Silicon: aplikimi, vetitë kimike dhe fizike

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Një nga elementët më të zakonshëm në natyrë është silicium, ose silic. Një shpërndarje kaq e gjerë flet për rëndësinë dhe rëndësinë e kësaj substance. Kjo u kuptua shpejt dhe u miratua nga njerëzit që mësuan se si të përdorin siç duhet silikonin për qëllimet e tyre. Aplikimi i tij bazohet në veti të veçanta, për të cilat do të flasim më vonë.

Silikon është një element kimik

Nëse karakterizojmë një element të caktuar sipas pozicionit në sistemin periodik, mund të identifikojmë pikat e mëposhtme të rëndësishme:

Numri rendor - 14.
Periudha është e treta e vogël.
Grupi - IV.
Nëngrup - kryesore.
Struktura e shtresës së jashtme elektronike shprehet me formulën 3s²3p².
Elementi silikon shënohet me simbolin kimik Si, i cili shqiptohet "silicium".
Oksidimi shprehet se shfaq: -4; +2; +4.
Valenca e një atomi është IV.
Masa atomike e silikonit është 28.086.
Në natyrë, ekzistojnë tre izotope të qëndrueshme të këtij elementi me numra masiv 28, 29 dhe 30.

Pra atomiNga pikëpamja kimike, silikoni është një element i studiuar mirë, shumë nga vetitë e tij të ndryshme janë përshkruar.

Historia e zbulimit

Meqenëse janë përbërjet e ndryshme të elementit në shqyrtim që janë shumë të njohura dhe masive në përmbajtje në natyrë, që nga kohërat e lashta njerëzit përdorën dhe dinin për vetitë e vetëm shumë prej tyre. Silikoni i pastër për një kohë të gjatë mbeti përtej njohurive njerëzore në kimi.

Përbërjet më të njohura të përdorura në jetën e përditshme dhe industrinë nga popujt e kulturave të lashta (egjiptianët, romakët, kinezët, rusët, persët dhe të tjerë) ishin gurë të çmuar dhe zbukurues të bazuar në oksid silikoni. Këto përfshijnë:

opal;
diamant i rremë;
topaz;
krizoprazë;
oniks;
kalcedoni dhe të tjerë.

Ka qenë gjithashtu zakon të përdoret kuarci dhe rëra kuarci në ndërtim që nga kohërat e lashta. Megjithatë, vetë silikoni elementar mbeti i pazbuluar deri në shekullin e 19-të, megjithëse shumë shkencëtarë u përpoqën më kot ta izolonin atë nga përbërës të ndryshëm, duke përdorur katalizatorë, temperatura të larta, madje edhe rrymë elektrike. Këto janë mendje të ndritura si:

Karl Scheele;
Gay-Lussac;
Tenar;
Humphry Davy;
Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius arriti të marrë me sukses silikon të pastër në 1823. Për ta bërë këtë, ai kreu një eksperiment mbi shkrirjen e avujve të fluorit të silikonit dhe kaliumit metalik. Si rezultat, ai mori një modifikim amorf të elementit në fjalë. I njëjti shkencëtar propozoi një emër latin për atomin e zbuluar.

Pak më vonë, në 1855, një tjetër shkencëtar - Saint Clair-Deville - arriti të sintetizonte një varietet tjetër alotropik - silikon kristalor. Që atëherë, njohuritë për këtë element dhe vetitë e tij filluan të rriteshin shumë shpejt. Njerëzit e kuptuan se ai ka veçori unike që mund të përdoren në mënyrë shumë inteligjente për të përmbushur nevojat e tyre. Prandaj, sot një nga elementët më të kërkuar në elektronikë dhe teknologji është silikoni. Përdorimi i tij vetëm sa i zgjeron kufijtë e tij çdo vit.

Emri rus për atomin u dha nga shkencëtari Hess në 1831. Kjo është ajo që ka mbetur deri më sot.

Përmban në natyrë

Silikon është i dyti më i bollshëm në natyrë pas oksigjenit. Përqindja e tij në krahasim me atomet e tjera në përbërjen e kores së tokës është 29,5%. Përveç kësaj, karboni dhe silikoni janë dy elementë të veçantë që mund të formojnë zinxhirë duke u lidhur me njëri-tjetrin. Kjo është arsyeja pse më shumë se 400 minerale të ndryshme natyrore janë të njohura për këtë të fundit, në të cilën ai gjendet në litosferë, hidrosferë dhe biomasë.

Ku gjendet saktësisht silikoni?

Në shtresat e thella të tokës.
Në shkëmbinj, depozitime dhe masivë.
Në fund të trupave ujorë, veçanërisht deteve dhe oqeaneve.
Në bimët dhe jetën detare të mbretërisë së kafshëve.
Tek njerëzit dhe kafshët tokësore.

Është e mundur të përcaktohen disa nga mineralet dhe shkëmbinjtë më të zakonshëm, të cilët përmbajnë një sasi të madhe tësilikoni. Kimia e tyre është e tillë që përmbajtja në masë e një elementi të pastër në to arrin 75%. Sidoqoftë, shifra specifike varet nga lloji i materialit. Pra, shkëmbinjtë dhe mineralet që përmbajnë silikon:

feldspars;
mikë;
amfibola;
opale;
kalcedoni;
silikate;
gurë ranor;
aluminosilicate;
argjila dhe të tjera.

Akumuluar në guaskat dhe skeletet e jashtme të kafshëve detare, silikoni përfundimisht formon depozita të fuqishme silici në fund të trupave ujorë. Ky është një nga burimet natyrore të këtij elementi.

Përveç kësaj, u zbulua se silici mund të ekzistojë në formën e tij të pastër vendase - në formën e kristaleve. Por depozita të tilla janë shumë të rralla.

Vetitë fizike të silikonit

Nëse e karakterizoni elementin në shqyrtim nga një grup i vetive fizike dhe kimike, atëherë para së gjithash, janë parametrat fizikë që duhet të tregohen. Këtu janë disa nga ato kryesore:

Ekziston në formën e dy modifikimeve alotropike - amorfe dhe kristalore, të cilat ndryshojnë në të gjitha vetitë.
Rrjeta kristalore është shumë e ngjashme me atë të diamantit, sepse karboni dhe silikoni janë pothuajse të njëjtë në këtë drejtim. Sidoqoftë, distanca midis atomeve është e ndryshme (silici ka më shumë), kështu që diamanti është shumë më i fortë dhe më i fortë. Lloji grilë - me fytyrë kub në qendër.
Substanca është shumë e brishtë, bëhet plastike në temperatura të larta.
Pika e shkrirjes është 1415˚C.
Temperaturapika e vlimit - 3250˚С.
Densiteti i lëndës - 2,33 g/cm³.
Ngjyra e lidhjes është gri argjendi, me një shkëlqim karakteristik metalik.
Posedon veti të mira gjysmëpërçuese, të cilat mund të ndryshojnë me shtimin e agjentëve të caktuar.
I patretshëm në ujë, tretës organikë dhe acide.
I tretshëm në mënyrë specifike në alkale.

Vetitë fizike të përcaktuara të silikonit i lejojnë njerëzit ta kontrollojnë atë dhe ta përdorin atë për të krijuar produkte të ndryshme. Për shembull, përdorimi i silikonit të pastër në elektronikë bazohet në vetitë e gjysmëpërçueshmërisë.

Vetitë kimike

Vetitë kimike të silikonit varen shumë nga kushtet e reagimit. Nëse flasim për një substancë të pastër në parametra standardë, atëherë duhet të përcaktojmë një aktivitet shumë të ulët. Si silikoni kristalor ashtu edhe ai amorf janë shumë inerte. Mos ndërvepro me agjentë të fortë oksidues (përveç fluorit), as me agjentë të fortë reduktues.

Kjo për faktin se një film oksid SiO₂ formohet menjëherë në sipërfaqen e substancës, i cili parandalon ndërveprime të mëtejshme. Mund të formohet nën ndikimin e ujit, ajrit, avujve.

Nëse ndryshoni kushtet standarde dhe ngrohni silikonin në një temperaturë mbi 400˚C, atëherë aktiviteti i tij kimik do të rritet shumë. Në këtë rast, ai do të reagojë me:

oksigjen;
të gjitha llojet e halogjeneve;
hidrogjen.

Me një rritje të mëtejshme të temperaturës, formimi i produkteve është i mundur nëndërveprimi me borin, azotin dhe karbonin. Me rëndësi të veçantë ka karborundi - SiC, pasi është një material gërryes i mirë.

Gjithashtu, vetitë kimike të silikonit shihen qartë në reaksionet me metalet. Në lidhje me to, është një agjent oksidues, prandaj produktet quhen silicide. Komponime të ngjashme njihen për:

alkaline;
tokë alkaline;
metale kalimtare.

Vetitë e pazakonta kanë një përbërje të përftuar nga shkrirja e hekurit dhe silikonit. Quhet qeramike ferrosilicon dhe është përdorur me sukses në industri.

Silikon nuk ndërvepron me substanca komplekse, prandaj, nga të gjitha varietetet e tyre, ai mund të shpërndahet vetëm në:

vodka mbretërore (një përzierje e acideve nitrik dhe klorhidrik);
alkalet kaustike.

Në këtë rast, temperatura e tretësirës duhet të jetë së paku 60˚С. E gjithë kjo konfirmon edhe një herë bazën fizike të substancës - një rrjetë kristalore e qëndrueshme në formë diamanti, e cila i jep asaj forcë dhe inertitet.

Metodat e marrjes

Marrja e silikonit të pastër është një proces mjaft i kushtueshëm ekonomikisht. Përveç kësaj, për shkak të vetive të saj, çdo metodë jep vetëm 90-99% produkt të pastër, ndërsa papastërtitë në formën e metaleve dhe karbonit mbeten të njëjta. Pra, vetëm marrja e substancës nuk mjafton. Duhet të pastrohet edhe cilësisht nga elementët e huaj.

Në përgjithësi, prodhimi i silikonit kryhet në dy mënyra kryesore:

Nga rëra e bardhëi cili është oksid i pastër silikoni SiO₂. Kur kalcinohet me metale aktive (më shpesh me magnez), formohet një element i lirë në formën e një modifikimi amorf. Pastërtia e kësaj metode është e lartë, produkti përftohet me rendiment 99,9 për qind.
Një metodë më e përhapur në shkallë industriale është sinterizimi i rërës së shkrirë me koks në furrat e specializuara termike. Kjo metodë u zhvillua nga shkencëtari rus Beketov N. N.

Përpunimi i mëtejshëm konsiston në nënshtrimin e produkteve ndaj metodave të pastrimit. Për këtë përdoren acide ose halogjene (klor, fluor).

Silicon amorf

Karakterizimi i silikonit do të jetë i paplotë nëse nuk marrim parasysh veçmas secilin prej modifikimeve alotropike të tij. I pari është amorf. Në këtë gjendje, substanca që po shqyrtojmë është një pluhur kafe-kafe, i shpërndarë imët. Ka një shkallë të lartë higroskopike, shfaq një aktivitet kimik mjaft të lartë kur nxehet. Në kushte standarde, ai mund të ndërveprojë vetëm me agjentin më të fortë oksidues - fluorin.

Nuk është plotësisht e saktë të quash silikon amorf një shumëllojshmëri silikoni kristalor. Rrjeta e saj tregon se kjo substancë është vetëm një formë e silikonit të shpërndarë imët që ekziston në formën e kristaleve. Prandaj, si të tilla, këto modifikime janë të njëjta përbërje.

Megjithatë, vetitë e tyre ndryshojnë, prandaj është zakon të flitet për alotropi. Në vetvete, silikoni amorf kaaftësi e lartë përthithëse e dritës. Përveç kësaj, në kushte të caktuara, ky tregues është disa herë më i lartë se ai i formës kristalore. Prandaj, përdoret për qëllime teknike. Në formën e konsideruar (pluhur), përbërja aplikohet lehtësisht në çdo sipërfaqe, qoftë plastike apo xhami. Prandaj, është silikoni amorf që është kaq i përshtatshëm për t'u përdorur. Aplikacioni bazohet në prodhimin e paneleve diellore të madhësive të ndryshme.

Edhe pse konsumimi i këtij lloji të baterive është mjaft i shpejtë, gjë që shoqërohet me gërryerje të një filmi të hollë të substancës, megjithatë, përdorimi dhe kërkesa po rritet vetëm. Në të vërtetë, edhe në një jetë të shkurtër shërbimi, qelizat diellore të bazuara në silikon amorf janë në gjendje të ofrojnë energji për ndërmarrje të tëra. Përveç kësaj, prodhimi i një lënde të tillë është pa mbeturina, gjë që e bën atë shumë ekonomik.

Merrni këtë modifikim duke reduktuar përbërjet me metale aktive, si natriumi ose magnezi.

Silicon kristal

Modifikim me shkëlqim gri argjendi i elementit në fjalë. Është kjo formë që është më e zakonshme dhe më e kërkuara. Kjo për shkak të grupit të vetive cilësore që posedon kjo substancë.

Karakteristika e silikonit me një rrjetë kristali përfshin një klasifikim të llojeve të tij, pasi ka disa prej tyre:

Cilësia elektronike - cilësia më e pastër dhe më e lartë. Është ky lloj që përdoret në elektronikë për të krijuar pajisje veçanërisht të ndjeshme.
Cilësi me diell. Vetë emripërcakton zonën e përdorimit. Është gjithashtu një silikon me pastërti të lartë, përdorimi i të cilit është i nevojshëm për të krijuar qeliza diellore me cilësi të lartë dhe jetëgjatë. Konvertuesit fotovoltaikë të krijuar mbi bazën e një strukture kristalore janë të cilësisë më të lartë dhe më të qëndrueshëm se ata të krijuar duke përdorur një modifikim amorf nga depozitimi në lloje të ndryshme nënshtresash.
Silikon teknik. Kjo shumëllojshmëri përfshin ato mostra të një lënde që përmbajnë rreth 98% të elementit të pastër. Çdo gjë tjetër shkon në lloje të ndryshme papastërtish:

bor;
alumin;
klor;
karbon;
fosfor dhe të tjerë.

Larmia e fundit e substancës në fjalë përdoret për të marrë polikristale silikoni. Për këtë kryhen procese rikristalizimi. Si rezultat, për nga pastërtia, fitohen produkte që mund t'i atribuohen grupeve të cilësisë diellore dhe elektronike.

Për nga natyra, polisiliku është një produkt i ndërmjetëm midis modifikimit amorf dhe kristalor. Ky opsion është më i lehtë për t'u punuar, riciklohet dhe pastrohet më mirë me fluor dhe klor.

Produktet që rezultojnë mund të klasifikohen si më poshtë:

multicilicon;
monokristaline;
kristale të profilizuar;
skrap silikoni;
silikon teknik;
mbeturinat e prodhimit në formën e fragmenteve dhe mbetjeve të lëndës.

Secili prej tyre gjen aplikim në industri dhe përdoretnjë person plotësisht. Prandaj, proceset e prodhimit që përfshijnë silikon konsiderohen pa mbeturina. Kjo ul ndjeshëm koston e tij ekonomike pa ndikuar në cilësinë.

Përdorimi i silikonit të pastër

Prodhimi i silikonit në industri është krijuar mjaft mirë dhe shkalla e tij është mjaft voluminoze. Kjo për faktin se ky element, si i pastër ashtu edhe në formën e përbërjeve të ndryshme, është i përhapur dhe i kërkuar në degë të ndryshme të shkencës dhe teknologjisë.

Ku përdoret silikoni i pastër kristalor dhe amorf?

Në metalurgji si një aditiv aliazh i aftë për të ndryshuar vetitë e metaleve dhe lidhjeve të tyre. Pra, përdoret në shkrirjen e çelikut dhe hekurit.
Lloje të ndryshme substancash përdoren për të bërë një version më të pastër - polisilikon.
Përbërjet e silikonit me substanca organike - kjo është një industri e tërë kimike që ka fituar popullaritet të veçantë sot. Materialet silikoni përdoren në mjekësi, në prodhimin e enëve, veglave dhe shumë më tepër.
Prodhimi i paneleve të ndryshme diellore. Kjo metodë e marrjes së energjisë është një nga më premtueset në të ardhmen. Miqësore ndaj mjedisit, me kosto efektive dhe të qëndrueshme - avantazhet kryesore të prodhimit të tillë të energjisë elektrike.
Silikon është përdorur në çakmakë për një kohë shumë të gjatë. Edhe në kohët e lashta, njerëzit përdornin strall për të krijuar një shkëndijë kur ndiznin një zjarr. Ky parim është baza për prodhimin e çakmakëve të llojeve të ndryshme. Sot ka lloje në të cilatstralli zëvendësohet me një aliazh të një përbërje të caktuar, i cili jep një rezultat edhe më të shpejtë (shkëndije).
Elektronika dhe energjia diellore.
Prodhimi i pasqyrave në pajisjet lazer me gaz.

Kështu, silikoni i pastër ka shumë veti të dobishme dhe të veçanta që e lejojnë atë të përdoret për të krijuar produkte të rëndësishme dhe të nevojshme.

Aplikimi i komponimeve të silikonit

Përveç një lënde të thjeshtë, përdoren edhe komponime të ndryshme silikoni dhe shumë gjerësisht. Ekziston një degë e tërë e industrisë e quajtur silikat. Është ajo që bazohet në përdorimin e substancave të ndryshme, të cilat përfshijnë këtë element mahnitës. Cilat janë këto komponime dhe çfarë prodhojnë ato?

Kuarc, ose rërë lumi - SiO₂. Përdoret për prodhimin e materialeve ndërtimore dhe dekorative si çimento dhe xhami. Ku përdoren këto materiale, të gjithë e dinë. Asnjë ndërtim nuk është i plotë pa këto përbërës, gjë që konfirmon rëndësinë e përbërjeve të silikonit.
Qeramika silikate, e cila përfshin materiale të tilla si fajanca, porcelani, tulla dhe produkte të bazuara në to. Këta komponentë përdoren në mjekësi, në prodhimin e enëve, stolive dekorative, sendeve shtëpiake, në ndërtim dhe fusha të tjera shtëpiake të veprimtarisë njerëzore.
Përbërjet silikoni - silikone, xhel silicë, vajra silikoni.
Ngjitës silikate - përdoret si artikuj shkrimi, në piroteknikë dhe ndërtim.

Silicon, çmimi i të cilit ndryshon në tregun botëror, por nuk kalonnga lart poshtë, marka prej 100 rubla të Federatës Ruse për kilogram (për kristalin), është një substancë e kërkuar dhe e vlefshme. Natyrisht, përbërjet e këtij elementi janë gjithashtu të përhapura dhe të aplikueshme.

Roli biologjik i silikonit

Nga pikëpamja e rëndësisë për trupin, silikoni është i rëndësishëm. Përmbajtja e tij dhe shpërndarja e indeve është si më poshtë:

0, 002% - muskuloz;
0, 000017% - kockë;
gjak - 3,9 mg/l.

Çdo ditë, rreth një gram silikon duhet të futet brenda, përndryshe sëmundjet do të fillojnë të zhvillohen. Midis tyre nuk ka vdekjeprurëse, megjithatë, uria e zgjatur e silikonit çon në:

rënie floku;
paraqitja e akneve dhe puçrrave;
brishtësia dhe brishtësia e eshtrave;
përshkueshmëri e lehtë kapilare;
lodhje dhe dhimbje koke;
shfaqja e mavijosjeve dhe mavijosjeve të shumta.

Për bimët, silikoni është një element i rëndësishëm gjurmë i nevojshëm për rritjen dhe zhvillimin normal. Eksperimentet me kafshë kanë treguar se individët që konsumojnë mjaftueshëm silikon çdo ditë rriten më mirë.