Silizium und seine Verbindungen. Silizium in der Natur. Anwendung von Silikon

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

Silizium ist eines der gefragtesten Elemente in Technik und Industrie. Dies verdankt es seinen ungewöhnlichen Eigenschaften. Heute gibt es viele verschiedene Verbindungen dieses Elements, die eine wichtige Rolle bei der Synthese und Herstellung von technischen Produkten, Geschirr, Glas, Geräten, Bau- und Veredelungsmaterialien, Schmuck und anderen Industrien spielen.

Allgemeine Eigenschaften von Silizium

Wenn wir die Position des Siliziums im Periodensystem betrachten, können wir Folgendes sagen:

1. Befindet sich in Gruppe IV der Hauptuntergruppe.
2. Ordnungszahl 14.
3. Atommasse 28, 086.
4. Chemisches Zeichen Si.
5. Name - Silizium oder lateinisch - Silizium.
6. Elektronische Konfiguration der Außenschicht 4e:2e:8e.

Das Kristallgitter von Silizium ähnelt dem von Diamant. Atome befinden sich an den Knoten, sein Typ ist kubisch flächenzentriert. Aufgrund der längeren Bindungslänge unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften von Silizium jedoch stark von denen der allotropen Modifikation des Kohlenstoffs.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Es gibt zweiallotrope Modifikationen dieses Elements: amorph und kristallin. Sie sind sehr ähnlich. Wie bei anderen Substanzen besteht der Hauptunterschied jedoch im Kristallgitter von Silizium.

In diesem Fall sind beide Modifikationen Pulver unterschiedlicher Farbe.

1. Kristallines Silizium ist ein dunkelgraues, glänzendes, metallähnliches Pulver. Seine Struktur entspricht Diamant, aber die Eigenschaften sind anders. Er hat:

• Zerbrechlichkeit;
• geringe Härte;
• Halbleitereigenschaften;
• Schmelzpunkt 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• Siedepunkt 2700⁰C.

Seine chemische Aktivität ist im Vergleich zu anderen allotropen Formen gering.

2. Amorphes Silizium - braun-braunes Pulver, hat die Struktur eines stark ungeordneten Diamanten. Die chemische Aktivität ist ziemlich hoch.

Generell ist zu beachten, dass Silizium nicht gerne reagiert. Damit es reagiert, benötigen Sie eine Temperatur von mindestens 400-500⁰C. Unter diesen Bedingungen werden verschiedene chemische Verbindungen von Silizium gebildet. Zum Beispiel:

• Oxide;
• Halogenide;
• Silizide;
• Nitride;
• borides;
• Karbide.

Mögliche Wechselwirkung von Silizium mit Salpetersäure oder Alkali, die als Ätzprozess bezeichnet wird. Organosiliciumverbindungen sind weit verbreitet und werden heute immer häufiger.

In der Natur sein

Silizium kommt in der Natur in ziemlich bedeutenden Mengen vor. In Bezug auf die Prävalenz steht es nach Sauerstoff an zweiter Stelle. Sein Massenanteil beträgt etwa 30 %. Auch Meerwasser enthält dieses Element in einer ungefähren Konzentration von 3 mg/l. Daher kann man nicht sagen, dass Silizium ein seltenes Element in der Natur ist.

Im Gegenteil, es gibt viele verschiedene Gesteine und Mineralien, in denen es vorkommt und aus denen es abgebaut werden kann. Die häufigsten natürlichen Siliziumverbindungen sind wie folgt:

1. Kieselsäure. Die chemische Formel lautet SiO₂. Es gibt eine ziemlich große Vielf alt an Mineralien und darauf basierenden Gesteinsformen: Sand, Feuerstein, Feldspat, Quarz, Bergkristall, Amethyst, Chalcedon, Karneol, Opal, Jaspis und andere.
2. Silikate und Alumosilikate. Kaolin, Spate, Glimmer, Kieselsäuresalze, Asbest, Talk.

Daher ist Silizium in der Natur weit verbreitet und seine Verbindungen sind bei Menschen für technische Anwendungen beliebt und gefragt.

Silizium und seine Verbindungen

Da das betreffende Element nicht in seiner reinen Form existieren kann, sind seine verschiedenen Verbindungen wichtig. Aus chemischer Sicht kann es drei Oxidationsstufen aufweisen: +2, +4, -4. Davon ausgehend, sowie von seiner Trägheit, aber besonders in der Struktur des Kristallgitters, bildet es folgende Hauptstoffarten:

• binäre Verbindungen mit Nichtmetallen (Silan, Carbid, Nitrid, Phosphid usw.);
• Oxide;
• siliziumSäure;
• Metallsilikate.

Lassen Sie uns einen genaueren Blick auf die Bedeutung von Silizium und seinen Verbindungen werfen, die am häufigsten vorkommen und von Menschen nachgefragt werden.

Siliziumoxide

Es gibt zwei Varianten dieser Substanz, ausgedrückt durch die Formeln:

• SiO;
• SiO₂.

Am weitesten verbreitet ist jedoch Dioxid. Es kommt in der Natur in Form von sehr schönen Halbedelsteinen vor:

• Achat;
• Chalcedon;
• opal;
• Karneol;
• Jaspis;
• amethyst;
• Strass.

Die Verwendung von Silizium in dieser Form hat seine Anwendung in der Schmuckherstellung gefunden. Mit diesen Halbedel- und Halbedelsteinen entsteht unglaublich schöner Gold- und Silberschmuck.

Noch ein paar Variationen von Siliziumdioxid:

• quarz;
• Fluss- und Quarzsand;
• flint;
• Feldspäte.

Die Verwendung von Silizium in diesen Typen wird im Bauwesen, im Maschinenbau, in der Funkelektronik, in der chemischen Industrie und in der Metallurgie eingesetzt. Zusammen gehören die aufgeführten Oxide zu einer einzigen Substanz – Kieselsäure.

Siliziumkarbid und seine Anwendungen

Silizium und seine Verbindungen sind die Materialien der Zukunft und der Gegenwart. Eines dieser Materialien ist Karborund oder das Karbid dieses Elements. Chemische Formel von SiC. Kommt natürlich als Mineral Moissanit vor.

In seiner reinen Form ist die Verbindung aus Kohlenstoff und Silizium wunderschöntransparente Kristalle, die Diamantstrukturen ähneln. Für technische Zwecke werden jedoch grün und schwarz gefärbte Substanzen verwendet.

Die Hauptmerkmale dieses Stoffes, die seine Verwendung in der Metallurgie, im Maschinenbau und in der chemischen Industrie ermöglichen, sind folgende:

• Wide Gap Semiconductor;
• sehr hohe Festigkeit (7 auf der Mohs-Skala);
• hochtemperaturbeständig;
• ausgezeichneter elektrischer Widerstand und Wärmeleitfähigkeit.

All dies macht es möglich, Karborund als Schleifmittel in der Metallurgie und chemischen Synthese einzusetzen. Und auch auf seiner Grundlage zur Herstellung von Breitband-LEDs, Teilen für Glasschmelzöfen, Düsen, Taschenlampen, Schmuck (Moissanite wird mehr geschätzt als Zirkonia).

Silan und seine Bedeutung

Die Wasserstoffverbindung des Siliziums heißt Silan und kann nicht durch direkte Synthese aus Ausgangsmaterialien gewonnen werden. Um es zu erh alten, werden Silizide verschiedener Metalle verwendet, die mit Säuren behandelt werden. Dabei wird gasförmiges Silan freigesetzt und ein Metallsalz gebildet.

Interessanterweise wird die fragliche Verbindung nie allein hergestellt. Als Ergebnis der Reaktion entsteht immer ein Gemisch aus Mono-, Di- und Trisilan, in dem Siliziumatome kettenförmig miteinander verbunden sind.

Diese Verbindungen sind aufgrund ihrer Eigenschaften starke Reduktionsmittel. Gleichzeitig werden sie selbst leicht durch Sauerstoff oxidiert, manchmal mit einer Explosion. Bei Halogenen sind die Reaktionen immer heftig, mit einer großen EmissionEnergie.

Die Anwendungen von Silanen sind wie folgt:

1. Reaktionen der organischen Synthese, die zur Bildung wichtiger siliciumorganischer Verbindungen führen - Silikone, Kautschuke, Dichtstoffe, Schmiermittel, Emulsionen und andere.
2. Mikroelektronik (LCD-Monitore, integrierte technische Sch altungen etc.).
3. Gewinnung von hochreinem Polysilizium.
4. Zahnmedizin mit Prothetik.

Daher ist die Bedeutung von Silanen in der modernen Welt hoch.

Kieselsäure und Silikate

Das Hydroxid des betreffenden Elements sind verschiedene Kieselsäuren. Markieren:

• meta;
• ortho;
• Polykieselsäuren und andere Säuren.

Alle verbindet eine gemeinsame Eigenschaft - extreme Instabilität im Freistaat. Sie zersetzen sich leicht unter dem Einfluss von Temperatur. Unter normalen Bedingungen existieren sie nicht lange und verwandeln sich zuerst in ein Sol und dann in ein Gel. Nach dem Trocknen werden solche Strukturen Kieselgele genannt. Sie werden als Adsorptionsmittel in Filtern verwendet.

Aus Sicht der Industrie wichtig sind Salze von Kieselsäuren - Silikate. Sie unterliegen der Produktion von Substanzen wie:

• Glas;
• konkret;
• Zement;
• Zeolith;
• kaolin;
• Porzellan;
• fayence;
• Kristall;
• Keramik.

Alkalisilikate sind löslich, alle anderen nicht. Daher wird Natrium- und Kaliumsilikat als flüssiges Glas bezeichnet. Gewöhnlicher Bürokleber - das ist NatriumKieselsäuresalz.

Aber die interessantesten Verbindungen sind immer noch Gläser. Egal, wie viele Varianten dieser Substanz sie sich ausgedacht haben! Heute bekommen sie farbliche, optische und matte Optionen. Glaswaren bestechen durch ihre Pracht und Vielf alt. Durch Zugabe bestimmter Metall- und Nichtmetalloxide zur Mischung lassen sich verschiedenste Glasarten herstellen. Manchmal sogar die gleiche Zusammensetzung, aber ein unterschiedlicher Prozentsatz der Komponenten führt zu einem Unterschied in den Eigenschaften des Stoffes. Ein Beispiel sind Porzellan und Fayence, deren Formel SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Quarzglas ist ein hochreines Produkt, dessen Zusammensetzung als Siliziumdioxid bezeichnet wird.

Entdeckungen in Siliziumverbindungen

In den letzten Jahren der Forschung wurde bewiesen, dass Silizium und seine Verbindungen die wichtigsten Teilnehmer am normalen Zustand lebender Organismen sind. Bei einem Mangel oder Überschuss an diesem Element können Krankheiten wie:

• Krebs;
• Tuberkulose;
• Arthritis;
• Katarakt;
• Lepra;
• ruhr;
• Rheuma;
• Hepatitis und andere.

Der Alterungsprozess selbst hängt auch mit dem mengenmäßigen Geh alt an Silizium zusammen. Zahlreiche Experimente an Säugetieren haben bewiesen, dass bei einem Mangel an einem Element Herzinfarkte, Schlaganfälle, Krebs auftreten und das Hepatitis-Virus aktiviert wird.