سیلیکون و ترکیبات آن. سیلیکون در طبیعت کاربرد سیلیکون

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

سیلیکون یکی از عناصر مورد تقاضا در فناوری و صنعت است. این را مدیون خواص غیر معمول خود است. امروزه ترکیبات مختلفی از این عنصر وجود دارد که نقش مهمی در سنتز و ایجاد محصولات فنی، ظروف، شیشه، تجهیزات، مصالح ساختمانی و تکمیلی، جواهرسازی و سایر صنایع ایفا می کند.

ویژگی های کلی سیلیکون

اگر موقعیت سیلیکون را در سیستم تناوبی در نظر بگیریم، می‌توان گفت:

1. واقع در گروه چهارم زیرگروه اصلی.
2. شماره ترتیبی 14.
3. جرم اتمی 28, 086.
4. نماد شیمیایی Si.
5. نام - سیلیکون، یا به لاتین - silicium.
6. پیکربندی الکترونیکی لایه بیرونی 4e:2e:8e.

شبکه کریستالی سیلیکون شبیه به الماس است. اتم ها در گره ها قرار دارند، نوع آن مکعبی رو به مرکز است. با این حال، به دلیل طول پیوند طولانی‌تر، خواص فیزیکی سیلیکون با تغییرات آلوتروپیک کربن بسیار متفاوت است.

خواص فیزیکی و شیمیایی

دوتا وجود داردتغییرات آلوتروپیک این عنصر: آمورف و کریستالی. خیلی شبیه هم هستند. با این حال، مانند سایر مواد، تفاوت اصلی بین آنها شبکه کریستالی سیلیکون است.

در این مورد، هر دو تغییر پودرهایی با رنگ های مختلف هستند.

1. سیلیکون کریستالی یک پودر فلزی براق خاکستری تیره است. ساختار آن با الماس مطابقت دارد، اما خواص آن متفاوت است. او دارد:

• شکنندگی;
• سختی کم؛
• خواص نیمه هادی؛
• نقطه ذوب 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• نقطه جوش 2700⁰C.

فعالیت شیمیایی آن در مقایسه با سایر اشکال آلوتروپیک کم است.

2. سیلیکون آمورف - پودر قهوه ای قهوه ای، دارای ساختار الماس بسیار بی نظم است. فعالیت شیمیایی بسیار بالا است.

به طور کلی، باید توجه داشت که سیلیکون واکنش نشان نمی دهد. برای ایجاد واکنش، به دمای حداقل 400-500⁰C نیاز دارید. در این شرایط ترکیبات شیمیایی مختلفی از سیلیکون تشکیل می شود. مانند:

• اکسیدها;
• هالیدها;
• سیلیسیدها;
• نیتریدها;
• borides;
• کاربید.

برهمکنش احتمالی سیلیکون با اسید نیتریک یا قلیایی که به آن فرآیند اچ می گویند. ترکیبات ارگانوسیلیسیون گسترده هستند و امروزه بیشتر و بیشتر رایج می شوند.

بودن در طبیعت

سیلیکون در طبیعت به مقدار نسبتاً قابل توجهی یافت می شود. از نظر شیوع بعد از اکسیژن در جایگاه دوم قرار دارد. کسر جرمی آن حدود 30 درصد است. آب دریا نیز حاوی این عنصر با غلظت تقریبی 3 میلی گرم در لیتر است. بنابراین نمی توان گفت سیلیکون عنصر کمیاب در طبیعت است.

برعکس، سنگ ها و کانی های مختلفی وجود دارد که در آنها وجود دارد و می توان از آنها استخراج کرد. رایج ترین ترکیبات طبیعی سیلیکون به شرح زیر است:

1. سیلیس. فرمول شیمیایی SiO₂ است. انواع نسبتاً زیادی از اشکال کانی ها و سنگ ها بر اساس آن وجود دارد: ماسه، سنگ چخماق، فلدسپات، کوارتز، کریستال سنگی، آمیتیست، کلسدونی، کارنلین، اوپال، جاسپر و غیره.
2. سیلیکات ها و آلومینوسیلیکات ها. کائولن، اسپار، میکا، نمک های اسید سیلیسیک، آزبست، تالک.

بنابراین، سیلیکون به طور گسترده در طبیعت توزیع شده است و ترکیبات آن در بین مردم برای کاربردهای فنی محبوب و مورد تقاضا است.

سیلیکون و ترکیبات آن

از آنجایی که عنصر مورد نظر نمی تواند به شکل خالص وجود داشته باشد، بنابراین ترکیبات مختلف آن مهم است. از نظر شیمیایی، می تواند سه حالت اکسیداسیون را نشان دهد: +2، +4، -4. بر این اساس، و همچنین از بی اثر بودن آن، اما در ساختار شبکه کریستالی خاص، انواع اصلی مواد زیر را تشکیل می دهد:

• ترکیبات دوتایی با غیر فلزات (سیلان، کاربید، نیترید، فسفید و غیره؛
• اکسیدها;
• سیلیکوناسید;
• سیلیکات فلزی.

بیایید نگاهی دقیق‌تر به اهمیت سیلیکون و ترکیبات آن بیندازیم که رایج‌ترین و مورد تقاضا برای مردم هستند.

اکسیدهای سیلیکون

دو نوع از این ماده وجود دارد که با فرمول های زیر بیان می شود:

• SiO;
• SiO₂.

با این حال، گسترده ترین دی اکسید است. در طبیعت به شکل سنگ های نیمه قیمتی بسیار زیبا وجود دارد:

• عقیق;
• کلسدونی؛
• opal;
• carnelian;
• یاسپر;
• آمتیست؛
• بدلیجات.

استفاده از سیلیکون در این شکل کاربرد خود را در ساخت جواهرات پیدا کرده است. جواهرات فوق العاده زیبای طلا و نقره با این سنگ های نیمه قیمتی و نیمه قیمتی ساخته شده است.

چند نوع دیگر از دی اکسید سیلیکون:

• کوارتز;
• رودخانه و شن کوارتز؛
• سنگ چخماق;
• فلدسپات.

استفاده از سیلیکون در این انواع در کارهای ساختمانی، مهندسی، الکترونیک رادیویی، صنایع شیمیایی و متالورژی به کار می رود. با هم، اکسیدهای ذکر شده متعلق به یک ماده واحد هستند - سیلیس.

کاربید سیلیکون و کاربردهای آن

سیلیکون و ترکیبات آن مواد آینده و حال هستند. یکی از این مواد کربوراندوم یا کاربید این عنصر است. فرمول شیمیایی SiC به طور طبیعی به عنوان ماده معدنی موسانیت وجود دارد.

در شکل خالص خود، ترکیب کربن و سیلیکون زیباستکریستال های شفاف شبیه سازه های الماس. با این حال، مواد رنگی سبز و سیاه برای اهداف فنی استفاده می شود.

ویژگی های اصلی این ماده که امکان استفاده از آن در متالورژی، مهندسی، صنایع شیمیایی را می دهد به شرح زیر است:

• نیمه هادی شکاف عریض؛
• استحکام بسیار بالا (7 در مقیاس Mohs)؛
• مقاوم در دمای بالا؛
• مقاومت الکتریکی و هدایت حرارتی عالی.

همه اینها امکان استفاده از کربوراندوم را به عنوان یک ماده ساینده در متالورژی و سنتز شیمیایی فراهم می کند. و همچنین بر اساس آن برای تولید LED های طیف گسترده، قطعات کوره های ذوب شیشه، نازل ها، مشعل ها، جواهرات (ارزش موسانیت بیش از زیرکونیای مکعبی است).

سیلان و معنای آن

ترکیب هیدروژنی سیلیکون سیلان نامیده می شود و نمی توان آن را با سنتز مستقیم از مواد اولیه به دست آورد. برای به دست آوردن آن از سیلیسیدهای فلزات مختلف استفاده می شود که با اسیدها درمان می شوند. در نتیجه سیلان گازی آزاد می شود و نمک فلزی تشکیل می شود.

جالب اینجاست که ارتباط مورد بحث هرگز به تنهایی شکل نمی گیرد. همیشه در نتیجه واکنش، مخلوطی از مونو، دی و تری سیلان به دست می آید که در آن اتم های سیلیکون به صورت زنجیره ای به هم متصل می شوند.

این ترکیبات با توجه به خواص خود، عوامل کاهنده قوی هستند. در عین حال، خود آنها به راحتی توسط اکسیژن، گاهی اوقات با انفجار، اکسید می شوند. با هالوژن ها، واکنش ها همیشه خشن و با انتشار زیاد استانرژی.

کاربردهای سیلان ها به شرح زیر است:

1. واکنش‌های سنتز آلی، که منجر به تشکیل ترکیبات سیلیکونی ارگانوسیلیون مهم - سیلیکون‌ها، لاستیک‌ها، درزگیرها، روان‌کننده‌ها، امولسیون‌ها و غیره می‌شود.
2. میکروالکترونیک (مانیتورهای LCD، مدارهای فنی یکپارچه و غیره).
3. به دست آوردن پلی سیلیکون فوق خالص.
4. دندانپزشکی با پروتز.

بنابراین، اهمیت سیلان ها در دنیای مدرن بسیار زیاد است.

سیلیسیک اسید و سیلیکات

هیدروکسید عنصر مورد نظر از اسیدهای سیلیسیک متفاوت است. برجسته:

• متا;
• ortho;
• پلی سیلیسیک و سایر اسیدها.

همه آنها با ویژگی های مشترک متحد شده اند - بی ثباتی شدید در حالت آزاد. آنها به راحتی تحت تأثیر دما تجزیه می شوند. در شرایط عادی، آنها برای مدت طولانی وجود ندارند، ابتدا به یک سل و سپس به ژل تبدیل می شوند. پس از خشک شدن، چنین ساختارهایی را ژل سیلیکا می نامند. آنها به عنوان جاذب در فیلترها استفاده می شوند.

مهم، از نقطه نظر صنعت، نمک اسیدهای سیلیسیک - سیلیکات است. آنها زمینه ساز تولید موادی مانند:

هستند

• شیشه;
• بتن؛
• سیمان;
• زئولیت؛
• کائولن؛
• چینی؛
• faience;
• کریستال;
• سرامیک.

سیلیکات فلزات قلیایی محلول هستند، بقیه غیر قابل حل هستند. بنابراین سیلیکات سدیم و پتاسیم را شیشه مایع می نامند. چسب روحانی معمولی - این سدیم استنمک اسید سیلیسیک.

اما جالب ترین ترکیبات هنوز هم لیوان ها هستند. مهم نیست که چند نوع از این ماده را پیدا کردند! امروزه آنها گزینه های رنگی، نوری و مات را دریافت می کنند. ظروف شیشه ای در شکوه و تنوع خود قابل توجه است. با افزودن اکسیدهای فلزی و غیرفلزی خاصی به مخلوط، می توان انواع مختلفی از شیشه را تولید کرد. حتی گاهی اوقات ترکیب یکسان، اما درصد متفاوت اجزاء منجر به تفاوت در خواص ماده می شود. نمونه ای از ظروف چینی و فیانس است که فرمول آن SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

شیشه کوارتز شکلی از محصول بسیار خالص است که ترکیب آن به عنوان دی اکسید سیلیکون توصیف می شود.

اکتشافات در ترکیبات سیلیکون

در طول چند سال اخیر تحقیقات، ثابت شده است که سیلیکون و ترکیبات آن مهمترین شرکت کنندگان در وضعیت طبیعی موجودات زنده هستند. با کمبود یا بیش از حد این عنصر، بیماری هایی مانند:

• سرطان;
• سل؛
• آرتریت؛
• آب مروارید؛
• جذام;
• اسهال خونی؛
• روماتیسم;
• هپاتیت و دیگران.

فرآیند پیری نیز با محتوای کمی سیلیکون مرتبط است. آزمایش های متعدد بر روی پستانداران ثابت کرده است که با کمبود یک عنصر، حملات قلبی، سکته مغزی، سرطان رخ می دهد و ویروس هپاتیت فعال می شود.