Силіцій

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ IVA ГРУПИ

§ 50. Силіцій

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

Характеризувати алотропні видозміни Силіцію, їх фізичні та хімічні властивості, способи добування, застосування; складати рівняння, схеми електронного балансу відповідних хімічних реакцій.

Алотропні видозміни Силіцію. Фізичні властивості. Силіцій утворює дві прості речовини, тобто дві алотропні видозміни: силіцій кристалічний і силіцій аморфний, які різняться будовою речовини (мал. 83).

Кристалічний

силіцій має алмазоподібну кристалічну гратку: кожний атом сполучений ковалентними зв’язками з чотирма іншими атомами Силіцію. Але зв’язки між атомами Силіцію набагато слабкіші, ніж між атомами Карбону в алмазі. Тому кристалічний силіцій міцний, але температура його плавлення (1415 °С) менша, ніж алмазу (4000 °С). Навіть за стандартних умов частина зв’язків між атомами в його кристалі руйнується, і з’являються вільні електрони, які надають силіцію металічний блиск і незначну електропровідність. При нагріванні й освітленні збільшується кількість зруйнованих зв’язків та вільних електронів
і зростає електропровідність. Отже, кристалічний силіцій є напівпровідником. Зовнішньо він також схожий на метал. Однак до металів його не відносять, оскільки він погано проводить електричний струм, крихкий і виявляє переважно хімічні властивості неметалів.

Аморфний силіцій має також кристалічну гратку, подібну до алмазу, але невпорядковану. Це бурий порошок, без певної температури плавлення, що характерно для аморфних речовин.

Добування. У природі Силіцій у вільному стані не трапляється, існує лише у вигляді сполук. Поширеними природними сполуками є силіцій(ІУ) оксид і силікати зі ступенем окиснення Силіцію +4. Тому для його добування використовують окисно-відновні реакції, в яких відбувається відновлення Силіцію за схемою:  Силіцій

 Силіцій

 Силіцій

Мал. 83. Силіцій: а – кристалічний; б – аморфний

Найбільш доступною й дешевою сировиною для добування силіцію є пісок SiO2 У промисловості силіцій добувають нагріванням суміші піску і вугілля:

 Силіцій

А в лабораторії – взаємодією чистого піску з порошком магнію:

 Силіцій

– Складіть схеми електронного балансу розглянутих реакцій.

Хімічні властивості. За хімічними властивостями силіцій, як і вуглець, є неметалом. Однак його неметалічні властивості менш виявлені, оскільки радіус атома більший і зовнішні електрони розміщені далі від ядра (див. § 44, табл. 13). Кристалічний силіцій за стандартних умов хімічно доволі інертний, але при нагріванні стає активнішим. Аморфний – значно активніший, ніж кристалічний. Усі реакції за участю силіцію є окисно-відновними. В них силіцій, подібно до вуглецю, виявляє відновні або окиснювальні властивості.

Відновні властивості більш характерні для силіцію і відповідають

Процесу:

 Силіцій

За стандартних умов силіцій реагує з фтором, при нагріванні сполучається з іншими галогенами, киснем, азотом, сіркою, вуглецем:

 Силіцій

З кислотами не реагує. У реакції з розчином або розплавом лугу силіцій так само, як алюміній, витісняє водень:

 Силіцій

Окиснювальні властивості силіцію відповідають процесу:

 СиліційІ виявляються при нагріванні в реакціях з багатьма металами (Ca, Cu, Cr, Mg, Mn, Fe та ін.):

 Силіцій

– Складіть схеми електронного балансу для розглянутих реакцій. Доведіть окисно-відновні властивості силіцію. Застосування. Силіцій застосовується для добування різних сплавів. Так, залізо із 4 %-вою добавкою силіцію має здатність швидко намагнічуватися і розмагнічуватися. З нього виробляють електричні трансформатори. Сталь із вмістом 15 – 20 % силіцію є кислотостійкою, її застосовують для виготовлення хімічної апаратури. Сплав міді з 4 – 5 % силіцію застосовується в машинобудуванні.

Кристали силіцію є напівпровідниками, і тому мають широке застосування в мікроелектроніці. На світлі провідна здатність силіцію зростає. Якщо з’єднати два кристали силіцію, один з яких розміщений на світлі, а інший – у темряві, то виникає електричний струм. Це явище використовується у фотоелементах – пристроях, які перетворюють сонячну енергію в електричну. Фотоелементи використовують у годинниках і мікрокалькуляторах. Тисячі кристалів силіцію, об’єднаних у сонячну батарею, є джерелом електричної енергії і на Землі, і в Космосі, наприклад на штучних супутниках. Із силіцію добувають карборунд, який за твердістю поступається лише алмазу. Тому його використовують для заточування різців металорізальних верстатів і шліфування коштовних каменів (див. мал. 76).

Коротко про головне

Силіцій належить до неметалів. У природі у вільному стані не трапляється, існує у вигляді двох алотропних видозмін – це силіцій кристалічний і силіцій аморфний, які різняться за будовою речовини.

Кристалічний силіцій має алмазоподібну кристалічну гратку. Аморфний силіцій має також алмазоподібну кристалічну гратку, але невпорядковану.

У хімічних реакціях силіцій хімічно інертний, реагує переважно за високих температур, виявляє відновні (найбільш характерні) й окиснювальні властивості. Сировиною для добування силіцію є пісок. Має широке застосування в мікроелектроніці, сонячній енергетиці, металургії.

Для допитливих. У Каліфорнії (США) є Силіконова долина, де зосереджені відомі в усьому світі компанії з виробництва комп’ютерів, пристроїв мобільного зв’язку, програмного забезпечення, біотехнології тощо. Назва Силіконова долина є уособленням надсучасних технологій і високого рівня життя.




Силіцій - Хімія


Силіцій