Кремний, оның физикалық және химиялық қасиеттері және қолданылуы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 3 бет
Таңдаулыға:

Кремний, оның физикалық және химиялық қасиеттері және қолданылуы. Кремний жер қыртысындағы рөлі. Силикаттар және олардың қолданылуы. Кремний үшінші периодтың IV топтың негізгі топшасында орналасқан. Оның реттік нөмірі 14, атомдық массасы 28. Кремний атомының электрондық конфигурациясы 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ² . Көміртегі секілді кремний де бейметалл болып табылады және өзінің қосылысында оң және теріс тотығу дәрежелерін көрсетеді: -4, 0, +4.

Физикалық қасиеттері. Кремний табиғатта бірнеше аллотропиялық түрөзгерісте кездеседі. Аморфты кремний балқу температурасы 1420 ⁰ С -ға тең қоңыр түсті ұнтақ. Кристалдық кремний әлсіз металдық жылтыры бар қою сұр түсті қатты зат. Кристалдық кремнийді аморфты кремнийді кристалдау арқылы алады. Кристалдық кремнийге қарағанда аморфты кремнийдің реакцияласу қабілеті жоғары болып табылады. Кристалдық кремний - жартылайөткізгіш, оның электр өткізгіштік қабілеті қыздырғанда және сәулелендіргенде артады. Бұл кристалдардың орналасуына негізделген. Кристалдық кремнийдің құрылысы алмаздың құрылысына ұқсас. Оның кристалында әрбір атом басқа төрт атоммен тетраэдрлік қоршалған және олармен коваленттік байланыс арқалы байланысқан. Бірақ бұл байланыс алмаздағы көміртек атомдарының арасындағы байланысқа қарағанда әлсіз. Кристалдық кремнийде қарапайым жағдайда да коваленттік байланыс біртіндеп бұзылады, сол себепті кристалл атомдары арасында бос электрондар болады және осы бос электрондар электрөткізгіштік қабілетін тудырады. Сәулелендіру барысында және қыздырғанда бұзылған байланыс саны артады, яғни бос электрондар саны да артады және соған сәйкес электрөткізгіштік қабілеті де артады. Кремний жартылай өткізгіш ретінде техникада кеңінен қолданылады.

Химиялық қасиеттері. Химиялық қасиеті жағынан кремний көміртек атомына қатты ұқсас болып келеді және бұл сыртқы электрондық қабаттарының құрылысының бірдей болуымен түсіндіріледі. Қарапайым жағдайда кристалдық торының берік болуына байланысты кремний инертті қасиет көрсетеді. Бөлме температурасында кремний тек фтормен ғана әрекеттеседі. 400 - 600 ⁰ С температурада ол хлор және броммен әрекеттеседі, ал оттегінде ұнтақталған кремний жанып кетеді. Азот және көміртегімен кремний өте жоғары температурада әрекеттеседі. Жоғарыда атлаған реакциялардың барлығында кремний тотықсыздандырғыш болып табылады.

20160508_012750

Кремний тотықсыздандырғыштық қасиет көрсетіп кейбір күрделі заттармен де әрекеттеседі, мысалы фторсутекпен:

Si + 4HF = SiF ₄ + 2H ₂ ↑

Басқа галогенсутектермен ол реакцияға түспейді.

Кремний азот қышқылында да ерімейді, себебі оның бетінде реакцияға кедергі болатын тығыз оксидтік қабат түзіледі (SiO ₂ ) . Алайда HNO ₃ пен HF қоспасымен кремний әрекеттеседі, себебі фторсутек қышықылы SiO ₂ - ні ерітеді:

3Si + 12HF + 4HNO ₃ = 3SiF ₄ + 4NO↑ + 8H ₂ O

Сілтілердің сулы ерітінділері кремнийді ерітіп, еритін кремний қышқылының тұздарын - силикаттарды түзеді. Бұл реакция барысында сутегі бөлінеді:

Si + 2NaOH + H ₂ O = Na ₂ SiO ₃ + 2H ₂ ↑

Кремнийдің тотықсыздандырғыштық қасиетін кейбір металдарды олардың оксидтерін алу үшін пайдаланады:

2MgO + Si = 2Mg + SiO ₂

Металдармен әрекеттесу барысында кремний тотықтырғыш қасиет көрсетеді. Кремнийдің металл қоспалары силицидтер деп аталады:

2Mg + Si = Mg ₂ Si

Магний силицидін тұз қышқылымен немесе сумен өңдегенде кремнийдің сутегімен қарапайым қосылысы - силан түзіледі:

Mg ₂ Si + 4HCl = 2MgCl ₂ + SiH ₄ ↑

Силан - жағымсыз иісті улы газ. Ауада жеңіл тұтанады:

Қолданылуы. Кремний техникада әртүрлі жартылай өткізгіш материалдар мен құймалар алуда кеңінен қолданылады. Кремнийдің темірмен құймасы - ферросилиций (болат, 15% кремний) қышқылға төзімділігі жоғары қасиет көрсетеді. Бұндай болаттардан химиялық аппараттар жасалынады.

Жер қыртысындағы рөлі. Кремний - жер қыртысында кең таралған элементтердің бірі (25%) . Егер көміртегі органикалық заттардың негізгі элементі болса, кремний тірі емес табиғаттың негізгі элементі болып табылады. Жер қыртысының негізгі бөлігі силикатты топырақтан тұрады. Оның құрамы кремнийдің оттекпен және басқа элементтермен қосылыстарынан тұрады. Табиғи силикаттар - күрделі зат. Оның құрамы бірнеше оксидті қоспалардың қосылысынан тұрады. Құрамына алюминий оксиді кіретін қоспа - алюмосиликаттар деп аталады: ақ глина, дала шпаты, слюда.

Көптеген табиғи силикаттар таза күйінде қымбат тастар болып келеді, мысалы, аквамарин, изумруд, топаз және т. б.

Өте таза кристалдық SiO ₂ хрусталь және кварц секілді тау минералы ретінде белгілі. Кварц құм және өте қатты кремний минералы күйінде таралған.

Әртүрлі қоспалармен боялған SiO ₂ өте бағалы агат, аметист, яшма секілді тастарды түзеді. Кремний табиғатта бос күйінде кездеспейді.

Силикаттар және олардың қолданылуы. Силикаттар (лат. sіlex - шақпақ ) - кремнийлі қышқылдардың тұздары. Силикаттардың құрамында [SіO] ₄ тетраэдрлік иондар немесе тетраэдрлардың бір-бірімен қосылуының нәтижесінде түзілген күрделі иондар болады. Силикаттар - табиғатта кең тараған, жер қыртысы массасының шамамен 3/4 бөлігі мен барлық белгілі минералдардың шамамен 1/3 бөлігін құрайды (дала штаттары, слюдалар, саз, сирек кездесетін берилл, бертрандит, поллуций, циркон, т. б. ) . Силикаттар - керамика, цемент, әйнек, асбест, содалар, кейбір металдарды алудағы негізгі шикізат.

Химиялық тұздар әдісі бойынша барлық силикаттарды әр түрлі кремний қышқылдарының тұздары деп қарайды. Соған байланысты силикаттарды оттекті кремний тұздарының топтарына бөледі.

Кристалдық құрылыс әдісі бойынша силикаттарды ішіндегі [SiО ₄ ] бөлшектерінің өзара байланысқан құрылысына қарай бөледі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.