Silikonfarbe. Silizium in der Natur (25,8 % in der Erdkruste)
Das chemische Zeichen von Silizium ist Si, Atomgewicht 28,086, Kernladung +14. , wie , befindet sich in der Hauptuntergruppe der Gruppe IV, in der dritten Periode. Dies ist ein Analogon von Kohlenstoff. Elektronische Konfiguration elektronische Schichten des Siliziumatoms ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Struktur der äußeren elektronischen Schicht
Die Struktur der äußeren elektronischen Schicht ähnelt der Struktur des Kohlenstoffatoms.
kommt in Form von zwei allotropen Modifikationen vor – amorph und kristallin.
Amorph – ein bräunliches Pulver mit etwas höherer chemischer Aktivität als kristallin. Bei normaler Temperatur reagiert es mit Fluor:
Si + 2F2 = SiF4 bei 400° – mit Sauerstoff
Si + O2 = SiO2
in Schmelzen - mit Metallen:
2Mg + Si = Mg2Si
Kristallines Silizium ist eine harte, spröde Substanz mit metallischem Glanz. Es verfügt über eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit und löst sich leicht in geschmolzenen Metallen unter Bildung von Metallen. Eine Legierung aus Silizium und Aluminium heißt Silumin, eine Legierung aus Silizium und Eisen heißt Ferrosilizium. Die Siliziumdichte beträgt 2,4. Schmelzpunkt 1415°, Siedepunkt 2360°. Kristallines Silizium ist ein eher inerter Stoff und geht nur schwer chemische Reaktionen ein. Mit Säuren, trotz deutlich sichtbar metallische Eigenschaften Silizium reagiert nicht, sondern reagiert mit Alkalien unter Bildung von Kieselsäuresalzen und:
Si + 2KOH + H2O = K2SiO2 + 2H2
■ 36. Was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den elektronischen Strukturen von Silizium- und Kohlenstoffatomen?
37. Wie können wir aus Sicht der elektronischen Struktur des Siliziumatoms erklären, warum metallische Eigenschaften für Silizium charakteristischer sind als für Kohlenstoff?
38. Listen Sie die chemischen Eigenschaften von Silizium auf.
Silizium in der Natur. Silizium
Silizium kommt in der Natur sehr weit verbreitet vor. Ungefähr 25 % der Erdkruste besteht aus Silizium. Ein erheblicher Teil des natürlichen Siliziums ist Siliziumdioxid SiO2. In einem sehr reinen kristallinen Zustand kommt Siliziumdioxid als Mineral namens Bergkristall vor. Siliziumdioxid und Kohlendioxid sind chemisch analog, aber Kohlendioxid ist ein Gas und Siliziumdioxid ist ein Feststoff. Im Gegensatz zum molekularen Kristallgitter von CO2 kristallisiert Siliziumdioxid SiO2 in Form eines atomaren Kristallgitters, dessen Zelle jeweils ein Tetraeder mit einem Siliziumatom in der Mitte und Sauerstoffatomen an den Ecken ist. Dies erklärt sich dadurch, dass das Siliziumatom einen größeren Radius als das Kohlenstoffatom hat und nicht 2, sondern 4 Sauerstoffatome um es herum platziert werden können. Der Unterschied in der Struktur des Kristallgitters erklärt den Unterschied in den Eigenschaften dieser Stoffe. In Abb. 69 zeigt das Aussehen eines natürlichen Quarzkristalls, der aus reinem Siliziumdioxid besteht, und seine Strukturformel.
Reis. 60. Strukturformel von Siliziumdioxid (a) und natürlichen Quarzkristallen (b)
Kristalline Kieselsäure kommt am häufigsten in Form von Sand vor weiße Farbe, sofern nicht mit Tonverunreinigungen verunreinigt gelbe Farbe. Neben Sand kommt Kieselsäure häufig in Form eines sehr harten Minerals vor, der Kieselsäure (Kieselsäurehydrat). Kristallines Siliziumdioxid, gefärbt mit verschiedenen Verunreinigungen, bildet wertvolle und Halbedelsteine- Achat, Amethyst, Jaspis. Nahezu reines Siliziumdioxid kommt auch in Form von Quarz und Quarzit vor. Freies Siliziumdioxid in der Erdkruste beträgt 12 %, in der Zusammensetzung verschiedener Gesteine etwa 43 %. Insgesamt besteht die Erdkruste zu über 50 % aus Siliziumdioxid.
Silizium ist Teil einer Vielzahl von Gesteinen und Mineralien – Ton, Granit, Syenit, Glimmer, Feldspat usw.
Festes Kohlendioxid sublimiert, ohne zu schmelzen, bei -78,5°. Der Schmelzpunkt von Siliziumdioxid liegt bei etwa 1,713°. Sie ist ziemlich feuerfest. Dichte 2,65. Der Ausdehnungskoeffizient von Siliziumdioxid ist sehr klein. Das hat eine sehr sehr wichtig bei Verwendung von Quarzglaswaren. Siliziumdioxid löst sich nicht in Wasser und reagiert nicht damit, obwohl es ein saures Oxid ist und die entsprechende Kieselsäure H2SiO3 ist. Kohlendioxid ist bekanntermaßen wasserlöslich. Siliziumdioxid reagiert nicht mit Säuren, außer Flusssäure HF, und ergibt mit Alkalien Salze.
Reis. 69. Strukturformel von Siliziumdioxid (a) und natürlichen Quarzkristallen (b).
Beim Erhitzen von Siliziumdioxid mit Kohle wird Silizium reduziert und verbindet sich dann mit Kohlenstoff und es entsteht Karborund nach der Gleichung:
SiO2 + 2C = SiC + CO2. Karborund hat eine hohe Härte, ist säurebeständig und wird durch Laugen zerstört.
■ 39. Anhand welcher Eigenschaften von Siliziumdioxid kann man sein Kristallgitter beurteilen?
40. In welchen Mineralien kommt Siliziumdioxid in der Natur vor?
41. Was ist Karborund?
Kieselsäure. Silikate
Kieselsäure H2SiO3 ist eine sehr schwache und instabile Säure. Beim Erhitzen zerfällt es allmählich in Wasser und Siliziumdioxid:
H2SiO3 = H2O + SiO2
Kieselsäure ist in Wasser praktisch unlöslich, kann aber leicht austreten.
Kieselsäure bildet Salze, sogenannte Silikate. in der Natur weit verbreitet. Natürliche sind ziemlich komplex. Ihre Zusammensetzung wird üblicherweise als Kombination mehrerer Oxide dargestellt. Enthalten natürliche Silikate Aluminiumoxid, spricht man von Alumosilikaten. Dies sind weißer Ton, (Kaolin) Al2O3 2SiO2 2H2O, Feldspat K2O Al2O3 6SiO2, Glimmer
К2O · Al2O3 · 6SiO2 · 2Н2O. Viele natürliche reiner Form Sind Edelsteine, zum Beispiel Aquamarin, Smaragd usw.
Unter den künstlichen Silikaten ist Natriumsilikat Na2SiO3 hervorzuheben – eines der wenigen wasserlöslichen Silikate. Man nennt es lösliches Glas und die Lösung heißt flüssiges Glas.
Silikate werden in der Technik häufig eingesetzt. Mit löslichem Glas werden Stoffe und Holz imprägniert, um sie vor Feuer zu schützen. Die Flüssigkeit ist in feuerfesten Spachtelmassen zum Kleben von Glas, Porzellan und Stein enthalten. Silikate sind die Grundlage bei der Herstellung von Glas, Porzellan, Steingut, Zement, Beton, Ziegeln und verschiedenen Keramikprodukten. In Lösung werden Silikate leicht hydrolysiert.
■ 42. Was ist? Wie unterscheiden sie sich von Silikaten?
43. Was ist Flüssigkeit und für welche Zwecke wird sie verwendet?
Glas
Die Rohstoffe für die Glasherstellung sind Na2CO3-Soda, CaCO3-Kalkstein und SiO2-Sand. Alle Bestandteile der Glascharge werden gründlich gereinigt, gemischt und bei einer Temperatur von ca. 1400° verschmolzen. Während des Fusionsprozesses treten folgende Reaktionen auf:
Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2
CaCO3 + SiO2 = CaSiO 3+ CO2
Tatsächlich enthält Glas Natrium- und Calciumsilikate sowie überschüssiges SO2, sodass die Zusammensetzung von gewöhnlichem Fensterglas wie folgt lautet: Na2O · CaO · 6SiO2. Die Glasmischung wird auf eine Temperatur von 1500° erhitzt, bis das Kohlendioxid vollständig entfernt ist. Dann wird es auf eine Temperatur von 1200° abgekühlt, bei der es zähflüssig wird. Wie jede amorphe Substanz wird Glas allmählich weich und härtet aus und ist daher ein gutes Kunststoffmaterial. Die viskose Glasmasse wird durch den Schlitz geleitet, wodurch eine Glasscheibe entsteht. Die heiße Glasscheibe wird mit Rollen herausgezogen, auf eine bestimmte Größe gebracht und durch einen Luftstrom allmählich abgekühlt. Anschließend wird es an den Rändern beschnitten und in Blätter eines bestimmten Formats geschnitten.
■ 44. Geben Sie die Gleichungen für die Reaktionen an, die bei der Glasherstellung ablaufen, und für die Zusammensetzung von Fensterglas.
Glas- Die Substanz ist amorph, transparent und in Wasser praktisch unlöslich. Wenn sie jedoch zu feinem Staub zerkleinert und mit einer kleinen Menge Wasser vermischt wird, kann mit Hilfe von Phenolphthalein in der resultierenden Mischung ein Alkali nachgewiesen werden. Bei längerer Lagerung von Alkalien in GlaswarenÜberschüssiges SiO2 im Glas reagiert sehr langsam mit Alkali und das Glas verliert allmählich seine Transparenz.
Glas wurde den Menschen bereits mehr als 3000 v. Chr. bekannt. In der Antike wurde Glas mit fast der gleichen Zusammensetzung wie heute hergestellt, doch die alten Meister ließen sich nur von ihrer eigenen Intuition leiten. Im Jahr 1750 gelang es M.V wissenschaftliche Basis Glas erhalten. Im Laufe von 4 Jahren hat M.V. viele Rezepte für die Herstellung verschiedener Gläser, insbesondere farbiger, gesammelt. Die von ihm errichtete Glasfabrik produzierte eine große Anzahl von Glasproben, die bis heute erhalten sind. Derzeit verwendetes Glas unterschiedliche Zusammensetzung, mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Quarzglas besteht aus nahezu reinem Siliziumdioxid und wird aus Bergkristall erschmolzen. Sein sehr wichtiges Merkmal ist, dass sein Ausdehnungskoeffizient unbedeutend ist, fast 15-mal kleiner als der von gewöhnlichem Glas. Schalen aus solchem Glas können in der Flamme eines Brenners glühend heiß erhitzt und dann hineingelassen werden kaltes Wasser; in diesem Fall treten keine Veränderungen am Glas auf. Quarzglas blockiert nicht ultraviolette Strahlung, und wenn man es mit Nickelsalzen schwarz anmalt, bleibt alles erhalten sichtbare Strahlen Spektrum, bleibt aber für ultraviolette Strahlen transparent.
Quarzglas wird von Säuren und Laugen nicht angegriffen, allerdings korrodieren Laugen es merklich. Quarzglas ist zerbrechlicher als normales Glas. Laborglas enthält etwa 70 % SiO2, 9 % Na2O, 5 % K2O, 8 % CaO, 5 % Al2O3, 3 % B2O3 (die Zusammensetzung der Gläser wird nicht zum Auswendiglernen angegeben).
Jenaer und Pyrexglas werden in der Industrie verwendet. Jenaer Glas enthält etwa 65 % Si02, 15 % B2O3, 12 % BaO, 4 % ZnO, 4 % Al2O3. Es ist langlebig, beständig gegen mechanische Beanspruchung, hat einen geringen Ausdehnungskoeffizienten und ist beständig gegen Alkalien.
Pyrex-Glas enthält 81 % SiO2, 12 % B2O3, 4 % Na2O, 2 % Al2O3, 0,5 % As2O3, 0,2 % K2O, 0,3 % CaO. Es hat die gleichen Eigenschaften wie Jenaer Glas, jedoch in noch größerem Maße, insbesondere nach dem Vorspannen, ist jedoch weniger alkalibeständig. Pyrexglas wird zur Herstellung von Haushaltsgegenständen, die Hitze ausgesetzt sind, sowie von Teilen davon verwendet Industrieanlagen, Betrieb bei niedrigen und hohen Temperaturen.
Bestimmte Zusatzstoffe verleihen Glas unterschiedliche Eigenschaften. Durch Beimischungen von Vanadiumoxiden entsteht beispielsweise Glas, das ultraviolette Strahlen vollständig blockiert.
Es wird auch in verschiedenen Farben bemaltes Glas erhalten. M.V. produzierte auch mehrere tausend Muster aus farbigem Glas verschiedene Farben und Farbtöne für ihre Mosaikgemälde. Derzeit wurden Glasmalereimethoden im Detail entwickelt. Manganverbindungen färben Glas lila, Kobaltblau. , in Form kolloidaler Partikel in der Glasmasse dispergiert, verleiht ihr eine rubinrote Farbe usw. Bleiverbindungen verleihen dem Glas einen ähnlichen Glanz wie Bergkristall, weshalb es Kristall genannt wird. Diese Art von Glas lässt sich leicht bearbeiten und schneiden. Daraus hergestellte Produkte brechen das Licht sehr schön. Durch Einfärben dieses Glases mit verschiedenen Zusätzen entsteht farbiges Kristallglas.
Wenn geschmolzenes Glas mit Stoffen vermischt wird, die bei der Zersetzung eine große Menge Gase bilden, schäumen diese bei ihrer Freisetzung das Glas auf und bilden Schaumglas. Dieses Glas ist sehr leicht, lässt sich gut verarbeiten und ist ein hervorragender elektrischer und thermischer Isolator. Es wurde erstmals von Prof. I. I. Kitaygorodsky.
Durch das Ziehen von Fäden aus Glas erhält man sogenanntes Fiberglas. Wenn man schichtweise verlegtes Fiberglas mit Kunstharzen imprägniert, erhält man ein sehr langlebiges, verrottungsbeständiges, perfekt bearbeitbares Material Baumaterial, das sogenannte Fiberglas. Interessanterweise ist die Festigkeit umso höher, je dünner die Glasfaser ist. Glasfaser wird auch zur Herstellung von Arbeitskleidung verwendet.
Glaswolle ist ein wertvolles Material, durch das man filtern kann starke Säuren und Laugen, die nicht durch Papier gefiltert werden. Darüber hinaus ist Glaswolle ein guter Wärmeisolator.
■ 44. Was bestimmt die Eigenschaften verschiedener Glasarten?
Keramik
Unter den Alumosilikaten ist vor allem weißer Ton wichtig – Kaolin, der die Grundlage für die Herstellung von Porzellan und Steingut bildet. Die Porzellanherstellung ist ein äußerst alter Industriezweig. Der Geburtsort des Porzellans ist China. In Russland wurde im 18. Jahrhundert erstmals Porzellan hergestellt. D, I. Winogradow.
Die Rohstoffe für die Herstellung von Porzellan und Steingut sind neben Kaolin Sand und. Eine Mischung aus Kaolin, Sand und Wasser wird in Kugelmühlen einer gründlichen Feinmahlung unterzogen, anschließend wird überschüssiges Wasser herausgefiltert und die gut gemischte Kunststoffmasse wird zum Formen von Produkten geschickt. Nach dem Formen werden die Produkte getrocknet und in Durchlauf-Tunnelöfen gebrannt, wo sie zunächst erhitzt, dann gebrannt und schließlich abgekühlt werden. Danach passieren die Produkte weitere Bearbeitung- Glasurbeschichtung, Zeichnung Keramikfarben. Nach jeder Stufe werden die Produkte gebrannt. Das Ergebnis ist weißes, glattes und glänzendes Porzellan. IN dünne Schichten es scheint durch. Steingut ist porös und scheint nicht durch.
Aus rotem Ton werden Ziegel, Fliesen, Keramik, Keramikringe zum Füllen in Absorptions- und Waschtürmen verschiedener Chemieanlagen, Blumentöpfe. Außerdem werden sie gebrannt, damit sie nicht durch Wasser erweicht werden und mechanisch stabil werden.
Zement. Beton
Siliziumverbindungen dienen als Grundlage für die Herstellung von Zement – Bindemittelmaterial, unverzichtbar im Bauwesen. Die Rohstoffe für die Zementherstellung sind Ton und Kalkstein. Diese Mischung wird in einem riesigen geneigten Drehrohrofen gebrannt, in den kontinuierlich Rohstoffe zugeführt werden. Nach dem Brennen bei 1200–1300 °C tritt kontinuierlich eine gesinterte Masse – Klinker – aus einem Loch am anderen Ende des Ofens aus. Nach dem Mahlen entsteht Klinker. Die Zusammensetzung von Zement besteht hauptsächlich aus Silikaten. Wenn es mit Wasser zu einer dicken Aufschlämmung vermischt und dann einige Zeit an der Luft belassen wird, reagiert es mit Zementsubstanzen und bildet kristalline Hydrate und andere feste Verbindungen, was zur Aushärtung („Abbinden“) des Zements führt. Da dieser nicht mehr in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden kann, wird versucht, den Zement vor der Verwendung vor Wasser zu schützen. Der Aushärtungsprozess von Zement ist langwierig und erst nach einem Monat erreicht er seine tatsächliche Festigkeit. Stimmt, es gibt sie verschiedene Sorten Zement. Der von uns betrachtete gewöhnliche Zement heißt Silikat oder Portlandzement. Schnellhärtender Tonerdezement wird aus Tonerde, Kalkstein und Siliziumdioxid hergestellt.
Mischt man Zement mit Schotter oder Kies, erhält man Beton, der bereits ein eigenständiger Baustoff ist. Schotter und Kies werden als Füllstoffe bezeichnet. Beton hat eine hohe Festigkeit und hält hohen Belastungen stand. Es ist wasserdicht und feuerfest. Beim Erhitzen verliert es nahezu nicht an Festigkeit, da seine Wärmeleitfähigkeit sehr gering ist. Beton ist frostbeständig, schwächer radioaktive Strahlung Daher wird es als Baumaterial für Wasserbauwerke und für Schutzhüllen verwendet Kernreaktoren. Kessel sind mit Beton ausgekleidet. Wenn man Zement mit einem Schaummittel mischt, entsteht ein mit vielen Zellen durchzogener Schaumbeton. Dieser Beton ist ein guter Schalldämmer und leitet die Wärme noch schlechter als gewöhnlicher Beton.
Als eigenständiges chemisches Element wurde Silizium der Menschheit erst im Jahr 1825 bekannt. Was natürlich den Einsatz von Siliziumverbindungen in so vielen Bereichen nicht verhindert, dass es einfacher ist, diejenigen aufzulisten, in denen das Element nicht verwendet wird. Dieser Artikel beleuchtet die physikalischen, mechanischen und nützlichen chemischen Eigenschaften von Silizium und seinen Verbindungen sowie Anwendungen und wir werden auch darüber sprechen, wie Silizium die Eigenschaften von Stahl und anderen Metallen beeinflusst.
Schauen wir uns zunächst an allgemeine Charakteristiken Silizium 27,6 bis 29,5 % der Masse der Erdkruste besteht aus Silizium. Auch im Meerwasser ist die Konzentration des Elements beträchtlich – bis zu 3 mg/l.
In Bezug auf die Häufigkeit in der Lithosphäre steht Silizium nach Sauerstoff an zweiter Stelle. Seine bekannteste Form, Kieselsäure, ist jedoch ein Dioxid, und seine Eigenschaften sind die Grundlage für eine so weit verbreitete Verwendung.
In diesem Video erfahren Sie, was Silizium ist:
Konzept und Funktionen
Silizium ist ein Nichtmetall, aber unterschiedliche Bedingungen kann sowohl saure als auch basische Eigenschaften aufweisen. Es ist ein typischer Halbleiter und wird in der Elektrotechnik äußerst häufig eingesetzt. Seine physikalischen und chemischen Eigenschaften werden weitgehend durch seinen allotropen Zustand bestimmt. Am häufigsten handelt es sich um die kristalline Form, da ihre Eigenschaften in der Volkswirtschaft stärker gefragt sind.
- Silizium ist eines der grundlegenden Makroelemente im menschlichen Körper. Sein Mangel wirkt sich nachteilig auf den Zustand von Knochengewebe, Haaren, Haut und Nägeln aus. Darüber hinaus beeinflusst Silizium die Leistungsfähigkeit des Immunsystems.
- In der Medizin fanden das Element bzw. seine Verbindungen genau in dieser Eigenschaft ihre erste Anwendung. Wasser aus mit Silizium ausgekleideten Brunnen war nicht nur sauber, sondern wirkte sich auch positiv auf die Widerstandskraft gegen Infektionskrankheiten aus. Verbindungen mit Silizium dienen heute als Grundlage für Medikamente gegen Tuberkulose, Arteriosklerose und Arthritis.
- Im Allgemeinen ist das Nichtmetall wenig aktiv, es ist jedoch schwierig, es in reiner Form zu finden. Dies liegt daran, dass es an der Luft schnell durch eine Dioxidschicht passiviert wird und nicht mehr reagiert. Beim Erhitzen nimmt die chemische Aktivität zu. Dadurch ist die Menschheit viel besser mit den Zusammensetzungen der Materie vertraut als mit sich selbst.
So bildet Silizium mit fast allen Metallen Legierungen – Silizide. Sie alle zeichnen sich durch Feuerfestigkeit und Härte aus und werden in entsprechenden Bereichen eingesetzt: Gasturbinen, Ofenheizungen.
Das Nichtmetall wird in der Tabelle von D. I. Mendeleev zusammen mit Kohlenstoff und Germanium in die Gruppe 6 eingeordnet, was auf eine gewisse Gemeinsamkeit mit diesen Stoffen hinweist. Was es also mit Kohlenstoff gemeinsam hat, ist seine Fähigkeit, organische Verbindungen zu bilden. Gleichzeitig kann Silizium, wie Germanium, in einigen Fällen die Eigenschaften eines Metalls aufweisen chemische Reaktionen, das in der Synthese verwendet wird.
Vorteile und Nachteile
Wie jeder andere Stoff hat auch Silizium im Hinblick auf seine volkswirtschaftliche Nutzung bestimmte nützliche oder nicht sehr nützliche Eigenschaften. Sie sind gerade für die Bestimmung des Einsatzgebietes wichtig.
- Ein wesentlicher Vorteil des Stoffes ist sein Verfügbarkeit. In der Natur kommt es zwar nicht in freier Form vor, dennoch ist die Technologie zur Herstellung von Silizium nicht so kompliziert, wenn auch energieaufwendig.
- Der zweitwichtigste Vorteil ist Bildung vieler Verbindungen mit ungewöhnlich nützlichen Eigenschaften. Hierzu zählen Silane, Silizide, Dioxide und natürlich verschiedenste Silikate. Die Fähigkeit von Silizium und seinen Verbindungen, komplexe feste Lösungen zu bilden, ist nahezu unbegrenzt, was es ermöglicht, unendlich viele Variationen von Glas, Stein und Keramik zu erhalten.
- Halbleitereigenschaften Nichtmetall verschafft ihm einen Platz als Grundmaterial in der Elektro- und Funktechnik.
- Nichtmetall ist ungiftig, das den Einsatz in jeder Branche ermöglicht und sich gleichzeitig nicht verändert technologischer Prozess potenziell gefährlich.
Zu den Nachteilen des Materials gehört nur die relative Zerbrechlichkeit bei guter Härte. Silizium wird nicht für tragende Strukturen verwendet, aber diese Kombination ermöglicht eine ordnungsgemäße Bearbeitung der Oberfläche der Kristalle, was für den Instrumentenbau wichtig ist.
Lassen Sie uns nun über die grundlegenden Eigenschaften von Silizium sprechen.
Eigenschaften und Eigenschaften
Da kristallines Silizium in der Industrie am häufigsten verwendet wird, sind seine Eigenschaften wichtiger, und diese werden auch angegeben technische Spezifikationen. Die physikalischen Eigenschaften des Stoffes sind wie folgt:
- Schmelzpunkt – 1417 °C;
- Siedepunkt – 2600 °C;
- Die Dichte beträgt 2,33 g/cu. cm, was auf Zerbrechlichkeit hinweist;
- Die Wärmekapazität sowie die Wärmeleitfähigkeit sind selbst bei den reinsten Proben nicht konstant: 800 J/(kg K) oder 0,191 cal/(g Grad) und 84-126 W/(m K) oder 0,20-0, jeweils 30 cal/(cm·s·deg);
- transparent für langwellige Infrarotstrahlung, die in der Infrarotoptik verwendet wird;
- Dielektrizitätskonstante – 1,17;
- Härte auf der Mohs-Skala – 7.
Die elektrischen Eigenschaften eines Nichtmetalls hängen stark von Verunreinigungen ab. In der Industrie wird diese Funktion durch Modulation des gewünschten Halbleitertyps genutzt. Bei normale Temperatur Silizium ist zerbrechlich, aber bei Erwärmung über 800 °C ist eine plastische Verformung möglich.
Die Eigenschaften von amorphem Silizium sind auffallend anders: Es ist stark hygroskopisch und reagiert bereits bei normalen Temperaturen deutlich aktiver.
Struktur und chemische Zusammensetzung sowie die Eigenschaften von Silizium werden im folgenden Video besprochen:
Zusammensetzung und Struktur
Silizium kommt in zwei allotropen Formen vor, die bei normalen Temperaturen gleichermaßen stabil sind.
- Kristall hat das Aussehen eines dunkelgrauen Pulvers. Obwohl die Substanz ein diamantartiges Kristallgitter aufweist, ist sie aufgrund der zu langen Bindungen zwischen den Atomen zerbrechlich. Interessant sind seine Halbleitereigenschaften.
- Bei sehr hohe Drücke verfügbar sechseckig Modifikation mit einer Dichte von 2,55 g/cu. cm. Diese Phase hat jedoch noch keine praktische Bedeutung gefunden.
- Amorph– braunbraunes Pulver. Im Gegensatz zur kristallinen Form reagiert es viel aktiver. Dies liegt nicht so sehr an der Trägheit der ersten Form, sondern daran, dass die Substanz an der Luft mit einer Dioxidschicht bedeckt ist.
Darüber hinaus muss eine andere Art der Klassifizierung berücksichtigt werden, die sich auf die Größe der Siliziumkristalle bezieht, die zusammen den Stoff bilden. Ein Kristallgitter setzt bekanntlich eine Ordnung nicht nur der Atome voraus, sondern auch der Strukturen, die diese Atome bilden – die sogenannte Fernordnung. Je größer es ist, desto homogener sind die Eigenschaften des Stoffes.
- Monokristallin– Die Probe besteht aus einem Kristall. Seine Struktur ist maximal geordnet, seine Eigenschaften sind homogen und gut vorhersagbar. Dies ist der Werkstoff, der in der Elektrotechnik am meisten nachgefragt wird. Allerdings handelt es sich auch um eine der teuersten Arten, da der Gewinnungsprozess komplex und die Wachstumsrate gering ist.
- Multikristallin– Die Probe besteht aus einer Reihe großer kristalliner Körner. Die Grenzen zwischen ihnen bilden zusätzliche Defektebenen, was die Leistung der Probe als Halbleiter verringert und zu einem schnelleren Verschleiß führt. Die Technologie zur Züchtung von Multikristallen ist einfacher und daher das Material billiger.
- Polykristallin– besteht aus einer großen Anzahl von Körnern, die zufällig relativ zueinander angeordnet sind. Dies ist die reinste Art von Industriesilizium, das in der Mikroelektronik und Solarenergie verwendet wird. Wird häufig als Rohstoff für die Züchtung von Multi- und Einkristallen verwendet.
- Auch amorphes Silizium nimmt in dieser Klassifizierung eine gesonderte Stellung ein. Dabei bleibt die Ordnung der Atome nur bei kürzesten Abständen erhalten. In der Elektrotechnik wird es jedoch immer noch in Form dünner Schichten eingesetzt.
Nichtmetallische Produktion
Aufgrund der Inertheit seiner Verbindungen ist es nicht so einfach, reines Silizium zu erhalten hohe Temperatur die meisten davon schmelzen. In der Industrie greifen sie am häufigsten auf die Reduzierung mit Kohlendioxid aus Kohlendioxid zurück. Die Reaktion wird in Lichtbogenöfen bei einer Temperatur von 1800 °C durchgeführt. Auf diese Weise wird ein Nichtmetall mit einer Reinheit von 99,9 % erhalten, was für seine Verwendung nicht ausreicht.
Das resultierende Material wird chloriert, um Chloride und Hydrochloride zu erzeugen. Die Anschlüsse werden dann von allen gereinigt mögliche Methoden von Verunreinigungen befreit und mit Wasserstoff reduziert.
Die Substanz kann auch durch Gewinnung von Magnesiumsilizid gereinigt werden. Das Silizid wird Salz- oder Essigsäure ausgesetzt. Es wird Silan gewonnen und dieses durch verschiedene Methoden gereinigt – Sorption, Rektifikation usw. Anschließend wird das Silan bei einer Temperatur von 1000 °C in Wasserstoff und Silizium zersetzt. Dabei entsteht ein Stoff mit einem Verunreinigungsanteil von 10 -8 -10 -6 %.
Anwendung des Stoffes
Für die Industrie sind die elektrophysikalischen Eigenschaften eines Nichtmetalls von größtem Interesse. Seine Einkristallform ist ein Halbleiter mit indirekter Lücke. Seine Eigenschaften werden durch Verunreinigungen bestimmt, wodurch es möglich ist, Siliziumkristalle mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten. So ermöglicht die Zugabe von Bor und Indium die Züchtung eines Kristalls mit Lochleitfähigkeit, und die Zugabe von Phosphor oder Arsen ermöglicht die Züchtung eines Kristalls mit elektronischer Leitfähigkeit.
- Silizium dient im wahrsten Sinne des Wortes als Grundlage der modernen Elektrotechnik. Daraus werden Transistoren, Fotozellen, integrierte Schaltkreise, Dioden usw. hergestellt. Darüber hinaus wird die Funktionalität des Geräts fast immer nur durch die oberflächennahe Schicht des Kristalls bestimmt, die ganz spezifische Anforderungen an die Oberflächenbehandlung stellt.
- In der Metallurgie wird technisches Silizium sowohl als Legierungsmodifikator – es verleiht eine höhere Festigkeit – als auch als Bestandteil – beispielsweise und als Desoxidationsmittel – bei der Herstellung von Gusseisen verwendet.
- Hochreine und gereinigte metallurgische Materialien bilden die Grundlage der Solarenergie.
- Nichtmetallisches Dioxid kommt in der Natur sehr vor verschiedene Formen. Seine Kristallarten – Opal, Achat, Karneol, Amethyst, Bergkristall – haben ihren Platz im Schmuck gefunden. Modifikationen, die optisch nicht so attraktiv sind – Feuerstein, Quarz – werden in der Metallurgie, im Bauwesen und in der Radioelektronik verwendet.
- Eine Verbindung eines Nichtmetalls mit Kohlenstoff, Karbid, wird in der Metallurgie, im Instrumentenbau usw. verwendet Chemieindustrie. Es handelt sich um einen Breitbandhalbleiter, der sich durch eine hohe Härte (7 auf der Mohs-Skala) und eine Festigkeit auszeichnet, die den Einsatz als Schleifmaterial ermöglicht.
- Silikate – also Salze der Kieselsäure. Instabil, zersetzt sich leicht unter Temperatureinfluss. Ihr bemerkenswertes Merkmal ist, dass sie zahlreiche und vielfältige Salze bilden. Letztere sind jedoch die Grundlage für die Herstellung von Glas, Keramik, Steingut, Kristall usw. Das können wir mit Sicherheit sagen moderne Konstruktion basiert auf einer Vielzahl von Silikaten.
- Glas stellt hier den interessantesten Fall dar. Seine Basis sind Alumosilikate, aber geringfügige Beimischungen anderer Stoffe – meist Oxide – verleihen dem Material viele verschiedene Eigenschaften, darunter auch Farbe. -, Steingut, Porzellan hat tatsächlich die gleiche Formel, allerdings mit einem anderen Verhältnis der Komponenten, und auch seine Vielfalt ist erstaunlich.
- Das Nichtmetall hat noch eine weitere Fähigkeit: Es bildet kohlenstoffähnliche Verbindungen in Form einer langen Kette von Siliziumatomen. Solche Verbindungen werden Organosiliciumverbindungen genannt. Nicht weniger bekannt ist ihr Anwendungsbereich – das sind Silikone, Dichtstoffe, Schmierstoffe und so weiter.
Silizium ist ein sehr verbreitetes Element und hat in vielen Bereichen der Volkswirtschaft eine ungewöhnlich große Bedeutung. Darüber hinaus wird nicht nur der Stoff selbst, sondern alle seine verschiedenen und zahlreichen Verbindungen aktiv genutzt.
In diesem Video erfahren Sie mehr über die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Silizium:
Silizium (Si) ist ein Nichtmetall, das hinsichtlich der Reserven und des Vorkommens auf der Erde (25,8 % im Jahr) an zweiter Stelle nach Sauerstoff steht Erdkruste). Es kommt praktisch nie in reiner Form vor; es kommt auf dem Planeten hauptsächlich in Form von Verbindungen vor.
Eigenschaften von Silizium
Physikalische Eigenschaften
Silizium ist ein sprödes, hellgraues metallisches Material oder pulverförmiges Material Braun. Die Struktur eines Siliziumkristalls ähnelt der von Diamant, aufgrund der unterschiedlichen Bindungslängen zwischen den Atomen ist die Härte von Diamant jedoch viel höher.
Silizium ist ein für elektromagnetische Strahlung zugängliches Nichtmetall. Aufgrund einiger Eigenschaften liegt es in der Mitte zwischen Nichtmetallen und Metallen:
Bei einer Temperaturerhöhung auf 800 °C wird es flexibel und plastisch;
Beim Erhitzen auf 1417 °C schmilzt es;
Beginnt bei Temperaturen über 2600 °C zu sieden;
Ändert die Dichte bei hohem Druck;
Hat die Eigenschaft, entgegen der Richtung der Außenrichtung magnetisiert zu werden Magnetfeld(Diamagnet).
Silizium ist ein Halbleiter und wird durch die in seinen Legierungen enthaltenen Verunreinigungen bestimmt Elektrische Eigenschaften zukünftige Verbindungen.
Chemische Eigenschaften
Beim Erhitzen reagiert Si mit Sauerstoff, Brom, Jod, Stickstoff, Chlor und verschiedene Metalle. In Kombination mit Kohlenstoff entstehen harte Legierungen mit thermischer und chemischer Beständigkeit.
Silizium reagiert in keiner Weise mit Wasserstoff, daher werden alle möglichen Mischungen damit auf unterschiedliche Weise erhalten.
Bei normale Bedingungen Es reagiert schwach mit allen Substanzen außer Fluorgas. Dabei entsteht Siliziumtetrafluorid SiF4. Diese Inaktivität erklärt sich dadurch, dass sich durch eine Reaktion mit Sauerstoff, Wasser, dessen Dampf und Luft ein Film aus Siliziumdioxid auf der Oberfläche des Nichtmetalls bildet und dieses umhüllt. Daher ist die chemische Wirkung langsam und unbedeutend.
Um diese Schicht zu entfernen, verwenden Sie eine Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure oder wässrige Lösungen Alkalien. Einige spezielle Flüssigkeiten erfordern hierfür die Zugabe von Chromsäureanhydrid und anderen Stoffen.
Silizium in der Natur finden
Silizium ist für die Erde genauso wichtig wie Kohlenstoff für Pflanzen und Tiere. Seine Kruste besteht fast zur Hälfte aus Sauerstoff, und wenn man dazu Silizium hinzufügt, erhält man 80 % der Masse. Diese Verbindung ist für die Bewegung chemischer Elemente sehr wichtig.
75 % der Lithosphäre enthalten verschiedene Salze Kieselsäuren und Mineralien (Sand, Quarzit, Feuerstein, Glimmer, Feldspat usw.). Bei der Bildung von Magma und verschiedenen magmatischen Gesteinen reichert sich Si in Graniten und ultramafischen Gesteinen (Plutongestein und Vulkangestein) an.
Im menschlichen Körper gibt es 1 g Silizium. Die meisten kommen in Knochen, Sehnen, Haut und Haaren, Lymphknoten, Aorta und Luftröhre vor. Es ist am Wachstum von Binde- und Knochengewebe beteiligt und erhält außerdem die Elastizität der Blutgefäße.
Die tägliche Aufnahmemenge für einen Erwachsenen beträgt 5 - 20 mg. Überschuss verursacht Silikose.
Anwendungen von Silizium in der Industrie
Dieses Nichtmetall ist dem Menschen seit der Steinzeit bekannt und wird auch heute noch häufig verwendet.
Anwendung:
Es ist ein gutes Reduktionsmittel und wird daher in der Metallurgie zur Herstellung von Metallen verwendet.
Silizium kann unter bestimmten Bedingungen Strom leiten und wird daher in der Elektronik eingesetzt.
Siliziumoxid wird bei der Herstellung von Gläsern und Silikatmaterialien verwendet.
Für die Herstellung von Halbleiterbauelementen werden spezielle Legierungen verwendet.
DEFINITION
Silizium- das vierzehnte Element des Periodensystems. Bezeichnung - Si vom lateinischen „silicium“. Befindet sich in der dritten Periode, Gruppe IVA. Bezieht sich auf Nichtmetalle. Die Atomladung beträgt 14.
Silizium ist eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste. Es macht 27 % (Gew.) des für unsere Studie zugänglichen Teils der Erdkruste aus und liegt damit nach Sauerstoff an zweiter Stelle. In der Natur kommt Silizium nur in Verbindungen vor: in Form von Siliziumdioxid SiO 2, genannt Siliziumanhydrid oder Kieselsäure, in Form von Salzen von Kieselsäuren (Silikate). Alumosilikate sind in der Natur am weitesten verbreitet, d.h. Silikate, die Aluminium enthalten. Dazu gehören Feldspäte, Glimmer, Kaolin usw.
Silizium ist wie Kohlenstoff Bestandteil aller organischen Substanzen das wichtigste Element Pflanzen- und Tierreich.
Unter normalen Bedingungen ist Silizium eine dunkelgraue Substanz (Abb. 1). Es sieht aus wie Metall. Feuerfest – Schmelzpunkt liegt bei 1415 °C. Zeichnet sich durch hohe Härte aus.
Reis. 1. Silizium. Aussehen.
Atom- und Molekülmasse von Silizium
Die relative Molekülmasse einer Substanz (M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und die relative Atommasse eines Elements (A r). wie oft Durchschnittsgewicht Atome eines chemischen Elements haben mehr als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms.
Da Silizium im freien Zustand in Form einatomiger Si-Moleküle vorliegt, sind die Werte seiner atomaren und Molekulargewicht zusammenpassen. Sie betragen 28,084.
Allotropie und allotrope Modifikationen von Silizium
Silizium kann in zwei Formen vorliegen allotrope Modifikationen: diamantartig (kubisch) (stabil) und graphitartig (instabil). Diamantartiges Silizium kommt im Feststoff vor Aggregatzustand und graphitartig - in amorpher Form. Sie unterscheiden sich auch im Aussehen und in der chemischen Aktivität.
Kristallines Silizium ist eine dunkelgraue Substanz mit metallischem Glanz, amorphes Silizium ist ein braunes Pulver. Die zweite Modifikation ist reaktiver als die erste.
Isotope von Silizium
Es ist bekannt, dass Silizium in der Natur in Form der drei stabilen Isotope 28 Si, 29 Si und 30 Si vorkommt. Ihre Massenzahlen betragen 28, 29 bzw. 30. Der Kern eines Atoms des Siliziumisotops 28 Si enthält vierzehn Protonen und vierzehn Neutronen, und die Isotope 29 Si und 30 Si enthalten die gleiche Anzahl an Protonen, nämlich fünfzehn bzw. sechzehn Neutronen.
Es gibt künstliche Siliziumisotope mit Massenzahlen von 22 bis 44, von denen 32 Si mit einer Halbwertszeit von 170 Jahren das langlebigste ist.
Siliziumionen
Auf dem äußeren Energieniveau des Siliziumatoms befinden sich vier Elektronen, die Valenz sind:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 .
Durch chemische Wechselwirkung kann Silizium seine Valenzelektronen abgeben, d.h. Seien Sie ihr Donor und verwandeln Sie sich in ein positiv geladenes Ion oder nehmen Sie Elektronen von einem anderen Atom auf, d. h. ein Akzeptor sein und sich in ein negativ geladenes Ion verwandeln:
Si 0 -4e → Si 4+ ;
Si 0 +4e → Si 4- .
Siliziummolekül und -atom
Im freien Zustand liegt Silizium in Form einatomiger Si-Moleküle vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Siliziumatom und -molekül charakterisieren:
Siliziumlegierungen
Silizium wird in der Metallurgie verwendet. Es dient als Bestandteil vieler Legierungen. Die wichtigsten davon sind Legierungen auf Basis von Eisen, Kupfer und Aluminium.
Beispiele für Problemlösungen
BEISPIEL 1
| Übung | Wie viel Silizium(IV)-oxid mit 0,2 Massenverunreinigungen ist erforderlich, um 6,1 g Natriumsilikat zu erhalten? |
| Lösung | Schreiben wir die Reaktionsgleichung zur Herstellung von Natriumsilikat aus Silizium(IV)-oxid: SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O. Lassen Sie uns die Menge an Natriumsilikat ermitteln: n(Na 2 SiO 3) = m (Na 2 SiO 3) / M(Na 2 SiO 3); n(Na 2 SiO 3) = 6,1 / 122 = 0,05 mol. Gemäß der Reaktionsgleichung n(Na 2 SiO 3) : n(SiO 2) = 1:1, d.h. n(Na 2 SiO 3) = n(SiO 2) = 0,05 mol. Die Masse von Silizium(IV)-oxid (ohne Verunreinigungen) beträgt: M(SiO 2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 g/mol. m reines (SiO 2) = n(SiO 2) ×M(SiO 2) = 0,05 × 60 = 3 g. Dann ist die für die Reaktion erforderliche Masse an Silizium(IV)-oxid gleich: m(SiO 2) =m reines (SiO 2)/w Verunreinigung = 3 / 0,2 = 15 g. |
| Antwort | 15 g |
BEISPIEL 2
| Übung | Welche Masse an Natriumsilikat kann durch Verschmelzen von Silicium(IV)-oxid mit 64,2 g Soda gewonnen werden, Massenanteil Verunreinigungen, die 5 % ausmachen? |
| Lösung | Schreiben wir die Reaktionsgleichung zur Herstellung von Natriumsilikat durch Verschmelzen von Soda und Silizium(IV)-oxid: SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2 -. Bestimmen wir die theoretische Masse von Soda (berechnet mit der Reaktionsgleichung): n(Na 2 CO 3) = 1 mol. M(Na 2 CO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 g/mol. m(Na 2 CO 3) = n(Na 2 CO 3) ×M(Na 2 CO 3) = 1 × 106 = 106g. Lassen Sie uns die praktische Masse von Soda ermitteln: w rein (Na 2 CO 3) = 100 % – w Verunreinigung = 100 % – 5 % = 95 % = 0,95. m rein (Na 2 CO 3) = m (Na 2 CO 3) ×w rein (Na 2 CO 3); m rein (Na 2 CO 3) = 64,2 × 0,95 = 61 g. Berechnen wir die theoretische Masse von Natriumsilikat: n(Na 2 SiO 3) = 1 mol. M(Na 2 SiO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 g/mol. m(Na 2 SiO 3) = n(Na 2 SiO 3) ×M(Na 2 SiO 3) = 1 × 122 = 122g. Die praktische Masse von Natriumsilikat soll x g sein. 61 g Na 2 CO 3 – x g Na 2 SiO 3; 106 g Na 2 CO 3 - 122 g Na 2 SiO 3. Daher ist x gleich: x = 122 × 61 / 106 = 70,2 g. Dies bedeutet, dass die Masse des freigesetzten Natriumsilikats 70,2 g beträgt. |
| Antwort | 70,2 g |
CPU? Sand? Welche Assoziationen haben Sie mit diesem Wort? Oder vielleicht Silicon Valley?
Wie dem auch sei, wir begegnen Silizium jeden Tag, und wenn Sie wissen möchten, was Si ist und womit es gegessen wird, wenden Sie sich bitte an die Katze.
Einführung
Als Student an einer der Moskauer Universitäten mit Spezialisierung auf Nanomaterialien wollte ich Ihnen, lieber Leser, die wichtigsten chemischen Elemente unseres Planeten vorstellen. Ich habe lange darüber nachgedacht, wo ich anfangen soll, Kohlenstoff oder Silizium, und habe mich trotzdem entschieden, bei Si aufzuhören, weil das Herzstück jedes modernen Geräts sozusagen natürlich darauf basiert. Ich werde versuchen, meine Gedanken auf äußerst einfache und zugängliche Weise auszudrücken. Ich habe mich hauptsächlich an Anfänger gewandt, aber auch Fortgeschrittene werden in der Lage sein, etwas Interessantes zu lernen ausschließlich geschrieben, um den Horizont der Interessierten zu erweitern. Also lasst uns anfangen.Silizium
Silizium (lat. Silicium), Si, chemisches Element der Gruppe IV Periodensystem Mendelejew; Ordnungszahl 14, Atommasse 28.086.In der Natur wird das Element durch drei stabile Isotope repräsentiert: 28Si (92,27 %), 29Si (4,68 %) und 30Si (3,05 %).
Dichte (bei Nr.) 2,33 g/cm³
Schmelzpunkt 1688 K
Pulver Si
Historische Referenz
Die auf der Erde weit verbreiteten Siliziumverbindungen sind dem Menschen bereits seit der Steinzeit bekannt. Der Einsatz von Steinwerkzeugen für Arbeit und Jagd wurde mehrere Jahrtausende lang fortgesetzt. Die Verwendung von Siliziumverbindungen im Zusammenhang mit deren Verarbeitung – der Glasherstellung – begann etwa 3000 v. Chr. e. (V Antikes Ägypten). Die früheste bekannte Siliziumverbindung ist SiO2-Oxid (Kieselsäure). Im 18. Jahrhundert galt Kieselsäure als einfacher Feststoff und wurde (wie der Name schon sagt) als „Erde“ klassifiziert. Die Komplexität der Zusammensetzung von Kieselsäure wurde von I. Ya. 1825 gewann er erstmals elementares Silizium aus Siliziumfluorid SiF4, indem er dieses mit Kaliummetall reduzierte. Das neue Element erhielt den Namen „Silizium“ (vom lateinischen Silex – Feuerstein). Russischer Name 1834 von G.I. Hess eingeführt.
Silizium kommt in der Natur sehr häufig als Bestandteil von gewöhnlichem Sand vor.
Verbreitung von Silizium in der Natur
Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste (nach Sauerstoff), sein durchschnittlicher Gehalt in der Lithosphäre beträgt 29,5 % (bezogen auf die Masse). In der Erdkruste spielt Silizium die gleiche wichtige Rolle wie Kohlenstoff bei Tieren und Tieren Flora. Für die Geochemie von Silizium ist seine extrem starke Verbindung mit Sauerstoff wichtig. Etwa 12 % der Lithosphäre besteht aus Siliziumdioxid SiO2 in Form des Minerals Quarz und seiner Varianten. 75 % der Lithosphäre bestehen aus verschiedenen Silikaten und Alumosilikaten (Feldspäte, Glimmer, Amphibole usw.). Gesamtzahl Mineralien, die Kieselsäure enthalten, überschreiten 400.Physikalische Eigenschaften von Silizium
Ich glaube nicht, dass es viel Sinn macht, hier aufzuhören, das ist alles physikalische Eigenschaften sind frei verfügbar, aber ich werde die grundlegendsten auflisten.Siedepunkt 2600 °C
Silizium ist für langwellige Infrarotstrahlen transparent
Dielektrizitätskonstante 11,7
Silizium Mohshärte 7,0
Ich möchte sagen, dass Silizium ein sprödes Material ist; bei Temperaturen über 800 °C beginnt eine spürbare plastische Verformung.
Silizium ist ein Halbleiter und wird daher häufig verwendet. Die elektrischen Eigenschaften von Silizium hängen stark von Verunreinigungen ab.
Chemische Eigenschaften von Silizium
Natürlich könnte man hier viel sagen, aber ich werde mich auf das Interessanteste konzentrieren. In Si-Verbindungen (ähnlich wie Kohlenstoff) 4-valent.An der Luft ist Silizium aufgrund der Bildung eines schützenden Oxidfilms auch bei erhöhten Temperaturen stabil. In Sauerstoff oxidiert es ab 400 °C und bildet Siliziumoxid (IV) SiO2.
Silizium ist säurebeständig und löst sich nur in einer Mischung aus Salpeter- und Flusssäure und löst sich leicht in heißen Alkalilösungen unter Freisetzung von Wasserstoff.
Silizium bildet 2 Gruppen sauerstoffhaltiger Silane – Siloxane und Siloxene. Von großer praktischer Bedeutung ist das Nitrid Si3N4, das auch bei 1200 °C an der Luft nicht oxidiert, beständig gegen Säuren (außer Salpetersäure) und Laugen sowie gegen geschmolzene Metalle ist Schlacken, was es zu einem wertvollen Material für die chemische Industrie sowie für die Herstellung von Feuerfestmaterialien macht. Siliziumverbindungen mit Kohlenstoff (Siliziumkarbid SiC) und Bor (SiB3, SiB6, SiB12) zeichnen sich durch eine hohe Härte sowie thermische und chemische Beständigkeit aus.
Beschaffung von Silizium
Ich denke, das ist der interessanteste Teil, schauen wir uns das hier genauer an.Je nach Zweck gibt es:
1. Silizium in elektronischer Qualität(sogenanntes „elektronisches Silizium“) – Silizium höchster Qualität mit einem Siliziumgehalt von über 99,999 Gew.-%. Der spezifische elektrische Widerstand von Silizium elektronischer Qualität kann im Bereich von etwa 0,001 bis 150 Ohm cm liegen, der Widerstandswert muss jedoch sichergestellt werden, dass ausschließlich eine bestimmte Verunreinigung vorliegt, d. h. das Eindringen anderer Verunreinigungen in den Kristall, selbst wenn sie einen bestimmten elektrischen Widerstand bereitstellen, ist in der Regel nicht akzeptabel.
2. Silizium in Solarqualität(sogenanntes „Solarsilizium“) – Silizium mit einem Siliziumgehalt von über 99,99 Gew.-%, das zur Herstellung von Photovoltaik-Wandlern (Solarbatterien) verwendet wird.
3. Technisches Silizium- Siliziumblöcke mit polykristalliner Struktur, die durch carbothermische Reduktion aus reinem Quarzsand gewonnen werden; enthält 98 % Silizium, die Hauptverunreinigung ist Kohlenstoff, gekennzeichnet durch einen hohen Gehalt an Legierungselementen - Bor, Phosphor, Aluminium; Wird hauptsächlich zur Herstellung von polykristallinem Silizium verwendet.
Es wird Silizium in technischer Reinheit (95-98 %) gewonnen elektrischer Lichtbogen Reduktion von Siliciumdioxid SiO2 zwischen Graphitelektroden. Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie wurden Methoden entwickelt, um reines und insbesondere reines Material zu erhalten reines Silizium. Dies erfordert die Vorsynthese reinster Siliziumausgangsverbindungen, aus denen durch Reduktion oder thermische Zersetzung Silizium gewonnen wird.
Polykristallines Silizium („Polysilizium“) ist die reinste Form industriell hergestellten Siliziums – ein Halbzeug, das durch Reinigung von technischem Silizium mittels Chlorid- und Fluoridverfahren gewonnen und zur Herstellung von mono- und multikristallinem Silizium verwendet wird.
Traditionell wird polykristallines Silizium aus technischem Silizium durch Umwandlung in flüchtige Silane (Monosilan, Chlorsilane, Fluorsilane) gewonnen, gefolgt von der Abtrennung der resultierenden Silane, der rektifizierenden Reinigung des ausgewählten Silans und der Reduktion des Silans zu metallischem Silizium.
Reines Halbleitersilizium wird in zwei Formen gewonnen: polykristallin(Reduktion von SiCl4 oder SiHCl3 mit Zink oder Wasserstoff, thermische Zersetzung von SiI4 und SiH4) und monokristallin(Tiegelfreies Zonenschmelzen und „Ziehen“ eines Einkristalls aus geschmolzenem Silizium – Czochralski-Methode). 
Hier sehen Sie den Prozess der Siliziumzüchtung nach der Czochralski-Methode.
Czochralski-Methode- eine Methode zum Züchten von Kristallen, indem man sie von der freien Oberfläche eines großen Schmelzvolumens nach oben zieht, wobei die Kristallisation eingeleitet wird, indem ein Impfkristall (oder mehrere Kristalle) einer bestimmten Struktur und kristallographischen Ausrichtung mit der freien Oberfläche der Schmelze in Kontakt gebracht werden schmelzen.
Anwendung von Silizium
Speziell dotiertes Silizium wird häufig als Material für die Herstellung von Halbleiterbauelementen (Transistoren, Thermistoren, Leistungsgleichrichter, Thyristoren; in Raumfahrzeugen verwendete Solarphotovoltaikzellen und viele andere Dinge) verwendet.Da Silizium für Strahlen mit Wellenlängen von 1 bis 9 Mikrometern durchlässig ist, wird es in der Infrarotoptik verwendet.
Silizium hat vielfältige und wachsende Anwendungen. In der Metallurgie Si
Wird verwendet, um in geschmolzenen Metallen gelösten Sauerstoff zu entfernen (Desoxidation).
Silizium ist ein integraler Bestandteil große Zahl Legierungen aus Eisen und Nichteisenmetallen.
Typischerweise verleiht Silizium Legierungen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit, verbessert ihre Gusseigenschaften und erhöht die mechanische Festigkeit; Bei höheren Konzentrationen kann Silizium jedoch zu Sprödigkeit führen.
Die wichtigsten sind Eisen, Kupfer und Aluminiumlegierungen, Silizium enthaltend.
Silizium wird in der Glas-, Zement-, Keramik-, Elektro- und anderen Industrie verarbeitet.
Hochreines Silizium wird hauptsächlich für die Herstellung einzelner elektronischer Geräte (z. B. Ihres Computerprozessors) und von Einzelchip-Mikroschaltungen verwendet.
Reines Silizium, hochreine Siliziumabfälle und gereinigtes metallurgisches Silizium in Form von kristallinem Silizium sind die Hauptrohstoffe für Solarenergie.
Monokristallines Silizium wird neben Elektronik und Solarenergie zur Herstellung von Gaslaserspiegeln verwendet.
Hochreines Silizium und seine Produkte