Silikon: uygulama, kimyasal ve fiziksel özellikler

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 05:44

Doğadaki en yaygın elementlerden biri silisyum veya silikondur. Böyle geniş bir dağılım, bu maddenin öneminden ve öneminden bahseder. Bu, silikonu kendi amaçları için doğru şekilde kullanmayı öğrenen insanlar tarafından çabucak anlaşıldı ve benimsendi. Uygulaması, daha sonra bahsedeceğimiz özel özelliklere dayanmaktadır.

Silikon kimyasal bir elementtir

Belirli bir elementi periyodik sistemdeki konumuna göre karakterize edersek, aşağıdaki önemli noktaları belirleyebiliriz:

1. Sıra sayısı - 14.
2. Dönem üçüncü küçük noktadır.
3. Grup - IV.
4. Alt grup - ana.
5. Dış elektron kabuğunun yapısı 3s²3p² formülüyle ifade edilir.
6. Silikon elementi, "silisyum" olarak telaffuz edilen kimyasal sembol Si ile gösterilir.
7. Gösterdiği oksidasyon durumları: -4; +2; +4.
8. Bir atomun değeri IV'tür.
9. Silisyumun atom kütlesi 28.086'dır.
10. Doğada, bu elementin kütle numaraları 28, 29 ve 30 olan üç kararlı izotopu vardır.

Yani atomKimyasal bir bakış açısından silikon, üzerinde iyi çalışılmış bir elementtir ve çeşitli özelliklerinin birçoğu tanımlanmıştır.

Keşif geçmişi

Doğada içerik olarak çok popüler ve kitlesel olan söz konusu elementin çeşitli bileşikleri olduğu için, eski zamanlardan beri insanlar kullandı ve sadece birçoğunun özelliklerini biliyorlardı. Saf silikon uzun süre kimyada insan bilgisinin ötesinde kaldı.

Eski kültürlerin (Mısırlılar, Romalılar, Çinliler, Ruslar, Persler ve diğerleri) halkları tarafından günlük yaşamda ve endüstride kullanılan en popüler bileşikler, silikon oksit bazlı değerli ve süs taşlarıydı. Bunlar şunları içerir:

• opal;
• taş;
• topaz;
• krisopraz;
• oniks;
• kalsedon ve diğerleri.

Ayrıca eski çağlardan beri inşaatta kuvars ve kuvars kumu kullanmak da adet olmuştur. Bununla birlikte, birçok bilim adamı katalizörler, yüksek sıcaklıklar ve hatta elektrik akımı kullanarak onu çeşitli bileşiklerden izole etmeye çalışsa da, elemental silikonun kendisi 19. yüzyıla kadar keşfedilmeden kaldı. Bunlar parlak beyinler:

• Karl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius, 1823'te başarılı bir şekilde saf silikon elde etmeyi başardı. Bunu yapmak için silikon florür ve metalik potasyum buharlarının füzyonu üzerine bir deney yaptı. Sonuç olarak, söz konusu elementin amorf bir modifikasyonunu aldı. Aynı bilim adamı, keşfedilen atom için Latince bir isim önerdi.

Biraz sonra, 1855'te başka bir bilim adamı - Saint Clair-Deville - başka bir allotropik çeşidi - kristal silikonu sentezlemeyi başardı. O zamandan beri, bu element ve özellikleri hakkındaki bilgiler çok hızlı bir şekilde artmaya başladı. İnsanlar, kendi ihtiyaçlarını karşılamak için çok akıllıca kullanılabilecek benzersiz özelliklere sahip olduğunu fark ettiler. Bu nedenle günümüzde elektronik ve teknolojide en çok talep edilen unsurlardan biri silikondur. Kullanımı yalnızca her yıl sınırlarını genişletir.

Atomun Rusça adı, 1831'de bilim adamı Hess tarafından verildi. Bu güne kadar kalan budur.

Doğada bulunur

Silikon, oksijenden sonra doğada en bol bulunan ikinci maddedir. Yerkabuğunun bileşimindeki diğer atomlarla karşılaştırıldığında yüzdesi %29.5'tir. Ayrıca karbon ve silisyum birbirine bağlanarak zincir oluşturabilen iki özel elementtir. Bu nedenle, litosfer, hidrosfer ve biyokütlede bulunduğu, ikincisi için 400'den fazla farklı doğal mineral bilinmektedir.

Silikon tam olarak nerede bulunur?

1. Toprağın derin katmanlarında.
2. Kayalarda, tortularda ve masiflerde.
3. Su kütlelerinin dibinde, özellikle denizlerde ve okyanuslarda.
4. Hayvanlar aleminin bitkilerinde ve deniz yaşamında.
5. İnsanlarda ve kara hayvanlarında.

En yaygın mineral ve kayalardan birkaçını belirtmek mümkündür;silikon. Kimyaları öyledir ki, içlerindeki saf bir elementin kütle içeriği %75'e ulaşır. Bununla birlikte, belirli rakam malzemenin türüne bağlıdır. Yani, silikon içeren kayalar ve mineraller:

• feldispatlar;
• mika;
• amfiboller;
• opals;
• kalsedon;
• silikatlar;
• kumtaşları;
• alüminosilikatlar;
• killer ve diğerleri.

Deniz hayvanlarının kabuklarında ve dış iskeletlerinde biriken silikon, sonunda su kütlelerinin dibinde güçlü silika birikintileri oluşturur. Bu, bu elementin doğal kaynaklarından biridir.

Ayrıca, silisyumun saf doğal biçiminde - kristaller biçiminde - bulunabileceği bulundu. Ancak bu tür mevduatlar çok nadirdir.

Silisyumun fiziksel özellikleri

İncelenen elementi bir dizi fiziksel ve kimyasal özellik ile karakterize ediyorsanız, o zaman her şeyden önce, belirtilmesi gereken fiziksel parametrelerdir. İşte birkaç önemli nokta:

1. İki allotropik modifikasyon şeklinde bulunur - amorf ve kristal, tüm özellikleri farklıdır.
2. Kristal kafes elmasınkine çok benzer, çünkü karbon ve silikon bu açıdan hemen hemen aynıdır. Ancak atomlar arasındaki mesafe farklıdır (silikon daha fazladır), bu nedenle elmas çok daha sert ve daha güçlüdür. Kafes tipi - kübik yüz merkezli.
3. Madde çok kırılgandır, yüksek sıcaklıklarda plastik hale gelir.
4. Erime noktası 1415˚C.
5. Sıcaklıkkaynama noktası - 3250˚С.
6. Maddenin yoğunluğu - 2,33 g/cm³.
7. Bağlantının rengi gümüş-gridir ve karakteristik bir metalik parlaklığa sahiptir.
8. Belirli maddelerin eklenmesiyle değişebilen iyi yarı iletken özelliklere sahiptir.
9. Suda, organik çözücülerde ve asitlerde çözünmez.
10. Alkalilerde özellikle çözünür.

Silikonun belirli fiziksel özellikleri, insanların onu kontrol etmesine ve çeşitli ürünler oluşturmak için kullanmasına olanak tanır. Örneğin, elektronikte saf silikon kullanımı yarı iletkenlik özelliklerine dayanmaktadır.

Kimyasal özellikler

Silisyumun kimyasal özellikleri reaksiyon koşullarına çok bağlıdır. Standart parametrelerde saf bir maddeden bahsedersek, çok düşük bir aktivite belirlememiz gerekir. Hem kristal hem de amorf silikon çok inerttir. Güçlü oksitleyici ajanlarla (flor hariç) veya güçlü indirgeyici ajanlarla etkileşime girmeyin.

Bunun nedeni, maddenin yüzeyinde anında bir oksit filmi SiO₂ oluşmasıdır, bu da daha fazla etkileşimi engeller. Su, hava, buharların etkisi altında oluşabilir.

Standart koşulları değiştirirseniz ve silikonu 400˚С'nin üzerindeki bir sıcaklığa ısıtırsanız, kimyasal aktivitesi büyük ölçüde artacaktır. Bu durumda şu şekilde tepki verir:

• oksijen;
• her türlü halojen;
• hidrojen.

Sıcaklığın daha da artmasıyla, ürünlerin oluşumu şu anda mümkündür.bor, azot ve karbon ile etkileşim. İyi bir aşındırıcı malzeme olduğu için karborundum - SiC özellikle önemlidir.

Ayrıca, silikonun kimyasal özellikleri metallerle olan reaksiyonlarda açıkça görülür. Onlarla ilgili olarak oksitleyici bir ajandır, bu nedenle ürünlere silisitler denir. Benzer bileşikler şunlar için bilinir:

• alkali;
• alkali toprak;
• geçiş metalleri.

Olağandışı özellikler, demir ve silikonun kaynaştırılmasıyla elde edilen bir bileşiğe sahiptir. Ferrosilikon seramik olarak adlandırılır ve endüstride başarıyla kullanılmaktadır.

Silikon karmaşık maddelerle etkileşime girmez, bu nedenle tüm çeşitleri arasında yalnızca şurada çözülebilir:

• kraliyet votkası (nitrik ve hidroklorik asitlerin karışımı);
• kostik alkaliler.

Bu durumda, çözeltinin sıcaklığı en az 60˚С olmalıdır. Bütün bunlar, maddenin fiziksel temelini bir kez daha doğruluyor - ona güç ve hareketsizlik veren elmas benzeri kararlı bir kristal kafes.

Alma yöntemleri

Saf silikon elde etmek ekonomik olarak oldukça maliyetli bir işlemdir. Ek olarak, özellikleri nedeniyle, herhangi bir yöntem sadece% 90-99 saf ürün verirken, metal ve karbon şeklindeki safsızlıklar aynı kalır. Yani sadece maddeyi almak yeterli değil. Ayrıca yabancı unsurlardan niteliksel olarak temizlenmelidir.

Genel olarak silikon üretimi iki ana yolla gerçekleştirilir:

1. Beyaz kumdanhangi saf silikon oksit SiO₂. Aktif metallerle (çoğunlukla magnezyum ile) kalsine edildiğinde, amorf bir modifikasyon şeklinde serbest bir element oluşur. Bu yöntemin saflığı yüksektir, ürün yüzde 99,9 verimle elde edilir.
2. Endüstriyel ölçekte daha yaygın bir yöntem, özel termal fırınlarda erimiş kumun kok ile sinterlenmesidir. Bu yöntem Rus bilim adamı Beketov N. N. tarafından geliştirilmiştir.

İleri işleme, ürünlerin temizleme yöntemlerine tabi tutulmasından oluşur. Bunun için asitler veya halojenler (klor, flor) kullanılır.

Amorf silikon

Alotropik modifikasyonlarının her birini ayrı ayrı ele almazsak, silikonun karakterizasyonu eksik olacaktır. İlki amorftur. Bu durumda düşündüğümüz madde, ince dağılmış kahverengi-kahverengi bir tozdur. Yüksek derecede higroskopikliğe sahiptir, ısıtıldığında yeterince yüksek kimyasal aktivite sergiler. Standart koşullar altında, yalnızca en güçlü oksitleyici ajan olan flor ile etkileşime girebilir.

Amorf silikonu kristal silikonun bir çeşidi olarak adlandırmak tamamen doğru değildir. Kafesi, bu maddenin sadece kristaller şeklinde var olan ince bir şekilde dağılmış silikon şekli olduğunu gösterir. Bu nedenle, bu modifikasyonlar aynı bileşiktir.

Ancak, özellikleri farklıdır, bu nedenle allotropiden bahsetmek gelenekseldir. Kendi başına, amorf silikonunyüksek ışık emme kapasitesi. Ek olarak, belirli koşullar altında bu gösterge, kristal formunkinden birkaç kat daha yüksektir. Bu nedenle teknik amaçlarla kullanılır. Düşünülen formda (toz), bileşik, plastik veya cam olsun, herhangi bir yüzeye kolayca uygulanır. Bu nedenle, kullanımı çok uygun olan amorf silikondur. Uygulama, çeşitli boyutlarda güneş panellerinin imalatına dayanmaktadır.

Bu tür pillerin aşınması, maddenin ince bir tabakasının aşınması ile bağlantılı olarak oldukça hızlı olmasına rağmen, kullanım ve talep sadece artmaktadır. Gerçekten de, kısa bir hizmet ömründe bile, amorf silikon bazlı güneş pilleri tüm işletmelere enerji sağlayabilmektedir. Ayrıca böyle bir maddenin üretimi atıksızdır, bu da onu oldukça ekonomik kılmaktadır.

Sodyum veya magnezyum gibi aktif metallere sahip bileşikleri az altarak bu modifikasyonu elde edin.

Kristal silikon

Söz konusu elementin gümüş grisi parlak modifikasyonu. En yaygın ve en çok talep edilen bu formdur. Bu, bu maddenin sahip olduğu niteliksel özelliklerden kaynaklanmaktadır.

Kristal kafesli silikonun özelliği, birkaç tane olduğundan, türlerinin bir sınıflandırmasını içerir:

1. Elektronik kalite - en saf ve en yüksek kalite. Elektronikte özellikle hassas cihazlar oluşturmak için kullanılan bu tiptir.
2. Güneşli kalite. adın kendisikullanım alanını tanımlar. Aynı zamanda yüksek kaliteli ve uzun ömürlü güneş pilleri oluşturmak için kullanımı gerekli olan yüksek saflıkta bir silikondur. Kristal yapı temelinde oluşturulan fotovoltaik dönüştürücüler, çeşitli substrat türleri üzerinde biriktirme yoluyla amorf modifikasyon kullanılarak oluşturulanlardan daha kaliteli ve daha dayanıklıdır.
3. Teknik silikon. Bu çeşitlilik, saf elementin yaklaşık %98'ini içeren bir maddenin örneklerini içerir. Diğer her şey çeşitli kirliliklere gider:

• bor;
• alüminyum;
• klor;
• karbon;
• fosfor ve diğerleri.

Söz konusu maddenin son çeşidi silikon polikristaller elde etmek için kullanılır. Bunun için yeniden kristalleştirme işlemleri yapılır. Sonuç olarak saflık açısından solar ve elektronik kalite gruplarına atfedilebilecek ürünler elde edilmektedir.

Doğası gereği, polisilikon amorf ve kristal modifikasyon arasında bir ara üründür. Bu seçenekle çalışmak daha kolaydır, daha iyi geri dönüştürülür ve flor ve klor ile temizlenir.

Sonuç olan ürünler şu şekilde sınıflandırılabilir:

• multicilicon;
• monokristal;
• profilli kristaller;
• silikon hurda;
• teknik silikon;
• madde parçaları ve artıkları şeklinde üretim atıkları.

Her biri endüstride uygulama bulur ve kullanılırtamamen bir kişi. Bu nedenle, silikon içeren üretim süreçleri atıksız olarak kabul edilir. Bu, kaliteyi etkilemeden ekonomik maliyetini büyük ölçüde az altır.

Saf silikon kullanma

Silikon sanayide üretimi oldukça iyi kurulmuş ve ölçeği oldukça hacimlidir. Bunun nedeni hem saf hem de çeşitli bileşikler halinde bulunan bu elementin bilim ve teknolojinin çeşitli dallarında yaygın ve talep görmesidir.

Saf kristal ve amorf silikon nerede kullanılır?

1. Metalurjide, metallerin ve alaşımlarının özelliklerini değiştirebilen bir alaşım katkı maddesi olarak. Bu nedenle çelik ve demirin ergitilmesinde kullanılır.
2. Daha temiz bir versiyon yapmak için farklı türde maddeler kullanılır - polisilikon.
3. Organik maddeler içeren silikon bileşikleri - bu, bugün özel bir popülerlik kazanmış olan bütün bir kimya endüstrisidir. Silikon malzemeler tıpta, tabakların, aletlerin imalatında ve çok daha fazlasında kullanılmaktadır.
4. Çeşitli güneş panellerinin üretimi. Bu enerji elde etme yöntemi, gelecekte en umut verici olanlardan biridir. Çevre dostu, uygun maliyetli ve dayanıklı - bu tür elektrik üretiminin başlıca avantajları.
5. Silikon çakmaklarda çok uzun süredir kullanılmaktadır. Eski zamanlarda bile insanlar ateş yakarken kıvılcım yaratmak için çakmaktaşı kullanırlardı. Bu ilke, çeşitli türlerdeki çakmakların üretiminin temelidir. Bugün içinde türler varçakmaktaşı, daha da hızlı sonuç veren (kıvılcım) belirli bir bileşime sahip bir alaşımla değiştirilir.
6. Elektronik ve güneş enerjisi.
7. Gaz lazer cihazlarında ayna üretimi.

Böylece saf silikon, önemli ve gerekli ürünleri oluşturmak için kullanılmasına izin veren birçok avantajlı ve özel özelliğe sahiptir.

Silikon bileşiklerinin uygulanması

Basit bir maddeye ek olarak, çeşitli silikon bileşikleri de çok yaygın olarak kullanılır. Silikat adı verilen bütün bir endüstri dalı var. Bu şaşırtıcı elementi içeren çeşitli maddelerin kullanımına dayanan kişidir. Bu bileşikler nelerdir ve ne üretirler?

1. Kuvars veya nehir kumu - SiO₂. Çimento, cam gibi yapı ve dekoratif malzemelerin imalatında kullanılır. Bu malzemelerin nerede kullanıldığını herkes biliyor. Bu bileşenler olmadan hiçbir yapı tamamlanmamıştır, bu da silikon bileşiklerinin önemini doğrular.
2. Fayans, porselen, tuğla gibi malzemeleri ve bunlara dayalı ürünleri içeren silikat seramikler. Bu bileşenler tıpta, yemeklerin imalatında, dekoratif süs eşyalarında, ev eşyalarında, inşaatta ve insan faaliyetinin diğer ev alanlarında kullanılır.
3. Silikon bileşikleri - silikonlar, silika jeller, silikon yağları.
4. Silikat yapıştırıcı - piroteknik ve inşaatta kırtasiye malzemesi olarak kullanılır.

Fiyatı dünya pazarına göre değişen, ancak geçiş yapmayan silikonyukarıdan aşağıya, kilogram başına (kristal başına) Rusya Federasyonu'nun 100 ruble işareti, aranan ve değerli bir maddedir. Doğal olarak, bu elementin bileşikleri de yaygın ve uygulanabilir.

Silisyumun biyolojik rolü

Vücut için önemi açısından silikon önemlidir. İçeriği ve doku dağılımı aşağıdaki gibidir:

• 0,002% - kaslı;
• 0, 000017% - kemik;
• kan - 3,9 mg/l.

Her gün yaklaşık bir gram silikon içeri girmelidir, aksi takdirde hastalıklar gelişmeye başlayacaktır. Aralarında ölümcül yoktur, ancak uzun süreli silikon açlığı şunlara yol açar:

• saç dökülmesi;
• akne ve sivilce görünümü;
• kemiklerin kırılganlığı ve kırılganlığı;
• kolay kılcal geçirgenlik;
• yorgunluk ve baş ağrısı;
• çok sayıda morluk ve morluk görünümü.

Bitkiler için silikon, normal büyüme ve gelişme için gerekli olan önemli bir eser elementtir. Hayvan deneyleri, günlük olarak yeterince silikon tüketen bireylerin en iyi şekilde büyüdüğünü göstermiştir.