Характеристика и свойства кремния: не спутайте с камнем

Металлический шар

Про характеристики и свойства кремния можно узнать много интересного. Он является редким неметаллом. Земная кора примерно на 28% состоит из этого элемента. А в море его концентрация составляет около 2,8 мг/л. Однако этот неметалл практически не добывают в чистом виде. Поэтому распространены кремниевые соединения. Их применяют в промышленности, электронике, медицине. Чистое вещество есть в человеческом организме. Его нехватка приводит к проблемам со здоровьем.

Где добывают

В чистом виде кремний практически не встречается. Геологи нашли частицы чистого вещества в трещинах вулканов на Камчатке, Кольском полуострове, в Карелии.

Также микроскопическое содержание элемента замечено в Красноярском крае, в природном заповеднике Кузнецкий Алатау в районе Западной Сибири.

В природе распространен кремнезем – диоксид кремния. Его содержание в земной коре – примерно 11,9%.

Элемент присутствует в горных породах:

  • слюда;
  • полевой шпат;
  • слюда;
  • опал;
  • силикат;
  • глина.

Содержание кремния — до 74-76%. Количество вещества зависит от вида породы.

Химический элемент залегает глубоко в почве, на дне океанов и морей. Он скапливается в скелетах и панцирях морских животных. Поэтому на морском дне образуются крупные залежи диоксида.

Кристаллы элемента

История

О химическом элементе впервые заговорили в 1811 году французские химики Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар.

В 1823 году ученый Йенс Якобс Берцелиус в результате опытов восстановил тетрафторид кремния калием и получил аморфную модификацию. Именно Берцелиус предложил латинское название – «silicis».

В 1834 году российский ученый Герман Гесс дал кремнию имя. В переводе с древнегреческого языка оно значит «утес».

Опыты по изучению физических свойств элемента продолжились. И через 20 лет французский ученый Сент Клер-Девилль вывел еще один вид – кристаллический.

Элемент таблицы Менделеева

Подробнее об элементе

В таблице Менделеева кремний отмечается знаком Si, а его атомный номер — 14. Не путайте химический элемент с камнем кремнем.

Из-за похожих названий в английском языке кремний (silicon) иногда переводят как «силикон» (silicone). Поэтому в России Кремниевую долину долго называли Силиконовой.

Элемент входит в состав соединений: диоксидов, силикатов, силицидов, силанов. Благодаря этой особенности можно бесконечно варьировать составы и получать новые соединения. Их используют при изготовлении камня, стекла, керамических предметов.

Кремний нетоксичный. Его применяют в технологических процессах в любой промышленной сфере.

Вдыхать диоксид и силикаты опасно. Если эти вещества попадают в легкие, то кристаллизуются и разрушают ткани. Если это происходит регулярно, развивается силикоз – профессиональное заболевание легких.

В твердом состоянии кремний хрупкий, поэтому его не используют при строительстве.

Кристаллическая решетка

Формы

Монокристаллическая

Монокристаллический кремний – искусственно выращенный камень. У него однородная консистенция и упорядоченная структура. Форма наиболее распространена и востребована в электронике. Но монокристалл стоит дорого из-за высоких затрат на выращивание.

Его также производят искусственным путем с помощью перекристаллизации поликристаллического кремния. Получаются кусочки в форме цилиндра, квадрата и квадратной призмы.

Мультикристаллический кремний состоит из крупных кристаллических частиц. Между границами появляются дефектные уровни. Поэтому камень теряет эффективность в качестве полупроводника и быстрее изнашивается. Такой образец стоит дешевле, потому что его проще вырастить.

Поликристаллический материал включает хаотично расположенные зерна. Этот вариант является чистым видом кремния.

Кристаллическая

Кристаллическая форма представлена порошком насыщенно-серого цвета. При взаимодействии с воздухом вещество покрывается диоксидом.

Кристаллический вариант чаще используют в народном хозяйстве.

Аморфная

Также распространен бурый порошок – аморфный. Он быстрее вступает в реакцию с другими веществами.

Это недорогая альтернатива монокристаллическому материалу. Атомы находятся на короткой дистанции и образуют непрерывную сеть.

Аморфный материал используют при производстве жидкокристаллических экранов.

Известна гексагональная разновидность плотностью 2,55 см3. Но такой вид не нашел практического применения. 

Часто встречается в природе

Свойства

Плотность кремния составляет 2,3 г/см3, твердость – 7 баллов. Вещество закипает при 2600°C, а плавится – при 1420°C. 

На электрические свойства кремния влияют примеси. Благодаря этой особенности, вещество применяют при формировании нужного вида полупроводника.

Велись споры о том, какого цвета вещество. Существуют ошибочные мнения о красных и черных оттенках. Но элемент бурый или темно-серый с металлическим блеском.

Этот неметалл инертный. Он не вступает в реакцию с окислителями из-за оксидной пленки. Она появляется на поверхности при воздействии испарений, воздуха и влаги.

Элемент становится химически активным при нагревании до 420°. Элемент начинает взаимодействовать с кислородом, водородом и галогенами.

У аморфного вида иные характеристики. Он хорошо поглощает в воду и взаимодействует с окислителями даже при комнатной температуре.

Производят в России

Производство элемента

В России технологию искусственного получения кремния опробовал химик Николай Бекетов. Сегодня производства располагаются на заводах в Иркутской и Свердловской областях.

В промышленных масштабах расплав диоксида восстанавливают коксом (производным углерода) в печах при температуре 1820°C. Полученное вещество содержит всего 0,1% примесей.

Для получения абсолютной чистоты вещество обрабатывают хлором. Образуется хлорид кремния. Его очищают и восстанавливают чистым водородом.

В лабораторных условиях элемент получают из белого песка. Его прокаливают с магнием или другими активными металлами. Чистота составляет 99,9%.

Изготавливают радиодетали

Где применяется кремний 

Промышленность и предметы быта

Вещество используют при изготовлении деталей для радиотехники, полупроводниковых приборов (тиристоров, транзисторов), стекла, цемента, керамики, жаропрочной посуды, ламп УФ-излучения.

А также для придания прочности сплавам в металлургии, повышения устойчивости к коррозии. Элемент входит в сплавы железа и цветных металлов.

Очищенный кристаллический кремний используют в качестве сырья в солнечной энергетике, при производстве зеркал газовых лазеров, зажигалок.

Среди сфер применения – инфракрасная оптика, металлургическая промышленность (раскисление расплавленных металлов).

Чистый элемент применяют при изготовлении электронных приборов, монолитных микросхем. Силикаты – при производстве оконных стекол.

Сплавы с металлами называют силицидами. Они твердые и медленно плавятся. Поэтому их используют в нагревательных печах, газовых турбинах, лабораторной посуде, компонентах ракетной техники.

Кремниевые соединения входят в состав смазочных веществ, резины.

Используется во многих сферах

Медицина

Вещество хорошо очищает воду. Эта характеристика кремния издавна была известна, поэтому колодцы облицовывали камнем.

Очищенная жидкость помогает при стоматологических заболеваниях, повышает иммунитет и стойкость к инфекциям.

Кремниевые соединения входят в состав лекарственных средств от заболеваний суставов и туберкулеза.

Добавляют в препараты от туберкулеза

Биологическая роль элемента

Кремний – важнейший элемент в человеческом организме и имеет большое значение для него.

Вещество содержится в мышечной ткани (0,002%), костной ткани (0,000017%). Содержание в кровеносной системе – 3,0 мг/л.

Человек должен ежедневно получать этот элемент из пищи. При грамотном рационе в организм каждый день поступает 1 г вещества.

Нехватка элемента отрицательно влияет на состояние ногтей, кожи, волос, иммунной защиты организма.

Начинаются проблемы в деятельности сердечно-сосудистой системы, повышается уровень сахара и холестерина в крови, сильно шелушится кожа головы. Не исключено появление прыщей по всему телу, кровоподтеков, синяков и постоянной головной боли.

Элемент используют при изготовлении удобрений. Он обеспечивает активный рост растений.

Организму животных он тоже нужен. Вещество входит в состав витаминных препаратов.

Если статья оказалась интересной, поставьте, пожалуйста, максимальную оценку, и поделитесь ссылкой в социальных сетях.

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Пульс камня
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector