Jelaskan silikon. Silikon dan senyawanya - Knowledge Hypermarket. Sifat fisik dan kimia

Banyak perangkat dan peralatan teknologi modern diciptakan karena sifat unik zat yang ditemukan di alam. Umat ​​​​manusia, melalui eksperimen dan studi yang cermat terhadap unsur-unsur di sekitar kita, terus-menerus memodernisasi penemuannya sendiri - proses ini disebut kemajuan teknis. Hal ini didasarkan pada hal-hal dasar yang dapat diakses oleh semua orang di sekitar kita dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, pasir: apa yang mengejutkan dan tidak biasa darinya? Para ilmuwan mampu mengisolasi silikon darinya, suatu unsur kimia yang tanpanya teknologi komputer tidak akan ada. Cakupan penerapannya beragam dan terus berkembang. Hal ini dicapai karena sifat unik atom silikon, strukturnya dan kemungkinan senyawa dengan zat sederhana lainnya.

Ciri

Dalam versi yang dikembangkan oleh D.I.Mendeleev, silikon dilambangkan dengan simbol Si. Ia termasuk non-logam, terletak di kelompok utama keempat periode ketiga, dan memiliki nomor atom 14. Kedekatannya dengan karbon bukanlah suatu kebetulan: dalam banyak hal, sifat-sifatnya sebanding. Ia tidak ditemukan di alam dalam bentuk murninya, karena merupakan unsur aktif dan memiliki ikatan yang cukup kuat dengan oksigen. Zat utamanya adalah silika, yaitu oksida, dan silikat (pasir). Selain itu, silikon (senyawa alaminya) adalah salah satu unsur kimia paling umum di Bumi. Dalam hal kandungan fraksi massa, ia menempati urutan kedua setelah oksigen (lebih dari 28%). Lapisan atas kerak bumi mengandung silikon dalam bentuk dioksida (kuarsa), berbagai jenis tanah liat dan pasir. Kelompok kedua yang paling umum adalah silikatnya. Pada kedalaman sekitar 35 km dari permukaan terdapat lapisan endapan granit dan basal, termasuk senyawa batu api. Persentase kandungan di inti bumi belum dapat dihitung, namun lapisan mantel yang paling dekat dengan permukaan (hingga 900 km) mengandung silikat. Pada komposisi air laut konsentrasi silikon 3 mg/l, 40% terdiri dari senyawanya. Luasnya ruang angkasa yang dijelajahi umat manusia hingga saat ini mengandung unsur kimia ini dalam jumlah yang banyak. Misalnya, meteorit yang mendekati Bumi pada jarak yang dapat dijangkau para peneliti menunjukkan bahwa meteorit tersebut terdiri dari 20% silikon. Ada kemungkinan terbentuknya kehidupan berdasarkan unsur ini di galaksi kita.

Proses penelitian

Sejarah penemuan unsur kimia silikon memiliki beberapa tahapan. Banyak zat yang disistematisasikan oleh Mendeleev telah digunakan umat manusia selama berabad-abad. Dalam hal ini, unsur-unsur tersebut berada dalam bentuk aslinya, yaitu. dalam senyawa yang tidak mengalami perlakuan kimia, dan semua sifat-sifatnya tidak diketahui manusia. Dalam proses mempelajari semua fitur zat, arah baru penggunaannya muncul. Sifat-sifat silikon saat ini belum sepenuhnya dipelajari - elemen ini, dengan cakupan aplikasi yang cukup luas dan beragam, memberikan ruang bagi penemuan-penemuan baru bagi para ilmuwan generasi mendatang. Teknologi modern akan mempercepat proses ini secara signifikan. Pada abad ke-19, banyak ahli kimia terkenal mencoba memperoleh silikon dalam bentuk murni. Hal ini pertama kali dilakukan oleh L. Tenard dan J. Gay-Lussac pada tahun 1811, namun penemuan unsur tersebut adalah milik J. Berzelius, yang tidak hanya mampu mengisolasi suatu zat, tetapi juga mendeskripsikannya. Seorang ahli kimia dari Swedia memperoleh silikon pada tahun 1823, untuk ini ia menggunakan logam kalium dan garam kalium. Reaksi berlangsung di bawah katalis berupa suhu tinggi. Zat sederhana berwarna abu-abu coklat yang dihasilkan adalah silikon amorf. Unsur murni kristalin diperoleh pada tahun 1855 oleh Sainte-Clair Deville. Kesulitan isolasi berhubungan langsung dengan tingginya kekuatan ikatan atom. Dalam kedua kasus tersebut, reaksi kimia ditujukan pada proses pemurnian dari pengotor, sedangkan model amorf dan kristal memiliki sifat yang berbeda.

Pengucapan silikon dari unsur kimia

Nama depan bubuk yang dihasilkan - kiesel - diusulkan oleh Berzelius. Di Inggris dan Amerika, silikon masih disebut silikon (Silicium) atau silikon (Silicon). Istilah ini berasal dari bahasa Latin “batu api” (atau “batu”), dan dalam banyak kasus dikaitkan dengan konsep “bumi” karena tersebar luas di alam. Pengucapan bahasa Rusia untuk bahan kimia ini berbeda-beda, bergantung pada sumbernya. Itu disebut silika (Zakharov menggunakan istilah ini pada tahun 1810), sicilium (1824, Dvigubsky, Soloviev), silika (1825, Strakhov), dan baru pada tahun 1834 ahli kimia Rusia German Ivanovich Hess memperkenalkan nama yang masih digunakan sampai sekarang di sebagian besar sumber. - silikon. Di dalamnya dilambangkan dengan simbol Si. Bagaimana cara membaca unsur kimia silikon? Banyak ilmuwan di negara-negara berbahasa Inggris mengucapkan namanya sebagai “si” atau menggunakan kata “silikon”. Dari sinilah nama lembah yang terkenal di dunia ini berasal, yang merupakan tempat penelitian dan produksi peralatan komputer. Populasi berbahasa Rusia menyebut unsur silikon (dari kata Yunani kuno “tebing, gunung”).

Keberadaan di alam: deposito

Seluruh sistem pegunungan terdiri dari senyawa silikon, yang tidak ditemukan dalam bentuk murni, karena semua mineral yang diketahui adalah dioksida atau silikat (aluminosilikat). Batu-batu yang sangat indah digunakan oleh orang-orang sebagai bahan hias - ini adalah opal, batu kecubung, berbagai jenis kuarsa, jasper, kalsedon, batu akik, kristal batu, akik dan banyak lainnya. Mereka terbentuk karena masuknya berbagai zat ke dalam silikon, yang menentukan kepadatan, struktur, warna dan arah penggunaannya. Seluruh dunia anorganik dapat diasosiasikan dengan unsur kimia ini, yang di lingkungan alaminya membentuk ikatan kuat dengan logam dan nonlogam (seng, magnesium, kalsium, mangan, titanium, dll.). Dibandingkan dengan zat lain, silikon cukup mudah diakses untuk produksi dalam skala produksi: silikon ditemukan di sebagian besar jenis bijih dan mineral. Oleh karena itu, simpanan yang dikembangkan secara aktif lebih terikat pada sumber energi yang tersedia, dan bukan pada akumulasi materi teritorial. Kuarsit dan pasir kuarsa ditemukan di semua negara di dunia. Produsen dan pemasok silikon terbesar adalah: Cina, Norwegia, Prancis, Amerika Serikat (Virginia Barat, Ohio, Alabama, New York), Australia, Afrika Selatan, Kanada, Brasil. Semua produsen menggunakan metode berbeda, yang bergantung pada jenis produk yang diproduksi (teknis, semikonduktor, silikon frekuensi tinggi). Suatu unsur kimia, yang juga diperkaya atau, sebaliknya, dimurnikan dari semua jenis pengotor, memiliki sifat tersendiri yang menjadi sandaran penggunaan selanjutnya. Hal ini juga berlaku untuk zat ini. Struktur silikon menentukan ruang lingkup penerapannya.

Riwayat penggunaan

Seringkali, karena kesamaan nama, orang bingung antara silikon dan batu api, tetapi konsep ini tidak identik. Mari kita perjelas. Seperti yang telah disebutkan, silikon tidak terdapat di alam dalam bentuk murni, hal yang tidak dapat dikatakan tentang senyawanya (silika yang sama). Mineral dan batuan utama yang dibentuk oleh dioksida dari zat yang kami pertimbangkan adalah pasir (sungai dan kuarsa), kuarsa dan kuarsit, dan batu api. Setiap orang pasti pernah mendengar tentang yang terakhir ini, karena ini sangat penting dalam sejarah perkembangan manusia. Alat-alat pertama yang dibuat oleh manusia pada Zaman Batu dikaitkan dengan batu ini. Tepinya yang tajam, terbentuk ketika terkelupas dari batu utama, sangat memudahkan pekerjaan para ibu rumah tangga zaman dahulu, dan kemungkinan untuk diasah memudahkan para pemburu dan nelayan. Flint tidak memiliki kekuatan seperti produk logam, tetapi perkakas yang rusak dapat dengan mudah diganti dengan yang baru. Penggunaannya sebagai batu api berlangsung selama berabad-abad - hingga ditemukannya sumber alternatif.

Sedangkan untuk realitas modern, sifat-sifat silikon memungkinkan bahan tersebut digunakan untuk mendekorasi ruangan atau membuat peralatan makan keramik, selain penampilan estetikanya yang indah, ia juga memiliki banyak kualitas fungsional yang sangat baik. Area penerapannya yang terpisah dikaitkan dengan penemuan kaca sekitar 3000 tahun yang lalu. Peristiwa ini memungkinkan terciptanya cermin, piring, dan jendela kaca patri mosaik dari senyawa yang mengandung silikon. Formula bahan awal dilengkapi dengan komponen-komponen yang diperlukan, yang memungkinkan untuk memberikan produk warna yang dibutuhkan dan mempengaruhi kekuatan kaca. Karya seni yang sangat indah dan beragam dibuat oleh manusia dari mineral dan batu yang mengandung silikon. Sifat penyembuhan elemen ini telah dijelaskan oleh para ilmuwan kuno dan telah digunakan sepanjang sejarah manusia. Mereka melapisi sumur untuk air minum, dapur untuk menyimpan makanan, dan digunakan baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam pengobatan. Bubuk yang diperoleh dengan cara digiling dioleskan pada luka. Perhatian khusus diberikan pada air, yang dimasukkan ke dalam piring yang terbuat dari senyawa yang mengandung silikon. Unsur kimia berinteraksi dengan komposisinya, yang memungkinkan untuk menghancurkan sejumlah bakteri dan mikroorganisme patogen. Dan tidak semua industri di mana bahan yang kami pertimbangkan sangat, sangat diminati. Struktur silikon menentukan keserbagunaannya.

Properti

Untuk lebih mengenal ciri-ciri suatu zat, perlu mempertimbangkannya dengan mempertimbangkan semua sifat yang mungkin. Rencana karakterisasi unsur kimia silikon meliputi sifat fisik, sifat listrik, studi tentang senyawa, reaksi dan kondisi lintasannya, dll. Silikon dalam bentuk kristal memiliki warna abu-abu tua dengan warna metalik. Kisi kubik berpusat muka mirip dengan kisi karbon (berlian), namun karena ikatannya lebih panjang maka tidak begitu kuat. Pemanasan hingga 800 o C membuatnya plastis, dalam kasus lain tetap rapuh. Sifat fisik silikon membuat zat ini benar-benar unik: transparan terhadap radiasi infra merah. Titik lebur - 1410 0 C, titik didih - 2600 0 C, massa jenis dalam kondisi normal - 2330 kg/m 3. Konduktivitas termal tidak konstan, untuk berbagai sampel diambil pada nilai perkiraan 25 0 C. Sifat atom silikon memungkinkannya digunakan sebagai semikonduktor. Area aplikasi ini paling diminati di dunia modern. Nilai konduktivitas listrik dipengaruhi oleh komposisi silikon dan unsur-unsur yang dikombinasikan dengannya. Jadi, untuk meningkatkan konduktivitas elektronik, antimon, arsenik, dan fosfor digunakan, untuk konduktivitas berlubang - aluminium, galium, boron, dan indium. Saat membuat perangkat dengan silikon sebagai konduktor, perawatan permukaan dengan bahan tertentu digunakan, yang mempengaruhi pengoperasian perangkat.

Sifat silikon sebagai konduktor yang sangat baik digunakan cukup luas dalam pembuatan instrumen modern. Penggunaannya sangat relevan dalam produksi peralatan yang kompleks (misalnya, perangkat komputasi modern, komputer).

Silikon: ciri-ciri suatu unsur kimia

Dalam kebanyakan kasus, silikon bersifat tetravalen, tetapi ada juga ikatan yang memiliki nilai +2. Dalam kondisi normal, ia tidak aktif, memiliki senyawa kuat, dan pada suhu kamar hanya dapat bereaksi dengan fluor, yang berada dalam keadaan agregat gas. Hal ini dijelaskan oleh efek menutupi permukaan dengan lapisan dioksida, yang diamati ketika berinteraksi dengan oksigen atau air di sekitarnya. Untuk merangsang reaksi, perlu menggunakan katalis: peningkatan suhu sangat ideal untuk zat seperti silikon. Unsur kimia tersebut berinteraksi dengan oksigen pada suhu 400-500 0 C, akibatnya lapisan dioksida meningkat, dan terjadilah proses oksidasi. Ketika suhu naik hingga 50 0 C, terjadi reaksi dengan brom, klor, dan yodium, menghasilkan pembentukan tetrahalida yang mudah menguap. Silikon tidak berinteraksi dengan asam, kecuali campuran asam fluorida dan asam nitrat, sedangkan alkali apa pun yang dipanaskan adalah pelarut. Silikon hidrogen terbentuk hanya melalui penguraian silisida; tidak bereaksi dengan hidrogen. Senyawa dengan boron dan karbon dicirikan oleh kekuatan dan kepasifan kimia terbesar. Resistensi yang tinggi terhadap alkali dan asam memiliki ikatan dengan nitrogen, yang terjadi pada suhu di atas 1000 0 C. Silisida diperoleh melalui reaksi dengan logam, dan dalam hal ini valensi yang ditunjukkan silikon bergantung pada unsur tambahan. Rumus zat yang dibentuk dengan partisipasi logam transisi tahan terhadap asam. Struktur atom silikon secara langsung mempengaruhi sifat dan kemampuannya berinteraksi dengan unsur lain. Proses pembentukan ikatan di alam dan ketika terpapar suatu zat (di laboratorium, kondisi industri) berbeda secara signifikan. Struktur silikon menunjukkan aktivitas kimianya.

Struktur

Silikon memiliki ciri khas tersendiri. Muatan inti adalah +14, yang sesuai dengan nomor seri dalam tabel periodik. Jumlah partikel bermuatan: proton - 14; elektron - 14; neutron - 14. Diagram struktur atom silikon adalah sebagai berikut: Si +14) 2) 8) 4. Pada tingkat (eksternal) terakhir terdapat 4 elektron, yang menentukan bilangan oksidasi dengan tanda “+” atau “- " tanda. Silikon oksida memiliki rumus SiO 2 (valensi 4+), senyawa hidrogen yang mudah menguap adalah SiH 4 (valensi -4). Volume atom silikon yang besar memungkinkan beberapa senyawa memiliki bilangan koordinasi 6, misalnya bila dikombinasikan dengan fluor. Massa molar - 28, jari-jari atom - 132 pm, konfigurasi kulit elektron: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Aplikasi

Silikon permukaan atau silikon yang diolah sepenuhnya digunakan sebagai semikonduktor dalam pembuatan banyak perangkat, termasuk perangkat presisi tinggi (misalnya, fotosel surya, transistor, penyearah arus, dll.). Silikon ultra murni digunakan untuk membuat sel surya (energi). Jenis monokristalin digunakan untuk membuat cermin dan laser gas. Senyawa silikon digunakan untuk memproduksi kaca, ubin keramik, piring, porselen, dan gerabah. Keanekaragaman jenis barang yang diperoleh sulit digambarkan, eksploitasinya terjadi di tingkat rumah tangga, seni dan ilmu pengetahuan, serta produksi. Semen yang dihasilkan berfungsi sebagai bahan baku pembuatan campuran bangunan, batu bata, dan bahan finishing. Penyebaran oli dan pelumas dapat secara signifikan mengurangi gaya gesekan pada bagian yang bergerak pada banyak mekanisme. Karena sifat uniknya dalam melawan lingkungan agresif (asam, suhu), silisida banyak digunakan dalam industri. Karakteristik kelistrikan, nuklir, dan kimianya diperhitungkan oleh para spesialis di industri yang kompleks; struktur atom silikon juga memainkan peran penting.

Kami telah membuat daftar bidang penerapan yang paling intensif pengetahuan dan canggih saat ini. Yang paling umum, diproduksi dalam volume besar, silikon teknis digunakan di sejumlah bidang:

1. Sebagai bahan baku produksi zat yang lebih murni.
2. Untuk paduan paduan dalam industri metalurgi: kehadiran silikon meningkatkan sifat tahan api, meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan kekuatan mekanik (jika terdapat kelebihan elemen ini, paduan mungkin menjadi terlalu rapuh).
3. Sebagai deoxidizer untuk menghilangkan kelebihan oksigen dari logam.
4. Bahan baku pembuatan silan (senyawa silikon dengan bahan organik).
5. Untuk produksi hidrogen dari paduan silikon dan besi.
6. Pembuatan panel surya.

Zat ini juga sangat penting untuk fungsi normal tubuh manusia. Struktur silikon dan sifat-sifatnya sangat menentukan dalam hal ini. Dalam hal ini, kelebihan atau kekurangannya menyebabkan penyakit serius.

Di dalam tubuh manusia

Kedokteran telah lama menggunakan silikon sebagai agen bakterisida dan antiseptik. Namun dengan segala manfaat penggunaan luar, unsur ini harus terus diperbarui dalam tubuh manusia. Kadar kandungannya yang normal akan meningkatkan aktivitas kehidupan secara umum. Jika kekurangannya, lebih dari 70 unsur mikro dan vitamin tidak akan diserap tubuh, sehingga secara signifikan akan menurunkan daya tahan terhadap sejumlah penyakit. Persentase silikon tertinggi terdapat pada tulang, kulit, dan tendon. Ini memainkan peran elemen struktural yang menjaga kekuatan dan memberikan elastisitas. Semua jaringan keras rangka terbentuk karena hubungannya. Penelitian terbaru mengungkap kandungan silikon di ginjal, pankreas, dan jaringan ikat. Peranan organ-organ tersebut dalam fungsi tubuh cukup besar, sehingga penurunan kandungannya akan berdampak buruk pada banyak indikator dasar penunjang kehidupan. Tubuh harus menerima 1 gram silikon per hari dengan makanan dan air - ini akan membantu menghindari kemungkinan penyakit, seperti proses inflamasi pada kulit, pelunakan tulang, pembentukan batu di hati, ginjal, gangguan penglihatan, kondisi rambut. dan kuku, aterosklerosis. Dengan tingkat yang cukup dari unsur ini, kekebalan meningkat, proses metabolisme menjadi normal, dan penyerapan banyak unsur yang diperlukan untuk kesehatan manusia ditingkatkan. Jumlah silikon terbesar ada pada sereal, lobak, dan soba. Air silikon akan membawa manfaat yang signifikan. Untuk menentukan jumlah dan frekuensi penggunaannya, ada baiknya berkonsultasi dengan dokter spesialis.

CPU? Pasir? Asosiasi apa yang Anda miliki dengan kata ini? Atau mungkin Lembah Silikon?
Bagaimanapun, kita menemukan silikon setiap hari, dan jika Anda tertarik untuk mengetahui apa itu Si dan apa yang dimakannya, silakan merujuk ke kucing.

Perkenalan

silikat

Referensi sejarah

Silikon sangat umum di alam sebagai bagian dari pasir biasa.

Distribusi Silikon di alam

Sifat fisik Silikon

Sifat kimia Silikon

Memperoleh Silikon

Silikon dengan kemurnian teknis (95-98%) diperoleh dalam busur listrik dengan mereduksi silika SiO2 di antara elektroda grafit. Sehubungan dengan perkembangan teknologi semikonduktor, telah dikembangkan metode untuk menghasilkan silikon murni dan sangat murni. Hal ini memerlukan sintesis awal senyawa silikon awal yang paling murni, dari mana silikon diekstraksi melalui reduksi atau dekomposisi termal.
Silikon polikristalin (“polisilikon”) adalah bentuk paling murni dari silikon yang diproduksi secara industri - produk setengah jadi yang diperoleh dengan memurnikan silikon teknis menggunakan metode klorida dan fluorida dan digunakan untuk produksi silikon mono dan multikristalin.
Secara tradisional, silikon polikristalin diperoleh dari silikon teknis dengan mengubahnya menjadi silan yang mudah menguap (monosilana, klorosilan, fluorosilan) dengan pemisahan selanjutnya dari silan yang dihasilkan, pemurnian rektifikasi silan yang dipilih dan reduksi silan menjadi silikon logam.
Silikon semikonduktor murni diperoleh dalam dua bentuk: polikristalin(reduksi SiCl4 atau SiHCl3 dengan seng atau hidrogen, dekomposisi termal SiI4 dan SiH4) dan monokristalin(zona bebas wadah yang melelehkan dan “menarik” kristal tunggal dari silikon cair - metode Czochralski).

Di sini Anda dapat melihat proses penanaman silikon menggunakan metode Czochralski.

Metode Czochralski- metode menumbuhkan kristal dengan menariknya ke atas dari permukaan bebas sejumlah besar lelehan dengan inisiasi kristalisasi dengan membawa kristal benih (atau beberapa kristal) dari struktur tertentu dan orientasi kristalografi ke dalam kontak dengan permukaan bebas dari lelehan tersebut. meleleh.

Penerapan Silikon

Silikon ultra murni dan produknya

Silikon di dalam tubuh

Kesimpulan

Silikon ditemukan dan diperoleh pada tahun 1823 oleh ahli kimia Swedia Jens Jacob Berzelius.

Unsur terbanyak kedua di kerak bumi setelah oksigen (27,6% massa). Ditemukan dalam senyawa.

Alotropi silikon

Silikon amorf dan kristal diketahui.

Silikon polikristalin

Kristal – zat abu-abu gelap dengan kilau logam, kekerasan tinggi, rapuh, semikonduktor; ρ = 2,33 g/cm 3, t°pl. =1415°C; sampai mendidih. = 2680°C.

Ia memiliki struktur seperti berlian dan membentuk ikatan kovalen yang kuat. Lembam.

Amorf - serbuk berwarna coklat, higroskopis, struktur seperti berlian, ρ = 2 g/cm 3, lebih reaktif.

Mendapatkan silikon

1) Industri – memanaskan batubara dengan pasir:

2C + SiO 2 t˚ → Si + 2CO

2) Laboratorium – memanaskan pasir dengan magnesium:

2Mg + SiO 2 t ˚ → Percobaan Si + 2MgO

Sifat kimia

Khas non-logam, lembam.

Sebagai agen pereduksi:

1) Dengan oksigen

Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2

2) Dengan fluor (tanpa pemanasan)

Si 0 + 2F 2 →SiF 4

3) Dengan karbon

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - carborundum - keras; digunakan untuk menunjuk dan menggiling)

4) Tidak berinteraksi dengan hidrogen.

Silana (SiH 4) diperoleh dengan penguraian logam silisida dengan asam:

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4

5) Tidak bereaksi dengan asam (Thanya dengan asam fluorida Ya+4 HF= SIF 4 +2 H 2 )

Hanya larut dalam campuran asam nitrat dan asam fluorida:

3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O

6) Dengan basa (bila dipanaskan):

Sebagai zat pengoksidasi:

7) Dengan logam (silicide terbentuk):

Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4

Silan - SiH 4

Properti fisik: Gas tidak berwarna, beracun, mp. = -185°C, t°mendidih. = -112°C.

Persiapan asam silikat

Pengaruh asam kuat pada silikat - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

Sifat kimia:

Ketika dipanaskan, ia terurai: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

Garam asam silikat - silikat.

1) dengan asam

Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3

2) dengan garam

Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓

3) Silikat yang menyusun mineral dihancurkan dalam kondisi alami di bawah pengaruh air dan karbon monoksida (IV) - pelapukan batuan:

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2)(feldspar) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(kaolinit (tanah liat)) + 4SiO 2 (silika (pasir)) + K2CO3

Penerapan senyawa silikon

Senyawa silikon alami - pasir (SiO 2) dan silikat digunakan untuk produksi keramik, kaca dan semen.

Deskripsi dan sifat silikon

Silikon adalah elemen, golongan keempat, periode ketiga dalam tabel unsur. Nomor atom 14. Rumus silikon- 3s2 3p2. Ia didefinisikan sebagai suatu unsur pada tahun 1811, dan pada tahun 1834 ia menerima nama Rusia "silikon", bukan nama sebelumnya "Sisilia". Meleleh pada suhu 1414º C, mendidih pada suhu 2349º C.

Ini menyerupai struktur molekul, tetapi kekerasannya lebih rendah. Cukup rapuh, jika dipanaskan (minimal 800º C) menjadi plastik. Tembus dengan radiasi infra merah. Silikon monokristalin memiliki sifat semikonduktor. Menurut beberapa karakteristik atom silikon mirip dengan struktur atom karbon. elektron silikon mempunyai bilangan valensi yang sama dengan struktur karbon.

Pekerja sifat silikon tergantung pada kandungan konten tertentu di dalamnya. Silikon memiliki berbagai jenis konduktivitas. Secara khusus, ini adalah tipe “lubang” dan “elektronik”. Untuk mendapatkan yang pertama, boron ditambahkan ke silikon. Jika Anda menambahkan fosfor, silikon memperoleh jenis konduktivitas kedua. Jika silikon dipanaskan bersama dengan logam lain, senyawa spesifik yang disebut “silisida” akan terbentuk, misalnya dalam reaksi “ silikon magnesium«.

Silikon yang digunakan untuk kebutuhan elektronik terutama dinilai dari karakteristik lapisan atasnya. Oleh karena itu, kualitasnya perlu diperhatikan secara khusus, karena secara langsung mempengaruhi kinerja secara keseluruhan. Pengoperasian perangkat yang diproduksi bergantung pada mereka. Untuk mendapatkan karakteristik yang paling dapat diterima dari lapisan atas silikon, lapisan tersebut diolah dengan berbagai metode kimia atau diiradiasi.

Menggabungkan "sulfur-silikon" membentuk silikon sulfida, yang mudah berinteraksi dengan air dan oksigen. Ketika bereaksi dengan oksigen, pada kondisi suhu di atas 400º C, diperoleh hasil silika. Pada suhu yang sama, reaksi dengan klorin dan yodium, serta brom, menjadi mungkin, di mana zat yang mudah menguap - tetrahalida - terbentuk.

Tidak mungkin menggabungkan silikon dan hidrogen melalui kontak langsung; untuk ini ada metode tidak langsung. Pada 1000º C, reaksi dengan nitrogen dan boron dapat terjadi, menghasilkan silikon nitrida dan borida. Pada suhu yang sama, dengan menggabungkan silikon dengan karbon, dimungkinkan untuk diproduksi silikon karbida, yang disebut “karborundum”. Komposisi ini mempunyai struktur padat, aktivitas kimianya lamban. Digunakan sebagai bahan abrasif.

Sehubungan dengan besi, silikon membentuk campuran khusus, hal ini memungkinkan peleburan unsur-unsur tersebut, yang menghasilkan keramik ferrosilikon. Selain itu, titik lelehnya jauh lebih rendah dibandingkan jika dilebur secara terpisah. Pada suhu di atas 1200º C, terbentuknya silikon oksida, juga dalam kondisi tertentu ternyata silikon hidroksida. Saat mengetsa silikon, larutan berbasis air alkali digunakan. Suhunya harus minimal 60º C.

Deposit silikon dan penambangan

Unsur ini merupakan unsur paling melimpah kedua di planet ini zat. Silikon menempati hampir sepertiga volume kerak bumi. Hanya oksigen yang lebih umum. Hal ini sebagian besar diekspresikan oleh silika, suatu senyawa yang pada dasarnya mengandung silikon dioksida. Turunan utama silikon dioksida adalah batu api, berbagai pasir, kuarsa, dan lapangan. Setelah mereka muncul senyawa silikat silikon. Keaslian adalah fenomena langka pada silikon.

Aplikasi Silikon

Silikon, sifat kimia yang menentukan ruang lingkup penerapannya, terbagi menjadi beberapa jenis. Silikon yang kurang murni digunakan untuk kebutuhan metalurgi: misalnya, untuk bahan tambahan aluminium, silikon secara aktif mengubah sifat-sifatnya, deoksidasi, dll. Ini secara aktif mengubah sifat-sifat logam dengan menambahkannya ke dalamnya menggabungkan. Silikon memadukannya, mengubah cara kerjanya karakteristik, silikon Jumlah yang sangat kecil sudah cukup.

Selain itu, turunan dengan kualitas lebih tinggi dihasilkan dari silikon mentah, khususnya silikon mono dan polikristalin, serta silikon organik - yaitu silikon dan berbagai minyak organik. Ia juga menemukan penggunaannya dalam produksi semen dan industri kaca. Itu tidak mengabaikan produksi batu bata, pabrik-pabrik yang memproduksi porselen juga tidak dapat hidup tanpanya.

Silikon merupakan bagian dari lem silikat yang terkenal, digunakan untuk pekerjaan perbaikan, dan sebelumnya digunakan untuk kebutuhan kantor hingga muncul pengganti yang lebih praktis. Beberapa produk kembang api juga mengandung silikon. Hidrogen dapat dihasilkan darinya dan paduan besinya di udara terbuka.

Untuk apa kualitas yang lebih baik digunakan? silikon? Piring Baterai surya juga mengandung silikon, yang secara alami non-teknis. Untuk kebutuhan ini, diperlukan silikon dengan kemurnian ideal atau setidaknya silikon teknis dengan tingkat kemurnian tertinggi.

Disebut “silikon elektronik” yang mengandung hampir 100% silikon, memiliki kinerja yang jauh lebih baik. Oleh karena itu, ini lebih disukai dalam produksi perangkat elektronik ultra-presisi dan sirkuit mikro yang kompleks. Produksinya membutuhkan produksi berkualitas tinggi sirkuit, silikon yang hanya boleh diikuti oleh kategori tertinggi. Pengoperasian perangkat ini bergantung pada seberapa banyak mengandung silikon kotoran yang tidak diinginkan.

Silikon menempati tempat penting di alam, dan sebagian besar makhluk hidup selalu membutuhkannya. Bagi mereka, ini semacam komposisi bangunan, karena sangat penting untuk kesehatan sistem muskuloskeletal. Setiap hari seseorang menyerap hingga 1 g senyawa silikon.

Bisakah silikon berbahaya?

Ya, karena silikon dioksida sangat rentan terhadap pembentukan debu. Ini mengiritasi permukaan mukosa tubuh dan dapat terakumulasi secara aktif di paru-paru, menyebabkan silikosis. Untuk itu, dalam produksi yang berkaitan dengan pengolahan unsur silikon, penggunaan respirator adalah wajib. Kehadiran mereka sangat penting terutama jika menyangkut silikon monoksida.

harga silikon

Seperti yang Anda ketahui, semua teknologi elektronik modern, mulai dari telekomunikasi hingga teknologi komputer, didasarkan pada penggunaan silikon, dengan menggunakan sifat semikonduktornya. Analog lainnya digunakan pada tingkat yang jauh lebih rendah. Sifat unik silikon dan turunannya masih belum ada bandingannya selama bertahun-tahun yang akan datang. Meskipun terjadi penurunan harga pada tahun 2001 silikon, penjualan dengan cepat kembali normal. Dan sudah pada tahun 2003, omzet perdagangan mencapai 24 ribu ton per tahun.

Untuk teknologi terbaru yang membutuhkan silikon dengan kemurnian hampir kristal, analog teknisnya tidak cocok. Dan karena sistem pembersihannya yang rumit, harganya meningkat secara signifikan. Jenis silikon polikristalin lebih umum; prototipe monokristalinnya kurang diminati. Pada saat yang sama, silikon yang digunakan untuk semikonduktor mengambil bagian terbesar dari omzet perdagangan.

Harga produk bervariasi tergantung pada kemurnian dan tujuan silikon, beli yang bisa dimulai dari 10 sen per kg bahan mentah mentah dan hingga $10 atau lebih untuk silikon “elektronik”.

Karakteristik elemen

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Isotop: 28 Si (92,27%); 29 Si (4,68%); 30 Si (3,05%)

Silikon adalah unsur paling melimpah kedua di kerak bumi setelah oksigen (27,6% massa). Ia tidak ditemukan dalam keadaan bebas di alam; ia ditemukan terutama dalam bentuk SiO 2 atau silikat.

Senyawa Si bersifat racun; menghirup partikel kecil SiO 2 dan senyawa silikon lainnya (misalnya asbes) menyebabkan penyakit berbahaya - silikosis

Dalam keadaan dasar, atom silikon memiliki valensi = II, dan dalam keadaan tereksitasi = IV.

Bilangan oksidasi Si yang paling stabil adalah +4. Dalam senyawa dengan logam (silisida) S.O. -4.

Metode untuk memperoleh silikon

Senyawa silikon alami yang paling umum adalah silika (silikon dioksida) SiO 2 . Ini adalah bahan baku utama untuk memproduksi silikon.

1) Reduksi SiO 2 dengan karbon dalam tungku busur pada 1800"C: SiO 2 + 2C = Si + 2CO

2) Si dengan kemurnian tinggi dari produk teknis diperoleh sesuai dengan skema:

a) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Sifat fisik silikon. Modifikasi alotropik silikon

1) Silikon kristal - zat abu-abu keperakan dengan kilau metalik, kisi kristal tipe berlian; mp 1415"C, titik didih 3249"C, massa jenis 2,33 g/cm3; adalah semikonduktor.

2) Silikon amorf - bubuk coklat.

Sifat kimia silikon

Dalam sebagian besar reaksi, Si bertindak sebagai zat pereduksi:

Pada suhu rendah, silikon bersifat inert secara kimia, ketika dipanaskan, reaktivitasnya meningkat tajam.

1. Bereaksi dengan oksigen pada suhu di atas 400°C:

Si + O 2 = SiO 2 silikon oksida

2. Bereaksi dengan fluor pada suhu kamar:

Si + 2F 2 = SiF 4 silikon tetrafluorida

3. Reaksi dengan halogen lain terjadi pada suhu = 300 - 500°C

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. Dengan uap belerang pada suhu 600°C membentuk disulfida:

5. Reaksi dengan nitrogen terjadi di atas 1000°C:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 silikon nitrida

6. Pada suhu = 1150°C bereaksi dengan karbon:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO

Kekerasan karborundum mendekati intan.

7. Silikon tidak bereaksi langsung dengan hidrogen.

8. Silikon tahan terhadap asam. Hanya berinteraksi dengan campuran asam nitrat dan asam fluorida (hidrofluorat):

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

9. bereaksi dengan larutan alkali membentuk silikat dan melepaskan hidrogen:

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

10. Sifat pereduksi silikon digunakan untuk mengisolasi logam dari oksidanya:

2MgO = Si = 2Mg + SiO2

Dalam reaksi dengan logam, Si adalah zat pengoksidasi:

Silikon membentuk silisida dengan logam s dan sebagian besar logam d.

Komposisi silisida suatu logam dapat bervariasi. (Misalnya, FeSi dan FeSi 2 ; Ni 2 Si dan NiSi 2 .) Salah satu silisida yang paling terkenal adalah magnesium silisida, yang dapat diperoleh melalui interaksi langsung zat sederhana:

2Mg + Si = Mg 2 Si

Silana (monosilana) SiH 4

Silan (hidrogen silika) Si n H 2n + 2, (lih. alkana), dimana n = 1-8. Silan adalah analog dari alkana, berbeda dari alkana dalam ketidakstabilan rantai -Si-Si-.

Monosilane SiH 4 adalah gas tidak berwarna dengan bau tidak sedap; larut dalam etanol, bensin.

Metode memperoleh:

1. Penguraian magnesium silisida dengan asam klorida: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. Reduksi Si halida dengan litium aluminium hidrida: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Sifat kimia.

Silane adalah agen pereduksi kuat.

1.SiH 4 teroksidasi oleh oksigen bahkan pada suhu yang sangat rendah:

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O

2. SiH 4 mudah terhidrolisis, terutama dalam lingkungan basa:

SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2

SiH 4 + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 4H 2

Silikon (IV) oksida (silika) SiO 2

Silika ada dalam berbagai bentuk: kristal, amorf, dan kaca. Bentuk kristal yang paling umum adalah kuarsa. Ketika batuan kuarsa hancur, pasir kuarsa terbentuk. Kristal tunggal kuarsa bersifat transparan, tidak berwarna (kristal batu) atau diwarnai dengan pengotor dalam berbagai warna (kecubung, batu akik, jasper, dll.).

SiO 2 amorf ditemukan dalam bentuk mineral opal: gel silika diproduksi secara artifisial, terdiri dari partikel koloid SiO 2 dan merupakan adsorben yang sangat baik. Kaca SiO 2 dikenal sebagai kaca kuarsa.

Properti fisik

SiO 2 sedikit larut dalam air, dan juga praktis tidak larut dalam pelarut organik. Silika adalah dielektrik.

Sifat kimia

1. SiO 2 adalah oksida asam, oleh karena itu silika amorf larut perlahan dalam larutan alkali berair:

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

2. SiO 2 juga berinteraksi dengan oksida basa ketika dipanaskan:

SiO 2 + K 2 O = K 2 SiO 3;

SiO2 + CaO = CaSiO3

3. Menjadi oksida yang tidak mudah menguap, SiO 2 menggantikan karbon dioksida dari Na 2 CO 3 (selama fusi):

SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2

4. Silika bereaksi dengan asam fluorida membentuk asam hidrofluorosilikat H 2 SiF 6:

SiO 2 + 6HF = H 2 SiF 6 + 2H 2 O

5. Pada 250 - 400°C, SiO 2 berinteraksi dengan gas HF dan F 2, membentuk tetrafluorosilane (silikon tetrafluorida):

SiO 2 + 4HF (gas.) = SiF 4 + 2H 2 O

SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + O 2

Asam silikat

Diketahui:

Asam ortosilikat H 4 SiO 4 ;

Asam metasilikon (silikat) H 2 SiO 3 ;

Asam di- dan polisilicic.

Semua asam silikat sedikit larut dalam air dan mudah membentuk larutan koloid.

Metode penerimaan

1. Pengendapan dengan asam dari larutan silikat logam alkali:

Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

2. Hidrolisis klorosilan: SiCl 4 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4HCl

Sifat kimia

Asam silikat merupakan asam yang sangat lemah (lebih lemah dari asam karbonat).

Saat dipanaskan, mereka mengalami dehidrasi untuk membentuk silika sebagai produk akhir.

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Silikat - garam asam silikat

Karena asam silikat sangat lemah, garamnya dalam larutan air sangat terhidrolisis:

Na 2 SiO 3 + H 2 O = NaHSiO 3 + NaOH

SiO 3 2- + H 2 O = HSiO 3 - + OH - (media basa)

Untuk alasan yang sama, ketika karbon dioksida dilewatkan melalui larutan silikat, asam silikat dipindahkan dari larutan tersebut:

K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + K 2 CO 3

SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + CO 3

Reaksi ini dapat dianggap sebagai reaksi kualitatif terhadap ion silikat.

Di antara silikat, hanya Na 2 SiO 3 dan K 2 SiO 3 yang sangat larut, yang disebut gelas larut, dan larutan berairnya disebut gelas cair.

Kaca

Kaca jendela biasa mempunyai komposisi Na 2 O CaO 6 SiO 2 yaitu campuran natrium dan kalsium silikat. Diperoleh dengan menggabungkan soda Na 2 CO 3, batu kapur CaCO 3 dan pasir SiO 2;

Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2СO 2

Semen

Bahan pengikat berbentuk tepung yang, ketika berinteraksi dengan air, membentuk massa plastik yang lama kelamaan berubah menjadi benda padat seperti batu; bahan bangunan utama.

Komposisi kimia semen Portland yang paling umum (dalam % berat) adalah 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1-5% MgO.