เจอร์เมเนียม ดีบุก และตะกั่ว เนื่องจากรัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้นจากคาร์บอนเป็นตะกั่ว ขนาดของอะตอมเพิ่มขึ้น ความสามารถในการติดอิเล็กตรอน และผลที่ตามมาคือคุณสมบัติของอโลหะจะลดลง ในขณะที่ความง่ายในการปล่อยอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น .

สไลด์ 4

อาคารอิเล็กทรอนิกส์

ในสถานะปกติ องค์ประกอบของหมู่ย่อยนี้แสดงวาเลนซ์เท่ากับ 2 เมื่อเปลี่ยนไปเป็นสถานะตื่นเต้น พร้อมกับการเปลี่ยนของหนึ่งใน s - อิเล็กตรอนของชั้นนอกไปยังเซลล์อิสระของ p - ระดับย่อยของ ระดับเดียวกัน อิเล็กตรอนทั้งหมดของชั้นนอกจะไม่จับคู่กัน และวาเลนซีจะเพิ่มขึ้นเป็น 4

สไลด์ 5

วิธีการผลิต: ห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม

คาร์บอน การเผาไหม้ก๊าซมีเทนที่ไม่สมบูรณ์: CH4 + O2 = C + 2H2O คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ในอุตสาหกรรม: คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ผลิตขึ้นในเตาเผาพิเศษที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดก๊าซอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาสองปฏิกิริยาติดต่อกัน ในส่วนล่างของเครื่องกำเนิดก๊าซซึ่งมีออกซิเจนเพียงพอ การเผาไหม้ของถ่านหินจะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์และเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV): C + O2 = CO2 + 402 kJ

สไลด์ 6

เมื่อคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) เคลื่อนที่จากล่างขึ้นบน คาร์บอนมอนอกไซด์จะสัมผัสกับถ่านหินร้อน: CO2 + C = CO - 175 kJ ก๊าซที่เกิดขึ้นประกอบด้วยไนโตรเจนอิสระและคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ส่วนผสมนี้เรียกว่าก๊าซโปรดิวเซอร์ ในเครื่องกำเนิดก๊าซ บางครั้งไอน้ำถูกพัดผ่านถ่านหินร้อน: C + H2O = CO + H2 - Q, "CO + H2" - ก๊าซน้ำ ในห้องปฏิบัติการ: ออกฤทธิ์กับกรดฟอร์มิกที่มีกรดซัลฟิวริกเข้มข้นซึ่งจับกับน้ำ: HCOOH  H2O + CO

สไลด์ 7

คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) ในอุตสาหกรรม: ผลพลอยได้จากการผลิตปูนขาว: CaCO3 CaO + CO2 ในห้องปฏิบัติการ: ในปฏิกิริยาของกรดกับชอล์คหรือหินอ่อน: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2 + H2O คาร์ไบด์ คาร์ไบด์ได้มาจากการเผาโลหะหรือออกไซด์ด้วยถ่านหิน

สไลด์ 8

กรดคาร์บอนิก ได้จากการละลายคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) ในน้ำ เนื่องจากกรดคาร์บอนิกเป็นสารประกอบที่เปราะบางมาก ปฏิกิริยานี้สามารถผันกลับได้: CO2 + H2O H2CO3 ซิลิคอน ในอุตสาหกรรม: เมื่อให้ความร้อนส่วนผสมของทรายและถ่านหิน: 2C + SiO2Si + 2CO ในห้องปฏิบัติการ: ในปฏิกิริยาระหว่างทรายบริสุทธิ์กับผงแมกนีเซียม: 2Mg + SiO2  2MgO + Si

สไลด์ 9

กรดซิลิก ได้มาจากการกระทำของกรดต่อสารละลายของเกลือ ในขณะเดียวกันก็ตกตะกอนในรูปของตะกอนที่เป็นวุ้น: Na2SiO3 + HCl  2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3

สไลด์ 10

การดัดแปลง Allotropic ของคาร์บอน

คาร์บอนมีอยู่ในการปรับเปลี่ยนแบบ allotropic สามแบบ ได้แก่ เพชร กราไฟต์ และปืนสั้น

สไลด์ 11

กราไฟท์

กราไฟท์อ่อนมีโครงสร้างเป็นชั้น ทึบแสงสีเทาพร้อมเงาโลหะ นำไฟฟ้าได้ค่อนข้างดีเนื่องจากมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ ลื่นน่าสัมผัส หนึ่งในของแข็งที่อ่อนที่สุด รูปที่ 2 แบบจำลองตาข่ายกราไฟท์

สไลด์ 12

เพชร.

เพชรเป็นสารธรรมชาติที่แข็งที่สุด คริสตัลเพชรมีมูลค่าสูงทั้งในฐานะวัสดุทางเทคนิคและเครื่องประดับอันล้ำค่า เพชรที่ผ่านการเจียระไนอย่างดีคือเพชร หักเหแสงเป็นประกายด้วยสีรุ้งบริสุทธิ์สดใส เพชรที่ใหญ่ที่สุดที่เคยพบมีน้ำหนัก 602 กรัม ยาว 11 ซม. กว้าง 5 ซม. สูง 6 ซม. เพชรเม็ดนี้ถูกพบในปี 1905 และมีชื่อว่า "Kalian" รูปที่ 1 แบบจำลองขัดแตะเพชร

สไลด์ 13

คาร์บินและกระจกคาร์บอน

คาร์บินเป็นผงสีดำเข้มที่กระจายตัวด้วยอนุภาคขนาดใหญ่กว่า คาร์ไบน์เป็นธาตุคาร์บอนในรูปแบบที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุด คาร์บอนมิเรอร์มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ หนึ่งใน คุณสมบัติที่สำคัญคาร์บอนมิเรอร์ (ยกเว้นความแข็ง ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ฯลฯ) - ความเข้ากันได้ทางชีวภาพกับเนื้อเยื่อที่มีชีวิต

สไลด์ 14

คุณสมบัติทางเคมี.

ด่างเปลี่ยนซิลิคอนเป็นเกลือของกรดซิลิกิกด้วยการปล่อยไฮโดรเจน: Si + 2KOH + H2O \u003d K2Si03 + 2H2 คาร์บอนและซิลิกอนทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O \u003d H2SiO3 + 2H2 คาร์บอนซึ่งแตกต่างจากซิลิกอนทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจน: C + 2H2 = CH4

สไลด์ 15

คาร์ไบด์

สารประกอบของคาร์บอนกับโลหะและองค์ประกอบอื่นๆ ที่เป็นอิเล็กโทรโพสิทีฟเกี่ยวกับคาร์บอนเรียกว่า คาร์ไบด์ ปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมคาร์ไบด์กับน้ำทำให้เกิดมีเทน Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4

คำอธิบายเปรียบเทียบโดยย่อขององค์ประกอบของคาร์บอนและซิลิกอนแสดงในตารางที่ 6

ตารางที่ 6

ลักษณะเปรียบเทียบคาร์บอนและซิลิกอน

เกณฑ์การเปรียบเทียบ	คาร์บอน-ซี	ซิลิคอน-ซิ
ตำแหน่งในตารางธาตุเคมี	, ช่วงที่ 2, กลุ่ม IV, กลุ่มย่อยหลัก	, ช่วงที่ 3, กลุ่ม IV, กลุ่มย่อยหลัก
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม
ความเป็นไปได้ของวาเลนซ์	II - อยู่ในสถานะนิ่ง IV - อยู่ในสถานะตื่นเต้น
สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้	, , , , ,	,
ออกไซด์ที่สูงขึ้น	, เป็นกรด	, เป็นกรด
ไฮดรอกไซด์ที่สูงขึ้น	- กรดที่ไม่เสถียรอย่างอ่อน	() หรือ - กรดอ่อนมีโครงสร้างพอลิเมอร์
พันธะไฮโดรเจน	– มีเทน (ไฮโดรคาร์บอน)	– ไซเลน ไม่เสถียร

คาร์บอน. Allotropy เป็นลักษณะของธาตุคาร์บอน คาร์บอนมีอยู่ในรูปของสารง่ายๆ ดังต่อไปนี้: เพชร กราไฟต์ คาร์ไบน์ ฟูลเลอรีน ซึ่งมีเพียงกราไฟต์เท่านั้นที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ถ่านหินและเขม่าสามารถคิดได้ว่าเป็นกราไฟต์ประเภทอสัณฐาน

กราไฟต์เป็นวัสดุทนไฟ ระเหยง่าย เฉื่อยทางเคมีที่อุณหภูมิปกติ เป็นสารทึบแสงที่อ่อนนุ่มซึ่งนำกระแสไฟได้น้อย โครงสร้างของกราไฟท์เป็นชั้นๆ

Alamaze เป็นสารเฉื่อยทางเคมีที่มีความแข็งมาก (สูงถึง 900 °C) ซึ่งไม่นำกระแสไฟและนำความร้อนได้ไม่ดี โครงสร้างของเพชรเป็นแบบ tetrahedral (แต่ละอะตอมใน tetrahedron ล้อมรอบด้วยสี่อะตอม ฯลฯ ) ดังนั้นเพชรจึงเป็นโพลิเมอร์ที่ง่ายที่สุดซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น

คาร์บินมี โครงสร้างเชิงเส้น(-carbine, polyyne) หรือ (-carbine, polyene) เป็นผงสีดำมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ ภายใต้การกระทำของแสง ค่าการนำไฟฟ้าของปืนสั้นจะเพิ่มขึ้นและที่อุณหภูมิ ปืนสั้นกลายเป็นกราไฟท์ มีความว่องไวทางเคมีมากกว่ากราไฟต์ มันถูกสังเคราะห์ขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1960 และต่อมาถูกพบในอุกกาบาตบางลูก

ฟูลเลอรีนเป็นการดัดแปลงแบบ allotropic ของคาร์บอนที่เกิดจากโมเลกุลที่มีโครงสร้างแบบ "ลูกฟุตบอล" โมเลกุลถูกสังเคราะห์และฟูลเลอรีนอื่นๆ ฟูลเลอรีนทั้งหมดเป็นโครงสร้างปิดของอะตอมคาร์บอนในสถานะไฮบริด อิเล็กตรอนของพันธะที่ไม่มีการผสมจะถูกแยกออกจากกันเช่นเดียวกับสารประกอบอะโรมาติก ผลึกฟูลเลอรีนเป็นประเภทโมเลกุล

ซิลิคอน. ซิลิคอนไม่ได้มีลักษณะเป็นพันธะ ไม่ใช่เรื่องปกติที่จะมีอยู่ในสถานะไฮบริด ดังนั้นจึงมีการดัดแปลงซิลิกอนแบบ allotropic ที่เสถียรเพียงครั้งเดียว คริสตัลเซลล์ซึ่งเปรียบเสมือนตาข่ายเพชร ซิลิคอนมีความแข็ง (ในระดับ Mohs มีความแข็งเท่ากับ 7) วัสดุทนไฟ ( ) สารที่เปราะบางมากของสีเทาเข้มที่มีความมันวาวของโลหะภายใต้สภาวะมาตรฐาน - เซมิคอนดักเตอร์ กิจกรรมทางเคมีขึ้นอยู่กับขนาดของผลึก (ผลึกหยาบมีความว่องไวน้อยกว่าอสัณฐาน)

ปฏิกิริยาของคาร์บอนขึ้นอยู่กับการปรับเปลี่ยน allotropic คาร์บอนในรูปของเพชรและกราไฟต์ค่อนข้างเฉื่อย ทนทานต่อกรดและด่าง ซึ่งทำให้สามารถผลิตถ้วยใส่ตัวอย่าง ขั้วไฟฟ้า ฯลฯ จากกราไฟต์ได้ คาร์บอนแสดงปฏิกิริยาที่สูงขึ้นในรูปของถ่านหินและเขม่า

ผลึกซิลิกอนค่อนข้างเฉื่อย ในรูปแบบอสัณฐานจะมีความว่องไวกว่า

ประเภทของปฏิกิริยาหลักที่สะท้อนถึงคุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอนและซิลิกอนแสดงไว้ในตารางที่ 7

ตารางที่ 7

คุณสมบัติทางเคมีพื้นฐานของคาร์บอนและซิลิกอน

ทำปฏิกิริยากับ	คาร์บอน	ทำปฏิกิริยากับ	ซิลิคอน
สารที่เรียบง่าย	ออกซิเจน		ออกซิเจน
ฮาโลเจน		ฮาโลเจน
สีเทา		คาร์บอน
ไฮโดรเจน		ไฮโดรเจน	ไม่ตอบสนอง
โลหะ		โลหะ
สารที่ซับซ้อน	ออกไซด์ของโลหะ		ด่าง
ไอน้ำ		กรด	ไม่ตอบสนอง
กรด

วัสดุประสาน

วัสดุประสาน – แร่ธาตุหรือวัสดุก่อสร้างอินทรีย์ที่ใช้สำหรับการผลิตคอนกรีต การยึดส่วนประกอบแต่ละส่วนของโครงสร้างอาคาร การกันซึม ฯลฯ.

สารยึดเกาะแร่(เอ็มวีเอ็ม)– วัสดุที่เป็นผงบดละเอียด (ซีเมนต์ ยิปซั่ม ปูนขาว ฯลฯ) ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อผสมกับน้ำ (นิ้ว แต่ละกรณี- ด้วยสารละลายของเกลือ กรด ด่าง) พลาสติก มวลที่ใช้การได้ซึ่งแข็งตัวเป็นวัตถุคล้ายหินที่แข็งแรงและจับอนุภาคของมวลรวมที่เป็นของแข็งและการเสริมแรงให้เป็นก้อนเดียวทั้งหมด

การแข็งตัวของ MVM นั้นเป็นผลมาจากกระบวนการละลาย การก่อตัวของสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดและมวลคอลลอยด์ หลังตกผลึกบางส่วนหรือทั้งหมด

การจำแนกประเภท MVM:

1. ตัวประสานไฮดรอลิก:

เมื่อผสมกับน้ำ (การผสม) จะแข็งตัวและคงสภาพหรือเพิ่มความแข็งแรงในน้ำต่อไป ซึ่งรวมถึงซีเมนต์ต่างๆ และปูนขาวไฮดรอลิก ในระหว่างการแข็งตัวของปูนขาว CaO ทำปฏิกิริยากับน้ำและ คาร์บอนไดออกไซด์อากาศและการตกผลึกของผลิตภัณฑ์ที่ได้ ใช้ในการก่อสร้างโครงสร้างบนดิน ใต้ดิน และไฮดรอลิกที่ต้องสัมผัสกับน้ำตลอดเวลา

2. ตัวยึดอากาศ:

เมื่อผสมกับน้ำจะแข็งตัวและคงความแข็งแรงไว้ในอากาศเท่านั้น ซึ่งรวมถึงปูนขาว ยิปซัม-แอนไฮไดรต์ และสารยึดเกาะอากาศแมกนีเซีย

3. สารยึดเกาะที่ทนกรด:

ประกอบด้วยซีเมนต์ทนกรดที่มีส่วนผสมของทรายควอทซ์ที่บดละเอียดและ; พวกเขามักจะปิด สารละลายที่เป็นน้ำโซเดียมหรือโพแทสเซียมซิลิเกตจะคงความแข็งแรงไว้ได้นานเมื่อสัมผัสกับกรด ระหว่างการชุบแข็งจะเกิดปฏิกิริยาขึ้น พวกมันถูกใช้สำหรับการผลิตผงสำหรับอุดรู ครก และคอนกรีตที่ทนกรดในการก่อสร้างสถานประกอบการเคมีภัณฑ์

4. สารยึดเกาะสำหรับการชุบแข็งด้วยหม้อนึ่งความดัน:

ประกอบด้วยสารประสานปูนขาว-ซิลิกาและปูนขาว-เนฟิลีน (ปูนขาว ทรายควอทซ์ กากตะกอนเนฟิลีน) และแข็งตัวระหว่างการนึ่งฆ่าเชื้อ (6-10 ชั่วโมง แรงดันไอน้ำ 0.9-1.3 MPa) นอกจากนี้ยังรวมถึงปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์แบบทรายและสารยึดเกาะอื่นๆ ที่มีปูนขาว ขี้เถ้า และกากตะกอนระดับต่ำ ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์จากคอนกรีตซิลิเกต (บล็อก อิฐซิลิเกต ฯลฯ)

5. สารยึดเกาะฟอสเฟต:

ประกอบด้วยซีเมนต์พิเศษ พวกมันถูกปิดด้วยกรดฟอสฟอริกด้วยการก่อตัวของมวลพลาสติก ค่อย ๆ แข็งตัวเป็นก้อนเดียวและรักษาความแข็งแรงไว้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ° C โดยทั่วไปจะใช้ไททาเนียมฟอสเฟต ซิงค์ฟอสเฟต อะลูมิโนฟอสเฟต และซีเมนต์อื่นๆ ใช้สำหรับการผลิตวัสดุบุวัสดุทนไฟและยาแนวสำหรับการป้องกันอุณหภูมิสูงของชิ้นส่วนและโครงสร้างโลหะในการผลิตคอนกรีตทนไฟ ฯลฯ

สารยึดเกาะอินทรีย์(สพม.)– สารที่มีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์สามารถเปลี่ยนจากสถานะพลาสติกเป็นสถานะของแข็งหรือพลาสติกต่ำอันเป็นผลมาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชันหรือการควบแน่น

เมื่อเปรียบเทียบกับ MVM แล้ว พวกมันมีความเปราะน้อยกว่าและมีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการกลั่นน้ำมัน (ยางมะตอย น้ำมันดิน) ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนของไม้ (น้ำมันดิน) เช่นเดียวกับโพลีเอสเตอร์เทอร์โมเซตติงสังเคราะห์ อีพ็อกซี่ เรซินฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ ใช้ในการก่อสร้างถนน สะพาน พื้น สถานที่อุตสาหกรรม,วัสดุมุงหลังคารีดลอน, แอสฟัลต์โพลิเมอร์คอนกรีต เป็นต้น

ในสารประกอบเลขฐานสองของซิลิคอนกับคาร์บอน อะตอมของซิลิคอนแต่ละอะตอมจะถูกสร้างพันธะโดยตรงกับอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียงกัน 4 อะตอม ซึ่งอยู่ที่จุดยอดของทรงจัตุรมุข ซึ่งจุดศูนย์กลางคืออะตอมของซิลิคอน ในเวลาเดียวกัน อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะถูกสร้างพันธะกับอะตอมของซิลิกอนที่อยู่ใกล้เคียงสี่อะตอม ซึ่งอยู่ที่จุดยอดของจัตุรมุข ซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอน การจัดเรียงตัวร่วมกันของอะตอมของซิลิคอนและคาร์บอนนั้นขึ้นอยู่กับพันธะ Si-C- ซิลิคอน-คาร์บอน และสร้างโครงสร้างผลึกที่หนาแน่นและแข็งแรงมาก

ปัจจุบันมีเพียงสองสารประกอบไบนารีของซิลิกอนกับคาร์บอนเท่านั้นที่ทราบ นี่คือแร่ที่หายากมาก moissanite ซึ่งยังไม่พบในธรรมชาติ การประยุกต์ใช้จริงและ carborundum SiC เทียมซึ่งบางครั้งเรียกว่า silund, refrax, carbofrax, kristolan เป็นต้น

ในทางปฏิบัติในห้องปฏิบัติการและเทคโนโลยี กากเพชรได้มาจากการลดซิลิกาด้วยคาร์บอนตามสมการของปฏิกิริยา

SiO 2 + 3C \u003d 2CO + SiC

นอกเหนือจากควอตซ์บดละเอียดหรือสายการประมงควอตซ์บริสุทธิ์และโค้ก เกลือแกง และ ขี้เลื่อย. ขี้เลื่อยระหว่างการยิงจะคลายประจุและ เกลือ, ทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนที่เป็นเหล็กและอลูมิเนียมกลายเป็น le: คลอไรด์ทึบแสง FeCl 3 และ AlCl 3 ซึ่งถูกลบออกจากโซนปฏิกิริยาที่ 1,000-1200 ° C ในความเป็นจริงปฏิกิริยาระหว่างซิลิกาและโค้กเริ่มต้นที่ 1,150 ° C แต่ดำเนินการช้ามาก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 1220 ° C ความเร็วจะเพิ่มขึ้น ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1220 ถึง 1340°C จะมีการคายความร้อนและดำเนินไปอย่างรุนแรง อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา ส่วนผสมจะก่อตัวขึ้นเป็นครั้งแรก ซึ่งประกอบด้วยผลึกที่เล็กที่สุดและกากเพชรชนิดอสัณฐาน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 1,800-2,000 ° C ส่วนผสมจะตกผลึกใหม่และเปลี่ยนเป็นรูปตารางที่พัฒนาแล้ว ไม่ค่อยมีสี มักจะเป็นสีเขียว สีเทา และสีดำที่มีความแวววาวแบบเพชรและการเล่นสีรุ้ง คริสตัลหกเหลี่ยมที่มีประมาณ 98- กากเพชร 99.5% กระบวนการรับกากเพชรจากประจุนั้นดำเนินการในเตาเผาไฟฟ้าที่เผาไหม้ 2,000-2200 ° C เพื่อให้ได้กากเพชรบริสุทธิ์ทางเคมีผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเผาประจุจะได้รับการปฏิบัติด้วยด่างซึ่งจะละลายซิลิกาที่ไม่ได้ป้อน เข้าสู่ปฏิกิริยา

Crystalline carborundum เป็นสารที่แข็งมาก ความแข็งของมันคือ 9 ความต้านทานโอห์มมิกของผลึกโพลีคาร์บอเนตจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และกลายเป็นไม่มีนัยสำคัญที่ 1,500 0 C

ในอากาศที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 0 C กากเพชรจะเริ่มออกซิไดซ์อย่างช้าๆ ในตอนแรก และจากนั้นอย่างแรงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสูงกว่า 1,700 ° C ในกรณีนี้ ซิลิกาและคาร์บอนมอนอกไซด์จะเกิดขึ้น:

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

ซิลิคอนไดออกไซด์ที่ก่อตัวขึ้นบนผิวกากเพชรเป็นฟิล์มป้องกัน ซึ่งค่อนข้างชะลอการเกิดออกซิเดชันของกากเพชร ในสภาพแวดล้อมที่มีไอน้ำ ปฏิกิริยาออกซิเดชันของกากเพชรภายใต้สภาวะเดียวกันจะรุนแรงมากขึ้น

กรดแร่, ยกเว้นออร์โธฟอสฟอริก, กากเพชรไม่ได้รับผลกระทบ, คลอรีนที่ 100 ° C สลายตัวตามสมการปฏิกิริยา

SiC + 2Cl 2 = SiCl 4 + C

และที่ 1,000 ° C แทนที่จะเป็นคาร์บอน CC1 4 จะถูกปล่อยออกมา:

SiC + 4C1 2 = SiCl + CC1 4

โลหะหลอมเหลว ทำปฏิกิริยากับกากเพชร ก่อตัวเป็นซิลิไซด์ที่สอดคล้องกัน:

SiC + Fe = FeSl + C

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 810 ° C กากเพชรจะลดออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธให้เป็นโลหะ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ° C จะลดออกไซด์ของเหล็ก (III) Fe 2 O 3 และสูงกว่า 1300-1370 ° C เหล็กออกไซด์ (II) FeO นิกเกิลออกไซด์ (II ) NiO และแมงกานีสออกไซด์ MnO

ด่างที่กัดกร่อนที่หลอมละลายและคาร์บอเนตของพวกมันในที่ที่มีออกซิเจนในชั้นบรรยากาศจะย่อยสลายกากเพชรอย่างสมบูรณ์ด้วยการก่อตัวของซิลิเกตที่สอดคล้องกัน:

SiC + 2KOH + 2O 2 \u003d K 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2

SiC + Na 2 CO 3 + 2O 2 \u003d Na 2 SiO 3 + 2CO 2

กากเพชรยังสามารถทำปฏิกิริยากับโซเดียมเปอร์ออกไซด์ ตะกั่ว (II) ออกไซด์ และกรดฟอสฟอริก

เนื่องจากคาร์บอรันดัมมีความแข็งสูงจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะผงขัดสำหรับเจียรโลหะรวมถึงสำหรับการผลิตล้อขัดคาร์บอรันดัมแท่งและกระดาษทราย การนำไฟฟ้ากากเพชรที่อุณหภูมิสูงทำให้สามารถใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตแท่งซิลิเกตที่เรียกว่าซึ่งเป็นองค์ประกอบต้านทานในเตาเผาไฟฟ้า เพื่อจุดประสงค์นี้ ส่วนผสมของกากเพชรกับซิลิกอนถูกปิดด้วยกลีเซอรีนหรือสารประสานอินทรีย์อื่น ๆ และแท่งจะถูกสร้างขึ้นจากมวลผลลัพธ์ซึ่งถูกเผาที่อุณหภูมิ 1,400-1,500 ° C ในบรรยากาศของคาร์บอนมอนอกไซด์หรือไนโตรเจน ในระหว่างการเผา สารอินทรีย์ที่ประสานจะสลายตัว คาร์บอนที่ปล่อยออกมารวมกับซิลิกอนจะเปลี่ยนเป็นกากเพชรและทำให้แท่งมีความแข็งแรงตามที่ต้องการ

ถ้วยใส่ตัวอย่างวัสดุทนไฟชนิดพิเศษทำจากกากเพชร
สำหรับการหลอมโลหะที่ได้จากการอัดร้อน
กากเพชรที่ 2,500 ° C ภายใต้ความดัน 42-70 MPa มีชื่อเสียงขึ้นอีก
วัสดุทนไฟที่ทำจากส่วนผสมของกากเพชรกับไนไตรด์
โบรอน สตีไทต์ พันธะที่มีโมลิบดีนัม และอื่นๆ
เอนทิตี

ซิลิคอน ไฮไดรด์หรือไซเลน

สารประกอบไฮโดรเจนของซิลิกอนมักเรียกว่าซิลิกอนไฮไดรด์หรือไซเลน เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว ซิลิกอนไฮไดรด์ก่อตัวเป็นอนุกรมที่คล้ายคลึงกันซึ่งอะตอมของซิลิกอนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว

สี-สี-สี-สี-สี- ฯลฯ

ตัวแทนที่ง่ายที่สุด

ของอนุกรมที่คล้ายคลึงกันนี้คือโมโนไซเลน หรือเรียกง่ายๆ ว่าไซเลน SiH 4 ซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายกับมีเทน จากนั้นจึงตามด้วย

ไดไซเลน H 3 Si-SiH 3 ซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายกับอีเทน จากนั้น ไตรไซเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 3

เตตระไซเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 3,

เพนตะไซเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 ^--SiH 3 และไซเลนสุดท้ายที่ได้รับจากอนุกรมที่คล้ายคลึงกันนี้

เฮกซะซิเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 3 . ไม่พบไซเลนในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์ รับพวกเขาเทียม:

1. การสลายตัวของโลหะซิลิไซด์ด้วยกรดหรือด่างตามสมการของปฏิกิริยา

มก 2 ศรี + 4HCI \u003d 2MgCl 2 + SiH 4

สิ่งนี้ก่อตัวเป็นส่วนผสมของไซเลน ซึ่งจากนั้นจะถูกแยกออกโดยการกลั่นแบบแยกส่วนที่มาก อุณหภูมิต่ำ.

2. การลดฮาโลไซเลนด้วยลิเธียมไฮไดรด์หรือลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์:

SiCl 4 + 4 LiH = 4LiCl + SiH 4

วิธีการรับไซลาร์นี้ได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี พ.ศ. 2490

3. การลดฮาโลไซเลนด้วยไฮโดรเจน ปฏิกิริยาดำเนินไปที่อุณหภูมิ 300 - 400 °C ในหลอดปฏิกิริยาที่บรรจุส่วนผสมสัมผัสที่มีซิลิกอน ทองแดงโลหะ และอะลูมิเนียมเฮไลด์ 1 - 2% เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

แม้จะมีความคล้ายคลึงกันใน โครงสร้างโมเลกุลซิเทนและไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวมีคุณสมบัติทางกายภาพต่างกัน

ไซเลนมีความเสถียรน้อยกว่าเมื่อเทียบกับไฮโดรคาร์บอน ที่เสถียรที่สุดคือโมโนไซเลน SiH4 ซึ่งสลายตัวเป็นซิลิกอนและไฮโดรเจนที่ความร้อนแดงเท่านั้น ไซเลนอื่นๆ ที่มีปริมาณซิลิกอนสูงจะสร้างอนุพันธ์ที่ต่ำกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก ตัวอย่างเช่น ไดไซเลน Si 2 H 6 ให้ไซเลนและพอลิเมอร์แข็งที่อุณหภูมิ 300°C และเฮกซะซิเลน Si 6 H 14 สลายตัวช้าแม้ใน อุณหภูมิปกติ. เมื่อสัมผัสกับออกซิเจน ไซเลนจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย และบางส่วน เช่น โมโนไซเลน SiH 4 จะติดไฟได้เองที่อุณหภูมิ -180 องศาเซลเซียส ไซเลนจะถูกไฮโดรไลซ์เป็นซิลิคอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนได้ง่าย:

SiH 4 + 2H 2 0 \u003d SiO 2 + 4H 2

สำหรับไซเลนที่สูงขึ้น กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นพร้อมกับการแตกตัว

พันธะ - Si - Si - Si - ระหว่างอะตอมของซิลิคอน ตัวอย่างเช่น สาม-

ไซเลน Si 3 H 8 ให้ SiO 2 สามโมเลกุลและก๊าซไฮโดรเจนสิบโมเลกุล:

H 3 Si - SiH 2 - SiH 3 + 6H 3 O \u003d 3SiO 2 + 10H 2

ในที่ที่มีด่างกัดกร่อนอันเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสของไซเลนจะเกิดซิลิเกตของโลหะอัลคาไลและไฮโดรเจนที่สอดคล้องกัน:

SiH 4 + 2NaOH + H 2 0 = นา 2 Si0 3 + 4H 2

ซิลิคอนเฮไลด์

Halosilanes ยังอยู่ในสารประกอบซิลิกอนแบบไบนารี เช่นเดียวกับซิลิกอนไฮไดรด์ - ไซเลน - พวกมันก่อตัวเป็นอนุกรมที่คล้ายคลึงกัน สารประกอบทางเคมีซึ่งอะตอมของแฮไลด์เชื่อมต่อโดยตรงกับอะตอมของซิลิคอนที่เชื่อมกันด้วยพันธะเดี่ยว

ฯลฯ ให้เป็นโซ่ยาวตามสมควร. เนื่องจากความคล้ายคลึงกันนี้ ฮาโลไซเลนจึงถูกพิจารณาว่าเป็นผลิตภัณฑ์ของการแทนที่ไฮโดรเจนในไซเลนสำหรับฮาโลเจนที่สอดคล้องกัน ในกรณีนี้ การแทนที่อาจสมบูรณ์และไม่สมบูรณ์ ในกรณีหลังจะได้รับอนุพันธ์ของฮาโลเจนของไซเลน ฮาโลเจนไซเลนที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดถือเป็นคลอโรไซเลน Si 25 Cl 52 ฮาโลเจนโนไซเลนและอนุพันธ์ของฮาโลเจนไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบที่บริสุทธิ์และสามารถรับได้จากการประดิษฐ์เท่านั้น

1. การเชื่อมต่อโดยตรงของธาตุซิลิคอนกับฮาโลเจน ตัวอย่างเช่น SiCl 4 ได้มาจากเฟอร์โรซิลิคอนที่มีซิลิกอน 35 ถึง 50% โดยการบำบัดที่อุณหภูมิ 350-500°C ด้วยคลอรีนแห้ง ในกรณีนี้ จะได้ SiCl 4 เป็นผลิตภัณฑ์หลักในการผสมกับฮาโลไซเลนอื่นๆ ที่ซับซ้อนกว่า Si 2 C1 6, Si 3 Cl 8 เป็นต้น ตามสมการปฏิกิริยา

ศรี + 2Cl 2 \u003d SiCl 4

สามารถรับสารประกอบชนิดเดียวกันได้โดยการผสมคลอริเนตของซิลิกาและโค้กที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาดำเนินไปตามโครงร่าง

SiO 2 + 2C \u003d ศรี + 2CO

Si + 2C1 2 \u003d SiС1 4

SiO 2 + 2C + 2Cl 2 \u003d 2CO + SiCl 4

Tetrabromosilane ได้มาจากโบรมีนที่ความร้อนแดงของธาตุซิลิกอนด้วยไอโบรมีน:

ศรี + 2Br 2 = SiBr 4

หรือส่วนผสมของซิลิกากับโค้ก:

SiO 2 + 2C \u003d ศรี + 2CO

Si + 2Br 3 = SiBi 4

SiO 2 + 2C + 2Br 2 \u003d 2CO + SiBr 4

ในกรณีนี้การก่อตัวของไซเลนในระดับที่สูงขึ้นสามารถทำได้พร้อมกันกับเตตระไซเลน ตัวอย่างเช่น เมื่อคลอรีนแมกนีเซียมซิลิไซด์ได้รับ 80% SiCI 4 , 20% SiCl 6 และ 0.5-1% Si 3 Cl 8; ในระหว่างการคลอรีนของแคลเซียมซิลิไซด์ ส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะแสดงดังนี้: 65% SiCl 4 ; 30% ศรี 2 Cl 6 ; 4% ศรี 3 Cl 8 .

2. การทำฮาโลเจนของไซเลนด้วยไฮโดรเจนเฮไลด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา AlBr 3 ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100°C ปฏิกิริยาดำเนินไปตามแผน

SiH 4 + HBr = SiH 3 Br + H 2

SiH 4 + 2НВг = SiH 2 Br 2 + 2H 2

3. การทำฮาโลเจนของไซเลนด้วยคลอโรฟอร์มต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา AlCl 3:

ศรี 3 H 8 + 4CHS1 3 \u003d ศรี 3 H 4 Cl 4 + 4CH 2 C1 3

ศรี 3 H 8 + 5CHCl 3 \u003d ศรี 3 H 3 C1 5 + 5CH 2 C1 2

4. ซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ได้มาจากการกระทำของกรดไฮโดรฟลูออริกบนซิลิกา:

SiO 2 + 4HF \u003d SiF 4 + 2H 2 0

5. พอลิฮาโลจิโนไซเลนบางชนิดสามารถหาได้จากฮาโลไซเลนที่ง่ายที่สุดโดยฮาโลจิเนชันกับฮาไลด์ที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น tetraiodosilane ในท่อที่ปิดสนิทที่อุณหภูมิ 200-300 ° C ทำปฏิกิริยากับเงิน ปล่อย hexaiododisilane ที่

สามารถรับไอโอโดซิเลนได้จากการทำปฏิกิริยากับไอโอดีนกับไซเลนในตัวกลาง คาร์บอนเตตระคลอไรด์หรือคลอโรฟอร์ม และ วีการปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา AlI 3 ในปฏิสัมพันธ์ของไซเลนกับไฮโดรเจนไอโอไดด์

ฮาโลเจนโนไซเลนมีความทนทานน้อยกว่าฮาโลเจนอนุพันธ์ของไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างคล้ายกัน พวกมันถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่าย สร้างซิลิกาเจลและกรดไฮโดรฮาลิก:

SiCl 4 + 2H 2 O \u003d Si0 2 + 4HCl

ตัวแทนที่ง่ายที่สุดของฮาโลไซเลนคือ SiF 4 , SiCl 4 , SiBr 4 และ SiI 4 ในจำนวนนี้ เตตระฟลูออโรไซเลนและเตตระคลอโรไซเลนส่วนใหญ่จะใช้ในงานวิศวกรรม Tetrafluorosilane SiF 4 เป็นก๊าซไม่มีสีที่มีกลิ่นฉุน ควันในอากาศ ไฮโดรไลซ์เป็นกรดฟลูออโรซิลิกและซิลิกาเจล SiF 4 ได้มาจากการกระทำของกรดไฮโดรฟลูออริกบนซิลิกาตามสมการปฏิกิริยา

SiO 2 + 4HF \u003d SlF 4 + 2H 2 0

สำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรม. SiF 4 ใช้ fluorspar CaF 2 , ซิลิกา SiO 2 และกรดซัลฟิวริก H 2 SO 4 ปฏิกิริยาดำเนินไปในสองขั้นตอน:

2CaF 2 + 2H 3 SO 4 \u003d 2СаSO 4 + 4HF

SiO 2 + 4HF \u003d 2H 2 O + SiF 4

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

สถานะก๊าซและความผันผวนของเตตระฟลูออโรไซเลนใช้สำหรับการกัดแก้วโซเดียมไลม์ซิลิเกตด้วยไฮโดรเจนฟลูออไรด์ เมื่อไฮโดรเจนฟลูออไรด์ทำปฏิกิริยากับแก้ว จะเกิดเตตระฟลูออโรไซเลน แคลเซียมฟลูออไรด์ โซเดียมฟลูออไรด์ และน้ำ Tetrafluorosilane ระเหย ปล่อยชั้นแก้วใหม่ที่ลึกขึ้นเพื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ CaF 2 และ NaF ยังคงอยู่ที่จุดเกิดปฏิกิริยา ซึ่งละลายในน้ำ ดังนั้นจึงสามารถเข้าถึงไฮโดรเจนฟลูออไรด์ได้ฟรีเพื่อแทรกซึมต่อไปที่พื้นผิวกระจกที่เพิ่งเปิดใหม่ พื้นผิวสลักสามารถเคลือบด้านหรือโปร่งใส การกัดทึบแสงได้มาจากการกระทำของก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์บนกระจก โปร่งใส - โดยการกัดด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของกรดไฮโดรฟลูออริก ถ้าเตตระฟลูออโรไซเลนผ่านลงไปในน้ำ จะได้ H 2 SiF 6 และซิลิกาในรูปของเจล:

3SiF 4 + 2H 2 O \u003d 2H 2 SiF 6 + Si0 2

กรดไฮโดรฟลูออโรซิลิกเป็นหนึ่งในกรดไดเบสิกแก่ซึ่งไม่ได้อยู่ในสถานะอิสระ เมื่อระเหย จะสลายตัวเป็น SiF 4 และ 2HF ซึ่งระเหยได้ ด้วยด่างที่กัดกร่อนทำให้เกิดกรดและเกลือปกติ:

H 2 SlF 6 + 2NaOH.= นา 2 SiF 6 + 2H 2 O

ด้วยอัลคาไลที่มากเกินไปจะให้ฟลูออไรด์โลหะอัลคาไล ซิลิกา และน้ำ:

H 2 SiF 6 + 6NaOH \u003d 6NaF + SiO 2 + 4H 2 O

ซิลิกาที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้จะทำปฏิกิริยากับโซดาไฟ
ข้อศอกและนำไปสู่การก่อตัวของซิลิเกต:

SiO 2 + 2NaOH \u003d นา 2 SiO 3 + H 2 O

เกลือของกรดฟลูออโรซิลิกเรียกว่าซิลิโคฟลูออไรด์หรือฟลูเอต ในปัจจุบัน ซิลิโคฟลูออไรด์ Na, H, Rb, Cs, NH 4 , Cu, Ag, Hg, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn, Mn, Ni, Co, Al, Fe, Cr, Pb และอื่นๆ

ซิลิคอนฟลูออไรด์ของโซเดียม Na 2 SiF 6 , แมกนีเซียม MgSiF 6 * 6HgO, สังกะสี ZnSiF 6 * 6H 2 O, อลูมิเนียม Al 2 (SiF 6) 3 , ตะกั่ว PbSiF 6 , แบเรียม BaSiF 6 และอื่นๆ ใช้ในเทคโนโลยีเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ซิลิคอน ฟลูออไรด์มีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อและปิดผนึก ในขณะเดียวกันก็เป็นสารหน่วงการติดไฟ ด้วยเหตุนี้จึงใช้ชุบไม้เพื่อป้องกันการผุก่อนเวลาอันควรและป้องกันการติดไฟในกรณีเกิดไฟไหม้ ซิลิกอนฟลูออไรด์ยังชุบด้วยหินเทียมและหินธรรมชาติเพื่อวัตถุประสงค์ในการก่อสร้างเพื่อปิดผนึก สาระสำคัญของการทำให้ชุ่มอยู่ในความจริงที่ว่าสารละลายของซิลิกอนฟลูออไรด์ที่เจาะเข้าไปในรูพรุนและรอยแตกของหินทำปฏิกิริยากับแคลเซียมคาร์บอเนตและสารประกอบอื่น ๆ และสร้างเกลือที่ไม่ละลายน้ำซึ่งสะสมอยู่ในรูขุมขนและปิดผนึกไว้ สิ่งนี้จะเพิ่มความต้านทานของหินต่อสภาพดินฟ้าอากาศอย่างมาก วัสดุที่ไม่มีแคลเซียมคาร์บอเนตเลยหรือมีเพียงเล็กน้อยจะได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยพรีฟลูเอต เช่น สารที่มีเกลือแคลเซียมละลายน้ำ ซิลิเกตโลหะอัลคาไล และสารอื่นๆ ที่สามารถสร้างตะกอนที่ไม่ละลายน้ำได้ด้วยฟลูเอต แมกนีเซียม สังกะสี และอลูมิเนียมซิลิโคฟลูออไรด์ใช้เป็นฟลูเอต กระบวนการร่องสามารถแสดงได้ดังนี้:

MgSiF 6 + 2СаСО 3 = MgF 2 + 2CaF 2 + SiO 2 + 2СО 2

ZnSiF 6 + ZCaS0 3 \u003d 3CaF 6 + ZnCO 3 + SiO 2 + 2CO 2

อัล 2 (SiF 6) 3 + 6CaCO 3 \u003d. 2A1F 3 + 6CaF 2 + 3SiO 2 + 6CO 2

ซิลิโคฟลูออไรด์ของโลหะอัลคาไลได้มาจากการทำปฏิกิริยากรดฟลูออโรซิลิกกับสารละลายของเกลือของโลหะเหล่านี้:

2NaCl + H 2 SiF 6 = Na 2 SlF 6 + 2HC1

สิ่งเหล่านี้เป็นตะกอนเจลาตินที่ละลายได้ในน้ำและไม่ละลายในแอลกอฮอล์แน่นอน ดังนั้นจึงใช้ใน การวิเคราะห์เชิงปริมาณในการหาซิลิกาด้วยวิธีปริมาตร สำหรับวัตถุประสงค์ทางเทคนิค ใช้โซเดียมซิลิโคฟลูออไรด์ ซึ่งได้ในรูปของผงสีขาวเป็นผลพลอยได้ในการผลิตซูเปอร์ฟอสเฟต จากส่วนผสมของ Na 2 SiF 6 และ A1 2 O 3 ที่อุณหภูมิ 800 ° C ทำให้เกิดไครโอไลท์ 3NaF٠AlF 3 ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตซีเมนต์ทางทันตกรรมและเป็นตัวเก็บเสียงที่ดีทั้งในการทำแก้วและในการผลิตเคลือบทึบแสง และเคลือบฟัน

โซเดียม ซิลิโคฟลูออไรด์เป็นส่วนประกอบอย่างหนึ่งที่ถูกนำมาใช้ในส่วนผสมของผงสำหรับอุดรูที่ทนต่อสารเคมีที่ผลิตบนแก้วเหลว:

นา 2 SiF 6 + 2Na 2 SiO 3 \u003d 6NaF + 3SiO 2

ซิลิกาที่ปลดปล่อยจากปฏิกิริยานี้ให้ความเสถียรทางเคมีแก่ผงสำหรับอุดรูที่ชุบแข็ง ในขณะเดียวกัน Na 2 SiF 6 เป็นตัวเร่งการแข็งตัว โซเดียมซิลิกอนฟลูออไรด์ยังได้รับการแนะนำในฐานะแร่ในส่วนผสมดิบในการผลิตซีเมนต์

Tetrachlorosilane SiCl 4 - ไม่มีสี ควันในอากาศ เป็นของเหลวที่ไฮโดรไลซ์ได้ง่ายโดยคลอรีนของกากเพชรหรือเฟอร์โรซิลิคอนโดยการกระทำของไซเลนที่อุณหภูมิสูง

Tetrachlorosilane เป็นผลิตภัณฑ์เริ่มต้นหลักสำหรับการผลิตสารประกอบออร์กาโนซิลิกอนจำนวนมาก

Tetrabromosilane SiBr 4 เป็นของเหลวที่ไม่มีสี รมควันในอากาศ ไฮโดรไลซ์เป็นของเหลว SiO 2 และ HBr ได้ง่าย ได้มาที่อุณหภูมิร้อนแดง เมื่อไอโบรมีนถูกส่งผ่านไปยังธาตุซิลิกอนที่มีความร้อน

Tetraiodosilane SiI 4 - สีขาว สารที่เป็นผลึกได้จากการส่งผ่านไอไอโอดีนผสมกับคาร์บอนไดออกไซด์เหนือธาตุซิลิกอนที่ร้อน

ซิลิคอนบอไรด์และไนไตรด์

ซิลิคอนบอไรด์เป็นสารประกอบของซิลิคอนกับโบรอน ปัจจุบัน รู้จักซิลิคอนบอร์ดสองชนิด ได้แก่ ซิลิคอนไตรโบไรด์ B 3 Si และซิลิคอนเฮกซาบอไรด์ B 6 Si สารเหล่านี้มีความแข็งมาก ทนทานต่อสารเคมีและวัสดุทนไฟ ได้มาจากการหลอมรวม กระแสไฟฟ้าส่วนผสมที่บดละเอียดประกอบด้วย 5 wt. ชั่วโมงของธาตุซิลิคอนและ 1 wt. ชั่วโมงของโบรอน มวลที่หกถูกทำความสะอาดด้วยโพแทสเซียมคาร์บอเนตที่หลอมเหลว G. M. Samsonov และ V. P. Latyshev ได้รับซิลิกอนไตรโบไรด์โดยการกดร้อนที่ 1600-1800 0 C

ซิลิคอนไตรโบไรด์ที่มีสี่เหลี่ยมจัตุรัส 2.52 g / cm 3 รูปแบบจานดำ -
ผลึกขนมเปียกปูนโครงสร้างโปร่งแสง
ในชั้นบาง ๆ ในโทนสีเหลืองน้ำตาล ซิลิคอนเฮกซาบอไรด์กับ pl.
2.47 g / cm 3 ได้ในรูปของเม็ดทึบแสงทึบแสงทึบแสง
รูปร่างส้อม

ซิลิคอนบอไรด์ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 2,000°C แต่ออกซิไดซ์ได้ช้ามากแม้ในอุณหภูมิสูง ทำให้สามารถใช้เป็นวัสดุทนไฟพิเศษได้ ความแข็งของซิลิกอนบอไรด์นั้นสูงมาก และในแง่นี้พวกมันจะเข้าใกล้กากเพชร

สารประกอบซิลิกอนที่มีไนโตรเจนเรียกว่าซิลิกอนไนไตรด์ รู้จักไนไตรด์ต่อไปนี้: Si 3 N 4 , Si 2 N 3 และ SIN ซิลิกอนไนไตรด์ได้มาจากการเผาธาตุซิลิกอนในบรรยากาศของไนโตรเจนบริสุทธิ์ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1,300 ถึง 1,500 องศาเซลเซียส ซิลิกอนไนไตรด์ปกติ Si 3 N 4 สามารถหาได้จากส่วนผสมของซิลิกาและโค้ก เผาในบรรยากาศของไนโตรเจนบริสุทธิ์ ที่ 1,400-1,500 ° C:

6С + 3Si0 2 + 2N 3 ͢ Si 3 N 4 + 6CO

Si 3 N 4 เป็นผงทนไฟสีขาวอมเทาและทนกรดที่ระเหยได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,900 องศาเซลเซียสเท่านั้น ซิลิคอนไนไตรด์จะไฮโดรไลซ์ด้วยการปล่อยซิลิกาและแอมโมเนีย:

ศรี 3 N 4 + 6H 2 O \u003d 3SiO 2 + 4NH3

เข้มข้น กรดซัลฟูริกเมื่อได้รับความร้อน มันจะสลายตัว Si 3 N 4 อย่างช้าๆ และกรดฟลูออโรซิลิกที่เจือจางจะสลายตัวอย่างรุนแรงมากขึ้น

ซิลิกอนไนไตรด์ขององค์ประกอบ Si 2 N 3 ยังได้รับจากการกระทำของไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงบนธาตุซิลิกอนหรือกรดซิลิกอนคาร์บอกซิลิก C 2 Si 2 N + N 2 \u003d 2C + Si2N 3 .

นอกจากสารประกอบไบนารี่ของซิลิคอนกับไนโตรเจนแล้ว ยังมีสารประกอบอื่นๆ ที่ซับซ้อนอีกมากมายซึ่งขึ้นอยู่กับพันธะโดยตรงระหว่างอะตอมของซิลิคอนและอะตอมของไนโตรเจน ตัวอย่างเช่น 1) อะมิโนไซเลน SiH 3 NH 2 , SiH 2 (NH 2) 2 , SiH (NH 2 ) 3, Si(NH 2) 4 ; 2) ไซลิลามีน NH 2 (SiH 3), NH (SiH 3) 2, N(SiH 3) 3; 3) สารประกอบซิลิกอนที่มีไนโตรเจนซึ่งมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนกว่า

มุมมองทั่วไป