Усі назви хімічних елементів походять із латинської мови. Це необхідно насамперед для того, щоб вчені різних країн могли розуміти одне одного.
Хімічні знаки елементів
Елементи заведено позначати хімічними знаками (символами). На пропозицію шведського хіміка Берцеліуса (1813 р.) хімічні елементи позначають початкової чи початкової і з наступних літер латинського назви даного елемента; перша літера завжди велика, друга мала. Наприклад, водень (Hydrogenium) позначається буквою H, кисень (Oxygenium) – буквою O, сірка (Sulfur) – буквою S; ртуть (Hydrargyrum) – літерами Hg, алюміній (Aluminium) – Al, залізо (Ferrum) – Fe тощо.
Мал. 1. Таблиця хімічних елементів з назвами латинською та російською мовами.
Російські назви хімічних елементів найчастіше є латинські назви з видозміненими закінченнями. Але також існує безліч елементів, вимова яких відрізняється від латинського першоджерела. Це або корінні російські слова (наприклад, залізо), або слова, які перекладають (приклад – кисень).
Хімічна номенклатура
Хімічна номенклатура - правильне найменування хімічних речовин. Латинське слово nomenclatura перекладається як «перелік імен, назв»
На ранній стадії розвитку хімії речовин давалися довільні, випадкові найменування (тривіальні назви). Легколеткі рідини називалися спиртами, до них належали "соляний спирт" - водний розчин соляної кислоти, "силітряний спирт" - азотна кислота, "нашатирний спирт" - водний розчин аміаку. Маслоподібні рідини і тверді речовини називалися оліями, наприклад, концентрована сірчана кислота звалася «купоросна олія», хлорид миш'яку – «миш'якова олія».
Іноді речовини отримували назву на ім'я першовідкривача, наприклад, «глауберова сіль» Na 2 SO 4 *10H 2 O, відкрита німецьким хіміком І. Р. Глаубером у XVII столітті.
Мал. 2. Портрет І. Р. Глаубер.
У старовинних назвах могли вказуватись смак речовин, колір, запах, зовнішній вигляд, медична дія. Одна речовина іноді мала кілька найменувань.
Наприкінці XVIII століття хімікам було відомо трохи більше 150-200 сполук.
Першу систему наукових назв у хімії виробила 1787 р. комісія хіміків на чолі з А. Лавуазьє. Хімічна номенклатура Лавуазьє послужила основою створення національних хімічних номенклатур. Для того, щоб хіміки різних країн розуміли одна одну, номенклатура має бути єдиною. В даний час побудова хімічних формул та назв неорганічних речовин підпорядковується системі номенклатурних правил, створеної комісією Міжнародного союзу теоретичної та прикладної хімії (ІЮПАК). Кожна речовина зображується формулою, відповідно до неї будується систематична назва сполуки.
Мал. 3. А. Лавуазьє.
Що ми дізналися?
Всі хімічні елементи мають латинське коріння. Латинські назви хімічних елементів є загальноприйнятими. У російську мову вони переносяться за допомогою калькування чи перекладу. проте деякі слова мають спочатку російське значення, наприклад, мідь чи залізо. Хімічній номенклатурі підпорядковуються всі хімічні речовини, які з атомів і молекул. вперше система наукових назв була розроблена А. Лавуазьє.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4.2. Усього отримано оцінок: 768.
Кремній(Лат. Silicium), Si, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 14, атомна маса 28086. У природі елемент представлений трьома стабільними ізотопами: 28 Si (92,27%), 29 Si (4,68%) та 30 Si (3,05%).
Історична довідка. З'єднання До., широко поширені землі, були відомі людині з кам'яного віку. Використання кам'яних знарядь праці та полювання тривало кілька тисячоліть. Застосування сполук К., пов'язане з їх переробкою, - виготовлення скло- Почалося близько 3000 років до н. е. (Давньому Єгипті). Раніше відоме з'єднання К. - двоокис SiO 2 (кремнезем). У 18 в. кремнезем вважали простим тілом і відносили до "землям" (що і відображено у його назві). Складність складу кремнезему встановив І. Я. Берцеліус. Він же вперше, в 1825, отримав елементарний До. з фтористого кремнію SiF 4 відновлюючи останній металевим калієм. Новому елементу було названо " силіцій " (від латів. silex - кремінь). Російську назву ввів Г. І. Гесс 1834.
Поширеність у природі. За поширеністю в земній корі До. - другий (після кисню) елемент, його середній вміст у літосфері 29,5% (за масою). У земній корі До. грає таку ж першорядну роль, як вуглець у тваринному та рослинному світі. Для геохімії До. важливий виключно міцний зв'язок його з киснем. Близько 12% літосфери становить кремнезем SiO 2 у формі мінералу кварцута його різновидів. 75% літосфери складають різні силікатиі алюмосилікати(Польові шпати, слюди, амфіболи і т. д.). Загальна кількість мінералів, що містять кремнезем, перевищує 400 (див. Кремнезему мінерали).
При магматичних процесах відбувається слабка диференціація До.: він накопичується як і гранітоїдах (32,3%), і у ультраосновних породах (19%). При високих температурах та великому тиску розчинність SiO2 підвищується. Можлива його міграція і з водяною парою, тому для пегматитів гідротермальних жил характерні значні концентрації кварцу, з яким нерідко пов'язані і рудні елементи (золото-кварцові, кварцово-каситеритові та ін. жили).
Фізичні та хімічні властивості. утворює темно-сірі з металевим блиском кристали, що мають кубічну гранецентровану решітку типу алмазу з періодом а= 5,431Å, щільністю 2,33 г/см 3 .При дуже високих тисках отримана нова (мабуть гексагональна) модифікація з щільністю 2,55 г/см 3 .плавиться при 1417°C, кипить при 2600°C. Питома теплоємність (при 20-100 ° C) 800 дж/(кг× До), або 0,191 кал/(г× град); теплопровідність навіть для чистих зразків не постійна і знаходиться в межах (25°C) 84-126 вт/(м× До), або 0,20-0,30 кал/(см× сік× град). Температурний коефіцієнт лінійного розширення 2,33×10 -6 -1 ; нижче 120K стає негативним. прозорий для довгохвильових ІЧ-променів; показник заломлення (для l =6 мкм) 3,42; діелектрична проникність 11,7. діамагнітний, атомна магнітна сприйнятливість -0,13×10 -6 . Твердість К. за Моосом 7,0, за Брінеллем 2,4 Гн/м2 (240 кгс/мм 2), модуль пружності 109 Гн/м2 (10890 кгс/мм 2), коефіцієнт стисливості 0,325 10 -6 см 2 /кг. крихкий матеріал; помітна пластична деформація починається за температури вище 800°C.
- напівпровідник, що знаходить все більше застосування. Електричні властивості До. дуже залежать від домішок. Власний питомий об'ємний електроопір К. при кімнатній температурі приймається рівним 2,3×10 3 ом× м(2,3×10 5 ом× см).
Напівпровідниковий К. з провідністю р-типу (добавки В, Al, In або Ga) та n-Типу (добавки Р, Bi, As або Sb) має значно менший опір. Ширина забороненої зони за електричними вимірами становить 1,21 евпри 0 Дота знижується до 1,119 евза 300 До.
Відповідно до положення К. у періодичній системі Менделєєва 14 електронів атома К. розподілені за трьома оболонками: у першій (від ядра) 2 електрони, у другій 8, у третій (валентній) 4; конфігурація електронної оболонки 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2(Див. атом). Послідовні потенціали іонізації ( ев): 8,149; 16,34; 33,46 та 45,13. Атомний радіус 1,33 Å, ковалентний радіус 1,17 Å, іонні радіуси Si 4+ 0,39 Å, Si 4- 1,98 Å.
У сполуках До. (аналогічно вуглецю) 4-валентний. Однак, на відміну від вуглецю, До. поряд з координаційним числом 4 виявляє координаційне число 6, що пояснюється великим обсягом його атома (приклад таких сполук є кремнефториди, що містять групу 2-).
Хімічний зв'язок атома К. з іншими атомами здійснюється зазвичай за рахунок гібридних sp 3 -орбіталей, але можливе також залучення двох з його п'яти (вакантних) 3 d-орбіталей, особливо коли К. є шестикоординаційним. Маючи малу величину електронегативності, що дорівнює 1,8 (проти 2,5 у вуглецю; 3,0 у азоту і т. д.), К. у з'єднаннях з неметалами електропозитивний, і ці сполуки носять полярний характер. Велика енергія зв'язку з киснем Si-O, що дорівнює 464 кдж/моль(111 ккал/моль), обумовлює стійкість його кисневих сполук (SiO 2 і силікатів). Енергія зв'язку Si-Si мала, 176 кдж/моль (42 ккал/моль); на відміну від вуглецю, для До. не характерне утворення довгих ланцюгів та подвійного зв'язку між атомами Si. На повітрі До. завдяки утворенню захисної окисної плівки стійкий навіть за підвищених температур. У кисні окислюється починаючи з 400°C, утворюючи кремнію двоокис SiO 2 . Відома також моноокис SiO, стійка при високих температурах у вигляді газу; в результаті різкого охолодження може бути отриманий твердий продукт, що легко розкладається на тонку суміш Si і SiO 2 . стійкий до кислот і розчиняється тільки в суміші азотної та фтористоводневої кислот; легко розчиняється у гарячих розчинах лугів із виділенням водню. реагує з фтором при кімнатній температурі, з іншими галогенами - при нагріванні з утворенням сполук загальної формули SiX 4 (див. Кремнію галогеніди). Водень безпосередньо не реагує з До., та кремневодні(Силани) отримують розкладанням силіцидів (див. нижче). Відомі кремневодні від SiH 4 до Si 8 H 18 (за складом аналогічні граничним вуглеводням). До. утворює 2 групи кисневмісних силанів - силоксанита силоксени. З азотом До. реагує при температурі вище 1000°C. Важливе практичне значення має нітрид Si 3 N 4 , що не окислюється на повітрі навіть при 1200°C, стійкий по відношенню до кислот (крім азотної) і лугів, а також до розплавлених металів і шлаків, що робить його цінним матеріалом для хімічної промисловості. виробництва вогнетривів та ін. Високою твердістю, а також термічною та хімічною стійкістю відрізняються сполуки К. з вуглецем ( кремнію карбід SiC) і з бором (SiB 3 SiB 6 SiB 12). При нагріванні К. реагує (у присутності металевих каталізаторів, наприклад міді) з хлорорганічними сполуками (наприклад, з CH 3 Cl) з утворенням органогалосиланів [наприклад, Si (CH 3) 3 CI], що служать для синтезу численних кремнійорганічних сполук.
утворює сполуки майже з усіма металами - силіциди(не виявлені з'єднання лише з Bi, Tl, Pb, Hg). Отримано понад 250 силіцидів, склад яких (MeSi, MeSi 2 , Me 5 Si 3 , Me 3 Si, Me 2 Si та ін) зазвичай не відповідає класичним валентностям. Силициди відрізняються тугоплавкістю та твердістю; Найбільше практичне значення мають феросиліцій (відновник при виплавці спеціальних сплавів, див. Феросплави) та силіцид молібдену MoSi 2 (нагрівачі електропечей, лопатки газових турбін і т. д.).
Отримання та застосування. технічної чистоти (95-98%) отримують в електричній дузі відновленням кремнезему SiO 2 між графітовими електродами. У зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки розроблені методи отримання чистого та особливо чистого До. Це вимагає попереднього синтезу найчистіших вихідних сполук До., з яких До. витягують шляхом відновлення або теплового розкладання.
Чистий напівпровідниковий До. одержують у двох видах: полікристалічний (відновленням SiCI 4 або SiHCl 3 цинком або воднем, термічним розкладанням Sil 4 і SiH 4) і монокристалічний (бестигельною зонною плавкою і "витягуванням" монокристалу з розплавленого К. -.
Спеціально легований До. широко застосовується як матеріал для виготовлення напівпровідникових приладів (транзистори, термістори, силові випрямлячі струму, керовані діоди - тиристори; сонячні фотоелементи, що використовуються в космічних кораблях, і т. д.). Оскільки К. прозорий для променів із довжиною хвилі від 1 до 9 мкм,його застосовують в інфрачервоній оптиці (див. також Кварц).
має різноманітні області застосування, що все розширюються. У металургії До. використовується видалення розчиненого в розплавлених металах кисню (розкислення). є складовою великої кількості сплавів заліза і кольорових металів. Зазвичай До. надає сплавам підвищену стійкість до корозії, покращує їх ливарні властивості та підвищує механічну міцність; проте при більшому змісті До. може викликати крихкість. Найбільше значення мають залізні, мідні та алюмінієві сплави, що містять До. Все більша кількість До. йде на синтез кремнійорганічних сполук та силіцидів. Кремнезем та багато силікатів (глини, польові шпати, слюди, тальки тощо) переробляються скляною, цементною, керамічною, електротехнічною та ін. галузями промисловості.
В. П. Барзаковський.
Кремній в організмі знаходиться у вигляді різних сполук, що беруть участь головним чином у освіті твердих скелетних частин і тканин. Особливо багато До. можуть накопичувати деякі морські рослини (наприклад, діатомові водорості) і тварини (наприклад, кремнерогові губки, радіолярії), що утворюють при відмиранні на дні океану потужні відкладення двоокису кремнію. У холодних морях і озерах переважають біогенні мули, збагачені К., у тропічних морях - вапняні мули з низьким вмістом К. Серед наземних рослин багато К. накопичують злаки, осоки, пальми, хвощі. У хребетних тварин вміст двоокису кремнію в зольних речовин 0,1-0,5%. У найбільших кількостях К. виявлений у щільній сполучній тканині, нирках, підшлунковій залозі. У добовому раціоні людини міститься до 1 гПри високому вмісті в повітрі пилу двоокису кремнію вона потрапляє в легені людини і викликає захворювання. силікоз.
В. В. Ковальський.
Літ.:Бережний А. С., Кремній та його бінарні системи. До., 1958; Красюк Би. А., Грибов А. І., Напівпровідники - германій та кремній, М., 1961; Реньян Ст Р., Технологія напівпровідникового кремнію, пров. з англ., М., 1969; Саллі І. Ст, Фалькевич Е. С., Виробництво напівпровідникового кремнію, М., 1970; Кремній та германій. Зб. ст., за ред. Е. С. Фалькевича, Д. І. Левінзона, ст. 1-2, М., 1969-70; Гладишевський Е. І., Кристалохімія силіцидів та германідів, М., 1971; Wolf Н. F., Silicon semiconductor data, Oxf. - N. Y., 1965.
Інструкція
Періодична система є багатоповерховий «будинок», в якому розташовується велика кількість квартир. Кожен «мешканець» або у власній квартирі під певним номером, який є постійним. Крім цього, елемент має «прізвище» або назву, наприклад кисень, бор або азот. Крім цих даних у кожній «квартирі» або зазначена така інформація, як відносна атомна маса, яка може мати точні або заокруглені значення.
Як у будь-якому будинку, тут є «під'їзди», а саме гурти. Причому групах елементи розташовуються ліворуч і праворуч, утворюючи . Залежно від того, з якого боку їх більше, вона називається головною. Інша підгрупа, відповідно, буде побічною. Також у таблиці є «поверхи» чи періоди. Причому періоди можуть бути як більшими (складаються з двох рядів), так і малими (мають лише один ряд).
За таблицею можна показати будову атома елемента, кожен з яких має позитивно заряджене ядро, що складається з протонів і нейтронів, а також негативно заряджених електронів, що обертаються навколо нього. Число протонів і електронів чисельно збігається і визначається таблиці за порядковим номером елемента. Наприклад, хімічний елемент сірка має №16, отже, матиме 16 протонів та 16 електронів.
Щоб визначити кількість нейтронів (нейтральних частинок, що також розташовані в ядрі) відніміть з відносної атомної маси елемента його порядковий номер. Наприклад, залізо має відносну атомну масу, що дорівнює 56 і порядковий номер 26. Отже, 56 – 26 = 30 протонів у заліза.
Електрони знаходяться на різній відстані від ядра, утворюючи електронні рівні. Щоб визначити кількість електронних (або енергетичних) рівнів, потрібно подивитися на номер періоду, в якому знаходиться елемент. Наприклад, алюміній знаходиться у 3 періоді, отже, у нього буде 3 рівні.
За номером групи (але лише для головної підгрупи) можна визначити найвищу валентність. Наприклад, елементи першої групи головної підгрупи (літій, натрій, калій тощо) мають валентність 1. Відповідно, елементи другої групи (берилій, магній, кальцій і т.д.) матимуть валентність рівну 2.
Також у таблиці можна проаналізувати властивості елементів. Зліва направо металеві властивості слабшають, а неметалеві посилюються. Це добре видно з прикладу 2 періоду: починається лужним металом натрієм, потім лужноземельний метал магній, після нього амфотерний елемент алюміній, потім неметали кремній, фосфор, сірка і закінчується період газоподібними речовинами – хлором та аргоном. Наступного періоду спостерігається аналогічна залежність.
Зверху вниз також спостерігається закономірність – металеві властивості посилюються, а неметалеві слабшають. Тобто, наприклад, цезій набагато активніший у порівнянні з натрієм.
Як користуватись таблицею Менделєєва? Для непосвяченої людини читати таблицю Менделєєва – однаково, що з гнома дивитись на древні руни ельфів. А таблиця Менделєєва може розповісти про світ дуже багато.
Крім того, що співслужить вам службу на іспиті, вона ще й просто незамінна при вирішенні величезної кількості хімічних та фізичних завдань. Але як її читати? На щастя, сьогодні цьому мистецтву може навчитися кожен. У цій статті розповімо, як зрозуміти таблицю Менделєєва.
p align="justify"> Періодична система хімічних елементів (таблиця Менделєєва) - це класифікація хімічних елементів, яка встановлює залежність різних властивостей елементів від заряду атомного ядра.
Історія створення Таблиці
Дмитро Іванович Менделєєв був не простим хіміком, якщо хтось так думає. Це був хімік, фізик, геолог, метролог, еколог, економіст, нафтовик, повітроплавець, приладобудівник та педагог. За своє життя вчений встиг провести фундаментально багато досліджень у різних галузях знань. Наприклад, поширена думка, що саме Менделєєв обчислив ідеальну міцність горілки – 40 градусів.
Не знаємо, як Менделєєв ставився до горілки, але достеменно відомо, що його дисертація на тему «Міркування про з'єднання спирту з водою» не мала до горілки жодного відношення та розглядала концентрації спирту від 70 градусів. За всіх заслуг вченого, відкриття періодичного закону хімічних елементів – одного з фундаментальних законів природи, принесло йому найширшу популярність.
Існує легенда, згідно з якою періодична система приснилася вченому, після чого йому залишилося лише доопрацювати ідею, що з'явилася. Але, якби все було так просто. Ця версія про створення таблиці Менделєєва, мабуть, не більше ніж легенда. На питання про те, як було відкрито таблицю, сам Дмитро Іванович відповідав: « Я над нею, може, двадцять років думав, а ви думаєте: сидів і раптом… готово»
У середині ХІХ століття спроби впорядкувати відомі хімічні елементи (відомо було 63 елементи) паралельно робилися кількома вченими. Наприклад, у 1862 році Олександр Еміль Шанкуртуа розмістив елементи вздовж гвинтової лінії та відзначив циклічне повторення хімічних властивостей.
Хімік та музикант Джон Олександр Ньюлендс запропонував свій варіант періодичної таблиці у 1866 році. Цікавий той факт, що в розташуванні елементів учений намагався виявити містичну музичну гармонію. Серед інших спроб була й спроба Менделєєва, яка мала успіх.
У 1869 року було опубліковано першу схему таблиці, а день 1 березня 1869 року вважається днем відкриття періодичного закону. Суть відкриття Менделєєва у тому, що властивості елементів із зростанням атомної маси змінюються не монотонно, а періодично.
Перший варіант таблиці містив всього 63 елементи, але Менделєєв зробив ряд дуже нестандартних рішень. Так, він здогадався залишати в таблиці місце для ще відкритих елементів, а також змінив атомні маси деяких елементів. Принципова правильність закону, виведеного Менделєєвим, підтвердилася дуже скоро, після відкриття галію, скандію та германію, існування яких було передбачено вченим.
Сучасний вигляд таблиці Менделєєва
Нижче наведемо саму таблицю
Сьогодні для впорядкування елементів замість атомної ваги (атомної маси) використовують поняття атомного числа (числа протонів в ядрі). У таблиці міститься 120 елементів, які розташовані зліва направо у порядку зростання атомного числа (числа протонів)
Стовпці таблиці є так звані групи, а рядки – періоди. У таблиці 18 груп та 8 періодів.
- Металеві властивості елементів під час руху вздовж періоду зліва направо зменшуються, а зворотному напрямку – збільшуються.
- Розміри атомів при переміщенні зліва направо вздовж періодів зменшуються.
- При русі зверху вниз групою збільшуються відновлювальні металеві властивості.
- Окисні та неметалеві властивості при русі вздовж періоду зліва направо збільшуються.
Що ми дізнаємося про елемент таблиці? Наприклад, візьмемо третій елемент у таблиці – літій, і розглянемо докладно.
Насамперед ми бачимо сам символ елемента та його назву під ним. У лівому верхньому куті знаходиться атомний номер елемента, в порядку якого елемент розташований в таблиці. Атомний номер, як було зазначено, дорівнює числу протонів в ядрі. Число позитивних протонів, як правило, дорівнює числу негативних електронів в атомі (за винятком ізотопів).
Атомна маса вказана під атомним числом (у цьому варіанті таблиці). Якщо округлити атомну масу до найближчого цілого, ми отримаємо так зване масове число. Різниця масового числа та атомного числа дає кількість нейтронів у ядрі. Так, число нейтронів у ядрі гелію дорівнює двом, а у літію – чотирьом.
Ось і закінчився наш курс "Таблиця Менделєєва для чайників". На завершення, пропонуємо вам переглянути тематичне відео, і сподіваємося, що питання про те, як користуватися періодичною таблицею Менделєєва, стало вам більш зрозумілим. Нагадуємо, що вивчати новий предмет завжди ефективніше не одному, а за допомогою досвідченого наставника. Саме тому ніколи не варто забувати про студентський сервіс, який з радістю поділиться з вами своїми знаннями та досвідом.
Як самостійний хімічний елемент кремній став відомий людству лише у 1825 році. Що, звичайно, не заважало застосовувати сполуки кремнію у такій кількості сфер, що простіше перерахувати ті, де елемент не використовується. Ця стаття проллє світло на фізичні, механічні та корисні хімічні властивості кремнію та його сполук, області застосування, також ми розповімо про те, як впливає кремній на властивості сталі та інших металів.
Для початку давайте зупинимося на загальній характеристиці кремнію. Від 27,6 до 29,5 % маси земної кори становить кремній. У морській воді концентрація елемента теж неабияк – до 3 мг/л.
За поширеністю в літосфері кремній посідає друге почесне місце після кисню. Однак найвідоміша його форма – кремнезем, є діоксидом, і саме його властивості і стали основою такого широкого застосування.
Про те, що таке кремній, розповість цей відеосюжет:
Поняття та особливості
Кремній – неметал, проте за різних умов може виявляти і кислотні та основні властивості. Є типовим напівпровідником та надзвичайно широко використовується в електротехніці. Фізичні та хімічні його властивості багато в чому визначаються алотропним станом. Найчастіше справу мають із кристалічною формою, оскільки її якості більш затребувані у народному господарстві.
- Кремній – один із базових макроелементів у людському тілі. Його нестача згубно позначається на стані кісткової тканини, волосся, шкіри, нігтів. Крім того, кремній впливає на працездатність імунної системи.
- У медицині елемент, точніше кажучи, його сполуки знайшли своє перше застосування саме в цій якості. Вода з колодязів, викладених кремнієм, відрізнялися як чистотою, а й позитивно позначалася на стійкості до інфекційних хвороб. Сьогодні з'єднання з кремнієм є основою для препаратів проти туберкульозу, атеросклерозу, артриту.
- Загалом неметал малоактивний, проте й у чистому вигляді зустріти його складно. Пов'язано це з тим, що на повітрі швидко пасивується шаром діоксиду і перестає реагувати. Під час нагрівання хімічна активність збільшується. У результаті людство набагато ближче знайоме із сполуками речовини, а не з ним самим.
Так, кремній утворює метали фактично з усіма металами - силіциди. Всі вони відрізняються тугоплавкістю та твердістю та застосовуються на відповідних ділянках: газові турбіни, нагрівачі печей.
Розміщується неметал у таблиці Д. І. Менделєєва в 6 групі разом з вуглецем, германієм, що вказує на певну спільність із цими речовинами. Так, з вуглецем його «ріднить» здатність до утворення сполук на кшталт органічних. При цьому кремній, як і германій, може проявити властивості металу в деяких хімічних реакціях, що використовується в синтезі.
Плюси і мінуси
Як і будь-яка інша речовина з точки зору застосування в народному господарстві, кремній має певні корисні або не надто якості. Важливі вони саме визначення області використання.
- Неабиякою перевагою речовини є його доступність. У природі він, щоправда, знаходиться не у вільному вигляді, але все ж таки, технологія отримання кремнію не така вже й складна, хоча й енерговитратна.
- Друга найважливіша перевага – утворення безлічі сполукз надзвичайно корисними якостями. Це і силани, і силіциди, і діоксид, і, звісно, різноманітні силікати. Здатність кремнію і його сполук утворювати складні тверді розчини практично нескінченна, що дозволяє нескінченно ж отримувати різні варіації скла, каменю і кераміки.
- Напівпровідникові властивостінеметалу забезпечує йому місце базового матеріалу в електро- та радіотехніці.
- Неметал є нетоксичнимщо допускає застосування в будь-якій галузі промисловості, і при цьому не перетворює технологічний процес на потенційно небезпечний.
До недоліків матеріалу можна віднести лише відносну крихкість за хорошої твердості. Кремній не використовується для несучих конструкцій, але це поєднання дозволяє обробляти належним чином поверхню кристалів, що важливо для приладобудування.
Давайте поговоримо про основні властивості кремнію.
Властивості та характеристики
Оскільки в промисловості найчастіше експлуатується кристалічний кремній, то саме його властивості є важливішими, і саме вони і наводяться в технічних характеристиках. Фізичні властивості речовини такі:
- температура плавлення - 1417;
- температура кипіння – 2600 С;
- густина становить 2,33 г/куб. див, що свідчить про крихкість;
- теплоємність, як і теплопровідність не постійні навіть на найчистіших пробах: 800 Дж/(кг·К), або 0,191 кал/(г·град) та 84-126 вт/(м·К), або 0,20-0, 30 кал/(см·сек·град) відповідно;
- прозорий для довгохвильового ІЧ-випромінювання, що використовується в інфрачервоній оптиці;
- діелектрична проникність – 1,17;
- твердість за Моосовою шкалою – 7.
Електричні властивості неметалу сильно залежать від домішок. У промисловості цю особливість використовують, модулюючи необхідний тип напівпровідника. При нормальній температурі кремній тендітний, але при нагріванні вище 800 С можлива пластична деформація.
Властивості аморфного кремнію разюче відрізняються: він сильно гігроскопічний, набагато активніше вступає в реакцію навіть за нормальної температури.
Структура та хімічний склад, а також властивості кремнію розглянуті у відеоролику нижче:
Склад та структура
Кремній існує у двох алотропних формах, однаково стійких за нормальної температури.
- Кристалічниймає вигляд темно-сірого порошку. Речовина, хоч і має алмазоподібні кристалічні грати, є крихкою – через надто довгий зв'язок між атомами. Інтерес становлять його властивості напівпровідника.
- При дуже високому тиску можна отримати гексагональнумодифікацію із щільністю 2,55 г/куб. див. Однак ця фаза практичного значення поки що не знайшла.
- Аморфний- Буро-коричневий порошок. На відміну від кристалічної форми набагато активніше входить у реакцію. Пов'язано це не так з інертністю першої форми, як з тим, що на повітрі речовина покривається шаром діоксиду.
Крім того, необхідно враховувати ще один тип класифікації, пов'язаний з величиною кристала кремнію, які в сукупності утворюють речовину. Кристалічні грати, як відомо, припускають упорядкованість як атомів, а й структур, які ці атоми утворюють – так званий далекий порядок. Чим він більший, тим одноріднішим за властивостями буде речовина.
- Монокристалічний– зразок є одним кристалом. Структура його максимально впорядкована, властивості однорідні та добре передбачувані. Саме такий матеріал найбільш затребуваний в електротехніці. Однак він відноситься до найдорожчого вигляду, оскільки процес його отримання складний, а швидкість зростання низька.
- Мультикристалічний– зразок становить кілька великих кристалічних зерен. Межі між ними формують додаткові дефектні рівні, що знижує продуктивність зразка як напівпровідника і призводить до більш швидкого зносу. Технологія вирощування мультикристалу простіше, тому і матеріал дешевший.
- Полікристалічний- Складається з великої кількості зерен, розташованих хаотично відносно один одного. Це найбільш чистий різновид промислового кремнію, застосовується в мікроелектроніці та сонячній енергетиці. Досить часто використовується як сировина для вирощування мульти- та монокристалів.
- Аморфний кремній у цій класифікації займає окрему позицію. Тут порядок розташування атомів утримується лише з найкоротших дистанціях. Однак в електротехніці він все ж таки використовується у вигляді тонких плівок.
Виробництво неметалу
Отримати чистий кремній не так просто, враховуючи інертність його сполук і високу температуру плавлення більшості з них. У промисловості найчастіше вдаються до відновлення вуглецем із діоксиду. Проводять реакцію в дугових печах при температурі 1800 С. Таким чином отримують неметал чистотою 99,9%, що для його застосування недостатньо.
Отриманий матеріал хлорують для того, щоб отримати хлориди і гідрохлориди. Потім з'єднання очищають усіма можливими методами від домішок та відновлюють воднем.
Очистити речовину можна за рахунок отримання силіциду магнію. Силицид піддають дії соляної чи оцтової кислоти. Отримують силан, а останній очищають у різний спосіб – сорбційним, ректифікацією тощо. Потім силан розкладають на водень і кремній при температурі 1000 С. У цьому випадку одержують речовину з часткою домішки 10 -8 -10 -6%.
Застосування речовини
Для промисловості найбільший інтерес становлять електрофізичні характеристики неметалу. Його монокристалічна форма є непрямозонним напівпровідником. Властивості його визначаються домішками, що дозволяє одержувати кристали кремнію із заданими властивостями. Так, добавка бору, індія дає можливість виростити кристал із дірковою провідністю, а введення фосфору або миш'яку – кристал з електронною провідністю.
- Кремній у буквальному значенні слова є основою сучасної електротехніки. З нього виготовляють транзистори, фотоелементи, інтегральні схеми, діоди тощо. Причому функціональність приладу визначає практично завжди лише приповерхневий шар кристала, що зумовлює специфічні вимоги саме до обробки поверхні.
- У металургії технічний кремній застосовують як модифікатор сплавів – надає велику міцність, як і компонент – у , наприклад, як і розкислювач – під час виробництва чавуну.
- Надчистий та очищений металургійний складають основу сонячної енергетики.
- Діоксид неметалу зустрічається в природі в різних формах. Його кристалічні різновиди – опал, агат, сердолік, аметист, гірський кришталь знайшли своє місце в ювелірній справі. Не настільки привабливі зовні модифікації – кремінь, кварц, використовуються і в металургії, і в будівництві, і радіоелектротехніці.
- З'єднання неметалу з вуглецем – карбід, застосовується і в металургії, і в приладобудуванні, і в хімічній промисловості. Він є широкозональним напівпровідником, відрізняється високою твердістю - 7 за шкалою Мооса, і міцністю, що дозволяє застосовувати його як абразивний матеріал.
- Силікати – тобто солі кремнієвої кислоти. Нестійкі, легко розкладаються під впливом температури. Прикметність їх у тому, що вони утворюють численні та різноманітні солі. А ось останні є основою при виробництві скла, кераміки, фаянсу, кришталю, та . Можна сміливо сказати, що сучасне будівництво ґрунтується на різноманітних силікатах.
- Скло представляє тут найцікавіший випадок. Основою його служать алюмосилікати, але нікчемні домішки інших речовин - зазвичай оксидів, надають матеріалу масу різних властивостей, у тому числі і колір. - , Фаянс, фарфор, по суті, має ту ж формулу, хоча і з іншим співвідношенням компонентів, і її різноманітність теж разюче.
- Неметал має ще одну здатність: утворює сполуки за типом вуглецевих, у вигляді довгого ланцюжка з атомів кремнію. Такі сполуки звуться кремнійорганічних. Сфера їх застосування не менш відома – це силікони, герметики, мастила тощо.
Кремній – дуже поширений елемент і має надзвичайно велике значення у багатьох сферах народного господарства. Причому активно використовується не тільки сама речовина, але всі її різноманітні та численні сполуки.
Дане відео розповість про властивості та застосування кремнію:
