Křemík je chemický prvek skupiny IV Periodické tabulky prvků D.I. Mendělejev. Objeven v roce 1811 J. Gay-Lusacem a L. Ternarem. Jeho sériové číslo je 14, atomová hmotnost je 28,08, atomový objem je 12,04 10 -6 m 3 /mol. Křemík je metaloid a patří do podskupiny uhlíku. Jeho kyslíková valence je +2 a +4. Pokud jde o hojnost v přírodě, křemík je na druhém místě po kyslíku. Jeho hmotnostní zlomek v zemské kůře je 27,6 %. Zemská kůra podle V.I. Vernadského, více než 97 % tvoří oxid křemičitý a silikáty. Kyslík a organické sloučeniny křemíku se nacházejí také v rostlinách a zvířatech.
Uměle vyrobený křemík může být buď amorfní nebo krystalický. Amorfní křemík je hnědý, jemně dispergovaný, vysoce hygroskopický prášek, podle dat rentgenové difrakce se skládá z drobných krystalů křemíku; Lze jej získat redukcí SiCl 4 parou zinku při vysokých teplotách.
Krystalický křemík má ocelově šedou barvu a kovový lesk. Hustota krystalického křemíku při 20 °C je 2,33 g/cm3, kapalného křemíku při 1723-2,51 a při 1903K - 2,445 g/cm3. Bod tání křemíku je 1690 K, bod varu - 3513 K. Podle údajů je tlak par křemíku při T = 2500÷4000 K popsán rovnicí log p Si = -20130/ T + 7,736, kPa. Teplo sublimace křemíku 452610, teplo tání 49790, vypařování 385020 J/mol.
Křemíkové polykrystaly se vyznačují vysokou tvrdostí (při 20°C HRC = 106). Křemík je však velmi křehký, proto má vysokou pevnost v tlaku (σ SZh B ≈690 MPa) a velmi nízkou pevnost v tahu (σ B ≈ 16,7 MPa).
Při pokojové teplotě je křemík inertní a reaguje pouze s fluorem za vzniku těkavého 81P4. Z kyselin reaguje pouze s kyselinou dusičnou ve směsi s kyselinou fluorovodíkovou. Křemík však poměrně snadno reaguje s alkáliemi. Jedna z jeho reakcí s alkáliemi
Si + NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2
používané k výrobě vodíku. Křemík přitom může tvořit velké množství chemicky silných sloučenin s nekovy. Z těchto sloučenin je třeba poznamenat halogenidy (od SiX 4 do Si n X 2n+2, kde X je halogen a n ≤ 25), jejich směsné sloučeniny SiCl 3 B, SiFCl 3 atd., oxychloridy Si 2 OCI3, Si302Cl3 a další nitridy Si 3 N 4, Si 2 N 3, SiN a hydridy s obecným vzorcem Si n H 2n+2 a ze sloučenin vyskytujících se při výrobě feroslitin - těkavé sulfidy SiS a SiS 2 a žáruvzdorný karbid SiC.
Křemík je také schopen produkovat sloučeniny s kovy - silicidy, z nichž nejvýznamnější jsou silicidy železa, chrómu, manganu, molybdenu, zirkonia, dále kovy vzácných zemin a alkalické kovy. Tato vlastnost křemíku - schopnost produkovat chemicky velmi silné sloučeniny a roztoky s kovy - je široce využívána při výrobě nízkouhlíkových feroslitin, dále při redukci nízkovroucích kovů alkalických zemin (Ca, Mg, Ba) a těžko redukovatelné kovy (Zr, Al atd.).
Slitiny křemíku se železem studoval P.V. Heldovi a jeho škole byla zvláštní pozornost věnována části systému Fe-Si týkající se slitin s vysokým obsahem. Je to dáno tím, že jak je patrné z Fe-Si diagramu (obrázek 1), dochází ve slitinách tohoto složení k řadě přeměn, které významně ovlivňují kvalitu ferosilicia různých jakostí. Disilicid FeSi 2 je tedy stabilní pouze při nízkých teplotách (< 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.
Při chlazení slitin obsahujících > 55,5 % Si, leboit při T< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции
Fe 2 Si 5 → FeSi 2 +Si (2)
a slitiny 33,86-50,07 % Si při T< 1255 К - по перитектоидной реакции
Fe 2 Si 5 + FeSi = 3 FeSi 2 (3)
Slitiny středního složení (50,15-55,5 % Si) nejprve procházejí peritektoidní (3) při 1255 K a poté eutektoidní (2) transformací při 1213 K. Tyto přeměny Fe 2 Si 5 podle reakcí (2) a (3) jsou doprovázeny změnami objemu silicidu. Tato změna je zvláště velká během reakce (2) - přibližně 14 %, proto slitiny obsahující leboit ztrácejí kontinuitu, praskají a dokonce se drolí. Při pomalé, rovnovážné krystalizaci (viz obrázek 1) se může uvolňovat leboit během krystalizace slitin FS75 i FS45.
Praskání spojené s eutektoidním rozkladem leboitu je však pouze jednou z příčin rozpadu. Druhý důvod, zřejmě hlavní, je ten, že tvorba trhlin podél hranic zrn vytváří příležitost pro kapaliny uvolňované podél těchto hranic – fosfor, arsen, sulfidy a karbidy hliníku atd. – reagovat se vzdušnou vlhkostí při reakcích, které výsledkem jsou H 2, PH 3, PH 4, AsH 4 atd. se uvolňují do atmosféry a v trhlinách jsou volné oxidy Al 2 O 3, SiO 2 a další sloučeniny, které je roztrhávají. Rozpadu slitin lze zabránit úpravou hořčíkem, legováním přísadami prvků, které zrno zušlechťují (V, Ti, Zg atd.) nebo jej činí plastičtějším. Zjemnění zrna snižuje koncentraci nečistot a jejich sloučenin na jejích hranicích a ovlivňuje vlastnosti slitin stejně jako obecný pokles koncentrace nečistot ve slitině (P, Al, Ca), které přispívají k rozpadu. Termodynamické vlastnosti slitin Fe-Si (směsné teplo, aktivita, rozpustnost uhlíku) byly podrobně studovány a lze je nalézt v pracích. Informace o rozpustnosti uhlíku ve slitinách Fe-Si jsou uvedeny na obrázku 2, o aktivitě křemíku - v tabulce 1.
Obrázek 1. — Stavový diagram systému Fe-Si
Fyzikálně-chemické vlastnosti sloučenin kyslíku a křemíku studoval P.V. Geld a jeho zaměstnanci. Navzdory důležitosti systému Si-O nebylo dosud sestrojeno jeho schéma. V současné době jsou známy dvě kyslíkaté sloučeniny křemíku - oxid křemičitý SiO 2 a monoxid SiO. V literatuře jsou také indicie o existenci dalších kyslíkatých sloučenin křemíku - Si 2 O 3 a Si 3 O 4, ale chybí informace o jejich chemických a fyzikálních vlastnostech.
V přírodě je křemík zastoupen pouze oxidem křemičitým SiO 2. Tato sloučenina křemíku se liší:
1) vysoká tvrdost (na Mohsově stupnici 7) a žáruvzdornost (T pl = 1996 K);
2) vysoký bod varu (T KIP = 3532 K). Tlak par oxidu křemičitého lze popsat rovnicemi (Pa):
3) vytvoření velkého počtu modifikací:
Charakteristickým rysem alotropních přeměn SiO 2 je, že jsou doprovázeny významnými změnami v hustotě a objemu látky, které mohou způsobit praskání a drcení horniny;
4) vysoký sklon k hypotermii. Proto je možné rychlým ochlazením zafixovat strukturu jak tekuté taveniny (skla), tak vysokoteplotních modifikací β-cristobalitu a tridymitu. Naopak rychlým ohřevem je možné roztavit křemen a obejít tridymitové a cristobalitové struktury. V tomto případě se teplota tání Si02 sníží přibližně o 100 °C;
5) vysoký elektrický odpor. Například při 293 K je to 1 10 12 Ohm*m. S rostoucí teplotou však elektrický odpor SiO 2 klesá a v kapalném stavu je oxid křemičitý dobrým vodičem;
6) vysoká viskozita. Při 2073 K je tedy viskozita 1104 Pa s a při 2273 K je 280 Pa s.
Ten poslední podle N.V. Solomin, se vysvětluje skutečností, že Si02, stejně jako organické polymery, je schopen tvořit řetězce, které se při 2073 K skládají ze 700 a při 2273 K - z 590 molekul Si02;
7) vysoká tepelná stabilita. Gibbsova energie tvorby SiO 2 z prvků, při zohlednění jejich agregovaného stavu v souladu s daty, je popsána s vysokou přesností rovnicemi: 
Tyto údaje, jak je vidět z tabulky 2, se poněkud liší od údajů autorů. Pro termodynamické výpočty lze také použít dvoučlenné rovnice:
Oxid křemičitý SiO byl objeven v roce 1895 Potterem v plynné fázi elektrických pecí. Nyní bylo spolehlivě zjištěno, že SiO existuje také v kondenzovaných fázích. Podle výzkumu P.V. Gelda, oxid má nízkou hustotu (2,15 g/cm 3) a vysoký elektrický odpor (10 5 -10 6 Ohm*m). Kondenzovaný oxid je křehký, jeho tvrdost na Mohsově stupnici je ~5 Vzhledem k vysoké těkavosti nebylo možné experimentálně určit teplotu tání. Podle O. Kubashevského se rovná 1875 K, podle Berezhného je to 1883 K. Skupenské teplo tání SiO je několikanásobně vyšší než ΔH 0 SiO2, podle údajů se rovná 50242 J/mol. Zřejmě je kvůli volatilitě přeceňován. Má sklovitý lom, jeho barva se mění od bílé po čokoládovou, což je pravděpodobně způsobeno jeho oxidací vzdušným kyslíkem. Čerstvý zlom SiO má obvykle hrachovitou barvu s mastným leskem. Oxid je termodynamicky stabilní pouze při vysokých teplotách ve formě SiO(G). Při ochlazení oxid disproporce podle reakce
2SiO (G) = SiO (L) + Si02 (6)
Bod varu SiO lze zhruba odhadnout z rovnice:
Plynný oxid křemíku je termodynamicky velmi stabilní. Gibbsovu energii jeho vzniku lze popsat rovnicemi (viz tabulka 2):
z čehož je zřejmé, že chemická pevnost SiO, stejně jako CO, roste s rostoucí teplotou, což z něj činí vynikající redukční činidlo pro mnoho látek.
Pro termodynamickou analýzu lze také použít dvoučlenné rovnice:
Složení plynů nad SiO 2 bylo odhadnuto I.S. Kulikov. V závislosti na teplotě je obsah SiO nad SiO 2 popsán rovnicemi:
Karbid křemíku, stejně jako SiO, je jednou z meziproduktů vznikajících při redukci Si02. Karbid má vysoký bod tání.
V závislosti na tlaku je odolný až do 3033-3103 K (obrázek 3). Při vysokých teplotách karbid křemíku sublimuje. Nicméně tlak par Si (G), Si 2 C (G), SiC 2 (G) nad karbidem při T< 2800К невелико, что следует из уравнения
Karbid existuje ve formě dvou modifikací - kubické nízkoteplotní β-SiC a hexagonální vysokoteplotní α-SiC. Ve feroslitinových pecích se obvykle nachází pouze β-SiC. Jak ukázaly výpočty využívající data, Gibbsova energie tvorby je popsána rovnicemi:
které se výrazně liší od údajů. Z těchto rovnic vyplývá, že karbid je tepelně odolný do 3194 K. Z hlediska fyzikálních vlastností se karbid vyznačuje vysokou tvrdostí (~ 10), vysokým elektrickým odporem (při 1273 K p≈0,13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m), zvýšená hustota (3,22 g /cm 3) a vysoká odolnost v redukční i oxidační atmosféře.
Čistý karbid je bezbarvý a má polovodičové vlastnosti, které jsou zachovány při vysokých teplotách. Technický karbid křemíku obsahuje nečistoty a je proto zbarven zeleně nebo černě. Zelený karbid tedy obsahuje 0,5-1,3 % nečistot (0,1-0,3 % C, 0,2-1,2 % Si + Si02, 0,05-0,20 % Fe203, 0,01-0,08 % Al203 atd.). Černý karbid má vyšší obsah nečistot (1-2 %).
Uhlík se používá jako redukční činidlo při výrobě křemíkových slitin. Je také hlavní látkou, ze které se vyrábějí elektrody a vyzdívky elektrických pecí, které taví křemík a jeho slitiny. Uhlík je v přírodě zcela běžný, jeho obsah v zemské kůře je 0,14 %. V přírodě se vyskytuje jak ve volném stavu, tak ve formě organických a anorganických sloučenin (hlavně uhličitanů).
Uhlík (grafit) má hexagonální kubickou mřížku. Hustota rentgenového záření grafitu je 2,666 g/cm3, pyknometrická - 2,253 g/cm3. Vyznačuje se vysokými body tání (~ 4000 °C) a body varu (~ 4200 °C), které se zvyšující se teplotou elektrický odpor (při 873 K p≈9,6 μOhm⋅m, při 2273 K p≈ 15,0 μOhm⋅m) , docela odolný. Jeho dočasný odpor na vousech může být 480-500 MPa. Elektrografit má však σ in = 3,4÷17,2 MPa. Tvrdost grafitu na Mohsově stupnici je ~ 1.
Uhlík je vynikající redukční činidlo. To je způsobeno tím, že síla jedné z jeho kyslíkatých sloučenin (CO) roste s rostoucí teplotou. To je zřejmé z Gibbsovy energie jeho vzniku, která, jak ukazují naše výpočty s použitím dat, je dobře popsána jako tříčlenná
a dvoučlenné rovnice:
Oxid uhličitý CO 2 je termodynamicky silný pouze do 1300 K. Gibbsova energie vzniku CO 2 je popsána rovnicemi:
Popis a vlastnosti křemíku
Křemík - prvek, čtvrtá skupina, třetí období v tabulce prvků. Atomové číslo 14. Silikonový vzorec- 3s2 3p2. Jako prvek byl definován v roce 1811 a v roce 1834 obdržel ruský název „křemík“ namísto předchozího „sicílie“. Taje při 1414 °C, vře při 2349 °C.
Podobá se molekulární strukturou, ale je pod ní v tvrdosti. Docela křehký, při zahřátí (nejméně 800º C) se stává plastickým. Průsvitný infračerveným zářením. Monokrystalický křemík má vlastnosti polovodiče. Podle některých vlastností atom křemíku podobná atomové struktuře uhlíku. Křemíkové elektrony mají stejné valenční číslo jako s uhlíkovou strukturou.
Dělníci vlastnosti křemíku závisí na obsahu určitého obsahu v něm. Křemík má různé typy vodivosti. Jedná se zejména o typy „děrové“ a „elektronické“. K získání prvního se do křemíku přidává bór. Pokud přidáte fosfor, křemík získává druhý typ vodivosti. Pokud se křemík zahřívá společně s jinými kovy, vznikají specifické sloučeniny zvané „silicidy“, například při reakci „ hořčíkový křemík«.
Křemík používaný pro potřeby elektroniky se primárně posuzuje podle vlastností jeho horních vrstev. Proto je třeba dbát konkrétně na jejich kvalitu, jelikož přímo ovlivňuje celkový výkon. Na nich závisí provoz vyráběného zařízení. Pro získání co nejpřijatelnějších vlastností horních vrstev křemíku jsou ošetřeny různými chemickými metodami nebo ozařovány.
Sloučenina "síra-křemík" tvoří sulfid křemíku, který snadno interaguje s vodou a kyslíkem. Při reakci s kyslíkem za teplotních podmínek nad 400 ° C se ukáže oxid křemičitý. Při stejné teplotě jsou možné reakce s chlorem a jódem a také s bromem, při kterých vznikají těkavé látky - tetrahalogenidy.
Nebude možné kombinovat křemík a vodík přímým kontaktem, k tomu existují nepřímé metody. Při 1000 °C je možná reakce s dusíkem a borem, výsledkem je nitrid a borid křemíku. Při stejné teplotě, spojením křemíku s uhlíkem, je možné vyrábět karbid křemíku, tzv. „karborundum“. Tato kompozice má pevnou strukturu, chemická aktivita je pomalá. Používá se jako brusivo.
Ve spojení s železo, křemík tvoří speciální směs, která umožňuje roztavení těchto prvků, čímž vzniká ferosilikonová keramika. Navíc je jeho bod tání mnohem nižší, než když se taví odděleně. Při teplotách nad 1200 °C dochází k tvorbě oxid křemičitý, také za určitých podmínek se ukazuje hydroxid křemičitý. Při leptání křemíku se používají alkalické roztoky na vodní bázi. Jejich teplota musí být alespoň 60 °C.
Ložiska a těžba křemíku
Prvek je druhý nejhojnější na planetě látka. Křemík tvoří téměř třetinu objemu zemské kůry. Běžnější je pouze kyslík. Vyjadřuje se převážně oxidem křemičitým, sloučeninou, která v podstatě obsahuje oxid křemičitý. Hlavními deriváty oxidu křemičitého jsou pazourek, různé písky, křemen a pole. Po nich přicházejí silikátové sloučeniny křemíku. Nativní je u křemíku vzácný jev.
Silikonové aplikace
Křemík, chemické vlastnosti který určuje rozsah jeho použití, se dělí na několik typů. Méně čistý křemík se používá pro metalurgické potřeby: například pro přísady do hliník, křemík aktivně mění své vlastnosti, dezoxidanty atd. Aktivně upravuje vlastnosti kovů jejich přidáváním sloučenina. Křemík slitiny je, měnící se prac vlastnosti, křemík Stačí velmi malé množství.
Ze surového křemíku se také vyrábějí kvalitnější deriváty, zejména mono a polykrystalický křemík a také organický křemík - jedná se o silikony a různé organické oleje. Své využití našel také ve výrobě cementu a sklářském průmyslu. Neobešel se bez něj ani cihlářský závod na výrobu porcelánu.
Křemík je součástí známého silikátového lepidla, které se používá při opravárenských pracích a dříve se používal pro kancelářské potřeby, dokud se neobjevily praktičtější náhrady. Některé pyrotechnické výrobky obsahují také křemík. Vodík lze z něj a jeho slitin železa vyrábět pod širým nebem.
K čemu se používá lepší kvalita? křemík? Desky Solární baterie také obsahují křemík, přirozeně netechnický. Pro tyto potřeby je vyžadován křemík ideální čistoty nebo alespoň technický křemík nejvyššího stupně čistoty.
Tzv "elektronický křemík" který obsahuje téměř 100% křemíku, má mnohem lepší výkon. Proto je preferován při výrobě ultrapřesných elektronických zařízení a složitých mikroobvodů. Jejich výroba vyžaduje vysoce kvalitní výrobu obvod, křemík za kterou by měla jít pouze nejvyšší kategorie. Provoz těchto zařízení závisí na tom, jak moc obsahuje křemík nežádoucí nečistoty.
Křemík zaujímá v přírodě důležité místo a většina živých bytostí ho neustále potřebuje. Pro ně jde o jakousi stavební skladbu, protože je nesmírně důležitá pro zdraví pohybového aparátu. Každý den člověk vstřebá až 1 g sloučeniny křemíku.
Může být křemík škodlivý?
Ano, z toho důvodu, že oxid křemičitý je extrémně náchylný k tvorbě prachu. Působí dráždivě na slizniční povrchy těla a může se aktivně hromadit v plicích a způsobovat silikózu. Pro tento účel je při výrobě související se zpracováním křemíkových prvků povinné použití respirátorů. Jejich přítomnost je zvláště důležitá, pokud jde o oxid křemičitý.
Cena křemíku
Jak víte, veškerá moderní elektronická technologie, od telekomunikací po výpočetní techniku, je založena na použití křemíku, využívajícího jeho polovodičové vlastnosti. Jeho další analogy se používají v mnohem menší míře. Jedinečné vlastnosti křemíku a jeho derivátů jsou ještě mnoho let bezkonkurenční. Navzdory poklesu cen v roce 2001 křemík, prodej rychle vrátil do normálu. A již v roce 2003 činil obchodní obrat 24 tisíc tun ročně.
Pro nejnovější technologie, které vyžadují téměř krystalovou čistotu křemíku, nejsou jeho technické analogy vhodné. A vzhledem k jeho složitému systému čištění se cena výrazně zvyšuje. Polykrystalický typ křemíku je běžnější; jeho monokrystalický prototyp je o něco méně žádaný. Přitom podíl křemíku používaného pro polovodiče zaujímá lví podíl na obchodním obratu.
Ceny produktů se liší v závislosti na čistotě a účelu křemík, koupit který může začínat od 10 centů za kg surových surovin a až 10 dolarů a více u „elektronického“ křemíku.
Stručný srovnávací popis prvků uhlík a křemík je uveden v tabulce 6.
Tabulka 6
Srovnávací charakteristiky uhlíku a křemíku
| Srovnávací kritéria | Uhlík – C | Křemík – Si |
| místo v periodické tabulce chemických prvků | , 2. období, IV skupina, hlavní podskupina | , 3. období, IV skupina, hlavní podskupina |
| elektronová konfigurace atomů |  |
|
| valenční možnosti | II – ve stacionárním stavu IV – v excitovaném stavu | |
| možné oxidační stavy |  , ,
, , ,
|  ,
|
| vyšší oxid | , kyselý | , kyselý |
| vyšší hydroxid | – slabá nestabilní kyselina | () nebo – slabá kyselina, má polymerní strukturu |
| vodíkové připojení | – metan (uhlovodík) | – silan, nestabilní |
Uhlík. Uhlíkový prvek se vyznačuje alotropií. Uhlík existuje ve formě těchto jednoduchých látek: diamant, grafit, karbyn, fulleren, z nichž pouze grafit je termodynamicky stabilní. Uhlí a saze lze považovat za amorfní odrůdy grafitu.
Grafit je žáruvzdorný, mírně těkavý, za běžných teplot chemicky inertní a je neprůhlednou, měkkou látkou, která slabě vede proud. Struktura grafitu je vrstvená.
Alamaz je extrémně tvrdá, chemicky inertní (do 900 °C) látka, nevede proud a špatně vede teplo. Struktura diamantu je čtyřstěnná (každý atom v čtyřstěnu je obklopen čtyřmi atomy atd.). Proto je diamant nejjednodušší polymer, jehož makromolekula se skládá pouze z atomů uhlíku.
Carbyne má lineární strukturu ( – karbyn, polyin) nebo ( – karbyn, polyen). Je to černý prášek a má polovodičové vlastnosti. Pod vlivem světla se zvyšuje elektrická vodivost karbynu a při teplotě 
karbyn se mění v grafit. Chemicky aktivnější než grafit. Byl syntetizován na počátku 60. let 20. století a později byl objeven v některých meteoritech.
Fulleren je alotropní modifikace uhlíku tvořená molekulami se strukturou „fotbalového“ typu. Byly syntetizovány molekuly a další fullereny. Všechny fullereny jsou uzavřené struktury atomů uhlíku v hybridním stavu. Nehybridizované vazebné elektrony jsou delokalizovány jako v aromatických sloučeninách. Fullerenové krystaly jsou molekulárního typu.
Křemík. Křemík není charakterizován vazbami a neexistuje v hybridním stavu. Proto existuje pouze jedna stabilní alotropní modifikace křemíku, jejíž krystalová mřížka je podobná jako u diamantu. Křemík je tvrdý (na Mohsově stupnici tvrdost je 7), žáruvzdorný ( 
), velmi křehká látka tmavě šedé barvy s kovovým leskem za standardních podmínek - polovodič. Chemická aktivita závisí na velikosti krystalů (velké krystalické jsou méně aktivní než amorfní).
Reaktivita uhlíku závisí na alotropní modifikaci. Uhlík ve formě diamantu a grafitu je značně inertní, odolný vůči kyselinám a zásadám, což umožňuje vyrábět z grafitu kelímky, elektrody atd. Uhlík vykazuje vyšší reaktivitu ve formě uhlí a sazí.
Krystalický křemík je dosti inertní v amorfní formě je aktivnější.
Hlavní typy reakcí odrážejících chemické vlastnosti uhlíku a křemíku jsou uvedeny v tabulce 7.
Tabulka 7
Základní chemické vlastnosti uhlíku a křemíku
| reakce s | uhlík | reakce s | křemík | ||
| jednoduché látky | kyslík |  | kyslík |  | |
| halogeny |  | halogeny |  | ||
| šedá |  | uhlík |  | ||
| vodík |  | vodík | nereaguje | ||
| kovy |  | kovy |  | ||
| komplexní látky | oxidy kovů |  | alkálie | ||
| vodní pára |  | kyseliny | nereaguje | ||
| kyseliny |
Cementovací materiály
Cementovací materiály – minerální nebo organické stavební materiály používané pro výrobu betonu, upevňování jednotlivých prvků stavebních konstrukcí, hydroizolace atd..
Minerální pojiva(MVM) – jemně mleté práškové materiály (cementy, sádra, vápno atd.), které po smíchání s vodou (v některých případech s roztoky solí, kyselin, zásad) tvoří plastickou zpracovatelnou hmotu, která ztvrdne do trvanlivého kamenného tělesa a spojí částice pevných agregátů a výztuže do monolitického celku.
K vytvrzení MVM dochází v důsledku procesů rozpouštění, tvorby přesyceného roztoku a koloidní hmoty; poslední z nich částečně nebo úplně krystalizuje.
Klasifikace MVM:
1. hydraulická pojiva:
Při smíchání s vodou (míchání) ztvrdnou a nadále si udržují nebo zvyšují svou pevnost ve vodě. Patří sem různé cementy a hydraulické vápno. Když hydraulické vápno tvrdne, CaO interaguje s vodou a oxidem uhličitým ve vzduchu a výsledný produkt krystalizuje. Používají se při výstavbě nadzemních, podzemních a vodních staveb vystavených stálému působení vody.
2. vzduchová pojiva:
Po smíchání s vodou ztvrdnou a svou pevnost si udrží pouze na vzduchu. Patří mezi ně vzdušněné vápno, sádrovec-anhydrit a magnéziová sycená pojiva.
3. kyselinovzdorná pojiva:
Skládají se převážně z kyselinovzdorného cementu obsahujícího jemně mletou směs křemenného písku a; Zpravidla jsou utěsněny vodnými roztoky křemičitanu sodného nebo draselného, při vystavení kyselinám si zachovávají svou pevnost po dlouhou dobu. Při kalení dochází k reakci. Používá se k výrobě kyselinovzdorných tmelů, malt a betonu při výstavbě chemických závodů.
4. Autoklávová vytvrzovací pojiva:
Skládají se z vápenato-křemičitých a vápenato-nefelinových pojiv (vápno, křemičitý písek, nefelinový kal) a tvrdnou při zpracování v autoklávu (6-10 hodin, tlak páry 0,9-1,3 MPa). Patří sem také písčité portlandské cementy a další pojiva na bázi vápna, popela a nízkoaktivních kalů. Používá se při výrobě silikátových betonových výrobků (bloky, vápenopískové cihly atd.).
5. Fosfátová pojiva:
Skládají se ze speciálních cementů; jsou utěsněny kyselinou fosforečnou, aby vytvořily plastickou hmotu, která postupně tvrdne do monolitického tělesa a zachovává si pevnost při teplotách nad 1000 °C. Obvykle se používají titanofosfátové, zinečnaté, aluminofosfátové a další cementy. Používá se pro výrobu žáruvzdorné výstelkové hmoty a tmelů pro vysokoteplotní ochranu kovových dílů a konstrukcí při výrobě žárobetonu atd.
Organická pojiva(OBM) – látky organického původu, které jsou schopny v důsledku polymerace nebo polykondenzace přejít z plastického stavu do pevného nebo nízkoplastického stavu.
Ve srovnání s MVM jsou méně křehké a mají větší pevnost v tahu. Patří sem produkty vzniklé při rafinaci ropy (asfalt, bitumen), produkty tepelného rozkladu dřeva (dehet), dále syntetické termosetové polyesterové, epoxidové, fenolformaldehydové pryskyřice. Používají se při stavbě silnic, mostů, podlah průmyslových prostor, válcovaných střešních materiálů, asfaltového polymerbetonu atd.
Snímek 2
Být v přírodě.
Mezi mnoha chemickými prvky, bez kterých je existence života na Zemi nemožná, je uhlík tím hlavním. Více než 99 % uhlíku v atmosféře je obsaženo ve formě oxidu uhličitého. Asi 97% uhlíku v oceánech existuje v rozpuštěné formě () a v litosféře - ve formě minerálů. Elementární uhlík je v atmosféře přítomen v malém množství ve formě grafitu a diamantu a v půdě ve formě dřevěného uhlí.
Snímek 3
Pozice v PSHE Obecná charakteristika prvků uhlíkové podskupiny.
Hlavní podskupinu skupiny IV Mendělejevovy periodické tabulky tvoří pět prvků - uhlík, křemík, germanium, cín a olovo. Vzhledem k tomu, že od uhlíku k vedení se poloměr atomu zvětšuje, velikost atomů se zvětšuje, schopnost vázat elektrony a následně nekovové vlastnosti slábnou a snadnost předávání elektronů se zvyšuje. .
Snímek 4
Elektronické inženýrství
V normálním stavu vykazují prvky této podskupiny valenci rovnou 2. Při přechodu do excitovaného stavu, doprovázeném přechodem jednoho z s - elektronů vnější vrstvy do volné buňky p - podúrovně téže úrovně, všechny elektrony vnější vrstvy se stanou nepárovými a valence se zvýší na 4.
Snímek 5
Výrobní metody: laboratorní a průmyslové.
Uhlík Nedokonalé spalování metanu: CH4 + O2 = C + 2H2O Oxid uhelnatý (II) V průmyslu: Oxid uhelnatý (II) se vyrábí ve speciálních pecích nazývaných generátory plynu jako výsledek dvou po sobě jdoucích reakcí. Ve spodní části vyvíječe plynu, kde je dostatek kyslíku, dochází k úplnému spalování uhlí a vzniká oxid uhelnatý (IV): C + O2 = CO2 + 402 kJ.
Snímek 6
Jak se oxid uhelnatý (IV) pohybuje zdola nahoru, přichází do kontaktu se žhavým uhlím: CO2 + C = CO – 175 kJ. Výsledný plyn se skládá z volného dusíku a oxidu uhelnatého (II). Tato směs se nazývá generátorový plyn. V plynových generátorech je někdy vodní pára vháněna přes žhavé uhlí: C + H2O = CO + H2 – Q, „CO + H2“ - vodní plyn. V laboratoři: Působení na kyselinu mravenčí s koncentrovanou kyselinou sírovou, která váže vodu: HCOOH H2O + CO.
Snímek 7
Oxid uhelnatý (IV) V průmyslu: Vedlejší produkt při výrobě vápna: CaCO3 CaO + CO2. V laboratoři: Při interakci kyselin s křídou nebo mramorem: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2+ H2O. Karbidy Karbidy se vyrábějí kalcinací kovů nebo jejich oxidů uhlím.
Snímek 8
Kyselina uhličitá se připravuje rozpuštěním oxidu uhelnatého (IV) ve vodě. Protože kyselina uhličitá je velmi nestabilní sloučenina, je tato reakce reverzibilní: CO2 + H2O H2CO3. Křemík V průmyslu: Při ohřevu směsi písku a uhlí: 2C + SiO2Si + 2CO. V laboratoři: Při interakci směsi čistého písku s hořčíkovým práškem: 2Mg + SiO2 2MgO + Si.
Snímek 9
Kyselina křemičitá se získává působením kyselin na roztoky jejích solí. Zároveň se vysráží ve formě želatinové sraženiny: Na2SiO3 + HCl 2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3
Snímek 10
Alotropní modifikace uhlíku.
Uhlík existuje ve třech alotropních modifikacích: diamant, grafit a karbyn.
Snímek 11
Grafit.
Měkký grafit má vrstvenou strukturu. Neprůhledné, šedé s kovovým leskem. Díky přítomnosti mobilních elektronů vede elektřinu docela dobře. Na dotek kluzké. Jedna z nejměkčích mezi pevnými látkami. Obr.2 Model grafitové mřížky.
Snímek 12
Diamant.
Diamant je nejtvrdší přírodní látka. Diamantové krystaly jsou vysoce ceněny jak jako technický materiál, tak i jako vzácná dekorace. Dobře vyleštěný diamant je diamant. Odráží paprsky světla a září čistými, jasnými barvami duhy. Největší nalezený diamant váží 602 g, má délku 11 cm, šířku 5 cm a výšku 6 cm. Tento diamant byl nalezen v roce 1905 a nese jméno „Callian“. Obr. 1 Model diamantové mřížky.
Snímek 13
Carbyne a Mirror Carbon.
Carbyne je sytě černý prášek protkaný většími částicemi. Carbyne je termodynamicky nejstabilnější forma elementárního uhlíku. Zrcadlový karbon má vrstvenou strukturu. Jednou z nejdůležitějších vlastností zrcadlového uhlíku (vedle tvrdosti, odolnosti vůči vysokým teplotám atd.) je jeho biologická kompatibilita s živými tkáněmi.
Snímek 14
Chemické vlastnosti.
Alkálie přeměňují křemík na soli kyseliny křemičité za uvolňování vodíku: Si + 2KOH + H2O = K2Si03 + 2H2 Uhlík a křemík reagují s vodou pouze za vysokých teplot: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O = H2SiO3 + 2H2 Uhlík, na rozdíl od křemík interaguje přímo s vodíkem: C + 2H2 = CH4
Snímek 15
Karbidy.
Sloučeniny uhlíku s kovy a dalšími prvky, které jsou vůči uhlíku elektropozitivní, se nazývají karbidy. Při interakci karbidu hliníku s vodou vzniká methan Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4 Při interakci karbidu vápníku s vodou vzniká acetylen: CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2
Úvod
Kapitola 2. Chemické sloučeniny uhlíku
2.1 Kyslíkaté deriváty uhlíku
2.1.1 Oxidační stav +2
2.1.2 Oxidační stav +4
2.3 Karbidy kovů
2.3.1 Karbidy rozpustné ve vodě a zředěných kyselinách
2.3.2 Karbidy nerozpustné ve vodě a zředěných kyselinách
Kapitola 3. Sloučeniny křemíku
3.1 Kyslíkaté sloučeniny křemíku
Bibliografie
Úvod
Chemie je jedním z přírodovědných oborů, jehož předmětem studia jsou chemické prvky (atomy), jednoduché a složité látky (molekuly), které tvoří, jejich přeměny a zákonitosti, kterým tyto přeměny podléhají.
Podle definice D.I. Mendělejev (1871), „chemii ve svém moderním stavu lze... nazvat studiem prvků“.
Původ slova „chemie“ není zcela jasný. Mnoho badatelů se domnívá, že pochází ze starověkého názvu Egypta – Chemia (řecky Chemia, nalezený v Plutarchovi), který je odvozen od „hem“ nebo „hame“ – černé a znamená „věda o černé zemi“ (Egypt), „ egyptská věda“.
Moderní chemie je úzce spjata jak s ostatními přírodními vědami, tak se všemi odvětvími národního hospodářství.
Kvalitativní rys chemické formy pohybu hmoty a jejích přechodů do jiných forem pohybu určuje všestrannost chemické vědy a její propojení s oblastmi poznání, které studují nižší i vyšší formy pohybu. Znalost chemické formy pohybu hmoty obohacuje obecné učení o vývoji přírody, vývoji hmoty ve Vesmíru a přispívá k utváření celistvého materialistického obrazu světa. Kontaktem chemie s jinými vědami vznikají specifické oblasti jejich vzájemného pronikání. Oblasti přechodu mezi chemií a fyzikou jsou tedy zastoupeny fyzikální chemií a chemickou fyzikou. Mezi chemií a biologií, chemií a geologií vznikly speciální hraniční oblasti - geochemie, biochemie, biogeochemie, molekulární biologie. Nejdůležitější zákony chemie jsou formulovány v matematickém jazyce a teoretická chemie se nemůže rozvíjet bez matematiky. Chemie měla a stále ovlivňuje vývoj filozofie a sama jí byla a je ovlivňována.
Historicky se vyvinula dvě hlavní odvětví chemie: anorganická chemie, která studuje především chemické prvky a jednoduché a složité látky, které tvoří (kromě sloučenin uhlíku), a organická chemie, jejímž předmětem je studium sloučenin uhlíku s jinými prvky. (organické látky).
Až do konce 18. století termíny „anorganická chemie“ a „organická chemie“ označovaly pouze to, z jaké „říše“ přírody (minerální, rostlinné nebo živočišné) byly určité sloučeniny získávány. Od 19. stol. tyto termíny začaly označovat přítomnost nebo nepřítomnost uhlíku v dané látce. Pak získaly nový, širší význam. Anorganická chemie přichází do styku především s geochemií a poté s mineralogií a geologií, tzn. s vědami o anorganické přírodě. Organická chemie je obor chemie, který studuje různé sloučeniny uhlíku až po nejsložitější biopolymerní látky. Přes organickou a bioorganickou chemii hraničí chemie s biochemií a dále s biologií, tzn. se souhrnem věd o živé přírodě. Na rozhraní mezi anorganickou a organickou chemií je obor organoprvkových sloučenin.
V chemii se postupně formovaly představy o strukturních úrovních organizace hmoty. Komplikace látky, počínaje nejnižší, atomovou, prochází fázemi molekulární, makromolekulární nebo vysokomolekulární sloučeniny (polymer), dále intermolekulární (komplex, klatrát, katenan), nakonec různé makrostruktury (krystal, micela) až po neurčité nestechiometrické útvary. Postupně vznikaly a izolovaly se odpovídající disciplíny: chemie komplexních sloučenin, polymerů, krystalochemie, studium disperzních systémů a povrchových jevů, slitin atd.
Základem fyzikální chemie je studium chemických objektů a jevů fyzikálními metodami, stanovení vzorců chemických přeměn, založené na obecných principech fyziky. Tato oblast chemie zahrnuje řadu převážně nezávislých disciplín: chemickou termodynamiku, chemickou kinetiku, elektrochemii, koloidní chemii, kvantovou chemii a studium struktury a vlastností molekul, iontů, radikálů, radiační chemii, fotochemii, studium katalýzy. , chemické rovnováhy, roztoky atd. Analytická chemie získala samostatný charakter , jejichž metody jsou široce používány ve všech oblastech chemie a chemického průmyslu. V oblastech praktické aplikace chemie vznikly vědy a vědní obory jako chemická technologie s mnoha jejími obory, hutnictví, zemědělská chemie, medicinální chemie, soudní chemie aj.
Jak bylo uvedeno výše, chemie zkoumá chemické prvky a látky, které tvoří, a také zákony, které tyto přeměny řídí. Jedním z těchto aspektů (a to chemické sloučeniny na bázi křemíku a uhlíku) se budu v této práci zabývat.
Kapitola 1. Křemík a uhlík - chemické prvky
1.1 Obecné informace o uhlíku a křemíku
Uhlík (C) a křemík (Si) jsou členy skupiny IVA.
Uhlík není příliš častým prvkem. Navzdory tomu je jeho význam obrovský. Uhlík je základem života na Zemi. Je součástí uhličitanů, které jsou v přírodě velmi rozšířené (Ca, Zn, Mg, Fe atd.), v atmosféře se vyskytuje ve formě CO 2 a nachází se ve formě přírodního uhlí (amorfní grafit), ropy a zemní plyn, stejně jako jednoduché látky (diamant, grafit).
Křemík je druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře (po kyslíku). Jestliže je uhlík základem života, pak je základem zemské kůry křemík. Nachází se v obrovském množství křemičitanů (obrázek 4) a hlinitokřemičitanech, písku.
Amorfní křemík je hnědý prášek. Ten lze snadno získat v krystalickém stavu ve formě šedých tvrdých, ale spíše křehkých krystalů. Krystalický křemík je polovodič.
Tabulka 1. Obecné chemické údaje o uhlíku a křemíku.
Modifikace uhlíku, která je stabilní za běžných teplot, grafit, je neprůhledná, šedá, mastná hmota. Diamant je nejtvrdší látka na zemi - bezbarvá a průhledná. Krystalové struktury grafitu a diamantu jsou na obr. 1.
Obrázek 1. Diamantová struktura (a); grafitová struktura (b)
Uhlík a křemík mají své specifické deriváty.
Tabulka 2. Nejtypičtější deriváty uhlíku a křemíku
1.2 Příprava, chemické vlastnosti a použití jednoduchých látek
Křemík se získává redukcí oxidů uhlíkem; pro získání zvláště čistého stavu po redukci se látka převede na tetrachlorid a znovu se redukuje (vodíkem). Poté se roztaví na ingoty a podrobí čištění metodou zónového tavení. Kovový ingot se na jednom konci zahřívá tak, že se v něm vytvoří zóna roztaveného kovu. Když se zóna přesune na druhý konec ingotu, odstraní se nečistota, rozpouštějící se v roztaveném kovu lépe než v pevném kovu, a tím se kov vyčistí.
Uhlík je inertní, ale při velmi vysokých teplotách (v amorfním stavu) interaguje s většinou kovů za vzniku pevných roztoků nebo karbidů (CaC 2, Fe 3 C atd.), jakož i s mnoha metaloidy, například:
2C+ Ca = CaC2, C + 3Fe = Fe3C,
Křemík je reaktivnější. S fluorem reaguje již při běžné teplotě: Si+2F 2 = SiF 4
Křemík má také velmi vysokou afinitu ke kyslíku:
Reakce s chlorem a sírou probíhá asi při 500 K. Při velmi vysokých teplotách reaguje křemík s dusíkem a uhlíkem:
Křemík neinteraguje přímo s vodíkem. Křemík se rozpouští v alkáliích:
Si+2NaOH+H20=Na2Si03+2H2.
Jiné kyseliny než kyselina fluorovodíková na něj nemají žádný vliv. Dochází k reakci s HF
Si+6HF=H2+2H2.
Uhlík ve složení různého uhlí, ropy, přírodních (hlavně CH4) i uměle vyrobených plynů je nejdůležitější palivovou základnou naší planety
