Svi nazivi kemijskih elemenata potječu iz latinskog jezika. To je prije svega potrebno kako bi se znanstvenici iz različitih zemalja međusobno razumjeli.
Kemijski simboli elemenata
Elementi se obično označavaju kemijskim znakovima (simbolima). Prema prijedlogu švedskog kemičara Berzeliusa (1813.) kemijski elementi označavaju se početnim ili početnim i jednim od sljedećih slova latinskog naziva elementa; Prvo slovo je uvijek veliko, drugo malo. Na primjer, vodik (Hydrogenium) označava se slovom H, kisik (Oxygenium) slovom O, sumpor (Sulfur) slovom S; živa (Hydrargyrum) - slova Hg, aluminij (Aluminium) - Al, željezo (Ferrum) - Fe itd.
Riža. 1. Tablica kemijskih elemenata s nazivima na latinskom i ruskom jeziku.
Ruski nazivi kemijskih elemenata često su latinski nazivi s modificiranim završecima. Ali postoje i mnogi elementi čiji se izgovor razlikuje od latinskog izvora. To su ili izvorne ruske riječi (na primjer, željezo) ili riječi koje su prijevodi (na primjer, kisik).
Kemijska nomenklatura
Kemijska nomenklatura ispravan je naziv za kemijske tvari. Latinska riječ nomenclatura prevodi se kao "popis imena"
U ranoj fazi razvoja kemije tvari su dobivale proizvoljna, nasumična imena (trivijalna imena). Visoko hlapljive tekućine nazivale su se alkoholi, uključujući "klorovodični alkohol" - vodenu otopinu klorovodične kiseline, "silitarni alkohol" - dušičnu kiselinu, "amonijev alkohol" - vodenu otopinu amonijaka. Uljaste tekućine i čvrste tvari nazivale su se uljima, na primjer, koncentrirana sumporna kiselina nazivala se "uljem vitriola", a arsenov klorid nazivao se "arsenovim uljem".
Ponekad su tvari dobile imena po njihovom otkrivaču, na primjer, "Glauberova sol" Na 2 SO 4 * 10H 2 O, koju je otkrio njemački kemičar I. R. Glauber u 17. stoljeću.
Riža. 2. Portret I. R. Glaubera.
Drevni nazivi mogli su označavati okus tvari, boju, miris, izgled i medicinski učinak. Jedna tvar ponekad je imala nekoliko naziva.
Do kraja 18. stoljeća kemičari nisu poznavali više od 150-200 spojeva.
Prvi sustav znanstvenih naziva u kemiji razvila je 1787. komisija kemičara na čelu s A. Lavoisierom. Lavoisierova kemijska nomenklatura poslužila je kao osnova za stvaranje nacionalnih kemijskih nomenklatura. Kako bi se kemičari iz različitih zemalja razumjeli, nomenklatura mora biti jedinstvena. Trenutačno je konstrukcija kemijskih formula i naziva anorganskih tvari podložna sustavu nomenklaturnih pravila koje je izradila komisija Međunarodne unije za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC). Svaka tvar je predstavljena formulom, u skladu s kojom se konstruira sustavno ime spoja.
Riža. 3. A. Lavoisier.
Što smo naučili?
Svi kemijski elementi imaju latinske korijene. Latinski nazivi kemijskih elemenata opće su prihvaćeni. Prebacuju se na ruski pomoću precrtavanja ili prijevoda. međutim, neke riječi imaju izvorno rusko značenje, na primjer, bakar ili željezo. Sve kemijske tvari koje se sastoje od atoma i molekula podliježu kemijskoj nomenklaturi. Sustav znanstvenih naziva prvi je razvio A. Lavoisier.
Test na temu
Ocjena izvješća
Prosječna ocjena: 4.2. Ukupno primljenih ocjena: 768.
Silicij(lat. Silicium), Si, kemijski element IV skupine periodnog sustava Mendeljejeva; atomski broj 14, atomska masa 28.086. U prirodi je element predstavljen s tri stabilna izotopa: 28 Si (92,27%), 29 Si (4,68%) i 30 Si (3,05%).
Povijesna referenca. K spojevi, rasprostranjeni na zemlji, poznati su čovjeku još od kamenog doba. Korištenje kamenih alata za rad i lov nastavilo se nekoliko tisućljeća. Upotreba spojeva K povezana s njihovom preradom - proizvodnjom stakla- započela je oko 3000. pr. e. (u starom Egiptu). Najraniji poznati spoj K. je SiO 2 dioksid (silicijev dioksid). U 18. stoljeću silicij se smatrao jednostavnim tijelom i nazivalo se "zemljama" (što se odražava u njegovom nazivu). Složenost sastava silicija utvrdio je I. Ya. Berzelius. Po prvi put, 1825. godine, dobio je elementarni silicij iz silicijevog fluorida SiF 4, reducirajući ga metalnim kalijem. Novi element je dobio ime "silicij" (od latinskog silex - kremen). Ruski naziv uveo je G.I. Hess godine 1834.
Rasprostranjenost u prirodi. U pogledu rasprostranjenosti u zemljinoj kori, kisik je drugi element (nakon kisika), njegov prosječni sadržaj u litosferi je 29,5% (po masi). Ugljik u zemljinoj kori ima istu primarnu ulogu kao ugljik u životinjskom i biljnom svijetu. Za geokemiju kisika važna je njegova izuzetno jaka povezanost s kisikom. Oko 12% litosfere čini silicijev dioksid SiO 2 u obliku minerala kvarcni i njegove sorte. 75% litosfere sastoji se od raznih silikati I alumosilikati(feldspati, tinjci, amfiboli itd.). Ukupan broj minerala koji sadrže silicijev dioksid prelazi 400 (vidi. Minerali silicija).
Tijekom magmatskih procesa dolazi do slabe diferencijacije kalcija: nakuplja se iu granitoidima (32,3%) iu ultrabazičnim stijenama (19%). Pri visokim temperaturama i visokom tlaku, topljivost SiO 2 se povećava. Moguća je i njegova migracija s vodenom parom, stoga pegmatite hidrotermalnih žila karakteriziraju značajne koncentracije kvarca, koji je često povezan s rudnim elementima (zlato-kvarcne, kvarc-kasiteritne i dr. žile).
Fizička i kemijska svojstva. C. tvori tamnosive kristale s metalnim sjajem, koji imaju kubičnu dijamantnu rešetku s točkom A= 5,431Å, gustoća 2,33 g/cm3. Pri vrlo visokim tlakovima dobivena je nova (naizgled heksagonalna) modifikacija gustoće 2,55 g/cm3. K. se tali na 1417°C, vrije na 2600°C. Specifični toplinski kapacitet (pri 20-100°C) 800 j/(kg× DO), odnosno 0,191 kal/(G× tuča); toplinska vodljivost čak i za najčišće uzorke nije konstantna i kreće se u rasponu (25°C) 84-126 uto/(m× DO), odnosno 0,20-0,30 kal/(cm× sek× tuča). Temperaturni koeficijent linearnog širenja 2,33×10 -6 K -1 ; ispod 120K postaje negativan. K. je proziran za dugovalne infracrvene zrake; indeks loma (za l =6 µm) 3,42; dielektrična konstanta 11.7. K. je dijamagnetičan, atomska magnetska susceptibilnost je -0,13×10 -6. Tvrdoća K po Mohsu 7.0, po Brinellu 2.4 Gn/m 2 (240 kgf/mm 2), modul elastičnosti 109 Gn/m 2 (10890 kgf/mm 2), koeficijent stišljivosti 0,325×10 -6 cm 2 /kg. K. krhki materijal; primjetna plastična deformacija počinje na temperaturama iznad 800°C.
K. je poluvodič koji nalazi sve veću primjenu. Električna svojstva bakra jako ovise o nečistoćama. Unutarnji specifični volumetrijski električni otpor ćelije na sobnoj temperaturi je 2,3 × 10 3 ohm× m(2,3 × 10 5 ohm× cm).
Poluvodički krug s vodljivošću R-tip (aditivi B, Al, In ili Ga) i n-tip (aditivi P, Bi, As ili Sb) ima znatno manju otpornost. Zazor pojasa prema električnim mjerenjima je 1,21 ev na 0 DO i smanjuje se na 1,119 ev na 300 DO.
U skladu s položajem prstena u periodnom sustavu Mendeljejeva, 14 elektrona atoma prstena raspoređeno je u tri ljuske: u prvoj (od jezgre) 2 elektrona, u drugoj 8, u trećoj (valencija) 4; konfiguracija elektronske ljuske 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2(cm. Atom). Potencijali sukcesivne ionizacije ( ev): 8,149; 16.34; 33.46 i 45.13. Atomski radijus 1,33Å, kovalentni radijus 1,17Å, ionski radijus Si 4+ 0,39Å, Si 4- 1,98Å.
U spojevima ugljika (slično ugljiku) 4-valenten. No, za razliku od ugljika, silicij, uz koordinacijski broj 4, ima i koordinacijski broj 6, što se objašnjava velikim volumenom njegovog atoma (primjer takvih spojeva su silikofluoridi koji sadrže 2- skupinu).
Kemijska veza atoma ugljika s drugim atomima obično se odvija zahvaljujući hibridnim sp 3 orbitalama, ali također je moguće uključiti dvije od njegovih pet (upražnjenih) 3 d- orbitale, osobito kad je K. šesterokoordinatna. Imajući nisku vrijednost elektronegativnosti od 1,8 (nasuprot 2,5 za ugljik; 3,0 za dušik, itd.), ugljik je elektropozitivan u spojevima s nemetalima, a ti su spojevi po prirodi polarni. Visoka energija vezanja s kisikom Si-O, jednaka 464 kJ/mol(111 kcal/mol), određuje stabilnost njegovih kisikovih spojeva (SiO 2 i silikata). Si-Si energija veze je niska, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); Za razliku od ugljika, silicij nije karakteriziran stvaranjem dugih lanaca i dvostrukih veza između Si atoma. Na zraku, zbog stvaranja zaštitnog oksidnog filma, ugljik je stabilan čak i pri povišenim temperaturama. U kisiku oksidira počevši od 400°C, stvarajući silicij dioksid SiO2. Poznat je i monoksid SiO, stabilan na visokim temperaturama u obliku plina; kao rezultat naglog hlađenja može se dobiti čvrsti produkt koji se lako raspada u rijetku smjesu Si i SiO 2. K. je otporan na kiseline i otapa se samo u smjesi dušične i fluorovodične kiseline; lako se otapa u vrućim otopinama lužina uz oslobađanje vodika. K. reagira s fluorom na sobnoj temperaturi, s drugim halogenima kada se zagrijava da bi se formirali spojevi opće formule SiX 4 (vidi. Silicijevi halogenidi). Vodik ne reagira izravno s ugljikom, i silicijeve kiseline(silani) dobivaju se razgradnjom silicida (vidi dolje). Vodikovi silikoni poznati su od SiH 4 do Si 8 H 18 (sastav je sličan zasićenim ugljikovodicima). K. tvori 2 skupine silana koji sadrže kisik - siloksani i silokseni. K reagira s dušikom na temperaturama iznad 1000°C. Od velike praktične važnosti je Si 3 N 4 nitrid, koji ne oksidira na zraku čak ni na 1200°C, otporan je na kiseline (osim dušične) i lužine, kao i rastaljene metale i trosku, što ga čini dragocjenim materijalom za kemijskoj industriji, za proizvodnju vatrostalnih materijala itd. Spojevi ugljika s ugljikom odlikuju se visokom tvrdoćom, kao i toplinskom i kemijskom otpornošću ( silicijev karbid SiC) i s borom (SiB 3, SiB 6, SiB 12). Kada se zagrijava, klor reagira (u prisutnosti metalnih katalizatora, kao što je bakar) s organoklornim spojevima (na primjer, CH 3 Cl) kako bi se formirali organohalosilani [na primjer, Si (CH 3) 3 CI], koji se koriste za sintezu od brojnih organosilikonski spojevi.
K. tvori spojeve s gotovo svim metalima - silicidi(samo spojevi s Bi, Tl, Pb, Hg nisu otkriveni). Dobiveno je više od 250 silicida čiji sastav (MeSi, MeSi 2, Me 5 Si 3, Me 3 Si, Me 2 Si itd.) obično ne odgovara klasičnim valencijama. Silicidi su vatrostalni i tvrdi; Ferosilicij je od najvećeg praktičnog značaja (redukcijsko sredstvo u taljenju specijalnih legura, vidi Ferolegura) i molibden silicid MoSi 2 (grijači električnih peći, lopatice plinskih turbina, itd.).
Prijem i prijava. K. tehničke čistoće (95-98%) dobiva se u električnom luku redukcijom silicija SiO 2 između grafitnih elektroda. U vezi s razvojem tehnologije poluvodiča, razvijene su metode za dobivanje čistog i posebno čistog bakra. To zahtijeva prethodnu sintezu najčišćih polaznih spojeva bakra, iz kojih se bakar ekstrahira redukcijom ili toplinskom razgradnjom.
Čisti poluvodički bakar dobiva se u dva oblika: polikristalnom (redukcijom SiCI 4 ili SiHCl 3 cinkom ili vodikom, toplinskom razgradnjom Sil 4 i SiH 4) i monokristalnom (taljenjem zone bez lončića i "izvlačenjem" monokristala iz rastaljenog bakra – metoda Czochralskog).
Posebno dopirani bakar naširoko se koristi kao materijal za izradu poluvodičkih uređaja (tranzistori, termistori, ispravljači snage, kontrolirane diode - tiristori; solarne fotoćelije koje se koriste u svemirskim letjelicama itd.). Budući da je K. proziran za zrake valnih duljina od 1 do 9 µm, koristi se u infracrvenoj optici (vidi također Kvarcni).
K. ima raznolika i sve veća područja primjene. U metalurgiji se kisik koristi za uklanjanje kisika otopljenog u rastaljenim metalima (deoksidacija). K. je sastavni dio velikog broja legura željeza i obojenih metala. Tipično, ugljik daje legurama povećanu otpornost na koroziju, poboljšava njihova svojstva lijevanja i povećava mehaničku čvrstoću; no s većim sadržajem K. može uzrokovati krhkost. Najvažnije su legure željeza, bakra i aluminija koje sadrže bakar. Sve se više koristi za sintezu organosilicijevih spojeva i silicida. Silicij i mnogi silikati (gline, feldspati, tinjac, talk, itd.) prerađuju se u industriji stakla, cementa, keramike, elektrotehnici i drugim industrijama.
V. P. Barzakovsky.
Silicij se u tijelu nalazi u obliku raznih spojeva, uglavnom uključenih u stvaranje tvrdih dijelova kostura i tkiva. Neke morske biljke (na primjer dijatomeje) i životinje (na primjer silikatne spužve, radiolarije) mogu akumulirati posebno velike količine silicija, stvarajući debele naslage silicijevog dioksida na dnu oceana kada umru. U hladnim morima i jezerima prevladavaju biogeni muljevi obogaćeni kalijem; u tropskim morima prevladavaju vapnenački mulji s niskim sadržajem kalija, žitarice, šaš, palme i preslice. Kod kralježnjaka sadržaj silicijeva dioksida u pepelnim tvarima iznosi 0,1-0,5%. U najvećim količinama K. se nalazi u gustom vezivnom tkivu, bubrezima i gušterači. Dnevna ljudska prehrana sadrži do 1 G K. Kada je u zraku visok sadržaj prašine silicijevog dioksida, on ulazi u ljudska pluća i uzrokuje bolest - silikoza.
V. V. Kovalskog.
Lit.: Berezhnoy A.S., Silicij i njegovi binarni sustavi. K., 1958.; Krasyuk B. A., Gribov A. I., Poluvodiči - germanij i silicij, M., 1961.; Renyan V.R., Tehnologija poluvodičkog silicija, trans. s engleskog, M., 1969.; Sally I.V., Falkevich E.S., Proizvodnja poluvodičkog silicija, M., 1970.; Silicij i germanij. sub. čl., ur. E. S. Falkevich, D. I. Levinzon, V. 1-2, M., 1969-70; Gladyshevsky E.I., Kristalna kemija silicida i germanida, M., 1971; Wolf N. F., Podaci o silicijskom poluvodiču, Oxf. - N.Y., 1965.
upute
Periodni sustav je višekatna "kuća" koja sadrži veliki broj stanova. Svaki “stanar” ili u svom stanu pod određenim brojem, koji je stalan. Osim toga, element ima "prezime" ili ime, kao što su kisik, bor ili dušik. Osim ovih podataka, svaki "stan" sadrži informacije poput relativne atomske mase, koja može imati točne ili zaokružene vrijednosti.
Kao iu svakoj kući, postoje "ulazi", odnosno grupe. Štoviše, u skupinama se elementi nalaze s lijeve i desne strane, formirajući. Ovisno o tome na kojoj strani ih je više, ta se strana naziva glavnom. Druga podskupina, prema tome, bit će sekundarna. Tablica također ima "podove" ili točke. Štoviše, razdoblja mogu biti velika (sastoje se od dva reda) i mala (imaju samo jedan red).
Tablica prikazuje strukturu atoma elementa, od kojih svaki ima pozitivno nabijenu jezgru koja se sastoji od protona i neutrona, kao i negativno nabijenih elektrona koji rotiraju oko nje. Broj protona i elektrona brojčano je isti i određen je u tablici rednim brojem elementa. Na primjer, kemijski element sumpor je #16, stoga će imati 16 protona i 16 elektrona.
Da biste odredili broj neutrona (neutralnih čestica koje se također nalaze u jezgri), oduzmite njihov atomski broj od relativne atomske mase elementa. Na primjer, željezo ima relativnu atomsku masu 56 i atomski broj 26. Prema tome, 56 – 26 = 30 protona za željezo.
Elektroni se nalaze na različitim udaljenostima od jezgre, tvoreći razine elektrona. Za određivanje broja elektroničkih (ili energetskih) razina potrebno je pogledati broj razdoblja u kojem se element nalazi. Na primjer, aluminij je u 3. razdoblju, stoga će imati 3 razine.
Po broju skupine (ali samo za glavnu podskupinu) možete odrediti najveću valenciju. Na primjer, elementi prve skupine glavne podskupine (litij, natrij, kalij itd.) imaju valenciju 1. Prema tome, elementi druge skupine (berilij, magnezij, kalcij itd.) imat će valenciju 2.
Također možete koristiti tablicu za analizu svojstava elemenata. S lijeva na desno metalna svojstva slabe, a nemetalna se povećavaju. To se jasno vidi na primjeru perioda 2: počinje s alkalijskim metalom natrijem, zatim zemnoalkalnim metalom magnezijem, nakon njega amfoterni element aluminij, zatim nemetali silicij, fosfor, sumpor i period završava s plinovitim tvarima - klor i argon. U sljedećem razdoblju uočava se slična ovisnost.
Od vrha prema dolje također se uočava obrazac - metalna svojstva se povećavaju, a nemetalna svojstva slabe. To jest, na primjer, cezij je puno aktivniji u usporedbi s natrijem.
Kako koristiti periodni sustav elemenata? Za neupućenu osobu, čitanje periodnog sustava isto je što i za gnoma koji gleda drevne rune vilenjaka. A periodni sustav može vam puno reći o svijetu.
Osim što će dobro poslužiti na ispitu, jednostavno je nezamjenjiv u rješavanju ogromnog broja kemijskih i fizikalnih problema. Ali kako to čitati? Srećom, danas svatko može naučiti ovu umjetnost. U ovom članku ćemo vam reći kako razumjeti periodni sustav.
Periodni sustav kemijskih elemenata (Mendeljejevljeva tablica) je klasifikacija kemijskih elemenata koja utvrđuje ovisnost različitih svojstava elemenata o naboju atomske jezgre.
Povijest nastanka Stola
Dmitrij Ivanovič Mendeljejev nije bio običan kemičar, ako netko tako misli. Bio je kemičar, fizičar, geolog, metrolog, ekolog, ekonomist, naftni radnik, aeronaut, instrumentar i učitelj. Tijekom svog života, znanstvenik je uspio provesti mnogo temeljnih istraživanja u različitim područjima znanja. Na primjer, uvriježeno je mišljenje da je Mendeljejev izračunao idealnu jačinu votke - 40 stupnjeva.
Ne znamo kako je Mendeljejev mislio o votki, ali pouzdano znamo da njegova disertacija na temu "Rasprava o spoju alkohola s vodom" nije imala nikakve veze s votkom i razmatrala je koncentracije alkohola od 70 stupnjeva. Uz sve zasluge znanstvenika, otkriće periodičnog zakona kemijskih elemenata - jednog od temeljnih zakona prirode, donijelo mu je najširu slavu.
Postoji legenda prema kojoj je jedan znanstvenik sanjao periodni sustav, nakon čega je samo trebao doraditi ideju koja se pojavila. Ali, kad bi sve bilo tako jednostavno.. Ova verzija stvaranja periodnog sustava, očito, nije ništa više od legende. Na pitanje kako je stol otvoren, sam Dmitrij Ivanovič je odgovorio: " Razmišljao sam o tome možda dvadesetak godina, a vi mislite: sjedio sam tamo i odjednom... gotovo je.”
Sredinom devetnaestog stoljeća nekoliko je znanstvenika paralelno pokušavalo složiti poznate kemijske elemente (bila su poznata 63 elementa). Na primjer, 1862. Alexandre Emile Chancourtois postavio je elemente duž spirale i primijetio cikličko ponavljanje kemijskih svojstava.
Kemičar i glazbenik John Alexander Newlands predložio je svoju verziju periodnog sustava 1866. godine. Zanimljiva je činjenica da je znanstvenik pokušao otkriti neku vrstu mistične glazbene harmonije u rasporedu elemenata. Između ostalih pokušaja, tu je i Mendeljejevljev pokušaj, koji je okrunjen uspjehom.
Godine 1869. objavljen je prvi tablični dijagram, a 1. ožujka 1869. smatra se danom otvaranja periodičnog zakona. Bit Mendeljejeva otkrića bila je da se svojstva elemenata s povećanjem atomske mase ne mijenjaju monotono, već periodički.
Prva verzija tablice sadržavala je samo 63 elementa, ali Mendeljejev je donio niz vrlo nekonvencionalnih odluka. Dakle, pogodio je ostaviti prostor u tablici za još neotkrivene elemente, a također je promijenio atomske mase nekih elemenata. Temeljna ispravnost zakona koji je izveo Mendelejev potvrđena je vrlo brzo, nakon otkrića galija, skandijuma i germanija, čije je postojanje znanstvenik predvidio.
Suvremeni pogled na periodni sustav
Ispod je sama tablica
Danas se umjesto atomske težine (atomske mase) za poredak elemenata koristi pojam atomskog broja (broj protona u jezgri). Tablica sadrži 120 elemenata, koji su poredani s lijeva na desno prema rastućem atomskom broju (broju protona)
Stupci tablice predstavljaju takozvane grupe, a reci predstavljaju razdoblja. Tablica ima 18 grupa i 8 perioda.
- Metalna svojstva elemenata opadaju kada se pomiču periodom slijeva nadesno, a povećavaju u suprotnom smjeru.
- Veličine atoma se smanjuju kada se pomiču slijeva nadesno duž perioda.
- Kako se krećete odozgo prema dolje kroz grupu, svojstva redukcijskih metala se povećavaju.
- Oksidirajuća i nemetalna svojstva povećavaju se kako se krećete duž razdoblja slijeva nadesno.
Što saznajemo o elementu iz tablice? Na primjer, uzmimo treći element u tablici - litij, i razmotrimo ga detaljno.
Prije svega, vidimo sam simbol elementa i njegovo ime ispod njega. U gornjem lijevom kutu nalazi se atomski broj elementa, kojim je redom element poredan u tablici. Atomski broj, kao što je već spomenuto, jednak je broju protona u jezgri. Broj pozitivnih protona obično je jednak broju negativnih elektrona u atomu (osim u izotopima).
Ispod atomskog broja (u ovoj verziji tablice) navedena je atomska masa. Zaokružimo li atomsku masu na najbliži cijeli broj, dobit ćemo ono što se naziva maseni broj. Razlika između masenog broja i atomskog broja daje broj neutrona u jezgri. Tako je broj neutrona u jezgri helija dva, a u litiju četiri.
Završio je naš tečaj Periodical Table for Dummies. Zaključno, pozivamo vas da pogledate tematski video i nadamo se da vam je postalo jasnije pitanje kako koristiti periodni sustav Mendelejeva. Podsjećamo vas da je uvijek učinkovitije proučavati novi predmet ne sami, već uz pomoć iskusnog mentora. Zato nikako ne zaboravite na studentski servis koji će s Vama rado podijeliti svoje znanje i iskustvo.
Kao neovisni kemijski element, silicij je čovječanstvu postao poznat tek 1825. godine. Što, naravno, nije spriječilo upotrebu spojeva silicija u toliko područja da je lakše nabrojati ona u kojima se element ne koristi. U ovom ćemo članku rasvijetliti fizikalna, mehanička i korisna kemijska svojstva silicija i njegovih spojeva, primjenu, a govorit ćemo i o tome kako silicij utječe na svojstva čelika i drugih metala.
Prvo, pogledajmo opće karakteristike silicija. Od 27,6 do 29,5% mase zemljine kore čini silicij. U morskoj vodi koncentracija elementa je također znatna - do 3 mg/l.
Po zastupljenosti u litosferi silicij je na drugom mjestu nakon kisika. Međutim, njegov najpoznatiji oblik, silicijev dioksid, je dioksid, a upravo su njegova svojstva postala temelj za tako široku upotrebu.
Ovaj video će vam reći što je silicij:
Koncept i značajke
Silicij je nemetal, ali pod različitim uvjetima može pokazivati i kisela i bazična svojstva. To je tipičan poluvodič i iznimno se koristi u elektrotehnici. Njegova fizikalna i kemijska svojstva uvelike su određena njegovim alotropskim stanjem. Najčešće se bave kristalnim oblikom, budući da su njegove kvalitete traženije u nacionalnom gospodarstvu.
- Silicij je jedan od osnovnih makroelemenata u ljudskom tijelu. Njegov nedostatak štetno utječe na stanje koštanog tkiva, kose, kože i noktiju. Osim toga, silicij utječe na rad imunološkog sustava.
- U medicini je element, odnosno njegovi spojevi, svoju prvu primjenu našao upravo u tom svojstvu. Voda iz bunara obloženih silikonom nije bila samo čista, nego je također pozitivno utjecala na otpornost na zarazne bolesti. Danas spojevi sa silicijem služe kao osnova za lijekove protiv tuberkuloze, ateroskleroze i artritisa.
- Općenito, nemetal je nisko aktivan, ali ga je teško pronaći u čistom obliku. To je zbog činjenice da se na zraku brzo pasivizira slojem dioksida i prestaje reagirati. Kada se zagrijava, povećava se kemijska aktivnost. Kao rezultat toga, čovječanstvo je mnogo bolje upoznato sa spojevima materije nego sa samim sobom.
Dakle, silicij tvori legure s gotovo svim metalima - silicide. Svi se odlikuju vatrostalnošću i tvrdoćom i koriste se u odgovarajućim područjima: plinske turbine, grijači peći.
Nemetal se nalazi u tablici D.I. Mendelejeva u skupini 6 zajedno s ugljikom i germanijem, što ukazuje na određenu sličnost s tim tvarima. Dakle, ono što ima zajedničko s ugljikom je sposobnost stvaranja spojeva organskog tipa. Istodobno, silicij, poput germanija, može pokazivati svojstva metala u nekim kemijskim reakcijama, što se koristi u sintezi.
Prednosti i nedostatci
Kao i svaka druga tvar sa stajališta uporabe u nacionalnom gospodarstvu, silicij ima određena korisna ili ne baš korisna svojstva. Oni su važni upravo za određivanje područja uporabe.
- Značajna prednost tvari je njezina dostupnost. U prirodi ga doduše nema u slobodnom obliku, ali ipak tehnologija proizvodnje silicija nije toliko komplicirana, iako je energetski zahtjevna.
- Druga najvažnija prednost je stvaranje mnogih spojeva s neobično korisnim svojstvima. To uključuje silane, silicide, dioksid i, naravno, veliki izbor silikata. Sposobnost silicija i njegovih spojeva da tvore složene čvrste otopine je gotovo beskonačna, što omogućuje beskrajno dobivanje široke palete varijacija stakla, kamena i keramike.
- Svojstva poluvodiča nemetal mu osigurava mjesto kao osnovnog materijala u elektrotehnici i radiotehnici.
- Nemetal je netoksičan, koji omogućuje primjenu u bilo kojoj industriji, a istovremeno ne pretvara tehnološki proces u potencijalno opasan.
Nedostaci materijala uključuju samo relativnu krhkost s dobrom tvrdoćom. Silicij se ne koristi za nosive konstrukcije, ali ova kombinacija omogućuje pravilnu obradu površine kristala, što je važno za izradu instrumenata.
Razgovarajmo sada o osnovnim svojstvima silicija.
Svojstva i karakteristike
Budući da se kristalni silicij najčešće koristi u industriji, bitnija su njegova svojstva, a ona su navedena u tehničkim specifikacijama. Fizička svojstva tvari su sljedeća:
- talište – 1417 C;
- vrelište – 2600 C;
- gustoća je 2,33 g/cu. cm, što ukazuje na krhkost;
- toplinski kapacitet, kao i toplinska vodljivost, nisu konstantni ni na najčišćim uzorcima: 800 J/(kg K), ili 0,191 cal/(g deg) i 84-126 W/(m K), ili 0,20-0, 30 cal/(cm·sec·deg);
- transparentno za dugovalno infracrveno zračenje, koje se koristi u infracrvenoj optici;
- dielektrična konstanta – 1,17;
- tvrdoća po Mohsovoj ljestvici – 7.
Električna svojstva nemetala jako ovise o nečistoćama. U industriji se ova značajka koristi modulacijom željene vrste poluvodiča. Pri normalnim temperaturama silicij je krt, no pri zagrijavanju iznad 800 C moguća je plastična deformacija.
Svojstva amorfnog silicija su nevjerojatno drugačija: vrlo je higroskopan i reagira mnogo aktivnije čak i pri normalnim temperaturama.
O strukturi i kemijskom sastavu, kao i svojstvima silicija govori se u videu u nastavku:
Sastav i struktura
Silicij postoji u dva alotropska oblika, koji su jednako stabilni na normalnim temperaturama.
- Kristal ima izgled tamno sivog praha. Tvar, iako ima kristalnu rešetku poput dijamanta, krhka je zbog pretjerano dugih veza između atoma. Zanimljiva su njegova svojstva poluvodiča.
- Pri vrlo visokim pritiscima možete dobiti šesterokutan modifikacija s gustoćom od 2,55 g / cu. cm. Međutim, ova faza još nije pronašla praktično značenje.
- Amorfna– smeđe-smeđi prah. Za razliku od kristalnog oblika, reagira mnogo aktivnije. To nije toliko zbog inertnosti prvog oblika, već zbog činjenice da je u zraku tvar prekrivena slojem dioksida.
Osim toga, potrebno je uzeti u obzir drugu vrstu klasifikacije koja se odnosi na veličinu kristala silicija, koji zajedno čine tvar. Kristalna rešetka, kao što je poznato, pretpostavlja poredak ne samo atoma, već i struktura koje ti atomi tvore - takozvani red dalekog dometa. Što je veći, tvar će biti homogenija u svojstvima.
- Monokristalni– uzorak je jedan kristal. Struktura mu je maksimalno uređena, svojstva su mu homogena i dobro predvidljiva. Ovo je materijal koji je najtraženiji u elektrotehnici. No, ujedno je i jedna od najskupljih vrsta, jer je proces njezina dobivanja složen, a stopa rasta niska.
- Multikristalni– uzorak se sastoji od niza velikih kristalnih zrna. Granice između njih tvore dodatne razine grešaka, što smanjuje učinak uzorka kao poluvodiča i dovodi do bržeg trošenja. Tehnologija uzgoja multikristala je jednostavnija, a time i materijal jeftiniji.
- Polikristalni– sastoji se od velikog broja zrna nasumično smještenih jedno u odnosu na drugo. Ovo je najčišći tip industrijskog silicija koji se koristi u mikroelektronici i solarnoj energiji. Često se koristi kao sirovina za uzgoj multi- i monokristala.
- Amorfni silicij također zauzima zasebno mjesto u ovoj klasifikaciji. Ovdje se poredak atoma održava samo na najkraćim udaljenostima. Međutim, u elektrotehnici se još uvijek koristi u obliku tankih filmova.
Proizvodnja nemetala
Dobivanje čistog silicija nije tako lako, s obzirom na inertnost njegovih spojeva i visoko talište većine njih. U industriji se najčešće poseže za redukcijom ugljikom iz dioksida. Reakcija se odvija u lučnim pećima na temperaturi od 1800 C. Na taj način se dobiva nemetal čistoće 99,9%, što je nedovoljno za njegovu upotrebu.
Dobiveni materijal se klorira da bi se proizveli kloridi i hidrokloridi. Zatim se spojevi pročišćavaju svim mogućim metodama od nečistoća i reduciraju vodikom.
Tvar se također može pročistiti dobivanjem magnezijevog silicida. Silicid je izložen klorovodičnoj ili octenoj kiselini. Dobiva se silan, a potonji se pročišćava različitim metodama - sorpcijom, rektifikacijom i tako dalje. Zatim se silan razgrađuje na vodik i silicij na temperaturi od 1000 C. U tom slučaju dobiva se tvar s udjelom nečistoća od 10 -8 -10 -6%.
Primjena tvari
Za industriju su od najvećeg interesa elektrofizičke karakteristike nemetala. Njegov monokristalni oblik je poluvodič s neizravnim procjepom. Njegova svojstva određena su nečistoćama, što omogućuje dobivanje kristala silicija s određenim svojstvima. Dakle, dodatak bora i indija omogućuje uzgoj kristala s rupčastom vodljivošću, a uvođenje fosfora ili arsena omogućuje uzgoj kristala s elektronskom vodljivošću.
- Silicij doslovno služi kao osnova moderne elektrotehnike. Od njega se izrađuju tranzistori, fotoćelije, integrirani krugovi, diode i tako dalje. Štoviše, funkcionalnost uređaja gotovo je uvijek određena samo pripovršinskim slojem kristala, koji određuje vrlo specifične zahtjeve za površinsku obradu.
- U metalurgiji se tehnički silicij koristi i kao modifikator legure - daje veću čvrstoću, i kao komponenta - u, na primjer, i kao sredstvo za deoksidaciju - u proizvodnji lijevanog željeza.
- Ultračisti i pročišćeni metalurški materijali čine osnovu solarne energije.
- Nemetalni dioksid se u prirodi pojavljuje u mnogo različitih oblika. Njegove kristalne varijante - opal, ahat, karneol, ametist, gorski kristal - našle su svoje mjesto u nakitu. Modifikacije koje nisu tako atraktivnog izgleda - kremen, kvarc - koriste se u metalurgiji, građevinarstvu i radio-elektronici.
- Spoj nemetala s ugljikom, karbid, koristi se u metalurgiji, izradi instrumenata i kemijskoj industriji. To je širokopojasni poluvodič, karakteriziran visokom tvrdoćom - 7 na Mohsovoj ljestvici, i čvrstoćom, što mu omogućuje da se koristi kao abrazivni materijal.
- Silikati - to jest soli silicijeve kiseline. Nestabilan, lako se raspada pod utjecajem temperature. Njihova izvanredna osobina je da tvore brojne i raznolike soli. Ali potonji su osnova za proizvodnju stakla, keramike, posuđa, kristala itd. Sa sigurnošću možemo reći da se moderna gradnja temelji na raznim silikatima.
- Staklo je ovdje najzanimljiviji slučaj. Njegova osnova su aluminosilikati, ali beznačajne primjese drugih tvari - obično oksida - daju materijalu puno različitih svojstava, uključujući boju. -, zemljano posuđe, porculan, naime, ima istu formulu, iako s drugačijim omjerom komponenti, a nevjerojatna je i njegova raznolikost.
- Nemetal ima još jednu sposobnost: stvara spojeve poput ugljikovih, u obliku dugog lanca atoma silicija. Takvi spojevi nazivaju se organosilicijevi spojevi. Opseg njihove primjene nije ništa manje poznat - to su silikoni, brtvila, maziva i tako dalje.
Silicij je vrlo čest element i od neobično velike važnosti u mnogim područjima nacionalne ekonomije. Štoviše, aktivno se koristi ne samo sama tvar, već i svi njezini različiti i brojni spojevi.
Ovaj video će vam reći o svojstvima i primjeni silicija:
