ซิลิกอนและสารประกอบของมัน. ซิลิคอนในธรรมชาติ การประยุกต์ใช้ซิลิกอน

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

ซิลิคอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในเทคโนโลยีและอุตสาหกรรม มันเป็นหนี้คุณสมบัติที่ผิดปกติของมัน วันนี้ มีสารประกอบหลายชนิดที่มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์และการสร้างผลิตภัณฑ์ทางเทคนิค จาน แก้ว อุปกรณ์ วัสดุก่อสร้างและตกแต่ง เครื่องประดับ และอุตสาหกรรมอื่นๆ

ลักษณะทั่วไปของซิลิกอน

ถ้าเราพิจารณาตำแหน่งของซิลิกอนในระบบคาบ เราสามารถพูดได้ว่า:

1. อยู่ในกลุ่ม IV ของกลุ่มย่อยหลัก
2. เลขลำดับ 14.
3. มวลอะตอม 28, 086.
4. สัญลักษณ์ทางเคมี ศรี
5. ชื่อ - ซิลิกอน หรือในภาษาละติน - ซิลิเซียม
6. โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นนอก 4e:2e:8e.

ผลึกซิลิคอนคล้ายเพชร อะตอมตั้งอยู่ที่โหนด ประเภทของมันคือลูกบาศก์ใบหน้าอยู่ตรงกลาง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยาวพันธะที่ยาวกว่า คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิกอนจึงแตกต่างอย่างมากจากการดัดแปลงแบบ allotropic ของคาร์บอน

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี

มี 2 ตัวการดัดแปลง allotropic ขององค์ประกอบนี้: อสัณฐานและผลึก พวกเขามีความคล้ายคลึงกันมาก อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับสารอื่นๆ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพวกมันคือผลึกตาข่ายของซิลิกอน

ในกรณีนี้ การปรับเปลี่ยนทั้งสองแบบเป็นผงที่มีสีต่างกัน

1. ผลึกซิลิกอนเป็นผงคล้ายโลหะเงาสีเทาเข้ม โครงสร้างสอดคล้องกับเพชร แต่คุณสมบัติต่างกัน เขามี:

• เปราะบาง;
• ความแข็งต่ำ;
• คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์;
• จุดหลอมเหลว 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• จุดเดือด 2700⁰C.

กิจกรรมทางเคมีของมันต่ำเมื่อเทียบกับรูปแบบ allotropic อื่น

2. ซิลิกอนอสัณฐาน - ผงสีน้ำตาลน้ำตาลมีโครงสร้างของเพชรที่มีความผิดปกติสูง กิจกรรมทางเคมีค่อนข้างสูง

โดยทั่วไปควรสังเกตว่าซิลิโคนไม่ชอบทำปฏิกิริยา เพื่อให้เกิดปฏิกิริยา คุณต้องมีอุณหภูมิอย่างน้อย 400-500⁰C ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ จะเกิดสารประกอบทางเคมีต่างๆ ของซิลิกอนขึ้น เช่น:

• ออกไซด์;
• เฮไลด์;
• ซิลิไซด์;
• ไนไตรด์;
• บอไรด์;
• คาร์ไบด์

ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ของซิลิกอนกับกรดไนตริกหรืออัลคาไลซึ่งเรียกว่ากระบวนการแกะสลัก สารประกอบออร์กาโนซิลิกอนแพร่หลายและแพร่หลายมากขึ้นในปัจจุบัน

อยู่ในธรรมชาติ

พบซิลิคอนในธรรมชาติในปริมาณที่ค่อนข้างสำคัญ มันอยู่ในอันดับที่สองรองจากออกซิเจนในแง่ของความชุก เศษส่วนมวลประมาณ 30% น้ำทะเลยังมีองค์ประกอบนี้อยู่ที่ความเข้มข้นประมาณ 3 มก./ลิตร ดังนั้นจึงไม่สามารถกล่าวได้ว่าซิลิกอนเป็นองค์ประกอบที่หายากในธรรมชาติ

ในทางตรงกันข้าม มีหินและแร่ธาตุมากมายที่มันเกิดขึ้นและสามารถขุดได้จาก สารประกอบซิลิกอนธรรมชาติที่พบมากที่สุดมีดังนี้:

1. ซิลิกา. สูตรทางเคมีคือ SiO₂ มีแร่ธาตุและหินรูปแบบต่างๆ ค่อนข้างมาก: ทราย หินเหล็กไฟ เฟลด์สปาร์ ควอตซ์ หินคริสตัล อเมทิสต์ โมรา คาร์เนเลียน โอปอล แจสเปอร์ และอื่นๆ
2. ซิลิเกตและอะลูมิโนซิลิเกต. ดินขาว สปาร์ ไมกา เกลือของกรดซิลิซิก แร่ใยหิน แป้งโรยตัว

ดังนั้น ซิลิคอนจึงมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ และสารประกอบของมันจึงเป็นที่นิยมและเป็นที่ต้องการของผู้คนสำหรับการใช้งานด้านเทคนิค

ซิลิกอนและสารประกอบของมัน

เนื่องจากธาตุที่เป็นปัญหาไม่สามารถมีอยู่ในรูปแบบบริสุทธิ์ได้ ดังนั้นสารประกอบต่างๆจึงมีความสำคัญ จากมุมมองทางเคมี มันสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันสามสถานะ: +2, +4, -4 จากนี้ไปเช่นเดียวกับจากความเฉื่อยของมัน แต่พิเศษในโครงสร้างของตาข่ายคริสตัลมันสร้างสารประเภทหลักดังต่อไปนี้:

• สารประกอบไบนารีที่ไม่ใช่โลหะ (ไซเลน คาร์ไบด์ ไนไตรด์ ฟอสไฟด์ และอื่นๆ
• ออกไซด์;
• ซิลิคอนกรด;
• โลหะซิลิเกต

เรามาดูกันดีกว่าถึงความสำคัญของซิลิกอนและสารประกอบของซิลิกอน ซึ่งเป็นที่ต้องการมากที่สุดและเป็นที่ต้องการของผู้คน

ซิลิคอนออกไซด์

สารนี้มี 2 แบบ แสดงโดยสูตร:

• SiO;
• SiO₂.

อย่างไรก็ตาม ไดออกไซด์ที่แพร่หลายมากที่สุด มันมีอยู่ในธรรมชาติในรูปแบบของหินกึ่งมีค่าที่สวยงามมาก:

• อาเกต;
• โมฆะ;
• โอปอล;
• คาร์เนเลียน;
• แจสเปอร์;
• อเมทิส;
• พลอยเทียม

การใช้ซิลิกอนในรูปแบบนี้พบว่ามีการประยุกต์ใช้ในการผลิตเครื่องประดับ เครื่องประดับทองและเงินที่สวยงามเหลือเชื่อทำด้วยหินกึ่งมีค่าและกึ่งมีค่าเหล่านี้

อีกสองสามรูปแบบของซิลิคอนไดออกไซด์:

• ควอตซ์;
• แม่น้ำและทรายควอทซ์;
• หินเหล็กไฟ;
• เฟลด์สปาร์

การใช้ซิลิกอนในประเภทนี้ถูกนำมาใช้ในงานก่อสร้าง วิศวกรรม วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมเคมี และโลหกรรม ออกไซด์ที่ระบุไว้รวมกันเป็นของสารเดี่ยว - ซิลิกา

ซิลิคอนคาร์ไบด์และการใช้งาน

ซิลิคอนและสารประกอบเป็นวัสดุแห่งอนาคตและปัจจุบัน หนึ่งในวัสดุเหล่านี้คือคาร์บอรันดัมหรือคาร์ไบด์ของธาตุนี้ สูตรเคมีของ SiC เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นแร่ moissanite

ในรูปแบบบริสุทธิ์ สารประกอบของคาร์บอนและซิลิกอนนั้นสวยงามผลึกใสคล้ายโครงสร้างเพชร อย่างไรก็ตาม สารสีเขียวและสีดำถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค

ลักษณะสำคัญของสารนี้ทำให้ใช้ในงานโลหะ วิศวกรรม อุตสาหกรรมเคมีได้ดังนี้

• เซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างกว้าง
• ความแข็งแรงสูงมาก (7 ในระดับ Mohs);
• ทนอุณหภูมิสูง;
• ความต้านทานไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและการนำความร้อน

ทั้งหมดนี้ทำให้สามารถใช้คาร์บอรันดัมเป็นวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในการสังเคราะห์ทางโลหะวิทยาและทางเคมีได้ และยังอยู่บนพื้นฐานการผลิตหลอด LED ในวงกว้าง ชิ้นส่วนสำหรับเตาหลอมแก้ว หัวฉีด ไฟฉาย เครื่องประดับ (มอยส์ซาไนต์มีมูลค่ามากกว่าเซอร์โคเนียลูกบาศก์)

สิลันกับความหมายของมัน

สารประกอบไฮโดรเจนของซิลิกอนเรียกว่าไซเลน และไม่สามารถรับได้โดยการสังเคราะห์โดยตรงจากวัสดุตั้งต้น เพื่อให้ได้มานั้นจะใช้ซิลิไซด์ของโลหะต่าง ๆ ซึ่งผ่านการบำบัดด้วยกรด เป็นผลให้ก๊าซไซเลนถูกปล่อยออกมาและเกิดเกลือโลหะ

น่าสนใจ การเชื่อมต่อที่เป็นปัญหาไม่ได้เกิดขึ้นเพียงลำพัง เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเสมอ ได้ส่วนผสมของโมโน- ได- และไตรซิเลน ซึ่งอะตอมของซิลิกอนเชื่อมต่อกันเป็นลูกโซ่

โดยคุณสมบัติของพวกมัน สารประกอบเหล่านี้เป็นสารรีดิวซ์ที่แรง ในเวลาเดียวกัน พวกมันเองถูกออกซิไดซ์อย่างง่ายดายด้วยออกซิเจน บางครั้งก็มีการระเบิด สำหรับฮาโลเจน ปฏิกิริยามักจะรุนแรง โดยมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกมากพลังงาน

การใช้งานไซเลนมีดังนี้

1. ปฏิกิริยาของการสังเคราะห์สารอินทรีย์ซึ่งส่งผลให้เกิดสารประกอบอินทรีย์ซิลิกอนที่สำคัญ - ซิลิโคน ยาง สารเคลือบหลุมร่องฟัน น้ำมันหล่อลื่น อิมัลชัน และอื่นๆ
2. ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (จอ LCD วงจรรวมเทคนิค ฯลฯ)
3. ได้รับโพลีซิลิคอนบริสุทธิ์พิเศษ
4. ทันตกรรมประดิษฐ์

ดังนั้น ความสำคัญของไซเลนในโลกสมัยใหม่จึงสูง

กรดซิลิซิกและซิลิเกต

ไฮดรอกไซด์ของธาตุที่เป็นปัญหาคือกรดซิลิซิกต่างกัน ไฮไลท์:

• เมตา;
• ortho;
• โพลิซิลิซิกและกรดอื่นๆ

ทั้งหมดรวมกันเป็นหนึ่งโดยคุณสมบัติทั่วไป - ความไม่เสถียรสุดขีดในสถานะอิสระ ย่อยสลายได้ง่ายภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ ภายใต้สภาวะปกติ พวกมันไม่มีอยู่นาน เปลี่ยนเป็นโซลก่อนแล้วจึงกลายเป็นเจล หลังจากการอบแห้งโครงสร้างดังกล่าวจะเรียกว่าซิลิกาเจล ใช้เป็นสารดูดซับในตัวกรอง

สิ่งสำคัญในแง่ของอุตสาหกรรมคือเกลือของกรดซิลิซิก - ซิลิเกต พวกเขารองรับการผลิตสารเช่น:

• แก้ว;
• คอนกรีต;
• ซีเมนต์;
• ซีโอไลต์;
• ดินขาว;
• เครื่องเคลือบ;
• ไฟ;
• คริสตัล;
• เซรามิกส์.

โลหะอัลคาไลซิลิเกตละลายได้ ส่วนอื่นๆ ทั้งหมดไม่ละลาย ดังนั้นโซเดียมและโพแทสเซียมซิลิเกตจึงเรียกว่าแก้วเหลว กาวเสมียนสามัญ - นี่คือโซเดียมเกลือกรดซิลิซิก

แต่สารประกอบที่น่าสนใจที่สุดคือแก้ว ไม่ว่าพวกมันจะมีสารนี้ออกมากี่แบบก็ตาม! วันนี้พวกเขามีตัวเลือกสี ออปติคัล เคลือบด้าน เครื่องแก้วมีความโดดเด่นในความงดงามและหลากหลาย การเพิ่มโลหะและอโลหะออกไซด์บางชนิดลงในส่วนผสม ทำให้สามารถผลิตแก้วได้หลากหลายประเภท บางครั้งแม้แต่องค์ประกอบเดียวกัน แต่ส่วนประกอบร้อยละต่างกันก็นำไปสู่ความแตกต่างในคุณสมบัติของสาร ตัวอย่าง เช่น เครื่องลายครามและไฟ ซึ่งมีสูตรคือ SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

แก้วควอทซ์เป็นรูปแบบของผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งมีองค์ประกอบอธิบายว่าเป็นซิลิกอนไดออกไซด์

การค้นพบสารประกอบซิลิกอน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาของการวิจัย ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าซิลิกอนและสารประกอบของซิลิกอนเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดในสภาวะปกติของสิ่งมีชีวิต ขาดหรือเกินขององค์ประกอบนี้ โรคเช่น:

• มะเร็ง;
• วัณโรค;
• ข้ออักเสบ;
• ต้อกระจก;
• โรคเรื้อน;
• โรคบิด;
• โรคไขข้อ;
• ตับอักเสบและอื่นๆ

กระบวนการชราภาพนั้นสัมพันธ์กับเนื้อหาเชิงปริมาณของซิลิกอนด้วย การทดลองกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำนวนมากได้พิสูจน์แล้วว่าหากไม่มีองค์ประกอบ หัวใจวาย โรคหลอดเลือดสมอง มะเร็ง และไวรัสตับอักเสบก็ถูกกระตุ้น