Kako koristiti periodni sistem? Za neupućenu osobu, čitanje periodnog sistema je isto kao i za patulja koji gleda u drevne rune vilenjaka. A periodni sistem vam može reći mnogo o svijetu.
Osim što vam dobro služi na ispitu, jednostavno je nezamjenjiv u rješavanju ogromnog broja hemijskih i fizičkih problema. Ali kako to pročitati? Srećom, danas svako može naučiti ovu umjetnost. U ovom članku ćemo vam reći kako razumjeti periodni sistem.
Periodični sistem hemijskih elemenata (Tabela Mendeljejeva) je klasifikacija hemijskih elemenata koja utvrđuje zavisnost različitih svojstava elemenata o naelektrisanju atomskog jezgra.
Istorija stvaranja Tabele
Dmitrij Ivanovič Mendeljejev nije bio običan hemičar, ako neko tako misli. Bio je hemičar, fizičar, geolog, metrolog, ekolog, ekonomista, naftaš, aeronaut, izrađivač instrumenata i učitelj. Tokom svog života, naučnik je uspio provesti mnoga fundamentalna istraživanja u različitim oblastima znanja. Na primjer, rasprostranjeno je vjerovanje da je Mendeljejev izračunao idealnu snagu votke - 40 stepeni.
Ne znamo kako se Mendeljejev osjećao prema votki, ali pouzdano znamo da njegova disertacija na temu „Razgovor o kombinaciji alkohola sa vodom“ nije imala nikakve veze sa votkom i smatrala je koncentraciju alkohola od 70 stepeni. Uz sve zasluge naučnika, otkriće periodičnog zakona hemijskih elemenata - jednog od osnovnih zakona prirode, donelo mu je najširu slavu.
Postoji legenda prema kojoj je naučnik sanjao periodni sistem, nakon čega je sve što je trebalo da uradi bilo da usavrši ideju koja se pojavila. Ali, da je sve tako jednostavno.. Ova verzija stvaranja periodnog sistema, očigledno, nije ništa više od legende. Na pitanje kako je otvoren sto, sam Dmitrij Ivanovič je odgovorio: " Razmišljao sam o tome možda dvadeset godina, ali vi mislite: sjedio sam tamo i odjednom... gotovo je.”
Sredinom devetnaestog veka, nekoliko naučnika je paralelno preduzimalo pokušaje da se slože poznati hemijski elementi (poznata su 63 elementa). Na primjer, 1862. godine, Alexandre Emile Chancourtois je postavio elemente duž spirale i primijetio ciklično ponavljanje hemijskih svojstava.
Hemičar i muzičar John Alexander Newlands predložio je svoju verziju periodnog sistema 1866. Zanimljiva je činjenica da je naučnik pokušao da otkrije neku vrstu mističnog muzičkog sklada u rasporedu elemenata. Između ostalih pokušaja, bio je i pokušaj Mendeljejeva, koji je okrunjen uspjehom.
Godine 1869. objavljen je prvi tabelarni dijagram, a 1. mart 1869. smatra se danom otvaranja periodičnog zakona. Suština Mendeljejevljevog otkrića bila je da se svojstva elemenata sa povećanjem atomske mase ne mijenjaju monotono, već periodično.
Prva verzija tabele sadržavala je samo 63 elementa, ali je Mendeljejev donio niz vrlo nekonvencionalnih odluka. Dakle, pogodio je da ostavi prostor u tabeli za još neotkrivene elemente, a takođe je promenio atomske mase nekih elemenata. Fundamentalna ispravnost zakona koji je izveo Mendeljejev potvrđena je vrlo brzo, nakon otkrića galija, skandijuma i germanijuma, čije je postojanje naučnik predvideo.
Savremeni pogled na periodni sistem
Ispod je sama tabela
Danas se umjesto atomske težine (atomske mase) koristi koncept atomskog broja (broj protona u jezgru) za naručivanje elemenata. Tabela sadrži 120 elemenata, koji su raspoređeni s lijeva na desno prema rastućem atomskom broju (broj protona)
Kolone tabele predstavljaju takozvane grupe, a redovi predstavljaju periode. Tabela ima 18 grupa i 8 perioda.
- Metalna svojstva elemenata se smanjuju kada se kreću duž perioda s lijeva na desno, a povećavaju se u suprotnom smjeru.
- Veličina atoma se smanjuje kada se kreće s lijeva na desno duž perioda.
- Kako se krećete od vrha do dna kroz grupu, svojstva redukujućeg metala se povećavaju.
- Oksidirajuća i nemetalna svojstva se povećavaju kako se krećete kroz period s lijeva na desno.
Šta saznajemo o elementu iz tabele? Na primjer, uzmimo treći element u tabeli - litijum, i razmotrimo ga detaljno.
Prije svega, vidimo sam simbol elementa i njegovo ime ispod njega. U gornjem lijevom kutu nalazi se atomski broj elementa kojim je element raspoređen u tabeli. Atomski broj, kao što je već spomenuto, jednak je broju protona u jezgru. Broj pozitivnih protona je obično jednak broju negativnih elektrona u atomu (osim u izotopima).
Atomska masa je navedena pod atomskim brojem (u ovoj verziji tabele). Ako atomsku masu zaokružimo na najbliži cijeli broj, dobićemo ono što se naziva masenim brojem. Razlika između masenog i atomskog broja daje broj neutrona u jezgru. Dakle, broj neutrona u jezgri helijuma je dva, au litijumu četiri.
Naš kurs “Periodični sistem za lutke” je završen. U zaključku, pozivamo vas da pogledate tematski video, i nadamo se da vam je pitanje kako koristiti periodni sistem Mendelejeva postalo jasnije. Podsjećamo da je uvijek efikasnije učiti novi predmet ne sam, već uz pomoć iskusnog mentora. Zato nikada ne zaboravite na studentski servis koji će svoje znanje i iskustvo rado podijeliti s vama.
Posle kiseonika silicijum je najzastupljeniji element u zemljinoj kori. Ima 2 stabilna izotopa: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Silicijum se u prirodi ne pojavljuje u slobodnom obliku.
Najčešći: soli silicijumske kiseline i silicijum oksid (silicijum, pesak, kvarc). Sastoje se od mineralnih soli, liskuna, talka, azbesta.
Alotropija silicijuma.
At silicijum Postoje 2 alotropske modifikacije:
Kristalni (svetlo sivi kristali. Struktura je slična kristalnoj rešetki dijamanta, gdje je atom silicija kovalentno vezan za 4 identična atoma, a sam je u sp3 - hibridizacija);
Amorfni (smeđi prah, aktivniji oblik od kristalnog).
Svojstva silicijuma.
Na temperaturi silicijum reaguje sa kiseonikom u vazduhu:
Si + O 2 = SiO 2 .
Ako nema dovoljno kisika (nedostatak kisika), može doći do sljedeće reakcije:
2 Si + O 2 = 2 SiO,
Gdje SiO- monoksid, koji se takođe može formirati tokom reakcije:
Si + SiO 2 = 2 SiO.
U normalnim uslovima silicijum može reagovati sa F 2 , kada se zagrije - sa Cl 2 . Ako dodatno povećate temperaturu, onda Si moći će komunicirati sa N I S:
4Si + S 8 = 4SiS 2;
Si + 2F 2 \u003d SiF 4.
Silicijum je sposoban da reaguje sa ugljenikom, dajući karborund:
Si + C = SiC.
Silicijum je rastvorljiv u mešavini koncentrovane azotne i fluorovodonične kiseline:
3Si + 4HNO 3 + 12HF = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O.
Silicijum se otapa u vodenim rastvorima alkalija:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2.
Kada se zagrije sa oksidima, silicijum postaje neproporcionalan:
2 MgO + 3 Si = Mg 2 Si + 2 SiO.
Kada je u interakciji s metalima, silicijum djeluje kao oksidant:
2 Mg + Si = Mg 2 Si.
Primena silicijuma.
Silicijum se najviše koristi u proizvodnji legura za davanje čvrstoće aluminijumu, bakru i magnezijumu i za proizvodnju ferosilicida, koji su važni u proizvodnji čelika i poluvodičkoj tehnologiji. Kristali silikona se koriste u solarnim ćelijama i poluvodičkim uređajima - tranzistorima i diodama.
Silicijum služi i kao sirovina za proizvodnju organosilicijumskih jedinjenja, odnosno siloksana, koji se dobijaju u obliku ulja, maziva, plastike i sintetičke gume. Neorganska jedinjenja silicijuma koriste se u tehnologiji keramike i stakla, kao izolacioni materijal i piezokristali.
Jedan od najčešćih elemenata u prirodi je silicijum ili silicijum. Ovako široka rasprostranjenost ukazuje na važnost i značaj ove supstance. To su brzo shvatili i naučili ljudi koji su naučili kako pravilno koristiti silicij u svoje svrhe. Njegova upotreba se zasniva na posebnim svojstvima, o kojima ćemo dalje govoriti.
Silicijum - hemijski element
Ako okarakteriziramo dati element položajem u periodnom sistemu, možemo identificirati sljedeće važne tačke:
- Serijski broj - 14.
- Period je treći mali.
- Grupa - IV.
- Podgrupa je glavna.
- Struktura vanjske elektronske ljuske izražena je formulom 3s 2 3p 2.
- Element silicijum je predstavljen hemijskim simbolom Si, koji se izgovara kao "silicijum".
- Stanja oksidacije koje pokazuje su: -4; +2; +4.
- Valencija atoma je IV.
- Atomska masa silicijuma je 28,086.
- U prirodi postoje tri stabilna izotopa ovog elementa sa masenim brojevima 28, 29 i 30.
Dakle, sa hemijske tačke gledišta, atom silicija je prilično proučavan element; opisana su mnoga njegova različita svojstva.
Istorija otkrića
Budući da su različiti spojevi dotičnog elementa vrlo popularni i rasprostranjeni u prirodi, ljudi su od davnina koristili i znali za svojstva mnogih od njih. Čisti silicijum je dugo ostao izvan ljudskog znanja u hemiji.
Najpopularniji spojevi koje su narodi drevnih kultura (Egipćani, Rimljani, Kinezi, Rusi, Perzijanci i drugi) koristili u svakodnevnom životu i industriji bili su drago i ukrasno kamenje na bazi silicijum-oksida. To uključuje:
- opal;
- rhinestone;
- topaz;
- krizopraza;
- oniks;
- kalcedon i drugi.
Također je od davnina uobičajeno koristiti kvarc u građevinarstvu. Međutim, sam elementarni silicijum ostao je neotkriven sve do 19. veka, iako su mnogi naučnici uzalud pokušavali da ga izoluju od raznih jedinjenja, koristeći katalizatore, visoke temperature, pa čak i električnu struju. Ovo su tako bistri umovi kao što su:
- Karl Scheele;
- Gay-Lussac;
- Thenar;
- Humphry Davy;
- Antoine Lavoisier.
Jens Jacobs Berzelius je uspio da dobije silicijum u čistom obliku 1823. Da bi to učinio, proveo je eksperiment spajanja para silicijum fluorida i metalnog kalijuma. Kao rezultat, dobio sam amorfnu modifikaciju dotičnog elementa. Isti naučnici su predložili latinski naziv za otkriveni atom.
Nešto kasnije, 1855. godine, drugi naučnik - Sainte-Clair-Deville - uspio je sintetizirati još jednu alotropnu sortu - kristalni silicijum. Od tada se znanje o ovom elementu i njegovim svojstvima počelo vrlo brzo širiti. Ljudi su shvatili da ima jedinstvene karakteristike koje se mogu vrlo inteligentno koristiti za zadovoljavanje vlastitih potreba. Stoga je danas jedan od najpopularnijih elemenata u elektronici i tehnologiji silicij. Njegova upotreba svake godine samo proširuje svoje granice.
Rusko ime za atom dao je naučnik Hes 1831. godine. To je ono što se zadržalo do danas.
Po obilju u prirodi, silicijum je na drugom mestu posle kiseonika. Njegov procenat u poređenju sa drugim atomima u zemljinoj kori iznosi 29,5%. Dodatno, ugljik i silicijum su dva posebna elementa koji mogu formirati lance povezivanjem jedan s drugim. Zbog toga je za potonje poznato više od 400 različitih prirodnih minerala u kojima se nalazi u litosferi, hidrosferi i biomasi.
Gde se tačno nalazi silicijum?
- U dubokim slojevima tla.
- U stijenama, naslagama i masivima.
- Na dnu vodenih tijela, posebno mora i okeana.
- U biljkama i morskom životu životinjskog carstva.
- U ljudskom tijelu i kopnenim životinjama.
Možemo identificirati nekoliko najčešćih minerala i stijena koje sadrže velike količine silicija. Njihova hemija je takva da maseni sadržaj čistog elementa u njima dostiže 75%. Međutim, konkretna brojka ovisi o vrsti materijala. Dakle, stene i minerali koji sadrže silicijum:
- feldspars;
- liskun;
- amfiboli;
- opali;
- kalcedon;
- silikati;
- pješčenjak;
- aluminosilikati;
- gline i dr.
Akumulirajući se u školjkama i egzoskeletima morskih životinja, silicijum na kraju stvara snažne naslage silicijuma na dnu vodenih tijela. Ovo je jedan od prirodnih izvora ovog elementa.
Osim toga, otkriveno je da silicij može postojati u svom čistom prirodnom obliku - u obliku kristala. Ali takvi depoziti su vrlo rijetki.
Fizička svojstva silicijuma
Ako element koji se razmatra karakteriziramo prema skupu fizičko-kemijskih svojstava, tada je prije svega potrebno označiti fizičke parametre. Evo nekoliko glavnih:
- Postoji u obliku dvije alotropske modifikacije - amorfne i kristalne, koje se razlikuju po svim svojstvima.
- Kristalna rešetka je vrlo slična onoj kod dijamanta, jer su ugljik i silicijum u tom pogledu praktički isti. Međutim, razmak između atoma je drugačiji (silicijum je veći), pa je dijamant mnogo tvrđi i jači. Vrsta rešetke - kubična lice-centrirana.
- Supstanca je vrlo krhka i postaje plastična na visokim temperaturama.
- Tačka topljenja je 1415˚C.
- Tačka ključanja - 3250˚S.
- Gustina supstance je 2,33 g/cm3.
- Boja smjese je srebrno-siva, sa karakterističnim metalnim sjajem.
- Ima dobra poluprovodnička svojstva, koja mogu varirati s dodatkom određenih agenasa.
- Nerastvorljiv u vodi, organskim rastvaračima i kiselinama.
- Posebno rastvorljiv u alkalijama.
Identificirana fizička svojstva silicija omogućavaju ljudima da njime manipuliraju i koriste ga za stvaranje različitih proizvoda. Na primjer, upotreba čistog silicijuma u elektronici zasniva se na svojstvima poluprovodljivosti.
Hemijska svojstva
Hemijska svojstva silicijuma veoma zavise od uslova reakcije. Ako govorimo o standardnim parametrima, onda moramo označiti vrlo nisku aktivnost. I kristalni i amorfni silicijum su veoma inertni. Ne stupaju u interakciju sa jakim oksidantima (osim fluora) ili sa jakim redukcionim agensima.
To je zbog činjenice da se na površini tvari trenutno formira oksidni film SiO 2, koji sprječava daljnje interakcije. Može nastati pod uticajem vode, vazduha i pare.
Ako se, međutim, promijene standardni uslovi i silicijum zagreje na temperaturu iznad 400˚S, tada će se njegova hemijska aktivnost znatno povećati. U ovom slučaju će reagovati sa:
- kiseonik;
- sve vrste halogena;
- vodonik.
Daljnjim povećanjem temperature moguće je stvaranje proizvoda interakcijom s borom, dušikom i ugljikom. Karborund - SiC - je od posebne važnosti, jer je dobar abrazivni materijal.
Takođe, hemijska svojstva silicijuma su jasno vidljiva u reakcijama sa metalima. U odnosu na njih, on je oksidant, zbog čega se proizvodi nazivaju silicidi. Slična jedinjenja su poznata po:
- alkalne;
- alkalna zemlja;
- prelazni metali.
Jedinjenje dobiveno spajanjem željeza i silicija ima neobična svojstva. Zove se ferosilicij keramika i uspješno se koristi u industriji.
Silicij ne stupa u interakciju sa složenim tvarima, pa se od svih njihovih varijanti može otopiti samo u:
- aqua regia (mješavina dušične i klorovodične kiseline);
- kaustične alkalije.
U tom slučaju, temperatura rastvora mora biti najmanje 60˚C. Sve ovo još jednom potvrđuje fizičku osnovu supstance - stabilnu kristalnu rešetku nalik dijamantu, koja joj daje snagu i inertnost.
Metode dobijanja
Dobijanje silicijuma u njegovom čistom obliku je ekonomski prilično skup proces. Osim toga, zbog svojih svojstava, svaka metoda daje samo 90-99% čist proizvod, dok nečistoće u obliku metala i ugljika ostaju iste. Stoga jednostavno nabavka supstance nije dovoljna. Takođe ga treba dobro očistiti od stranih elemenata.
Generalno, proizvodnja silicijuma se odvija na dva glavna načina:
- Od bijelog pijeska, koji je čisti silicijum oksid SiO 2. Kada se kalcinira aktivnim metalima (najčešće magnezijem), nastaje slobodni element u obliku amorfne modifikacije. Čistoća ove metode je visoka, proizvod se dobija sa prinosom od 99,9 posto.
- Raširenija metoda u industrijskim razmjerima je sinteriranje rastopljenog pijeska s koksom u specijaliziranim termalnim pećima. Ovu metodu je razvio ruski naučnik N. N. Beketov.
Dalja prerada uključuje podvrgavanje proizvoda metodama prečišćavanja. U tu svrhu koriste se kiseline ili halogeni (hlor, fluor).
Amorfni silicijum
Karakterizacija silicija će biti nepotpuna ako se svaka njegova alotropska modifikacija ne razmatra zasebno. Prvi od njih je amorfan. U ovom stanju, tvar koju razmatramo je smeđe-smeđi prah, fino raspršen. Ima visok stepen higroskopnosti, pokazuje dovoljno visoku hemijsku aktivnost kada se zagreje. U standardnim uslovima, on je u stanju da reaguje samo sa najjačim oksidacionim agensom - fluorom.
Nazvati amorfni silicijum samo vrstom kristalnog nije sasvim ispravno. Njegova rešetka pokazuje da je ova tvar samo oblik fino raspršenog silicija koji postoji u obliku kristala. Stoga, kao takve, ove modifikacije su jedno te isto jedinjenje.
Međutim, njihova svojstva se razlikuju, zbog čega je uobičajeno govoriti o alotropiji. Sam po sebi, amorfni silicijum ima visok kapacitet apsorpcije svetlosti. Osim toga, pod određenim uvjetima, ovaj pokazatelj je nekoliko puta veći od kristalnog oblika. Stoga se koristi u tehničke svrhe. U razmatranom obliku (prah), smjesa se lako nanosi na bilo koju površinu, bilo da je plastična ili staklena. Zbog toga je amorfni silicijum tako zgodan za upotrebu. Aplikacija bazirana na različitim veličinama.
Iako se baterije ovog tipa prilično brzo troše, što je povezano s habanjem tankog filma tvari, njihova upotreba i potražnja samo rastu. Uostalom, čak i tokom kratkog veka trajanja, solarne baterije na bazi amorfnog silicijuma mogu da obezbede energiju čitavim preduzećima. Osim toga, proizvodnja takve tvari je bez otpada, što je čini vrlo ekonomičnom.
Ova modifikacija se postiže redukcijom spojeva aktivnim metalima, na primjer, natrijum ili magnezijum.
Kristalni silicijum
Srebrno-siva sjajna modifikacija predmetnog elementa. Ovaj oblik je najčešći i najtraženiji. To se objašnjava skupom kvalitativnih svojstava koje ova supstanca posjeduje.
Karakteristike silicija s kristalnom rešetkom uključuju klasifikaciju njegovih tipova, jer ih ima nekoliko:
- Elektronski kvalitet - najčistiji i najkvalitetniji. Ovaj tip se koristi u elektronici za stvaranje posebno osjetljivih uređaja.
- Sunčana kvaliteta. Sam naziv određuje područje upotrebe. To je također silicij prilično visoke čistoće, čija je upotreba neophodna za stvaranje visokokvalitetnih i dugotrajnih solarnih ćelija. Fotoelektrični pretvarači stvoreni na bazi kristalne strukture su kvalitetniji i otporniji na habanje od onih napravljenih amorfnom modifikacijom raspršivanjem na različite vrste podloga.
- Tehnički silicij. Ova sorta uključuje one uzorke tvari koji sadrže oko 98% čistog elementa. Sve ostalo ide na razne vrste nečistoća:
- aluminijum;
- klor;
- ugljenik;
- fosfora i drugih.
Posljednja vrsta dotične tvari koristi se za dobivanje polikristala silicija. U tu svrhu provode se procesi rekristalizacije. Kao rezultat, u pogledu čistoće, dobijaju se proizvodi koji se mogu klasifikovati kao solarni i elektronski kvalitet.
Po svojoj prirodi, polisilicij je međuproizvod između amorfne i kristalne modifikacije. Ova opcija je lakša za rad, bolje se obrađuje i čisti fluorom i hlorom.
Dobijeni proizvodi se mogu klasificirati na sljedeći način:
- multisilicij;
- monokristalni;
- profilirani kristali;
- silikonski otpad;
- tehnički silicij;
- proizvodni otpad u obliku fragmenata i ostataka materije.
Svaki od njih nalazi primenu u industriji i u potpunosti se koristi od strane ljudi. Stoga se oni koji dodiruju silicijum smatraju neotpadnim. Ovo značajno smanjuje njegovu ekonomsku cijenu bez utjecaja na kvalitetu.
Korišćenje čistog silicijuma
Industrijska proizvodnja silicijuma je prilično dobro uspostavljena, a njen obim je prilično velik. To je zbog činjenice da je ovaj element, kako čist tako i u obliku različitih spojeva, široko rasprostranjen i tražen u različitim granama nauke i tehnologije.
Gdje se koristi kristalni i amorfni silicijum u svom čistom obliku?
- U metalurgiji, kao legirajući aditiv koji može promijeniti svojstva metala i njihovih legura. Tako se koristi u topljenju čelika i livenog gvožđa.
- Za izradu čistije verzije - polisilicijuma, koriste se različite vrste tvari.
- Jedinjenja silikona su čitava hemijska industrija koja je danas stekla posebnu popularnost. Organosilicijumski materijali se koriste u medicini, u proizvodnji posuđa, alata i još mnogo toga.
- Proizvodnja raznih solarnih panela. Ovaj način dobijanja energije jedan je od najperspektivnijih u budućnosti. Ekološki prihvatljiv, ekonomski isplativ i otporan na habanje glavne su prednosti ove vrste proizvodnje električne energije.
- Silicijum se već dugo koristi za upaljače. Čak iu drevnim vremenima, ljudi su koristili kremen za stvaranje iskre prilikom paljenja vatre. Ovaj princip je osnova za proizvodnju raznih vrsta upaljača. Danas postoje vrste u kojima se kremen zamjenjuje legurom određenog sastava, što daje još brži rezultat (iskri).
- Elektronika i solarna energija.
- Izrada ogledala u plinskim laserskim uređajima.
Dakle, čisti silicij ima puno korisnih i posebnih svojstava koja mu omogućavaju da se koristi za stvaranje važnih i potrebnih proizvoda.
Primena silicijumskih jedinjenja
Osim jednostavne tvari, koriste se i različiti spojevi silicija, i to vrlo široko. Postoji čitava industrija koja se zove silikat. Zasniva se na upotrebi različitih supstanci koje sadrže ovaj nevjerovatni element. Šta su to jedinjenja i šta se od njih proizvodi?
- Kvarc, ili riječni pijesak - SiO 2. Koristi se za izradu građevinskih i dekorativnih materijala kao što su cement i staklo. Svi znaju gdje se ti materijali koriste. Nijedna konstrukcija ne može biti završena bez ovih komponenti, što potvrđuje važnost silicijumskih jedinjenja.
- Silikatna keramika, koja uključuje materijale kao što su zemljano posuđe, porculan, cigla i proizvodi na njihovoj osnovi. Ove komponente se koriste u medicini, u proizvodnji posuđa, ukrasnog nakita, predmeta za domaćinstvo, u građevinarstvu i drugim svakodnevnim područjima ljudske djelatnosti.
- - silikoni, silika gelovi, silikonska ulja.
- Silikatno ljepilo - koristi se kao kancelarijski materijal, u pirotehnici i građevinarstvu.
Silicijum, čija cijena varira na svjetskom tržištu, ali ne prelazi od vrha do dna oznaku od 100 ruskih rubalja po kilogramu (po kristalu), je tražena i vrijedna tvar. Naravno, spojevi ovog elementa su također široko rasprostranjeni i primjenjivi.
Biološka uloga silicijuma
Sa stanovišta njegovog značaja za organizam, silicijum je važan. Njegov sadržaj i distribucija u tkivima je sljedeći:
- 0,002% - mišići;
- 0,000017% - kost;
- krv - 3,9 mg/l.
Svaki dan se mora unijeti oko jedan gram silicijuma, inače će se početi razvijati bolesti. Nijedan od njih nije smrtno opasan, ali dugotrajno gladovanje silikonom dovodi do:
- gubitak kose;
- pojava akni i bubuljica;
- krhkost i lomljivost kostiju;
- laka propusnost kapilara;
- umor i glavobolje;
- pojava brojnih modrica i modrica.
Za biljke, silicijum je važan mikroelement neophodan za normalan rast i razvoj. Eksperimenti na životinjama su pokazali da one osobe koje svakodnevno konzumiraju dovoljne količine silicija bolje rastu.
Kao samostalan hemijski element, silicijum je postao poznat čovečanstvu tek 1825. godine. Što, naravno, nije spriječilo upotrebu silikonskih spojeva u toliko područja da je lakše navesti ona gdje se element ne koristi. Ovaj članak će rasvijetliti fizička, mehanička i korisna kemijska svojstva silicija i njegovih spojeva, primjene, a govorit ćemo i o tome kako silicij utječe na svojstva čelika i drugih metala.
Prvo, pogledajmo opće karakteristike silicija. Od 27,6 do 29,5% mase zemljine kore čini silicijum. U morskoj vodi koncentracija elementa je također značajna - do 3 mg/l.
U pogledu zastupljenosti u litosferi, silicijum je na drugom mestu posle kiseonika. Međutim, njegov najpoznatiji oblik, silicijum dioksid, je dioksid, a njegova svojstva su postala osnova za tako široku upotrebu.
Ovaj video će vam reći šta je silicij:
Koncept i karakteristike
Silicijum je nemetal, ali pod različitim uslovima može pokazati i kisela i bazična svojstva. To je tipičan poluvodič i izuzetno se koristi u elektrotehnici. Njegova fizička i hemijska svojstva su u velikoj mjeri određena njegovim alotropnim stanjem. Najčešće se radi o kristalnom obliku, jer su njegove kvalitete traženije u nacionalnoj ekonomiji.
- Silicijum je jedan od osnovnih makroelemenata u ljudskom tijelu. Njegov nedostatak štetno utiče na stanje koštanog tkiva, kose, kože i noktiju. Osim toga, silicijum utiče na performanse imunog sistema.
- U medicini su element, odnosno njegovi spojevi, svoju prvu primjenu našli upravo u tom svojstvu. Voda iz bunara obloženih silicijumom bila je ne samo čista, već je imala i pozitivan učinak na otpornost na zarazne bolesti. Danas jedinjenja sa silicijumom služe kao osnova za lekove protiv tuberkuloze, ateroskleroze i artritisa.
- Općenito, nemetal je neaktivan, međutim, teško ga je pronaći u čistom obliku. To je zbog činjenice da se na zraku brzo pasivizira slojem dioksida i prestaje reagirati. Kada se zagrije, hemijska aktivnost se povećava. Kao rezultat toga, čovječanstvo je mnogo bolje upoznato sa spojevima materije, a ne sa samim sobom.
Dakle, silicijum formira legure sa gotovo svim metalima - silicidima. Svi se odlikuju vatrostalnošću i tvrdoćom i koriste se u odgovarajućim područjima: plinske turbine, peći za grijanje.
Nemetal je u tabeli D. I. Mendeljejeva stavljen u grupu 6 zajedno sa ugljenikom i germanijumom, što ukazuje na izvesnu sličnost sa ovim supstancama. Dakle, ono što ima zajedničko sa ugljenikom je njegova sposobnost da formira jedinjenja organskog tipa. Istovremeno, silicijum, kao i germanijum, može pokazati svojstva metala u nekim hemijskim reakcijama, koji se koristi u sintezi.
Prednosti i nedostaci
Kao i svaka druga tvar sa stanovišta upotrebe u nacionalnoj ekonomiji, silicij ima određene korisne ili ne baš korisne kvalitete. Važni su upravo za određivanje područja upotrebe.
- Značajna prednost supstance je njena dostupnost. Istina je da se u prirodi ne nalazi u slobodnom obliku, ali ipak, tehnologija proizvodnje silicija nije toliko komplicirana, iako je energetski zahtjevna.
- Druga najvažnija prednost je formiranje mnogih jedinjenja sa neobično korisnim svojstvima. To uključuje silane, silicide, dioksid i, naravno, široku paletu silikata. Sposobnost silicija i njegovih spojeva da formiraju složene čvrste otopine je gotovo beskonačna, što omogućava beskonačno dobivanje širokog spektra varijacija stakla, kamena i keramike.
- Poluprovodnička svojstva nemetal mu daje mjesto kao osnovni materijal u elektrotehnici i radiotehnici.
- Nemetalni je netoksičan, koji omogućava upotrebu u bilo kojoj industriji, a pritom ne pretvara tehnološki proces u potencijalno opasan.
Nedostaci materijala uključuju samo relativnu krhkost s dobrom tvrdoćom. Silicijum se ne koristi za nosive konstrukcije, ali ova kombinacija omogućava da se površina kristala pravilno obradi, što je važno za izradu instrumenata.
Razgovarajmo sada o osnovnim svojstvima silicijuma.
Svojstva i karakteristike
Budući da se kristalni silicijum najčešće koristi u industriji, važnija su njegova svojstva, koja su navedena u tehničkim specifikacijama. Fizička svojstva supstance su sljedeća:
- tačka topljenja - 1417 C;
- tačka ključanja - 2600 C;
- gustina je 2,33 g/cu. vidi, što ukazuje na krhkost;
- toplotni kapacitet, kao ni toplotna provodljivost, nisu konstantni ni na najčistijim uzorcima: 800 J/(kg K), ili 0,191 cal/(g deg) i 84-126 W/(m K), ili 0,20-0, 30 cal/(cm sec deg), respektivno;
- transparentno do dugovalnog infracrvenog zračenja, koje se koristi u infracrvenoj optici;
- dielektrična konstanta - 1,17;
- tvrdoća po Mohsovoj skali - 7.
Električna svojstva nemetala u velikoj mjeri zavise od nečistoća. U industriji, ova karakteristika se koristi modulacijom željenog tipa poluprovodnika. Na normalnim temperaturama silicijum je krhak, ali kada se zagrije iznad 800 C, moguća je plastična deformacija.
Svojstva amorfnog silicijuma su upadljivo različita: vrlo je higroskopan i mnogo aktivnije reagira čak i na normalnim temperaturama.
Struktura i hemijski sastav, kao i svojstva silicijuma razmatraju se u videu ispod:
Sastav i struktura
Silicijum postoji u dva alotropna oblika, koji su podjednako stabilni na normalnim temperaturama.
- Crystal ima izgled tamno sivog praha. Supstanca, iako ima kristalnu rešetku nalik dijamantu, je krhka zbog pretjerano dugih veza između atoma. Zanimljiva su njegova poluprovodnička svojstva.
- Pri vrlo visokim pritiscima možete dobiti hexagonal modifikacija sa gustinom od 2,55 g/cu. cm.. Međutim, ova faza još nije dobila praktični značaj.
- Amorfna– smeđe-smeđi prah. Za razliku od kristalnog oblika, on reagira mnogo aktivnije. To nije toliko zbog inertnosti prvog oblika, koliko zbog činjenice da je u zraku tvar prekrivena slojem dioksida.
Osim toga, potrebno je uzeti u obzir još jednu vrstu klasifikacije koja se odnosi na veličinu kristala silicija, koji zajedno čine supstancu. Kristalna rešetka, kao što je poznato, pretpostavlja poredak ne samo atoma, već i struktura koje ovi atomi formiraju - takozvani poredak dugog dometa. Što je veća, to će supstanca biti homogenija po svojstvima.
- Monocrystalline– uzorak je jedan kristal. Njegova struktura je maksimalno uređena, svojstva su homogena i dobro predvidljiva. Ovo je materijal koji je najtraženiji u elektrotehnici. Međutim, to je i jedna od najskupljih vrsta, jer je proces dobijanja složen, a stopa rasta niska.
- Multikristalna– uzorak se sastoji od većeg broja krupnih kristalnih zrna. Granice između njih formiraju dodatne nivoe defekata, što smanjuje performanse uzorka kao poluprovodnika i dovodi do bržeg trošenja. Tehnologija uzgoja multikristala je jednostavnija, a samim tim i jeftiniji materijal.
- Polycrystalline– sastoji se od velikog broja zrna raspoređenih nasumično jedno u odnosu na drugo. Ovo je najčistiji tip industrijskog silicijuma koji se koristi u mikroelektronici i solarnoj energiji. Često se koristi kao sirovina za uzgoj multi- i monokristala.
- Amorfni silicijum takođe zauzima posebno mesto u ovoj klasifikaciji. Ovdje se red atoma održava samo na najkraćim udaljenostima. Međutim, u elektrotehnici se još uvijek koristi u obliku tankih filmova.
Proizvodnja bez metala
Dobivanje čistog silicijuma nije tako lako, s obzirom na inertnost njegovih spojeva i visoku tačku topljenja većine njih. U industriji najčešće pribjegavaju redukciji ugljičnim dioksidom. Reakcija se odvija u lučnim pećima na temperaturi od 1800 C. Na taj način se dobija nemetal čistoće 99,9%, što nije dovoljno za njegovu upotrebu.
Dobiveni materijal se hlorira kako bi se dobili kloridi i hidrokloridi. Zatim se spojevi pročišćavaju svim mogućim metodama od nečistoća i redukuju vodonikom.
Supstanca se takođe može pročistiti dobijanjem magnezijum silicida. Silicid je izložen hlorovodoničnom ili sirćetnom kiselinom. Dobija se silan, a potonji se pročišćava raznim metodama - sorpcijom, rektifikacijom i tako dalje. Zatim se silan razlaže na vodonik i silicijum na temperaturi od 1000 C. U ovom slučaju se dobija supstanca sa udjelom nečistoća od 10 -8 -10 -6%.
Primjena supstance
Za industriju, elektrofizičke karakteristike nemetala su od najvećeg interesa. Njegov monokristalni oblik je poluprovodnik sa indirektnim procepom. Njegova svojstva određuju nečistoće, što omogućava dobijanje kristala silicija sa određenim svojstvima. Dakle, dodavanje bora i indija omogućava uzgoj kristala s provodljivošću rupa, a uvođenje fosfora ili arsena omogućava uzgoj kristala elektronske vodljivosti.
- Silicijum doslovno služi kao osnova moderne elektrotehnike. Od njega se prave tranzistori, fotoćelije, integrirana kola, diode i tako dalje. Štaviše, funkcionalnost uređaja gotovo uvijek je određena samo prizemnim slojem kristala, što određuje vrlo specifične zahtjeve za površinsku obradu.
- U metalurgiji se tehnički silicijum koristi i kao modifikator legure - daje veću čvrstoću, i kao komponenta - u, na primer, i kao deoksidaciono sredstvo - u proizvodnji livenog gvožđa.
- Ultračisti i pročišćeni metalurški materijali čine osnovu solarne energije.
- Nemetalni dioksid se u prirodi pojavljuje u mnogo različitih oblika. Njegove kristalne sorte - opal, ahat, karneol, ametist, gorski kristal - našle su svoje mjesto u nakitu. U metalurgiji, građevinarstvu i radioelektronici koriste se modifikacije koje nisu toliko atraktivne - kremen, kvarc.
- Jedinjenje nemetala sa ugljenikom, karbida, koristi se u metalurgiji, izradi instrumenata i hemijskoj industriji. To je širokopojasni poluprovodnik, karakteriziran visokom tvrdoćom - 7 po Mohsovoj skali, i čvrstoćom, što mu omogućava da se koristi kao abrazivni materijal.
- Silikati - odnosno soli silicijumske kiseline. Nestabilan, lako se raspada pod uticajem temperature. Njihova izuzetna karakteristika je da formiraju brojne i raznovrsne soli. Ali potonji su osnova za proizvodnju stakla, keramike, zemljanog posuđa, kristala itd. Možemo sa sigurnošću reći da se moderna konstrukcija zasniva na raznim silikatima.
- Staklo ovdje predstavlja najzanimljiviji slučaj. Njegova osnova su aluminosilikati, ali beznačajne primjese drugih tvari - obično oksida - daju materijalu puno različitih svojstava, uključujući boju. -, zemljano posuđe, porcelan, zapravo, ima istu formulu, ali sa drugačijim omjerom komponenti, a i njegova raznolikost je zadivljujuća.
- Nemetal ima još jednu sposobnost: formira spojeve poput ugljičnih, u obliku dugog lanca atoma silicija. Takva jedinjenja se nazivaju organosilicijumska jedinjenja. Opseg njihove primjene nije ništa manje poznat - to su silikoni, brtvila, maziva i tako dalje.
Silicijum je veoma čest element i ima neobično veliki značaj u mnogim oblastima nacionalne ekonomije. Štoviše, aktivno se koristi ne samo sama tvar, već i svi njeni različiti i brojni spojevi.
Ovaj video će govoriti o svojstvima i primjeni silicija:
Sva imena hemijskih elemenata potiču iz latinskog jezika. To je prije svega neophodno kako bi naučnici iz različitih zemalja mogli razumjeti jedni druge.
Hemijski simboli elemenata
Elementi se obično označavaju hemijskim znakovima (simbolima). Prema prijedlogu švedskog hemičara Berzeliusa (1813), hemijski elementi se označavaju početnim ili početnim i jednim od sljedećih slova latinskog naziva datog elementa; Prvo slovo je uvijek veliko, drugo malo. Na primjer, vodonik (Hydrogenium) je označen slovom H, kisik (Oxygenium) slovom O, sumpor (Sumpor) slovom S; živa (Hydrargyrum) - slova Hg, aluminijum (Aluminijum) - Al, gvožđe (Ferrum) - Fe, itd.
Rice. 1. Tabela hemijskih elemenata sa nazivima na latinskom i ruskom jeziku.
Ruska imena hemijskih elemenata su često latinska imena sa modifikovanim završetcima. Ali ima i mnogo elemenata čiji se izgovor razlikuje od latinskog izvora. To su ili izvorne ruske riječi (na primjer, željezo), ili riječi koje su prijevodi (na primjer, kisik).
Hemijska nomenklatura
Hemijska nomenklatura je ispravan naziv za hemijske supstance. Latinska riječ nomenclatura prevodi se kao "popis imena"
U ranoj fazi razvoja hemije, supstance su dobijale proizvoljna, nasumična imena (trivijalna imena). Visoko hlapljive tekućine nazivale su se alkoholi, a oni su uključivali "hlorovodonični alkohol" - vodeni rastvor hlorovodonične kiseline, "silit alkohol" - azotna kiselina, "amonijum alkohol" - vodeni rastvor amonijaka. Uljne tekućine i čvrste tvari nazivali su se uljima, na primjer, koncentrirana sumporna kiselina zvala se "ulje vitriola", a arsenik hlorid se zvao "arsenovo ulje".
Ponekad su supstance nazivane po svom otkriću, na primjer, "Glauberova sol" Na 2 SO 4 * 10H 2 O, koju je otkrio njemački hemičar I. R. Glauber u 17. stoljeću.
Rice. 2. Portret I. R. Glaubera.
Drevni nazivi su mogli ukazivati na ukus supstanci, boju, miris, izgled i medicinsko dejstvo. Jedna supstanca je ponekad imala nekoliko imena.
Do kraja 18. vijeka, hemičari nisu poznavali više od 150-200 jedinjenja.
Prvi sistem naučnih naziva u hemiji razvila je 1787. komisija hemičara na čelu sa A. Lavoisierom. Lavoisierova hemijska nomenklatura poslužila je kao osnova za stvaranje nacionalnih hemijskih nomenklatura. Da bi hemičari iz različitih zemalja razumjeli jedni druge, nomenklatura mora biti ujednačena. Trenutno, konstrukcija hemijskih formula i imena neorganskih supstanci podleže sistemu nomenklaturnih pravila koje je kreirala komisija Međunarodne unije za čistu i primenjenu hemiju (IUPAC). Svaka supstanca je predstavljena formulom, u skladu sa kojom se konstruiše sistematski naziv jedinjenja.
Rice. 3. A. Lavoisier.
Šta smo naučili?
Svi hemijski elementi imaju latinske korene. Latinski nazivi hemijskih elemenata su opšteprihvaćeni. Oni se prenose na ruski pomoću praćenja ili prijevoda. međutim, neke riječi imaju izvorno rusko značenje, na primjer, bakar ili željezo. Sve hemijske supstance koje se sastoje od atoma i molekula podležu hemijskoj nomenklaturi. Sistem naučnih imena prvi je razvio A. Lavoisier.
Testirajte na temu
Evaluacija izvještaja
Prosječna ocjena: 4.2. Ukupno primljenih ocjena: 768.
