روشهای سنتز اکسیدهای سیلیکون اکسید سیلیکون بدست آوردن اسید سیلیسیک از اکسید سیلیکون 4

سیلیکون در سال 1823 توسط شیمیدان سوئدی ینس یاکوب برزلیوس کشف و به دست آمد.

دومین عنصر فراوان در پوسته زمین پس از اکسیژن (27.6 درصد جرمی). در ترکیبات یافت می شود.

ساختار یک اتم سیلیکون در حالت پایه 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

ساختار یک اتم سیلیکون در حالت برانگیخته 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 حالت های اکسیداسیون: +4، -4.

آلوتروپی سیلیکون

سیلیکون آمورف و کریستالی شناخته شده است.

سیلیکون پلی کریستالی

کریستال - ماده خاکستری تیره با درخشش فلزی، سختی بالا، شکننده، نیمه هادی. ρ = 2.33 g/cm 3، t°pl. =1415 درجه سانتیگراد; جوشاندن = 2680 درجه سانتی گراد

ساختاری شبیه الماس دارد و پیوندهای کووالانسی قوی ایجاد می کند. بی اثر.

بی شکل - پودر قهوه ای، رطوبت سنجی، ساختار الماس مانند، ρ = 2 گرم بر سانتی متر 3، واکنش پذیرتر.

گرفتن سیلیکون

1) صنعت - حرارت دادن زغال سنگ با ماسه:

2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO

2) آزمایشگاه - حرارت دادن ماسه با منیزیم:

آزمایش 2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO

خواص شیمیایی

یک غیر فلزی معمولی، بی اثر.

به عنوان یک عامل کاهش دهنده:

1) با اکسیژن

Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2

2) با فلوئور (بدون حرارت)

Si 0 + 2F 2 → SiF 4

3) با کربن

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - carborundum - سخت؛ مورد استفاده برای اشاره و سنگ زنی)

4) با هیدروژن برهمکنش ندارد.

سیلان (SiH 4) از تجزیه سیلیسیدهای فلزی با اسید به دست می آید:

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4

5) با اسیدها واکنش نمی دهد (تیفقط با اسید هیدروفلوریک سی+4 HF= SiF 4 +2 اچ 2 )

فقط در مخلوطی از اسیدهای نیتریک و هیدروفلوئوریک حل می شود:

3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2 + 4NO + 8H2O

6) با مواد قلیایی (هنگام گرم شدن):

به عنوان یک عامل اکسید کننده:

7) با فلزات (سیلیسیدها تشکیل می شوند):

Si 0 + 2Mg t˚ →Mg 2 Si -4

سیلیکون به طور گسترده ای در الکترونیک به عنوان نیمه هادی استفاده می شود. افزودن سیلیکون به آلیاژها باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی آنها می شود. سیلیکات ها، آلومینوسیلیکات ها و سیلیس مواد اولیه اصلی برای تولید شیشه و سرامیک و همچنین صنعت ساختمان هستند.
سیلیکون در تکنولوژی
کاربرد سیلیکون و ترکیبات آن

سیلان - SiH 4

مشخصات فیزیکی: گاز بی رنگ، سمی، mp. = -185 درجه سانتیگراد، درجه جوش. = -112 درجه سانتیگراد.

تهیه اسید سیلیسیک

اثر اسیدهای قوی بر سیلیکات ها - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

خواص شیمیایی:

هنگامی که گرم می شود، تجزیه می شود: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

نمک های اسید سیلیسیک - سیلیکات ها.

1) با اسیدها

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

2) با نمک

Na 2 SiO 3 + CaCl 2 = 2 NaCl + CaSiO 3 ↓

3) سیلیکات های تشکیل دهنده مواد معدنی در شرایط طبیعی تحت تأثیر آب و مونوکسید کربن (IV) از بین می روند - هوازدگی سنگ ها:

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (فلدسپات) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (کائولینیت (رس)) + 4SiO 2 (سیلیکا (ماسه)) + K2CO3

کاربرد ترکیبات سیلیکون

ترکیبات سیلیکونی طبیعی - شن و ماسه (SiO 2) و سیلیکات ها برای تولید سرامیک، شیشه و سیمان استفاده می شود.

سرامیک
ظروف چینی= کائولن + خاک رس + کوارتز + فلدسپات. زادگاه چینی چین است، جایی که چینی قبلاً در سال 220 شناخته شده بود. در سال 1746 تولید چینی در روسیه تأسیس شد.	فیانس -از نام شهر ایتالیایی فانزا. جایی که صنعت سرامیک در قرن 14 و 15 توسعه یافت. تفاوت ظروف سفالی با ظروف چینی در میزان رس بالاتر (85%) و دمای پخت کمتر.

موضوع: اکسید سیلیکون (VI). اسید سیلیسیک.

هدف: دانش آموزان باید خواص اکسید سیلیکون (VI) و

اسید سیلیسیک با تشبیه کربن و ترکیبات آن،

مطمئن شوید که خواص آنها نتیجه ساختار ماده است.

تجهیزات: Na2SiO3، HCl، مجموعه "معدنی ها و سنگ ها"، PSHE.

در طول کلاس ها.

من . O لحظه سازمانی

II .بررسی تکالیف.

بچه ها! در درس آخر ما سیلیکون را مطالعه کردیم، به آن ویژگی هایی به عنوان یک عنصر شیمیایی و یک ماده ساده دادیم. به یاد داشته باشید که سیلیکون در کجا در طبیعت یافت می شود؟ سیلیکون یکی از رایج ترین عناصر در پوسته زمین است که پس از اکسیژن (26-27٪) در رتبه دوم قرار دارد. سیلیکون عنصر اصلی در پادشاهی سنگ ها است. سیلیس SiO2 - قسمت اصلی ماسه، Al2O3 2SiO2 2H2O - کائولینیت، بخش اصلی خاک رس،

K2O Al2O3 6SiO2 – فلدسپات (اورتوکلاز). در بیشتر موجودات، محتوای سیلیکون کم است. با این حال، برخی از جلبک‌های دریایی مقادیر زیادی سیلیکون را جمع‌آوری می‌کنند - اینها دیاتوم‌ها در میان حیوانات هستند، اسفنج‌های سیلیکونی حاوی مقدار زیادی سیلیکون هستند.

بچه ها! خواص فیزیکی سیلیکون چیست؟

سیلیکون آمورف و کریستالی شناخته شده است. سیلیکون کریستالی دارای درخشندگی فلزی، نسوز، بسیار سخت، دارای شبکه کریستالی اتمی و رسانایی الکتریکی ناچیز است. (در دمای اتاق 1000 بار< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.

مناطق کاربرد سیلیکون را نام ببرید (بیشتر Si در تولید فولادهای سیلیکونی استفاده می شود که دارای مقاومت حرارتی و مقاومت اسیدی بالایی هستند. بلورهای سیلیکونی نیمه رسانا هستند، بنابراین از آنها به عنوان یکسو کننده و تقویت کننده جریان در فتوسل استفاده می شود.)

اکنون خواص شیمیایی سیلیکون و تولید آن در آزمایشگاه و صنعت را بر روی ورق های کاغذ تکثیر کنید.

III . یادگیری مطالب جدید.

1. ساختار شبکه کریستالی SiO2.

2-در طبیعت بودن

3. خواص فیزیکی

4. خواص شیمیایی.

5. کاربرد.

6. اسید سیلیسیک.

1) ساختار شبکه کریستالیSiO2 .

SiO2 آنالوگ کربن است. اکسیدهای بالاتر آنها CO2 و SiO2 است. CO2 یک گاز است، نقطه ذوب 56.60 درجه سانتیگراد، یک شبکه کریستالی مولکولی، از مولکولهای جداگانه غیر متصل به یکدیگر تشکیل شده است، و SiO2 یک جامد است، دارای نقطه ذوب بالا = 17280 درجه سانتیگراد، یک شبکه کریستالی اتمی که در آن هر اتم سیلیکون وجود دارد. متصل به چهار اتم اکسیژن

بنابراین، اکسید سیلیکون دارای یک مولکول غول پیکر (SiO2)n است، اما برای سهولت علامت گذاری SiO2 می نویسیم.

2) بودن در طبیعت

یک ترکیب سیلیکونی پایدار، اکسید سیلیکون (VI) است که سیلیس نامیده می شود. در حالت های کریستالی، کریپتوکریستالی و آمورف رخ می دهد. SiO2 بیشتر در حالت کریستالی.

SiO2 - سیلیس

کریستالی کریپتوکریستالی آمورف

(کانی – کوارتز) (اوپال، جاسپر، عقیق، سنگ چخماق) (سه پایه)

کریستال - در طبیعت به شکل کانی کوارتز یافت می شود. کوارتز نیز بخشی از سنگ ها - گرانیت و گنیس است. ماسه معمولی از دانه های کوچک کوارتز تشکیل شده است. ماسه خالص سفید است که به آن ماسه کوارتز می گویند و ماسه رودخانه معمولی حاوی ناخالصی های آهن است و به همین دلیل زرد است. کریستال‌های شفاف کوارتز، کریستال سنگی هستند. کریستال سنگی به رنگ بنفش توسط ناخالصی ها آمتیست و قهوه ای رنگ - توپاز دودی نامیده می شود. آنها جواهرات هستند. کوارتز مذاب با سرد شدن به شیشه شفاف تبدیل می شود. شیشه کوارتز اشعه ماوراء بنفش را منتقل نمی کند.

کریپتوکریستالی از ترکیبات سیلیس می توان به عقیق، یاس، عقیق و سنگ چخماق اشاره کرد. عقیق و عقیق رنگ های زیبایی دارند. از آنها برای تزئین مترو مسکو استفاده می شد. سنگ چخماق یک ماده معدنی سخت است که در اثر ضربه به قطعات تیز شکسته می شود و این نقش عمده ای در توسعه تاریخی جامعه بشری داشته است. از این ماده معدنی برای ساخت ابزار استفاده می شد.

بی شکل SiO2 در طبیعت کمتر رایج است. پوسته برخی از دیاتومها از SiO2 آمورف ساخته شده است و تجمع این پوسته ها رسوبات بزرگی را در نقاطی تشکیل می دهد که به آنها خاک انفوزور یا تری پلی (دیاتومیت) می گویند.

3) خواص فیزیکی

SiO2 یک جامد کریستالی است.

4) خواص شیمیایی

معمول هستند:

الف) در دما با مواد قلیایی واکنش می دهد.

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

ب) در دما با اکسیدهای بازی واکنش می دهد

SiO2 + CaO = CaSiO3

خاص

الف) با آب تعامل ندارد.

ب) با افزایش دما، اکسیدهای فرار بیشتری را از نمک ها جابجا می کند.

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2

ج) با اسید هیدروفلوئوریک واکنش می دهد

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O

تترا فلوراید

5) کاربرد

1. کوارتز – تولید شیشه، ظروف شیشه ای شیمیایی.

2.Trepel - در ساخت و ساز، به عنوان یک عایق حرارت و مواد میرایی صدا.

3. تزئینات.

4. تولید آجر ماسه آهکی.

5. محصولات سرامیکی.

6) اسید سیلیسیک.

طبق جدول حلالیت، H2SiO3 یک اسید نامحلول است.

می توان آن را با واکنش محلول های نمک های آن با اسیدها به دست آورد.

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓

دانشجو رسوب

2Na++ SiO32- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl-+ H2SiO3↓

2H+ + SiO32- = H2SiO3↓

با آب، اسید سیلیسیک محلول های کلوئیدی تشکیل می دهد. این اسید ضعیف‌تر، حتی ضعیف‌تر از اسید کربنیک، شکننده‌تر است و با حرارت دادن به تدریج تجزیه می‌شود.

H2SiO3 = H2O + SiO2

VI. تحکیم.تماشای قسمت اول فیلم “سیلیکون (VI) اکسید”

V. تکلیف خانه- خلاصه، §35،36.

مشکل 1 ردیف.

وقتی کربنات سدیم با 62 گرم سیلیس حاوی 3 درصد ناخالصی از ترکیبات آهن ذوب می شود، چه مقدار مونوکسید کربن (VI) (بر حسب لیتر) آزاد می شود.

داده شده: 1 مول x

m (SiO2) = 62 گرم. Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3 + CO2

Ѡ (تقریبا) - 3٪ 1 mol 2 mol

V(CO2) - M (SiO2) = 28 + 32 = 60 گرم بر مول

mch V. = Ѡ mcolor / 100% = 97 62/100% = 60.14

υ(SiO2) = m/M = 60.14/60 = 1 مول

υ(СО2) = 1 مول

V(CO2) = Vm · υ = 22.4 · 1 = 22.4 لیتر.

مسئله دوم ردیف.

چه مقدار اکسید Si(IV) حاوی 0.2 کسر جرمی ناخالصی برای به دست آوردن 6.1 گرم سیلیکات سدیم مورد نیاز است؟

داده شده: x 0.05

m (Na2SiO3) = 6.1 گرم. SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Ѡ (تقریبا) =20% 1 mol 1 mol

m (SiO2) - M (SiO2) = 60 گرم بر مول

M (Na2SiO3) = 122 گرم در مول

υ (Na2SiO3) = m / M = 6.1 / 122 = 0.05 مول

υ (SiO2) = 0.05 مول

m = M · υ = 60 · 0.05 = 3 گرم.

100% - 20% = 80%

mts. V. = mch. V. / Ѡ · 100٪ = 30 / 80 · 100 = 3.75 گرم.

مسئله ردیف سوم.

هنگامی که 120 گرم SiO2 با 106 گرم Na2CO3 برهمکنش داد، CO2 آزاد شد. چه جرمی از این گاز تشکیل شد؟

داده شده: 1mol x

m (SiO2) = 120 گرم Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2

m (Na2CO3) = 106 گرم 1 مول 1 مول 1 مول

V (CO2) - ? M (Na2CO3) = 106 گرم در مول

M (SiO2) = 60 گرم بر مول

M (CO2) = 44 گرم در مول

υ (Na2CO3) = m / M = 106 / 106 = 1 mol (ناکافی)

υ (SiO2) = 120 / 60 = 2 مول (گرم)

V(CO2) = 1 مول

m (CO2) = M · υ = 44 · 1 = 44 گرم.

دومین نماینده از عناصر زیرگروه اصلی گروه IV (گروه IVA) جدول تناوبی مندلیف سیلیکون Si است.

در طبیعت، سیلیکون دومین عنصر شیمیایی فراوان پس از اکسیژن است. بیش از یک چهارم پوسته زمین از ترکیبات آن تشکیل شده است. رایج ترین ترکیب سیلیکونی اکسید سیلیکون (IV) SiO 2 است و نام دیگر آن سیلیس است.

در طبیعت، کوارتز معدنی را تشکیل می دهد (شکل 158) که بسیاری از انواع آن - کریستال سنگ و شکل معروف بنفش آن - آمتیست، و همچنین عقیق، عقیق، جاسپر، کلسدونی، کارنلین به عنوان زینتی و نیمه قیمتی شناخته می شوند. سنگ ها. ماسه معمولی و کوارتز نیز از اکسید سیلیکون (IV) تشکیل شده است.

برنج. 158.
بلورهای کوارتز در دولومیت تعبیه شده است

مردم بدوی ابزارهایی را از انواع مواد معدنی مبتنی بر اکسید سیلیکون (IV) (چخماق، کلسدونی و غیره) می ساختند. این سنگ چخماق، این سنگ نامحسوس و نه چندان بادوام بود که آغاز عصر حجر - عصر ابزارهای سنگ چخماق - را نشان داد (شکل 159). دو دلیل برای این وجود دارد: شیوع و در دسترس بودن سنگ چخماق و همچنین توانایی آن در ایجاد لبه های برش تیز هنگام برش.

برنج. 159.
ابزار عصر حجر

نوع دوم از ترکیبات طبیعی سیلیکون سیلیکات ها هستند. در میان آنها، متداول ترین آلومینوسیلیکات ها هستند (مشخص است که این سیلیکات ها حاوی عنصر شیمیایی آلومینیوم هستند). آلومینوسیلیکات ها شامل گرانیت، انواع خاک رس و میکا می باشد. سیلیکاتی که حاوی آلومینیوم نیست، مثلاً آزبست است که از آن پارچه های مقاوم در برابر آتش ساخته می شود.

اکسید سیلیکون (IV) SiO 2 برای زندگی گیاهان و حیوانات ضروری است. به ساقه های گیاه و پوشش های محافظ حیوانات قدرت می بخشد (شکل 160). به لطف او، نیزارها و نیزارها و دم اسب‌ها مانند سرنیزه‌ها محکم می‌ایستند، برگ‌های تیزی مثل چاقو بریده می‌شوند، کلش در مزرعه چمن‌زنی مانند سوزن می‌خرد و ساقه‌های غلات آنقدر قوی است که به مزارع در مزارع اجازه نمی‌دهد. از باران و باد دراز بکش فلس های ماهی، پوسته حشرات، بال پروانه، پر پرندگان و خز حیوانات به دلیل داشتن سیلیس بادوام هستند.

برنج. 160.
اکسید سیلیکون (IV) به ساقه گیاهان و پوشش های محافظ حیوانات استحکام می بخشد

ترکیبات سیلیکونی به مو و ناخن انسان نرمی و استحکام می بخشد.

سیلیکون همچنین بخشی از موجودات زنده پایین تر است - دیاتوم ها و رادیولارها، ظریف ترین توده های ماده زنده که اسکلت های زیبایی بی نظیر خود را از سیلیس ایجاد می کنند (شکل 161).

برنج. 161.
اسکلت دیاتوم ها (الف) و رادیولارها (ب) از سیلیس تشکیل شده است

خواص سیلیکون. شما از یک ریزمحاسبه با باتری خورشیدی استفاده می کنید و بنابراین درک درستی از سیلیکون کریستالی دارید. این یک نیمه هادی است. بر خلاف فلزات، هدایت الکتریکی آن با افزایش دما افزایش می یابد. پنل های خورشیدی بر روی ماهواره ها، سفینه های فضایی، ایستگاه ها و سقف خانه ها نصب می شوند (شکل 162)، انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. آنها از کریستال های نیمه رسانا، در درجه اول سیلیکون استفاده می کنند. سلول های خورشیدی سیلیکونی می توانند تا 10 درصد از انرژی خورشیدی جذب شده را به الکتریسیته تبدیل کنند.

برنج. 162.
باتری خورشیدی روی پشت بام خانه

سیلیکون در اکسیژن می سوزد و اکسید سیلیکون شناخته شده (IV) را تشکیل می دهد:

سیلیکون که یک غیرفلز است، هنگامی که حرارت داده می شود، با فلزات ترکیب می شود و سیلیسیدها را تشکیل می دهد، به عنوان مثال:

سیلیسیدها به راحتی توسط آب یا اسیدها تجزیه می شوند و یک ترکیب گازی هیدروژنی سیلیکون - سیلان آزاد می کنند:

برخلاف هیدروکربن ها، سیلان به طور خود به خود در هوا مشتعل می شود و می سوزد و اکسید سیلیکون (IV) و آب را تشکیل می دهد:

افزایش واکنش سیلان در مقایسه با متان CH4 با این واقعیت توضیح داده می شود که اندازه اتمی سیلیکون بزرگتر از کربن است، بنابراین پیوندهای شیمیایی Si-H نسبت به پیوندهای C-H قوی تر هستند.

سیلیکون با محلول های آبی غلیظ قلیایی واکنش می دهد و سیلیکات و هیدروژن را تشکیل می دهد:

سیلیکون با احیای آن از اکسید سیلیکون (IV) با منیزیم یا کربن به دست می آید:

اکسید سیلیکون (IV)، یا دی اکسید سیلیکون، یا سیلیس SiO 2، مانند CO 2، یک اکسید اسیدی است. با این حال، برخلاف CO2، دارای یک شبکه کریستالی مولکولی نیست، بلکه دارای یک شبکه کریستالی اتمی است. بنابراین، SiO 2 یک ماده جامد و نسوز است. در آب و اسیدها حل نمی شود، به جز، همانطور که می دانید، اسید هیدروفلوئوریک، اما در دمای بالا با مواد قلیایی واکنش می دهد و نمک های اسید سیلیسیک - سیلیکات ها را تشکیل می دهد:

سیلیکات ها را می توان با همجوشی اکسید سیلیکون (IV) با اکسیدهای فلزی یا کربنات ها به دست آورد:

سیلیکات های سدیم و پتاسیم شیشه محلول نامیده می شوند. محلول های آبی آنها چسب سیلیکات معروف است.

از محلول های سیلیکات ها، با عمل اسیدهای قوی تر روی آنها - هیدروکلریک، سولفوریک، استیک و حتی کربنیک، اسید سیلیسیک H 2 SiO 3 به دست می آید (شکل 163):

برنج. 163. واکنش کیفی به یون سیلیکات

بنابراین، H 2 SiO 3 یک اسید بسیار ضعیف است. در آب نامحلول است و به صورت رسوب ژلاتینی از مخلوط واکنش خارج می شود و گاهی به صورت فشرده کل حجم محلول را پر می کند و آن را به یک توده نیمه جامد شبیه به ژله یا ژله تبدیل می کند. هنگامی که این توده خشک می شود، یک ماده بسیار متخلخل تشکیل می شود - سیلیکاژل، که به طور گسترده ای به عنوان جاذب استفاده می شود - جاذب مواد دیگر.

آزمایش آزمایشگاهی شماره 40
تهیه اسید سیلیسیک و بررسی خواص آن

کاربردهای سیلیکون. قبلاً می دانید که سیلیکون برای تولید مواد نیمه هادی و همچنین آلیاژهای مقاوم در برابر اسید استفاده می شود. هنگامی که ماسه کوارتز با زغال سنگ در دمای بالا ذوب می شود، کاربید سیلیکون SiC تشکیل می شود که بعد از الماس از نظر سختی در رتبه دوم قرار دارد. بنابراین برای تیز کردن دستگاه های برش فلز و صیقل دادن سنگ های قیمتی استفاده می شود.

کوارتز مذاب برای ساخت مخازن شیمیایی کوارتز مختلف استفاده می شود که می توانند در برابر درجه حرارت بالا مقاومت کنند و در هنگام خنک شدن ناگهانی ترک نخورند.

ترکیبات سیلیکونی به عنوان پایه ای برای تولید شیشه و سیمان عمل می کنند.

شیشه پنجره معمولی ترکیبی دارد که با فرمول Na 2 O CaO 6 SiO 2 قابل بیان است. این ماده در کوره های شیشه ای مخصوص از ذوب مخلوط سودا، سنگ آهک و ماسه تولید می شود.

ویژگی متمایز شیشه این است که می تواند نرم شود و در حالت مذاب هر شکلی را که در هنگام سخت شدن شیشه حفظ می شود به خود بگیرد. تولید ظروف غذاخوری و سایر محصولات شیشه ای بر همین اساس است.

افزودنی های مختلف کیفیت بیشتری به شیشه می دهد. بدین ترتیب با معرفی اکسید سرب، شیشه کریستالی به دست می آید، اکسید کروم شیشه را سبز رنگ، اکسید کبالت آبی و غیره می کند (شکل 164).

برنج. 164.
محصولات شیشه ای رنگی

شیشه یکی از قدیمی ترین اختراعات بشر است. در حال حاضر 3-4 هزار سال پیش، تولید شیشه در مصر، سوریه، فنیقیه و منطقه دریای سیاه توسعه یافته است.

شیشه نه تنها برای صنعتگران، بلکه برای هنرمندان نیز ماده ای است. استادان روم باستان به کمال بالایی دست یافتند که می دانستند چگونه شیشه های رنگی به دست آورند و از قطعات آنها موزاییک بسازند.

برنج. 165.
شیشه های رنگی در کلیسای جامع نوتردام، شارتر

آثار هنری ساخته شده از شیشه از ویژگی‌های اجباری هر موزه بزرگی هستند و شیشه‌های رنگی رنگی کلیساها و پانل‌های موزاییک نمونه‌های بارز آن هستند (شکل 165). در یکی از محل های شعبه سنت پترزبورگ آکادمی علوم روسیه، پرتره موزاییکی از پیتر اول، ساخته شده توسط M. V. Lomonosov وجود دارد (شکل 166).

برنج. 166.
پرتره موزاییکی پیتر اول

زمینه های کاربرد شیشه بسیار گسترده است. این پنجره، بطری، لامپ، شیشه آینه است. شیشه نوری - از عینک تا عینک دوربین؛ عدسی از ابزارهای نوری بی شماری - از میکروسکوپ تا تلسکوپ.

ماده مهم دیگری که از ترکیبات سیلیکون به دست می آید سیمان است. از پخت خاک رس و سنگ آهک در کوره های دوار مخصوص به دست می آید.

اگر پودر سیمان با آب مخلوط شود، خمیر سیمان یا به قول سازندگان ملات سیمان به وجود می آید که به تدریج سفت می شود. هنگامی که ماسه یا سنگ خرد شده به عنوان پرکننده به سیمان اضافه می شود، بتن به دست می آید. اگر یک قاب آهنی به آن وارد شود - بتن مسلح به دست می آید که از آن پانل های دیواری، بلوک های کف، خرپاهای پل و غیره ساخته می شود، مقاومت بتن افزایش می یابد.

صنعت سیلیکات شیشه و سیمان تولید می کند. همچنین سرامیک سیلیکات - آجر، چینی (شکل 167)، سفال و محصولات ساخته شده از آنها را تولید می کند.

برنج. 167.
ظروف چینی

کشف سیلیکون. اگرچه در زمان های قدیم مردم به طور گسترده ای از ترکیبات سیلیکون در زندگی روزمره استفاده می کردند، خود سیلیکون برای اولین بار در سال 1824 توسط شیمیدان سوئدی J. Ya. با این حال، 12 سال قبل از او، سیلیکون توسط J. Gay-Lussac و L. Thénard به دست آمد، اما بسیار آلوده به ناخالصی ها بود.

نام لاتین سیلیسیم از کلمه لاتین silex - "سنگ چخماق" گرفته شده است. نام روسی "سیلیکون" از کلمه یونانی krimnos - "صخره، سنگ" گرفته شده است.

کلمات و مفاهیم جدید

1. ترکیبات سیلیکونی طبیعی: سیلیس، کوارتز و انواع آن، سیلیکات ها، آلومینوسیلیکات ها، آزبست.
2. اهمیت بیولوژیکی سیلیکون
3. خواص سیلیکون: نیمه هادی، برهمکنش با اکسیژن، فلزات، قلیاها.
4. سیلان.
5. اکسید سیلیکون (IV) ساختار و خواص آن: برهمکنش با قلیاها، اکسیدهای بازی، کربنات ها و منیزیم.
6. اسید سیلیسیک و نمک های آن شیشه محلول.
7. کاربرد سیلیکون و ترکیبات آن
8. شیشه.
9. سیمان.

وظایف برای کار مستقل

سیلیکون IV اکسید TU 6-09-3379-79

SiO2

سیلیس (سیلیس, SiO2; لات سیلیس) - اکسید سیلیکون (IV). کریستال های بی رنگ با نقطه ذوب +1713 ... + 1728 درجه سانتیگراد، دارای سختی و استحکام بالا.

دی اکسید سیلیکون جزء اصلی تقریباً تمام سنگ های زمینی به ویژه خاک دیاتومه است. 87 درصد جرم لیتوسفر از سیلیس و سیلیکات تشکیل شده است. در خون و پلاسمای انسان، غلظت سیلیس 0.001 درصد وزنی است.

خواص

• متعلق به گروه اکسیدهای اسیدی است.
• هنگامی که گرم می شود، با اکسیدهای اساسی و قلیاها واکنش نشان می دهد.
• با اسید هیدروفلوئوریک واکنش می دهد.
• SiO 2 متعلق به گروه اکسیدهای تشکیل دهنده شیشه است، یعنی مستعد تشکیل مذاب فوق سرد - شیشه است.
• یکی از بهترین دی الکتریک ها (اگر ناخالصی نداشته باشد و گرم نشود، جریان الکتریکی را هدایت نمی کند).

پلی مورفیسم

دی اکسید سیلیکون چند شکلی دارد.

رایج ترین آنها در سطح زمین - α-کوارتز - در سیستم مثلثی متبلور می شود. در شرایط عادی، دی اکسید سیلیکون اغلب در پلی‌مورف کوارتز α-کوارتز یافت می‌شود که در دمای بالای 573+ درجه سانتی‌گراد به‌طور برگشت‌پذیر به β-کوارتز تبدیل می‌شود. با افزایش بیشتر دما، کوارتز به تری دیمیت و کریستوبالیت تبدیل می شود. این پلی مورف ها در دماهای بالا و فشار پایین پایدار هستند.

همچنین اشکال در طبیعت وجود دارد - اوپال، کلسدونی، کوارتزین، لوتسیت، کوارتز اصیل که به گروه سیلیس تعلق دارند. عقیق (SiO 2 *nH 2 O) در مقطع نازک بی رنگ، همسانگرد، دارای برجستگی منفی است، در مخازن دریایی نهشته شده و جزء بسیاری از سنگ های سیلیسی است. کلسدونی، کوارتز، لوتسیت - SiO 2 - انواع کریپتوکریستالی کوارتز هستند. آنها سنگدانه های فیبری، گل سرخ، اسفرولیت، بی رنگ، آبی، مایل به زرد را تشکیل می دهند. آنها در برخی از خواص با یکدیگر متفاوت هستند - کلسدونی و کوارتزین دارای انقراض مستقیم، لوتسیت دارای خاموشی مورب و کلسدونی دارای کشیدگی منفی است.

در دماها و فشارهای بالا، دی اکسید سیلیکون ابتدا به کوزیت (که توسط شیمیدان آمریکایی Loring Coes در سال 1953 سنتز شد) و سپس به استیشوویت (که در سال 1961 توسط S. M. Stishov سنتز شد و در سال 1962 در یک شهاب سنگ کشف شد) تبدیل می شود. [ منبع مشخص نشده 2294 روز ] . بر اساس برخی مطالعات، استیشوویت بخش قابل توجهی از گوشته را تشکیل می دهد، بنابراین این سوال که کدام نوع SiO 2 در زمین رایج است، هنوز پاسخ روشنی ندارد.

همچنین دارای یک اصلاح آمورف - شیشه کوارتز است.

خواص شیمیایی

سیلیکون دی اکسید SiO 2 یک اکسید اسیدی است که با آب واکنش نمی دهد.

از نظر شیمیایی در برابر اسیدها مقاوم است، اما با گاز هیدروژن فلوراید واکنش می دهد:

و هیدروفلوریک اسید:

این دو واکنش به طور گسترده ای برای حکاکی شیشه استفاده می شود.

هنگامی که SiO 2 با قلیاها و اکسیدهای بازی و همچنین با کربنات های فلزات فعال ذوب می شود، سیلیکات ها تشکیل می شوند - نمک های اسیدهای سیلیسیک بسیار ضعیف و نامحلول در آب بدون ترکیب ثابت با فرمول عمومی xH 2 O ySiO 2 (اغلب در ادبیات، اسیدهای غیر سیلیسیک و اسید سیلیسیک ذکر شده است، اگرچه در واقع ما در مورد همان ماده صحبت می کنیم).

به عنوان مثال، ارتوسیلیکات سدیم را می توان به دست آورد:

متاسیلیکات کلسیم:

یا مخلوط سیلیکات کلسیم و سدیم:

شیشه پنجره از سیلیکات Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2) ساخته شده است.

اکثر سیلیکات ها ترکیب ثابتی ندارند. از بین تمام سیلیکات ها، تنها سیلیکات های سدیم و پتاسیم در آب محلول هستند. محلول های این سیلیکات ها در آب شیشه مایع نامیده می شود. به دلیل هیدرولیز، این محلول ها با محیطی بسیار قلیایی مشخص می شوند. سیلیکات های هیدرولیز شده با تشکیل محلول های نه درست، بلکه کلوئیدی مشخص می شوند. هنگامی که محلول های سیلیکات های سدیم یا پتاسیم اسیدی می شوند، یک رسوب سفید ژلاتینی از اسیدهای سیلیسیک هیدراته رسوب می کند.

عنصر ساختاری اصلی دی اکسید سیلیکون جامد و همه سیلیکات ها گروهی است که در آن اتم سیلیکون Si توسط چهار ضلعی از چهار اتم اکسیژن O احاطه شده است. در این حالت، هر اتم اکسیژن به دو اتم سیلیکون متصل است. قطعات را می توان به روش های مختلف به یکدیگر متصل کرد. در بین سیلیکات ها با توجه به ماهیت اتصالات موجود در قطعات آنها به جزیره ای، زنجیره ای، روبانی، لایه ای، قاب و غیره تقسیم می شوند.

اعلام وصول

دی اکسید سیلیکون مصنوعی با حرارت دادن سیلیکون تا دمای +400 + 500 درجه سانتیگراد در اتمسفر اکسیژن تولید می شود، در حالی که سیلیکون به دی اکسید SiO 2 اکسید می شود. و همچنین اکسیداسیون حرارتی در دماهای بالا.

در شرایط آزمایشگاهی، دی اکسید سیلیکون مصنوعی را می توان با اثر اسیدها، حتی اسید استیک ضعیف، روی سیلیکات های محلول به دست آورد. مثلا:

اسید سیلیسیک بلافاصله به آب و SiO 2 تجزیه می شود که رسوب می کند.

سیلیس طبیعی به شکل شن و ماسه در جاهایی استفاده می شود که خلوص بالای مواد مورد نیاز نباشد.

کاربرد

دی اکسید سیلیکون در تولید شیشه، سرامیک، ساینده ها، محصولات بتنی، برای تولید سیلیکون، به عنوان پرکننده در تولید لاستیک، در تولید مواد نسوز سیلیس، در کروماتوگرافی و غیره استفاده می شود. کریستال های کوارتز دارای خواص پیزوالکتریک و بنابراین در مهندسی رادیو، تاسیسات اولتراسونیک و فندک ها استفاده می شود. دی اکسید سیلیکون غیر متخلخل آمورف در صنایع غذایی به عنوان یک مکمل E551 استفاده می شود که از کیک شدن و کیک شدن جلوگیری می کند، فرآورده های دارویی (خمیر دندان)، در صنعت داروسازی به عنوان یک ماده کمکی (فهرست شده) در اکثر فارماکوپه ها) و همچنین یک افزودنی غذایی یا دارویی به عنوان جاذب داخلی.

فیلم های تولید شده مصنوعی از دی اکسید سیلیکون به عنوان یک عایق در تولید ریز مدارها و سایر قطعات الکترونیکی استفاده می شود.

همچنین برای تولید کابل های فیبر نوری استفاده می شود. سیلیس ذوب شده خالص با افزودن برخی مواد خاص به آن استفاده می شود.

فیلامنت سیلیسی همچنین در عناصر گرمایشی سیگارهای الکترونیکی استفاده می شود، زیرا مایع را به خوبی جذب می کند و با گرم شدن سیم پیچ از بین نمی رود.

کریستال های بزرگ کوارتز شفاف به عنوان سنگ های نیمه قیمتی استفاده می شود. کریستال های بی رنگ را کریستال سنگ، کریستال های بنفش را آمتیست، و زرد را سیترین می نامند.

در میکروالکترونیک، دی اکسید سیلیکون یکی از مواد اصلی است. به عنوان یک لایه عایق و همچنین به عنوان یک پوشش محافظ استفاده می شود. این به شکل لایه های نازک با اکسیداسیون حرارتی سیلیکون، رسوب بخار شیمیایی و کندوپاش مگنترون به دست می آید.

سیلیس متخلخل

سیلیس متخلخل با روش های مختلفی به دست می آید.

سیلوکروم با تجمع آئروسیل به دست می آید که به نوبه خود با سوزاندن سیلان (SiH 4) به دست می آید. سیلوکروم با خلوص بالا و مقاومت مکانیکی کم مشخص می شود. اندازه مشخصه سطح خاص 60-120 متر مربع / گرم است. به عنوان جاذب در کروماتوگرافی، پرکننده لاستیکی و کاتالیز استفاده می شود.

ژل سیلیکا از خشک کردن ژل اسید سیلیسیک بدست می آید. در مقایسه با سیلوکروم، خلوص کمتری دارد، اما می تواند سطح بسیار توسعه یافته ای داشته باشد: معمولاً از 300 متر مربع در گرم تا 700 متر مربع در گرم.

سیلیکون ایروژل تقریباً 99.8 درصد هوا است و می تواند تا 1.9 کیلوگرم بر متر مکعب چگالی داشته باشد (تنها 1.5 برابر چگالی هوا).