Propiedades químicas del silicio y sus compuestos. Interacción del silicio con sustancias simples. Ácido silícico. Silicatos

Como elemento químico independiente, el silicio se hizo conocido por la humanidad solo en 1825. Eso, por supuesto, no impidió el uso de compuestos de silicio en tantas esferas que es más fácil enumerar aquellas en las que no se usa el elemento. Este artículo arrojará luz sobre los aspectos físicos, mecánicos y beneficiosos Propiedades químicas silicio y sus compuestos, aplicaciones, también hablaremos de cómo el silicio afecta las propiedades del acero y otros metales.

Primero, centrémonos en las características generales del silicio. Del 27,6 al 29,5% de la masa de la corteza terrestre es silicio. En el agua de mar, la concentración del elemento también es considerable: hasta 3 mg / l.

En términos de abundancia en la litosfera, el silicio ocupa el segundo lugar de honor después del oxígeno. Sin embargo, su forma más famosa, la sílice, es el dióxido, y son sus propiedades las que se han convertido en la base de un uso tan generalizado.

Este video te dirá qué es el silicio:

Concepto y características

El silicio no es un metal, pero en diferentes condiciones puede presentar propiedades tanto ácidas como básicas. Es un semiconductor típico y es muy utilizado en ingeniería eléctrica. Sus propiedades físicas y químicas están determinadas en gran medida por el estado alotrópico. La mayoría de las veces, se ocupan de la forma cristalina, ya que sus cualidades tienen más demanda en la economía nacional.

El silicio es uno de los macronutrientes básicos del cuerpo humano. Su falta tiene un efecto perjudicial sobre el estado del tejido óseo, cabello, piel y uñas. Además, el silicio afecta el funcionamiento del sistema inmunológico.
En medicina, el elemento, o mejor dicho, sus compuestos, encontraron su primera aplicación en esta capacidad. El agua de los pozos revestidos con silicio no solo difería en pureza, sino que también tuvo un efecto positivo en la resistencia a enfermedades infecciosas... Hoy en día, un compuesto con silicio sirve como base para medicamentos contra la tuberculosis, la aterosclerosis y la artritis.
En general, el no metal está inactivo, sin embargo, es difícil encontrarlo en su forma pura. Esto se debe al hecho de que en el aire se pasiva rápidamente por una capa de dióxido y deja de reaccionar. Cuando se calienta, la actividad química aumenta. Como resultado, la humanidad está mucho más familiarizada con los compuestos de la sustancia y no consigo misma.

Entonces, el silicio forma aleaciones con casi todos los metales: siliciuros. Todos ellos difieren en refractariedad y dureza y se utilizan en las áreas apropiadas: turbinas de gas, calentadores de hornos.

El no metal se encuentra en la tabla de D.I. Mendeleev en el grupo 6 junto con el carbono, el germanio, lo que indica cierta similitud con estas sustancias. Entonces, con el carbono está "relacionado" por la capacidad de formar compuestos del tipo orgánico. En este caso, el silicio, como el germanio, puede exhibir las propiedades de un metal en algunos reacciones químicas que se utiliza en síntesis.

Pros y contras

Como cualquier otra sustancia desde el punto de vista de su uso en la economía nacional, el silicio tiene ciertas cualidades útiles o no muy buenas. Son importantes precisamente para determinar el ámbito de uso.

Una ventaja considerable de la sustancia es su disponibilidad... En la naturaleza, es cierto, no está en forma libre, pero sin embargo, la tecnología para producir silicio no es tan complicada, aunque consume mucha energía.
La segunda ventaja más importante es formación de compuestos múltiples con inusualmente propiedades útiles... Estos son silanos, siliciuros, dióxido y, por supuesto, varios silicatos. La capacidad del silicio y sus compuestos para formar soluciones sólidas complejas es prácticamente infinita, lo que permite una producción sin fin de las más variadas variaciones de vidrio, piedra y cerámica.
Propiedades de semiconductores el no metal le proporciona un lugar como material base en la ingeniería eléctrica y radioeléctrica.
El no metal es no tóxico, que permite su aplicación en cualquier industria, y al mismo tiempo no convierte el proceso tecnológico en uno potencialmente peligroso.

Las desventajas del material incluyen solo una relativa fragilidad con buena dureza. El silicio no se usa para estructuras portantes, pero por otro lado, esta combinación permite procesar adecuadamente la superficie del cristal, lo cual es importante para la instrumentación.

Hablemos ahora de las propiedades básicas del silicio.

Propiedades y caracteristicas

Dado que el silicio cristalino se utiliza con mayor frecuencia en la industria, son precisamente sus propiedades las más importantes, y son ellas las que se dan en características técnicas... Las propiedades físicas de la sustancia son las siguientes:

punto de fusión - 1417 C;
punto de ebullición - 2600 C;
la densidad es de 2,33 g / cc. cm, que indica fragilidad;
la capacidad calorífica, así como la conductividad térmica, no son constantes incluso en las muestras más puras: 800 J / (kg K), o 0.191 cal / (g deg) y 84-126 W / (m K), o 0.20- 0, 30 cal / (cm · seg · grados), respectivamente;
Transparente a la radiación infrarroja de onda larga, que se utiliza en óptica infrarroja;
constante dieléctrica - 1,17;
dureza en la escala de Mohs - 7.

Las propiedades eléctricas de un no metal dependen en gran medida de las impurezas. En la industria, esta característica se utiliza modulando tipo requerido semiconductor. A temperaturas normales, el silicio es frágil, pero cuando se calienta por encima de 800 C, es posible la deformación plástica.

Las propiedades del silicio amorfo son sorprendentemente diferentes: es altamente higroscópico y reacciona mucho más activamente incluso a temperaturas normales.

La estructura y composición química, así como las propiedades del silicio, se analizan en el siguiente video:

Composición y estructura

El silicio existe en dos formas alotrópicas, que son igualmente estables a temperaturas normales.

Cristal parece un polvo gris oscuro. La sustancia, aunque tiene una red cristalina similar a un diamante, es frágil debido al enlace excesivamente largo entre los átomos. Sus propiedades de semiconductor son de interés.
A presiones muy altas, puede obtener hexagonal modificación con una densidad de 2,55 g / cc. ver sin embargo esta fase práctico no he encontrado todavía.
Amorfo- Polvo marrón-marrón. A diferencia de la forma cristalina, reacciona de forma mucho más activa. Esto se debe no tanto a la inercia de la primera forma, sino al hecho de que en el aire la sustancia está cubierta con una capa de dióxido.

Además, es necesario tener en cuenta un tipo más de clasificación asociado al tamaño del cristal de silicio, que en conjunto forman la sustancia. La red cristalina, como saben, presupone el ordenamiento no solo de los átomos, sino también de las estructuras que forman estos átomos, el llamado orden de largo alcance. Cuanto más grande sea, más homogéneas serán las propiedades de la sustancia.

Monocristalino- la muestra es un cristal. Su estructura está ordenada al máximo, sus propiedades son uniformes y bien predecibles. Es este material el más demandado en ingeniería eléctrica. Sin embargo, también pertenece a la especie más cara, ya que el proceso de obtención es complicado y la tasa de crecimiento es baja.
Multicristalino- la muestra es una cierta cantidad de granos cristalinos grandes. Los límites entre ellos forman niveles de defectos adicionales, lo que reduce el rendimiento de la muestra como semiconductor y conduce a un desgaste más rápido. La tecnología para cultivar un multicristal es más simple y, por lo tanto, el material es más barato.
Policristalino- Consiste en una gran cantidad de granos ubicados aleatoriamente entre sí. Este es el tipo más puro de silicio industrial, utilizado en microelectrónica y energía solar. Muy a menudo se utiliza como materia prima para el cultivo de cristales múltiples y monocristales.
El silicio amorfo también ocupa una posición separada en esta clasificación. Aquí, el orden de disposición de los átomos se mantiene solo en las distancias más cortas. Sin embargo, en ingeniería eléctrica, todavía se usa en forma de películas delgadas.

Producción de no metales

No es tan fácil obtener silicio puro, dada la inercia de sus compuestos y los altos puntos de fusión de la mayoría de ellos. En la industria, se recurre con mayor frecuencia a la reducción de carbono a partir del dióxido. La reacción se lleva a cabo en hornos de arco a una temperatura de 1800 C. Así se obtiene un no metálico con una pureza del 99,9%, que no es suficiente para su uso.

El material resultante se clora para obtener cloruros e hidrocloruros. Luego, los compuestos se purifican de las impurezas por todos los métodos posibles y se reducen con hidrógeno.

La sustancia también se puede purificar obteniendo siliciuro de magnesio. El siliciuro se expone al ácido clorhídrico o acético. Se obtiene el silano y este último se purifica. diferentes caminos- sorción, rectificación, etc. Luego, el silano se descompone en hidrógeno y silicio a una temperatura de 1000 C. En este caso, se obtiene una sustancia con una fracción de impurezas del 10 -8 -10 -6%.

Aplicación de la sustancia

Para la industria mayor interés representan las características electrofísicas de un no metal. Su forma monocristalina es un semiconductor de intervalo indirecto. Sus propiedades están determinadas por las impurezas, lo que permite obtener cristales de silicio con las propiedades deseadas. Entonces, la adición de boro, indio permite hacer crecer un cristal con conductividad de agujero y la introducción de fósforo o arsénico, un cristal con conductividad electrónica.

El silicio es literalmente la base de la ingeniería eléctrica moderna. Se utiliza para fabricar transistores, fotocélulas, circuitos integrados, diodos, etc. Además, la funcionalidad del dispositivo casi siempre está determinada solo por la capa cercana a la superficie del cristal, que determina requisitos muy específicos para el tratamiento de la superficie.
En metalurgia, el silicio técnico se utiliza tanto como modificador de aleaciones - imparte mayor resistencia, como como componente - en, por ejemplo, y como desoxidante - en la producción de hierro fundido.
La metalurgia ultrapura y refinada constituye la base de la energía solar.
El dióxido no metálico se produce de forma natural en diferentes formas... Sus variedades cristalinas (ópalo, ágata, cornalina, amatista, cristal de roca) han encontrado su lugar en la joyería. Las modificaciones externas no son tan atractivas: el pedernal, el cuarzo, se utilizan en metalurgia y en construcción y en ingeniería radioeléctrica.
El compuesto de un no metal con carburo de carbono se utiliza en metalurgia, en la fabricación de instrumentos y en la industria química. Es un semiconductor de amplio espacio, tiene una alta dureza (7 en la escala de Mohs) y resistencia, lo que permite su uso como material abrasivo.
Silicatos, es decir, sales de ácido silícico. Inestable, se descompone fácilmente bajo la influencia de la temperatura. Destacan por el hecho de que forman numerosas y variadas sales. Pero estos últimos son la base para la producción de vidrio, cerámica, loza, cristal, etc. Podemos decir con seguridad que la construcción moderna se basa en una variedad de silicatos.
El vidrio es el caso más interesante aquí. Se basa en aluminosilicatos, pero impurezas insignificantes de otras sustancias, generalmente óxidos, le dan al material muchas propiedades diferentes, incluido el color. -, loza, porcelana, de hecho, tiene la misma fórmula, aunque con diferente proporción de componentes, y su diversidad también es asombrosa.
El no metal tiene otra habilidad: forma compuestos como el carbono, en forma de una larga cadena de átomos de silicio. Estos compuestos se denominan compuestos organosilícicos. El alcance de su aplicación no es menos conocido: se trata de siliconas, selladores, lubricantes, etc.

El silicio es un elemento muy común y de extraordinaria importancia en muchas áreas. economía nacional... Además, no solo se usa activamente la sustancia en sí, sino todos sus diversos y numerosos compuestos.

Este video le informará sobre las propiedades y usos del silicio:

Uno de los elementos más comunes en la naturaleza es el silicio o silicio. Un acuerdo tan extendido habla de la importancia y el significado de esta sustancia. Esto fue rápidamente comprendido y aprendido por personas que aprendieron a utilizar el silicio para sus propios fines. Su uso se basa en propiedades especiales, de las que hablaremos más adelante.

Silicio: un elemento químico

Si caracterizamos este elemento por su posición en sistema periódico, entonces se pueden identificar los siguientes puntos importantes:

El número de serie es 14.
Punto: el tercer menor.
Grupo - IV.
El subgrupo es el principal.
La estructura de la capa externa de electrones se expresa mediante la fórmula 3s 2 3p 2.
El elemento silicio se designa con el símbolo químico Si, que se pronuncia "silicio".
La oxidación indica que presenta: -4; +2; +4.
La valencia del átomo es IV.
La masa atómica del silicio es 28.086.
En la naturaleza, hay tres isótopos estables de este elemento con números de masa 28, 29 y 30.

Así, desde un punto de vista químico, el átomo de silicio es un elemento suficientemente estudiado, y se han descrito muchas de sus diferentes propiedades.

Historia de descubrimiento

Dado que en la naturaleza son los diversos compuestos del elemento en cuestión los que son muy populares y de contenido masivo, desde la antigüedad la gente ha utilizado y conocido las propiedades de solo muchos de ellos. Silicio puro por mucho tiempo permaneció más allá del conocimiento humano en química.

Los compuestos más populares utilizados en la vida cotidiana y la industria por los pueblos de culturas antiguas (egipcios, romanos, chinos, rusichi, persas y otros) eran piedras preciosas y ornamentales a base de óxido de silicio. Éstas incluyen:

ópalo;
diamante de imitación;
topacio;
crisoprasa;
ónix;
calcedonia y otros.

También desde la antigüedad se ha acostumbrado a utilizar cuarzo en el negocio de la construcción. Sin embargo, el silicio elemental en sí permaneció sin descubrir hasta el siglo XIX, aunque muchos científicos intentaron en vano aislarlo de varios compuestos, utilizando catalizadores, altas temperaturas e incluso electricidad... Estas son mentes tan brillantes como:

Karl Scheele;
Gay Lussac;
Thenar;
Humphrey Davy;
Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius logró obtener silicio en su forma pura en 1823. Para ello, realizó un experimento sobre la fusión de vapores de fluoruro de silicio y potasio metálico. Como resultado, se obtuvo una modificación amorfa del elemento en cuestión. El mismo científico propuso el nombre latino para el átomo abierto.

Un poco más tarde, en 1855, otro científico, Saint Clair-Deville, logró sintetizar otra variedad alotrópica: el silicio cristalino. Desde entonces, el conocimiento sobre este elemento y sus propiedades comenzó a crecer muy rápidamente. La gente se dio cuenta de que poseía características unicas, que se puede utilizar de forma muy competente para satisfacer sus propias necesidades. Por tanto, hoy en día uno de los elementos más demandados en electrónica y tecnología es el silicio. Su aplicación solo amplía sus límites cada año.

El nombre ruso del átomo fue dado por el científico Hess en 1831. Esto es lo que se ha afianzado hasta el día de hoy.

El silicio es el segundo más abundante en la naturaleza después del oxígeno. Su porcentaje en comparación con otros átomos de la corteza terrestre - 29,5%. Además, el carbono y el silicio son dos elementos especiales que pueden formar cadenas al conectarse entre sí. Es por ello que se conocen más de 400 minerales naturales diferentes para este último, en cuya composición está contenido en la litosfera, hidrosfera y biomasa.

¿Dónde se encuentra exactamente el silicio?

En capas profundas de suelo.
En rocas, depósitos y macizos.
En el fondo de los cuerpos de agua, especialmente mares y océanos.
En plantas y vida marina en el reino animal.
En humanos y animales terrestres.

Se pueden identificar varios de los minerales y rocas más comunes, en los que el silicio está presente en grandes cantidades. Su química es tal que el contenido de masa del elemento puro en ellos alcanza el 75%. Sin embargo, la cifra exacta depende del tipo de material. Entonces, rocas y minerales que contienen silicio:

feldespatos;
mica;
anfíboles;
ópalos
calcedonia;
silicatos;
areniscas;
aluminosilicatos;
arcillas y otros.

Al acumularse en las conchas y los esqueletos externos de los animales marinos, el silicio con el tiempo forma depósitos poderosos de sílice en el fondo de los depósitos. Es una de las fuentes naturales de este elemento.

Además, se descubrió que el silicio puede existir en un estado nativo puro, en forma de cristales. Pero tales depósitos son muy raros.

Propiedades físicas del silicio

Si proporciona una característica del elemento en consideración mediante un conjunto de propiedades fisicoquímicas, primero que nada, son los parámetros físicos los que deben designarse. Éstos son algunos de los principales:

Existe en forma de dos modificaciones alotrópicas: amorfa y cristalina, que difieren en todas las propiedades.
La red cristalina es muy similar a la del diamante, porque el carbono y el silicio son prácticamente iguales a este respecto. Sin embargo, la distancia entre los átomos es diferente (el silicio tiene más), por lo que el diamante es mucho más duro y fuerte. Tipo de celosía - cúbico centrado en la cara.
La sustancia es muy frágil, se vuelve plástica a altas temperaturas.
El punto de fusión es 1415˚С.
El punto de ebullición es 3250˚С.
La densidad de la sustancia es de 2,33 g / cm 3.
El color del compuesto es gris plateado, con un brillo metálico característico.
Posee buenas propiedades semiconductoras, que se pueden variar con la adición de ciertos agentes.
Insoluble en agua, disolventes orgánicos y ácidos.
Soluble en álcalis.

Designada propiedades físicas El silicio permite a las personas manipularlo y utilizarlo para crear varios productos. Entonces, por ejemplo, el uso de silicio puro en electrónica se basa en las propiedades de los semiconductores.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas del silicio dependen en gran medida de las condiciones de reacción. Si hablamos de los parámetros estándar, entonces debe designar una actividad muy baja. Tanto el silicio cristalino como el amorfo son muy inertes. No interactúan con agentes oxidantes fuertes (excepto flúor) ni con agentes reductores fuertes.

Esto se debe al hecho de que se forma instantáneamente una película de óxido de SiO 2 en la superficie de la sustancia, lo que evita interacciones adicionales. Puede formarse bajo la influencia de agua, aire, vapores.

Si se cambian las condiciones estándar y el silicio se calienta a una temperatura superior a 400 ° C, su actividad química aumentará considerablemente. En este caso, reaccionará con:

oxígeno;
todo tipo de halógenos;
hidrógeno.

Con un aumento adicional de la temperatura, es posible la formación de productos al interactuar con boro, nitrógeno y carbono. Carborundo - SiC es de particular importancia, ya que es un buen material abrasivo.

Además, las propiedades químicas del silicio son claramente visibles en reacciones con metales. En relación a ellos, es un agente oxidante, por lo que los productos se denominan siliciuros. Los compuestos similares son conocidos por:

alcalino;
tierra alcalina;
metales de transición.

El compuesto obtenido por fusión de hierro y silicio posee propiedades inusuales. Se llama cerámica de ferrosilicio y se utiliza con éxito en la industria.

El silicio no interactúa con sustancias complejas, por lo tanto, de todas sus variedades, solo puede disolverse en:

aqua regia (una mezcla de ácidos nítrico y clorhídrico);
álcalis cáusticos.

En este caso, la temperatura de la solución debe ser de al menos 60˚С. Todo esto lo confirma una vez más base fisica Sustancias: una red cristalina estable similar al diamante, que le da fuerza e inercia.

Métodos de obtención

Obtener silicio en su forma pura es un proceso bastante costoso económicamente. Además, debido a sus propiedades, cualquier método proporciona solo un 90-99% de producto puro, mientras que las impurezas en forma de metales y carbono permanecen iguales. Por lo tanto, obtener la sustancia no es suficiente. También debe limpiarse cualitativamente de elementos extraños.

En general, la producción de silicio se lleva a cabo de dos formas principales:

Desde arena blanca, que es óxido de silicio puro SiO 2. Cuando se calcina con metales activos (la mayoría de las veces con magnesio), se forma un elemento libre en forma de modificación amorfa. La pureza de este método es alta, el producto se obtiene con un rendimiento del 99,9%.
Un método más extendido a escala industrial es la sinterización de arena fundida con coque en hornos térmicos especializados. Este método fue desarrollado por el científico ruso N.N. Beketov.

El procesamiento posterior consiste en someter los productos a métodos de limpieza. Para ello se utilizan ácidos o halógenos (cloro, flúor).

Silicio amorfo

La caracterización del silicio será incompleta si no consideramos por separado cada una de sus modificaciones alotrópicas. El primero es amorfo. En este estado, la sustancia que estamos considerando es un polvo marrón-marrón finamente disperso. Posee un alto grado de higroscopicidad, exhibe una actividad química bastante alta cuando se calienta. V condiciones estándar capaz de interactuar solo con el agente oxidante más fuerte: el flúor.

No es del todo correcto llamar al silicio amorfo una especie de silicio cristalino. Su red muestra que esta sustancia es solo una forma de silicio finamente disperso, que existe en forma de cristales. Por lo tanto, como tales, estas modificaciones son un mismo compuesto.

Sin embargo, sus propiedades difieren, por lo que se acostumbra hablar de alotropía. Por sí mismo, el silicio amorfo tiene una alta capacidad de absorción de luz. Además, en determinadas condiciones, este indicador es varias veces superior al de la forma cristalina. Por tanto, se utiliza con fines técnicos. En la forma considerada (polvo), el compuesto se aplica fácilmente a cualquier superficie, ya sea de plástico o de vidrio. Por lo tanto, es el silicio amorfo el que resulta tan cómodo de usar. La aplicación se basa en diferentes tamaños.

Aunque el desgaste de la batería tipo similar bastante rápido debido a la abrasión película delgada sustancias, sin embargo, el uso y la demanda solo está creciendo. Después de todo, incluso para término corto Servicio Los paneles solares de silicio amorfo son capaces de alimentar empresas enteras. Además, la producción de dicha sustancia no genera desperdicios, lo que la hace muy económica.

Esta modificación se obtiene reduciendo los compuestos con metales activos, por ejemplo sodio o magnesio.

Silicio cristalino

Una modificación brillante de color gris plateado del elemento en cuestión. Es esta forma la más común y la más demandada. Esto se debe al conjunto de propiedades cualitativas que posee esta sustancia.

La característica del silicio con celosía cristalina incluye la clasificación de sus tipos, ya que existen varios de ellos:

Calidad electrónica: la más limpia y la más alta calidad posible. Es este tipo el que se utiliza en electrónica para crear dispositivos especialmente sensibles.
Calidad soleada. El nombre en sí define el área de uso. También es silicio de una pureza bastante alta, cuyo uso es necesario para crear alta calidad y durabilidad. paneles solares... Los convertidores fotovoltaicos basados en la estructura cristalina son de mayor calidad y resistencia al desgaste que los creados mediante modificación amorfa por deposición sobre varios tipos de sustratos.
Silicio técnico. Esta variedad incluye aquellas muestras de una sustancia que contienen alrededor del 98% de un elemento puro. Todo lo demás va a varios tipos de impurezas:

aluminio;
cloro;
carbón;
fósforo y otros.

El último tipo de sustancia considerada se utiliza para obtener policristales de silicio. Para ello se llevan a cabo procesos de recristalización. Como resultado, en términos de pureza, se obtienen productos que se pueden atribuir a los grupos de calidad solar y electrónica.

Por su naturaleza, el polisilicio es un producto intermedio entre la modificación amorfa y cristalina. Esta opción es más fácil de trabajar, se procesa y limpia mejor con flúor y cloro.

Los productos resultantes se pueden clasificar de la siguiente manera:

multi-silicio;
monocristalino;
cristales perfilados;
chatarra de silicio;
silicio técnico;
residuos de producción en forma de fragmentos y desechos de materia.

Cada uno de ellos se usa en la industria y es completamente utilizado por humanos. Por tanto, las relativas al silicio se consideran libres de residuos. Esto reduce significativamente su costo económico, sin afectar la calidad.

Usando silicio puro

La producción de silicio en la industria está bastante bien establecida y su escala es bastante grande. Esto se debe al hecho de que este elemento, tanto puro como en forma de varios compuestos, está muy extendido y es demandado en diversas ramas de la ciencia y la tecnología.

¿Dónde se usa silicio puro cristalino y amorfo?

En metalurgia como aditivo de aleación capaz de cambiar las propiedades de los metales y sus aleaciones. Por tanto, se utiliza en la fundición de acero y hierro.
Se utilizan diferentes tipos de sustancias para hacer una versión más limpia: polisilicio.
Los compuestos de silicio con toda una industria química que ha ganado una popularidad particular en la actualidad. Los materiales organosilícicos se utilizan en medicina, en la fabricación de platos, herramientas y mucho más.
Fabricación de diversos paneles solares. Este método de obtención de energía es uno de los más prometedores del futuro. Respetuoso con el medio ambiente, económicamente viable y duradero: estas son las principales ventajas de dicha generación de electricidad.
El silicio para encendedores existe desde hace mucho tiempo. Incluso en la antigüedad, la gente usaba el pedernal para producir una chispa al encender un fuego. Este principio es la base para la producción de encendedores de diversos tipos. Hoy en día, hay especies en las que el pedernal es reemplazado por una aleación de cierta composición, lo que da aún más resultado rápido(chispas).
Electrónica y energía solar.
Fabricación de espejos en dispositivos láser de gas.

Por lo tanto, el silicio puro tiene muchas propiedades ventajosas y especiales que hacen posible su uso para crear productos importantes y necesarios.

Aplicación de compuestos de silicio

Además de una sustancia simple, también se utilizan varios compuestos de silicio, y de manera muy amplia. Existe toda una industria llamada silicato. Es ella quien se basa en el uso de diversas sustancias, entre las que se incluye este asombroso elemento. ¿Cuáles son estos compuestos y cuáles de ellos se producen?

Cuarzo o arena de río - SiO 2. Se utiliza para la fabricación de dicha construcción y materiales decorativos como cemento y vidrio. Dónde se utilizan estos materiales, todo el mundo lo sabe. Ninguna construcción está completa sin estos componentes, lo que confirma la importancia de los compuestos de silicio.
Cerámica de silicato, que incluye materiales como loza, porcelana, ladrillos y productos a base de ellos. Estos componentes se utilizan en medicina, en la fabricación de platos, adornos decorativos, artículos para el hogar, en la construcción y otras áreas del hogar de actividad humana.
- siliconas, geles de sílice, aceites de silicona.
Pegamento de silicato: se utiliza como material de oficina, en pirotecnia y construcción.

El silicio, cuyo precio varía en el mercado mundial, pero no cruza de arriba abajo la marca de 100 rublos por kilogramo (para cristalino), es una sustancia demandada y valiosa. Naturalmente, los compuestos de este elemento también están muy extendidos y son aplicables.

El papel biológico del silicio

Desde el punto de vista de la importancia para el cuerpo, el silicio es importante. Su contenido y distribución en tejidos es el siguiente:

0,002% - músculo;
0,000017% - hueso;
sangre - 3,9 mg / l.

Todos los días, debe ingresar aproximadamente un gramo de silicio, de lo contrario, comenzarán a desarrollarse enfermedades. No hay ninguno mortal entre ellos, sin embargo, la inanición prolongada de silicio conduce a:

perdida de cabello;
la aparición de acné y acné;
fragilidad y fragilidad de los huesos;
fácil permeabilidad capilar;
fatiga y dolores de cabeza;
la aparición de numerosos hematomas y hematomas.

Para las plantas, el silicio es un oligoelemento importante necesario para el crecimiento y desarrollo normales. Los experimentos con animales han demostrado que aquellos individuos que consumen a diario suficiente silicio.

El carbón se encuentra con mayor frecuencia en la naturaleza. A menudo se encuentran depósitos de grafito. Es una modificación alotrópica más estable en comparación con el diamante, por lo tanto, hay más en la corteza terrestre que el diamante. El grafito se encuentra en el suelo en forma de masas lamelares y escamosas. Los científicos creen que se formó a partir del carbón bajo la influencia alta presión... Los diamantes son raros. Se cree que se forman a partir de sustancias carbonosas a alta temperatura y presión a una profundidad de unos 100 km.

El uso de carbono y sus compuestos.

1) Al principio, los diamantes solo se usaban para fabricar diamantes, que siempre se han valorado como las joyas más caras.

La alta dureza de los diamantes permite que se utilicen para la fabricación de perforaciones y herramientas de corte, procesamiento de otras piedras, metales, materiales duros. Taladros de diamante utilizado para perforar losas de hormigón... Con la ayuda de una herramienta de diamante, las piedras utilizadas en los movimientos de los relojes se pueden procesar con alta precisión. Se aplican escamas finas de diamante instrumentos quirúrgicos... El uso de diamantes en tecnología reduce el costo y acelera los procesos de producción.

El grafito se usa ampliamente en tecnología e industria. La resistencia al calor y la inercia química lo convierten en un material insustituible para la fabricación de productos refractarios, así como para tuberías y aparatos químicamente resistentes.

En la industria eléctrica, se utiliza la conductividad eléctrica del grafito. De él están hechos electrodos, celdas galvánicas, contactos. coches eléctricos... El grafito tiene una gran resistencia. Por lo tanto, los calentadores para hornos eléctricos están hechos de él.

El grafito muy puro se utiliza en reactores nucleares.

El grafito sirve como varillas de lápiz. Debido a la descamación de las escamas, el núcleo deja una marca en el papel.

El carbón bituminoso se utiliza como combustible. Se transforma en coque, que contiene menos impurezas que el carbón.

El coque es un buen agente reductor, se utiliza en la industria metalúrgica para la obtención de metales.

2) El dióxido de carbono se usa como refrigerante, se usa para extinguir incendios, se usa en medicina. Se agrega al oxígeno que respiran los pacientes gravemente enfermos. El dióxido de carbono se consume en la preparación de refrescos y otras bebidas.

3) El más utilizado es el carbonato cálcico. De él se obtiene cal viva, que se utiliza en la construcción. Los carbonatos de sodio (soda) y potasio (potasio) se utilizan en la fabricación de jabón, para la producción de vidrio, en la industria farmacéutica, para la producción de fertilizantes.

Silicio

El silicio no es menos importante en la naturaleza y la vida humana que el carbono. Si el carbono forma las sustancias de la naturaleza viva, entonces el silicio es la base de las sustancias que componen todo el planeta Tierra.

El uso de silicio y sus compuestos.

1) Dado que el silicio es un buen agente reductor, se utiliza para la obtención de metales en la industria metalúrgica.

El silicio se utiliza en electrónica debido a su capacidad para conducir corriente eléctrica en determinadas condiciones. Las fotocélulas están hechas de silicio, dispositivos semiconductores para la producción de radios, televisores, computadoras.

En la tabla 6 se presenta una breve característica comparativa de los elementos carbono y silicio.

Tabla 6

Caracteristicas comparativas carbono y silicio

Criterios de comparación	Carbono - C	Silicio - Si
posición en el sistema periódico elementos químicos	, Segundo período, grupo IV, subgrupo principal	, 3er período, grupo IV, subgrupo principal
Configuración electrónicaátomos
capacidades de valencia	II - en un estado estacionario IV - en un estado excitado
posibles estados de oxidación	, , , , ,	,
óxido superior	, ácido	, ácido
hidróxido superior	- ácido débil inestable	() o - ácido débil, tiene una estructura polimérica
compuesto de hidrógeno	- metano (hidrocarburo)	- silano, inestable

Carbón... El elemento carbono se caracteriza por la alotropía. El carbono existe en forma de las siguientes sustancias simples: diamante, grafito, carbino, fullereno, de los cuales solo el grafito es termodinámicamente estable. El carbón y el hollín pueden verse como variedades amorfas de grafito.

El grafito es refractario, de baja volatilidad, químicamente inerte a temperaturas ordinarias, es una sustancia opaca, blanda, débilmente conductora de la corriente. La estructura del grafito está estratificada.

Alamaz es una sustancia extremadamente dura, químicamente inerte (hasta 900 ° C), no conduce la corriente y no conduce bien el calor. La estructura de un diamante es tetraédrica (cada átomo de un tetraedro está rodeado por cuatro átomos, etc.). Por lo tanto, el diamante es el polímero más simple, cuya macromolécula consta solo de átomos de carbono.

Carbyne tiene una estructura lineal (–carbyne, polyyne) o (–carbyne, poliene). Es un polvo negro con propiedades semiconductoras. Bajo la acción de la luz, la conductividad eléctrica de la carabina aumenta y a una temperatura el carbeno se convierte en grafito. Químicamente más reactivo que el grafito. Se sintetizó a principios de los años 60 del siglo XX, posteriormente se descubrió en algunos meteoritos.

El fullereno es una modificación alotrópica de carbono formada por moléculas que tienen una estructura de "balón de fútbol". Se sintetizaron moléculas y otros fullerenos. Todos los fullerenos son estructuras cerradas de átomos de carbono en estado híbrido. Los electrones de enlace no hibridados se deslocalizan como en los compuestos aromáticos. Los cristales de fullereno son de tipo molecular.

Silicio... Para el silicio, los enlaces no son característicos, la existencia en un estado híbrido no es característica. Por lo tanto, solo existe una modificación alotrópica estable de silicio, cuya red cristalina es similar a la del diamante. Silicio - duro (en la escala de Mohs la dureza es 7), refractario ( ), una sustancia muy frágil de color gris oscuro con un brillo metálico en condiciones estándar: un semiconductor. La actividad química depende del tamaño de los cristales (el cristalino grueso es menos activo que el amorfo).

La reactividad del carbono depende de la modificación alotrópica. El carbono en forma de diamante y grafito es bastante inerte, resistente a ácidos y álcalis, lo que permite fabricar crisoles, electrodos, etc. a partir de grafito. El carbono presenta una mayor reactividad en forma de carbón y hollín.

El silicio cristalino es bastante inerte, en forma amorfa es más activo.

Los principales tipos de reacciones que reflejan las propiedades químicas del carbono y el silicio se muestran en la Tabla 7.

Tabla 7

Propiedades químicas básicas del carbono y el silicio.

reacción con	carbón	reacción con	silicio
sustancias simples	oxígeno		oxígeno
halógenos		halógenos
gris		carbón
hidrógeno		hidrógeno	no reacciona
rieles		rieles
sustancias complejas	óxidos metálicos		álcalis
vapor		ácidos	no reacciona
ácidos

Aglutinantes

Aglutinantes – mineral u orgánico Materiales de construcción utilizado para la fabricación de hormigón, fijación de elementos individuales de estructuras de construcción, impermeabilización, etc..

Aglutinantes minerales(MVM) - Materiales pulverulentos finamente molidos (cementos, yeso, cal, etc.) que, cuando se mezclan con agua (en algunos casos, con soluciones de sales, ácidos, álcalis), forman una masa plástica trabajable que se solidifica en un cuerpo fuerte similar a una piedra. y une partículas de agregados sólidos y refuerzo en un todo monolítico.

El endurecimiento de MVM se lleva a cabo como resultado de los procesos de disolución, la formación de una solución sobresaturada y una masa coloidal; este último cristaliza parcial o completamente.

Clasificación VMM:

1.Aglomerantes hidráulicos:

Cuando se mezclan con agua (mezcla), se endurecen y continúan manteniendo o aumentando su fuerza en el agua. Estos incluyen varios cementos y cal hidráulica. Cuando la cal hidráulica se endurece, el CaO interactúa con el agua y dióxido de carbono aire y cristalización del producto resultante. Se utilizan en la construcción de estructuras terrestres, subterráneas e hidráulicas expuestas a una exposición constante al agua.

2.Aglutinantes de aire:

Cuando se mezclan con agua, se endurecen y retienen su fuerza solo en el aire. Entre ellos se incluyen los aglutinantes de aire de cal, yeso-anhidrita y magnesia.

3.Aglutinantes resistentes a los ácidos:

Consisten principalmente en cemento resistente a los ácidos que contiene una mezcla finamente molida de arena de cuarzo y; se sellan, por regla general, con soluciones acuosas de silicato de sodio o potasio, y conservan su fuerza durante mucho tiempo cuando se exponen a los ácidos. Al endurecerse, se produce una reacción. Utilizado para la producción de masillas resistentes a los ácidos, morteros y hormigones en la construcción de plantas químicas.

4.Aglutinantes autoclavados:

Consisten en aglutinantes de cal-sílice y cal-nefelina (cal, arena de cuarzo, lodo de nefelina) y se endurecen cuando se procesan en un autoclave (6-10 horas, presión de vapor 0,9-1,3 MPa). También se incluyen cementos Portland arenosos y otros aglutinantes a base de cal, cenizas y lodos de baja actividad. Se utilizan en la producción de productos hechos de hormigón de silicato (bloques, ladrillos de silicato, etc.).

5 quelantes de fosfato:

Consiste en cementos especiales; se sellan con ácido fosfórico para formar una masa plástica que se solidifica gradualmente en un cuerpo monolítico y conserva su resistencia a temperaturas superiores a 1000 ° C. Usualmente se utiliza fosfato de titanio, fosfato de zinc, aluminofosfato y otros cementos. Se utiliza para la fabricación de masa de revestimiento refractario y selladores para protección contra altas temperaturas. partes de metal y estructuras en la producción de hormigón refractario, etc.

Aglutinantes orgánicos(OBM) - sustancias de origen orgánico, capaces de pasar de un estado plástico a un estado sólido o poco plástico como resultado de la polimerización o policondensación.

En comparación con MVM, son menos frágiles y tienen mayor resistencia a la tracción. Estos incluyen productos formados durante la refinación de petróleo (asfalto, betún), productos de descomposición térmica de la madera (alquitrán), así como resinas sintéticas termoendurecibles de poliéster, epoxi, fenol-formaldehído. Utilizado en la construcción de carreteras, puentes, suelos de naves industriales, rollo materiales para techos, hormigones asfálticos-poliméricos, etc.

Descripción y propiedades del silicio.

Silicio - elemento, cuarto grupo, tercer período en la tabla de elementos. Número atómico 14. Fórmula de silicio- 3s2 3p2. Definido como elemento, en 1811, y en 1834 recibió Nombre ruso"Silicon" en lugar de la antigua "Sicilia". Se funde a 1414 ° C, hierve a 2349 ° C.

Estructura molecular se parece, pero es inferior en dureza. Bastante frágil, en estado calentado (no menos de 800 ° C) adquiere plasticidad. Radiación infrarroja translúcida. El tipo de silicio monocristalino tiene propiedades semiconductoras. Según algunas características átomo de silicio similar a la estructura atómica del carbono. Electrones de silicio tienen el mismo número de valencia que en la estructura del carbono.

Trabajadores propiedades del silicio dependen del contenido de ciertos contenidos en él. El silicio tiene un tipo diferente de conductividad. En particular, se trata de tipos "huecos" y "electrónicos". Para obtener el primero, se agrega boro al silicio. Si agrega fósforo, silicio adquiere el segundo tipo de conductividad. Si el silicio se calienta junto con otros metales, se forman compuestos específicos, llamados "siliciuros", por ejemplo, en la reacción " magnesio-silicio«.

El silicio utilizado para las necesidades de la electrónica se evalúa principalmente por sus características. capas superiores... Por tanto, es necesario prestar atención precisamente a su calidad, incide directamente indicadores generales... El funcionamiento del dispositivo fabricado depende de ellos. Para obtener las características más aceptables de las capas superiores de silicio, se tratan con varios métodos químicos o se irradian.

Compuesto "Azufre-silicio" forma sulfuro de silicio, que interactúa fácilmente con el agua y el oxígeno. Al reaccionar con oxígeno, en condiciones de temperatura superiores a 400 ° C, resulta sílice. A la misma temperatura, se vuelven posibles reacciones con cloro y yodo, así como bromo, durante esta se forman sustancias volátiles: tetrahaluros.

No funcionará combinar silicio e hidrógeno por contacto directo, para ello existen métodos de carácter indirecto. A 1000 ° C, es posible una reacción con nitrógeno y boro, obteniendo así nitruro y boruro de silicio. A la misma temperatura, al combinar silicio con carbono, es posible producir carburo de silicio, el llamado "carborundo". Esta composición tiene una estructura sólida, la actividad química es lenta. Utilizado como abrasivo.

En conjunto con hierro, silicio forma una mezcla especial, esto permite que estos elementos se fundan, en la que se forman cerámicas de ferrosilicio. Además, su punto de fusión es mucho menor que si se fundieran por separado. En condiciones de temperatura por encima de 1200 ° С, la formación comienza desde el elemento óxido de silicio, también bajo ciertas condiciones resulta hidróxido de silicio... Al grabar silicio, se utilizan soluciones alcalinas en basado en agua... Su temperatura debe ser de al menos 60 ° C.

Depósitos y minería de silicio

Elemento: el segundo más común del planeta. sustancia. Silicio constituye casi un tercio del volumen de la corteza terrestre. Solo el oxígeno es más común. Se expresa principalmente por sílice, un compuesto que básicamente contiene dióxido de silicio. Los principales derivados del dióxido de silicio son el pedernal, diversas arenas, el cuarzo y el campo. Les siguen los compuestos de silicato de silicio. La natividad es rara para el silicio.

Aplicaciones de silicio

Silicio, propiedades químicas que determinan el alcance de su aplicación, se divide en varios tipos. El silicio menos puro se utiliza para necesidades metalúrgicas: por ejemplo, para añadir a aluminio, silicio cambia activamente sus propiedades, desoxidantes, etc. Modifica activamente las propiedades de los metales añadiendo a sus compuesto. Silicio Alearlos, cambiar trabajadores características, silicio una cantidad muy pequeña es suficiente.

Además, se producen derivados de mayor calidad a partir de silicio crudo, en particular, silicio mono y policristalino, así como compuestos orgánicos de silicio, que son siliconas y varios aceites orgánicos. También se ha abierto camino en las industrias del cemento y el vidrio. No pasó por alto la producción de ladrillos, las fábricas que producen porcelana y tampoco puede prescindir de ella.

El silicio es parte del conocido pegamento de silicato, que se destina a trabajo de renovación, y solía usarse para necesidades administrativas, hasta que aparecieron sustitutos más prácticos. Algunos productos pirotécnicos también contienen silicio. El hidrógeno se puede obtener de él y sus aleaciones de hierro al aire libre.

Cual es la mejor calidad ¿silicio? Plato Los paneles solares también incluyen silicio, naturalmente no técnico. Para estas necesidades, se necesita silicio de pureza ideal o al menos silicio técnico. el grado más alto limpieza.

Así llamado "Silicio electrónico" que contiene casi 100% de silicio, tiene un rendimiento mucho mejor. Por lo tanto, se prefiere en la producción de dispositivos electrónicos ultraprecisos y microcircuitos complejos. Su fabricación requiere una producción de alta calidad. circuito, silicio para lo cual solo debería ir la categoría más alta. El funcionamiento de estos dispositivos depende de cuánto contiene silicio impurezas no deseadas.

El silicio ocupa un lugar importante en la naturaleza y la mayoría de los seres vivos sienten constantemente su necesidad. Para ellos, esta es una especie de composición de construcción, porque es extremadamente importante para la salud del sistema musculoesquelético. Una persona absorbe hasta 1 g al día. compuestos de silicio.

¿Podría el silicio ser dañino?

Sí, porque el dióxido de silicio es extremadamente polvoriento. Tiene un efecto irritante sobre las superficies mucosas del cuerpo y puede acumularse activamente en los pulmones, provocando silicosis. Para ello, en la producción de células de silicio asociadas al procesamiento, es imperativo utilizar respiradores. Su presencia es especialmente importante cuando se trata de monóxido de silicio.

Precio del silicio

Como saben, todos los equipos electrónicos modernos, desde las telecomunicaciones hasta la tecnología informática, se basan en el uso de silicio, utilizando sus propiedades semiconductoras. Sus otras contrapartes se utilizan en mucha menor medida. Propiedades únicas El silicio y sus derivados siguen estando fuera de competencia durante muchos años. A pesar de la caída de los precios en 2001, silicio, ventas se recuperó rápidamente. Y ya en 2003 el volumen de negocios comercial ascendió a 24 mil toneladas por año.

Para las ultimas tecnologias requiriendo una pureza casi cristalina del silicio, sus contrapartes técnicas no son adecuadas. Y debido a el sistema complejo limpieza el precio, respectivamente, aumenta significativamente. El más común es el tipo de silicio policristalino; su prototipo monocristalino tiene una demanda algo menor. Al mismo tiempo, la parte del uso de silicio para semiconductores ocupa la mayor parte del volumen de negocios.

Los precios de los productos varían según la pureza y el propósito. silicio, comprar que, puede comenzar desde 10 centavos por kg de materias primas crudas y hasta $ 10 y más para el silicio "electrónico".