Силицият е химичен елемент от IV група на Периодичната таблица на елементите D.I. Менделеев. Открит през 1811 г. от J. Gay-Lusac и L. Ternar. Неговият пореден номер е 14, атомната маса е 28,08, атомният обем е 12,04 10 -6 m 3 /mol. Силицият е металоид и принадлежи към въглеродната подгрупа. Кислородната му валентност е +2 и +4. По изобилие в природата силицият е на второ място след кислорода. Масовата му част в земната кора е 27,6%. Земната кора, според V.I. Вернадски, повече от 97% се състои от силициев диоксид и силикати. Кислородът и органичните силициеви съединения се намират също в растенията и животните.
Изкуствено произведеният силиций може да бъде аморфен или кристален. Аморфният силиций е кафяв, фино диспергиран, силно хигроскопичен прах, според данните от рентгеновата дифракция, той се състои от малки силициеви кристали. Може да се получи чрез редуциране на SiCl 4 с цинкови пари при високи температури.
Кристалният силиций има стоманеносив цвят и метален блясък. Плътността на кристалния силиций при 20°C е 2,33 g/cm3, на течния силиций при 1723-2,51, а при 1903K - 2,445 g/cm3. Точката на топене на силиция е 1690 K, точката на кипене - 3513 K. Според данните налягането на парите на силиция при T = 2500÷4000 K се описва с уравнението log p Si = -20130/ T + 7,736, kPa. Топлина на сублимация на силиций 452610, топлина на топене 49790, изпарение 385020 J/mol.
Силициевите поликристали се характеризират с висока твърдост (при 20°C HRC = 106). Силицият обаче е много крехък, поради което има висока якост на натиск (σ SZh B ≈690 MPa) и много ниска якост на опън (σ B ≈ 16,7 MPa).
При стайна температура силицият е инертен и реагира само с флуор, образувайки летлив 81P4. От киселините реагира само с азотна киселина в смес с флуороводородна киселина. Силицият обаче реагира доста лесно с алкали. Една от неговите реакции с алкали
Si + NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
използвани за производство на водород. В същото време силицийът може да образува голям брой химически силни съединения с неметали. От тези съединения е необходимо да се отбележат халогенидите (от SiX 4 до Si n X 2n+2, където X е халоген и n ≤ 25), техните смесени съединения SiCl 3 B, SiFCl 3 и др., оксихлориди Si 2 OCl3, Si3O2Cl3 и други, нитриди Si 3 N 4, Si 2 N 3, SiN и хидриди с обща формула Si n H 2n+2, а сред съединенията, открити в производството на феросплави - летливи сулфиди SiS и SiS 2 и огнеупорен карбид SiC.
Силицият също е способен да произвежда съединения с метали - силициди, най-важните от които са силициди на желязо, хром, манган, молибден, цирконий, както и редкоземни метали и алкални метали. Това свойство на силиция - способността да произвежда химически много силни съединения и разтвори с метали - се използва широко в производството на нисковъглеродни феросплави, както и при редуцирането на нискокипящи алкалоземни (Ca, Mg, Ba) и трудно редуцируеми метали (Zr, Al и др.).
Сплави на силиций с желязо са изследвани от P.V. Хелд и неговата школа, специално внимание беше обърнато на частта от системата Fe-Si, свързана със сплави с високо съдържание. Това се дължи на факта, че, както може да се види от диаграмата Fe-Si (Фигура 1), в сплави от този състав възникват редица трансформации, които значително влияят върху качеството на феросилиций от различни степени. Така FeSi 2 дисилицидът е стабилен само при ниски температури (< 918 или 968 °С, см. рисунок 1). При высоких температурах устойчива его высокотемпературная модификация - лебоит. Содержание кремния в этой фазе колеблется в пределах 53-56 %. В дальнейшем лебоит будем обозначать химической формулой Fe 2 Si 5 , что практически соответствует максимальной концентрации кремния в лебоите.
При охлаждане на сплави, съдържащи > 55,5% Si, лебоит при T< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции
Fe 2 Si 5 → FeSi 2 +Si (2)
и сплави 33,86-50,07% Si при T< 1255 К - по перитектоидной реакции
Fe 2 Si 5 + FeSi = 3 FeSi 2 (3)
Сплавите с междинен състав (50,15-55,5% Si) първо претърпяват перитектоидни (3) при 1255 K, а след това евтектоидни (2) трансформации при 1213 K. Тези трансформации на Fe 2 Si 5 съгласно реакции (2) и (3) са придружени от промени в обема на силицида. Тази промяна е особено голяма по време на реакция (2) - приблизително 14%, поради което сплавите, съдържащи лебоит, губят непрекъснатост, напукват се и дори се ронят. При бавна, равновесна кристализация (вижте Фигура 1), лебоитът може да се освободи по време на кристализацията както на сплавите FS75, така и на FS45.
Въпреки това, напукването, свързано с евтектоидното разлагане на лебоита, е само една от причините за разпадането. Втората причина, очевидно основната, е, че образуването на пукнатини по границите на зърната създава възможност течностите, освободени по тези граници - фосфор, арсен, алуминиеви сулфиди и карбиди и др. - да реагират с влагата от въздуха в реакции, които в резултат на което в атмосферата се отделят H 2, PH 3, PH 4, AsH 4 и др., а в пукнатините има свободни оксиди Al 2 O 3, SiO 2 и други съединения, които ги разрушават. Разпадането на сплавите може да бъде предотвратено чрез модифицирането им с магнезий, легирането им с добавки от елементи, които рафинират зърното (V, Ti, Zg и др.) или го правят по-пластично. Усъвършенстването на зърното намалява концентрацията на примеси и техните съединения по границите му и влияе върху свойствата на сплавите по същия начин, както общото намаляване на концентрацията на примеси в сплавта (P, Al, Ca), които допринасят за разпадането. Термодинамичните свойства на сплавите Fe-Si (топлина на смесване, активност, разтворимост на въглерод) са подробно проучени и могат да бъдат намерени в работите. Информацията за разтворимостта на въглерода в Fe-Si сплавите е дадена на фигура 2, за активността на силиция - в таблица 1.
Фигура 1. — Диаграма на състоянието на системата Fe-Si
Физикохимичните свойства на кислородните силициеви съединения са изследвани от P.V. Гелд и неговия екип. Въпреки важността на системата Si-O, нейната диаграма все още не е конструирана. Понастоящем са известни две кислородни съединения на силиций - силициев диоксид SiO 2 и монооксид SiO. В литературата има индикации за съществуването на други кислородни съединения на силиция - Si 2 O 3 и Si 3 O 4, но няма информация за техните химични и физични свойства.
В природата силицият е представен само от силициев диоксид SiO 2. Това силициево съединение е различно:
1) висока твърдост (по скалата на Моос 7) и огнеупорност (T pl = 1996 K);
2) висока точка на кипене (T KIP = 3532 K). Налягането на парите на силициевия диоксид може да се опише с уравненията (Pa):
3) образуването на голям брой модификации:
Характеристика на алотропните трансформации на SiO 2 е, че те са придружени от значителни промени в плътността и обема на веществото, което може да причини напукване и раздробяване на скалата;
4) висока склонност към хипотермия. Следователно е възможно в резултат на бързо охлаждане да се фиксира структурата както на течната стопилка (стъкло), така и на високотемпературните модификации на β-кристобалит и тридимит. Напротив, при бързо нагряване е възможно да се стопи кварц, заобикаляйки структурите на тридимит и кристобалит. В този случай точката на топене на SiO 2 намалява с приблизително 100 °C;
5) високо електрическо съпротивление. Например при 293 К е 1 10 12 Ohm*m. Въпреки това, с повишаване на температурата, електрическото съпротивление на SiO 2 намалява и в течно състояние силициевият диоксид е добър проводник;
6) висок вискозитет. Така при 2073 К вискозитетът е 1 10 4 Pa s, а при 2273 K е 280 Pa s.
Последното, според Н.В. Соломин, се обяснява с факта, че SiO 2, подобно на органичните полимери, е способен да образува вериги, които при 2073 K се състоят от 700, а при 2273 K - от 590 SiO 2 молекули;
7) висока термична стабилност. Енергията на Гибс за образуване на SiO 2 от елементи, като се вземе предвид тяхното агрегатно състояние в съответствие с данните, се описва с висока точност от уравненията: 
Тези данни, както се вижда от таблица 2, се различават до известна степен от данните на авторите. За термодинамични изчисления могат да се използват и двучленни уравнения:
Силициевият моноксид SiO е открит през 1895 г. от Потър в газовата фаза на електрическите пещи. Вече е надеждно установено, че SiO съществува и в кондензирани фази. Според изследване на П.В. Gelda, оксидът има ниска плътност (2,15 g/cm 3) и високо електрическо съпротивление (10 5 -10 6 Ohm*m). Кондензираният оксид е крехък, неговата твърдост по скалата на Моос е ~5 Поради високата му летливост точката на топене не може да бъде определена експериментално. Според О. Кубашевски тя е равна на 1875 К, според Бережни е 1883 К. Топлината на топене на SiO е няколко пъти по-висока от ΔH 0 SiO2, според данните е равна на 50 242 J / mol. Очевидно поради волатилността е надценен. Има стъкловиден разлом, цветът му варира от бял до шоколадов, което вероятно се дължи на окисляването му от атмосферния кислород. Прясната фрактура на SiO обикновено има цвят, подобен на грахово зърно, с мазен блясък. Оксидът е термодинамично стабилен само при високи температури под формата на SiO(G). Когато се охлади, оксидът диспропорционира според реакцията
2SiO (G) = SiO (L) + SiO 2 (6)
Точката на кипене на SiO може грубо да се изчисли от уравнението:
Газът силициев оксид е термодинамично много стабилен. Енергията на Гибс на нейното образуване може да се опише с уравненията (виж таблица 2):
от което става ясно, че химическата сила на SiO, подобно на CO, се увеличава с повишаване на температурата, което го прави отличен редуциращ агент за много вещества.
За термодинамичен анализ могат да се използват и двучленни уравнения:
Съставът на газовете над SiO 2 е оценен от I.S. Куликов. В зависимост от температурата съдържанието на SiO спрямо SiO 2 се описва с уравненията:
Силициевият карбид, подобно на SiO, е едно от междинните съединения, образувани по време на редукция на SiO 2. Карбидът има висока точка на топене.
В зависимост от налягането, той е устойчив до 3033-3103 K (Фигура 3). При високи температури силициевият карбид сублимира. Въпреки това налягането на парите на Si (G), Si 2 C (G), SiC 2 (G) над карбида при T< 2800К невелико, что следует из уравнения
Карбидът съществува под формата на две модификации - кубичен нискотемпературен β-SiC и хексагонален високотемпературен α-SiC. В пещите за феросплави обикновено се намира само β-SiC. Както показват изчисленията, използващи данните, енергията на образуване на Гибс се описва от уравненията:
които значително се различават от данните. От тези уравнения следва, че карбидът е термично устойчив до 3194 K. По отношение на физичните свойства, карбидът се отличава с висока твърдост (~ 10), високо електрическо съпротивление (при 1273 K p≈0,13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m), повишена плътност (3,22 g/cm3) и висока устойчивост както в редуцираща, така и в окислителна атмосфера.
Чистият карбид е безцветен на външен вид и има полупроводникови свойства, които се запазват при високи температури. Техническият силициев карбид съдържа примеси и затова е оцветен в зелено или черно. Така зеленият карбид съдържа 0,5-1,3% примеси (0,1-0,3% С, 0,2-1,2% Si + SiO 2, 0,05-0,20% Fe 2 O 3, 0,01-0,08% Al 2 O 3 и др.). Черният карбид има по-високо съдържание на примеси (1-2%).
Въглеродът се използва като редуциращ агент при производството на силициеви сплави. Това е и основното вещество, от което се правят електроди и облицовки на електрически пещи, които топят силиций и неговите сплави. Въглеродът е доста често срещан в природата, съдържанието му в земната кора е 0,14%. В природата се среща както в свободно състояние, така и под формата на органични и неорганични съединения (главно карбонати).
Въглеродът (графит) има шестоъгълна кубична решетка. Рентгеновата плътност на графита е 2,666 g/cm3, пикнометричната - 2,253 g/cm3. Характеризира се с високи точки на топене (~ 4000 °C) и точки на кипене (~ 4200 °C), нарастващи с повишаване на температурата електрическо съпротивление (при 873 K p≈9.6 μOhm⋅m, при 2273 K p≈ 15.0 μOhm⋅m) , доста издръжлив. Временната му устойчивост на мустаците може да бъде 480-500 MPa. Електродният графит обаче има σ in = 3,4÷17,2 MPa. Твърдостта на графита по скалата на Моос е ~ 1.
Въглеродът е отличен редуциращ агент. Това се дължи на факта, че силата на едно от неговите кислородни съединения (CO) се увеличава с повишаване на температурата. Това е очевидно от енергията на Гибс на нейното образуване, която, както е показано от нашите изчисления, използващи данните, е добре описана като три члена
и двучленни уравнения:
Въглеродният диоксид CO 2 е термодинамично силен само до 1300 К. Енергията на Гибс за образуване на CO 2 се описва с уравненията:
Описание и свойства на силиция
Силиций - елемент, четвърта група, трети период в таблицата на елементите. Атомен номер 14. Силициева формула- 3s2 3p2. Дефиниран е като елемент през 1811 г., а през 1834 г. получава руското име "силиций", вместо предишното "сицилия". Топи се при 1414º C, кипи при 2349º C.
Той прилича на молекулярната структура, но е по-нисък от нея по твърдост. Доста крехък, при нагряване (поне 800º C) става пластичен. Полупрозрачен с инфрачервено лъчение. Монокристалният силиций има полупроводникови свойства. Според някои характеристики силициев атомподобно на атомната структура на въглерода. Силициеви електрониимат същото валентно число като при въглеродната структура.
работници свойства на силициязависят от съдържанието на определено съдържание в него. Силицият има различни видове проводимост. По-специално, това са типовете „дупки“ и „електронни“. За да се получи първият, към силиций се добавя бор. Ако добавите фосфор, силицийпридобива втория тип проводимост. Ако силицийът се нагрява заедно с други метали, се образуват специфични съединения, наречени „силициди“, например при реакцията „ магнезиев силиций«.
Силицият, използван за нуждите на електрониката, се оценява предимно по характеристиките на горните му слоеве. Ето защо е необходимо да се обърне специално внимание на тяхното качество, тъй като то пряко влияе върху цялостното представяне. От тях зависи работата на произведеното устройство. За да се получат най-приемливите характеристики на горните слоеве силиций, те се третират с различни химични методи или се облъчват.
Съединение "сяра-силиций"образува силициев сулфид, който лесно взаимодейства с вода и кислород. При реакция с кислород, при температурни условия над 400º C, се оказва силициев диоксид.При същата температура стават възможни реакции с хлор и йод, както и бром, по време на които се образуват летливи вещества - тетрахалогениди.
Няма да е възможно да се комбинират силиций и водород чрез директен контакт; за това има индиректни методи. При 1000º C е възможна реакция с азот и бор, което води до силициев нитрид и борид. При същата температура, чрез комбиниране на силиций с въглерод, е възможно да се произведе силициев карбид, така нареченият „карборунд“. Този състав има солидна структура, химическата активност е бавна. Използва се като абразив.
Във връзка с желязо, силицийобразува специална смес, което позволява топенето на тези елементи, което произвежда феросиликонова керамика. Освен това точката му на топене е много по-ниска, отколкото ако се стопят отделно. При температури над 1200º C образуването на силициев оксид, също при определени условия се оказва силициев хидроксид. При ецване на силиций се използват алкални разтвори на водна основа. Температурата им трябва да бъде поне 60ºC.
Силициеви находища и добив
Елементът е вторият най-разпространен на планетата вещество. Силицийсъставлява почти една трета от обема на земната кора. Само кислородът е по-често срещан. Той се изразява предимно от силициев диоксид, съединение, което основно съдържа силициев диоксид. Основните производни на силициевия диоксид са кремък, различни пясъци, кварц и полеви . След тях идват силикатните съединения на силиция. Родността е рядко срещано явление за силиция.
Силиконови приложения
Силиций, химични свойствакоето определя обхвата на неговото приложение, се разделя на няколко вида. По-малко чистият силиций се използва за металургични нужди: например за добавки в алуминий, силицийактивно променя свойствата си, дезоксиданти и др. Той активно променя свойствата на металите, като ги добавя към съединение. Силицийги сплавява, променяйки работните характеристики, силицийМного малко количество е достатъчно.
Също така от суров силиций се произвеждат по-висококачествени производни, по-специално моно и поликристален силиций, както и органичен силиций - това са силикони и различни органични масла. Намира приложение и в производството на цимент и стъкларската промишленост. Той не заобиколи производството на тухли, фабриките за производство на порцелан също не могат без него.
Силицият е част от добре познатото силикатно лепило, което се използва за ремонтни работи, а преди това се използваше за офис нужди, докато не се появиха по-практични заместители. Някои пиротехнически продукти също съдържат силиций. Водородът може да се произвежда от него и неговите железни сплави на открито.
За какво се използва по-добро качество? силиций? ПлочиСлънчевите батерии също съдържат силиций, естествено нетехнически. За тези нужди е необходим силиций с идеална чистота или поне технически силиций с най-висока степен на чистота.
Т.нар "електронен силиций"който съдържа почти 100% силиций, има много по-добра производителност. Поради това е предпочитан при производството на свръхпрецизни електронни устройства и сложни микросхеми. Производството им изисква висококачествена продукция верига, силицийза които трябва да отива само най-високата категория. Работата на тези устройства зависи от това колко съдържа силицийнежелани примеси.
Силицият заема важно място в природата и повечето живи същества постоянно се нуждаят от него. За тях това е един вид градивен състав, защото е изключително важен за здравето на опорно-двигателния апарат. Всеки ден човек усвоява до 1гр силициеви съединения.
Може ли силицият да бъде вреден?
Да, поради причината, че силициевият диоксид е изключително предразположен към образуване на прах. Той има дразнещ ефект върху лигавиците на тялото и може активно да се натрупва в белите дробове, причинявайки силикоза. За тази цел в производството, свързано с обработката на силициеви елементи, използването на респиратори е задължително. Тяхното присъствие е особено важно, когато става въпрос за силициев оксид.
Цена на силиций
Както знаете, всички съвременни електронни технологии, от телекомуникациите до компютърните технологии, се основават на използването на силиций, използвайки неговите полупроводникови свойства. Другите му аналози се използват в много по-малка степен. Уникалните свойства на силиция и неговите производни все още са ненадминати за много години напред. Въпреки спада на цените през 2001г силиций, продажбибързо се върна към нормалното. И още през 2003 г. търговският оборот възлиза на 24 хиляди тона годишно.
За най-новите технологии, които изискват почти кристална чистота на силиция, неговите технически аналози не са подходящи. И поради сложната си система за почистване, цената се увеличава значително. Поликристалният тип силиций е по-често срещан, неговият монокристален прототип е малко по-малко търсен. В същото време делът на силиция, използван за полупроводници, заема лъвския дял от търговския оборот.
Цените на продуктите варират в зависимост от чистотата и предназначението силиций, купикоято може да започне от 10 цента на кг сурови суровини и до $10 и повече за „електронен“ силиций.
Кратко сравнително описание на елементите въглерод и силиций е представено в таблица 6.
Таблица 6
Сравнителни характеристики на въглерод и силиций
| Критерии за сравнение | Въглерод – C | Силиций – Si |
| място в периодичната таблица на химичните елементи | , 2 период, IV група, основна подгрупа | , 3-ти период, IV група, основна подгрупа |
| електронна конфигурация на атомите |  |
|
| валентни възможности | II – в неподвижно състояние IV – във възбудено състояние | |
| възможни степени на окисление |  , ,
, , ,
|  ,
|
| висш оксид | , киселинна | , киселинна |
| висш хидроксид | – слаба нестабилна киселина | () или – слаба киселина, има полимерна структура |
| водородна връзка | – метан (въглеводород) | – силан, нестабилен |
въглерод. Въглеродният елемент се характеризира с алотропия. Въглеродът съществува под формата на следните прости вещества: диамант, графит, карбин, фулерен, от които само графитът е термодинамично стабилен. Въглищата и саждите могат да се считат за аморфни разновидности на графита.
Графитът е огнеупорен, леко летлив, химически инертен при обикновени температури и е непрозрачно, меко вещество, което слабо провежда ток. Структурата на графита е слоеста.
Аламаз е изключително твърдо, химически инертно (до 900 °C) вещество, не провежда ток и провежда лошо топлина. Структурата на диаманта е тетраедрична (всеки атом в тетраедъра е заобиколен от четири атома и т.н.). Следователно диамантът е най-простият полимер, чиято макромолекула се състои само от въглеродни атоми.
Карбинът има линейна структура ( – карбин, полиен) или ( – карбин, полиен). Това е черен прах и има полупроводникови свойства. Под въздействието на светлината електропроводимостта на карбина се увеличава, а при температура 
карбинът се превръща в графит. Химически по-активен от графита. Синтезиран в началото на 60-те години на 20 век, по-късно е открит в някои метеорити.
Фулеренът е алотропна модификация на въглерода, образувана от молекули със структура от типа "футбол". Бяха синтезирани молекули и други фулерени. Всички фулерени са затворени структури от въглеродни атоми в хибридно състояние. Електроните на нехибридизираната връзка са делокализирани, както в ароматните съединения. Фулереновите кристали са от молекулен тип.
Силиций. Силицият не се характеризира с връзки; не е типично да съществува в хибридно състояние. Следователно има само една стабилна алотропна модификация на силиций, чиято кристална решетка е подобна на тази на диаманта. Силицият е твърд (по скалата на Моос, твърдостта е 7), огнеупорен ( 
), много крехко вещество с тъмносив цвят с метален блясък при стандартни условия - полупроводник. Химическата активност зависи от размера на кристалите (големите кристални са по-малко активни от аморфните).
Реактивността на въглерода зависи от алотропната модификация. Въглеродът под формата на диамант и графит е доста инертен, устойчив на киселини и основи, което прави възможно изработването на тигли, електроди и др. от графит. Въглеродът проявява по-висока реактивност под формата на въглища и сажди.
Кристалният силиций е доста инертен, в аморфна форма е по-активен.
Основните видове реакции, отразяващи химичните свойства на въглерода и силиция, са дадени в таблица 7.
Таблица 7
Основни химични свойства на въглерода и силиция
| реакция с | въглерод | реакция с | силиций | ||
| прости вещества | кислород |  | кислород |  | |
| халогени |  | халогени |  | ||
| сиво |  | въглерод |  | ||
| водород |  | водород | не реагира | ||
| метали |  | метали |  | ||
| сложни вещества | метални оксиди |  | алкали | ||
| водна пара |  | киселини | не реагира | ||
| киселини |
Циментиращи материали
Циментиращи материали – минерални или органични строителни материали, използвани за производство на бетон, закрепване на отделни елементи на строителни конструкции, хидроизолация и др..
Минерални свързващи вещества(MVM)– фино смлени прахообразни материали (цимент, гипс, вар и др.), които при смесване с вода (в някои случаи с разтвори на соли, киселини, основи) образуват пластична, обработваема маса, която се втвърдява в трайно каменно тяло и се свързва частици от твърди агрегати и армировка в едно монолитно цяло.
Втвърдяването на MVM възниква поради процеси на разтваряне, образуване на пренаситен разтвор и колоидна маса; последният частично или напълно кристализира.
MVM класификация:
1. хидравлични свързващи вещества:
При смесване с вода (смесване) те се втвърдяват и продължават да поддържат или увеличават силата си във вода. Те включват различни цименти и хидравлична вар. Когато хидравличната вар се втвърдява, CaO взаимодейства с водата и въглеродния диоксид във въздуха и полученият продукт кристализира. Използват се при изграждането на надземни, подземни и хидротехнически съоръжения, изложени на постоянно въздействие на вода.
2. въздушни свързващи вещества:
При смесване с вода те се втвърдяват и запазват силата си само във въздуха. Те включват газирана вар, гипс-анхидрит и магнезиеви газообразни свързващи вещества.
3. киселинноустойчиви свързващи вещества:
Те се състоят главно от киселиноустойчив цимент, съдържащ фино смляна смес от кварцов пясък и; Те са запечатани, като правило, с водни разтвори на натриев или калиев силикат; те запазват силата си за дълго време, когато са изложени на киселини. По време на втвърдяването възниква реакция. Използва се за производство на киселиноустойчиви шпакловки, разтвори и бетон в строителството на химически заводи.
4. Свързващи вещества, втвърдяващи се в автоклав:
Те се състоят от калциево-силикатни и калциево-нефелинови свързващи вещества (вар, кварцов пясък, нефелинова утайка) и се втвърдяват при обработка в автоклав (6-10 часа, налягане на парата 0,9-1,3 MPa). Те включват също пясъчен портланд цимент и други свързващи вещества на основата на вар, пепел и нискоактивна утайка. Използва се при производството на силикатни бетонни изделия (блокове, варовикови тухли и др.).
5. Фосфатни свързващи вещества:
Състои се от специални цименти; те са запечатани с фосфорна киселина, за да образуват пластична маса, която постепенно се втвърдява в монолитно тяло и запазва здравината си при температури над 1000 °C. Обикновено се използват титанофосфат, цинк фосфат, алумофосфат и други цименти. Използва се за производство на огнеупорна облицовъчна маса и уплътнители за високотемпературна защита на метални детайли и конструкции при производството на огнеупорен бетон и др.
Органични свързващи вещества(OBM)– вещества от органичен произход, които са способни да преминават от пластично състояние в твърдо или ниско пластично състояние в резултат на полимеризация или поликондензация.
В сравнение с MVM, те са по-малко крехки и имат по-голяма якост на опън. Те включват продукти, образувани по време на рафиниране на нефт (асфалт, битум), продукти от термично разлагане на дървесина (катран), както и синтетични термореактивни полиестерни, епоксидни, фенолформалдехидни смоли. Използват се при изграждането на пътища, мостове, подове на промишлени помещения, рулонни покривни материали, асфалтополимербетон и др.
Слайд 2
Да бъдеш сред природата.
Сред многото химични елементи, без които съществуването на живота на Земята е невъзможно, въглеродът е основният. Повече от 99% от въглерода в атмосферата се съдържа под формата на въглероден диоксид. Около 97% от въглерода в океаните съществува в разтворена форма (), а в литосферата - под формата на минерали. Елементарният въглерод присъства в атмосферата в малки количества под формата на графит и диамант и в почвата под формата на въглен.
Слайд 3
Позиция в PSHE Обща характеристика на елементите от въглеродната подгрупа.
Основната подгрупа от IV група на периодичната таблица на Д.И. Менделеев се формира от пет елемента - въглерод, силиций, германий, калай и олово. Поради факта, че от въглерода до оловото радиусът на атома се увеличава, размерите на атомите се увеличават, способността за прикрепване на електрони и следователно неметалните свойства ще отслабнат и лесното отдаване на електрони ще се увеличи .
Слайд 4
Електронно инженерство
В нормално състояние елементите от тази подгрупа проявяват валентност, равна на 2. При преминаване към възбудено състояние, придружено от прехода на един от s - електроните на външния слой към свободна клетка на p - подниво на същия ниво, всички електрони на външния слой стават несдвоени и валентността се увеличава до 4.
Слайд 5
Методи на производство: лабораторни и индустриални.
Въглерод Непълно изгаряне на метан: CH4 + O2 = C + 2H2O Въглероден оксид (II) В промишлеността: Въглероден оксид (II) се произвежда в специални пещи, наречени газови генератори, в резултат на две последователни реакции. В долната част на газовия генератор, където има достатъчно кислород, настъпва пълно изгаряне на въглищата и се образува въглероден оксид (IV): C + O2 = CO2 + 402 kJ.
Слайд 6
Тъй като въглеродният окис (IV) се движи отдолу нагоре, той влиза в контакт с горещи въглища: CO2 + C = CO – 175 kJ. Полученият газ се състои от свободен азот и въглероден (II) оксид. Тази смес се нарича генераторен газ. В газовите генератори водната пара понякога се издухва през горещи въглища: C + H2O = CO + H2 – Q, „CO + H2“ - воден газ. В лабораторията: Действие на мравчена киселина с концентрирана сярна киселина, която свързва вода: HCOOH H2O + CO.
Слайд 7
Въглероден окис (IV) В промишлеността: Страничен продукт от производството на вар: CaCO3 CaO + CO2. В лабораторията: Когато киселините взаимодействат с креда или мрамор: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2+ H2O. Карбиди Карбидите се получават чрез калциниране на метали или техни оксиди с въглища.
Слайд 8
Въглеродната киселина се получава чрез разтваряне на въглероден окис (IV) във вода. Тъй като въглеродната киселина е много слабо съединение, тази реакция е обратима: CO2 + H2O H2CO3. Силиций В промишлеността: При нагряване на смес от пясък и въглища: 2C + SiO2Si + 2CO. В лабораторията: Когато смес от чист пясък взаимодейства с магнезиев прах: 2Mg + SiO2 2MgO + Si.
Слайд 9
Силициевата киселина се получава чрез действието на киселини върху разтвори на нейните соли. В същото време се утаява под формата на желатинова утайка: Na2SiO3 + HCl 2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3
Слайд 10
Алотропни модификации на въглерода.
Въглеродът съществува в три алотропни модификации: диамант, графит и карбин.
Слайд 11
Графит.
Мекият графит има слоеста структура. Непрозрачен, сив с метален блясък. Провежда електричество доста добре поради наличието на подвижни електрони. Хлъзгав на допир. Един от най-меките сред твърдите. Фиг.2 Модел на графитна решетка.
Слайд 12
Диамант.
Диамантът е най-твърдото природно вещество. Диамантените кристали са високо ценени както като технически материал, така и като ценна декорация. Добре полираният диамант си е диамант. Пречупвайки лъчите на светлината, той блести с чисти, ярки цветове на дъгата. Най-големият диамант, намиран някога, тежи 602 g, има дължина 11 cm, ширина 5 cm и височина 6 cm. Този диамант е открит през 1905 г. и е наречен "Callian". Фиг. 1 Модел на диамантена решетка.
Слайд 13
Carbyne и Mirror Carbon.
Carbyne е наситен черен прах, осеян с по-големи частици. Карбинът е най-термодинамично стабилната форма на елементарен въглерод. Огледалният карбон има слоеста структура. Една от най-важните характеристики на огледалния въглерод (освен твърдостта, устойчивостта на високи температури и др.) е неговата биологична съвместимост с живите тъкани.
Слайд 14
Химични свойства.
Алкалите превръщат силиция в соли на силициева киселина с отделянето на водород: Si + 2KOH + H2O = K2Si03 + 2H2 Въглеродът и силицийът реагират с вода само при високи температури: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O = H2SiO3 + 2H2 Въглерод, за разлика от силицият взаимодейства директно с водорода: C + 2H2 = CH4
Слайд 15
Карбиди.
Съединения на въглерод с метали и други елементи, които са електроположителни спрямо въглерода, се наричат карбиди. Когато алуминиевият карбид взаимодейства с вода, се образува метан Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4 Когато калциевият карбид взаимодейства с вода, се образува ацетилен: CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2
Въведение
Глава 2. Химични съединения на въглерода
2.1 Кислородни производни на въглерода
2.1.1 Степен на окисление +2
2.1.2 Степен на окисление +4
2.3 Метални карбиди
2.3.1 Карбиди, разтворими във вода и разредени киселини
2.3.2 Карбиди, неразтворими във вода и разредени киселини
Глава 3. Силициеви съединения
3.1 Кислородни съединения на силиций
Библиография
Въведение
Химията е един от дяловете на естествените науки, чийто предмет на изучаване са химичните елементи (атоми), образуваните от тях прости и сложни вещества (молекули), техните превръщания и законите, на които се подчиняват тези превръщания.
По дефиниция D.I. Менделеев (1871), „химията в нейното съвременно състояние може да се нарече изучаване на елементите.“
Произходът на думата "химия" не е напълно ясен. Много изследователи смятат, че идва от древното име на Египет - Хемия (на гръцки Chemia, намерено у Плутарх), което произлиза от "хем" или "хаме" - черен и означава "наука за черната земя" (Египет), " Египетска наука“.
Съвременната химия е тясно свързана както с другите природни науки, така и с всички отрасли на народното стопанство.
Качествената особеност на химическата форма на движение на материята и нейните преходи в други форми на движение определя многостранността на химическата наука и нейните връзки с областите на знанието, които изучават както по-ниските, така и по-висшите форми на движение. Познаването на химическата форма на движение на материята обогатява общото учение за развитието на природата, еволюцията на материята във Вселената и допринася за формирането на цялостна материалистична картина на света. Контактът на химията с други науки поражда специфични области на тяхното взаимно проникване. По този начин областите на преход между химия и физика са представени от физическата химия и химическата физика. Между химията и биологията, химията и геологията възникнаха специални гранични области - геохимия, биохимия, биогеохимия, молекулярна биология. Най-важните закони на химията са формулирани на математически език, а теоретичната химия не може да се развива без математика. Химията оказва и продължава да влияе върху развитието на философията и самата тя е била и се влияе от нея.
Исторически са се развили два основни клона на химията: неорганична химия, която изучава предимно химичните елементи и образуваните от тях прости и сложни вещества (с изключение на въглеродните съединения), и органичната химия, чийто предмет е изучаването на въглеродните съединения с други елементи (органични вещества).
До края на 18 век термините „неорганична химия“ и „органична химия“ указват само от кое „царство“ на природата (минерал, растение или животно) са получени определени съединения. От 19 век. тези термини показват наличието или отсъствието на въглерод в дадено вещество. Тогава те придобиха ново, по-широко значение. Неорганичната химия влиза в контакт преди всичко с геохимията и след това с минералогията и геологията, т.е. с науките за неорганичната природа. Органичната химия е клон на химията, който изучава различни въглеродни съединения до най-сложните биополимерни вещества. Чрез органичната и биоорганичната химия химията граничи с биохимията и по-нататък с биологията, т.е. с съвкупността от науки за живата природа. На границата между неорганичната и органичната химия е областта на органоелементните съединения.
В химията постепенно се формират идеи за структурните нива на организация на материята. Усложнението на веществото, започвайки от най-ниското, атомно, преминава през етапите на молекулярни, макромолекулни или високомолекулни съединения (полимер), след това междумолекулни (комплекс, клатрат, катенан), накрая, различни макроструктури (кристал, мицел) до неопределени нестехиометрични образувания. Постепенно се появиха и обособиха съответните дисциплини: химия на сложните съединения, полимери, кристалохимия, изследване на дисперсни системи и повърхностни явления, сплави и др.
Изследването на химически обекти и явления чрез физични методи, установяването на модели на химични трансформации, основаващи се на общите принципи на физиката, лежи в основата на физическата химия. Тази област на химията включва редица до голяма степен независими дисциплини: химическа термодинамика, химическа кинетика, електрохимия, колоидна химия, квантова химия и изследване на структурата и свойствата на молекулите, йони, радикали, радиационна химия, фотохимия, изследвания на катализа , химични равновесия, разтвори и др. Аналитичната химия придобива самостоятелен характер , чиито методи се използват широко във всички области на химията и химическата промишленост. В областта на практическото приложение на химията възникват такива науки и научни дисциплини като химическата технология с нейните многобройни отрасли, металургията, селскостопанската химия, медицинската химия, съдебната химия и др.
Както бе споменато по-горе, химията изследва химичните елементи и веществата, които образуват, както и законите, които управляват тези трансформации. Един от тези аспекти (а именно химични съединения на основата на силиций и въглерод) ще бъдат разгледани от мен в тази работа.
Глава 1. Силиций и въглерод - химични елементи
1.1 Обща информация за въглерода и силиция
Въглерод (C) и силиций (Si) са членове на група IVA.
Въглеродът не е много често срещан елемент. Въпреки това значението му е огромно. Въглеродът е основата на живота на земята. Той е част от много често срещаните в природата карбонати (Ca, Zn, Mg, Fe и др.), съществува в атмосферата под формата на CO 2 и се намира под формата на естествени въглища (аморфен графит), масло и природен газ, както и прости вещества (диамант, графит).
Силицият е вторият най-разпространен елемент в земната кора (след кислорода). Ако въглеродът е основата на живота, то силицият е основата на земната кора. Намира се в голямо разнообразие от силикати (Фигура 4) и алумосиликати, пясък.
Аморфният силиций е кафяв прах. Последният лесно се получава в кристално състояние под формата на сиви твърди, но доста крехки кристали. Кристалният силиций е полупроводник.
Таблица 1. Общи химични данни за въглерод и силиций.
Модификация на въглерода, която е стабилна при обикновени температури, графит, е непрозрачна, сива, мазна маса. Диамантът е най-твърдото вещество на земята – безцветен и прозрачен. Кристалните структури на графит и диамант са показани на фиг. 1.
Фигура 1. Диамантена структура (a); графитна структура (b)
Въглеродът и силицийът имат свои специфични производни.
Таблица 2. Най-типичните производни на въглерода и силиция
1.2 Получаване, химични свойства и употреба на прости вещества
Силицият се получава чрез редукция на оксиди с въглерод; за да се получи особено чисто състояние след редукция, веществото се прехвърля в тетрахлорид и се редуцира отново (с водород). След това се разтопяват на слитъци и се подлагат на пречистване по метода на зоново топене. Метален слитък се нагрява в единия край, така че в него да се образува зона от разтопен метал. Когато зоната се премести в другия край на слитъка, примесът, разтварящ се в разтопения метал по-добре, отколкото в твърдия метал, се отстранява и по този начин металът се почиства.
Въглеродът е инертен, но при много високи температури (в аморфно състояние) той взаимодейства с повечето метали, за да образува твърди разтвори или карбиди (CaC 2, Fe 3 C и др.), Както и с много металоиди, например:
2C+ Ca = CaC 2, C + 3Fe = Fe 3 C,
Силицият е по-реактивен. Той реагира с флуор още при нормална температура: Si+2F 2 = SiF 4
Силицият също има много висок афинитет към кислорода:
Реакцията с хлор и сяра протича при около 500 K. При много високи температури силицият реагира с азот и въглерод:
Силицият не взаимодейства директно с водорода. Силицият се разтваря в основи:
Si+2NaOH+H20=Na2Si03+2H2.
Киселини, различни от флуороводородна киселина, нямат ефект върху него. Има реакция със СН
Si+6HF=H2+2H2.
Въглеродът в състава на различни въглища, нефт, природни (главно CH4), както и изкуствено произведени газове е най-важната горивна база на нашата планета
