सिलिकॉन ऑक्साइड के संश्लेषण की विधियाँ। सिलिकॉन ऑक्साइड सिलिकॉन ऑक्साइड से सिलिकिक एसिड प्राप्त करना 4

सिलिकॉन की खोज और प्राप्ति 1823 में स्वीडिश रसायनज्ञ जेन्स जैकब बर्ज़ेलियस ने की थी।

पृथ्वी की पपड़ी में ऑक्सीजन (द्रव्यमान के अनुसार 27.6%) के बाद दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है। यौगिकों में पाया जाता है।

जमीनी अवस्था में सिलिकॉन परमाणु की संरचना 1s 2 2s 2 2p 6 3एस 2 3पी 2

उत्तेजित अवस्था में सिलिकॉन परमाणु की संरचना 1s 2 2s 2 2p 6 3एस 1 3पी 3 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: +4, -4.

सिलिकॉन की एलोट्रॉपी

अनाकार और क्रिस्टलीय सिलिकॉन ज्ञात हैं।

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन

क्रिस्टल - धात्विक चमक, उच्च कठोरता, नाजुक, अर्धचालक के साथ गहरे भूरे रंग का पदार्थ; ρ = 2.33 ग्राम/सेमी 3, टी°पीएल। =1415°C; उबालना. = 2680°C.

इसकी संरचना हीरे जैसी होती है और यह मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाता है। जड़.

बेढब - भूरा पाउडर, हीड्रोस्कोपिक, हीरे जैसी संरचना, ρ = 2 ग्राम/सेमी 3, अधिक प्रतिक्रियाशील।

सिलिकॉन प्राप्त करना

1) उद्योग – कोयले को रेत के साथ गर्म करना:

2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO

2) प्रयोगशाला – रेत को मैग्नीशियम के साथ गर्म करना:

2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO प्रयोग

रासायनिक गुण

एक विशिष्ट अधातु, अक्रिय।

एक कम करने वाले एजेंट के रूप में:

1)ऑक्सीजन के साथ

Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2

2) फ्लोरीन के साथ (बिना गर्म किये)

Si 0 + 2F 2 →SiF 4

3) कार्बन के साथ

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - कार्बोरंडम - कठोर; इंगित करने और पीसने के लिए उपयोग किया जाता है)

4) हाइड्रोजन के साथ क्रिया नहीं करता।

सिलेन (SiH 4) एसिड के साथ धातु सिलिकाइड्स के अपघटन से प्राप्त होता है:

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4

5) अम्ल के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता (टीकेवल हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के साथ सी+4 एचएफ= सीआईएफ 4 +2 एच 2 )

केवल नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के मिश्रण में घुलता है:

3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O

6) क्षार के साथ (गर्म होने पर):

ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में:

7) धातुओं के साथ (सिलिसाइड्स बनते हैं):

Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4

इलेक्ट्रॉनिक्स में अर्धचालक के रूप में सिलिकॉन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। मिश्रधातुओं में सिलिकॉन मिलाने से उनका संक्षारण प्रतिरोध बढ़ जाता है। सिलिकेट्स, एल्युमिनोसिलिकेट्स और सिलिका ग्लास और सिरेमिक के उत्पादन के साथ-साथ निर्माण उद्योग के लिए मुख्य कच्चे माल हैं।
प्रौद्योगिकी में सिलिकॉन
सिलिकॉन और उसके यौगिकों का अनुप्रयोग

सिलेन - SiH 4

भौतिक गुण: रंगहीन गैस, जहरीली, म.प्र. = -185°C, t°उबालें। = -112°C.

सिलिकिक एसिड की तैयारी

सिलिकेट्स पर प्रबल अम्लों का प्रभाव - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

रासायनिक गुण:

गर्म करने पर, यह विघटित हो जाता है: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

सिलिकिक एसिड लवण - सिलिकेट.

1) अम्ल के साथ

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

2) नमक के साथ

Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓

3) सिलिकेट्स जो खनिज बनाते हैं, प्राकृतिक परिस्थितियों में पानी और कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) - चट्टानों के अपक्षय के प्रभाव में नष्ट हो जाते हैं:

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2)(फेल्डस्पार) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(काओलिनाइट (मिट्टी)) + 4SiO 2 (सिलिका (रेत)) + K2CO3

सिलिकॉन यौगिकों का अनुप्रयोग

प्राकृतिक सिलिकॉन यौगिक - रेत (SiO2) और सिलिकेट का उपयोग सिरेमिक, कांच और सीमेंट के उत्पादन के लिए किया जाता है।

मिट्टी के पात्र
चीनी मिटटी= काओलिन + मिट्टी + क्वार्ट्ज + फेल्डस्पार। चीनी मिट्टी के बरतन का जन्मस्थान चीन है, जहां चीनी मिट्टी के बरतन को 220 में पहले से ही जाना जाता था। 1746 में, रूस में चीनी मिट्टी के बरतन उत्पादन की स्थापना की गई थी।	फ़ाइनेस -फ़ेंज़ा के इतालवी शहर के नाम से। जहां 14वीं और 15वीं शताब्दी में सिरेमिक शिल्प कौशल का विकास हुआ था। मिट्टी के बर्तन अपनी उच्च मिट्टी सामग्री (85%) और कम फायरिंग तापमान में चीनी मिट्टी के बरतन से भिन्न होते हैं।

विषय: सिलिकॉन ऑक्साइड (छठी). सिलिकिक एसिड.

लक्ष्य: छात्रों को सिलिकॉन (VI) ऑक्साइड के गुणों को सीखना चाहिए

कार्बन और उसके यौगिकों के अनुरूप सिलिकिक एसिड,

सुनिश्चित करें कि उनके गुण पदार्थ की संरचना का परिणाम हैं;

उपकरण: Na2SiO3, HCl, संग्रह "खनिज और चट्टानें", PSHE।

कक्षाओं के दौरान.

मैं . हे संगठनात्मक क्षण.

द्वितीय .होमवर्क जाँच रहा हूँ.

दोस्तो! पिछले पाठ में हमने सिलिकॉन का अध्ययन किया, इसे एक रासायनिक तत्व और एक साधारण पदार्थ के रूप में विशेषताएँ दीं। याद रखें प्रकृति में सिलिकॉन कहाँ पाया जाता है? सिलिकॉन पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम तत्वों में से एक है, जो ऑक्सीजन (26-27%) के बाद दूसरे स्थान पर है। चट्टानों के साम्राज्य में सिलिकॉन मुख्य तत्व है। सिलिका SiO2 - रेत का मुख्य भाग, Al2O3 2SiO2 2H2O - काओलिनाइट, मिट्टी का मुख्य भाग,

K2O Al2O3 6SiO2 - फेल्डस्पार (ऑर्थोक्लेज़)। अधिकांश जीवों में सिलिकॉन की मात्रा कम होती है। हालाँकि, कुछ समुद्री शैवाल बड़ी मात्रा में सिलिकॉन जमा करते हैं - ये डायटम हैं; जानवरों के बीच, सिलिकॉन स्पंज में बहुत अधिक सिलिकॉन होता है।

दोस्तो! सिलिकॉन के भौतिक गुण क्या हैं?

अनाकार और क्रिस्टलीय सिलिकॉन ज्ञात हैं। क्रिस्टलीय सिलिकॉन में धात्विक चमक होती है, यह दुर्दम्य होता है, बहुत कठोर होता है, इसमें परमाणु क्रिस्टल जाली होती है और इसमें नगण्य विद्युत चालकता होती है। (कमरे के तापमान पर 1000 बार< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.

सिलिकॉन के अनुप्रयोग के क्षेत्रों का नाम बताइए। (अधिकांश Si का उपयोग सिलिकॉन स्टील्स के उत्पादन में किया जाता है, जिनमें उच्च ताप प्रतिरोध और एसिड प्रतिरोध होता है। सिलिकॉन क्रिस्टल अर्धचालक होते हैं, इसलिए उन्हें फोटोकल्स में रेक्टिफायर और वर्तमान एम्पलीफायर के रूप में उपयोग किया जाता है।)

अब सिलिकॉन के रासायनिक गुणों और प्रयोगशाला और उद्योग में इसके उत्पादन को कागज की शीट पर पुन: प्रस्तुत करें।

तृतीय . नई सामग्री सीखना.

1. SiO2 क्रिस्टल जाली की संरचना।

2.प्रकृति में रहना.

3.भौतिक गुण.

4. रासायनिक गुण.

5.आवेदन.

6.सिलिकिक एसिड.

1).क्रिस्टल जाली की संरचनाSiO2 .

SiO2 कार्बन का एक एनालॉग है। उनके उच्च ऑक्साइड CO2 और SiO2 हैं। CO2 एक गैस है, गलनांक 56.60C है, एक आणविक क्रिस्टल जाली है, इसमें एक दूसरे से असंबद्ध अलग-अलग अणु होते हैं, और SiO2 एक ठोस है, इसका उच्च गलनांक = 17280C होता है, एक परमाणु क्रिस्टल जाली जिसमें प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु होता है चार ऑक्सीजन परमाणुओं से जुड़ा।

इसलिए, सिलिकॉन ऑक्साइड में एक विशाल अणु (SiO2)n होता है, लेकिन अंकन में आसानी के लिए हम SiO2 लिखते हैं।

2)प्रकृति में रहना।

एक स्थिर सिलिकॉन यौगिक सिलिकॉन (VI) ऑक्साइड है, जिसे सिलिका कहा जाता है। यह क्रिस्टलीय, क्रिप्टोक्रिस्टलाइन और अनाकार अवस्था में होता है। क्रिस्टलीय अवस्था में अधिक SiO2.

SiO2 - सिलिका

क्रिस्टलीय क्रिप्टोक्रिस्टलाइन अनाकार

(खनिज - क्वार्ट्ज) (ओपल, जैस्पर, एगेट, फ्लिंट) (तिपाई)

क्रिस्टल - प्रकृति में खनिज क्वार्ट्ज के रूप में पाया जाता है। क्वार्ट्ज भी चट्टानों का हिस्सा है - ग्रेनाइट और नीस। साधारण रेत में क्वार्ट्ज के छोटे दाने होते हैं। शुद्ध रेत सफेद होती है, इसे क्वार्ट्ज रेत कहा जाता है, और साधारण नदी की रेत में लोहे की अशुद्धियाँ होती हैं और इसलिए यह पीली होती है। पारदर्शी व्यक्तिगत क्वार्ट्ज क्रिस्टल रॉक क्रिस्टल हैं। अशुद्धियों द्वारा रॉक क्रिस्टल रंग के बकाइन को नीलम कहा जाता है, और भूरे रंग का - धुएँ के रंग का पुखराज। वे आभूषण हैं. ठंडा होने पर पिघला हुआ क्वार्ट्ज साफ कांच में बदल जाता है। क्वार्ट्ज़ ग्लास पराबैंगनी किरणों को संचारित नहीं करता है।

क्रिप्टोक्रिस्टलाइन सिलिका यौगिकों में ओपल, जैस्पर, एगेट और फ्लिंट शामिल हैं। ओपल और एगेट में सुंदर रंग होते हैं। इनका उपयोग मॉस्को मेट्रो को सजाने के लिए किया गया था। चकमक पत्थर एक कठोर खनिज है जो प्रहार करने पर तेज धार वाले टुकड़ों में टूट जाता है और इसने मानव समाज के ऐतिहासिक विकास में प्रमुख भूमिका निभाई है। इस खनिज का उपयोग औजार बनाने में किया जाता था।

बेढब SiO2 प्रकृति में कम आम है। कुछ डायटम के खोल अनाकार SiO2 से बने होते हैं और इन खोलों के संचय से स्थानों में बड़े जमाव होते हैं, उन्हें इन्फ्यूसर मिट्टी या त्रिपोली (डायटोमाइट) कहा जाता है।

3)भौतिक गुण.

SiO2 एक क्रिस्टलीय ठोस है।

4)रासायनिक गुण.

आम हैं:

a) तापमान पर क्षार के साथ प्रतिक्रिया करता है।

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

बी) तापमान पर क्षारीय ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है

SiO2 + CaO = CaSiO3

विशिष्ट।

a) पानी के साथ क्रिया नहीं करता है।

बी) बढ़ते तापमान के साथ, यह लवणों से अधिक वाष्पशील ऑक्साइड को विस्थापित करता है।

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2

ग) हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O

tetrafluoride

5)आवेदन.

1.क्वार्ट्ज - कांच, रासायनिक कांच के बर्तनों का उत्पादन।

2.ट्रेपेल - निर्माण में, गर्मी इन्सुलेटर और ध्वनि-अवशोषित सामग्री के रूप में।

3. सजावट.

4. रेत-चूने की ईंट का उत्पादन।

5.सिरेमिक उत्पाद।

6) सिलिकिक एसिड।

घुलनशीलता तालिका के अनुसार, H2SiO3 एक अघुलनशील अम्ल है।

इसे अम्ल के साथ इसके लवणों के विलयन की अभिक्रिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓

विद्यार्थी तलछट

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

2H+ + SiO32- = H2SiO3↓

पानी के साथ, सिलिकिक एसिड कोलाइडल घोल बनाता है। यह एक कमजोर एसिड है, यहां तक ​​कि कार्बोनिक एसिड से भी कमजोर, नाजुक और गर्म होने पर धीरे-धीरे विघटित हो जाता है।

H2SiO3 = H2O + SiO2

VI. समेकन।फिल्म "सिलिकॉन (VI) ऑक्साइड" का भाग I देखना

वी होमवर्क असाइनमेंट- सारांश, §35,36।

समस्या 1 पंक्ति.

जब सोडियम कार्बोनेट को 62 ग्राम सिलिका के साथ मिलाया जाता है जिसमें लौह यौगिकों की 3% अशुद्धियाँ होती हैं तो कितना कार्बन मोनोऑक्साइड (VI) निकलेगा (लीटर में)।

दिया गया: 1 मोल x

मी (SiO2) = 62 ग्राम. Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3 + सीओ 2

Ѡ(लगभग) – 3% 1 mol 2 mol

वी(CO2) - ? एम (SiO2) = 28 + 32 = 60 ग्राम/मोल

मच. वी = Ѡ mcolor / 100% = 97 62/100% = 60.14

υ(SiO2) = m/M = 60.14/60 = 1 मोल

υ(СО2) = 1 मोल

V(CO2) = Vm· υ = 22.4 ·1 = 22.4 लीटर।

समस्या द्वितीय पंक्ति.

6.1 ग्राम सोडियम सिलिकेट प्राप्त करने के लिए 0.2 द्रव्यमान अंश वाली अशुद्धियों वाले कितने Si(IV) ऑक्साइड की आवश्यकता होती है?

दिया गया: x 0.05

मी (Na2SiO3) = 6.1 ग्राम. SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Ѡ(लगभग) =20% 1 मोल 1 मोल

एम (SiO2) - ? एम (SiO2) = 60 ग्राम/मोल

एम (Na2SiO3) = 122 ग्राम/मोल

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

υ (SiO2) = 0.05 मोल

एम = एम · υ = 60 · 0.05 = 3 ग्राम।

100% - 20% = 80%

एमटीएस. वी = .mch. वी / Ѡ · 100% = 30 / 80 · 100 = 3.75 ग्राम।

समस्या तृतीय पंक्ति.

जब 120 ग्राम SiO2 ने 106 ग्राम Na2CO3 के साथ परस्पर क्रिया की, तो CO2 जारी हुआ। इस गैस का कितना द्रव्यमान बना?

दिया गया: 1मोल x

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

मी (Na2CO3) = 106 ग्राम 1 मोल 1 मोल 1 मोल

वी (CO2) - ? एम (Na2CO3) = 106 ग्राम/मोल

एम (SiO2) = 60 ग्राम/मोल

एम (सीओ2) = 44 ग्राम/मोल

υ (Na2CO3) = m /M = 106/106 = 1 मोल (अपर्याप्त)

υ (SiO2) = 120/60 = 2 मोल (जी)

वी(सीओ2) = 1 मोल

मी (CO2) = एम · υ = 44 · 1 = 44 ग्राम।

डी.आई. मेंडेलीव की आवर्त सारणी के समूह IV (समूह IVA) के मुख्य उपसमूह के तत्वों का दूसरा प्रतिनिधि सिलिकॉन Si है।

प्रकृति में ऑक्सीजन के बाद सिलिकॉन दूसरा सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला रासायनिक तत्व है। पृथ्वी की पपड़ी का एक चौथाई से अधिक भाग इसके यौगिकों से बना है। सबसे आम सिलिकॉन यौगिक सिलिकॉन ऑक्साइड (IV) SiO2 है, इसका दूसरा नाम सिलिका है।

प्रकृति में, यह खनिज क्वार्ट्ज बनाता है (चित्र 158), जिनमें से कई किस्में - रॉक क्रिस्टल और इसका प्रसिद्ध बैंगनी रूप - नीलम, साथ ही एगेट, ओपल, जैस्पर, चैलेडोनी, कारेलियन, सजावटी और अर्ध-कीमती के रूप में जाने जाते हैं। पत्थर. साधारण और क्वार्ट्ज रेत में भी सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड होता है।

चावल। 158.
डोलोमाइट में एम्बेडेड क्वार्ट्ज क्रिस्टल

आदिम लोग सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड (फ्लिंट, चैलेडोनी, आदि) पर आधारित विभिन्न प्रकार के खनिजों से उपकरण बनाते थे। यह चकमक पत्थर था, यह अगोचर और बहुत टिकाऊ पत्थर नहीं था, जिसने पाषाण युग की शुरुआत को चिह्नित किया - चकमक उपकरणों का युग (चित्र 159)। इसके दो कारण हैं: चकमक पत्थर की व्यापकता और उपलब्धता, साथ ही टुकड़े करने पर तेज धार बनाने की इसकी क्षमता।

चावल। 159.
पाषाण युग के उपकरण

दूसरे प्रकार का प्राकृतिक सिलिकॉन यौगिक सिलिकेट है। उनमें से, सबसे आम एल्युमिनोसिलिकेट्स हैं (यह स्पष्ट है कि इन सिलिकेट्स में रासायनिक तत्व एल्यूमीनियम होता है)। एलुमिनोसिलिकेट्स में ग्रेनाइट, विभिन्न प्रकार की मिट्टी और अभ्रक शामिल हैं। एक सिलिकेट जिसमें एल्यूमीनियम नहीं होता है, उदाहरण के लिए, एस्बेस्टस है, जिससे आग प्रतिरोधी कपड़े बनाए जाते हैं।

सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड SiO2 पौधों और जानवरों के जीवन के लिए आवश्यक है। यह पौधों के तनों और जानवरों के सुरक्षात्मक आवरणों को ताकत देता है (चित्र 160)। उसके लिए धन्यवाद, नरकट, नरकट और हॉर्सटेल संगीनों की तरह मजबूत खड़े हैं, तेज सेज की पत्तियां चाकू की तरह काटी जाती हैं, कटे हुए खेत में ठूंठ सुइयों की तरह चुभते हैं, और अनाज के तने इतने मजबूत होते हैं कि वे खेतों में घुसने नहीं देते बारिश और हवा से लेट जाओ. मछली के शल्क, कीड़ों के खोल, तितली के पंख, पक्षियों के पंख और जानवरों के फर टिकाऊ होते हैं क्योंकि इनमें सिलिका होता है।

चावल। 160.
सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड पौधों के तनों और जानवरों के सुरक्षा कवच को मजबूती देता है

सिलिकॉन यौगिक मानव बालों और नाखूनों को चिकनाई और मजबूती देते हैं।

सिलिकॉन निचले जीवित जीवों का भी हिस्सा है - डायटम और रेडिओलेरियन, जीवित पदार्थ की सबसे नाजुक गांठें जो सिलिका से अपने नायाब सौंदर्य कंकाल बनाती हैं (चित्र 161)।

चावल। 161.
डायटम (ए) और रेडियोलेरियन (बी) के कंकाल सिलिका से बने होते हैं

सिलिकॉन के गुण. आप सौर बैटरी के साथ एक माइक्रोकैलकुलेटर का उपयोग कर रहे हैं और इसलिए आपको क्रिस्टलीय सिलिकॉन की समझ है। यह एक अर्धचालक है. धातुओं के विपरीत, बढ़ते तापमान के साथ इसकी विद्युत चालकता बढ़ जाती है। सौर पैनल उपग्रहों, अंतरिक्ष यान, स्टेशनों और घरों की छतों पर स्थापित किए जाते हैं (चित्र 162), जो सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। वे अर्धचालक क्रिस्टल, मुख्य रूप से सिलिकॉन का उपयोग करते हैं। सिलिकॉन सौर सेल अवशोषित सौर ऊर्जा के 10% तक को बिजली में परिवर्तित कर सकते हैं।

चावल। 162.
घर की छत पर लगी सोलर बैटरी

सिलिकॉन ऑक्सीजन में जलता है, जिससे पहले से ज्ञात सिलिकॉन ऑक्साइड (IV) बनता है:

गैर-धातु होने के कारण, गर्म होने पर, सिलिकॉन धातुओं के साथ मिलकर सिलिकाइड बनाता है, उदाहरण के लिए:

सिलिकाइड्स पानी या एसिड द्वारा आसानी से विघटित हो जाते हैं, जिससे सिलिकॉन का एक गैसीय हाइड्रोजन यौगिक निकलता है - सिलेन:

हाइड्रोकार्बन के विपरीत, सिलेन स्वतः ही हवा में प्रज्वलित हो जाता है और जलकर सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड और पानी बनाता है:

सीएच4 मीथेन की तुलना में सिलेन की बढ़ी हुई प्रतिक्रियाशीलता को इस तथ्य से समझाया गया है कि सिलिकॉन का परमाणु आकार कार्बन से बड़ा है, इसलिए सी-एच रासायनिक बंधन सी-एच बांड की तुलना में कम मजबूत होते हैं।

सिलिकॉन क्षार के संकेंद्रित जलीय घोल के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे सिलिकेट और हाइड्रोजन बनता है:

सिलिकॉन को मैग्नीशियम या कार्बन के साथ सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड से कम करके प्राप्त किया जाता है:

सिलिकॉन ऑक्साइड (IV), या सिलिकॉन डाइऑक्साइड, या सिलिका SiO2, CO2 की तरह, एक अम्लीय ऑक्साइड है। हालाँकि, CO2 के विपरीत, इसमें आणविक नहीं, बल्कि परमाणु क्रिस्टल जाली होती है। इसलिए, SiO2 एक ठोस और दुर्दम्य पदार्थ है। जैसा कि आप जानते हैं, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड को छोड़कर, यह पानी और एसिड में नहीं घुलता है, लेकिन यह क्षार के साथ उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया करके सिलिकिक एसिड लवण - सिलिकेट बनाता है:

सिलिकेट को धातु ऑक्साइड या कार्बोनेट के साथ सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड को संलयन करके भी प्राप्त किया जा सकता है:

सोडियम एवं पोटैशियम सिलिकेट्स को घुलनशील ग्लास कहा जाता है। उनके जलीय घोल प्रसिद्ध सिलिकेट गोंद हैं।

सिलिकेट्स के घोल से, उन पर मजबूत एसिड की क्रिया से - हाइड्रोक्लोरिक, सल्फ्यूरिक, एसिटिक और यहां तक ​​कि कार्बोनिक, सिलिकिक एसिड H 2 SiO 3 प्राप्त होता है (चित्र 163):

चावल। 163. सिलिकेट आयन की गुणात्मक प्रतिक्रिया

इसलिए, H 2 SiO 3 एक बहुत कमजोर अम्ल है। यह पानी में अघुलनशील है और जिलेटिनस अवक्षेप के रूप में प्रतिक्रिया मिश्रण से बाहर गिरता है, कभी-कभी समाधान की पूरी मात्रा को कॉम्पैक्ट रूप से भर देता है, इसे जेली या जेली के समान अर्ध-ठोस द्रव्यमान में बदल देता है। जब यह द्रव्यमान सूख जाता है, तो एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण पदार्थ बनता है - सिलिका जेल, जिसका उपयोग व्यापक रूप से एक अधिशोषक - अन्य पदार्थों के अवशोषक के रूप में किया जाता है।

प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 40
सिलिकिक एसिड तैयार करना और उसके गुणों का अध्ययन

सिलिकॉन अनुप्रयोग. आप पहले से ही जानते हैं कि सिलिकॉन का उपयोग अर्धचालक सामग्री, साथ ही एसिड प्रतिरोधी मिश्र धातु बनाने के लिए किया जाता है। जब क्वार्ट्ज रेत को उच्च तापमान पर कोयले के साथ मिलाया जाता है, तो सिलिकॉन कार्बाइड SiC बनता है, जो कठोरता में हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है। इसलिए, इसका उपयोग धातु काटने वाली मशीनों के कटर को तेज करने और कीमती पत्थरों को चमकाने के लिए किया जाता है।

विभिन्न क्वार्ट्ज रासायनिक कांच के बर्तन पिघले हुए क्वार्ट्ज से बनाए जाते हैं, जो उच्च तापमान का सामना कर सकते हैं और अचानक ठंडा होने पर टूटते नहीं हैं।

सिलिकॉन यौगिक कांच और सीमेंट के उत्पादन के आधार के रूप में कार्य करते हैं।

साधारण खिड़की के शीशे की संरचना Na 2 O CaO 6 SiO 2 सूत्र द्वारा व्यक्त की जा सकती है। इसका उत्पादन विशेष कांच की भट्टियों में सोडा, चूना पत्थर और रेत के मिश्रण को मिलाकर किया जाता है।

कांच की एक विशिष्ट विशेषता नरम होने की क्षमता है और पिघली हुई अवस्था में, कांच के सख्त होने पर संरक्षित कोई भी आकार ले सकता है। टेबलवेयर और अन्य ग्लास उत्पादों का उत्पादन इसी पर आधारित है।

विभिन्न योजक कांच को अतिरिक्त गुण प्रदान करते हैं। इस प्रकार, लेड ऑक्साइड डालने से क्रिस्टल ग्लास प्राप्त होता है, क्रोमियम ऑक्साइड ग्लास को हरा, कोबाल्ट ऑक्साइड नीला आदि रंग देता है (चित्र 164)।

चावल। 164.
रंगीन कांच उत्पाद

कांच मानव जाति के सबसे पुराने आविष्कारों में से एक है। 3-4 हजार साल पहले ही मिस्र, सीरिया, फेनिशिया और काला सागर क्षेत्र में कांच का उत्पादन विकसित हो चुका था।

कांच न केवल कारीगरों के लिए, बल्कि कलाकारों के लिए भी एक सामग्री है। प्राचीन रोम के उस्तादों ने उच्च पूर्णता हासिल की, जो रंगीन कांच प्राप्त करना और उनके टुकड़ों से मोज़ाइक बनाना जानते थे।

चावल। 165.
नोट्रे डेम कैथेड्रल, चार्ट्रेस में सना हुआ ग्लास

कांच से बनी कलाकृतियाँ किसी भी बड़े संग्रहालय की अनिवार्य विशेषताएँ हैं, और चर्चों और मोज़ेक पैनलों की रंगीन सना हुआ ग्लास खिड़कियां इसके ज्वलंत उदाहरण हैं (चित्र 165)। रूसी विज्ञान अकादमी की सेंट पीटर्सबर्ग शाखा के एक परिसर में एम. वी. लोमोनोसोव द्वारा बनाया गया पीटर I का एक मोज़ेक चित्र है (चित्र 166)।

चावल। 166.
पीटर I का मोज़ेक चित्र

कांच के अनुप्रयोग के क्षेत्र बहुत व्यापक हैं। यह खिड़की है, बोतल है, लैंप है, शीशा है; ऑप्टिकल ग्लास - चश्मे से लेकर कैमरा ग्लास तक; अनगिनत ऑप्टिकल उपकरणों के लेंस - सूक्ष्मदर्शी से लेकर दूरबीन तक।

सिलिकॉन यौगिकों से प्राप्त एक अन्य महत्वपूर्ण सामग्री सीमेंट है। इसे विशेष रोटरी भट्ठों में मिट्टी और चूना पत्थर की सिंटरिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है।

यदि सीमेंट पाउडर को पानी के साथ मिलाया जाता है, तो एक सीमेंट पेस्ट बनता है, या, जैसा कि बिल्डर्स इसे "सीमेंट मोर्टार" कहते हैं, जो धीरे-धीरे सख्त हो जाता है। जब रेत या कुचले हुए पत्थर को सीमेंट में भराव के रूप में मिलाया जाता है, तो कंक्रीट प्राप्त होता है। यदि इसमें लोहे का फ्रेम डाला जाए तो कंक्रीट की ताकत बढ़ जाती है - प्रबलित कंक्रीट प्राप्त होता है, जिससे दीवार पैनल, फर्श ब्लॉक, पुल ट्रस आदि बनाए जाते हैं।

सिलिकेट उद्योग कांच और सीमेंट का उत्पादन करता है। यह सिलिकेट सिरेमिक - ईंट, चीनी मिट्टी के बरतन (चित्र 167), मिट्टी के बर्तन और उनसे बने उत्पादों का भी उत्पादन करता है।

चावल। 167.
चीनी मिटटी

सिलिकॉन की खोज. हालाँकि पहले से ही प्राचीन काल में लोग रोजमर्रा की जिंदगी में सिलिकॉन यौगिकों का व्यापक रूप से उपयोग करते थे, सिलिकॉन पहली बार 1824 में स्वीडिश रसायनज्ञ जे. या. बर्ज़ेलियस द्वारा प्राप्त किया गया था। हालाँकि, उनसे 12 साल पहले, सिलिकॉन जे. गे-लुसाक और एल. थेनार्ड द्वारा प्राप्त किया गया था, लेकिन यह अशुद्धियों से बहुत दूषित था।

लैटिन नाम सिलिकियम की उत्पत्ति लैटिन शब्द सिलेक्स - "फ्लिंट" से हुई है। रूसी नाम "सिलिकॉन" ग्रीक क्रिमनोस - "चट्टान, चट्टान" से आया है।

नए शब्द और अवधारणाएँ

1. प्राकृतिक सिलिकॉन यौगिक: सिलिका, क्वार्ट्ज और इसकी किस्में, सिलिकेट्स, एल्युमिनोसिलिकेट्स, एस्बेस्टस।
2. सिलिकॉन का जैविक महत्व.
3. सिलिकॉन के गुण: अर्धचालक, ऑक्सीजन, धातु, क्षार के साथ बातचीत।
4. सिलान.
5. सिलिकॉन(IV) ऑक्साइड. इसकी संरचना और गुण: क्षार, मूल ऑक्साइड, कार्बोनेट और मैग्नीशियम के साथ बातचीत।
6. सिलिकिक एसिड और उसके लवण। घुलनशील ग्लास.
7. सिलिकॉन और उसके यौगिकों का अनुप्रयोग.
8. काँच।
9. सीमेंट.

स्वतंत्र कार्य के लिए कार्य

सिलिकॉन IV ऑक्साइड टीयू 6-09-3379-79

SiO2

सिलिका (सिलिका, SiO2; अव्य. सिलिका) - सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड। +1713…+1728 डिग्री सेल्सियस के गलनांक वाले रंगहीन क्रिस्टल, जिनमें उच्च कठोरता और ताकत होती है।

सिलिकॉन डाइऑक्साइड लगभग सभी स्थलीय चट्टानों का मुख्य घटक है, विशेष रूप से डायटोमेसियस पृथ्वी में। स्थलमंडल के द्रव्यमान का 87% भाग सिलिका और सिलिकेट से बना है। मानव रक्त और प्लाज्मा में, सिलिका की सांद्रता वजन के अनुसार 0.001% है।

गुण

• एसिड ऑक्साइड के समूह के अंतर्गत आता है।
• गर्म करने पर यह क्षार और क्षार के साथ प्रतिक्रिया करता है।
• हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है।
• SiO2 ग्लास बनाने वाले ऑक्साइड के समूह से संबंधित है, यानी, यह सुपरकूल्ड पिघले ग्लास के निर्माण के लिए प्रवण है।
• सबसे अच्छे डाइलेक्ट्रिक्स में से एक (यदि इसमें अशुद्धियाँ नहीं हैं और यह गर्म नहीं होता है तो यह विद्युत प्रवाह का संचालन नहीं करता है)।

बहुरूपता

सिलिकॉन डाइऑक्साइड में कई बहुरूपी संशोधन हैं।

पृथ्वी की सतह पर उनमें से सबसे आम - α-क्वार्ट्ज - त्रिकोणीय प्रणाली में क्रिस्टलीकृत होता है। सामान्य परिस्थितियों में, सिलिकॉन डाइऑक्साइड सबसे अधिक बार α-क्वार्ट्ज पॉलीमॉर्फ में पाया जाता है, जो +573 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर विपरीत रूप से β-क्वार्ट्ज में बदल जाता है। तापमान में और वृद्धि के साथ, क्वार्ट्ज ट्राइडिमाइट और क्रिस्टोबलाइट में बदल जाता है। ये बहुरूपियाँ उच्च तापमान और निम्न दबाव पर स्थिर होती हैं।

प्रकृति में इसके रूप भी हैं - ओपल, चैलेडोनी, क्वार्टज़िन, ल्यूटेसाइट, ऑथिजेनिक क्वार्ट्ज, जो सिलिका समूह से संबंधित हैं। पतले खंड में ओपल (SiO 2 *nH 2 O) रंगहीन, आइसोट्रोपिक, नकारात्मक राहत वाला, समुद्री जलाशयों में जमा होता है, और कई सिलिसियस चट्टानों का हिस्सा होता है। कैल्सेडोनी, क्वार्ट्ज, ल्यूटेसाइट - SiO 2 - क्वार्ट्ज की क्रिप्टोक्रिस्टलाइन किस्में हैं। वे रेशेदार समुच्चय, रोसेट, गोलाकार, रंगहीन, नीले, पीले रंग का निर्माण करते हैं। वे कुछ गुणों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं - चैलेडोनी और क्वार्टज़िन में प्रत्यक्ष विलुप्ति होती है, ल्यूटेसाइट में तिरछी विलुप्ति होती है, और चैलेडोनी में नकारात्मक बढ़ाव होता है।

उच्च तापमान और दबाव पर, सिलिकॉन डाइऑक्साइड पहले कोएसाइट में बदल जाता है (जिसे 1953 में अमेरिकी रसायनज्ञ लोरिंग कोएस द्वारा संश्लेषित किया गया था), और फिर स्टिशोवाइट में (जिसे 1961 में एस.एम. स्टिशोव द्वारा संश्लेषित किया गया था, और 1962 में एक उल्कापिंड क्रेटर में खोजा गया था) [ स्रोत 2294 दिन निर्दिष्ट नहीं है ] . कुछ अध्ययनों के अनुसार, स्टिशोवाइट मेंटल का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनता है, इसलिए पृथ्वी पर किस प्रकार का SiO2 सबसे आम है, इस सवाल का अभी तक कोई स्पष्ट उत्तर नहीं है।

इसमें एक अनाकार संशोधन भी है - क्वार्ट्ज ग्लास।

रासायनिक गुण

सिलिकॉन डाइऑक्साइड SiO2 एक अम्लीय ऑक्साइड है जो पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है।

एसिड के प्रति रासायनिक रूप से प्रतिरोधी, लेकिन हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस के साथ प्रतिक्रिया करता है:

और हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड:

कांच पर नक्काशी के लिए इन दोनों प्रतिक्रियाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

जब SiO 2 को क्षार और मूल ऑक्साइड के साथ-साथ सक्रिय धातुओं के कार्बोनेट के साथ जोड़ा जाता है, तो सिलिकेट बनते हैं - बहुत कमजोर, पानी में अघुलनशील सिलिकिक एसिड के लवण, जिनमें सामान्य सूत्र xH 2 O ySiO 2 की कोई स्थिर संरचना नहीं होती है (अक्सर अक्सर) साहित्य में गैर-सिलिकिक एसिड और सिलिकिक एसिड का उल्लेख किया गया है, हालांकि वास्तव में हम एक ही पदार्थ के बारे में बात कर रहे हैं)।

उदाहरण के लिए, सोडियम ऑर्थोसिलिकेट प्राप्त किया जा सकता है:

कैल्शियम मेटासिलिकेट:

या मिश्रित कैल्शियम और सोडियम सिलिकेट:

खिड़की का शीशा सिलिकेट Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2) से बनाया जाता है।

अधिकांश सिलिकेट्स की कोई स्थिर संरचना नहीं होती है। सभी सिलिकेट्स में से केवल सोडियम और पोटेशियम सिलिकेट ही पानी में घुलनशील होते हैं। पानी में इन सिलिकेट्स के घोल को तरल ग्लास कहा जाता है। हाइड्रोलिसिस के कारण, इन समाधानों में अत्यधिक क्षारीय वातावरण की विशेषता होती है। हाइड्रोलाइज्ड सिलिकेट्स की विशेषता वास्तविक नहीं, बल्कि कोलाइडल घोल बनाना है। जब सोडियम या पोटेशियम सिलिकेट के घोल को अम्लीकृत किया जाता है, तो हाइड्रेटेड सिलिकिक एसिड का एक जिलेटिनस सफेद अवक्षेप अवक्षेपित हो जाता है।

ठोस सिलिकॉन डाइऑक्साइड और सभी सिलिकेट्स दोनों का मुख्य संरचनात्मक तत्व समूह है, जिसमें सिलिकॉन परमाणु Si चार ऑक्सीजन परमाणुओं O के टेट्राहेड्रोन से घिरा हुआ है। इस मामले में, प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु दो सिलिकॉन परमाणुओं से जुड़ा होता है। टुकड़ों को अलग-अलग तरीकों से एक-दूसरे से जोड़ा जा सकता है। सिलिकेट्स के बीच, उनके टुकड़ों में कनेक्शन की प्रकृति के अनुसार, उन्हें द्वीप, श्रृंखला, रिबन, स्तरित, फ्रेम और अन्य में विभाजित किया गया है।

रसीद

ऑक्सीजन वातावरण में सिलिकॉन को +400...+500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म करके सिंथेटिक सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उत्पादन किया जाता है, जबकि सिलिकॉन को SiO2 डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत किया जाता है। साथ ही उच्च तापमान पर थर्मल ऑक्सीकरण।

प्रयोगशाला स्थितियों में, घुलनशील सिलिकेट्स पर एसिड, यहां तक ​​कि कमजोर एसिटिक एसिड की क्रिया द्वारा सिंथेटिक सिलिकॉन डाइऑक्साइड प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए:

सिलिकिक एसिड तुरंत पानी और SiO2 में टूट जाता है, जो अवक्षेपित हो जाता है।

रेत के रूप में प्राकृतिक सिलिका का उपयोग वहां किया जाता है जहां सामग्री की उच्च शुद्धता की आवश्यकता नहीं होती है।

आवेदन

सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग ग्लास, सिरेमिक, अपघर्षक, कंक्रीट उत्पादों के उत्पादन में, सिलिकॉन के उत्पादन के लिए, रबर के उत्पादन में भराव के रूप में, सिलिका अपवर्तक के उत्पादन में, क्रोमैटोग्राफी आदि में किया जाता है। क्वार्ट्ज क्रिस्टल में पीजोइलेक्ट्रिक गुण होते हैं और इसलिए रेडियो इंजीनियरिंग, अल्ट्रासोनिक इंस्टॉलेशन और लाइटर में उपयोग किया जाता है। अनाकार गैर-छिद्रपूर्ण सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग खाद्य उद्योग में एक सहायक E551 के रूप में किया जाता है, जो केकिंग और केकिंग को रोकता है, पैराफार्मास्यूटिकल्स (टूथपेस्ट), फार्मास्युटिकल उद्योग में एक सहायक (सूचीबद्ध) के रूप में अधिकांश फार्माकोपियास में), साथ ही एक एंटरोसॉर्बेंट के रूप में एक खाद्य योज्य या दवा।

सिलिकॉन डाइऑक्साइड की कृत्रिम रूप से निर्मित फिल्मों का उपयोग माइक्रो सर्किट और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों के उत्पादन में एक इन्सुलेटर के रूप में किया जाता है।

फाइबर ऑप्टिक केबल के उत्पादन के लिए भी उपयोग किया जाता है। शुद्ध फ़्यूज्ड सिलिका का उपयोग इसमें कुछ विशेष सामग्री मिला कर किया जाता है।

सिलिका फिलामेंट का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के हीटिंग तत्वों में भी किया जाता है, क्योंकि यह तरल को अच्छी तरह से अवशोषित करता है और कॉइल के हीटिंग के तहत ढहता नहीं है।

बड़े स्पष्ट क्वार्ट्ज क्रिस्टल का उपयोग अर्ध-कीमती पत्थरों के रूप में किया जाता है; रंगहीन क्रिस्टल को रॉक क्रिस्टल कहा जाता है, बैंगनी क्रिस्टल को एमेथिस्ट कहा जाता है, और पीले क्रिस्टल को सिट्रीन कहा जाता है।

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में, सिलिकॉन डाइऑक्साइड मुख्य सामग्रियों में से एक है। इसका उपयोग इन्सुलेशन परत के साथ-साथ सुरक्षात्मक कोटिंग के रूप में भी किया जाता है। इसे सिलिकॉन के थर्मल ऑक्सीकरण, रासायनिक वाष्प जमाव और मैग्नेट्रोन स्पटरिंग द्वारा पतली फिल्मों के रूप में प्राप्त किया जाता है।

झरझरा सिलिकस

झरझरा सिलिका विभिन्न तरीकों से प्राप्त किया जाता है।

सिलोक्रोम एरोसिल को एकत्र करके प्राप्त किया जाता है, जो बदले में सिलाने (SiH 4) को जलाकर प्राप्त किया जाता है। सिलोक्रोम की विशेषता उच्च शुद्धता और कम यांत्रिक शक्ति है। विशिष्ट सतह का विशिष्ट आकार 60-120 वर्ग मीटर/ग्राम है। इसका उपयोग क्रोमैटोग्राफी, रबर फिलर और कैटेलिसिस में शर्बत के रूप में किया जाता है।

सिलिका जेल सिलिकिक एसिड जेल को सुखाकर प्राप्त किया जाता है। साइलोक्रोम की तुलना में, इसमें कम शुद्धता होती है, लेकिन इसकी सतह अत्यधिक विकसित हो सकती है: आमतौर पर 300 वर्ग मीटर/ग्राम से 700 वर्ग मीटर/ग्राम तक।

सिलिकॉन एयरजेल में लगभग 99.8% हवा होती है और इसका घनत्व 1.9 किलोग्राम/वर्ग मीटर (हवा के घनत्व का केवल 1.5 गुना) तक हो सकता है।