Im Periodensystem werden chemische Elemente gelesen. Namen chemischer Elemente

Wie verwende ich das Periodensystem? Für einen Uneingeweihten ist das Lesen des Periodensystems dasselbe wie für einen Gnom, der sich die alten Runen der Elfen ansieht. Und das Periodensystem kann Ihnen viel über die Welt erzählen.

Es leistet nicht nur gute Dienste bei der Prüfung, sondern ist auch bei der Lösung einer Vielzahl chemischer und physikalischer Probleme einfach unersetzlich. Aber wie liest man es? Glücklicherweise kann heute jeder diese Kunst erlernen. In diesem Artikel erklären wir Ihnen, wie Sie das Periodensystem verstehen.

Das Periodensystem der chemischen Elemente (Mendelejew-Tabelle) ist eine Klassifikation chemischer Elemente, die die Abhängigkeit verschiedener Eigenschaften von Elementen von der Ladung des Atomkerns festlegt.

Geschichte der Entstehung der Tabelle

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew war kein einfacher Chemiker, wenn das jemand glaubt. Er war Chemiker, Physiker, Geologe, Metrologe, Ökologe, Ökonom, Ölarbeiter, Luftfahrer, Instrumentenbauer und Lehrer. Im Laufe seines Lebens gelang es dem Wissenschaftler, zahlreiche Grundlagenforschungen in verschiedenen Wissensgebieten durchzuführen. Beispielsweise wird allgemein angenommen, dass es Mendelejew war, der die ideale Stärke von Wodka berechnete – 40 Grad.

Wir wissen nicht, wie Mendeleev zu Wodka stand, aber wir wissen mit Sicherheit, dass seine Dissertation zum Thema „Diskurs über die Kombination von Alkohol mit Wasser“ nichts mit Wodka zu tun hatte und Alkoholkonzentrationen ab 70 Grad berücksichtigte. Bei allen Verdiensten des Wissenschaftlers brachte ihm die Entdeckung des periodischen Gesetzes der chemischen Elemente – eines der Grundgesetze der Natur – den größten Ruhm ein.

Einer Legende zufolge träumte ein Wissenschaftler vom Periodensystem, woraufhin er die Idee nur noch verfeinern musste. Aber wenn alles so einfach wäre... Diese Version der Entstehung des Periodensystems ist offenbar nichts weiter als eine Legende. Auf die Frage, wie der Tisch geöffnet wurde, antwortete Dmitri Iwanowitsch selbst: „ Ich habe vielleicht zwanzig Jahre lang darüber nachgedacht, aber man denkt: Ich saß da ​​und plötzlich... ist es geschafft.“

Mitte des 19. Jahrhunderts unternahmen mehrere Wissenschaftler parallel Versuche, die bekannten chemischen Elemente (63 Elemente waren bekannt) zu ordnen. Beispielsweise platzierte Alexandre Emile Chancourtois im Jahr 1862 Elemente entlang einer Helix und bemerkte die zyklische Wiederholung chemischer Eigenschaften.

Der Chemiker und Musiker John Alexander Newlands schlug 1866 seine Version des Periodensystems vor. Eine interessante Tatsache ist, dass der Wissenschaftler versuchte, in der Anordnung der Elemente eine Art mystische musikalische Harmonie zu entdecken. Unter anderen Versuchen gab es auch den Versuch von Mendelejew, der von Erfolg gekrönt war.

Im Jahr 1869 wurde das erste Tabellendiagramm veröffentlicht und der 1. März 1869 gilt als Tag der Eröffnung des Periodengesetzes. Der Kern von Mendelejews Entdeckung bestand darin, dass sich die Eigenschaften von Elementen mit zunehmender Atommasse nicht monoton, sondern periodisch ändern.

Die erste Version der Tabelle enthielt nur 63 Elemente, aber Mendelejew traf eine Reihe sehr unkonventioneller Entscheidungen. Daher vermutete er, in der Tabelle Platz für noch unentdeckte Elemente zu lassen und änderte auch die Atommassen einiger Elemente. Die grundsätzliche Richtigkeit des von Mendelejew abgeleiteten Gesetzes wurde sehr bald nach der Entdeckung von Gallium, Scandium und Germanium bestätigt, deren Existenz der Wissenschaftler vorhergesagt hatte.

Moderne Sicht auf das Periodensystem

Unten ist die Tabelle selbst

Heute wird zur Ordnung der Elemente anstelle des Atomgewichts (Atommasse) der Begriff der Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern) verwendet. Die Tabelle enthält 120 Elemente, die von links nach rechts in der Reihenfolge zunehmender Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) angeordnet sind.

Die Tabellenspalten stellen sogenannte Gruppen dar, die Zeilen stellen Perioden dar. Die Tabelle hat 18 Gruppen und 8 Perioden.

1. Die metallischen Eigenschaften von Elementen nehmen bei der Bewegung entlang einer Periode von links nach rechts ab und nehmen in der entgegengesetzten Richtung zu.
2. Die Größe der Atome nimmt ab, wenn sie sich entlang von Perioden von links nach rechts bewegen.
3. Wenn man sich von oben nach unten durch die Gruppe bewegt, nehmen die reduzierenden Metalleigenschaften zu.
4. Die oxidierenden und nichtmetallischen Eigenschaften nehmen zu, wenn man sich von links nach rechts bewegt.

Was erfahren wir über ein Element aus der Tabelle? Nehmen wir zum Beispiel das dritte Element in der Tabelle – Lithium – und betrachten es im Detail.

Zunächst sehen wir das Elementsymbol selbst und seinen Namen darunter. In der oberen linken Ecke steht die Ordnungszahl des Elements und die Reihenfolge, in der das Element in der Tabelle angeordnet ist. Die Ordnungszahl ist, wie bereits erwähnt, gleich der Anzahl der Protonen im Kern. Die Anzahl der positiven Protonen ist normalerweise gleich der Anzahl der negativen Elektronen in einem Atom (außer bei Isotopen).

Die Atommasse ist unter der Ordnungszahl angegeben (in dieser Version der Tabelle). Wenn wir die Atommasse auf die nächste ganze Zahl runden, erhalten wir die sogenannte Massenzahl. Die Differenz zwischen Massenzahl und Ordnungszahl gibt die Anzahl der Neutronen im Kern an. Somit beträgt die Anzahl der Neutronen in einem Heliumkern zwei und in Lithium vier.

Unser Kurs „Periodensystem für Dummies“ ist beendet. Abschließend laden wir Sie ein, sich ein thematisches Video anzusehen, und wir hoffen, dass Ihnen die Frage, wie man das Periodensystem von Mendelejew verwendet, klarer geworden ist. Wir erinnern Sie daran, dass es immer effektiver ist, ein neues Fach nicht alleine, sondern mit Hilfe eines erfahrenen Mentors zu studieren. Vergessen Sie deshalb nicht den Studierendenservice, der sein Wissen und seine Erfahrungen gerne mit Ihnen teilt.

Nach Sauerstoff Silizium ist das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste. Es hat 2 stabile Isotope: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Silizium kommt in der Natur nicht in freier Form vor.

Am häufigsten: Kieselsäuresalze und Siliziumoxid (Kieselsäure, Sand, Quarz). Sie sind Bestandteil von Mineralsalzen, Glimmer, Talk und Asbest.

Allotropie von Silizium.

U Silizium Es gibt 2 allotrope Modifikationen:

Kristalline (hellgraue Kristalle. Die Struktur ähnelt dem Diamantkristallgitter, bei dem das Siliziumatom kovalent an 4 identische Atome gebunden ist und sich selbst darin befindet sp3 - Hybridisierung);

Amorph (braunes Pulver, aktivere Form als kristallin).

Eigenschaften von Silizium.

Bei Temperatur reagiert Silizium mit Luftsauerstoff:

Si + Ö 2 = SiO 2 .

Ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden (Sauerstoffmangel), kann es zu folgender Reaktion kommen:

2 Si + Ö 2 = 2 SiO,

Wo SiO- Monoxid, das bei der Reaktion auch entstehen kann:

Si + SiO 2 = 2 SiO.

Unter normalen Bedingungen Silizium kann mit reagieren F 2 , wenn erhitzt - mit Cl 2 . Wenn Sie die Temperatur weiter erhöhen, dann Si wird in der Lage sein, mit zu interagieren N Und S:

4Si + S 8 = 4SiS 2 ;

Si + 2F 2 = SiF 4.

Silizium ist in der Lage, mit Kohlenstoff zu reagieren und zu bilden Karborund:

Si + C = SiC.

Silizium ist in einer Mischung aus konzentrierter Salpeter- und Flusssäure löslich:

3Si + 4HNO 3 + 12HF = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O.

Silizium löst sich in wässrigen Alkalilösungen:

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2.

Beim Erhitzen mit Oxiden disproportioniert Silizium:

2 MgO + 3 Si = Mg 2 Si + 2 SiO.

Bei der Wechselwirkung mit Metallen wirkt Silizium als Oxidationsmittel:

2 Mg + Si = Mg 2 Si.

Auftragen von Silikon.

Silizium wird am häufigsten bei der Herstellung von Legierungen verwendet, um Aluminium, Kupfer und Magnesium Festigkeit zu verleihen, sowie bei der Herstellung von Ferrosiliciden, die für die Herstellung von Stählen und die Halbleitertechnologie wichtig sind. Siliziumkristalle werden in Solarzellen und Halbleiterbauelementen – Transistoren und Dioden – verwendet.

Silizium dient auch als Rohstoff für die Herstellung von Organosiliciumverbindungen, sogenannten Siloxanen, die in Form von Ölen, Schmiermitteln, Kunststoffen und synthetischen Kautschuken gewonnen werden. Anorganische Siliziumverbindungen werden in der Keramik- und Glastechnik, als Isoliermaterial und Piezokristalle eingesetzt.

Eines der häufigsten Elemente in der Natur ist Silizium bzw. Silicium. Eine solch weite Verbreitung zeigt die Wichtigkeit und Bedeutung dieses Stoffes. Dies wurde von Menschen schnell verstanden und gelernt, die lernten, Silizium richtig für ihre Zwecke zu nutzen. Sein Einsatz beruht auf besonderen Eigenschaften, auf die wir weiter eingehen werden.

Silizium – chemisches Element

Wenn wir ein bestimmtes Element anhand seiner Position im Periodensystem charakterisieren, können wir die folgenden wichtigen Punkte identifizieren:

1. Seriennummer - 14.
2. Die Periode ist die dritte kleine.
3. Gruppe - IV.
4. Die Untergruppe ist die Hauptgruppe.
5. Der Aufbau der äußeren Elektronenhülle wird durch die Formel 3s 2 3p 2 ausgedrückt.
6. Das Element Silizium wird durch das chemische Symbol Si dargestellt, das „Silizium“ ausgesprochen wird.
7. Die Oxidationsstufen sind: -4; +2; +4.
8. Die Wertigkeit des Atoms ist IV.
9. Die Atommasse von Silizium beträgt 28,086.
10. In der Natur gibt es drei stabile Isotope dieses Elements mit den Massenzahlen 28, 29 und 30.

Aus chemischer Sicht ist das Siliziumatom also ein ziemlich gut untersuchtes Element; viele seiner unterschiedlichen Eigenschaften wurden beschrieben.

Geschichte der Entdeckung

Da verschiedene Verbindungen des betreffenden Elements in der Natur sehr beliebt und reichlich vorhanden sind, nutzen die Menschen seit der Antike viele von ihnen und kennen deren Eigenschaften. Reines Silizium blieb in der Chemie lange Zeit außerhalb des menschlichen Wissens.

Die beliebtesten Verbindungen, die von Völkern alter Kulturen (Ägypter, Römer, Chinesen, Russen, Perser und andere) im Alltag und in der Industrie verwendet wurden, waren Edel- und Ziersteine ​​auf der Basis von Siliziumoxid. Diese beinhalten:

• Opal;
• Bergkristall;
• Topas;
• Chrysopras;
• Onyx;
• Chalcedon und andere.

Seit der Antike ist es auch üblich, Quarz im Bauwesen zu verwenden. Elementares Silizium selbst blieb jedoch bis ins 19. Jahrhundert unentdeckt, obwohl viele Wissenschaftler vergeblich versuchten, es mithilfe von Katalysatoren, hohen Temperaturen und sogar elektrischem Strom aus verschiedenen Verbindungen zu isolieren. Das sind so kluge Köpfe wie:

• Karl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Thenar;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius gelang es 1823, Silizium in reiner Form zu gewinnen. Zu diesem Zweck führte er ein Experiment zur Verschmelzung von Dämpfen aus Siliziumfluorid und Kaliummetall durch. Als Ergebnis erhielt ich eine amorphe Modifikation des betreffenden Elements. Dieselben Wissenschaftler schlugen einen lateinischen Namen für das entdeckte Atom vor.

Wenig später, im Jahr 1855, gelang es einem anderen Wissenschaftler – Sainte-Clair-Deville – eine weitere allotrope Sorte zu synthetisieren – kristallines Silizium. Seitdem begann sich das Wissen über dieses Element und seine Eigenschaften sehr schnell zu erweitern. Die Menschen erkannten, dass es über einzigartige Funktionen verfügt, die sehr intelligent genutzt werden können, um ihre eigenen Bedürfnisse zu erfüllen. Daher ist Silizium heute eines der beliebtesten Elemente in der Elektronik und Technik. Seine Verwendung erweitert jedes Jahr seine Grenzen.

Der russische Name für das Atom wurde 1831 vom Wissenschaftler Hess gegeben. Das ist es, was bis heute geblieben ist.

In Bezug auf die Häufigkeit in der Natur steht Silizium nach Sauerstoff an zweiter Stelle. Sein Anteil im Vergleich zu anderen Atomen in der Erdkruste beträgt 29,5 %. Darüber hinaus sind Kohlenstoff und Silizium zwei besondere Elemente, die durch Bindung miteinander Ketten bilden können. Deshalb sind für Letzteres mehr als 400 verschiedene natürliche Mineralien bekannt, in denen es in der Lithosphäre, Hydrosphäre und Biomasse vorkommt.

Wo genau kommt Silizium vor?

1. In tiefen Bodenschichten.
2. In Gesteinen, Ablagerungen und Massiven.
3. Am Grund von Gewässern, insbesondere Meeren und Ozeanen.
4. In Pflanzen und Meereslebewesen des Tierreichs.
5. Im menschlichen Körper und bei Landtieren.

Wir können einige der häufigsten Mineralien und Gesteine ​​identifizieren, die große Mengen Silizium enthalten. Ihre Chemie ist so, dass der Massengehalt des reinen Elements in ihnen 75 % erreicht. Der konkrete Wert hängt jedoch von der Art des Materials ab. Also, Steine ​​und Mineralien, die Silizium enthalten:

• Feldspäte;
• Glimmer;
• Amphibole;
• Opale;
• Chalzedon;
• Silikate;
• Sandsteine;
• Alumosilikate;
• Tone und andere.

Silizium reichert sich in den Panzern und Exoskeletten von Meerestieren an und bildet schließlich mächtige Kieselsäureablagerungen am Grund von Gewässern. Dies ist eine der natürlichen Quellen dieses Elements.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Silizium in seiner reinen nativen Form – in Form von Kristallen – vorliegen kann. Aber solche Einlagen sind sehr selten.

Physikalische Eigenschaften von Silizium

Wenn wir das betrachtete Element anhand einer Reihe physikalischer und chemischer Eigenschaften charakterisieren, müssen zunächst die physikalischen Parameter bezeichnet werden. Hier sind einige der wichtigsten:

1. Es liegt in Form von zwei allotropen Modifikationen vor – amorph und kristallin, die sich in allen Eigenschaften unterscheiden.
2. Das Kristallgitter ist dem von Diamant sehr ähnlich, da Kohlenstoff und Silizium in dieser Hinsicht praktisch gleich sind. Allerdings ist der Abstand zwischen den Atomen unterschiedlich (Silizium ist größer), Diamant ist also deutlich härter und fester. Gittertyp – kubisch flächenzentriert.
3. Der Stoff ist sehr spröde und wird bei hohen Temperaturen plastisch.
4. Der Schmelzpunkt liegt bei 1415˚C.
5. Siedepunkt - 3250˚С.
6. Die Dichte des Stoffes beträgt 2,33 g/cm3.
7. Die Farbe der Verbindung ist silbergrau mit einem charakteristischen metallischen Glanz.
8. Es verfügt über gute Halbleitereigenschaften, die durch die Zugabe bestimmter Wirkstoffe variieren können.
9. Unlöslich in Wasser, organischen Lösungsmitteln und Säuren.
10. Besonders alkalilöslich.

Die identifizierten physikalischen Eigenschaften von Silizium ermöglichen es Menschen, es zu manipulieren und zur Herstellung verschiedener Produkte zu verwenden. Beispielsweise basiert die Verwendung von reinem Silizium in der Elektronik auf den Eigenschaften der Halbleiterleitung.

Chemische Eigenschaften

Die chemischen Eigenschaften von Silizium hängen stark von den Reaktionsbedingungen ab. Wenn wir über Standardparameter sprechen, müssen wir eine sehr geringe Aktivität angeben. Sowohl kristallines als auch amorphes Silizium sind sehr inert. Sie interagieren nicht mit starken Oxidationsmitteln (außer Fluor) oder starken Reduktionsmitteln.

Dies liegt daran, dass sich auf der Oberfläche des Stoffes sofort ein Oxidfilm aus SiO 2 bildet, der weitere Wechselwirkungen verhindert. Es kann unter dem Einfluss von Wasser, Luft und Dampf entstehen.

Wenn Sie die Standardbedingungen ändern und Silizium auf eine Temperatur über 400 °C erhitzen, erhöht sich seine chemische Aktivität erheblich. In diesem Fall reagiert es mit:

• Sauerstoff;
• alle Arten von Halogenen;
• Wasserstoff.

Bei weiterer Temperaturerhöhung ist die Bildung von Produkten durch Wechselwirkung mit Bor, Stickstoff und Kohlenstoff möglich. Karborund – SiC – ist von besonderer Bedeutung, da es sich um ein gutes Schleifmaterial handelt.

Auch die chemischen Eigenschaften von Silizium werden bei Reaktionen mit Metallen deutlich sichtbar. Ihnen gegenüber handelt es sich um ein Oxidationsmittel, weshalb die Produkte Silizide genannt werden. Ähnliche Verbindungen sind bekannt für:

• alkalisch;
• Erdalkali;
• Übergangsmetalle.

Die durch die Verschmelzung von Eisen und Silizium gewonnene Verbindung weist ungewöhnliche Eigenschaften auf. Es heißt Ferrosiliciumkeramik und wird erfolgreich in der Industrie eingesetzt.

Silizium interagiert nicht mit komplexen Substanzen und kann sich daher von allen Arten nur auflösen in:

• Königswasser (eine Mischung aus Salpeter- und Salzsäure);
• Ätzalkalien.

In diesem Fall muss die Temperatur der Lösung mindestens 60 °C betragen. All dies bestätigt einmal mehr die physikalische Basis der Substanz – ein diamantartiges stabiles Kristallgitter, das ihr Festigkeit und Trägheit verleiht.

Methoden zur Beschaffung

Die Gewinnung von Silizium in reiner Form ist wirtschaftlich gesehen ein recht kostspieliger Prozess. Darüber hinaus liefert jede Methode aufgrund ihrer Eigenschaften nur ein 90-99 % reines Produkt, während Verunreinigungen in Form von Metallen und Kohlenstoff gleich bleiben. Daher reicht es nicht aus, die Substanz einfach nur zu beschaffen. Es sollte auch gründlich von Fremdkörpern gereinigt werden.

Im Allgemeinen erfolgt die Siliziumproduktion auf zwei Arten:

1. Aus weißem Sand, der reines Siliziumoxid SiO 2 ist. Beim Kalzinieren mit aktiven Metallen (meistens Magnesium) entsteht ein freies Element in Form einer amorphen Modifikation. Die Reinheit dieser Methode ist hoch, das Produkt wird mit einer Ausbeute von 99,9 Prozent erhalten.
2. Eine im industriellen Maßstab weiter verbreitete Methode ist das Sintern von geschmolzenem Sand mit Koks in speziellen thermischen Öfen. Diese Methode wurde vom russischen Wissenschaftler N. N. Beketov entwickelt.

Bei der weiteren Verarbeitung werden die Produkte Reinigungsmethoden unterzogen. Hierzu werden Säuren oder Halogene (Chlor, Fluor) verwendet.

Amorphes Silizium

Die Charakterisierung von Silizium wäre unvollständig, wenn nicht jede seiner allotropen Modifikationen separat betrachtet würde. Der erste von ihnen ist amorph. In diesem Zustand ist die Substanz, die wir betrachten, ein bräunlich-braunes Pulver, fein verteilt. Es weist einen hohen Grad an Hygroskopizität auf und weist beim Erhitzen eine relativ hohe chemische Aktivität auf. Unter Standardbedingungen kann es nur mit dem stärksten Oxidationsmittel – Fluor – interagieren.

Es ist nicht ganz richtig, amorphes Silizium als eine Art kristallines Silizium zu bezeichnen. Sein Gitter zeigt, dass es sich bei dieser Substanz nur um eine Form von fein verteiltem Silizium handelt, das in Form von Kristallen vorliegt. Daher handelt es sich bei diesen Modifikationen um ein und dieselbe Verbindung.

Ihre Eigenschaften unterscheiden sich jedoch, weshalb man üblicherweise von Allotropie spricht. Amorphes Silizium selbst hat ein hohes Lichtabsorptionsvermögen. Darüber hinaus ist dieser Indikator unter bestimmten Bedingungen um ein Vielfaches höher als der der kristallinen Form. Daher wird es für technische Zwecke verwendet. In dieser Form (Pulver) lässt sich die Masse problemlos auf jede Oberfläche auftragen, sei es Kunststoff oder Glas. Aus diesem Grund ist amorphes Silizium so praktisch in der Anwendung. Anwendung basierend auf verschiedenen Größen.

Obwohl Batterien dieses Typs recht schnell verschleißen, was mit dem Abrieb eines dünnen Stofffilms einhergeht, nehmen ihre Verwendung und Nachfrage stetig zu. Denn schon über eine kurze Lebensdauer können Solarbatterien auf Basis von amorphem Silizium ganze Unternehmen mit Energie versorgen. Darüber hinaus erfolgt die Herstellung eines solchen Stoffes abfallfrei, was ihn sehr wirtschaftlich macht.

Diese Modifikation wird durch Reduktion von Verbindungen mit aktiven Metallen, beispielsweise Natrium oder Magnesium, erhalten.

Kristallines Silizium

Silbergrau glänzende Modifikation des betreffenden Elements. Diese Form ist die häufigste und gefragteste. Dies wird durch die Reihe qualitativer Eigenschaften erklärt, die dieser Stoff besitzt.

Zu den Eigenschaften von Silizium mit Kristallgitter gehört die Klassifizierung seiner Typen, da es mehrere davon gibt:

1. Elektronische Qualität – reinste und höchste Qualität. Dieser Typ wird in der Elektronik zur Herstellung besonders empfindlicher Geräte eingesetzt.
2. Sonnige Qualität. Der Name selbst bestimmt den Einsatzbereich. Es handelt sich außerdem um Silizium von relativ hoher Reinheit, dessen Verwendung für die Herstellung hochwertiger und langlebiger Solarzellen erforderlich ist. Photoelektrische Wandler, die auf der Basis einer kristallinen Struktur hergestellt werden, sind qualitativ hochwertiger und verschleißfester als solche, die mit einer amorphen Modifikation durch Sputtern auf verschiedene Arten von Substraten hergestellt werden.
3. Technisches Silizium. Zu dieser Sorte gehören diejenigen Stoffproben, die etwa 98 % des reinen Elements enthalten. Alles andere entfällt auf verschiedene Arten von Verunreinigungen:

• Aluminium;
• Chlor;
• Kohlenstoff;
• Phosphor und andere.

Die letzte Art der betreffenden Substanz wird zur Gewinnung von Polykristallen aus Silizium verwendet. Zu diesem Zweck werden Rekristallisationsprozesse durchgeführt. Dadurch werden hinsichtlich der Reinheit Produkte erhalten, die sowohl in Solar- als auch in Elektronikqualität einzustufen sind.

Polysilizium ist naturgemäß ein Zwischenprodukt zwischen der amorphen und der kristallinen Modifikation. Diese Option ist einfacher zu verarbeiten, sie lässt sich besser verarbeiten und mit Fluor und Chlor reinigen.

Die resultierenden Produkte können wie folgt klassifiziert werden:

• Multisilizium;
• einkristallin;
• profilierte Kristalle;
• Siliziumschrott;
• technisches Silizium;
• Produktionsabfälle in Form von Bruchstücken und Materialfetzen.

Jeder von ihnen findet Anwendung in der Industrie und wird vom Menschen vollständig genutzt. Daher gelten diejenigen, die mit Silizium in Berührung kommen, als Nicht-Abfall. Dies reduziert die wirtschaftlichen Kosten erheblich, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.

Verwendung von reinem Silizium

Die industrielle Siliziumproduktion ist recht gut etabliert und ihr Umfang ist recht groß. Dies liegt daran, dass dieses Element sowohl in reiner Form als auch in Form verschiedener Verbindungen in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik weit verbreitet und gefragt ist.

Wo wird kristallines und amorphes Silizium in reiner Form eingesetzt?

1. In der Metallurgie als Legierungszusatz, der die Eigenschaften von Metallen und ihren Legierungen verändern kann. Daher wird es beim Schmelzen von Stahl und Gusseisen verwendet.
2. Zur Herstellung einer reineren Variante – Polysilizium – werden verschiedene Arten von Substanzen verwendet.
3. Siliziumverbindungen sind eine ganze chemische Industrie, die heute besonders an Popularität gewonnen hat. Organosiliciummaterialien werden in der Medizin, bei der Herstellung von Geschirr, Werkzeugen und vielem mehr verwendet.
4. Herstellung verschiedener Solarmodule. Diese Art der Energiegewinnung ist eine der vielversprechendsten der Zukunft. Umweltfreundlich, wirtschaftlich und verschleißfest sind die Hauptvorteile dieser Art der Stromerzeugung.
5. Silizium wird schon sehr lange für Feuerzeuge verwendet. Schon in der Antike benutzten die Menschen Feuerstein, um beim Anzünden eines Feuers einen Funken zu erzeugen. Dieses Prinzip ist die Grundlage für die Herstellung verschiedener Feuerzeugtypen. Heutzutage gibt es Typen, bei denen Feuerstein durch eine Legierung einer bestimmten Zusammensetzung ersetzt wird, was zu einem noch schnelleren Ergebnis führt (Funkenbildung).
6. Elektronik und Solarenergie.
7. Herstellung von Spiegeln in Gaslasergeräten.

Somit verfügt reines Silizium über viele vorteilhafte und besondere Eigenschaften, die es ermöglichen, daraus wichtige und notwendige Produkte herzustellen.

Anwendung von Siliziumverbindungen

Neben der einfachen Substanz werden auch verschiedene Siliziumverbindungen verwendet, und zwar sehr häufig. Es gibt eine ganze Industrie namens Silikat. Es basiert auf der Verwendung verschiedener Substanzen, die dieses erstaunliche Element enthalten. Was sind diese Verbindungen und was wird daraus hergestellt?

1. Quarz oder Flusssand - SiO 2. Wird zur Herstellung von Bau- und Dekorationsmaterialien wie Zement und Glas verwendet. Jeder weiß, wo diese Materialien verwendet werden. Ohne diese Komponenten kann kein Bau fertiggestellt werden, was die Bedeutung von Siliziumverbindungen bestätigt.
2. Silikatkeramik, zu der Materialien wie Steingut, Porzellan, Ziegel und darauf basierende Produkte gehören. Diese Komponenten werden in der Medizin, bei der Herstellung von Geschirr, dekorativem Schmuck, Haushaltsgegenständen, im Bauwesen und anderen alltäglichen Bereichen menschlicher Tätigkeit verwendet.
3. - Silikone, Kieselgele, Silikonöle.
4. Silikatkleber – wird als Schreibwaren, in der Pyrotechnik und im Bauwesen verwendet.

Silizium, dessen Preis auf dem Weltmarkt schwankt, aber die Marke von 100 russischen Rubel pro Kilogramm (pro Kristall) nicht überschreitet, ist ein begehrter und wertvoller Stoff. Natürlich sind auch Verbindungen dieses Elements weit verbreitet und anwendbar.

Biologische Rolle von Silizium

Silizium ist im Hinblick auf seine Bedeutung für den Körper wichtig. Sein Inhalt und seine Verteilung im Gewebe sind wie folgt:

• 0,002 % – Muskel;
• 0,000017 % – Knochen;
• Blut - 3,9 mg/l.

Täglich muss etwa ein Gramm Silizium aufgenommen werden, sonst kommt es zur Entstehung von Krankheiten. Keines davon ist tödlich, aber ein längerer Siliziummangel führt zu:

• Haarausfall;
• das Auftreten von Akne und Pickeln;
• Zerbrechlichkeit und Brüchigkeit der Knochen;
• leichte Kapillarpermeabilität;
• Müdigkeit und Kopfschmerzen;
• das Auftreten zahlreicher Blutergüsse und Blutergüsse.

Für Pflanzen ist Silizium ein wichtiges Mikroelement, das für normales Wachstum und normale Entwicklung notwendig ist. Tierversuche haben gezeigt, dass Personen, die täglich ausreichend Silizium zu sich nehmen, besser wachsen.

Als eigenständiges chemisches Element wurde Silizium der Menschheit erst im Jahr 1825 bekannt. Was natürlich den Einsatz von Siliziumverbindungen in so vielen Bereichen nicht verhindert, dass es einfacher ist, diejenigen aufzulisten, in denen das Element nicht verwendet wird. Dieser Artikel beleuchtet die physikalischen, mechanischen und nützlichen chemischen Eigenschaften von Silizium und seinen Verbindungen sowie Anwendungen und wir werden auch darüber sprechen, wie Silizium die Eigenschaften von Stahl und anderen Metallen beeinflusst.

Schauen wir uns zunächst die allgemeinen Eigenschaften von Silizium an. 27,6 bis 29,5 % der Masse der Erdkruste besteht aus Silizium. Auch im Meerwasser ist die Konzentration des Elements beträchtlich – bis zu 3 mg/l.

In Bezug auf die Häufigkeit in der Lithosphäre steht Silizium nach Sauerstoff an zweiter Stelle. Seine bekannteste Form, Kieselsäure, ist jedoch ein Dioxid, und seine Eigenschaften sind die Grundlage für eine so weit verbreitete Verwendung.

In diesem Video erfahren Sie, was Silizium ist:

Konzept und Funktionen

Silizium ist ein Nichtmetall, kann aber unter verschiedenen Bedingungen sowohl saure als auch basische Eigenschaften aufweisen. Es ist ein typischer Halbleiter und wird in der Elektrotechnik äußerst häufig eingesetzt. Seine physikalischen und chemischen Eigenschaften werden weitgehend durch seinen allotropen Zustand bestimmt. Am häufigsten handelt es sich um die kristalline Form, da ihre Eigenschaften in der Volkswirtschaft stärker gefragt sind.

• Silizium ist eines der grundlegenden Makroelemente im menschlichen Körper. Sein Mangel wirkt sich nachteilig auf den Zustand von Knochengewebe, Haaren, Haut und Nägeln aus. Darüber hinaus beeinflusst Silizium die Leistungsfähigkeit des Immunsystems.
• In der Medizin fanden das Element bzw. seine Verbindungen genau in dieser Eigenschaft ihre erste Anwendung. Wasser aus mit Silizium ausgekleideten Brunnen war nicht nur sauber, sondern wirkte sich auch positiv auf die Widerstandskraft gegen Infektionskrankheiten aus. Verbindungen mit Silizium dienen heute als Grundlage für Medikamente gegen Tuberkulose, Arteriosklerose und Arthritis.
• Im Allgemeinen ist das Nichtmetall wenig aktiv, es ist jedoch schwierig, es in reiner Form zu finden. Dies liegt daran, dass es an der Luft schnell durch eine Dioxidschicht passiviert wird und nicht mehr reagiert. Beim Erhitzen nimmt die chemische Aktivität zu. Dadurch ist die Menschheit viel besser mit den Zusammensetzungen der Materie vertraut als mit sich selbst.

So bildet Silizium mit fast allen Metallen Legierungen – Silizide. Sie alle zeichnen sich durch Feuerfestigkeit und Härte aus und werden in entsprechenden Bereichen eingesetzt: Gasturbinen, Ofenheizungen.

Das Nichtmetall wird in der Tabelle von D. I. Mendeleev zusammen mit Kohlenstoff und Germanium in Gruppe 6 eingeordnet, was auf eine gewisse Gemeinsamkeit mit diesen Stoffen hinweist. Was es also mit Kohlenstoff gemeinsam hat, ist seine Fähigkeit, organische Verbindungen zu bilden. Gleichzeitig kann Silizium wie Germanium bei einigen chemischen Reaktionen die Eigenschaften eines Metalls aufweisen, das in der Synthese verwendet wird.

Vorteile und Nachteile

Wie jeder andere Stoff hat auch Silizium im Hinblick auf seine volkswirtschaftliche Nutzung bestimmte nützliche oder nicht sehr nützliche Eigenschaften. Sie sind gerade für die Bestimmung des Einsatzgebietes wichtig.

• Ein wesentlicher Vorteil des Stoffes ist sein Verfügbarkeit. In der Natur kommt es zwar nicht in freier Form vor, dennoch ist die Technologie zur Herstellung von Silizium nicht so kompliziert, wenn auch energieaufwendig.
• Der zweitwichtigste Vorteil ist Bildung vieler Verbindungen mit ungewöhnlich nützlichen Eigenschaften. Dazu gehören Silane, Silizide, Dioxide und natürlich verschiedenste Silikate. Die Fähigkeit von Silizium und seinen Verbindungen, komplexe feste Lösungen zu bilden, ist nahezu unbegrenzt, was es ermöglicht, unendlich viele Variationen von Glas, Stein und Keramik zu erhalten.
• Halbleitereigenschaften Nichtmetall verschafft ihm einen Platz als Grundmaterial in der Elektro- und Funktechnik.
• Nichtmetall ist ungiftig, was den Einsatz in jeder Branche ermöglicht und gleichzeitig den technologischen Prozess nicht zu einem potenziell gefährlichen macht.

Zu den Nachteilen des Materials gehört nur die relative Zerbrechlichkeit bei guter Härte. Silizium wird nicht für tragende Strukturen verwendet, aber diese Kombination ermöglicht eine ordnungsgemäße Bearbeitung der Oberfläche der Kristalle, was für den Instrumentenbau wichtig ist.

Lassen Sie uns nun über die grundlegenden Eigenschaften von Silizium sprechen.

Eigenschaften und Eigenschaften

Da kristallines Silizium in der Industrie am häufigsten verwendet wird, sind seine Eigenschaften wichtiger, und diese werden in den technischen Spezifikationen angegeben. Die physikalischen Eigenschaften des Stoffes sind wie folgt:

• Schmelzpunkt – 1417 °C;
• Siedepunkt – 2600 °C;
• Die Dichte beträgt 2,33 g/cu. cm, was auf Zerbrechlichkeit hinweist;
• Die Wärmekapazität sowie die Wärmeleitfähigkeit sind selbst bei den reinsten Proben nicht konstant: 800 J/(kg K) oder 0,191 cal/(g Grad) und 84-126 W/(m K) oder 0,20-0, jeweils 30 cal/(cm·s·grad);
• transparent für langwellige Infrarotstrahlung, die in der Infrarotoptik verwendet wird;
• Dielektrizitätskonstante – 1,17;
• Härte auf der Mohs-Skala – 7.

Die elektrischen Eigenschaften eines Nichtmetalls hängen stark von Verunreinigungen ab. In der Industrie wird diese Funktion durch Modulation des gewünschten Halbleitertyps genutzt. Bei normalen Temperaturen ist Silizium spröde, bei Erwärmung über 800 °C ist jedoch eine plastische Verformung möglich.

Die Eigenschaften von amorphem Silizium sind auffallend anders: Es ist stark hygroskopisch und reagiert bereits bei normalen Temperaturen deutlich aktiver.

Die Struktur und chemische Zusammensetzung sowie die Eigenschaften von Silizium werden im folgenden Video erläutert:

Zusammensetzung und Struktur

Silizium kommt in zwei allotropen Formen vor, die bei normalen Temperaturen gleichermaßen stabil sind.

• Kristall hat das Aussehen eines dunkelgrauen Pulvers. Obwohl die Substanz ein diamantartiges Kristallgitter aufweist, ist sie aufgrund der zu langen Bindungen zwischen den Atomen zerbrechlich. Interessant sind seine Halbleitereigenschaften.
• Bei sehr hohen Drücken können Sie erreichen sechseckig Modifikation mit einer Dichte von 2,55 g/cu. cm. Diese Phase hat jedoch noch keine praktische Bedeutung gefunden.
• Amorph– braunbraunes Pulver. Im Gegensatz zur kristallinen Form reagiert es viel aktiver. Dies liegt nicht so sehr an der Trägheit der ersten Form, sondern daran, dass die Substanz an der Luft mit einer Dioxidschicht bedeckt ist.

Darüber hinaus muss eine andere Art der Klassifizierung berücksichtigt werden, die sich auf die Größe der Siliziumkristalle bezieht, die zusammen den Stoff bilden. Ein Kristallgitter setzt bekanntlich eine Ordnung nicht nur der Atome voraus, sondern auch der Strukturen, die diese Atome bilden – die sogenannte Fernordnung. Je größer es ist, desto homogener sind die Eigenschaften des Stoffes.

• Monokristallin– Die Probe besteht aus einem Kristall. Seine Struktur ist maximal geordnet, seine Eigenschaften sind homogen und gut vorhersagbar. Dies ist der Werkstoff, der in der Elektrotechnik am meisten nachgefragt wird. Allerdings handelt es sich auch um eine der teuersten Arten, da der Gewinnungsprozess komplex und die Wachstumsrate gering ist.
• Multikristallin– Die Probe besteht aus einer Reihe großer kristalliner Körner. Die Grenzen zwischen ihnen bilden zusätzliche Defektebenen, was die Leistung der Probe als Halbleiter verringert und zu einem schnelleren Verschleiß führt. Die Technologie zur Züchtung von Multikristallen ist einfacher und daher das Material billiger.
• Polykristallin– besteht aus einer großen Anzahl von Körnern, die zufällig relativ zueinander angeordnet sind. Dies ist die reinste Art von Industriesilizium, das in der Mikroelektronik und Solarenergie verwendet wird. Wird häufig als Rohstoff für die Züchtung von Multi- und Einkristallen verwendet.
• Auch amorphes Silizium nimmt in dieser Klassifizierung eine gesonderte Stellung ein. Dabei bleibt die Ordnung der Atome nur bei kürzesten Abständen erhalten. In der Elektrotechnik wird es jedoch immer noch in Form dünner Schichten eingesetzt.

Nichtmetallische Produktion

Die Gewinnung von reinem Silizium ist aufgrund der Trägheit seiner Verbindungen und des hohen Schmelzpunkts der meisten von ihnen nicht so einfach. In der Industrie greifen sie am häufigsten auf die Reduzierung mit Kohlendioxid aus Kohlendioxid zurück. Die Reaktion wird in Lichtbogenöfen bei einer Temperatur von 1800 °C durchgeführt. Auf diese Weise wird ein Nichtmetall mit einer Reinheit von 99,9 % erhalten, was für seine Verwendung nicht ausreicht.

Das resultierende Material wird chloriert, um Chloride und Hydrochloride zu erzeugen. Anschließend werden die Verbindungen mit allen möglichen Methoden von Verunreinigungen gereinigt und mit Wasserstoff reduziert.

Die Substanz kann auch durch Gewinnung von Magnesiumsilizid gereinigt werden. Das Silizid wird Salz- oder Essigsäure ausgesetzt. Es wird Silan gewonnen und dieses durch verschiedene Methoden gereinigt – Sorption, Rektifikation usw. Anschließend wird das Silan bei einer Temperatur von 1000 °C in Wasserstoff und Silizium zersetzt. Dabei entsteht ein Stoff mit einem Verunreinigungsanteil von 10 -8 -10 -6 %.

Anwendung des Stoffes

Für die Industrie sind die elektrophysikalischen Eigenschaften eines Nichtmetalls von größtem Interesse. Seine Einkristallform ist ein Halbleiter mit indirekter Lücke. Seine Eigenschaften werden durch Verunreinigungen bestimmt, wodurch es möglich ist, Siliziumkristalle mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten. So ermöglicht die Zugabe von Bor und Indium die Züchtung eines Kristalls mit Lochleitfähigkeit, und die Zugabe von Phosphor oder Arsen ermöglicht die Züchtung eines Kristalls mit elektronischer Leitfähigkeit.

• Silizium dient im wahrsten Sinne des Wortes als Grundlage der modernen Elektrotechnik. Daraus werden Transistoren, Fotozellen, integrierte Schaltkreise, Dioden usw. hergestellt. Darüber hinaus wird die Funktionalität des Geräts fast immer nur durch die oberflächennahe Schicht des Kristalls bestimmt, die ganz spezifische Anforderungen an die Oberflächenbehandlung stellt.
• In der Metallurgie wird technisches Silizium sowohl als Legierungsmodifikator – es verleiht eine höhere Festigkeit – als auch als Bestandteil – beispielsweise und als Desoxidationsmittel – bei der Herstellung von Gusseisen verwendet.
• Hochreine und gereinigte metallurgische Materialien bilden die Grundlage der Solarenergie.
• Nichtmetallisches Dioxid kommt in der Natur in vielen verschiedenen Formen vor. Seine Kristallarten – Opal, Achat, Karneol, Amethyst, Bergkristall – haben ihren Platz im Schmuck gefunden. Modifikationen, die optisch nicht so attraktiv sind – Feuerstein, Quarz – werden in der Metallurgie, im Bauwesen und in der Radioelektronik verwendet.
• Eine Verbindung eines Nichtmetalls mit Kohlenstoff, Karbid, wird in der Metallurgie, im Instrumentenbau und in der chemischen Industrie verwendet. Es handelt sich um einen Breitbandhalbleiter, der sich durch eine hohe Härte (7 auf der Mohs-Skala) und eine Festigkeit auszeichnet, die den Einsatz als Schleifmaterial ermöglicht.
• Silikate – also Salze der Kieselsäure. Instabil, zersetzt sich leicht unter Temperatureinfluss. Ihr bemerkenswertes Merkmal ist, dass sie zahlreiche und vielfältige Salze bilden. Letztere sind jedoch die Grundlage für die Herstellung von Glas, Keramik, Steingut, Kristall usw. Wir können mit Sicherheit sagen, dass modernes Bauen auf einer Vielzahl von Silikaten basiert.
• Glas stellt hier den interessantesten Fall dar. Seine Basis sind Alumosilikate, aber geringfügige Beimischungen anderer Stoffe – meist Oxide – verleihen dem Material viele verschiedene Eigenschaften, darunter auch Farbe. -, Steingut, Porzellan hat tatsächlich die gleiche Formel, allerdings mit einem anderen Verhältnis der Komponenten, und auch seine Vielfalt ist erstaunlich.
• Das Nichtmetall hat noch eine weitere Fähigkeit: Es bildet kohlenstoffähnliche Verbindungen in Form einer langen Kette von Siliziumatomen. Solche Verbindungen werden Organosiliciumverbindungen genannt. Nicht weniger bekannt ist ihr Anwendungsbereich – das sind Silikone, Dichtstoffe, Schmierstoffe und so weiter.

Silizium ist ein sehr verbreitetes Element und hat in vielen Bereichen der Volkswirtschaft eine ungewöhnlich große Bedeutung. Darüber hinaus wird nicht nur der Stoff selbst, sondern alle seine verschiedenen und zahlreichen Verbindungen aktiv genutzt.

In diesem Video erfahren Sie mehr über die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Silizium:

Alle Namen chemischer Elemente stammen aus dem Lateinischen. Dies ist vor allem notwendig, damit Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern einander verstehen können.

Chemische Symbole der Elemente

Elemente werden üblicherweise durch chemische Zeichen (Symbole) bezeichnet. Nach dem Vorschlag des schwedischen Chemikers Berzelius (1813) werden chemische Elemente durch den Anfangs- oder Anfangsbuchstaben und einen der Folgebuchstaben des lateinischen Namens eines bestimmten Elements bezeichnet; Der erste Buchstabe ist immer groß, der zweite klein. Beispielsweise wird Wasserstoff (Hydrogenium) mit dem Buchstaben H, Sauerstoff (Oxygenium) mit dem Buchstaben O und Schwefel (Sulfur) mit dem Buchstaben S bezeichnet; Quecksilber (Hydrargyrum) – Buchstaben Hg, Aluminium (Aluminium) – Al, Eisen (Ferrum) – Fe usw.

Reis. 1. Tabelle der chemischen Elemente mit Namen in Latein und Russisch.

Russische Namen chemischer Elemente sind oft lateinische Namen mit modifizierten Endungen. Es gibt aber auch viele Elemente, deren Aussprache von der lateinischen Quelle abweicht. Dabei handelt es sich entweder um einheimische russische Wörter (z. B. Eisen) oder um Wörter, die Übersetzungen sind (z. B. Sauerstoff).

Chemische Nomenklatur

Die chemische Nomenklatur ist die korrekte Bezeichnung für chemische Stoffe. Das lateinische Wort nomenclatura bedeutet übersetzt „Namensliste“.

In der frühen Entwicklungsphase der Chemie wurden Stoffen willkürliche, zufällige Namen (Trivialnamen) gegeben. Als Alkohole wurden leicht flüchtige Flüssigkeiten bezeichnet, darunter „Salzalkohol“ – eine wässrige Lösung von Salzsäure, „Silitalkohol“ – Salpetersäure, „Ammoniumalkohol“ – eine wässrige Lösung von Ammoniak. Ölige Flüssigkeiten und Feststoffe wurden Öle genannt, zum Beispiel wurde konzentrierte Schwefelsäure „Vitriolöl“ genannt und Arsenchlorid wurde „Arsenöl“ genannt.

Manchmal wurden Stoffe nach ihrem Entdecker benannt, zum Beispiel „Glaubersalz“ Na 2 SO 4 * 10H 2 O, entdeckt vom deutschen Chemiker I. R. Glauber im 17. Jahrhundert.

Reis. 2. Porträt von I. R. Glauber.

Antike Namen könnten auf den Geschmack, die Farbe, den Geruch, das Aussehen und die medizinische Wirkung von Substanzen hinweisen. Ein Stoff hatte manchmal mehrere Namen.

Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts kannten Chemiker nicht mehr als 150–200 Verbindungen.

Das erste System wissenschaftlicher Namen in der Chemie wurde 1787 von einer Chemikerkommission unter der Leitung von A. Lavoisier entwickelt. Die chemische Nomenklatur von Lavoisier diente als Grundlage für die Erstellung nationaler chemischer Nomenklaturen. Damit Chemiker aus verschiedenen Ländern einander verstehen, muss die Nomenklatur einheitlich sein. Derzeit unterliegt die Konstruktion chemischer Formeln und Namen anorganischer Stoffe einem System von Nomenklaturregeln, das von einer Kommission der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) erstellt wurde. Jeder Stoff wird durch eine Formel dargestellt, nach der der systematische Name der Verbindung gebildet wird.

Reis. 3. A. Lavoisier.

Was haben wir gelernt?

Alle chemischen Elemente haben lateinische Wurzeln. Lateinische Namen chemischer Elemente werden allgemein akzeptiert. Sie werden mittels Durchzeichnung oder Übersetzung ins Russische übertragen. Allerdings haben einige Wörter eine ursprünglich russische Bedeutung, zum Beispiel Kupfer oder Eisen. Alle aus Atomen und Molekülen bestehenden chemischen Stoffe unterliegen der chemischen Nomenklatur. Das System der wissenschaftlichen Namen wurde zuerst von A. Lavoisier entwickelt.

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