Kisel och dess föreningar. Kisel i naturen. Applicering av kisel

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 05:42

Kisel är ett av de mest efterfrågade elementen inom teknik och industri. Det beror på dess ovanliga egenskaper. Idag finns det många olika föreningar av detta element som spelar en viktig roll i syntesen och skapandet av tekniska produkter, fat, glas, utrustning, bygg- och ytbehandlingsmaterial, smycken och andra industrier.

Allmänna egenskaper hos kisel

Om vi betraktar kiselpositionen i det periodiska systemet kan vi säga så här:

1. Belägen i grupp IV i huvudundergruppen.
2. Ordinalnummer 14.
3. Atommassa 28, 086.
4. Kemisk symbol Si.
5. Namn - kisel, eller på latin - silicium.
6. Elektronisk konfiguration av det yttre lagret 4e:2e:8e.

Kristallgittret av kisel liknar det för diamant. Atomer är belägna vid noderna, dess typ är ansiktscentrerad kubisk. Men på grund av den längre bindningslängden skiljer sig de fysikaliska egenskaperna hos kisel mycket från de för allotropisk modifiering av kol.

Fysiska och kemiska egenskaper

Det finns tvåallotropa modifieringar av detta element: amorf och kristallin. De är väldigt lika. Men som med andra ämnen är den största skillnaden mellan dem kristallgittret av kisel.

I det här fallet är båda modifieringarna pulver i olika färger.

1. Kristallint kisel är ett mörkgrått glänsande metallliknande pulver. Dess struktur motsvarar diamant, men egenskaperna är olika. Han har:

• bräcklighet;
• låg hårdhet;
• halvledaregenskaper;
• smältpunkt 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• kokpunkt 2700⁰C.

Dess kemiska aktivitet är låg jämfört med andra allotropa former.

2. Amorft kisel - brunbrunt pulver, har strukturen av mycket oordnad diamant. Den kemiska aktiviteten är ganska hög.

Generellt bör det noteras att kisel inte gillar att reagera. För att få den att reagera behöver du en temperatur på minst 400-500⁰C. Under dessa förhållanden bildas olika kemiska föreningar av kisel. Som:

• oxides;
• halider;
• silicider;
• nitrider;
• borides;
• karbider.

Möjlig interaktion mellan kisel och salpetersyra eller alkali, vilket kallas etsningsprocessen. Kiselorganiska föreningar är utbredda och blir allt vanligare idag.

Att vara i naturen

Kisel finns i naturen i en ganska betydande mängd. Det är på andra plats efter syre när det gäller prevalens. Dess massandel är cirka 30%. Havsvatten innehåller också detta element i en ungefärlig koncentration av 3 mg/l. Därför kan det inte sägas att kisel är ett sällsynt grundämne i naturen.

Tvärtom, det finns många olika bergarter och mineraler som det förekommer i och från vilka det kan brytas. De vanligaste naturliga kiselföreningarna är följande:

1. Silica. Den kemiska formeln är SiO₂. Det finns en ganska stor variation av former av mineraler och bergarter baserade på det: sand, flinta, fältspat, kvarts, bergkristall, ametist, kalcedon, karneol, opal, jaspis och andra.
2. Silikater och aluminiumsilikater. Kaolin, spars, glimmer, kiselsyras alter, asbest, talk.

Således är kisel brett distribuerat i naturen, och dess föreningar är populära och efterfrågade bland människor för tekniska tillämpningar.

Kisel och dess föreningar

Eftersom grundämnet i fråga inte kan existera i sin rena form, är dess olika sammansättningar viktiga. Ur kemisk synvinkel kan den uppvisa tre oxidationstillstånd: +2, +4, -4. Med utgångspunkt från detta, såväl som från dess tröghet, men speciell i strukturen av kristallgittret, bildar det följande huvudtyper av ämnen:

• binära föreningar med icke-metaller (silan, karbid, nitrid, fosfid och så vidare;
• oxides;
• kiselsyra;
• metallsilikater.

Låt oss ta en närmare titt på betydelsen av kisel och dess föreningar, som är de vanligaste och mest efterfrågade för människor.

Siliconoxides

Det finns två varianter av detta ämne, uttryckt med formlerna:

• SiO;
• SiO₂.

Den mest utbredda är dock dioxid. Den finns i naturen i form av mycket vackra halvädelstenar:

• agate;
• kalcedon;
• opal;
• carnelian;
• jasper;
• ametist;
• rhinestone.

Användningen av kisel i denna form har funnit sin tillämpning vid tillverkning av smycken. Otroligt vackra guld- och silversmycken är gjorda med dessa halvädelstenar och halvädelstenar.

Några fler varianter av kiseldioxid:

• quartz;
• flod- och kvartssand;
• flint;
• fältspat.

Användningen av kisel i dessa typer är implementerad i byggnadsarbeten, teknik, radioelektronik, kemisk industri och metallurgi. Tillsammans tillhör de listade oxiderna ett enda ämne - kiseldioxid.

Kiselkarbid och dess tillämpningar

Kisel och dess föreningar är framtidens och nuets material. Ett av dessa material är karborundum eller karbiden av detta element. Kemisk formel för SiC. Förekommer naturligt som mineralet moissanite.

I sin rena form är blandningen av kol och kisel vackertransparenta kristaller som liknar diamantstrukturer. Gröna och svarta ämnen används dock för tekniska ändamål.

De huvudsakliga egenskaperna hos detta ämne, som tillåter dess användning inom metallurgi, ingenjörsindustri, kemisk industri, är följande:

• wide gap halvledare;
• mycket hög hållfasthet (7 på Mohs-skalan);
• hög temperaturbeständig;
• utmärkt elektriskt motstånd och värmeledningsförmåga.

Allt detta gör det möjligt att använda karborundum som ett slipande material i metallurgi och kemisk syntes. Och även på grundval av att producera bredspektrade lysdioder, delar till glassmältugnar, munstycken, facklor, smycken (moissanite värderas mer än cubic zirconia).

Silan och dess betydelse

Väteföreningen av kisel kallas silan och kan inte erhållas genom direkt syntes från utgångsmaterial. För att få det används silicider av olika metaller, som behandlas med syror. Som ett resultat frigörs gasformig silan och ett metalls alt bildas.

Intressant nog bildas kopplingen i fråga aldrig ensam. Alltid som ett resultat av reaktionen erhålls en blandning av mono-, di- och trisilan, i vilken kiselatomer är sammankopplade i kedjor.

De här föreningarna är genom sina egenskaper starka reduktionsmedel. Samtidigt oxideras de själva lätt av syre, ibland med en explosion. Med halogener är reaktionerna alltid våldsamma, med stor emissionenergi.

Tillämpningarna av silaner är följande:

1. Reaktioner av organisk syntes, som resulterar i bildning av viktiga organiska kiselföreningar - silikoner, gummi, tätningsmedel, smörjmedel, emulsioner och andra.
2. Mikroelektronik (LCD-skärmar, integrerade tekniska kretsar, etc.).
3. Få ultrarent polykisel.
4. Tandvård med proteser.

Således är betydelsen av silaner hög i den moderna världen.

kiselsyra och silikater

Hydroxiden av grundämnet i fråga är olika kiselsyror. Höjdpunkt:

• meta;
• ortho;
• polykiselsyra och andra syror.

Alla förenas av gemensamma egenskaper - extrem instabilitet i den fria staten. De sönderdelas lätt under påverkan av temperatur. Under normala förhållanden existerar de inte länge, förvandlas först till en sol och sedan till en gel. Efter torkning kallas sådana strukturer kiselgeler. De används som adsorbenter i filter.

Viktigt, ur industrins synvinkel, är s alter av kiselsyror - silikater. De ligger till grund för produktionen av ämnen som:

• glas;
• concrete;
• cement;
• zeolit;
• kaolin;
• porslin;
• fajans;
• kristall;
• keramik.

Alkalimetallsilikater är lösliga, alla andra är inte det. Därför kallas natrium- och kaliumsilikat flytande glas. Vanligt kontorslim - det här är natriumkiselsyras alt.

Men de mest intressanta föreningarna är fortfarande glasögon. Oavsett hur många varianter av detta ämne de kom på! Idag får de färg, optiska, matta alternativ. Glasvaror är slående i sin prakt och variation. Genom att tillsätta vissa metalloxider och icke-metalloxider till blandningen kan en mängd olika glastyper framställas. Ibland leder till och med samma sammansättning, men en annan procentandel av komponenterna till en skillnad i ämnets egenskaper. Ett exempel är porslin och fajans, vars formel är SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvartsglas är en form av mycket ren produkt vars sammansättning beskrivs som kiseldioxid.

Upptäckt i kiselföreningar

Under de senaste årens forskning har det bevisats att kisel och dess föreningar är de viktigaste deltagarna i levande organismers normala tillstånd. Med brist på eller överskott av detta element, sjukdomar som:

• cancer;
• tuberkulos;
• artrit;
• starr;
• lepra;
• dysenteri;
• reumatism;
• hepatit och andra.

Åldringsprocessen i sig är också förknippad med det kvantitativa innehållet av kisel. Många experiment på däggdjur har visat att med brist på ett element uppstår hjärtinfarkter, stroke, cancer och hepatitviruset aktiveras.