Silicij je eden najbolj zahtevanih elementov v tehnologiji in industriji. To je posledica svojih nenavadnih lastnosti. Danes obstaja veliko različnih spojin tega elementa, ki igrajo pomembno vlogo pri sintezi in ustvarjanju tehničnih izdelkov, posode, stekla, opreme, gradbenih in zaključnih materialov, nakita in drugih industrij.
Splošne značilnosti silicija
Če upoštevamo položaj silicija v periodnem sistemu, lahko rečemo to:
- Nahaja se v skupini IV glavne podskupine.
- Redna številka 14.
- Atomska masa 28, 086.
- Kemični simbol Si.
- Ime - silicij, ali v latinščini - silicij.
- Elektronska konfiguracija zunanje plasti 4e:2e:8e.
Kristalna mreža silicija je podobna diamantni. Atomi se nahajajo na vozliščih, njegov tip je kubičen s licem. Vendar se zaradi daljše dolžine vezi fizične lastnosti silicija zelo razlikujejo od lastnosti alotropne modifikacije ogljika.
fizikalne in kemijske lastnosti
Obstajata dvaalotropne modifikacije tega elementa: amorfne in kristalne. Zelo sta si podobna. Vendar pa je, tako kot pri drugih snoveh, glavna razlika med njimi kristalna mreža silicija.
V tem primeru sta obe modifikaciji pudra različnih barv.
1. Kristalni silicij je temno siv sijoč kovini podoben prah. Njegova struktura ustreza diamantu, vendar so lastnosti drugačne. Ima:
- krhkost;
- nizka trdota;
- polprevodniške lastnosti;
- tališče 14150C;
- 2,33g/cm3;
- vrelišče 27000C.
Njegova kemična aktivnost je nizka v primerjavi z drugimi alotropnimi oblikami.
2. Amorfni silicij - rjavo-rjav prah, ima strukturo zelo neurejenega diamanta. Kemična aktivnost je precej visoka.
Na splošno velja omeniti, da silicij ne mara reagirati. Da bi reagiral, potrebujete temperaturo vsaj 400-5000C. V teh pogojih nastanejo različne kemične spojine silicija. Na primer:
- oksidi;
- halogenidi;
- silicidi;
- nitridi;
- borides;
- karbidi.
Možna interakcija silicija z dušikovo kislino ali alkalijo, kar imenujemo postopek jedkanja. Organosilicijeve spojine so zelo razširjene in postajajo vse bolj pogoste danes.
Biti v naravi
Silicij najdemo v naravi v precejšnji količini. Po razširjenosti je na drugem mestu za kisikom. Njegov masni delež je približno 30%. Tudi morska voda vsebuje ta element v približni koncentraciji 3 mg/l. Zato ni mogoče reči, da je silicij redek element v naravi.
Nasprotno, obstaja veliko različnih kamnin in mineralov, v katerih se pojavlja in iz katerih ga je mogoče pridobivati. Najpogostejše naravne spojine silicija so naslednje:
- silicijev dioksid. Kemijska formula je SiO2. Obstaja dokaj veliko različnih oblik mineralov in kamnin na njegovi osnovi: pesek, kremen, feldspar, kremen, kamniti kristal, ametist, kalcedon, karneol, opal, jaspis in drugi.
- Silikati in aluminosilikati. Kaolin, škropilnice, sljuda, soli silicijeve kisline, azbest, smukec.
Tako je silicij v naravi zelo razširjen, njegove spojine pa so priljubljene in povpraševane med ljudmi za tehnične namene.
Silicij in njegove spojine
Ker zadevni element ne more obstajati v svoji čisti obliki, so zato pomembne njegove različne spojine. S kemičnega vidika lahko kaže tri oksidacijska stanja: +2, +4, -4. Izhajajoč iz tega, pa tudi iz svoje inertnosti, vendar posebnega v strukturi kristalne mreže, tvori naslednje glavne vrste snovi:
- binarne spojine z nekovinami (silan, karbid, nitrid, fosfid in tako naprej;
- oksidi;
- silicijkislina;
- kovinski silikati.
Poglejmo podrobneje pomen silicija in njegovih spojin, ki so najpogostejši in za ljudi povpraševani.
Silicijevi oksidi
Obstajata dve vrsti te snovi, izraženi s formulami:
- SiO;
- SiO2.
Vendar je najbolj razširjen dioksid. V naravi obstaja v obliki zelo lepih poldragih kamnov:
- ahat;
- kalcedon;
- opal;
- karneol;
- jasper;
- ametist;
- rhinestone.
Uporaba silicija v tej obliki je našla svojo uporabo pri izdelavi nakita. Iz teh poldragih in poldragih kamnov je narejen neverjetno lep zlati in srebrn nakit.
Še nekaj različic silicijevega dioksida:
- kvarc;
- reka in kremenčev pesek;
- flint;
- feldspars.
Uporaba silicija v teh vrstah se izvaja v gradbeništvu, inženiringu, radijski elektroniki, kemični industriji in metalurgiji. Našteti oksidi skupaj spadajo v eno samo snov - silicijev dioksid.
Silicijev karbid in njegove uporabe
Silicij in njegove spojine so materiali prihodnosti in sedanjosti. Eden od teh materialov je karborund ali karbid tega elementa. Kemijska formula SiC. Pojavlja se naravno kot mineral moissanite.
V svoji čisti obliki je spojina ogljika in silicija čudovitaprozorni kristali, ki spominjajo na diamantne strukture. Vendar se zeleno in črno obarvane snovi uporabljajo za tehnične namene.
Glavne značilnosti te snovi, ki omogočajo njeno uporabo v metalurgiji, inženirstvu, kemični industriji, so naslednje:
- polprevodnik s široko režo;
- zelo visoka trdnost (7 po Mohsovi lestvici);
- odporno na visoke temperature;
- odličen električni upor in toplotna prevodnost.
Vse to omogoča uporabo karborunda kot abrazivnega materiala v metalurgiji in kemični sintezi. In tudi na njegovi podlagi proizvajati LED diode širokega spektra, dele za talilne peči stekla, šobe, bakle, nakit (moissanit je cenjen več kot kubični cirkonij).
Silan in njegov pomen
Vodikova spojina silicija se imenuje silan in je ni mogoče pridobiti z neposredno sintezo iz izhodnih materialov. Za pridobitev se uporabljajo silicidi različnih kovin, ki jih obdelamo s kislinami. Posledično se sprosti plinasti silan in nastane kovinska sol.
Zanimivo je, da se zadevna povezava nikoli ne oblikuje sama. Vedno kot posledica reakcije dobimo zmes mono-, di- in trisilana, v kateri so atomi silicija med seboj povezani v verige.
Po svojih lastnostih so te spojine močna redukcijska sredstva. Hkrati se sami zlahka oksidirajo s kisikom, včasih s eksplozijo. Pri halogenih so reakcije vedno burne, z veliko emisijoenergija.
Aplikacije silanov so naslednje:
- Reakcije organske sinteze, pri katerih nastanejo pomembne organosilicijeve spojine - silikoni, gume, tesnila, maziva, emulzije in drugo.
- Mikroelektronika (LCD monitorji, integrirana tehnična vezja itd.).
- Pridobitev ultra čistega polisilicija.
- Zobozdravstvo s protetiko.
Tako je pomen silanov v sodobnem svetu velik.
Silicijeva kislina in silikati
Hidroksid zadevnega elementa so različne silicijeve kisline. Označi:
- meta;
- orto;
- polisilicijeve in druge kisline.
Vse jih združujejo skupne lastnosti - izjemna nestabilnost v prostem stanju. Pod vplivom temperature zlahka razpadejo. V normalnih pogojih ne obstajajo dolgo in se najprej spremenijo v sol in nato v gel. Po sušenju se takšne strukture imenujejo silikageli. Uporabljajo se kot adsorbenti v filtrih.
Pomembne z vidika industrije so soli silicijeve kisline - silikati. So osnova za proizvodnjo snovi, kot so:
- steklo;
- beton;
- cement;
- zeolit;
- kaolin;
- porcelan;
- faience;
- kristal;
- keramika.
Silikati alkalijskih kovin so topni, vsi drugi pa ne. Zato se natrijev in kalijev silikat imenuje tekoče steklo. Navadno pisarniško lepilo - to je natrijsol silicijeve kisline.
A najbolj zanimive spojine so še vedno očala. Ne glede na to, koliko variant te snovi so se domislili! Danes dobijo barvne, optične, mat možnosti. Steklenina je presenetljiva s svojim sijajem in raznolikostjo. Z dodajanjem določenih kovinskih in nekovinskih oksidov v mešanico lahko proizvedemo najrazličnejše vrste stekla. Včasih celo enaka sestava, vendar različen odstotek sestavin vodi do razlike v lastnostih snovi. Primer sta porcelan in fajansa, katerih formula je SiO2AL2O3 K 2O.
Kvarčno steklo je oblika zelo čistega izdelka, katerega sestava je opisana kot silicijev dioksid.
Odkritja silicijevih spojin
V zadnjih nekaj letih raziskav je bilo dokazano, da so silicij in njegove spojine najpomembnejši udeleženci normalnega stanja živih organizmov. S pomanjkanjem ali presežkom tega elementa se pojavijo bolezni, kot so:
- rak;
- tuberkuloza;
- artritis;
- katarakta;
- gobavost;
- dizenterija;
- revmatizem;
- hepatitis in drugi.
Sam proces staranja je povezan tudi s kvantitativno vsebnostjo silicija. Številni poskusi na sesalcih so dokazali, da se ob pomanjkanju elementa pojavijo srčni infarkti, možganska kap, rak in aktivira se virus hepatitisa.
