Silicis yra periodinės elementų lentelės D.I IV grupės cheminis elementas. Mendelejevas. J. Gay-Lusac ir L. Ternar atrado 1811 m. Jo eilės numeris 14, atominė masė 28,08, atominis tūris 12,04 10 -6 m 3 /mol. Silicis yra metaloidas ir priklauso anglies pogrupiui. Jo deguonies valentas yra +2 ir +4. Pagal gausą gamtoje silicis nusileidžia tik deguoniui. Jo masės dalis žemės plutoje yra 27,6%. Žemės pluta, pasak V.I. Vernadsky, daugiau nei 97% sudaro silicio dioksidas ir silikatai. Deguonies ir organinių silicio junginių taip pat yra augaluose ir gyvūnuose.
Dirbtinai pagamintas silicis gali būti amorfinis arba kristalinis. Amorfinis silicis yra rudi, smulkiai dispersiniai, labai higroskopiški milteliai, remiantis rentgeno spindulių difrakcijos duomenimis, susideda iš mažyčių silicio kristalų. Jį galima gauti redukuojant SiCl 4 cinko garais aukštoje temperatūroje.
Kristalinis silicis turi plieno pilką spalvą ir metalinį blizgesį. Kristalinio silicio tankis 20°C temperatūroje yra 2,33 g/cm3, skysto silicio – 1723-2,51, o 1903K – 2,445 g/cm3. Silicio lydymosi temperatūra 1690 K, virimo temperatūra - 3513 K. Remiantis duomenimis, silicio garų slėgis esant T = 2500÷4000 K apibūdinamas lygtimi log p Si = -20130/ T + 7,736, kPa. Silicio sublimacijos šiluma 452610, lydymosi šiluma 49790, išgarinimo 385020 J/mol.
Silicio polikristalai pasižymi dideliu kietumu (esant 20°C HRC = 106). Tačiau silicis yra labai trapus, todėl pasižymi dideliu gniuždymo stipriu (σ SZh B ≈690 MPa) ir labai mažu atsparumu tempimui (σ B ≈ 16,7 MPa).
Kambario temperatūroje silicis yra inertiškas ir reaguoja tik su fluoru, sudarydamas lakiąjį 81P4. Iš rūgščių jis reaguoja tik su azoto rūgštimi mišinyje su vandenilio fluorido rūgštimi. Tačiau silicis gana lengvai reaguoja su šarmais. Viena iš jo reakcijų su šarmais
Si + NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
naudojamas vandeniliui gaminti. Tuo pačiu metu silicis gali sudaryti daugybę chemiškai stiprių junginių su nemetalais. Iš šių junginių būtina pažymėti halogenidus (nuo SiX 4 iki Si n X 2n+2, kur X yra halogenas ir n ≤ 25), jų mišrius junginius SiCl 3 B, SiFCl 3 ir kt., oksichloridus Si 2 OCl 3, Si 3 O2Cl3 ir kiti, nitridai Si 3 N 4, Si 2 N 3, SiN ir hidridai, kurių bendra formulė Si n H 2n+2, o tarp junginių, aptinkamų gaminant ferolydinius - lakieji sulfidai SiS ir SiS 2 bei ugniai atsparus karbidas SiC.
Silicis taip pat gali gaminti junginius su metalais – silicidus, iš kurių svarbiausi yra geležies, chromo, mangano, molibdeno, cirkonio, taip pat retųjų žemių metalų ir šarminių metalų silicidai. Ši silicio savybė – gebėjimas gaminti chemiškai labai stiprius junginius ir tirpalus su metalais – plačiai naudojama gaminant mažai anglies turinčius ferolydinius, taip pat redukuojant žemos temperatūros šarminių žemių (Ca, Mg, Ba) ir sunkiai redukuojami metalai (Zr, Al ir kt.).
Silicio lydinius su geležimi tyrė P.V. Held ir jo mokykla ypatingas dėmesys buvo skiriamas Fe-Si sistemos daliai, susijusiai su lydiniais, kurių sudėtyje yra didelis kiekis. Taip yra dėl to, kad, kaip matyti iš Fe-Si diagramos (1 pav.), šios sudėties lydiniuose įvyksta nemažai transformacijų, kurios daro didelę įtaką įvairių rūšių ferosilicio kokybei. Taigi FeSi 2 disilicidas yra stabilus tik žemoje temperatūroje (< 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.
Aušinant lydinius, kuriuose yra > 55,5% Si, leboitas esant T< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции
Fe 2 Si 5 → FeSi 2 + Si (2)
ir lydiniai 33,86-50,07% Si ties T< 1255 К - по перитектоидной реакции
Fe 2 Si 5 + FeSi = 3 FeSi 2 (3)
Tarpinės sudėties lydiniai (50,15–55,5 % Si) pirmiausia pereina peritektoidą (3) 1255 K temperatūroje, o paskui eutektoidinį (2) virsmą 1213 K temperatūroje. Šias Fe 2 Si 5 transformacijas pagal (2) ir (3) reakcijas lydi silicido tūrio pokyčiai. Šis pokytis ypač didelis vykstant reakcijai (2) – apie 14%, todėl lydiniai, kuriuose yra leboito, praranda tęstinumą, trūkinėja ir net trupa. Esant lėtai pusiausvyrinei kristalizacijai (žr. 1 pav.), leboitas gali išsiskirti kristalizacijos metu tiek FS75, tiek FS45 lydiniams.
Tačiau įtrūkimai, susiję su eutektoidiniu leboito skilimu, yra tik viena iš irimo priežasčių. Antroji priežastis, matyt, pagrindinė, yra ta, kad susidarius plyšiams išilgai grūdelių ribos, atsiranda galimybė palei šias ribas išsiskiriantiems skysčiams – fosforui, arsenui, aliuminio sulfidams ir karbidams ir kt. – reaguoti su oro drėgme reakcijose, kurios Dėl to į atmosferą patenka H 2, PH 3, PH 4, AsH 4 ir kt., o plyšiuose yra birių oksidų Al 2 O 3, SiO 2 ir kitų juos susprogdančių junginių. Lydinių irimo galima išvengti modifikuojant juos magniu, legiruojant su grūdelį išgryninančių (V, Ti, Zg ir kt.) elementų priedais arba padarant jį plastiškesnį. Grūdų rafinavimas sumažina priemaišų ir jų junginių koncentraciją jos ribose ir įtakoja lydinių savybes taip pat, kaip bendrai sumažėjus priemaišų koncentracijai lydinyje (P, Al, Ca), kurios prisideda prie irimo. Fe-Si lydinių termodinaminės savybės (maišymosi šiluma, aktyvumas, anglies tirpumas) buvo išsamiai ištirtos ir jas galima rasti darbuose. Informacija apie anglies tirpumą Fe-Si lydiniuose pateikta 2 paveiksle, apie silicio aktyvumą – 1 lentelėje.
1 pav. – Fe-Si sistemos būsenos diagrama
Deguonies silicio junginių fizikines ir chemines savybes tyrė P.V. Geldas ir jo darbuotojai. Nepaisant Si-O sistemos svarbos, jos diagrama dar nebuvo sukonstruota. Šiuo metu yra žinomi du silicio deguonies junginiai – silicio dioksidas SiO 2 ir monoksidas SiO. Literatūroje taip pat yra nuorodų apie kitų silicio deguonies junginių – Si 2 O 3 ir Si 3 O 4 egzistavimą, tačiau informacijos apie jų chemines ir fizines savybes nėra.
Gamtoje silicį atstovauja tik silicio dioksidas SiO 2. Šis silicio junginys skiriasi:
1) didelis kietumas (pagal Moso skalę 7) ir atsparumas ugniai (T pl = 1996 K);
2) aukšta virimo temperatūra (T KIP = 3532 K). Silicio dioksido garų slėgį galima apibūdinti lygtimis (Pa):
3) daugybės modifikacijų formavimas:
SiO 2 alotropinių virsmų ypatybė yra ta, kad jas lydi reikšmingi medžiagos tankio ir tūrio pokyčiai, dėl kurių uoliena gali įtrūkti ir susmulkinti;
4) didelis polinkis į hipotermiją. Todėl dėl greito aušinimo galima fiksuoti tiek skysto lydalo (stiklo), tiek aukštos temperatūros β-kristobalito ir tridimito modifikacijų struktūrą. Priešingai, greitai kaitinant galima išlydyti kvarcą, apeinant tridimito ir kristobalito struktūras. Šiuo atveju SiO 2 lydymosi temperatūra sumažėja maždaug 100 °C;
5) didelė elektrinė varža. Pavyzdžiui, esant 293 K, jis yra 1 10 12 omų * m. Tačiau kylant temperatūrai SiO 2 elektrinė varža mažėja, o skystoje būsenoje silicio dioksidas yra geras laidininkas;
6) didelis klampumas. Taigi, esant 2073 K, klampumas yra 1 10 4 Pa s, o esant 2273 K - 280 Pa s.
Pastarasis, pasak N.V. Solominas paaiškinamas tuo, kad SiO 2, kaip ir organiniai polimerai, gali sudaryti grandines, kurios 2073 K temperatūroje susideda iš 700, o esant 2273 K – iš 590 SiO 2 molekulių;
7) didelis terminis stabilumas. SiO 2 susidarymo iš elementų Gibso energija, atsižvelgiant į jų bendrą būseną pagal duomenis, labai tiksliai apibūdinama lygtimis: 
Šie duomenys, kaip matyti iš 2 lentelės, šiek tiek skiriasi nuo autorių duomenų. Termodinaminiams skaičiavimams taip pat gali būti naudojamos dviejų terminų lygtys:
Silicio monoksidą SiO 1895 m. atrado Poteris elektrinių krosnių dujinėje fazėje. Dabar patikimai nustatyta, kad SiO taip pat egzistuoja kondensuotose fazėse. Remiantis P.V. Gelda, oksidas turi mažą tankį (2,15 g/cm 3) ir didelę elektrinę varžą (10 5 -10 6 Ohm*m). Kondensuotas oksidas yra trapus, jo kietumas pagal Moso skalę yra ~5 Dėl didelio lakumo lydymosi temperatūros eksperimentiškai nustatyti nepavyko. Pagal O. Kubaševskį ji lygi 1875 K, pagal Berežnį – 1883 K. SiO lydymosi šiluma kelis kartus didesnė nei ΔH 0 SiO2, pagal duomenis lygi 50242 J/mol. Matyt, dėl nepastovumo jis yra pervertintas. Jis turi stiklinį įtrūkimą, jo spalva svyruoja nuo baltos iki šokolado, tikriausiai dėl jo oksidacijos atmosferos deguonimi. Šviežias SiO lūžis paprastai būna žirnio spalvos ir riebaus blizgesio. Oksidas yra termodinamiškai stabilus tik esant aukštai temperatūrai SiO(G) pavidalu. Atvėsus, oksidas neproporcingas pagal reakciją
2SiO (G) = SiO (L) + SiO 2 (6)
SiO virimo temperatūra gali būti apytiksliai įvertinta pagal lygtį:
Silicio oksido dujos yra termodinamiškai labai stabilios. Jo susidarymo Gibso energiją galima apibūdinti lygtimis (žr. 2 lentelę):
iš kurių aišku, kad SiO, kaip ir CO, cheminis stiprumas didėja didėjant temperatūrai, todėl jis yra puikus daugelio medžiagų reduktorius.
Termodinaminei analizei taip pat gali būti naudojamos dviejų terminų lygtys:
Dujų sudėtis virš SiO 2 buvo įvertinta I.S. Kulikovas. Priklausomai nuo temperatūros, SiO kiekis virš SiO 2 apibūdinamas lygtimis:
Silicio karbidas, kaip ir SiO, yra vienas iš tarpinių junginių, susidarančių redukuojant SiO 2. Karbidas turi aukštą lydymosi temperatūrą.
Priklausomai nuo slėgio, jis yra atsparus iki 3033-3103 K (3 pav.). Esant aukštai temperatūrai, silicio karbidas sublimuoja. Tačiau Si (G), Si 2 C (G), SiC 2 (G) garų slėgis virš karbido ties T< 2800К невелико, что следует из уравнения
Karbidas egzistuoja dviejų modifikacijų pavidalu – kubinis žemos temperatūros β-SiC ir šešiakampis aukštos temperatūros α-SiC. Geležiedinių krosnyse dažniausiai randama tik β-SiC. Kaip parodė skaičiavimai naudojant duomenis, Gibso susidarymo energija apibūdinama lygtimis:
kurie labai skiriasi nuo duomenų. Iš šių lygčių seka, kad karbidas yra atsparus karščiui iki 3194 K. Kalbant apie fizines savybes, karbidas išsiskiria dideliu kietumu (~ 10), didele elektrine varža (esant 1273 K p≈0,13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m), padidėjęs tankis (3,22 g /cm 3) ir didelis atsparumas tiek redukuojančioje, tiek oksiduojančioje atmosferoje.
Grynas karbidas yra bespalvis ir turi puslaidininkių savybių, kurios išlieka aukštoje temperatūroje. Techniniame silicio karbide yra priemaišų, todėl jis yra žalios arba juodos spalvos. Taigi žaliame karbide yra 0,5-1,3 % priemaišų (0,1-0,3 % C, 0,2-1,2 % Si + SiO 2, 0,05-0,20 % Fe 2 O 3, 0,01-0,08 % Al 2 O 3 ir kt.). Juodas karbidas turi didesnį priemaišų kiekį (1-2%).
Anglis naudojama kaip reduktorius silicio lydinių gamyboje. Tai taip pat pagrindinė medžiaga, iš kurios gaminami elektrodai ir elektrinių krosnių pamušalai, lydantys silicį ir jo lydinius. Anglis gamtoje gana paplitusi, jos kiekis žemės plutoje – 0,14 proc. Gamtoje jis randamas tiek laisvos, tiek organinių ir neorganinių junginių (daugiausia karbonatų) pavidalu.
Anglis (grafitas) turi šešiakampę kubinę gardelę. Grafito rentgeno tankis yra 2,666 g/cm3, piknometrinis - 2,253 g/cm3. Jam būdinga aukšta lydymosi temperatūra (~ 4000 °C) ir virimo temperatūra (~ 4200 °C), didėjant temperatūros elektrinei varžai (esant 873 K p≈9,6 μOhm⋅m, esant 2273 K p≈ 15,0 μOhm⋅m) , gana patvarus. Jo laikinas atsparumas ūsams gali būti 480-500 MPa. Tačiau elektrodo grafito σ in = 3,4÷17,2 MPa. Grafito kietumas pagal Moso skalę yra ~ 1.
Anglis yra puiki reduktorius. Taip yra dėl to, kad vieno iš jo deguonies junginių (CO) stiprumas didėja didėjant temperatūrai. Tai matyti iš jo susidarymo Gibso energijos, kuri, kaip rodo mūsų skaičiavimai naudojant duomenis, yra gerai apibūdinama kaip trijų terminų
ir dvinarės lygtys:
Anglies dioksidas CO 2 termodinamiškai stiprus tik iki 1300 K. CO 2 susidarymo Gibso energija apibūdinama lygtimis:
Silicio aprašymas ir savybės
Silicis – elementas, ketvirta grupė, trečiasis laikotarpis elementų lentelėje. Atominis numeris 14. Silicio formulė- 3s2 3p2. Jis buvo apibrėžtas kaip elementas 1811 m., o 1834 m. vietoj ankstesnio „Sicilija“ gavo rusišką pavadinimą „silicis“. Lydosi 1414ºC temperatūroje, verda 2349ºC temperatūroje.
Jis primena molekulinę struktūrą, bet yra prastesnis už ją kietumu. Gana trapus, kaitinant (mažiausiai 800ºC) tampa plastiškas. Permatomas su infraraudonaisiais spinduliais. Monokristalinis silicis turi puslaidininkių savybių. Pagal kai kurias savybes silicio atomas panaši į anglies atominę struktūrą. Silicio elektronai turi tokį patį valentinį skaičių kaip ir anglies struktūra.
Darbininkai silicio savybės priklauso nuo tam tikro joje esančio turinio turinio. Silicis turi skirtingus laidumo tipus. Visų pirma, tai yra "skylė" ir "elektroniniai" tipai. Norint gauti pirmąjį, į silicį pridedama boro. Jei pridėsite fosforas, silicisįgyja antrojo tipo laidumą. Kai silicis kaitinamas kartu su kitais metalais, susidaro specifiniai junginiai, vadinami „silicidais“, pavyzdžiui, vykstant reakcijai „ magnio silicio«.
Elektronikos reikmėms naudojamas silicis visų pirma vertinamas pagal jo viršutinių sluoksnių charakteristikas. Todėl būtina atkreipti ypatingą dėmesį į jų kokybę, nes tai tiesiogiai veikia bendrą našumą. Nuo jų priklauso pagaminto įrenginio veikimas. Norint gauti priimtiniausias viršutinių silicio sluoksnių charakteristikas, jie apdorojami įvairiais cheminiais metodais arba apšvitinami.
Junginys "siera-silicis" sudaro silicio sulfidą, kuris lengvai sąveikauja su vandeniu ir deguonimi. Reaguojant su deguonimi, esant aukštesnei nei 400º C temperatūrai, paaiškėja silicio dioksidas. Esant tokiai pat temperatūrai, galimos reakcijos su chloru ir jodu, taip pat su bromu, kurių metu susidaro lakiosios medžiagos – tetrahalogenidai.
Tiesioginio kontakto būdu silicio ir vandenilio nebus įmanoma sujungti, tam yra netiesioginiai metodai. Esant 1000 ºC temperatūrai galima reakcija su azotu ir boru, todėl susidaro silicio nitridas ir boridas. Esant tokiai pat temperatūrai, silicį sujungus su anglimi, galima gaminti silicio karbidas, vadinamasis „karborundas“. Ši kompozicija turi tvirtą struktūrą, cheminis aktyvumas yra vangus. Naudojamas kaip abrazyvas.
Ryšium su geležis, silicis sudaro specialų mišinį, todėl šie elementai gali ištirpti, todėl gaunama ferosilicio keramika. Be to, jo lydymosi temperatūra yra daug mažesnė nei tuo atveju, jei jie lydomi atskirai. Esant aukštesnei nei 1200ºC temperatūrai, susidaro silicio oksidas, taip pat tam tikromis sąlygomis paaiškėja silicio hidroksidas. Odinant silicį, naudojami šarminiai vandens tirpalai. Jų temperatūra turi būti ne žemesnė kaip 60ºC.
Silicio telkiniai ir kasyba
Elementas yra antras pagal gausumą planetoje medžiaga. Silicis sudaro beveik trečdalį žemės plutos tūrio. Dažniau pasitaiko tik deguonies. Jį daugiausia išreiškia silicio dioksidas, junginys, kuriame iš esmės yra silicio dioksido. Pagrindiniai silicio dioksido dariniai yra titnagas, įvairūs smėliai, kvarcas ir laukas. Po jų atsiranda silicio silikatiniai junginiai. Gimtumas siliciui yra retas reiškinys.
Silicio programos
Silicis, cheminės savybės kuri nulemia jos taikymo sritį, skirstoma į keletą tipų. Mažiau grynas silicis naudojamas metalurgijos reikmėms: pavyzdžiui, priedams aliuminis, silicis aktyviai keičia savo savybes, deoksidatorius ir kt. Jis aktyviai keičia metalų savybes, pridėdamas jų junginys. Silicis juos legiruoja, pakeičia darbinę charakteristikos, silicis Pakanka labai mažo kiekio.
Taip pat iš neapdoroto silicio gaminami aukštesnės kokybės dariniai, ypač iš monokristalinio ir polikristalinio silicio, taip pat iš organinio silicio – tai silikonai ir įvairios organinės alyvos. Jis taip pat buvo naudojamas cemento gamybos ir stiklo pramonėje. Be jo neaplenkė ir porcelianą gaminančios gamyklos.
Silicis yra gerai žinomų silikatinių klijų dalis, naudojama remonto darbams, o anksčiau buvo naudojama biuro reikmėms, kol neatsirasdavo praktiškesnių pakaitalų. Kai kuriuose pirotechnikos gaminiuose taip pat yra silicio. Iš jo ir jo geležies lydinių atvirame ore galima gaminti vandenilį.
Kam naudojama geresnė kokybė? silicio? Plokštės Saulės baterijose taip pat yra silicio, natūraliai netechninio. Šiems poreikiams reikia idealaus grynumo silicio arba bent jau aukščiausio grynumo techninio silicio.
Vadinamasis "elektroninis silicis" kuriame yra beveik 100% silicio, pasižymi daug geresnėmis savybėmis. Todėl jis yra pageidaujamas gaminant itin tikslius elektroninius prietaisus ir sudėtingas mikroschemas. Jų gamybai reikalinga aukštos kokybės produkcija grandinė, silicis kuriems turėtų būti skirta tik aukščiausia kategorija. Šių įrenginių veikimas priklauso nuo to, kiek sudėtyje yra silicio nepageidaujamų priemaišų.
Silicis gamtoje užima svarbią vietą, o daugumai gyvų būtybių jo nuolat reikia. Jiems tai yra savotiškas statybinis junginys, nes jis nepaprastai svarbus raumenų ir kaulų sistemos sveikatai. Kasdien žmogus pasisavina iki 1 g silicio junginiai.
Ar silicis gali būti kenksmingas?
Taip, dėl to, kad silicio dioksidas yra labai linkęs susidaryti dulkėms. Jis dirgina gleivines kūno paviršius ir gali aktyviai kauptis plaučiuose, sukeldamas silikozę. Šiuo tikslu gamyboje, susijusioje su silicio elementų apdirbimu, respiratorių naudojimas yra privalomas. Jų buvimas ypač svarbus, kai kalbama apie silicio monoksidą.
Silicio kaina
Kaip žinote, visos šiuolaikinės elektroninės technologijos, nuo telekomunikacijų iki kompiuterinių technologijų, yra pagrįstos silicio naudojimu, naudojant jo puslaidininkines savybes. Kiti jo analogai naudojami daug rečiau. Unikalios silicio ir jo darinių savybės vis dar neprilygstamos daugelį metų. Nepaisant kainų mažėjimo 2001 m silicis, pardavimas greitai grįžo į normalią būseną. O jau 2003 metais prekybos apyvarta siekė 24 tūkst. tonų per metus.
Naujausioms technologijoms, kurioms reikalingas beveik kristalinis silicio grynumas, jo techniniai analogai netinka. O dėl sudėtingos valymo sistemos kaina gerokai išauga. Polikristalinis silicio tipas yra labiau paplitęs, jo monokristalinis prototipas yra šiek tiek mažiau paklausus. Tuo pačiu metu puslaidininkiams naudojamo silicio dalis užima liūto dalį prekybos apyvartos.
Produktų kainos skiriasi priklausomai nuo grynumo ir paskirties silicio, pirkite kuris gali prasidėti nuo 10 centų už kg neapdorotų žaliavų ir iki 10 USD ir daugiau už „elektroninį“ silicį.
Trumpas lyginamasis anglies ir silicio elementų aprašymas pateiktas 6 lentelėje.
6 lentelė
Anglies ir silicio lyginamosios charakteristikos
| Palyginimo kriterijai | Anglis – C | Silicis – Si |
| padėtis periodinėje cheminių elementų lentelėje | , II laikotarpis, IV grupė, pagrindinis pogrupis | , 3 periodas, IV grupė, pagrindinis pogrupis |
| atomų elektroninė konfigūracija |  |
|
| valentingumo galimybės | II – nejudančioje būsenoje IV – susijaudinimo būsenoje | |
| galimos oksidacijos būsenos |  , ,
, , ,
|  ,
|
| didesnis oksidas | , rūgštus | , rūgštus |
| didesnis hidroksidas | – silpna nestabili rūgštis | () arba – silpna rūgštis, turi polimerinę struktūrą |
| vandenilio jungtis | - metanas (angliavandenilis) | – silanas, nestabilus |
Anglies. Anglies elementui būdinga alotropija. Anglis egzistuoja šių paprastų medžiagų pavidalu: deimantas, grafitas, karbinas, fullerenas, iš kurių tik grafitas yra termodinamiškai stabilus. Anglis ir suodžiai gali būti laikomi amorfinėmis grafito atmainomis.
Grafitas yra ugniai atsparus, šiek tiek lakus, chemiškai inertiškas įprastoje temperatūroje ir yra nepermatoma, minkšta medžiaga, kuri silpnai laidi srovę. Grafito struktūra yra sluoksniuota.
Alamazas – itin kieta, chemiškai inertiška (iki 900 °C) medžiaga, nelaidi srovės ir prastai laidi šilumą. Deimanto struktūra yra tetraedrinė (kiekvienas tetraedro atomas yra apsuptas keturių atomų ir pan.). Todėl deimantas yra paprasčiausias polimeras, kurio makromolekulė susideda tik iš anglies atomų.
Karbinas turi linijinę struktūrą ( – karbinas, polienas) arba ( – karbinas, polienas). Tai juodi milteliai ir pasižymi puslaidininkinėmis savybėmis. Šviesos įtakoje karbino elektrinis laidumas didėja, o esant temperatūrai 
karbinas virsta grafitu. Chemiškai aktyvesnis nei grafitas. Susintetintas XX amžiaus 60-ųjų pradžioje, vėliau buvo aptiktas kai kuriuose meteorituose.
Fullerenas yra alotropinė anglies modifikacija, sudaryta iš molekulių, turinčių „futbolo“ tipo struktūrą. Buvo susintetintos molekulės ir kiti fullerenai. Visi fullerenai yra uždaros anglies atomų struktūros hibridinėje būsenoje. Nehibridizuoti jungties elektronai delokalizuojami kaip ir aromatiniuose junginiuose. Fullereno kristalai yra molekulinio tipo.
Silicis. Siliciui nebūdingi ryšiai ir jis neegzistuoja hibridinėje būsenoje. Todėl yra tik viena stabili alotropinė silicio modifikacija, kurios kristalinė gardelė panaši į deimanto. Silicis yra kietas (pagal Moso skalę, kietumas yra 7), ugniai atsparus ( 
), standartinėmis sąlygomis labai trapi tamsiai pilkos spalvos medžiaga su metaliniu blizgesiu – puslaidininkis. Cheminis aktyvumas priklauso nuo kristalų dydžio (stambūs kristaliniai yra mažiau aktyvūs nei amorfiniai).
Anglies reaktyvumas priklauso nuo alotropinės modifikacijos. Deimantų ir grafito pavidalo anglis yra gana inertiška, atspari rūgštims ir šarmams, todėl iš grafito galima gaminti tiglius, elektrodus ir kt. Anglis pasižymi didesniu reaktyvumu anglies ir suodžių pavidalu.
Kristalinis silicis yra gana inertiškas, amorfinėje formoje jis yra aktyvesnis.
Pagrindiniai reakcijų tipai, atspindintys anglies ir silicio chemines savybes, pateikti 7 lentelėje.
7 lentelė
Pagrindinės anglies ir silicio cheminės savybės
| reakcija su | anglies | reakcija su | silicio | ||
| paprastos medžiagos | deguonies |  | deguonies |  | |
| halogenai |  | halogenai |  | ||
| pilka |  | anglies |  | ||
| vandenilis |  | vandenilis | nereaguoja | ||
| metalai |  | metalai |  | ||
| sudėtingos medžiagos | metalo oksidai |  | šarmų | ||
| vandens garai |  | rūgštys | nereaguoja | ||
| rūgštys |
Cementavimo medžiagos
Cementavimo medžiagos – mineralinės arba organinės statybinės medžiagos, naudojamos betono gamybai, atskirų statybinių konstrukcijų elementų tvirtinimui, hidroizoliacijai ir kt..
Mineraliniai rišikliai(MVM) – smulkiai sumaltos miltelių pavidalo medžiagos (cementas, gipsas, kalkės ir kt.), kurias sumaišius su vandeniu (kai kuriais atvejais su druskų, rūgščių, šarmų tirpalais) susidaro plastiška, apdorota masė, kuri sukietėja į patvarų akmenį primenantį kūną ir jungiasi kietųjų agregatų dalelės ir armatūra į monolitinę visumą.
MVM sukietėja dėl tirpimo procesų, persotinto tirpalo ir koloidinės masės susidarymo; pastaroji iš dalies arba visiškai kristalizuojasi.
MVM klasifikacija:
1. hidrauliniai rišikliai:
Sumaišius su vandeniu (maišant), jie sukietėja ir toliau išlaiko arba didina savo stiprumą vandenyje. Tai įvairūs cementai ir hidraulinės kalkės. Hidraulinėms kalkėms kietėjant, CaO sąveikauja su ore esančiu vandeniu ir anglies dioksidu ir susidaręs produktas kristalizuojasi. Jie naudojami statant antžeminius, požeminius ir hidrotechninius statinius, kuriuos nuolat veikia vanduo.
2. oro rišikliai:
Sumaišius su vandeniu, jie sukietėja ir išlaiko savo stiprumą tik ore. Tai gazuotos kalkės, gipso anhidritas ir magnezijos gazuotos rišikliai.
3. rūgštims atsparios rišikliai:
Jas daugiausia sudaro rūgštims atsparus cementas, kuriame yra smulkiai sumalto kvarcinio smėlio mišinio ir; Paprastai jie sandarinami vandeniniais natrio arba kalio silikato tirpalais, veikiami rūgščių, jie ilgą laiką išlaiko savo stiprumą. Kietėjimo metu įvyksta reakcija. Naudojamas rūgštims atsparių glaistų, skiedinių ir betono gamybai chemijos gamyklų statyboje.
4. Autoklave kietėjantys rišikliai:
Jie susideda iš kalkių-silicio ir kalcio-nefelino rišiklių (kalkių, kvarcinio smėlio, nefelino dumblo) ir sukietėja apdorojant autoklave (6-10 val., garų slėgis 0,9-1,3 MPa). Tai taip pat apima smėlio portlandcementį ir kitus kalkių, pelenų ir mažai aktyvaus dumblo pagrindu pagamintus rišiklius. Naudojamas silikatinio betono gaminių (blokelių, kalkinių smėlio plytų ir kt.) gamyboje.
5. Fosfato rišikliai:
Susideda iš specialių cementų; jie sandarinami fosforo rūgštimi, kad susidarytų plastiška masė, kuri palaipsniui sukietėja į monolitinį korpusą ir išlaiko tvirtumą aukštesnėje nei 1000 °C temperatūroje. Paprastai naudojamas titanofosfatas, cinko fosfatas, aliuminfosfatas ir kiti cementai. Naudojamas ugniai atsparios pamušalo masės ir sandariklių, skirtų metalinių detalių ir konstrukcijų apsaugai nuo aukštos temperatūros ugniai atsparaus betono gamyboje, gamybai ir kt.
Organiniai rišikliai(OBM) – organinės kilmės medžiagos, kurios dėl polimerizacijos ar polikondensacijos gali pereiti iš plastinės būsenos į kietą arba mažo plastiškumo.
Palyginti su MVM, jie yra mažiau trapūs ir turi didesnį atsparumą tempimui. Tai produktai, susidarantys naftos perdirbimo metu (asfaltas, bitumas), medienos terminio skilimo produktai (derva), taip pat sintetinės termoreaktingosios poliesterio, epoksidinės, fenol-formaldehido dervos. Jie naudojami tiesiant kelius, tiltus, gamybinių patalpų grindis, valcuotas stogo medžiagas, asfalto polimerbetonį ir kt.
2 skaidrė
Buvimas gamtoje.
Tarp daugelio cheminių elementų, be kurių gyvybė Žemėje neįmanoma, anglis yra pagrindinė. Daugiau nei 99% atmosferoje esančios anglies yra anglies dioksido pavidalu. Apie 97% anglies vandenynuose yra ištirpusios formos (), o litosferoje - mineralų pavidalu. Elementarioji anglis atmosferoje yra nedideliais kiekiais grafito ir deimanto pavidalu, o dirvožemyje – anglies pavidalu.
3 skaidrė
Padėtis PSHE Bendrosios anglies pogrupio elementų charakteristikos.
Pagrindinį D.I. Mendelejevo periodinės lentelės IV grupės pogrupį sudaro penki elementai - anglis, silicis, germanis, alavas ir švinas. Dėl to, kad nuo anglies iki švino didėja atomo spindulys, didėja atomų dydžiai, susilpnėja galimybė prijungti elektronus, taigi ir nemetalinės savybės, padidės elektronų atsisakymo lengvumas. .
4 skaidrė
Elektronikos inžinerija
Esant normaliai būsenai, šio pogrupio elementų valentingumas lygus 2. Pereinant į sužadintą būseną, kartu su išorinio sluoksnio vieno iš s - elektronų perėjimu į laisvą to paties p - polygio ląstelę. lygiu, visi išorinio sluoksnio elektronai tampa nesuporuoti ir valentingumas padidėja iki 4.
5 skaidrė
Gamybos metodai: laboratoriniai ir pramoniniai.
Anglis Nevisiškas metano degimas: CH4 + O2 = C + 2H2O Anglies monoksidas (II) Pramonėje: Anglies monoksidas (II) susidaro specialiose krosnyse, vadinamose dujų generatoriais dėl dviejų nuoseklių reakcijų. Apatinėje dujų generatoriaus dalyje, kur pakanka deguonies, visiškai dega anglis ir susidaro anglies monoksidas (IV): C + O2 = CO2 + 402 kJ.
6 skaidrė
Anglies monoksidui (IV) judant iš apačios į viršų, jis liečiasi su karštomis anglimis: CO2 + C = CO – 175 kJ. Susidariusios dujos susideda iš laisvo azoto ir anglies (II) monoksido. Šis mišinys vadinamas generatoriaus dujomis. Dujų generatoriuose vandens garai kartais pučiami per karštas anglis: C + H2O = CO + H2 – Q, „CO + H2“ - vandens dujos. Laboratorijoje: Veikiant skruzdžių rūgštį su koncentruota sieros rūgštimi, kuri suriša vandenį: HCOOH H2O + CO.
7 skaidrė
Anglies monoksidas (IV) Pramonėje: Šalutinis kalkių gamybos produktas: CaCO3 CaO + CO2. Laboratorijoje: Kai rūgštys sąveikauja su kreida ar marmuru: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2+ H2O. Karbidai Karbidai gaminami kaitinant metalus arba jų oksidus anglimi.
8 skaidrė
Anglies rūgštis gaunama ištirpinant anglies monoksidą (IV) vandenyje. Kadangi anglies rūgštis yra labai silpnas junginys, ši reakcija yra grįžtama: CO2 + H2O H2CO3. Silicis Pramonėje: Kaitinant smėlio ir anglies mišinį: 2C + SiO2Si + 2CO. Laboratorijoje: Kai gryno smėlio mišinys sąveikauja su magnio milteliais: 2Mg + SiO2 2MgO + Si.
9 skaidrė
Silicio rūgštis gaunama rūgštims veikiant jos druskų tirpalus. Tuo pačiu metu jis nusėda želatininių nuosėdų pavidalu: Na2SiO3 + HCl 2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3
10 skaidrė
Allotropinės anglies modifikacijos.
Anglis yra trijų allotropinių modifikacijų: deimanto, grafito ir karbino.
11 skaidrė
Grafitas.
Minkštas grafitas turi sluoksniuotą struktūrą. Nepermatomas, pilkas su metalo blizgesiu. Jis gana gerai praleidžia elektrą dėl mobiliųjų elektronų buvimo. Slidus liesti. Vienas minkštiausių tarp kietųjų medžiagų. 2 pav. Grafitinės gardelės modelis.
12 skaidrė
Deimantas.
Deimantas yra kiečiausia natūrali medžiaga. Deimantiniai kristalai labai vertinami tiek kaip techninė medžiaga, tiek kaip brangi puošmena. Gerai poliruotas deimantas yra deimantas. Sulaužydamas šviesos spindulius, jis spindi grynomis, ryškiomis vaivorykštės spalvomis. Didžiausias kada nors rastas deimantas sveria 602 g, jo ilgis – 11 cm, plotis – 5 cm, o aukštis – 6 cm. Šis deimantas buvo rastas 1905 m. ir pavadintas „Callian“. 1 pav. Deimantinės gardelės modelis.
13 skaidrė
Carbyne ir Mirror Carbon.
Carbyne yra giliai juodi milteliai, kuriuose yra didesnės dalelės. Karbinas yra termodinamiškai stabiliausia elementinės anglies forma. Veidrodinė anglis turi sluoksniuotą struktūrą. Viena iš svarbiausių veidrodinės anglies savybių (be kietumo, atsparumo aukštai temperatūrai ir kt.) yra jos biologinis suderinamumas su gyvais audiniais.
14 skaidrė
Cheminės savybės.
Šarmai silicį paverčia silicio rūgšties druskomis, išskirdami vandenilį: Si + 2KOH + H2O = K2Si03 + 2H2 Anglis ir silicis reaguoja su vandeniu tik esant aukštai temperatūrai: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O = H2SiO3 + 2H2 Anglis, skirtingai silicis tiesiogiai sąveikauja su vandeniliu: C + 2H2 = CH4
15 skaidrė
Karbidai.
Anglies junginiai su metalais ir kitais elementais, kurie yra elektropozityvūs anglies atžvilgiu, vadinami karbidais. Aliuminio karbidui sąveikaujant su vandeniu susidaro metanas Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4 Kalcio karbidui sąveikaujant su vandeniu susidaro acetilenas: CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2
Įvadas
2 skyrius. Cheminiai anglies junginiai
2.1 Anglies deguonies dariniai
2.1.1 Oksidacijos būsena +2
2.1.2 Oksidacijos būsena +4
2.3 Metalo karbidai
2.3.1 Karbidai, tirpūs vandenyje ir praskiestose rūgštyse
2.3.2 Vandenyje ir praskiestose rūgštyse netirpūs karbidai
3 skyrius. Silicio junginiai
3.1 Silicio deguonies junginiai
Bibliografija
Įvadas
Chemija yra viena iš gamtos mokslų šakų, kurios tyrimo objektas yra cheminiai elementai (atomai), jų suformuotos paprastos ir sudėtingos medžiagos (molekulės), jų transformacijos ir dėsniai, kuriems galioja šie virsmai.
Pagal apibrėžimą D.I. Mendelejevas (1871), „šiuolaikinėje chemijoje gali būti vadinama elementų studija“.
Žodžio „chemija“ kilmė nėra visiškai aiški. Daugelis tyrinėtojų mano, kad jis kilęs iš senovės Egipto pavadinimo Chemia (gr. Chemia, randamas Plutarchas), kuris yra kilęs iš "hem" arba "hame" - juodas ir reiškia "mokslas apie juodąją žemę" (Egiptas), " Egipto mokslas“.
Šiuolaikinė chemija glaudžiai susijusi tiek su kitais gamtos mokslais, tiek su visomis šalies ūkio šakomis.
Cheminės medžiagos judėjimo formos ir jos perėjimų į kitas judėjimo formas kokybinė ypatybė lemia chemijos mokslo įvairiapusiškumą ir jo sąsajas su žinių sritimis, tiriančiomis tiek žemesnes, tiek aukštesnes judėjimo formas. Žinios apie cheminę materijos judėjimo formą praturtina bendrą mokymą apie gamtos raidą, materijos raidą Visatoje ir prisideda prie holistinio materialistinio pasaulio vaizdo formavimo. Chemijos sąlytis su kitais mokslais lemia specifines jų tarpusavio skverbimosi sritis. Taigi perėjimo tarp chemijos ir fizikos sritis atstovauja fizikinė chemija ir cheminė fizika. Tarp chemijos ir biologijos, chemijos ir geologijos atsirado ypatingos pasienio sritys – geochemija, biochemija, biogeochemija, molekulinė biologija. Svarbiausi chemijos dėsniai suformuluoti matematine kalba, o teorinė chemija negali išsivystyti be matematikos. Chemija turėjo ir daro įtaką filosofijos raidai, pati patyrė ir patiria savo įtaką.
Istoriškai susiformavo dvi pagrindinės chemijos šakos: neorganinė chemija, tirianti visų pirma cheminius elementus ir jų sudaromas paprastas bei sudėtingas medžiagas (išskyrus anglies junginius), ir organinė chemija, kurios objektas yra anglies junginių su kitais elementais tyrimas. (organinės medžiagos).
Iki XVIII amžiaus pabaigos sąvokos „neorganinė chemija“ ir „organinė chemija“ rodė tik iš kurios gamtos „karalystės“ (mineralinės, augalinės ar gyvūninės kilmės) buvo gauti tam tikri junginiai. Nuo XIX a. šie terminai turėjo nurodyti anglies buvimą arba nebuvimą tam tikroje medžiagoje. Tada jie įgavo naują, platesnę prasmę. Neorganinė chemija pirmiausia liečiasi su geochemija, o vėliau su mineralogija ir geologija, t.y. su neorganinės gamtos mokslais. Organinė chemija yra chemijos šaka, tirianti įvairius anglies junginius iki sudėtingiausių biopolimerinių medžiagų. Per organinę ir bioorganinę chemiją chemija ribojasi su biochemija ir toliau su biologija, t.y. su mokslų apie gyvąją gamtą visuma. Neorganinės ir organinės chemijos sąsajoje yra organinių elementų junginių sritis.
Chemijoje pamažu formavosi idėjos apie struktūrinius materijos organizavimo lygius. Medžiagos komplikacija, pradedant nuo žemiausios, atominės, pereina molekulinių, stambiamolekulinių ar didelės molekulinės masės junginių (polimero), vėliau tarpmolekulinės (kompleksas, klatratas, katenanas), galiausiai įvairias makrostruktūras (kristalas, micelė) stadijas. iki neapibrėžtų nestechiometrinių darinių. Palaipsniui atsirado ir atsiskyrė atitinkamos disciplinos: kompleksinių junginių chemija, polimerai, kristalų chemija, dispersinių sistemų ir paviršiaus reiškinių, lydinių tyrimai ir kt.
Fizinės chemijos pagrindas yra cheminių objektų ir reiškinių tyrimas fizikiniais metodais, cheminių virsmų modelių nustatymas, remiantis bendrais fizikos principais. Ši chemijos sritis apima daugybę iš esmės nepriklausomų disciplinų: cheminę termodinamiką, cheminę kinetiką, elektrochemiją, koloidinę chemiją, kvantinę chemiją ir molekulių, jonų, radikalų struktūros ir savybių tyrimą, radiacinę chemiją, fotochemiją, katalizės tyrimus. , cheminė pusiausvyra, tirpalai ir kt. Analitinė chemija įgavo savarankišką pobūdį , kurių metodai plačiai taikomi visose chemijos ir chemijos pramonės srityse. Chemijos praktinio taikymo srityse iškilo tokie mokslai ir mokslo disciplinos kaip chemijos technologija su daugybe šakų, metalurgija, žemės ūkio chemija, medicininė chemija, teismo chemija ir kt.
Kaip minėta pirmiau, chemija tiria cheminius elementus ir jų suformuotas medžiagas, taip pat dėsnius, reguliuojančius šiuos virsmus. Šiame darbe apžvelgsiu vieną iš šių aspektų (būtent cheminius junginius silicio ir anglies pagrindu).
1 skyrius. Silicis ir anglis – cheminiai elementai
1.1 Bendra informacija apie anglį ir silicį
Anglis (C) ir silicis (Si) yra IVA grupės nariai.
Anglis nėra labai dažnas elementas. Nepaisant to, jo reikšmė yra didžiulė. Anglis yra gyvybės žemėje pagrindas. Tai dalis karbonatų, kurie labai paplitę gamtoje (Ca, Zn, Mg, Fe ir kt.), yra atmosferoje CO 2 pavidalu, yra natūralių anglių (amorfinio grafito), naftos pavidalu. ir gamtinės dujos, taip pat paprastos medžiagos (deimantas, grafitas).
Silicis yra antras pagal gausumą elementas žemės plutoje (po deguonies). Jei anglis yra gyvybės pagrindas, tai silicis yra žemės plutos pagrindas. Jo yra labai įvairiuose silikatuose (4 pav.) ir aliumosilikatuose, smėlyje.
Amorfinis silicis yra rudi milteliai. Pastarąjį nesunku gauti kristalinėje būsenoje pilkų kietų, bet gana trapių kristalų pavidalu. Kristalinis silicis yra puslaidininkis.
1 lentelė. Bendrieji cheminiai duomenys apie anglį ir silicį.
Įprastoje temperatūroje stabili anglies modifikacija, grafitas, yra nepermatoma, pilka, riebi masė. Deimantas yra kiečiausia medžiaga žemėje – bespalvė ir skaidri. Grafito ir deimantų kristalinės struktūros parodytos 1 pav.
1 pav. Deimantinė struktūra (a); grafito struktūra (b)
Anglis ir silicis turi savo specifinius darinius.
2 lentelė. Tipiškiausi anglies ir silicio dariniai
1.2 Paprastų medžiagų paruošimas, cheminės savybės ir naudojimas
Silicis gaunamas redukuojant oksidus anglimi; kad po redukcijos būtų ypač gryna, medžiaga perkeliama į tetrachloridą ir vėl redukuojama (vandeniliu). Tada jie išlydomi į luitus ir valomi zoninio lydymo metodu. Metalo luitas viename gale kaitinamas taip, kad jame susidarytų išlydyto metalo zona. Zonai pasislinkus į kitą luito galą, pašalinama priemaiša, ištirpusiame išlydytame metale geriau nei kietame metale, ir taip metalas išvalomas.
Anglis yra inertiška, tačiau esant labai aukštai temperatūrai (amorfinėje būsenoje) ji sąveikauja su dauguma metalų, sudarydama kietus tirpalus arba karbidus (CaC 2, Fe 3 C ir kt.), taip pat su daugeliu metaloidų, pavyzdžiui:
2C+ Ca = CaC 2, C + 3Fe = Fe 3 C,
Silicis yra reaktyvesnis. Jis reaguoja su fluoru jau įprastoje temperatūroje: Si+2F 2 = SiF 4
Silicis taip pat turi labai didelį afinitetą deguoniui:
Reakcija su chloru ir siera vyksta maždaug 500 K temperatūroje. Labai aukštoje temperatūroje silicis reaguoja su azotu ir anglimi:
Silicis tiesiogiai su vandeniliu nesąveikauja. Silicis tirpsta šarmuose:
Si+2NaOH+H20=Na2Si03+2H2.
Kitos rūgštys, išskyrus vandenilio fluorido rūgštį, neturi jam įtakos. Yra reakcija su HF
Si+6HF=H2+2H2.
Anglis įvairių anglių, naftos, natūralių (daugiausia CH4), taip pat dirbtinai pagamintų dujų sudėtyje yra svarbiausia mūsų planetos kuro bazė.
