Սիլիցիումի օքսիդների սինթեզի մեթոդներ. Սիլիցիումի օքսիդ Սիլիցիումի օքսիդից սիլիցիումի թթվի ստացում 4

Սիլիցիումը հայտնաբերվել և ստացվել է 1823 թվականին շվեդ քիմիկոս Յենս Յակոբ Բերցելիուսի կողմից։

Երկրակեղևի մեծությամբ երկրորդ տարրը թթվածնից հետո (27,6% զանգվածով)։ Հայտնաբերված է միացություններում։

Սիլիցիումի ատոմի կառուցվածքը հիմնական վիճակում 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Սիլիցիումի ատոմի կառուցվածքը գրգռված վիճակում 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Օքսիդացման վիճակներ՝ +4, -4:

Սիլիցիումի ալոտրոպիա

Հայտնի են ամորֆ և բյուրեղային սիլիցիում։

Պոլիկյուրիստական ​​սիլիցիում

Բյուրեղյա - մուգ մոխրագույն նյութ՝ մետաղական փայլով, բարձր կարծրությամբ, փխրուն, կիսահաղորդչային; ρ = 2,33 գ/սմ 3, t°pl. =1415°C; եռացնել. = 2680°C:

Այն ունի ադամանդի կառուցվածք և ձևավորում է ամուր կովալենտային կապեր։ Իներտ.

Ամորֆ - շագանակագույն փոշի, հիգրոսկոպիկ, ադամանդի նման կառուցվածք, ρ = 2 գ/սմ 3, ավելի ռեակտիվ:

Սիլիցիումի ստացում

1) Արդյունաբերություն - ածուխի տաքացում ավազով.

2C + SiO 2 t˚ → Si + 2CO

2) Լաբորատորիա - ավազի տաքացում մագնեզիումով.

2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Փորձ

Քիմիական հատկություններ

Տիպիկ ոչ մետաղ, իներտ:

Որպես նվազեցնող միջոց.

1) թթվածնով

Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2

2) ֆտորով (առանց տաքացման)

Si 0 + 2F 2 →SiF 4

3) ածխածնի հետ

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - կարբորունդ - կոշտ; օգտագործվում է մատնանշելու և մանրացնելու համար)

4) Չի փոխազդում ջրածնի հետ.

Սիլանը (SiH 4) ստացվում է մետաղական սիլիցիդների տարրալուծմամբ թթվով.

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4

5) Չի փոխազդում թթուների հետ (Տմիայն հիդրոֆտորաթթուով Սի+4 ՀՖ= SiF 4 +2 Հ 2 )

Լուծվում է միայն ազոտական ​​և հիդրոֆլորաթթուների խառնուրդում.

3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O

6) ալկալիներով (տաքացման դեպքում).

Որպես օքսիդացնող նյութ.

7) մետաղներով (առաջանում են սիլիցիդներ).

Si 0 + 2Mg t˚ →Mg 2 Si -4

Սիլիկոնը լայնորեն օգտագործվում է էլեկտրոնիկայի մեջ՝ որպես կիսահաղորդիչ։ Համաձուլվածքներին սիլիցիումի ավելացումները մեծացնում են դրանց կոռոզիոն դիմադրությունը: Սիլիկատները, ալյումինոսիլիկատները և սիլիցիումը հիմնական հումքն են ապակու և կերամիկայի արտադրության, ինչպես նաև շինարարական արդյունաբերության համար։
Սիլիկոնը տեխնոլոգիայի մեջ
Սիլիցիումի և նրա միացությունների կիրառումը

Silane - SiH 4

Ֆիզիկական հատկություններ: Անգույն գազ, թունավոր, մ.թ. = -185°C, t°եռացնել։ = -112°C:

Սիլիցիումի թթվի պատրաստում

Ուժեղ թթուների ազդեցությունը սիլիկատների վրա - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

Քիմիական հատկություններ.

Երբ տաքանում է, այն քայքայվում է՝ H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

Սիլիցիումի թթվի աղեր - սիլիկատներ.

1) թթուներով

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

2) աղերով

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

3) օգտակար հանածոներ կազմող սիլիկատները բնական պայմաններում ոչնչացվում են ջրի և ածխածնի օքսիդի (IV) ազդեցությամբ՝ ապարների քայքայումը.

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (ֆելդսպաթ) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (կաոլինիտ (կավ)) + 4SiO 2 (սիլիկ (ավազ)) + K2CO3

Սիլիցիումի միացությունների կիրառում

Բնական սիլիցիումային միացություններ՝ ավազ (SiO 2) և սիլիկատներ, օգտագործվում են կերամիկայի, ապակու և ցեմենտի արտադրության համար։

Կերամիկա
ճենապակե= կաոլին + կավ + քվարց + ֆելդսպաթ: Ճենապակի ծննդավայրը Չինաստանն է, որտեղ ճենապակին հայտնի էր արդեն 220 թ. 1746 թվականին Ռուսաստանում ստեղծվել է ճենապակի արտադրություն։	Ֆայանս -իտալական Ֆաենցա քաղաքի անունից։ Որտեղ կերամիկական արհեստագործությունը զարգացել է 14-15-րդ դարերում։ Կավե ամանեղենը ճենապակուց տարբերվում է կավի ավելի բարձր պարունակությամբ (85%) և կրակելու ցածր ջերմաստիճանով:

ԹԵՄԱ՝ Սիլիցիումի օքսիդ (VI) Սիլիցիումի թթու.

ՆՊԱՏԱԿՈւսանողները պետք է սովորեն սիլիցիումի (VI) օքսիդի հատկությունները և

սիլիկաթթու ածխածնի և նրա միացությունների անալոգիայով,

համոզվեք, որ դրանց հատկությունները նյութի կառուցվածքի հետևանք են.

ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄ. Na2SiO3, HCl, «Հանքանյութեր և ապարներ» հավաքածու, PSHE:

ԴԱՍԵՐԻ ԺԱՄԱՆԱԿ.

Ի . Օ կազմակերպչական պահ.

II .Տնային առաջադրանքների ստուգում.

Տղե՛րք։ Վերջին դասին մենք ուսումնասիրեցինք սիլիցիումը, նրան տվեցինք բնութագրեր որպես քիմիական տարր և պարզ նյութ։ Հիշեք, թե որտեղ է սիլիցիումը հայտնաբերվել բնության մեջ: Սիլիցիումը երկրակեղևի ամենատարածված տարրերից մեկն է, որը զբաղեցնում է երկրորդ տեղը թթվածնից հետո (26-27%): Սիլիկոնը քարերի թագավորության հիմնական տարրն է: Silica SiO2 – ավազի հիմնական մասը, Al2O3 2SiO2 2H2O – կաոլինիտ, կավի հիմնական մասը,

K2O Al2O3 6SiO2 – դաշտային սպաթ (օրթոկլազ): Օրգանիզմների մեծ մասում սիլիցիումի պարունակությունը ցածր է։ Այնուամենայնիվ, որոշ ծովային ջրիմուռներ մեծ քանակությամբ սիլիցիում են կուտակում, դրանք դիատոմներ են, կենդանիների մեջ սիլիցիումի սպունգները պարունակում են մեծ քանակությամբ սիլիցիում:

Տղե՛րք։ Որո՞նք են սիլիցիումի ֆիզիկական հատկությունները:

Հայտնի են ամորֆ և բյուրեղային սիլիցիում։ Բյուրեղային սիլիցիումն ունի մետաղական փայլ, հրակայուն է, շատ կարծր է, ունի ատոմային բյուրեղյա վանդակ, ունի աննշան էլեկտրական հաղորդունակություն։ (սենյակային ջերմաստիճանում 1000 անգամ< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.

Նշե՛ք սիլիցիումի կիրառման ոլորտները: (Si-ի մեծ մասը օգտագործվում է սիլիցիումային պողպատների արտադրության մեջ, որոնք ունեն բարձր ջերմակայունություն և թթվային դիմադրություն: Սիլիցիումի բյուրեղները կիսահաղորդիչներ են, հետևաբար դրանք օգտագործվում են որպես ուղղիչներ և հոսանքի ուժեղացուցիչներ ֆոտոբջիջներում):

Այժմ թղթի վրա վերարտադրեք սիլիցիումի քիմիական հատկությունները և դրա արտադրությունը լաբորատորիայում և արդյունաբերության մեջ:

III . Նոր նյութ սովորելը.

1. SiO2 բյուրեղային ցանցի կառուցվածքը:

2. Լինելով բնության մեջ.

3. Ֆիզիկական հատկություններ.

4. Քիմիական հատկություններ.

5.Դիմում.

6.Սիլիկաթթու.

1) բյուրեղային ցանցի կառուցվածքըSiO2 .

SiO2-ը ածխածնի անալոգն է։ Նրանց ավելի բարձր օքսիդներն են CO2 և SiO2: CO2-ը գազ է, հալման ջերմաստիճանը 56,60C է, մոլեկուլային բյուրեղյա ցանց, այն բաղկացած է առանձին մոլեկուլներից, որոնք կապված չեն միմյանց հետ, իսկ SiO2-ը պինդ նյութ է, ունի բարձր հալման կետ = 17280C, ատոմային բյուրեղային ցանց, որում յուրաքանչյուր սիլիցիումի ատոմ է։ կապված է չորս ատոմների թթվածնի հետ:

Հետևաբար, սիլիցիումի օքսիդն ունի մեկ հսկա մոլեկուլ (SiO2)n, բայց նշումը հեշտացնելու համար մենք գրում ենք SiO2։

2) Բնության մեջ լինելը.

Սիլիցիումի կայուն միացությունը սիլիցիումի (VI) օքսիդն է, որը կոչվում է սիլիցիում: Հանդիպում է բյուրեղային, կրիպտոկրիստալային և ամորֆ վիճակներում։ Ավելի շատ SiO2 բյուրեղային վիճակում:

SiO2 – սիլիցիում

բյուրեղային կրիպտոկրիստալային ամորֆ

(հանքային – քվարց) (օպալ, հասպիս, ագատ, կայծքար) (եռոտանի)

Բյուրեղյա - բնության մեջ հայտնաբերվել է հանքային քվարցի տեսքով: Քվարցը նույնպես ժայռերի մաս է՝ գրանիտ և գնայս։ Սովորական ավազը բաղկացած է քվարցի մանր հատիկներից։ Մաքուր ավազը սպիտակ է, այն կոչվում է քվարց ավազ, իսկ սովորական գետի ավազը պարունակում է երկաթի կեղտեր և, հետևաբար, դեղին է: Թափանցիկ առանձին քվարց բյուրեղները ժայռային բյուրեղներ են: Ժայռաբյուրեղյա գունավոր յասամանն աղտոտվածությամբ կոչվում է ամեթիստ, իսկ դարչնագույնը՝ ծխագույն տոպազ: Դրանք զարդեր են։ Հալած քվարցը սառչելիս վերածվում է թափանցիկ ապակու: Քվարցային ապակին չի փոխանցում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները:

Ծպտյալ բյուրեղային Սիլիցիումի միացությունները ներառում են օպալ, հասպիս, ագատ և կայծքար: Օպալն ու ագատը գեղեցիկ գույներ ունեն։ Դրանք օգտագործվել են Մոսկվայի մետրոպոլիտենը զարդարելու համար։ Կայծքարը կոշտ միներալ է, որը հարվածելիս կոտրվում է սուր ծայրերով, և դա մեծ դեր է խաղացել մարդկային հասարակության պատմական զարգացման մեջ: Այս հանքանյութը օգտագործվել է գործիքներ պատրաստելու համար։

Ամորֆ SiO2-ը բնության մեջ ավելի քիչ տարածված է: Որոշ դիատոմների թաղանթները կառուցված են ամորֆ SiO2-ից, և այդ թաղանթների կուտակումները տեղ-տեղ մեծ նստվածքներ են կազմում, դրանք կոչվում են ինֆուզորային հող կամ տրիպոլի (դիատոմիտ):

3) Ֆիզիկական հատկություններ.

SiO2-ը բյուրեղային պինդ է:

4) Քիմիական հատկություններ.

Ընդհանուր են.

ա) ջերմաստիճանում արձագանքում է ալկալիների հետ.

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

բ) ջերմաստիճանում փոխազդում է հիմնական օքսիդների հետ

SiO2 + CaO = CaSiO3

Կոնկրետ.

ա) չի փոխազդում ջրի հետ.

բ) ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ այն ավելի շատ ցնդող օքսիդներ է տեղափոխում աղերից:

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2

գ) փոխազդում է ֆտորաթթվի հետ

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O

տետրաֆտորիդ

5) Դիմում.

1.Քվարց – ապակու, քիմիական ապակյա իրերի արտադրություն:

2.Trepel - շինարարության մեջ, որպես ջերմամեկուսիչ և ձայնամեկուսիչ նյութ:

3. Զարդարումներ.

4. Ավազ-կրաքարի աղյուսի արտադրություն.

5.Կերամիկական արտադրանք.

6) Սիլիցիումի թթու.

Ըստ լուծելիության աղյուսակի՝ H2SiO3-ը մեկ չլուծվող թթու է։

Այն կարելի է ստանալ՝ իր աղերի լուծույթները թթուների հետ փոխազդելով։

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓

ուսանող նստվածք

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

2H+ + SiO32- = H2SiO3↓

Ջրի հետ սիլիցիումային թթուն առաջացնում է կոլոիդային լուծույթներ։ Այն ավելի թույլ թթու է, նույնիսկ ավելի թույլ, քան կարբոնաթթուն, փխրուն է և տաքացնելիս աստիճանաբար քայքայվում է։

H2SiO3 = H2O + SiO2

VI. Միավորում.«Սիլիկոն (VI) օքսիդ» ֆիլմի I մասի դիտում

Վ. Տնային առաջադրանք– համառոտագիր, §35,36.

Խնդիր 1 տող.

Որքա՞ն ածխածնի օքսիդ (VI) կթողարկվի (լիտրերով), երբ նատրիումի կարբոնատը միաձուլվի 62 գ սիլիցիումի հետ, որը պարունակում է 3% երկաթի միացություններ:

Տրված է՝ 1 մոլ x

մ (SiO2) = 62 գ: Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3 + CO2

Ѡ (մոտ) – 3% 1 մոլ 2 մոլ

V(CO2) - ? M (SiO2) = 28 + 32 = 60 գ/մոլ

մխ. Վ. = Ѡ mcolor / 100% = 97 62/100% = 60,14

υ(SiO2) = m/M = 60,14/60 = 1 մոլ

υ(СО2) = 1 մոլ

V(CO2) = Vm· υ = 22.4 ·1 = 22.4 լ.

Խնդիր II շարք.

Որքա՞ն Si(IV) օքսիդ է, որը պարունակում է 0,2 զանգվածային բաժին կեղտեր, 6,1 գ նատրիումի սիլիկատ ստանալու համար:

Տրված է՝ x 0,05

մ (Na2SiO3) = 6,1 գ: SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Ѡ(մոտ) =20% 1 մոլ 1 մոլ

մ (SiO2) - ? M (SiO2) = 60 գ/մոլ

M (Na2SiO3) = 122 գ/մոլ

υ (Na2SiO3) = m / M = 6,1 / 122 = 0,05 մոլ

υ (SiO2) = 0,05 մոլ

m = M · υ = 60 · 0,05 = 3 գ:

100% - 20% = 80%

մծ. Վ. = .մչ. Վ. / Ѡ · 100% = 30 / 80 · 100 = 3,75 գ:

Խնդիր III շարք.

Երբ 120 գ SiO2 փոխազդեց 106 գ Na2CO3-ի հետ, CO2 արտազատվեց: Այս գազի ի՞նչ զանգված է առաջացել:

Տրված է՝ 1 մոլ x

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

մ (Na2CO3) = 106 գ 1 մոլ 1 մոլ 1 մոլ

V (CO2) - ? M (Na2CO3) = 106 գ/մոլ

M (SiO2) = 60 գ/մոլ

M (CO2) = 44 գ/մոլ

υ (Na2CO3) = m / M = 106 / 106 = 1 մոլ (անբավարար)

υ (SiO2) = 120 / 60 = 2 մոլ (գ)

V(CO2) = 1 մոլ

մ (CO2) = M · υ = 44 · 1 = 44 գ:

Դ.Ի. Մենդելեևի Պարբերական աղյուսակի IV խմբի (IVA խումբ) հիմնական ենթախմբի տարրերի երկրորդ ներկայացուցիչը սիլիցիումի Si.

Բնության մեջ սիլիցիումը թթվածնից հետո երկրորդ ամենաառատ քիմիական տարրն է։ Երկրակեղևի ավելի քան մեկ քառորդը բաղկացած է նրա միացություններից։ Սիլիցիումի ամենատարածված միացությունը սիլիցիումի օքսիդ (IV) SiO 2-ն է, մյուս անունը՝ սիլիցիում։

Բնության մեջ այն կազմում է հանքային քվարցը (նկ. 158), որի բազմաթիվ տեսակներ՝ ժայռաբյուրեղը և նրա հայտնի մանուշակագույն ձևը՝ ամեթիստը, ինչպես նաև ագատը, օպալը, հասպիսը, քաղկեդոնիան, կարնելիան, հայտնի են որպես դեկորատիվ և կիսաթանկարժեք։ քարեր. Սովորական և քվարցային ավազը նույնպես բաղկացած է սիլիցիումի (IV) օքսիդից։

Բրինձ. 158։
Դոլոմիտում ներկառուցված քվարց բյուրեղներ

Նախնադարյան մարդիկ գործիքներ էին պատրաստում սիլիցիումի (IV) օքսիդի հիման վրա օգտակար հանածոների տեսակներից (կայծքար, քաղկեդոն և այլն): Հենց կայծքարն էր՝ այս աննկատ և ոչ շատ դիմացկուն քարը, որը նշանավորեց քարե դարի սկիզբը՝ կայծքարային գործիքների դարաշրջանը (նկ. 159): Դրա համար կա երկու պատճառ՝ կայծքարի տարածվածությունն ու առկայությունը, ինչպես նաև կտրատելիս սուր կտրող եզրեր ձևավորելու կարողությունը:

Բրինձ. 159։
Քարի դարի գործիքներ

Բնական սիլիցիումի միացությունների երկրորդ տեսակը սիլիկատներն են: Դրանցից առավել տարածված են ալյումինոսիլիկատները (պարզ է, որ այդ սիլիկատները պարունակում են ալյումին քիմիական տարրը)։ Ալյումինոսիլիկատները ներառում են գրանիտ, կավերի տարբեր տեսակներ և միկա: Ալյումին չպարունակող սիլիկատը, օրինակ, ասբեստն է, որից պատրաստվում են հրակայուն գործվածքներ։

Սիլիցիումի (IV) օքսիդ SiO 2-ը կարևոր է բույսերի և կենդանիների կյանքի համար: Այն ուժ է տալիս բույսերի ցողուններին և կենդանիների պաշտպանիչ ծածկերին (նկ. 160)։ Նրա շնորհիվ եղեգը, եղեգն ու ձիու պոչը սվինների պես ամուր են կանգնում, դանակի պես կտրված սրածայր տերևները, հնձած դաշտում կոճղերը ասեղների պես խայթում են, իսկ հացահատիկի ցողուններն այնքան ամուր են, որ թույլ չեն տալիս դաշտերի արտերին պառկել անձրևից և քամուց. Ձկան թեփուկները, միջատների կեղևները, թիթեռների թևերը, թռչունների փետուրները և կենդանիների մորթին դիմացկուն են, քանի որ պարունակում են սիլիցիում։

Բրինձ. 160։
Սիլիցիումի (IV) օքսիդը ուժ է տալիս բույսերի ցողուններին և կենդանիների պաշտպանիչ ծածկույթներին

Սիլիցիումի միացությունները մարդու մազերին և եղունգներին տալիս են հարթություն և ամրություն:

Սիլիցիումը նույնպես ցածր կենդանի օրգանիզմների մաս է՝ դիատոմներ և ռադիոլարերներ, կենդանի նյութի ամենանուրբ կտորները, որոնք ստեղծում են իրենց անգերազանցելի գեղեցկության կմախքները սիլիցիայից (նկ. 161):

Բրինձ. 161։
Դիատոմների (ա) և ռադիոլարների (բ) կմախքները կազմված են սիլիցիումից

Սիլիցիումի հատկությունները. Դուք օգտագործում եք միկրոհաշվիչ արևային մարտկոցով և, հետևաբար, հասկանում եք բյուրեղային սիլիցիում: Սա կիսահաղորդիչ է: Ի տարբերություն մետաղների, նրա էլեկտրական հաղորդունակությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Արևային մարտկոցները տեղադրվում են արբանյակների, տիեզերանավերի, կայանների և տների տանիքների վրա (նկ. 162)՝ արեգակնային էներգիան վերածելով էլեկտրական էներգիայի։ Նրանք օգտագործում են կիսահաղորդչային բյուրեղներ, առաջին հերթին սիլիցիում: Սիլիկոնային արևային մարտկոցները կարող են կլանված արևային էներգիայի մինչև 10%-ը վերածել էլեկտրականության:

Բրինձ. 162։
Արևային մարտկոց տան տանիքում

Սիլիցիումը այրվում է թթվածնի մեջ՝ ձևավորելով արդեն հայտնի սիլիցիումի օքսիդը (IV).

Լինելով ոչ մետաղ, երբ սիլիցիումը միանում է մետաղների հետ՝ առաջացնելով սիլիցիդներ, օրինակ.

Սիլիցիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրի կամ թթուների միջոցով՝ ազատելով սիլիցիումի գազային ջրածնային միացություն՝ սիլան.

Ի տարբերություն ածխաջրածինների, սիլանը ինքնաբուխ բռնկվում է օդում և այրվում՝ առաջացնելով սիլիցիումի (IV) օքսիդ և ջուր.

Սիլանի ռեակտիվության բարձրացումը CH4 մեթանի համեմատ բացատրվում է նրանով, որ սիլիցիումի ատոմային չափերն ավելի մեծ են, քան ածխածինը, հետևաբար Si-H քիմիական կապերն ավելի քիչ ամուր են, քան C-H կապերը:

Սիլիցիումը փոխազդում է ալկալիների խտացված ջրային լուծույթների հետ՝ առաջացնելով սիլիկատներ և ջրածին.

Սիլիցիումը ստացվում է սիլիցիումի (IV) օքսիդից մագնեզիումով կամ ածխածնով վերականգնելով.

Սիլիցիումի օքսիդը (IV), կամ սիլիցիումի երկօքսիդը, կամ սիլիցիումի SiO 2-ը, ինչպես CO 2-ը, թթվային օքսիդ է: Սակայն, ի տարբերություն CO2-ի, այն ունի ոչ թե մոլեկուլային, այլ ատոմային բյուրեղային ցանց։ Հետևաբար, SiO 2-ը պինդ և հրակայուն նյութ է։ Այն չի լուծվում ջրի և թթուների մեջ, բացառությամբ, ինչպես գիտեք, հիդրոֆլորաթթվի, բայց բարձր ջերմաստիճանում արձագանքում է ալկալիների հետ՝ առաջացնելով սիլիցիումի թթու աղեր՝ սիլիկատներ.

Սիլիկատները կարելի է ստանալ նաև սիլիցիումի (IV) օքսիդը մետաղական օքսիդների կամ կարբոնատների հետ միաձուլելով.

Նատրիումի և կալիումի սիլիկատները կոչվում են լուծելի ապակի: Նրանց ջրային լուծույթները հայտնի սիլիկատային սոսինձն են։

Սիլիկատների լուծույթներից դրանց վրա ավելի ուժեղ թթուների՝ աղաթթուների, ծծմբային, քացախային և նույնիսկ կարբոնաթթուների ազդեցությամբ ստացվում է սիլիցիումային թթու H 2 SiO 3 (նկ. 163):

Բրինձ. 163. Որակական ռեակցիա սիլիկատային իոնի նկատմամբ

Հետևաբար, H 2 SiO 3-ը շատ թույլ թթու է: Այն ջրում չի լուծվում և ռեակցիայի խառնուրդից դուրս է գալիս դոնդողանման նստվածքի տեսքով՝ երբեմն կոմպակտ կերպով լրացնելով լուծույթի ամբողջ ծավալը՝ այն վերածելով դոնդողի կամ դոնդողի նման կիսապինդ զանգվածի։ Երբ այս զանգվածը չորանում է, առաջանում է բարձր ծակոտկեն նյութ՝ սիլիկա գել, որը լայնորեն օգտագործվում է որպես ներծծող՝ այլ նյութերի ներծծող։

Թիվ 40 լաբորատոր փորձ
Սիլիցիումի թթվի պատրաստում և հատկությունների ուսումնասիրություն

Սիլիկոնային հավելվածներ. Դուք արդեն գիտեք, որ սիլիցիումը օգտագործվում է կիսահաղորդչային նյութերի, ինչպես նաև թթվակայուն համաձուլվածքների արտադրության համար։ Երբ բարձր ջերմաստիճանում քվարցային ավազը միաձուլվում է ածխի հետ, առաջանում է սիլիցիումի կարբիդ SiC, որը կարծրությամբ զիջում է միայն ադամանդին: Ուստի այն օգտագործվում է մետաղահատ մեքենաների կտրիչները սրելու և թանկարժեք քարերը հղկելու համար։

Տարբեր քվարցային քիմիական ապակյա իրեր պատրաստվում են հալած քվարցից, որը կարող է դիմակայել բարձր ջերմաստիճաններին և չի ճաքում, երբ ենթարկվում է հանկարծակի սառեցման:

Սիլիցիումային միացությունները հիմք են հանդիսանում ապակու և ցեմենտի արտադրության համար։

Սովորական պատուհանի ապակին ունի բաղադրություն, որը կարող է արտահայտվել Na 2 O CaO 6 SiO 2 բանաձևով։ Այն արտադրվում է հատուկ ապակե վառարաններում՝ սոդայի, կրաքարի և ավազի խառնուրդը միաձուլելով։

Ապակու տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ կարող է փափկել և հալված վիճակում ստանալ ցանկացած ձև, որը պահպանվում է, երբ ապակին կարծրանում է: Սրա վրա է հիմնված սպասքի և ապակյա այլ արտադրատեսակների արտադրությունը։

Տարբեր հավելումներ ապակուն լրացուցիչ որակներ են հաղորդում։ Այսպիսով, կապարի օքսիդ ներմուծելով՝ ստացվում է բյուրեղապակի, քրոմի օքսիդը ապակին գունավորում է կանաչ, կոբալտի օքսիդը՝ կապույտ և այլն (նկ. 164)։

Բրինձ. 164.
Գունավոր ապակե արտադրանք

Ապակին մարդկության հնագույն գյուտերից է։ Արդեն 3-4 հազար տարի առաջ ապակու արտադրությունը զարգացած էր Եգիպտոսում, Սիրիայում, Փյունիկիայում և Սևծովյան տարածաշրջանում։

Ապակին նյութ է ոչ միայն արհեստավորների, այլև արվեստագետների համար։ Բարձր կատարելության են հասել Հին Հռոմի վարպետները, ովքեր գիտեին ինչպես ստանալ գունավոր ապակիներ և դրանց կտորներից խճանկարներ պատրաստել։

Բրինձ. 165։
Վիտրաժներ Նոտր Դամի տաճարում, Շարտր

Ապակուց պատրաստված արվեստի գործերը ցանկացած մեծ թանգարանի պարտադիր ատրիբուտներն են, և դրա վառ օրինակն են եկեղեցիների գունավոր վիտրաժները և խճանկարային վահանակները (նկ. 165): Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի Սանկտ Պետերբուրգի մասնաճյուղի շենքերից մեկում տեղադրված է Պետրոս I-ի խճանկարային դիմանկարը, որը պատրաստել է Մ.Վ.Լոմոնոսովը (նկ. 166):

Բրինձ. 166։
Պետրոս I-ի խճանկարային դիմանկարը

Ապակու կիրառման ոլորտները շատ ընդարձակ են։ Սա պատուհան է, շիշ, լամպ, հայելու ապակի; օպտիկական ապակի - ակնոցներից մինչև տեսախցիկի ակնոցներ; անթիվ օպտիկական գործիքների ոսպնյակներ՝ մանրադիտակներից մինչև աստղադիտակներ:

Սիլիցիումի միացություններից ստացված մեկ այլ կարևոր նյութ ցեմենտն է: Այն ստացվում է հատուկ պտտվող վառարաններում կավի և կրաքարի սինթրեման արդյունքում։

Եթե ​​ցեմենտի փոշին խառնվում է ջրի հետ, առաջանում է ցեմենտի մածուկ կամ, ինչպես շինարարներն են անվանում՝ «ցեմենտի շաղախ», որն աստիճանաբար կարծրանում է։ Երբ ցեմենտին որպես լցոնիչ ավելացնում են ավազ կամ մանրացված քար, ստացվում է բետոն։ Բետոնի ամրությունը մեծանում է, եթե դրա մեջ մտցվում է երկաթե շրջանակ՝ ստացվում է երկաթբետոն, որից պատրաստվում են պատի պանելներ, հատակի բլոկներ, կամուրջների ֆերմա և այլն։

Սիլիկատային արդյունաբերությունն արտադրում է ապակի և ցեմենտ։ Արտադրում է նաև սիլիկատային կերամիկա՝ աղյուս, ճենապակյա (նկ. 167), կավե ամանեղեն և դրանցից պատրաստված արտադրանք։

Բրինձ. 167։
ճենապակե

Սիլիցիումի հայտնաբերում. Թեև արդեն հին ժամանակներում մարդիկ լայնորեն օգտագործում էին սիլիցիումի միացությունները առօրյա կյանքում, սիլիցիումն ինքնին առաջին անգամ ստացվել է 1824 թվականին շվեդ քիմիկոս Յա. Բերզելիուսի կողմից: Այնուամենայնիվ, նրանից 12 տարի առաջ սիլիցիում էին ստացել Ջ. Գեյ-Լյուսակը և Լ. Թենարդը, բայց այն շատ աղտոտված էր կեղտերով:

Լատինական silicium անվանումը ծագել է լատիներեն silex՝ «կայծքար» բառից։ Ռուսերեն «սիլիկոն» անվանումն առաջացել է հունարեն krimnos-ից՝ «ժայռ, ժայռ»:

Նոր բառեր և հասկացություններ

1. Բնական սիլիցիումային միացություններ՝ սիլիցիում, քվարց և դրա տեսակները, սիլիկատներ, ալյումոսիլիկատներ, ասբեստ:
2. Սիլիցիումի կենսաբանական նշանակությունը.
3. Սիլիցիումի հատկությունները` կիսահաղորդիչ, փոխազդեցություն թթվածնի, մետաղների, ալկալիների հետ:
4. Սիլան.
5. Սիլիցիումի (IV) օքսիդ. Նրա կառուցվածքը և հատկությունները. փոխազդեցություն ալկալիների, հիմնական օքսիդների, կարբոնատների և մագնեզիումի հետ:
6. Սիլիցիումի թթու և դրա աղերը. Լուծվող ապակի.
7. Սիլիցիումի և նրա միացությունների կիրառումը.
8. Ապակի.
9. Ցեմենտ.

Անկախ աշխատանքի առաջադրանքներ

Սիլիցիումի IV օքսիդ TU 6-09-3379-79

SiO2

Սիլիցիում (սիլիցիում, SiO2; լատ. սիլիցիում) - սիլիցիումի (IV) օքսիդ: Անգույն բյուրեղներ՝ +1713…+1728 °C հալման կետով, ունեն բարձր կարծրություն և ամրություն։

Սիլիցիումի երկօքսիդը գրեթե բոլոր ցամաքային ապարների, մասնավորապես դիատոմային երկրի հիմնական բաղադրիչն է: Լիտոսֆերայի զանգվածի 87%-ը բաղկացած է սիլիցիումից և սիլիկատներից։ Մարդու արյան և պլազմայի մեջ սիլիցիումի կոնցենտրացիան կազմում է 0,001%՝ ըստ քաշի։

Հատկություններ

• Պատկանում է թթվային օքսիդների խմբին։
• Երբ տաքանում է, այն փոխազդում է հիմնական օքսիդների և ալկալիների հետ։
• Փոխազդում է ֆտորաթթվի հետ։
• SiO 2-ը պատկանում է ապակու ձևավորող օքսիդների խմբին, այսինքն՝ հակված է գերսառեցված հալվածքի՝ ապակու ձևավորմանը։
• Լավագույն դիէլեկտրիկներից մեկը (էլեկտրական հոսանք չի անցկացնում, եթե աղտոտվածություն չունի և չի տաքանում):

Պոլիմորֆիզմ

Սիլիցիումի երկօքսիդն ունի մի քանի պոլիմորֆային փոփոխություններ։

Երկրի մակերևույթի վրա դրանցից ամենատարածվածը՝ α-քվարցը, բյուրեղանում է եռանկյուն համակարգում։ Նորմալ պայմաններում սիլիցիումի երկօքսիդը առավել հաճախ հանդիպում է α-քվարցային պոլիմորֆում, որը +573 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում շրջելիորեն վերածվում է β-քվարցի։ Ջերմաստիճանի հետագա աճով քվարցը վերածվում է տրիդիմիտի և կրիստոբալիտի: Այս պոլիմորֆները կայուն են բարձր ջերմաստիճանների և ցածր ճնշման դեպքում:

Բնության մեջ կան նաև ձևեր՝ օպալ, քաղկեդոն, քվարցին, լյուտեցիտ, աուտիգեն քվարց, որոնք պատկանում են սիլիցիումի խմբին։ Օպալը (SiO 2 *nH 2 O) բարակ հատվածով անգույն է, իզոտրոպ, ունի բացասական ռելիեֆ, նստած է ծովային ջրամբարներում և շատ սիլիցիային ապարների մաս է։ Քաղկեդոնիան, քվարցը, լյուտեցիտը - SiO 2 - քվարցի կրիպտոկրիստալային տեսակներ են: Ձևավորում են թելքավոր ագրեգատներ, վարդեր, սֆերուլիտներ՝ անգույն, կապտավուն, դեղնավուն։ Նրանք միմյանցից տարբերվում են որոշ հատկություններով` քաղկեդոնիան և քվարցինը ունեն անմիջական մարում, լյուտեցիտը` թեք, իսկ քաղկեդոնիան` բացասական երկարացում:

Բարձր ջերմաստիճանների և ճնշման դեպքում սիլիցիումի երկօքսիդը սկզբում վերածվում է կոզիտի (որը սինթեզել է ամերիկացի քիմիկոս Լորինգ Քոեսը 1953 թվականին), այնուհետև՝ ստիշովիտի (որը սինթեզել է 1961 թվականին Ս. Մ. Ստիշովը, իսկ 1962 թվականին հայտնաբերվել է երկնաքարում) [ աղբյուրը նշված չէ 2294 օր ] . Որոշ ուսումնասիրությունների համաձայն՝ ստիշովիտը կազմում է թիկնոցի զգալի մասը, ուստի այն հարցը, թե SiO 2-ի որ տեսակն է առավել տարածված Երկրի վրա, դեռ հստակ պատասխան չունի։

Ունի նաև ամորֆ մոդիֆիկացիա՝ քվարցային ապակի։

Քիմիական հատկություններ

Սիլիցիումի երկօքսիդ SiO 2-ը թթվային օքսիդ է, որը չի փոխազդում ջրի հետ։

Քիմիապես դիմացկուն է թթուներին, բայց փոխազդում է ջրածնի ֆտորիդ գազի հետ.

և hydrofluoric թթու:

Այս երկու ռեակցիաները լայնորեն կիրառվում են ապակու փորագրման համար։

Երբ SiO 2-ը միաձուլվում է ալկալիների և հիմնական օքսիդների, ինչպես նաև ակտիվ մետաղների կարբոնատների հետ, առաջանում են սիլիկատներ՝ xH 2 O ySiO 2 ընդհանուր բանաձևի շատ թույլ, ջրում չլուծվող սիլիցիաթթուների աղեր, որոնք չունեն մշտական ​​բաղադրություն: (գրականության մեջ բավականին հաճախ նշվում են ոչ սիլիցիումային թթուներ, և սիլիցիումային թթուներ, թեև իրականում խոսքը նույն նյութի մասին է)։

Օրինակ, նատրիումի օրթոսիլիկատը կարելի է ձեռք բերել.

կալցիումի մետասիլիկատ.

կամ խառը կալցիումի և նատրիումի սիլիկատ.

Պատուհանների ապակին պատրաստված է սիլիկատային Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2) սիլիկատից:

Սիլիկատների մեծ մասը մշտական ​​բաղադրություն չունի։ Բոլոր սիլիկատներից ջրի մեջ լուծելի են միայն նատրիումի և կալիումի սիլիկատները: Ջրի մեջ այդ սիլիկատների լուծույթները կոչվում են հեղուկ ապակի։ Հիդրոլիզի շնորհիվ այս լուծույթները բնութագրվում են բարձր ալկալային միջավայրով: Հիդրոլիզացված սիլիկատները բնութագրվում են ոչ թե ճշմարիտ, այլ կոլոիդային լուծույթների առաջացմամբ։ Երբ նատրիումի կամ կալիումի սիլիկատների լուծույթները թթվացվում են, նստվածք է առաջանում հիդրացված սիլիցիումի թթուների ժելատինե սպիտակ նստվածք։

Ե՛վ պինդ սիլիցիումի երկօքսիդի, և՛ բոլոր սիլիկատների հիմնական կառուցվածքային տարրը այն խումբն է, որում սիլիցիումի ատոմը շրջապատված է չորս թթվածնի ատոմներով O: Այս դեպքում թթվածնի յուրաքանչյուր ատոմ կապված է սիլիցիումի երկու ատոմների հետ: Բեկորները կարող են միմյանց հետ կապվել տարբեր ձևերով: Սիլիկատներից, ըստ իրենց բեկորների միացումների բնույթի, դրանք բաժանվում են կղզու, շղթայի, ժապավենի, շերտավոր, շրջանակի և այլնի։

Անդորրագիր

Սինթետիկ սիլիցիումի երկօքսիդը արտադրվում է թթվածնային մթնոլորտում +400...+500 °C ջերմաստիճանում սիլիցիումի տաքացման արդյունքում, մինչդեռ սիլիցիումը օքսիդացվում է SiO 2 երկօքսիդի։ Ինչպես նաև ջերմային օքսիդացում բարձր ջերմաստիճաններում:

Լաբորատոր պայմաններում սինթետիկ սիլիցիումի երկօքսիդը կարելի է ստանալ լուծվող սիլիկատների վրա թթուների, նույնիսկ թույլ քացախաթթվի ազդեցությամբ։ Օրինակ:

սիլիկաթթուն անմիջապես քայքայվում է ջրի և SiO 2-ի, որը նստում է:

Բնական սիլիցիումը՝ ավազի տեսքով, օգտագործվում է այնտեղ, որտեղ նյութի բարձր մաքրությունը չի պահանջվում։

Դիմում

Սիլիցիումի երկօքսիդն օգտագործվում է ապակու, կերամիկայի, հղկող նյութերի, բետոնե արտադրանքի արտադրության մեջ, սիլիցիումի արտադրության համար, որպես լցոնիչ կաուչուկի արտադրության մեջ, սիլիցիումի հրակայուն նյութերի արտադրության մեջ, քրոմատագրության մեջ և այլն: Քվարցի բյուրեղներն ունեն պիեզոէլեկտրական հատկություններ և հետևաբար օգտագործվում են ռադիոտեխնիկայում, ուլտրաձայնային կայանքներում և կրակայրիչներում: Ամորֆ ոչ ծակոտկեն սիլիցիումի երկօքսիդը օգտագործվում է սննդի արդյունաբերության մեջ որպես օժանդակ նյութ E551, որը կանխում է թխվածքի և թխվածքի պատրաստումը, պարադեղագործական արտադրանքները (ատամի մածուկներ), դեղագործական արդյունաբերության մեջ որպես օժանդակ նյութ (թվարկված Դեղագրությունների մեծ մասում), ինչպես նաև սննդային հավելում կամ դեղամիջոց՝ որպես enterosorbent:

Սիլիցիումի երկօքսիդի արհեստականորեն արտադրված թաղանթները օգտագործվում են որպես մեկուսիչ միկրոսխեմաների և այլ էլեկտրոնային բաղադրիչների արտադրության մեջ:

Օգտագործվում է նաև օպտիկամանրաթելային մալուխների արտադրության համար։ Մաքուր ձուլված սիլիցիումի պարունակությունը օգտագործվում է դրան ավելացված որոշ հատուկ բաղադրիչներով:

Սիլիցիաթելն օգտագործվում է նաև էլեկտրոնային սիգարետների տաքացման տարրերում, քանի որ այն լավ կլանում է հեղուկը և չի փլվում կծիկի տաքացման տակ։

Խոշոր թափանցիկ քվարց բյուրեղները օգտագործվում են որպես կիսաթանկարժեք քարեր; անգույն բյուրեղները կոչվում են ժայռաբյուրեղ, մանուշակագույն բյուրեղները՝ ամեթիստ, իսկ դեղին բյուրեղները՝ ցիտրին։

Միկրոէլեկտրոնիկայի մեջ սիլիցիումի երկօքսիդը հիմնական նյութերից մեկն է։ Այն օգտագործվում է որպես մեկուսիչ շերտ և նաև որպես պաշտպանիչ ծածկույթ։ Այն ստացվում է բարակ թաղանթների տեսքով սիլիցիումի ջերմային օքսիդացման, քիմիական գոլորշիների նստեցման և մագնետրոնային ցրման արդյունքում։

Ծակոտկեն սիլիկատներ

Ծակոտկեն սիլիկատները ստանում են տարբեր մեթոդներով։

Սիլոքրոմը ստացվում է աերոզիլի ագրեգացման միջոցով, որն, իր հերթին, ստացվում է սիլանի այրման միջոցով (SiH 4): Սիլոքրոմը բնութագրվում է բարձր մաքրությամբ և ցածր մեխանիկական ուժով: Հատուկ մակերեսի բնորոշ չափը 60-120 մ²/գ է: Այն օգտագործվում է որպես սորբենտ քրոմատագրության, ռետինե լցանյութի և կատալիզի մեջ։

Սիլիցիումի գելը ստացվում է սիլիցիումաթթվի գելը չորացնելու միջոցով։ Սիլոքրոմի համեմատ այն ունի ավելի ցածր մաքրություն, բայց կարող է ունենալ չափազանց զարգացած մակերես՝ սովորաբար 300 մ²/գ-ից մինչև 700 մ²/գ:

Սիլիկոնային օդագելը կազմում է մոտավորապես 99,8% օդ և կարող է ունենալ մինչև 1,9 կգ/մ³ խտություն (օդի խտությունից ընդամենը 1,5 անգամ):