تم اكتشاف السيليكون والحصول عليه في عام 1823 من قبل الكيميائي السويدي ينس جاكوب بيرسيليوس.
ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية بعد الأكسجين (27.6% بالكتلة). وجدت في المركبات.
|
هيكل ذرة السيليكون في الحالة الأرضية 1س 2 2س 22ف6 3س 2 3ع 2 |
هيكل ذرة السيليكون في حالة مثارة 1س 2 2س 22ف6 3س 1 3ع 3 حالات الأكسدة: +4، -4. |
تآصل السليكون
ومن المعروف السيليكون غير المتبلور والبلوري.
السيليكون متعدد البلورات
كريستال – مادة رمادية داكنة ذات بريق معدني، صلابة عالية، هشة، شبه موصلة؛ ρ = 2.33 جم/سم 3، t°pl. = 1415 درجة مئوية؛ يغلي. = 2680 درجة مئوية.
لها بنية تشبه الماس وتشكل روابط تساهمية قوية. خامل.
عديم الشكل - مسحوق بني، استرطابي، يشبه البنية الماسية، ρ = 2 جم/سم 3، أكثر تفاعلاً.
الحصول على السيليكون
1) صناعة – تسخين الفحم بالرمل :
2C + SiO 2 t˚ → Si + 2CO
2) معمل – تسخين الرمل بالمغنيسيوم :
تجربة 2Mg + SiO 2 t˚ → Si + 2MgO
الخواص الكيميائية
نموذجي غير معدني، خامل.
كعامل اختزال:
1) مع الأكسجين
Si 0 + O 2 t˚ → Si +4 O 2
2) مع الفلور (بدون تدفئة)
سي 0 + 2F 2 → SiF 4
3) بالكربون
Si 0 + C t˚ → Si +4 C
(SiC - carborundum - صلب؛ يستخدم للإشارة والطحن)
4) لا يتفاعل مع الهيدروجين.
يتم الحصول على السيلان (SiH 4) عن طريق تحلل مبيدات السيليكات المعدنية مع الحمض:
Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2 MgSO 4
5) لا يتفاعل مع الأحماض (تفقط مع حمض الهيدروفلوريك سي+4 التردد العالي= سيف 4 +2 ح 2 )
يذوب فقط في خليط من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك:
3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O
6) مع القلويات (عند تسخينها):
كعامل مؤكسد:
7) مع المعادن (تتكون مبيدات السيليكات):
Si 0 + 2Mg t˚ →Mg 2 Si -4
يستخدم السيليكون على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات كأشباه الموصلات. إضافات السيليكون إلى السبائك تزيد من مقاومتها للتآكل. السيليكات والألومينوسيليكات والسيليكا هي المواد الخام الرئيسية لإنتاج الزجاج والسيراميك، وكذلك لصناعة البناء والتشييد.السيليكون في التكنولوجيا
تطبيق السيليكون ومركباته
سيلان - سيه 4
الخصائص الفيزيائية: غاز عديم اللون، سام، النائب. = -185 درجة مئوية، درجة الغليان. = -112 درجة مئوية.
تحضير حمض السيليك
تأثير الأحماض القوية على السيليكات - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
الخواص الكيميائية:
عند تسخينه يتحلل: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
أملاح حمض السيليك - السيليكات.
1) مع الأحماض
Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3
2) بالأملاح
Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓
3) يتم تدمير السيليكات التي تتكون منها المعادن في الظروف الطبيعية تحت تأثير الماء وأول أكسيد الكربون (IV) - تجوية الصخور:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (الفلسبار) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (كاولينيت (طين)) + 4SiO 2 (سيليكا (رمل)) + K2CO3
تطبيق مركبات السيليكون
تستخدم مركبات السيليكون الطبيعية - الرمل (SiO 2) والسيليكات في إنتاج السيراميك والزجاج والأسمنت.
|
سيراميك |
|
|
بورسلين= الكاولين + الطين + الكوارتز + الفلسبار. مسقط رأس الخزف هو الصين، حيث عرف الخزف بالفعل في عام 220. في عام 1746، تم إنشاء إنتاج الخزف في روسيا.
|
الخزف -من اسم مدينة فاينزا الإيطالية. حيث تطورت صناعة السيراميك في القرنين الرابع عشر والخامس عشر. يختلف الخزف عن الخزف في محتواه العالي من الطين (85%) ودرجة حرارة حرقه المنخفضة. |
الموضوع: أكسيد السيليكون (السادس). حمض السلسيليك.
هدف: يجب أن يتعلم الطلاب خصائص أكسيد السيليكون (VI) و
حمض السيليك قياسا على الكربون ومركباته،
تأكد من أن خصائصها هي نتيجة لبنية المادة؛
المعدات: Na2SiO3، HCl، مجموعة "المعادن والصخور"، PSHE.
خلال الفصول الدراسية.
أنا . يا لحظة تنظيمية.
ثانيا .فحص الواجبات المنزلية.
شباب! في الدرس الأخير درسنا السيليكون، وأعطينا له خصائصه كعنصر كيميائي وكمادة بسيطة. هل تتذكر أين يوجد السيليكون في الطبيعة؟ يعد السيليكون أحد العناصر الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية، حيث يحتل المرتبة الثانية بعد الأكسجين (26-27%). السيليكون هو العنصر الرئيسي في مملكة الصخور. السيليكا SiO2 – الجزء الرئيسي من الرمال، Al2O3 2SiO2 2H2O – الكاولينيت، الجزء الرئيسي من الطين،
K2O Al2O3 6SiO2 – الفلسبار (الأورثوكلاز). في معظم الكائنات الحية يكون محتوى السيليكون منخفضًا. ومع ذلك، فإن بعض الأعشاب البحرية تتراكم كميات كبيرة من السيليكون - وهذه هي الدياتومات؛ بين الحيوانات، تحتوي إسفنجات السيليكون على الكثير من السيليكون.
شباب! ما هي الخصائص الفيزيائية للسيليكون؟
ومن المعروف السيليكون غير المتبلور والبلوري. يحتوي السيليكون البلوري على بريق معدني، وهو مقاوم للحرارة، وصلب جدًا، وله شبكة بلورية ذرية، وله موصلية كهربائية ضئيلة. (في درجة حرارة الغرفة 1000 مرة< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.
قم بتسمية مجالات تطبيق السيليكون (يتم استخدام معظم السيليكون في إنتاج فولاذ السيليكون، الذي يتمتع بمقاومة عالية للحرارة ومقاومة للأحماض. بلورات السيليكون هي أشباه موصلات، لذلك يتم استخدامها كمقومات ومكبرات تيار، في الخلايا الضوئية.)
الآن أعد إنتاج الخصائص الكيميائية للسيليكون وإنتاجه في المختبر والصناعة على أوراق من الورق.
ثالثا . تعلم مواد جديدة.
1. هيكل الشبكة البلورية SiO2.
2. التواجد في الطبيعة.
3. الخصائص الفيزيائية.
4. الخصائص الكيميائية.
5. التطبيق.
6. حمض السيليك.
1). هيكل الشبكة البلوريةشافي2 .
SiO2 هو نظير للكربون. أكاسيدها الأعلى هي CO2 وSiO2. ثاني أكسيد الكربون هو غاز، درجة انصهاره 56.60 درجة مئوية، وهو عبارة عن شبكة بلورية جزيئية، تتكون من جزيئات فردية غير متصلة ببعضها البعض، وSiO2 مادة صلبة، درجة انصهارها عالية = 17280 درجة مئوية، وهي شبكة بلورية ذرية تكون فيها كل ذرة سيليكون متصلة بأربع ذرات أكسجين.
لذلك، يحتوي أكسيد السيليكون على جزيء واحد عملاق (SiO2)n، ولكن لسهولة التدوين نكتب SiO2.
2) التواجد في الطبيعة.
مركب السيليكون المستقر هو أكسيد السيليكون (VI)، ويسمى السيليكا. يحدث في الحالات البلورية والمشفرة وغير المتبلورة. المزيد من SiO2 في الحالة البلورية.
SiO2 - السيليكا
بلوري كريبتوكريستالين غير متبلور
(معدن – كوارتز) (أوبال، يشب، عقيق، فلينت) (حامل ثلاثي الأرجل)
كريستال - يوجد في الطبيعة على شكل معدن الكوارتز. الكوارتز هو أيضًا جزء من الصخور - الجرانيت والنيس. يتكون الرمل العادي من حبيبات صغيرة من الكوارتز. الرمال النقية بيضاء اللون، وتسمى رمل الكوارتز، ورمل النهر العادي يحتوي على شوائب حديدية ولذلك يكون لونه أصفر. بلورات الكوارتز الفردية الشفافة هي كريستال صخري. ويسمى البلور الصخري الملون باللون الأرجواني بسبب وجود شوائب بالجمشت، بينما يسمى البلور الصخري الملون باللون البني بالتوباز الدخاني. هم المجوهرات. يتحول الكوارتز المنصهر إلى زجاج شفاف عند تبريده. زجاج الكوارتز لا ينقل الأشعة فوق البنفسجية.
كريبتوكريستاليني تشمل مركبات السيليكا العقيق واليشب والعقيق والصوان. الأوبال والعقيق لهما ألوان جميلة. تم استخدامها لتزيين مترو موسكو. الصوان معدن صلب ينكسر إلى قطع حادة الحواف عند ضربه، وقد لعب هذا دورًا رئيسيًا في التطور التاريخي للمجتمع البشري. تم استخدام هذا المعدن لصنع الأدوات.
عديم الشكل SiO2 أقل شيوعًا في الطبيعة. تتكون أصداف بعض الدياتومات من مادة SiO2 غير المتبلورة وتشكل تراكمات هذه الأصداف رواسب كبيرة في أماكن تسمى التربة التحللية أو التريبولي (دياتوميت).
3) الخصائص الفيزيائية.
SiO2 مادة صلبة بلورية.
4) الخصائص الكيميائية.
شائعة:
أ) يتفاعل مع القلويات عند درجة الحرارة.
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
ب) يتفاعل عند درجة الحرارة مع الأكاسيد الأساسية
SiO2 + CaO = CaSiO3
محدد.
أ) لا يتفاعل مع الماء.
ب) مع زيادة درجة الحرارة، فإنه يزيح المزيد من الأكاسيد المتطايرة من الأملاح.
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
ج) يتفاعل مع حمض الهيدروفلوريك
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
رباعي فلوريد
5) التطبيق.
1.الكوارتز – إنتاج الزجاج والأواني الزجاجية الكيميائية.
2.Trepel - في البناء، كمادة عازلة للحرارة وتخميد الصوت.
3. الأوسمة.
4. إنتاج الطوب الرملي الجيري.
5. منتجات السيراميك.
6) حمض السيليك.
وفقا لجدول الذوبان، H2SiO3 هو حمض غير قابل للذوبان.
ويمكن الحصول عليه عن طريق تفاعل محاليل أملاحه مع الأحماض.
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
طالب الرواسب
2نا ++ SiO32- + 2H+ + 2Cl- = 2نا + + 2Cl-+ H2SiO3↓
2H+ + SiO32- = H2SiO3↓
مع الماء، يشكل حمض السيليك محاليل غروية. وهو حمض أضعف، بل أضعف من حمض الكربونيك، وهش، ويتحلل تدريجيا عند تسخينه.
H2SiO3 = H2O + SiO2
السادس. الدمج.مشاهدة الجزء الأول من فيلم "أكسيد السيليكون (السادس)"
الخامس. الواجب المنزلي– ملخص، §35،36.
مشكلة 1 صف.
ما كمية أول أكسيد الكربون (VI) التي سيتم إطلاقها (باللتر) عند دمج كربونات الصوديوم مع 62 جم من السيليكا التي تحتوي على 3% شوائب من مركبات الحديد.
نظرا: 1 مول س
م (SiO2) = 62 جم. Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3 + ثاني أكسيد الكربون
Ѡ(تقريبًا) – 3% 1 مول 2 مول
الخامس(CO2) - ؟ M (SiO2) = 28 + 32 = 60 جم/مول
صحة الأم والطفل. الخامس. = Ѡ م اللون / 100% = 97 62/100% = 60.14
υ(SiO2) = م/م = 60.14/60 = 1 مول
υ(СO2) = 1 مول
V(CO2) = Vm · υ = 22.4 ·1 = 22.4 لتر.
مشكلة الصف الثاني.
ما كمية أكسيد Si(IV) الذي يحتوي على 0.2 جزء من الشوائب المطلوبة للحصول على 6.1 جم من سيليكات الصوديوم؟
المعطى: × 0.05
م (Na2SiO3) = 6.1 جم. SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Ѡ(تقريبًا) = 20% 1 مول 1 مول
م (SiO2) - ؟ م (SiO2) = 60 جم / مول
M (Na2SiO3) = 122 جم/مول
υ (Na2SiO3) = م / م = 6.1 / 122 = 0.05 مول
υ (SiO2) = 0.05 مول
م = م · υ = 60 · 0.05 = 3 جم.
100% - 20% = 80%
النظام التجاري المتعدد الأطراف. الخامس. = .mch. الخامس. / Ѡ · 100% = 30 / 80 · 100 = 3.75 جم.
مشكلة الصف الثالث.
عندما يتفاعل 120 جم من SiO2 مع 106 جم من Na2CO3، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون. ما كتلة هذا الغاز التي تكونت؟
نظرا: 1mol س
م (SiO2) = 120 جم Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
م (Na2CO3) = 106 جم 1 مول 1 مول 1 مول
الخامس (CO2) - ؟ م (Na2CO3) = 106 جم / مول
م (SiO2) = 60 جم / مول
م (CO2) = 44 جم / مول
υ (Na2CO3) = م /م = 106/106 = 1 مول (غير كافي)
υ (SiO2) = 120/60 = 2 مول (جم)
V(CO2) = 1 مول
م (CO2) = م · υ = 44 · 1 = 44 جم.
الممثل الثاني لعناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الرابعة (المجموعة IVA) من الجدول الدوري لـ D.I Mendeleev هو السيليكون Si.
في الطبيعة، يعتبر السيليكون ثاني أكثر العناصر الكيميائية وفرة بعد الأكسجين. ويتكون أكثر من ربع القشرة الأرضية من مركباتها. مركب السيليكون الأكثر شيوعًا هو أكسيد السيليكون (IV) SiO 2، واسمه الآخر هو السيليكا.
في الطبيعة، يشكل الكوارتز المعدني (الشكل 158)، العديد من الأصناف منها - الكريستال الصخري وشكله الأرجواني الشهير - الجمشت، وكذلك العقيق، العقيق، اليشب، العقيق الأبيض، العقيق، تُعرف باسم الزينة وشبه الكريمة الحجارة. يتكون الرمل العادي والكوارتز أيضًا من أكسيد السيليكون (IV).
أرز. 158.
بلورات الكوارتز مدمجة في الدولوميت
صنع الأشخاص البدائيون أدوات من أنواع مختلفة من المعادن تعتمد على أكسيد السيليكون (الرابع) (الصوان والعقيق الأبيض وما إلى ذلك). كان الصوان، هذا الحجر غير الواضح وغير المتين للغاية، هو الذي يمثل بداية العصر الحجري - عصر أدوات الصوان (الشكل 159). هناك سببان لذلك: انتشار الصوان وتوافره، فضلاً عن قدرته على تشكيل حواف قطع حادة عند تقطيعه.
أرز. 159.
أدوات العصر الحجري
النوع الثاني من مركبات السيليكون الطبيعية هو السيليكات. وأكثرها شيوعًا هي سيليكات الألومنيوم (من الواضح أن هذه السيليكات تحتوي على عنصر الألومنيوم الكيميائي). تشمل سيليكات الألومنيوم الجرانيت وأنواعًا مختلفة من الطين والميكا. والسيليكات التي لا تحتوي على الألومنيوم هي، على سبيل المثال، الأسبستوس، الذي تصنع منه الأقمشة المقاومة للحريق.
يعد أكسيد السيليكون (IV) SiO 2 ضروريًا لحياة النباتات والحيوانات. يعطي قوة لسيقان النباتات والأغطية الواقية للحيوانات (الشكل 160). بفضله، أصبح القصب والقصب وذيل الحصان قويًا مثل الحراب، وأوراق البردي الحادة مقطوعة مثل السكاكين، وخزات القصب في الحقل المقصوص مثل الإبر، وسيقان الحبوب قوية جدًا لدرجة أنها لا تسمح للحقول في الحقول بالنمو. الاستلقاء من المطر والرياح. قشور الأسماك، وأصداف الحشرات، وأجنحة الفراشات، وريش الطيور، وفراء الحيوانات متينة لأنها تحتوي على السيليكا.
أرز. 160.
يمنح أكسيد السيليكون (IV) القوة لسيقان النباتات والأغطية الواقية للحيوانات
تمنح مركبات السيليكون النعومة والقوة لشعر الإنسان وأظافره.
يعد السيليكون أيضًا جزءًا من الكائنات الحية السفلية - الدياتومات والإشعاعات، وهي أكثر كتل المادة الحية حساسية والتي تخلق هياكلها العظمية ذات الجمال غير المسبوق من السيليكا (الشكل 161).
أرز. 161.
تتكون الهياكل العظمية للدياتومات (أ) والأشعة (ب) من السيليكا
خصائص السيليكون. أنت تستخدم حاسبة صغيرة مع بطارية شمسية، وبالتالي لديك فهم للسيليكون البلوري. هذا هو أشباه الموصلات. وعلى عكس المعادن، تزداد موصليتها الكهربائية مع زيادة درجة الحرارة. يتم تركيب الألواح الشمسية على الأقمار الصناعية والسفن الفضائية والمحطات وأسطح المنازل (الشكل 162)، حيث يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. ويستخدمون بلورات أشباه الموصلات، وخاصة السيليكون. يمكن لخلايا السيليكون الشمسية تحويل ما يصل إلى 10% من الطاقة الشمسية الممتصة إلى كهرباء.
أرز. 162.
بطارية شمسية على سطح المنزل
يحترق السيليكون في الأكسجين مكونًا أكسيد السيليكون المعروف (IV):
كونه مادة غير معدنية، عند تسخينه، يتحد السيليكون مع المعادن لتكوين مبيدات السيليكات، على سبيل المثال:
تتحلل مبيدات السيليكات بسهولة بالماء أو الأحماض، مما يؤدي إلى إطلاق مركب الهيدروجين الغازي من السيليكون - السيلان:
على عكس الهيدروكربونات، يشتعل السيلان تلقائيًا في الهواء ويحترق ليشكل أكسيد السيليكون (IV) والماء:
يتم تفسير زيادة تفاعل السيلان مقارنة بميثان CH4 بحقيقة أن الحجم الذري للسيليكون أكبر من الكربون، وبالتالي فإن الروابط الكيميائية Si-H أقل قوة من روابط CH.
يتفاعل السيليكون مع المحاليل المائية المركزة للقلويات مكونًا السيليكات والهيدروجين:
يتم الحصول على السيليكون عن طريق اختزاله من أكسيد السيليكون (IV) مع المغنيسيوم أو الكربون:
أكسيد السيليكون (IV)، أو ثاني أكسيد السيليكون، أو السيليكا SiO 2، مثل ثاني أكسيد الكربون، هو أكسيد حمضي. ومع ذلك، على عكس ثاني أكسيد الكربون، فهو لا يحتوي على شبكة جزيئية، بل شبكة بلورية ذرية. ولذلك، فإن SiO 2 عبارة عن مادة صلبة ومقاومة للحرارة. لا يذوب في الماء والأحماض، باستثناء حمض الهيدروفلوريك كما تعلم، ولكنه يتفاعل عند درجات حرارة عالية مع القلويات لتكوين أملاح حامض السيليكات - السيليكات:
يمكن أيضًا الحصول على السيليكات عن طريق دمج أكسيد السيليكون (IV) مع أكاسيد المعادن أو الكربونات:
وتسمى سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم بالزجاج القابل للذوبان. محاليلها المائية هي غراء السيليكات المعروف.
من محاليل السيليكات، من خلال عمل الأحماض الأقوى عليها - الهيدروكلوريك، الكبريتيك، الخليك وحتى الكربونيك، يتم الحصول على حمض السيليك H 2 SiO 3 (الشكل 163):
أرز. 163. رد فعل نوعي لأيون السيليكات
لذلك فإن H 2 SiO 3 حمض ضعيف جدًا. إنه غير قابل للذوبان في الماء ويسقط من خليط التفاعل على شكل راسب جيلاتيني، وأحيانًا يملأ حجم المحلول بالكامل بشكل مضغوط، ويحوله إلى كتلة شبه صلبة تشبه الهلام أو الهلام. عندما تجف هذه الكتلة، يتم تشكيل مادة مسامية للغاية - هلام السيليكا، والذي يستخدم على نطاق واسع كمادة ماصة - ممتص للمواد الأخرى.
التجربة المعملية رقم 40
تحضير حمض السيليك ودراسة خواصه
تطبيقات السيليكون. أنت تعلم بالفعل أن السيليكون يستخدم لإنتاج مواد شبه موصلة، بالإضافة إلى سبائك مقاومة للأحماض. عندما يتم دمج رمل الكوارتز مع الفحم في درجات حرارة عالية، يتم تشكيل كربيد السيليكون SiC، الذي يأتي في المرتبة الثانية بعد الماس في الصلابة. لذلك، يتم استخدامه لشحذ قواطع آلات قطع المعادن وتلميع الأحجار الكريمة.
يتم تصنيع العديد من الأواني الزجاجية الكيميائية الكوارتز من الكوارتز المنصهر، والذي يمكنه تحمل درجات الحرارة العالية ولا يتشقق عند تعرضه للتبريد المفاجئ.
تعمل مركبات السيليكون كأساس لإنتاج الزجاج والأسمنت.
يحتوي زجاج النوافذ العادي على تركيبة يمكن التعبير عنها بالصيغة Na 2 O CaO 6 SiO 2. يتم إنتاجه في أفران زجاجية خاصة عن طريق دمج خليط من الصودا والحجر الجيري والرمل.
السمة المميزة للزجاج هي قدرته على التليين واتخاذ أي شكل في الحالة المنصهرة يتم الحفاظ عليه عندما يتصلب الزجاج. يعتمد إنتاج أدوات المائدة والمنتجات الزجاجية الأخرى على هذا.
إضافات مختلفة تعطي صفات إضافية للزجاج. وهكذا، من خلال إدخال أكسيد الرصاص، يتم الحصول على الزجاج البلوري، وأكسيد الكروم يلون الزجاج باللون الأخضر، وأكسيد الكوبالت باللون الأزرق، وما إلى ذلك (الشكل 164).
أرز. 164.
منتجات الزجاج الملون
الزجاج هو أحد أقدم اختراعات البشرية. منذ 3-4 آلاف سنة مضت، تم تطوير إنتاج الزجاج في مصر وسوريا وفينيقيا ومنطقة البحر الأسود.
الزجاج مادة ليس فقط للحرفيين، ولكن أيضًا للفنانين. حقق أسياد روما القديمة درجة عالية من الكمال، الذين عرفوا كيفية الحصول على الزجاج الملون وصنع الفسيفساء من قطعهم.
أرز. 165.
الزجاج الملون في كاتدرائية نوتردام، شارتر
الأعمال الفنية المصنوعة من الزجاج هي سمات إلزامية لأي متحف كبير، والنوافذ الزجاجية الملونة للكنائس وألواح الفسيفساء هي أمثلة حية على ذلك (الشكل 165). توجد في أحد مباني فرع سانت بطرسبرغ التابع للأكاديمية الروسية للعلوم صورة فسيفساء لبيتر الأول، صنعها إم في لومونوسوف (الشكل 166).
أرز. 166.
صورة فسيفساء لبطرس الأول
مجالات تطبيق الزجاج واسعة جدًا. هذه نافذة، زجاجة، مصباح، زجاج مرآة؛ الزجاج البصري - من النظارات إلى نظارات الكاميرا؛ عدسات عدد لا يحصى من الأدوات البصرية - من المجاهر إلى التلسكوبات.
مادة أخرى مهمة يتم الحصول عليها من مركبات السيليكون هي الأسمنت. ويتم الحصول عليه عن طريق تلبيد الطين والحجر الجيري في أفران دوارة خاصة.
إذا تم خلط مسحوق الأسمنت بالماء، يتم تشكيل عجينة أسمنتية، أو كما يسميها البناءون "ملاط الأسمنت" الذي يتصلب تدريجياً. عند إضافة الرمل أو الحجر المسحوق إلى الأسمنت كمواد حشو، يتم الحصول على الخرسانة. تزداد قوة الخرسانة إذا تم إدخال إطار حديدي فيها - يتم الحصول على الخرسانة المسلحة التي تصنع منها ألواح الجدران وكتل الأرضيات ودعامات الجسور وما إلى ذلك.
صناعة السيليكات تنتج الزجاج والأسمنت. كما أنها تنتج سيراميك السيليكات - الطوب والخزف (الشكل 167) والأواني الفخارية والمنتجات المصنوعة منها.
أرز. 167.
بورسلين
اكتشاف السيليكون. على الرغم من أن الناس في العصور القديمة استخدموا مركبات السيليكون على نطاق واسع في الحياة اليومية، فقد تم الحصول على السيليكون نفسه لأول مرة في عام 1824 من قبل الكيميائي السويدي جيه بيرسيليوس. ومع ذلك، قبله بـ 12 عامًا، تم الحصول على السيليكون بواسطة جيه. جاي لوساك وإل. ثينارد، لكنه كان ملوثًا جدًا بالشوائب.
ينشأ الاسم اللاتيني السيليسيوم من الكلمة اللاتينية silex - "الصوان". الاسم الروسي "السيليكون" يأتي من اليونانية كريمنوس - "الهاوية، الصخرة".
كلمات ومفاهيم جديدة
- مركبات السيليكون الطبيعية: السيليكا، الكوارتز وأصنافه، السيليكات، سيليكات الألومنيوم، الأسبستوس.
- الأهمية البيولوجية للسيليكون.
- خصائص السيليكون: أشباه الموصلات، التفاعل مع الأكسجين والمعادن والقلويات.
- سيلان.
- أكسيد السيليكون (الرابع). هيكلها وخصائصها: التفاعل مع القلويات والأكاسيد الأساسية والكربونات والمغنيسيوم.
- حمض السيليك وأملاحه. زجاج قابل للذوبان.
- تطبيق السيليكون ومركباته.
- زجاج.
- يبني.
مهام للعمل المستقل
أكسيد السيليكون الرابع TU 6-09-3379-79
SiO2
السيليكا (السيليكا, SiO2; خطوط العرض. السيليكا) - أكسيد السيليكون (الرابع). بلورات عديمة اللون بنقطة انصهار +1713...+1728 درجة مئوية، وتمتلك صلابة وقوة عالية.
ثاني أكسيد السيليكون هو المكون الرئيسي لجميع الصخور الأرضية تقريبًا، وخاصة التراب الدياتومي. 87% من كتلة الغلاف الصخري تتكون من السيليكا والسيليكات. في دم الإنسان والبلازما، يبلغ تركيز السيليكا 0.001% بالوزن.
ملكيات
- ينتمي إلى مجموعة أكاسيد الأحماض.
- عند تسخينه، فإنه يتفاعل مع الأكاسيد والقلويات الأساسية.
- يتفاعل مع حمض الهيدروفلوريك.
- ينتمي SiO 2 إلى مجموعة الأكاسيد المكونة للزجاج، أي أنه عرضة لتكوين زجاج مصهور فائق التبريد.
- من أفضل العوازل (لا يوصل التيار الكهربائي إذا كان لا يحتوي على شوائب ولا يسخن).
تعدد الأشكال
يحتوي ثاني أكسيد السيليكون على عدة أشكال.
وأكثرها شيوعًا على سطح الأرض - الكوارتز ألفا - يتبلور في النظام الثلاثي. في ظل الظروف العادية، غالبًا ما يتم العثور على ثاني أكسيد السيليكون في متعدد أشكال ألفا كوارتز، والذي يتحول بشكل عكسي إلى بيتا كوارتز عند درجات حرارة أعلى من +573 درجة مئوية. مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، يتحول الكوارتز إلى ترايديميت وكريستوباليت. هذه الأشكال المتعددة مستقرة عند درجات الحرارة العالية والضغوط المنخفضة.
توجد في الطبيعة أيضًا أشكال - العقيق، العقيق الأبيض، الكوارتزين، اللوتيكيت، الكوارتز الأصلي، والتي تنتمي إلى مجموعة السيليكا. الأوبال (SiO 2 *nH 2 O) في مقطع رفيع يكون عديم اللون، ومتناحي الخواص، وله تضاريس سلبية، ويترسب في الخزانات البحرية، وهو جزء من العديد من الصخور السيليسية. العقيق الأبيض والكوارتز واللوتيسيت - SiO 2 - هي أنواع من الكوارتز الخفية البلورات. أنها تشكل المجاميع الليفية، ريدات، كريات، عديم اللون، مزرق، مصفر. وهي تختلف عن بعضها البعض في بعض الخصائص - العقيق الأبيض والكوارتزين لهما انقراض مباشر، واللوتيسيت له انقراض مائل، والعقيق الأبيض له استطالة سلبية.
عند درجات الحرارة والضغوط المرتفعة، يتحول ثاني أكسيد السيليكون أولاً إلى كويزيت (الذي تم تصنيعه بواسطة الكيميائي الأمريكي لورينغ كويس في عام 1953)، ثم إلى ستيشوفيت (الذي تم تصنيعه في عام 1961 على يد إس إم ستيشوف، وفي عام 1962 تم اكتشافه في حفرة نيزك). [ المصدر غير محدد 2294 يوما ] . وفقا لبعض الدراسات، يشكل Stishovite جزءا كبيرا من الوشاح، وبالتالي فإن السؤال عن نوع SiO 2 الأكثر شيوعا على الأرض ليس لديه إجابة واضحة حتى الآن.
كما أن لديها تعديلًا غير متبلور - زجاج الكوارتز.
الخواص الكيميائية
ثاني أكسيد السيليكون SiO 2 هو أكسيد حمضي لا يتفاعل مع الماء.
مقاوم كيميائياً للأحماض ولكنه يتفاعل مع غاز فلوريد الهيدروجين:
وحمض الهيدروفلوريك:
يتم استخدام هذين التفاعلين على نطاق واسع لنقش الزجاج.
عندما يتم دمج SiO 2 مع القلويات والأكاسيد الأساسية، وكذلك مع كربونات المعادن النشطة، يتم تشكيل السيليكات - أملاح أحماض السيليك الضعيفة جدًا وغير القابلة للذوبان في الماء مع عدم وجود تركيبة ثابتة للصيغة العامة xH 2 O ySiO 2 (في كثير من الأحيان في الأدبيات يتم ذكر الأحماض غير السيليكية، وحمض السيليسيك، على الرغم من أننا في الواقع نتحدث عن نفس المادة).
على سبيل المثال، يمكن الحصول على أورثوسيليكات الصوديوم:
ميتاسيليكات الكالسيوم:
أو مزيج من سيليكات الكالسيوم والصوديوم:
يُصنع زجاج النوافذ من سيليكات Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2).
معظم السيليكات ليس لها تركيبة ثابتة. من بين جميع السيليكات، فقط سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم قابلة للذوبان في الماء. تسمى محاليل هذه السيليكات في الماء بالزجاج السائل. بسبب التحلل المائي، تتميز هذه المحاليل ببيئة قلوية للغاية. تتميز السيليكات المتحللة بالماء بتكوين محاليل غروانية غير حقيقية. عندما تتحمض محاليل سيليكات الصوديوم أو البوتاسيوم، يترسب راسب جيلاتيني أبيض من أحماض السيليك المائية.
العنصر الهيكلي الرئيسي لكل من ثاني أكسيد السيليكون الصلب وجميع السيليكات هو المجموعة، حيث تكون ذرة السيليكون Si محاطة برباعي وجوه مكون من أربع ذرات أكسجين O. وفي هذه الحالة، ترتبط كل ذرة أكسجين بذرتين من ذرات السيليكون. يمكن ربط الأجزاء ببعضها البعض بطرق مختلفة. من بين السيليكات، حسب طبيعة الروابط في شظاياها، يتم تقسيمها إلى جزيرة وسلسلة وشريط وطبقات وإطار وغيرها.
إيصال
يتم إنتاج ثاني أكسيد السيليكون الاصطناعي عن طريق تسخين السيليكون إلى درجة حرارة +400...+500 درجة مئوية في جو الأكسجين، في حين يتم أكسدة السيليكون إلى ثاني أكسيد SiO 2. وكذلك الأكسدة الحرارية عند درجات الحرارة المرتفعة.
في الظروف المختبرية، يمكن الحصول على ثاني أكسيد السيليكون الاصطناعي عن طريق عمل الأحماض، حتى حمض الأسيتيك الضعيف، على السيليكات القابلة للذوبان. على سبيل المثال:
يتحلل حمض السيليك على الفور إلى الماء وSiO 2، الذي يترسب.
يتم استخدام السيليكا الطبيعية على شكل رمل حيث لا تتطلب المادة درجة نقاء عالية.
طلب
يستخدم ثاني أكسيد السيليكون في إنتاج الزجاج والسيراميك والمواد الكاشطة والمنتجات الخرسانية، لإنتاج السيليكون، كمادة حشو في إنتاج المطاط، في إنتاج حراريات السيليكا، في اللوني، إلخ. بلورات الكوارتز لها خصائص كهرضغطية و لذلك يتم استخدامها في هندسة الراديو، وتركيبات الموجات فوق الصوتية، والولاعات. ويستخدم ثاني أكسيد السيليكون غير المسامي غير المتبلور في صناعة المواد الغذائية كسواغ E551، الذي يمنع التكتل والتكتل، والمواد الصيدلانية شبه الصيدلانية (معاجين الأسنان)، وفي صناعة الأدوية كسواغ (مدرج في القائمة). في معظم دساتير الأدوية)، بالإضافة إلى المضافات الغذائية أو الأدوية كمادة ماصة معوية .
تُستخدم أفلام ثاني أكسيد السيليكون المنتجة صناعياً كعازل في إنتاج الدوائر الدقيقة والمكونات الإلكترونية الأخرى.
تستخدم أيضا لإنتاج كابلات الألياف الضوئية. يتم استخدام السيليكا المنصهرة النقية مع إضافة بعض المكونات الخاصة إليها.
تستخدم خيوط السيليكا أيضًا في تسخين عناصر السجائر الإلكترونية، حيث أنها تمتص السائل جيدًا ولا تنهار تحت تسخين الملف.
تُستخدم بلورات الكوارتز الشفافة الكبيرة كأحجار شبه كريمة؛ تسمى البلورات عديمة اللون بالكريستال الصخري، وتسمى البلورات البنفسجية بالجمشت، وتسمى البلورات الصفراء بالسيترين.
في الإلكترونيات الدقيقة، يعد ثاني أكسيد السيليكون أحد المواد الرئيسية. يتم استخدامه كطبقة عازلة وأيضا كطبقة واقية. يتم الحصول عليه على شكل أغشية رقيقة عن طريق الأكسدة الحرارية للسيليكون، وترسيب البخار الكيميائي، والرش المغنطروني.
السيليكا المسامية
يتم الحصول على السيليكا المسامية بطرق مختلفة.
يتم الحصول على السيلوكروم عن طريق تجميع الهباء الجوي، والذي، بدوره، يتم الحصول عليه عن طريق حرق السيلاني (SiH 4). يتميز السيلوكروم بالنقاء العالي والقوة الميكانيكية المنخفضة. الحجم المميز للسطح المحدد هو 60-120 م²/جم. يتم استخدامه كمادة ماصة في اللوني، وحشو المطاط، والحفز.
يتم الحصول على هلام السيليكا عن طريق تجفيف هلام حمض السيليك. بالمقارنة مع السيلوكروم، فهو ذو نقاء أقل، ولكن يمكن أن يكون له سطح متطور للغاية: عادة من 300 م²/جم إلى 700 م²/جم.
يتكون الإيروجيل السيليكوني من 99.8% تقريبًا من الهواء ويمكن أن تصل كثافته إلى 1.9 كجم/م3 (1.5 مرة فقط من كثافة الهواء).
