Silicij je jedan od najtraženijih elemenata u tehnologiji i industriji. To duguje svojim neobičnim svojstvima. Danas postoji mnogo različitih spojeva ovog elementa koji igraju važnu ulogu u sintezi i stvaranju tehničkih proizvoda, posuđa, stakla, opreme, građevinskih i završnih materijala, nakita i drugih industrija.
Opće karakteristike silicija
Ako uzmemo u obzir položaj silicija u periodnom sustavu, možemo reći ovo:
- Nalazi se u grupi IV glavne podgrupe.
- Redni broj 14.
- Atomska masa 28, 086.
- Kemijski simbol Si.
- Naziv - silicij, ili na latinskom - silicij.
- Elektronska konfiguracija vanjskog sloja 4e:2e:8e.
Kristalna rešetka silicija slična je onoj dijamanta. Atomi su smješteni u čvorovima, njegov tip je kubni s licem. Međutim, zbog duže duljine veze, fizička svojstva silicija su vrlo različita od onih alotropne modifikacije ugljika.
Fizička i kemijska svojstva
Postoje dvaalotropske modifikacije ovog elementa: amorfne i kristalne. Vrlo su slični. Međutim, kao i kod drugih tvari, glavna razlika između njih je kristalna rešetka silicija.
U ovom slučaju, obje modifikacije su puderi različitih boja.
1. Kristalni silicij je tamno sivi sjajni prah nalik metalu. Njegova struktura odgovara dijamantu, ali su svojstva drugačija. On ima:
- fragility;
- niska tvrdoća;
- svojstva poluvodiča;
- točka taljenja 14150C;
- 2,33g/cm3;
- točka ključanja 27000C.
Njegova kemijska aktivnost je niska u usporedbi s drugim alotropnim oblikom.
2. Amorfni silicij - smeđe-smeđi prah, ima strukturu visoko neuređenog dijamanta. Kemijska aktivnost je prilično visoka.
Općenito, treba napomenuti da silicij ne voli reagirati. Da bi reagirao, potrebna vam je temperatura od najmanje 400-5000C. U tim uvjetima nastaju različiti kemijski spojevi silicija. Kao što su:
- oksidi;
- halogenidi;
- silicidi;
- nitridi;
- borides;
- karbidi.
Moguća interakcija silicija s dušičnom kiselinom ili lužinom, što se naziva proces jetkanja. Organosilicijevi spojevi su široko rasprostranjeni i danas postaju sve češći.
Biti u prirodi
Silicij se u prirodi nalazi u prilično značajnoj količini. Na drugom je mjestu nakon kisika po učestalosti. Njegov maseni udio je oko 30%. Morska voda također sadrži ovaj element u približnoj koncentraciji od 3 mg/l. Stoga se ne može reći da je silicij rijedak element u prirodi.
Naprotiv, postoji mnogo različitih stijena i minerala u kojima se javlja i iz kojih se može iskopati. Najčešći prirodni spojevi silicija su sljedeći:
- Silicij. Kemijska formula je SiO2. Postoji prilično velik izbor oblika minerala i stijena na njegovoj osnovi: pijesak, kremen, feldspat, kvarc, gorski kristal, ametist, kalcedon, karneol, opal, jaspis i drugi.
- Silikati i aluminosilikati. Kaolin, spar, liskun, soli silicijeve kiseline, azbest, talk.
Dakle, silicij je široko rasprostranjen u prirodi, a njegovi spojevi su popularni i traženi među ljudima za tehničke primjene.
Silicij i njegovi spojevi
Budući da dotični element ne može postojati u svom čistom obliku, stoga su njegovi različiti spojevi važni. S kemijskog gledišta, može pokazati tri oksidacijska stanja: +2, +4, -4. Polazeći od toga, kao i zbog svoje inertnosti, ali posebne u strukturi kristalne rešetke, tvori sljedeće glavne vrste tvari:
- binarni spojevi s nemetalima (silan, karbid, nitrid, fosfid i tako dalje;
- oksidi;
- silicijkiselina;
- metalni silikati.
Promotrimo pobliže važnost silicija i njegovih spojeva, koji su najčešći i traženi među ljudima.
Silicijevi oksidi
Postoje dvije varijante ove tvari, izražene formulama:
- SiO;
- SiO2.
Međutim, najrašireniji je dioksid. U prirodi postoji u obliku vrlo lijepog poludragog kamenja:
- ahat;
- kalcedon;
- opal;
- karneol;
- jasper;
- ametist;
- rhinestone.
Upotreba silicija u ovom obliku našla je svoju primjenu u proizvodnji nakita. Od ovog poludragog i poludragog kamenja izrađuje se nevjerojatno lijep zlatni i srebrni nakit.
Još nekoliko varijanti silicijevog dioksida:
- kvarc;
- rijeka i kvarcni pijesak;
- kremen;
- feldspars.
Upotreba silicija u ovim vrstama provodi se u građevinarstvu, inženjerstvu, radioelektronici, kemijskoj industriji i metalurgiji. Zajedno, navedeni oksidi pripadaju jednoj tvari - silicij.
Silicij karbid i njegove primjene
Silicij i njegovi spojevi materijali su budućnosti i sadašnjosti. Jedan od tih materijala je karborund ili karbid ovog elementa. Kemijska formula SiC. Prirodno se javlja kao mineral moissanite.
U svom čistom obliku, spoj ugljika i silicija je prekrasanprozirni kristali nalik dijamantnim strukturama. Međutim, zeleno i crno obojene tvari koriste se u tehničke svrhe.
Glavne karakteristike ove tvari, koje omogućuju njezinu upotrebu u metalurgiji, inženjerstvu, kemijskoj industriji, su sljedeće:
- poluvodič sa širokim razmakom;
- vrlo visoka čvrstoća (7 na Mohsovoj skali);
- otporan na visoke temperature;
- izvrstan električni otpor i toplinska vodljivost.
Sve to omogućuje korištenje karborunda kao abrazivnog materijala u metalurgiji i kemijskoj sintezi. I također na njegovoj osnovi proizvoditi LED diode širokog spektra, dijelove za peći za topljenje stakla, mlaznice, baklje, nakit (moissanite se cijeni više od kubnog cirkonija).
Silan i njegovo značenje
Vodikov spoj silicija naziva se silan i ne može se dobiti izravnom sintezom iz početnih materijala. Za njegovo dobivanje koriste se silicidi raznih metala koji se tretiraju kiselinama. Kao rezultat, oslobađa se plinoviti silan i stvara se metalna sol.
Zanimljivo je da se dotična veza nikada ne stvara sama. Uvijek se kao rezultat reakcije dobiva smjesa mono-, di- i trisilana u kojoj su atomi silicija međusobno povezani u lancima.
Po svojim svojstvima, ovi spojevi su jaka redukcijska sredstva. Istodobno, sami se lako oksidiraju kisikom, ponekad i eksplozijom. Kod halogena su reakcije uvijek burne, s velikom emisijomenergija.
Primjena silana je kako slijedi:
- Reakcije organske sinteze, koje rezultiraju stvaranjem važnih organosilicijskih spojeva - silikona, gume, brtvila, maziva, emulzija i dr.
- Mikroelektronika (LCD monitori, integrirani tehnički krugovi, itd.).
- Dobivanje ultračistog polisilicija.
- Stomatologija s protetikom.
Dakle, važnost silana u modernom svijetu je velika.
Silicijska kiselina i silikati
Hiroksid elementa u pitanju su različite silicijeve kiseline. Istaknite:
- meta;
- orto;
- polisilicijeve i druge kiseline.
Sve ih ujedinjuje zajednička svojstva - ekstremna nestabilnost u slobodnom stanju. Lako se raspadaju pod utjecajem temperature. U normalnim uvjetima ne postoje dugo, pretvarajući se prvo u sol, a zatim u gel. Nakon sušenja takve strukture nazivaju se silika gelovi. Koriste se kao adsorbenti u filterima.
Važne su, sa stajališta industrije, soli silicijevih kiselina – silikati. Oni su temelj proizvodnje tvari kao što su:
- staklo;
- beton;
- cement;
- zeolit;
- kaolin;
- porculan;
- faience;
- kristal;
- keramika.
Silikati alkalijskih metala su topljivi, svi ostali nisu. Stoga se natrijev i kalijev silikat naziva tekućim staklom. Obično klerikalno ljepilo - ovo je natrijsol silicijeve kiseline.
Ali najzanimljiviji spoj su i dalje naočale. Koliko god varijanti ove supstance smislili! Danas dobivaju boje, optičke, mat opcije. Stakleno posuđe zadivljuje svojom raskošom i raznolikošću. Dodavanjem određenih metalnih i nemetalnih oksida u smjesu, može se proizvesti širok izbor vrsta stakla. Ponekad čak i isti sastav, ali različit postotak komponenti dovodi do razlike u svojstvima tvari. Primjer su porculan i fajansa čija je formula SiO2AL2O3 K 2O.
Kvarc staklo je oblik visoko čistog proizvoda čiji je sastav opisan kao silicij dioksid.
Otkrića u spojevima silicija
Tijekom posljednjih nekoliko godina istraživanja, dokazano je da su silicij i njegovi spojevi najvažniji sudionici normalnog stanja živih organizama. Uz nedostatak ili višak ovog elementa, bolesti kao što su:
- rak;
- tuberkuloza;
- artritis;
- katarakta;
- guba;
- dizenterija;
- reumatizam;
- hepatitis i drugi.
Sam proces starenja također je povezan s kvantitativnim sadržajem silicija. Brojni pokusi na sisavcima dokazali su da u nedostatku elementa dolazi do infarkta, moždanog udara, raka i aktivira se virus hepatitisa.
