อธิบายซิลิคอน. ซิลิคอนและสารประกอบของมัน - ไฮเปอร์มาร์เก็ตแห่งความรู้ คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

อุปกรณ์และเครื่องมือทางเทคโนโลยีสมัยใหม่จำนวนมากถูกสร้างขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของสารที่พบในธรรมชาติ มนุษยชาติกำลังปรับปรุงสิ่งประดิษฐ์ของตัวเองให้ทันสมัยอยู่เสมอผ่านการทดลองและการศึกษาองค์ประกอบต่างๆ รอบตัวเราอย่างระมัดระวัง กระบวนการนี้เรียกว่าความก้าวหน้าทางเทคนิค ขึ้นอยู่กับพื้นฐานที่ทุกคนเข้าถึงได้ สิ่งต่างๆ ที่อยู่รอบตัวเราในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น ทราย: อะไรที่น่าประหลาดใจและผิดปกติเกี่ยวกับมัน? นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกซิลิคอนออกจากซิลิคอนซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีได้หากไม่มีเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ขอบเขตการใช้งานมีความหลากหลายและขยายตัวอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของอะตอมซิลิคอน โครงสร้าง และความเป็นไปได้ของสารประกอบร่วมกับสารธรรมดาอื่นๆ

ลักษณะเฉพาะ

ในเวอร์ชันที่พัฒนาโดย D.I. Mendeleev ซิลิคอนถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ Si เป็นของอโลหะตั้งอยู่ในกลุ่มที่สี่หลักของช่วงที่สามและมีเลขอะตอม 14 ความใกล้ชิดกับคาร์บอนไม่ใช่เรื่องบังเอิญ: ในหลาย ๆ ด้านคุณสมบัติของพวกมันสามารถเทียบเคียงได้ ไม่พบในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์ เนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่ออกฤทธิ์และมีพันธะกับออกซิเจนค่อนข้างมาก สารหลักคือซิลิกาซึ่งเป็นออกไซด์ และซิลิเกต (ทราย) นอกจากนี้ ซิลิคอน (สารประกอบตามธรรมชาติ) ยังเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางเคมีที่พบมากที่สุดในโลก ในแง่ของเศษส่วนมวล อยู่ในอันดับที่สองรองจากออกซิเจน (มากกว่า 28%) ชั้นบนของเปลือกโลกประกอบด้วยซิลิคอนในรูปของไดออกไซด์ (นี่คือควอตซ์) ดินเหนียวชนิดต่างๆ และทราย กลุ่มที่พบมากเป็นอันดับสองคือซิลิเกต ที่ระดับความลึกประมาณ 35 กม. จากพื้นผิว มีชั้นหินแกรนิตและหินบะซอลต์สะสมอยู่ ซึ่งรวมถึงสารประกอบหินเหล็กไฟด้วย เปอร์เซ็นต์ของเนื้อหาในแกนโลกยังไม่ได้รับการคำนวณ แต่ชั้นแมนเทิลที่อยู่ใกล้กับพื้นผิวมากที่สุด (ไม่เกิน 900 กม.) มีซิลิเกต ในองค์ประกอบของน้ำทะเล ความเข้มข้นของซิลิคอนคือ 3 มก./ล. โดย 40% ประกอบด้วยสารประกอบของมัน พื้นที่อันกว้างใหญ่ที่มนุษยชาติได้สำรวจมาจนถึงปัจจุบันมีองค์ประกอบทางเคมีนี้อยู่ในปริมาณมาก ตัวอย่างเช่น อุกกาบาตที่เข้าใกล้โลกในระยะไกลที่นักวิจัยเข้าถึงได้แสดงให้เห็นว่าพวกมันประกอบด้วยซิลิคอน 20% มีความเป็นไปได้ที่สิ่งมีชีวิตจะเกิดขึ้นจากธาตุนี้ในกาแลคซีของเรา

กระบวนการวิจัย

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบองค์ประกอบทางเคมีของซิลิคอนมีหลายขั้นตอน สารหลายชนิดที่จัดระบบโดย Mendeleev ถูกใช้โดยมนุษยชาติมานานหลายศตวรรษ ในกรณีนี้ องค์ประกอบต่างๆ จะอยู่ในรูปแบบธรรมชาติ เช่น ในสารประกอบที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วยสารเคมีและคนไม่ทราบคุณสมบัติทั้งหมดของพวกมัน ในกระบวนการศึกษาคุณสมบัติทั้งหมดของสารทิศทางใหม่สำหรับการใช้งานก็ปรากฏขึ้น คุณสมบัติของซิลิคอนในปัจจุบันยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน องค์ประกอบนี้ซึ่งมีการใช้งานค่อนข้างหลากหลายและหลากหลาย ทำให้มีพื้นที่สำหรับการค้นพบใหม่ๆ สำหรับนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อๆ ไป เทคโนโลยีสมัยใหม่จะช่วยเร่งกระบวนการนี้ให้เร็วขึ้นอย่างมาก ในศตวรรษที่ 19 นักเคมีชื่อดังหลายคนพยายามหาซิลิคอนในรูปแบบบริสุทธิ์ สิ่งนี้ทำครั้งแรกโดย L. Tenard และ J. Gay-Lussac ในปี 1811 แต่การค้นพบองค์ประกอบนี้เป็นของ J. Berzelius ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถแยกสสารเท่านั้น แต่ยังอธิบายได้ด้วย นักเคมีจากสวีเดนได้รับซิลิคอนในปี พ.ศ. 2366 โดยใช้โลหะโพแทสเซียมและเกลือโพแทสเซียม ปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายใต้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปของอุณหภูมิสูง สารสีน้ำตาลเทาธรรมดาที่ได้คือซิลิคอนอสัณฐาน Sainte-Clair Deville ได้รับองค์ประกอบบริสุทธิ์ที่เป็นผลึกในปี ค.ศ. 1855 ความยากในการแยกเดี่ยวเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแข็งแรงสูงของพันธะอะตอม ในทั้งสองกรณี ปฏิกิริยาเคมีมุ่งเป้าไปที่กระบวนการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปน ในขณะที่แบบจำลองอสัณฐานและแบบผลึกมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

การออกเสียงซิลิคอนขององค์ประกอบทางเคมี

ชื่อแรกของผงผลลัพธ์ - kiesel - เสนอโดย Berzelius ในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา ซิลิคอนยังคงถูกเรียกว่าไม่มีอะไรมากไปกว่าซิลิคอน (Silicium) หรือซิลิโคน (Silicon) คำนี้มาจากภาษาละตินว่า "หินเหล็กไฟ" (หรือ "หิน") และในกรณีส่วนใหญ่จะเชื่อมโยงกับแนวคิดเรื่อง "โลก" เนื่องจากการเกิดขึ้นอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ การออกเสียงสารเคมีนี้ในภาษารัสเซียจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแหล่งที่มา มันถูกเรียกว่าซิลิกา (Zakharov ใช้คำนี้ในปี 1810), ซิซิลีม (1824, Dvigubsky, Soloviev), ซิลิกา (1825, Strakhov) และในปี 1834 เท่านั้นที่นักเคมีชาวรัสเซียชาวเยอรมัน Ivanovich Hess แนะนำชื่อที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันในแหล่งที่มาส่วนใหญ่ - ซิลิคอน ในนั้นถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์ศรี ซิลิคอนองค์ประกอบทางเคมีอ่านได้อย่างไร? นักวิทยาศาสตร์หลายคนในประเทศที่พูดภาษาอังกฤษออกเสียงชื่อของมันว่า "si" หรือใช้คำว่า "ซิลิคอน" นี่คือที่มาของชื่อหุบเขาที่มีชื่อเสียงระดับโลก ซึ่งเป็นสถานที่วิจัยและผลิตอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ประชากรที่พูดภาษารัสเซียเรียกธาตุซิลิกอน (จากคำภาษากรีกโบราณว่า "หน้าผาภูเขา")

เกิดขึ้นตามธรรมชาติ: เงินฝาก

ระบบภูเขาทั้งหมดประกอบด้วยสารประกอบซิลิกอน ซึ่งไม่พบในรูปแบบบริสุทธิ์ เนื่องจากแร่ธาตุที่รู้จักทั้งหมดคือไดออกไซด์หรือซิลิเกต (อะลูมิโนซิลิเกต) ผู้คนใช้หินที่สวยงามอย่างน่าอัศจรรย์เป็นวัสดุประดับ - เหล่านี้คือโอปอล, อเมทิสต์, ควอตซ์ประเภทต่าง ๆ , แจสเปอร์, โมรา, โมรา, หินคริสตัล, คาร์เนเลี่ยนและอื่น ๆ อีกมากมาย เกิดจากการรวมสารต่างๆ ไว้ในซิลิคอน ซึ่งเป็นตัวกำหนดความหนาแน่น โครงสร้าง สี และทิศทางการใช้งาน โลกอนินทรีย์ทั้งหมดสามารถเชื่อมโยงกับองค์ประกอบทางเคมีนี้ได้ ซึ่งในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติจะก่อให้เกิดพันธะอันแข็งแกร่งกับโลหะและอโลหะ (สังกะสี แมกนีเซียม แคลเซียม แมงกานีส ไทเทเนียม ฯลฯ) เมื่อเปรียบเทียบกับสารอื่นๆ ซิลิคอนสามารถเข้าถึงได้ง่ายสำหรับการผลิตในระดับการผลิต โดยพบได้ในแร่และแร่ธาตุส่วนใหญ่ ดังนั้นเงินฝากที่ได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขันจึงเชื่อมโยงกับแหล่งพลังงานที่มีอยู่มากกว่าการสะสมของสสารในดินแดน ควอตซ์และทรายควอตซ์พบได้ในทุกประเทศทั่วโลก ผู้ผลิตและซัพพลายเออร์ซิลิคอนรายใหญ่ที่สุด ได้แก่ จีน นอร์เวย์ ฝรั่งเศส สหรัฐอเมริกา (เวสต์เวอร์จิเนีย โอไฮโอ แอละแบมา นิวยอร์ก) ออสเตรเลีย แอฟริกาใต้ แคนาดา บราซิล ผู้ผลิตทุกรายใช้วิธีการที่แตกต่างกัน ซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์ที่ผลิต (ทางเทคนิค เซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนความถี่สูง) องค์ประกอบทางเคมีที่ได้รับการเสริมสมรรถนะเพิ่มเติมหรือในทางกลับกันทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกทุกประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะขึ้นอยู่กับการใช้งานต่อไป สิ่งนี้ใช้กับสารนี้ด้วย โครงสร้างของซิลิคอนเป็นตัวกำหนดขอบเขตการใช้งาน

ประวัติการใช้งาน

บ่อยครั้งมากเนื่องจากชื่อที่คล้ายคลึงกัน ผู้คนจึงสับสนระหว่างซิลิคอนและหินเหล็กไฟ แต่แนวคิดเหล่านี้ไม่เหมือนกัน ขอให้ชัดเจน. ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ซิลิคอนไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์ ซึ่งไม่สามารถพูดเกี่ยวกับสารประกอบของมันได้ (ซิลิกาชนิดเดียวกัน) แร่ธาตุและหินหลักที่เกิดจากไดออกไซด์ของสารที่เรากำลังพิจารณา ได้แก่ ทราย (แม่น้ำและควอตซ์) ควอตซ์และควอตซ์ไซต์ และหินเหล็กไฟ ทุกคนคงเคยได้ยินเกี่ยวกับเรื่องหลังนี้มาก่อน เพราะมันมีความสำคัญอย่างยิ่งในประวัติศาสตร์ของการพัฒนามนุษย์ เครื่องมือชิ้นแรกที่สร้างขึ้นโดยผู้คนในยุคหินมีความเกี่ยวข้องกับหินนี้ ขอบคมของมันซึ่งเกิดขึ้นเมื่อบิ่นจากหินหลักช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานของแม่บ้านโบราณอย่างมากและความเป็นไปได้ในการลับให้คมช่วยให้นักล่าและชาวประมงง่ายขึ้น ฟลินท์ไม่มีความแข็งแกร่งเทียบเท่ากับผลิตภัณฑ์โลหะ แต่เครื่องมือที่ล้มเหลวก็สามารถแทนที่ด้วยเครื่องมือใหม่ได้ง่าย การใช้หินเหล็กไฟกินเวลานานหลายศตวรรษ - จนกระทั่งมีการประดิษฐ์แหล่งอื่น

สำหรับความเป็นจริงสมัยใหม่คุณสมบัติของซิลิกอนช่วยให้สามารถใช้สารในการตกแต่งสถานที่หรือสร้างเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารเซรามิกได้ในขณะที่นอกเหนือจากรูปลักษณ์ที่สวยงามสวยงามแล้วยังมีคุณสมบัติการใช้งานที่ยอดเยี่ยมอีกมากมาย การใช้งานที่แยกจากกันนั้นเกี่ยวข้องกับการประดิษฐ์แก้วเมื่อประมาณ 3,000 ปีที่แล้ว เหตุการณ์นี้ทำให้สามารถสร้างกระจก จาน และหน้าต่างกระจกสีโมเสกจากสารประกอบที่มีซิลิคอน สูตรของสารตั้งต้นได้รับการเสริมด้วยส่วนประกอบที่จำเป็นซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์มีสีที่ต้องการและส่งผลต่อความแข็งแรงของกระจก งานศิลปะที่มีความงามและความหลากหลายอันน่าทึ่งนั้นมนุษย์สร้างขึ้นจากแร่ธาตุและหินที่มีซิลิคอน คุณสมบัติการรักษาของธาตุนี้อธิบายโดยนักวิทยาศาสตร์โบราณและถูกนำมาใช้ตลอดประวัติศาสตร์ของมนุษย์ พวกเขาเรียงรายบ่อน้ำสำหรับน้ำดื่ม ห้องเก็บอาหาร และถูกนำมาใช้ทั้งในชีวิตประจำวันและในทางการแพทย์ ผงที่ได้จากการบดถูกทาลงบนบาดแผล ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับน้ำซึ่งใส่ในจานที่ทำจากสารประกอบที่มีซิลิคอน องค์ประกอบทางเคมีมีปฏิกิริยากับองค์ประกอบซึ่งทำให้สามารถทำลายแบคทีเรียและจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคได้จำนวนหนึ่ง และนี่ไม่ใช่ทุกอุตสาหกรรมที่สารที่เรากำลังพิจารณานั้นเป็นที่ต้องการอย่างมาก โครงสร้างของซิลิคอนเป็นตัวกำหนดความเก่งกาจของมัน

คุณสมบัติ

เพื่อให้คุ้นเคยกับคุณลักษณะของสารมากขึ้น จำเป็นต้องพิจารณาโดยคำนึงถึงคุณสมบัติที่เป็นไปได้ทั้งหมดด้วย แผนการอธิบายลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบทางเคมีของซิลิกอนรวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติทางไฟฟ้า การศึกษาสารประกอบ ปฏิกิริยาและสภาวะในการผ่านของพวกมัน ฯลฯ ซิลิคอนในรูปแบบผลึกมีสีเทาเข้มพร้อมโทนสีโลหะ โครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีใบหน้าอยู่ตรงกลางนั้นคล้ายคลึงกับตาข่ายคาร์บอน (เพชร) แต่เนื่องจากพันธะที่ยาวกว่า จึงไม่แข็งแรงนัก การทำความร้อนถึง 800 o C ทำให้เป็นพลาสติก ในกรณีอื่น ๆ ก็ยังคงเปราะอยู่ คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิคอนทำให้สารนี้มีลักษณะเฉพาะอย่างแท้จริง: มันโปร่งใสจนถึงรังสีอินฟราเรด จุดหลอมเหลว - 1410 0 C จุดเดือด - 2600 0 C ความหนาแน่นภายใต้สภาวะปกติ - 2330 กก. / ลบ.ม. ค่าการนำความร้อนไม่คงที่สำหรับตัวอย่างต่าง ๆ จะถูกถ่ายที่ค่าประมาณ 25 0 C คุณสมบัติของอะตอมซิลิคอนช่วยให้สามารถใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ได้ แอปพลิเคชั่นนี้เป็นที่ต้องการมากที่สุดในโลกสมัยใหม่ ค่าการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของซิลิคอนและองค์ประกอบต่างๆ รวมกัน ดังนั้นเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์จึงมีการใช้พลวงสารหนูและฟอสฟอรัสสำหรับการนำไฟฟ้าแบบรู - อลูมิเนียมแกลเลียมโบรอนและอินเดียม เมื่อสร้างอุปกรณ์ที่มีซิลิคอนเป็นตัวนำ จะใช้การรักษาพื้นผิวด้วยสารบางชนิดซึ่งส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์

คุณสมบัติของซิลิคอนในฐานะตัวนำที่ดีเยี่ยมนั้นมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องมือสมัยใหม่ การใช้งานมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในการผลิตอุปกรณ์ที่ซับซ้อน (เช่น อุปกรณ์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ คอมพิวเตอร์)

ซิลิคอน: ลักษณะขององค์ประกอบทางเคมี

ในกรณีส่วนใหญ่ ซิลิคอนเป็นแบบเตตระวาเลนต์ แต่ก็มีพันธะที่สามารถมีค่าเป็น +2 ได้ ภายใต้สภาวะปกติ ฟลูออรีนจะไม่ทำงาน มีสารประกอบเข้มข้น และที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเท่านั้นซึ่งอยู่ในสถานะรวมตัวของก๊าซ สิ่งนี้อธิบายได้จากผลของการปิดกั้นพื้นผิวด้วยฟิล์มไดออกไซด์ ซึ่งจะสังเกตได้เมื่อมีปฏิกิริยากับออกซิเจนหรือน้ำโดยรอบ เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา: การเพิ่มอุณหภูมิเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสารเช่นซิลิคอน องค์ประกอบทางเคมีทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ 400-500 0 C ส่งผลให้ฟิล์มไดออกไซด์เพิ่มขึ้นและเกิดกระบวนการออกซิเดชั่น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 50 0 C จะสังเกตเห็นปฏิกิริยากับโบรมีน คลอรีน และไอโอดีน ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเตตราฮาไลด์ที่ระเหยง่าย ซิลิคอนไม่ทำปฏิกิริยากับกรด ยกเว้นส่วนผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดไนตริก ในขณะที่อัลคาไลใดๆ ที่อยู่ในสถานะได้รับความร้อนจะเป็นตัวทำละลาย ไฮโดรเจนซิลิคอนเกิดขึ้นจากการสลายตัวของซิลิไซด์เท่านั้น มันไม่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน สารประกอบที่มีโบรอนและคาร์บอนนั้นมีความแข็งแรงและความเฉื่อยทางเคมีมากที่สุด ความต้านทานต่ออัลคาไลและกรดสูงนั้นสัมพันธ์กับไนโตรเจนซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 0 C สารซิลิไซด์ได้มาจากปฏิกิริยากับโลหะ และในกรณีนี้ วาเลนซ์ที่ซิลิคอนแสดงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเพิ่มเติม สูตรของสารที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของโลหะทรานซิชันสามารถทนต่อกรดได้ โครงสร้างของอะตอมซิลิคอนส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติและความสามารถในการโต้ตอบกับองค์ประกอบอื่น ๆ กระบวนการสร้างพันธะในธรรมชาติและระหว่างการสัมผัสกับสาร (ในห้องปฏิบัติการ สภาพทางอุตสาหกรรม) จะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โครงสร้างของซิลิคอนบ่งบอกถึงกิจกรรมทางเคมี

โครงสร้าง

ซิลิคอนมีลักษณะเป็นของตัวเอง ประจุนิวเคลียร์คือ +14 ซึ่งสอดคล้องกับเลขลำดับในตารางธาตุ จำนวนอนุภาคที่มีประจุ: โปรตอน - 14; อิเล็กตรอน - 14; นิวตรอน - 14. แผนภาพโครงสร้างของอะตอมซิลิคอนมีดังนี้: Si +14) 2) 8) 4. ที่ระดับสุดท้าย (ภายนอก) จะมีอิเล็กตรอน 4 ตัวซึ่งกำหนดสถานะออกซิเดชันด้วย "+" หรือ "- " เข้าสู่ระบบ. ซิลิคอนออกไซด์มีสูตร SiO 2 (วาเลนซ์ 4+) สารประกอบไฮโดรเจนที่ระเหยได้คือ SiH 4 (วาเลนซ์ -4) อะตอมของซิลิคอนที่มีปริมาตรมากทำให้สารประกอบบางชนิดมีเลขโคออร์ดิเนทเป็น 6 ได้ เช่น เมื่อรวมกับฟลูออรีน มวลกราม - 28, รัศมีอะตอม - 132 น., โครงสร้างเปลือกอิเล็กตรอน: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2

แอปพลิเคชัน

ซิลิคอนที่พื้นผิวหรือเจือเต็มนั้นถูกใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ในการสร้างอุปกรณ์หลายอย่าง รวมถึงอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง (เช่น โฟโตเซลล์แสงอาทิตย์ ทรานซิสเตอร์ วงจรเรียงกระแสกระแส ฯลฯ) ซิลิคอนบริสุทธิ์พิเศษใช้เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ (พลังงาน) ชนิดโมโนคริสตัลไลน์ใช้ทำกระจกและเลเซอร์แก๊ส สารประกอบซิลิกอนใช้ในการผลิตแก้ว กระเบื้องเซรามิค จาน เครื่องลายคราม และเครื่องปั้นดินเผา เป็นการยากที่จะอธิบายสินค้าประเภทต่างๆ ที่ได้รับ การแสวงหาผลประโยชน์เกิดขึ้นในระดับครัวเรือน ในศิลปะและวิทยาศาสตร์ และในการผลิต ปูนซีเมนต์ที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการสร้างส่วนผสมของอาคาร อิฐ และวัสดุตกแต่ง การแพร่กระจายของน้ำมันและสารหล่อลื่นสามารถลดแรงเสียดทานในชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของกลไกต่างๆ ได้อย่างมาก เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะในการต้านทานสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (กรด อุณหภูมิ) ซิลิไซด์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนคำนึงถึงลักษณะทางไฟฟ้า นิวเคลียร์ และเคมี โครงสร้างของอะตอมซิลิคอนก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน

เราได้ระบุขอบเขตการใช้งานที่เน้นความรู้และก้าวหน้าที่สุดในปัจจุบัน ซิลิคอนทางเทคนิคที่พบมากที่สุดซึ่งผลิตในปริมาณมากมีการใช้ในหลายพื้นที่:

1. เป็นวัตถุดิบในการผลิตสารบริสุทธิ์
2. สำหรับการผสมโลหะผสมในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา: การมีซิลิคอนจะช่วยเพิ่มการหักเหของแสง เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน และความแข็งแรงทางกล (หากมีองค์ประกอบนี้มากเกินไป โลหะผสมอาจเปราะเกินไป)
3. เป็นตัวกำจัดออกซิไดเซอร์เพื่อขจัดออกซิเจนส่วนเกินออกจากโลหะ
4. วัตถุดิบสำหรับการผลิตไซเลน (สารประกอบซิลิกอนที่มีสารอินทรีย์)
5. สำหรับการผลิตไฮโดรเจนจากโลหะผสมของซิลิคอนและเหล็ก
6. การผลิตแผงโซลาร์เซลล์

สารนี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานปกติของร่างกายมนุษย์ โครงสร้างของซิลิคอนและคุณสมบัติของมันมีความสำคัญในกรณีนี้ ในกรณีนี้ส่วนเกินหรือขาดจะนำไปสู่โรคร้ายแรง

ในร่างกายมนุษย์

ยาใช้ซิลิคอนมาเป็นเวลานานในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียและน้ำยาฆ่าเชื้อ แต่ด้วยประโยชน์ทั้งหมดของการใช้ภายนอก องค์ประกอบนี้จะต้องได้รับการต่ออายุอย่างต่อเนื่องในร่างกายมนุษย์ เนื้อหาในระดับปกติจะปรับปรุงกิจกรรมในชีวิตโดยทั่วไป หากขาดสารอาหารและวิตามินมากกว่า 70 ชนิดจะไม่ถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายซึ่งจะช่วยลดความต้านทานต่อโรคต่างๆได้อย่างมาก เปอร์เซ็นต์สูงสุดของซิลิคอนพบได้ในกระดูก ผิวหนัง และเส้นเอ็น มีบทบาทเป็นองค์ประกอบโครงสร้างที่ช่วยรักษาความแข็งแรงและให้ความยืดหยุ่น เนื้อเยื่อแข็งของโครงกระดูกทั้งหมดเกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อกัน การศึกษาล่าสุดได้เปิดเผยปริมาณซิลิคอนในไต ตับอ่อน และเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน บทบาทของอวัยวะเหล่านี้ในการทำงานของร่างกายมีขนาดค่อนข้างใหญ่ดังนั้นการลดลงของเนื้อหาจะส่งผลเสียต่อตัวชี้วัดการช่วยชีวิตขั้นพื้นฐานหลายประการ ร่างกายควรได้รับซิลิคอน 1 กรัมต่อวันพร้อมอาหารและน้ำ ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงโรคที่อาจเกิดขึ้น เช่น กระบวนการอักเสบของผิวหนัง กระดูกอ่อนตัว การก่อตัวของนิ่วในตับ ไต การเสื่อมสภาพของการมองเห็น สภาพของเส้นผม และเล็บ หลอดเลือด ด้วยองค์ประกอบนี้ในระดับที่เพียงพอ ภูมิคุ้มกันจะเพิ่มขึ้น กระบวนการเผาผลาญจะเป็นปกติ และการดูดซึมองค์ประกอบต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อสุขภาพของมนุษย์จะดีขึ้น ปริมาณซิลิคอนมากที่สุดอยู่ในธัญพืช หัวไชเท้า และบัควีต น้ำซิลิคอนจะนำมาซึ่งประโยชน์ที่สำคัญ หากต้องการกำหนดปริมาณและความถี่ในการใช้งานควรปรึกษาผู้เชี่ยวชาญจะดีกว่า

ซีพียู? ทราย? คุณมีความสัมพันธ์อะไรกับคำนี้? หรืออาจจะเป็นซิลิคอนวัลเลย์?
แต่อย่างไรก็ตาม เราเจอซิลิคอนทุกวัน และหากคุณสนใจที่จะรู้ว่า Si คืออะไร และกินกับอะไร โปรดดูที่แมว

การแนะนำ

ซิลิเซียม

การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์

ซิลิคอนมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติโดยเป็นส่วนหนึ่งของทรายธรรมดา

การกระจายตัวของซิลิคอนในธรรมชาติ

คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิคอน

คุณสมบัติทางเคมีของซิลิคอน

การได้รับซิลิคอน

ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิค (95-98%) ได้มาจากอาร์กไฟฟ้าโดยการลดซิลิกา SiO2 ระหว่างขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ ในส่วนของการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตซิลิคอนบริสุทธิ์และบริสุทธิ์สูง ซึ่งจำเป็นต้องมีการสังเคราะห์เบื้องต้นของสารประกอบซิลิกอนเริ่มต้นที่บริสุทธิ์ที่สุด ซึ่งซิลิคอนจะถูกสกัดโดยการรีดักชั่นหรือการสลายตัวด้วยความร้อน
โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน (“โพลีซิลิคอน”) เป็นซิลิคอนที่ผลิตทางอุตสาหกรรมในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่ได้จากการทำให้ซิลิกอนทางเทคนิคบริสุทธิ์โดยใช้วิธีคลอไรด์และฟลูออไรด์ และใช้สำหรับการผลิตซิลิกอนโมโนและมัลติคริสตัลไลน์
ตามเนื้อผ้า ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ได้มาจากซิลิคอนทางเทคนิคโดยการแปลงให้เป็นไซเลนระเหย (โมโนไซเลน คลอโรซิเลน ฟลูออโรไซเลน) จากนั้นจึงแยกไซเลนที่เกิดขึ้น การทำให้ไซเลนที่เลือกให้บริสุทธิ์โดยเรียงกระแส และการลดไซเลนให้เป็นซิลิคอนโลหะ
ซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ได้มาในสองรูปแบบ: โพลีคริสตัลไลน์(การลดลงของ SiCl4 หรือ SiHCl3 ด้วยสังกะสีหรือไฮโดรเจน การสลายตัวด้วยความร้อนของ SiI4 และ SiH4) และ โมโนคริสตัลไลน์(การละลายของโซนปลอดเบ้าหลอมและ "ดึง" ผลึกเดี่ยวจากซิลิคอนหลอมเหลว - วิธี Czochralski)

ที่นี่คุณสามารถดูกระบวนการปลูกซิลิคอนโดยใช้วิธี Czochralski

วิธี Czochralski- วิธีการปลูกผลึกโดยการดึงพวกมันขึ้นจากพื้นผิวอิสระของการหลอมในปริมาณมากพร้อมการเริ่มต้นของการตกผลึกโดยนำผลึกเมล็ด (หรือหลายผลึก) ของโครงสร้างที่กำหนดและการวางแนวของผลึกศาสตร์มาสัมผัสกับพื้นผิวอิสระของ ละลาย.

การประยุกต์ใช้ซิลิคอน

ซิลิคอนบริสุทธิ์พิเศษและผลิตภัณฑ์ของบริษัท

ซิลิคอนในร่างกาย

บทสรุป

ซิลิคอนถูกค้นพบและได้รับในปี พ.ศ. 2366 โดยนักเคมีชาวสวีเดน Jens Jacob Berzelius

องค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก รองจากออกซิเจน (27.6% โดยมวล) พบได้ในสารประกอบ

การจัดสรรซิลิคอน

รู้จักซิลิคอนอสัณฐานและผลึก

โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน

คริสตัล – สารสีเทาเข้มที่มีความมันวาวของโลหะ ความแข็งสูง เปราะบาง สารกึ่งตัวนำ ρ = 2.33 กรัม/ซม.3, t°pl. =1415°ซ; ต้ม. = 2680°ซ.

มีโครงสร้างคล้ายเพชรและสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง เฉื่อย.

อสัณฐาน - ผงสีน้ำตาล ดูดความชื้น โครงสร้างคล้ายเพชร ρ = 2 ก./ซม. 3 มีปฏิกิริยามากกว่า

รับซิลิกอน

1) อุตสาหกรรม – ทำความร้อนถ่านหินด้วยทราย:

2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO

2) ห้องปฏิบัติการ – ทำความร้อนทรายด้วยแมกนีเซียม:

2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO การทดลอง

คุณสมบัติทางเคมี

อโลหะทั่วไปเฉื่อย

เป็นตัวรีดิวซ์:

1) ด้วยออกซิเจน

ศรี 0 + O 2 t ˚ → ศรี +4 O 2

2) ด้วยฟลูออรีน (ไม่มีความร้อน)

ศรี 0 + 2F 2 →ศรี 4

3) ด้วยคาร์บอน

ศรี 0 + C t ˚ → ศรี +4 C

(SiC - carborundum - แข็ง ใช้สำหรับการชี้และการบด)

4) ไม่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน

ไซเลน (SiH 4) ได้มาจากการสลายตัวของซิลิไซด์โลหะด้วยกรด:

มก. 2 ศรี + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4

5) ไม่ทำปฏิกิริยากับกรด (ทด้วยกรดไฮโดรฟลูออริกเท่านั้น ศรี+4 เอชเอฟ= ซิฟ 4 +2 ชม 2 )

ละลายได้ในส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริกเท่านั้น:

3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O

6) ด้วยด่าง (เมื่อถูกความร้อน):

เป็นตัวออกซิไดซ์:

7) ด้วยโลหะ (เกิดซิลิไซด์):

ศรี 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4

ไซเลน - SiH 4

คุณสมบัติทางกายภาพ: ก๊าซไม่มีสี เป็นพิษ mp. = -185°C, t°เดือด = -112°ซ.

การเตรียมกรดซิลิซิก

ผลของกรดแก่ต่อซิลิเกต - นา 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

คุณสมบัติทางเคมี:

เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัว: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

เกลือของกรดซิลิซิก - ซิลิเกต.

1) ด้วยกรด

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

2) ด้วยเกลือ

นา 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓

3) ซิลิเกตที่ประกอบเป็นแร่ธาตุจะถูกทำลายในสภาพธรรมชาติภายใต้อิทธิพลของน้ำและคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) - การผุกร่อนของหิน:

(K 2 O อัล 2 O 3 6SiO 2)(เฟลด์สปาร์) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(kaolinite (ดินเหนียว)) + 4SiO 2 (ซิลิกา (ทราย)) + K2CO3

การใช้สารประกอบซิลิกอน

สารประกอบซิลิกอนธรรมชาติ - ทราย (SiO 2) และซิลิเกตใช้สำหรับการผลิตเซรามิก แก้ว และซีเมนต์

รายละเอียดและคุณสมบัติของซิลิกอน

ซิลิคอน - องค์ประกอบกลุ่มที่สี่ ช่วงที่สามในตารางองค์ประกอบ เลขอะตอม 14 สูตรซิลิกอน- 3s2 3p2. มันถูกกำหนดให้เป็นองค์ประกอบในปี ค.ศ. 1811 และในปี ค.ศ. 1834 ได้รับชื่อภาษารัสเซียว่า "ซิลิคอน" แทนที่จะเป็น "ซิซิลี" ก่อนหน้านี้ ละลายที่ 1414° C เดือดที่ 2349° C

มีลักษณะคล้ายกับโครงสร้างโมเลกุล แต่มีความแข็งน้อยกว่า ค่อนข้างเปราะบางเมื่อถูกความร้อน (อย่างน้อย 800° C) มันจะกลายเป็นพลาสติก โปร่งแสงด้วยรังสีอินฟราเรด Monocrystalline Silicon มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ตามลักษณะบางประการ อะตอมซิลิคอนคล้ายกับโครงสร้างอะตอมของคาร์บอน ซิลิคอนอิเล็กตรอนมีเลขเวเลนซ์เดียวกันกับโครงสร้างคาร์บอน

คนงาน คุณสมบัติของซิลิกอนขึ้นอยู่กับเนื้อหาของเนื้อหาบางอย่างในนั้น ซิลิคอนมีค่าการนำไฟฟ้าหลายประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งเหล่านี้คือประเภท "รู" และ "อิเล็กทรอนิกส์" เพื่อให้ได้สิ่งแรก โบรอนจะถูกเติมลงในซิลิคอน ถ้าคุณเพิ่ม ฟอสฟอรัส, ซิลิคอนได้รับการนำไฟฟ้าประเภทที่สอง ถ้าซิลิคอนถูกให้ความร้อนร่วมกับโลหะอื่นๆ จะเกิดสารประกอบเฉพาะที่เรียกว่า “ซิลิไซด์” เกิดขึ้น เช่น ในปฏิกิริยา “ แมกนีเซียมซิลิคอน«.

ซิลิคอนที่ใช้สำหรับความต้องการด้านอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการประเมินโดยลักษณะของชั้นบนเป็นหลัก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใส่ใจเป็นพิเศษกับคุณภาพเนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพโดยรวม ขึ้นอยู่กับการทำงานของอุปกรณ์ที่ผลิต เพื่อให้ได้ลักษณะที่ยอมรับได้มากที่สุดของชั้นบนของซิลิคอน จะต้องได้รับการบำบัดด้วยวิธีทางเคมีต่างๆ หรือฉายรังสี

สารประกอบ "ซัลเฟอร์-ซิลิคอน"ก่อให้เกิดซิลิคอนซัลไฟด์ซึ่งมีปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจนได้ง่าย เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงกว่า400°C ปรากฎ ซิลิกา.ที่อุณหภูมิเดียวกันจะเกิดปฏิกิริยากับคลอรีนและไอโอดีนรวมถึงโบรมีนในระหว่างที่เกิดสารระเหย - เตตราเฮไลด์

การรวมซิลิกอนและไฮโดรเจนเข้าด้วยกันโดยการสัมผัสโดยตรงจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากมีวิธีการทางอ้อม ที่อุณหภูมิ 1,000°C อาจเกิดปฏิกิริยากับไนโตรเจนและโบรอนได้ ส่งผลให้เกิดซิลิคอนไนไตรด์และโบไรด์ ที่อุณหภูมิเดียวกันเมื่อรวมซิลิกอนกับคาร์บอนก็สามารถผลิตได้ ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เรียกว่า “คาร์บอรันดัม” องค์ประกอบนี้มีโครงสร้างที่มั่นคงกิจกรรมทางเคมีช้า ใช้เป็นสารขัด

ในการเชื่อมต่อกับ เหล็ก, ซิลิคอนเป็นส่วนผสมพิเศษซึ่งช่วยให้องค์ประกอบเหล่านี้หลอมละลายซึ่งผลิตเซรามิกเฟอร์โรซิลิคอน นอกจากนี้จุดหลอมเหลวยังต่ำกว่าการหลอมแยกกันมาก ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1200° C จะเกิดการก่อตัวของ ซิลิคอนออกไซด์ปรากฎว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ ซิลิคอนไฮดรอกไซด์. เมื่อแกะสลักซิลิกอน จะใช้สารละลายน้ำอัลคาไลน์ อุณหภูมิจะต้องมีอย่างน้อย 60 องศาเซลเซียส

เงินฝากและการขุดซิลิคอน

ธาตุนี้มีมากเป็นอันดับสองของโลก สาร. ซิลิคอนคิดเป็นเกือบหนึ่งในสามของปริมาตรเปลือกโลก มีเพียงออกซิเจนเท่านั้นที่พบได้ทั่วไป โดยส่วนใหญ่จะแสดงออกโดยซิลิกา ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีซิลิคอนไดออกไซด์เป็นหลัก อนุพันธ์หลักของซิลิคอนไดออกไซด์คือ หินเหล็กไฟ ทรายชนิดต่างๆ ควอตซ์ และสนาม หลังจากนั้นก็มีสารประกอบซิลิเกตของซิลิกอน Nativeness เป็นปรากฏการณ์ที่หาได้ยากสำหรับซิลิคอน

การใช้งานซิลิคอน

ซิลิคอนคุณสมบัติทางเคมีซึ่งกำหนดขอบเขตการใช้งานแบ่งออกเป็นหลายประเภท ซิลิคอนบริสุทธิ์น้อยกว่าจะใช้สำหรับความต้องการด้านโลหะวิทยา: ตัวอย่างเช่นสำหรับสารเติมแต่งใน อลูมิเนียม, ซิลิคอนเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ deoxidizers ฯลฯ อย่างแข็งขัน มันปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะอย่างแข็งขันโดยการเพิ่มเข้าไป สารประกอบ. ซิลิคอนผสมพวกมัน เปลี่ยนการทำงาน ลักษณะเฉพาะของซิลิคอนจำนวนที่น้อยมากก็เพียงพอแล้ว

นอกจากนี้ อนุพันธ์ที่มีคุณภาพสูงกว่ายังผลิตจากซิลิคอนดิบ โดยเฉพาะซิลิคอนโมโนและโพลีคริสตัลไลน์ รวมถึงซิลิคอนอินทรีย์ ได้แก่ ซิลิโคนและน้ำมันอินทรีย์ต่างๆ นอกจากนี้ยังพบว่ามีการใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตปูนซีเมนต์และแก้วอีกด้วย มันไม่ได้ข้ามการผลิตอิฐ โรงงานที่ผลิตเครื่องลายครามก็ทำไม่ได้ถ้าไม่มีมัน

ซิลิคอนเป็นส่วนหนึ่งของกาวซิลิเกตที่รู้จักกันดีซึ่งใช้สำหรับงานซ่อมแซมและก่อนหน้านี้เคยใช้สำหรับความต้องการในสำนักงานจนกระทั่งมีสิ่งทดแทนที่ใช้งานได้จริงปรากฏขึ้น ผลิตภัณฑ์พลุไฟบางชนิดยังมีซิลิคอนอยู่ด้วย ไฮโดรเจนสามารถผลิตได้จากไฮโดรเจนและโลหะผสมของเหล็กในที่โล่ง

ใช้อะไรคุณภาพดีกว่ากัน? ซิลิคอน? จานแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ยังมีซิลิคอนซึ่งโดยธรรมชาติแล้วไม่ใช่ด้านเทคนิค สำหรับความต้องการเหล่านี้ ต้องใช้ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์ในอุดมคติหรืออย่างน้อยก็ต้องใช้ซิลิคอนทางเทคนิคที่มีความบริสุทธิ์ระดับสูงสุด

ที่เรียกว่า "ซิลิคอนอิเล็กทรอนิกส์"ซึ่งมีซิลิคอนเกือบ 100% มีประสิทธิภาพที่ดีกว่ามาก ดังนั้นจึงเป็นที่ต้องการในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูงและวงจรไมโครที่ซับซ้อน การผลิตของพวกเขาต้องการการผลิตที่มีคุณภาพสูง วงจร, ซิลิคอนซึ่งควรไปเฉพาะหมวดหมู่สูงสุดเท่านั้น การทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับจำนวนเท่าใด ประกอบด้วยซิลิคอนสิ่งสกปรกที่ไม่พึงประสงค์

ซิลิคอนครอบครองสถานที่สำคัญทางธรรมชาติ และสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ต้องการมันอยู่ตลอดเวลา สำหรับพวกเขานี่คือองค์ประกอบของอาคารเนื่องจากมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสุขภาพของระบบกล้ามเนื้อและกระดูก ทุกวันคนดูดซึมได้มากถึง 1 กรัม สารประกอบซิลิกอน.

ซิลิคอนอาจเป็นอันตรายได้หรือไม่?

ใช่ เนื่องจากซิลิคอนไดออกไซด์มีแนวโน้มที่จะเกิดฝุ่นได้ง่าย มีผลระคายเคืองต่อพื้นผิวเมือกของร่างกายและสามารถสะสมในปอดทำให้เกิดซิลิโคซิสได้ เพื่อจุดประสงค์นี้ ในการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลองค์ประกอบซิลิกอน จำเป็นต้องใช้เครื่องช่วยหายใจ การมีอยู่ของพวกมันมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงซิลิคอนมอนอกไซด์

ราคาซิลิคอน

ดังที่คุณทราบ เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ทั้งหมดตั้งแต่โทรคมนาคมไปจนถึงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ มีพื้นฐานมาจากการใช้ซิลิคอน โดยใช้คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ อะนาล็อกอื่น ๆ ถูกนำมาใช้ในระดับที่น้อยกว่ามาก คุณสมบัติเฉพาะของซิลิคอนและอนุพันธ์ของมันยังคงไม่มีใครเทียบได้ในอีกหลายปีต่อจากนี้ แม้ว่าราคาจะลดลงในปี 2544 ซิลิกอน, ขายกลับคืนสู่ภาวะปกติอย่างรวดเร็ว และในปี 2546 มูลค่าการค้าอยู่ที่ 24,000 ตันต่อปี

สำหรับเทคโนโลยีล่าสุดที่ต้องการความบริสุทธิ์ของซิลิคอนเกือบคริสตัลอะนาล็อกทางเทคนิคไม่เหมาะ และเนื่องจากระบบทำความสะอาดที่ซับซ้อนทำให้ราคาเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซิลิคอนชนิดโพลีคริสตัลไลน์นั้นพบได้ทั่วไปมากกว่า โดยต้นแบบโมโนคริสตัลไลน์นั้นมีความต้องการน้อยกว่า ในขณะเดียวกัน ส่วนแบ่งของซิลิคอนที่ใช้สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ก็ครองส่วนแบ่งมูลค่าการค้าอย่างมาก

ราคาสินค้าจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์และวัตถุประสงค์ ซิลิคอนซื้อซึ่งสามารถเริ่มต้นที่ 10 เซนต์ต่อกิโลกรัมของวัตถุดิบดิบ และสูงถึง 10 ดอลลาร์ขึ้นไปสำหรับซิลิคอน "อิเล็กทรอนิกส์"

ลักษณะองค์ประกอบ

14 ศรี 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

ไอโซโทป: 28 ศรี (92.27%); 29 ศรี (4.68%); 30 ศรี (3.05%)

ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก รองจากออกซิเจน (27.6% โดยมวล) ไม่พบในสถานะอิสระโดยธรรมชาติ โดยส่วนใหญ่พบอยู่ในรูปของ SiO 2 หรือซิลิเกต

สารประกอบศรีเป็นพิษ การสูดดมอนุภาคขนาดเล็กของ SiO 2 และสารประกอบซิลิกอนอื่น ๆ (เช่นแร่ใยหิน) ทำให้เกิดโรคที่เป็นอันตราย - ซิลิโคซิส

ในสถานะพื้น อะตอมของซิลิคอนมีวาเลนซ์ = II และในสถานะตื่นเต้น = IV

สถานะออกซิเดชันที่เสถียรที่สุดของ Si คือ +4 ในสารประกอบที่มีโลหะ (ซิลิไซด์) S.O. -4.

วิธีการรับซิลิคอน

สารประกอบซิลิกอนธรรมชาติที่พบมากที่สุดคือซิลิกา (ซิลิคอนไดออกไซด์) SiO 2 เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตซิลิคอน

1) การลด SiO 2 ด้วยคาร์บอนในเตาอาร์คที่ 1800 "C: SiO 2 + 2C = Si + 2CO

2) ได้รับ Si ที่มีความบริสุทธิ์สูงจากผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคตามโครงการ:

ก) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิคอน การดัดแปลงซิลิคอนแบบ Allotropic

1) ผลึกซิลิคอน - สารสีเทาเงินที่มีความเงาของโลหะ, โครงตาข่ายคริสตัลชนิดเพชร MP 1415"C จุดเดือด 3249"C ความหนาแน่น 2.33 g/cm3; เป็นสารกึ่งตัวนำ

2) ซิลิคอนอสัณฐาน - ผงสีน้ำตาล

คุณสมบัติทางเคมีของซิลิคอน

ในปฏิกิริยาส่วนใหญ่ Si ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์:

ที่อุณหภูมิต่ำซิลิคอนจะเฉื่อยทางเคมีเมื่อถูกความร้อนปฏิกิริยาของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

1. ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 400°C:

Si + O 2 = SiO 2 ซิลิคอนออกไซด์

2. ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนแล้วที่อุณหภูมิห้อง:

Si + 2F 2 = SiF 4 ซิลิคอนเตตราฟลูออไรด์

3. ปฏิกิริยากับฮาโลเจนอื่นๆ เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ = 300 - 500°C

ศรี + 2 ฮัล 2 = ซีฮาล 4

4. เมื่อไอกำมะถันที่อุณหภูมิ 600°C จะเกิดซัลไฟด์:

5. ปฏิกิริยากับไนโตรเจนเกิดขึ้นเหนือ 1,000°C:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 ซิลิคอนไนไตรด์

6. ที่อุณหภูมิ = 1150°C ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน:

SiO 2 + 3C = SiC + 2CO

คาร์บอรันดัมมีความแข็งใกล้เคียงกับเพชร

7. ซิลิคอนไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจน

8. ซิลิคอนทนทานต่อกรด ทำปฏิกิริยาเฉพาะกับส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริก (ไฮโดรฟลูออริก):

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

9. ทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลเพื่อสร้างซิลิเกตและปล่อยไฮโดรเจน:

ศรี + 2NaOH + H 2 O = นา 2 SiO 3 + 2H 2

10. คุณสมบัติรีดิวซ์ของซิลิคอนใช้ในการแยกโลหะออกจากออกไซด์:

2MgO = ศรี = 2Mg + SiO 2

ในการทำปฏิกิริยากับโลหะ Si เป็นตัวออกซิไดซ์:

ซิลิคอนก่อตัวเป็นซิลิไซด์ด้วยโลหะ s และโลหะ d ส่วนใหญ่

องค์ประกอบของซิลิไซด์ของโลหะที่กำหนดอาจแตกต่างกันไป (ตัวอย่างเช่น FeSi และ FeSi 2 ; Ni 2 Si และ NiSi 2 .) หนึ่งในซิลิไซด์ที่รู้จักกันดีที่สุดคือแมกนีเซียมซิลิไซด์ซึ่งสามารถได้มาจากปฏิกิริยาโดยตรงของสารง่าย ๆ:

2มก. + ศรี = มก. 2 ศรี

ไซเลน (โมโนไซเลน) SiH 4

ไซเลน (ไฮโดรเจนซิลิกา) Si n H 2n + 2, (เทียบกับอัลเคน) โดยที่ n = 1-8 ไซเลนเป็นอะนาลอกของอัลเคนซึ่งแตกต่างไปจากความไม่เสถียรของโซ่ -Si-Si-

Monosilane SiH 4 เป็นก๊าซไม่มีสีมีกลิ่นอันไม่พึงประสงค์ ละลายได้ในเอทานอล, น้ำมันเบนซิน

วิธีการได้รับ:

1. การสลายตัวของแมกนีเซียมซิลิไซด์ด้วยกรดไฮโดรคลอริก: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. การลดลงของ Si เฮไลด์ด้วยลิเธียมอลูมิเนียมไฮไดรด์: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

คุณสมบัติทางเคมี.

ไซเลนเป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง

1.SiH 4 ถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนแม้ที่อุณหภูมิต่ำมาก:

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

2. SiH 4 ไฮโดรไลซ์ได้ง่าย โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง:

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

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

ซิลิคอน (IV) ออกไซด์ (ซิลิกา) SiO 2

ซิลิกามีอยู่ในรูปแบบต่างๆ: ผลึก อสัณฐาน และคล้ายแก้ว รูปแบบผลึกที่พบมากที่สุดคือควอตซ์ เมื่อหินควอทซ์ถูกทำลาย จะเกิดทรายควอทซ์ขึ้นมา ผลึกเดี่ยวของควอตซ์มีความโปร่งใส ไม่มีสี (คริสตัลหิน) หรือมีสีที่มีสิ่งเจือปนเป็นสีต่างๆ (อเมทิสต์ อาเกต แจสเปอร์ ฯลฯ)

SiO 2 ที่เป็นอสัณฐานพบได้ในรูปของแร่โอปอล โดยซิลิกาเจลถูกผลิตขึ้นมาอย่างเทียม ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคคอลลอยด์ของ SiO 2 และเป็นตัวดูดซับที่ดีมาก Glassy SiO 2 เรียกว่าแก้วควอตซ์

คุณสมบัติทางกายภาพ

SiO 2 ละลายในน้ำได้เล็กน้อยมาก และแทบไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์อีกด้วย ซิลิกาเป็นอิเล็กทริก

คุณสมบัติทางเคมี

1. SiO 2 เป็นออกไซด์ที่เป็นกรด ดังนั้น ซิลิกาอสัณฐานจะละลายช้าๆ ในสารละลายด่างที่เป็นน้ำ:

SiO 2 + 2NaOH = นา 2 SiO 3 + H 2 O

2. SiO 2 ยังทำปฏิกิริยากับออกไซด์พื้นฐานเมื่อถูกความร้อน:

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

SiO 2 + CaO = CaSiO 3

3. เนื่องจากเป็นออกไซด์ที่ไม่ระเหย SiO 2 จะแทนที่คาร์บอนไดออกไซด์จาก Na 2 CO 3 (ระหว่างฟิวชั่น):

SiO 2 + นา 2 CO 3 = นา 2 SiO 3 + CO 2

4. ซิลิกาทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริกทำให้เกิดกรดไฮโดรฟลูออโรซิลิก H 2 SiF 6:

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

5. ที่อุณหภูมิ 250 - 400°C SiO 2 ทำปฏิกิริยากับก๊าซ HF และ F 2 ทำให้เกิดเป็นเตตราฟลูออโรซิเลน (ซิลิคอนเตตราฟลูออไรด์):

SiO 2 + 4HF (แก๊ส) = SiF 4 + 2H 2 O

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

กรดซิลิซิก

เป็นที่รู้จัก:

กรดออร์โธซิลิก H 4 SiO 4 ;

กรดเมตาซิลิคอน (ซิลิซิก) H 2 SiO 3 ;

กรดไดและโพลีซิลิก

กรดซิลิซิกทั้งหมดละลายได้ในน้ำเล็กน้อยและเกิดเป็นสารละลายคอลลอยด์ได้ง่าย

วิธีการรับสินค้า

1. การตกตะกอนด้วยกรดจากสารละลายของซิลิเกตโลหะอัลคาไล:

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

2. การไฮโดรไลซิสของคลอโรซิเลน: SiCl 4 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4HCl

คุณสมบัติทางเคมี

กรดซิลิซิกเป็นกรดอ่อนมาก (อ่อนกว่ากรดคาร์บอนิก)

เมื่อถูกความร้อน พวกมันจะคายน้ำออกเพื่อสร้างซิลิกาเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

ซิลิเกต - เกลือของกรดซิลิซิก

เนื่องจากกรดซิลิซิกมีความอ่อนมาก เกลือของกรดในสารละลายที่เป็นน้ำจึงถูกไฮโดรไลซ์อย่างมาก:

นา 2 SiO 3 + H 2 O = NaHSiO 3 + NaOH

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

ด้วยเหตุผลเดียวกัน เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ถูกส่งผ่านสารละลายซิลิเกต กรดซิลิซิกจะถูกแทนที่:

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

ปฏิกิริยานี้ถือได้ว่าเป็นปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อซิลิเกตไอออน

ในบรรดาซิลิเกตมีเพียง Na 2 SiO 3 และ K 2 SiO 3 เท่านั้นที่ละลายน้ำได้สูงซึ่งเรียกว่าแก้วที่ละลายน้ำได้และสารละลายที่เป็นน้ำเรียกว่าแก้วเหลว

กระจก

กระจกหน้าต่างธรรมดามีองค์ประกอบ Na 2 O CaO 6 SiO 2 นั่นคือเป็นส่วนผสมของโซเดียมและแคลเซียมซิลิเกต ได้มาจากการผสมโซดา Na 2 CO 3 หินปูน CaCO 3 และทราย SiO 2

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

ปูนซีเมนต์

วัสดุยึดเกาะที่เป็นผงซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ จะก่อตัวเป็นมวลพลาสติกที่เปลี่ยนเมื่อเวลาผ่านไปเป็นวัตถุแข็งคล้ายหิน วัสดุก่อสร้างหลัก

องค์ประกอบทางเคมีของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่พบมากที่สุด (เป็น% โดยน้ำหนัก) คือ 20 - 23% SiO 2; แคลเซียมคาร์บอเนต 62 - 76%; 4 - 7% อัล 2 O 3; 2-5% เฟ 2 โอ 3; 1-5% MgO