حمض السيليك في الطبيعة. السيليكون ومركباته. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسيليكون

مونوسيلان SiH4.سلف السلسلة المتماثلة من سيليكات الهيدروجين Si n H 2n+2. وهو غاز عديم اللون سام للغاية وله رائحة تذكرنا بـ AsH 3 وH 2 S. t pl = -185 درجة مئوية، درجة الغليان = -112 درجة مئوية. يشتعل تلقائيًا في الهواء، نظرًا لأن درجة حرارة الاشتعال أقل من درجة حرارة الغرفة. يتحلل عند تسخينه. لا يذوب في الماء البارد. رد الفعل للغاية. عامل تخفيض قوي. تم الحصول عليه عن طريق عمل حمض الهيدروكلوريك المخفف على سيليسيد المغنيسيوم.

أكسيد السيليكون (II) (السيليكا) SiO2.ويحدث في المقام الأول مثل الكوارتز المعدني. يعد الكوارتز الملوث بالشوائب - الرمل العادي - أحد المنتجات الرئيسية لتدمير الصخور. عديم اللون، صلب للغاية. غير قابلة للذوبان تقريبا في الماء. أنها لا تؤثر على السيليكا والأحماض، باستثناء HF. يتم نقل القلويات تدريجياً إلى المحلول لتكوين أملاح حمض السيليك المقابلة. تم الحصول عليها عن طريق تفاعل السيليكون والأكسجين. تنطبق كما مواد البناء.

حمض السيليك H2SiO3.غير قابل للذوبان تقريبًا في الماء (في شكل محلول حقيقي). تشكل المحاليل الغروية بسهولة وبالتالي تترسب جزئيًا فقط. يكون للراسب مظهر الهلام عديم اللون، ولا يتوافق تركيبه فقط مع الصيغة H 2 SiO 3 أو H 4 SiO 4، ولكن مع الصيغة الأكثر عمومية nSiO 2. mH 2 O بقيم n و m تختلف مع هطول الأمطار. حمض السيليك ضعيف جدا.

زجاج Na 2 CaSi 6 O 14 أو Na 2 O. تساو. 6SiO2.زجاج النوافذ العادي قريب جدًا من هذه التركيبة. وهو غير قابل للذوبان عمليا، ولكن الماء يتحلل جزئيا من سطحه، ويرشح الصوديوم بشكل رئيسي. يتم الحصول عليها من الصودا والحجر الجيري والرمل.

كربيد السيليكون (كاربوروندوم) SiC.مادة صلبة حرارية. شبكتها البلورية تشبه شبكة الماس. يعتبر من أشباه الموصلات. يتفاعل بشكل مكثف مع القلويات المنصهرة (في وجود الأكسجين)، فوق 600 درجة مئوية ويتفاعل مع الكلور. ويتم إنتاجه بكميات كبيرة في الأفران الكهربائية عند درجة حرارة 2300 درجة مئوية من خلال تفاعل الكربون الزائد مع أكسيد السيليكون.

53) مركبات طبيعيةالسيليكون تطبيقات السيليكون في البناء الحديث.

مركبات السيليكون الطبيعية:

السيليكات. وأكثرها شيوعًا هي سيليكات الألومنيوم (من الواضح أن هذه السيليكات تحتوي على الألومنيوم). وتشمل سيليكات الألومنيوم الجرانيت، أنواع مختلفةالطين والميكا. والسيليكات التي لا تحتوي على الألومنيوم هي، على سبيل المثال، الأسبستوس.

أكسيد SiO2 ضروري لحياة النباتات والحيوانات. يعطي القوة لسيقان النباتات والأغطية الواقية للحيوانات. قشور الأسماك، وأصداف الحشرات، وأجنحة الفراشات، وريش الطيور، وفراء الحيوانات متينة لأنها تحتوي على السيليكا.

3) حجر الراين

البلورة الصخرية عبارة عن عديم اللون وشفاف وعادة ما يكون نقيًا كيميائيًا وخاليًا تقريبًا من الشوائب المتنوعة من تعديل درجة الحرارة المنخفضة للكوارتز - SiO2، ويتبلور في النظام الثلاثي. يحدث ذلك على شكل بلورات مفردة أو بلورية ذات مظهر منشوري سداسي الشكل، يصل وزنها أحيانًا إلى طن أو أكثر.

الكوارتز هو أحد المعادن الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية، وهو المعدن الذي يشكل الصخور في معظم الصخور النارية والمتحولة. الصيغة الكيميائية: SiO2.

أصناف الكوارتز: عديم اللون، الكوارتز الوردي، الكوارتز المشعر، العقيق، العقيق، عين النمر، الحصى المصقول.

5) صيغة العقيق - SiO2، وهو نوع من العقيق الأبيض. التركيب الكيميائي - محتوى SiO2 - 90-99٪؛ ويلاحظ الشوائب Fe2O3، Al2O3، MgO، CaO، H2O. العقيق، مثل العقيق، عبارة عن مجاميع ذات تكوين كالسيدوني بشكل أساسي مع بنية معقدة.

جاسبر هو مجموعة غير شفافة من الكوارتز - ثاني أكسيد السيليكون SiO2 - مع هيكل ليفي يتضمن مجموعة واسعة من المعادن: العقيق، الهيماتيت، البيريت، إلخ. لذلك، يتميز اليشب بمجموعة واسعة من الألوان، بما في ذلك جميع النغمات باستثناء اللون الأزرق النقي .

7) الجمشت

يعتبر الجمشت عبارة عن بلورات كوارتز أرجوانية أو حمراء، وهي عبارة عن ثاني أكسيد السيليكون وتنتمي إلى النظام الثلاثي.

الأوبال عبارة عن مجموعة غير متبلورة من الكوارتز SiO2 مع محتوى مائي متغير (6-10٪). الاسم الكيميائي للأوبال هو بولي هيدرات السيليكا. الميزة الرئيسية للأوبال هي قدرته على إصدار أشعة مختلفة على التوالي تحت تأثير ضوء الشمس، مما يسبب تلاعبًا متنوعًا في الألوان. تُعرف ثلاثة أنواع من الأوبال: الأوبال الأسود، وهو ذو لون أزرق غامق جدًا مع "ومضات" من الألوان؛ البرتقالي والأحمر النار العقيق والأوبال الأبيض.

7) السترين اسم الحجر مشتق من كلمة citreus - "الليمون"، ويشير إلى الصبغة الصفراء لهذا النوع من الكوارتز، الذي يعطي شوائب السترين من الحديديك. السترين مفيد للتركيز والتركيز.

اليشم معدن شفاف ذو لون أبيض وأخضر. من وجهة نظر معدنية، اليشم هو مركب السيليكا.

9) العقيق هو نوع من الكوارتز الشفاف. الصيغة الكيميائية: SiO2.

تطبيق مركبات السيليكون:

يستخدم السيليكون في صناعة السيليكات:

تستخدم مركبات السيليكون الطبيعية - الرمل (SiO2) والسيليكات لإنتاج السيراميك والزجاج والأسمنت.

غراء السيليكات معروف على نطاق واسع، ويستخدم في البناء كمجفف، وفي الألعاب النارية وفي الحياة اليومية للصق الورق.

أصبحت زيوت السيليكون والسيليكونات - المواد القائمة على السيليكون - منتشرة على نطاق واسع. مركبات العضوية.

54) الأساس الفيزيائي والكيميائي لتآكل الخرسانة والمواد المعدنية.

تآكل الخرسانة- العدو الرئيسيجميع مواد وهياكل البناء المعدنية (الخرسانة والخرسانة المسلحة والطوب والأسمنت الأسبستي والسيليكات والخرسانة الرغوية والكتل الخرسانية الهوائية). المشكلة الأكثر خطورة هي تأثير العامل الكيميائي الجوي - التعرض للمواد الجوية العدوانية (الكربونات والكبريتات والكلوريدات)، وكذلك دورات التجميد والذوبان المتكررة.

مواد البناء ذات الأساس المعدني مسامية شعرية. نتيجة للتأثيرات الجوية العدوانية، تتشكل بلورات داخل البنية المسامية، مما يؤدي نموها إلى ظهور الشقوق. نتيجة التعرض للماء والأملاح وثاني أكسيد الكربون - تآكل الخرسانة وتدمير هياكل البناء.

تعد حماية الأسطح المعدنية مهمة عالمية في تصميم وبناء وتشغيل أي كائن. إنه مناسب لجميع أنواع المباني والهياكل والهياكل المستخدمة في البناء الحديث.

يقع في المجموعة الفرعية الرئيسيةالمجموعة الرابعة في الفترة الثالثة. هذا هو التناظرية للكربون. التكوين الإلكتروني للطبقات الإلكترونية لذرة السيليكون هو ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. هيكل الطبقة الإلكترونية الخارجية

يشبه هيكل طبقة الإلكترون الخارجية بنية ذرة الكربون.

يحدث في شكل تعديلين متآصلين - غير متبلور وبلوري.
غير متبلور - مسحوق بني ذو نشاط كيميائي أكبر قليلاً من البلوري. عند درجة الحرارة العادية يتفاعل مع الفلور:
Si + 2F2 = SiF4 عند 400 درجة - مع الأكسجين
سي + O2 = SiO2
في الذوبان - مع المعادن:
2Mg + سي = Mg2Si

السيليكون هو

السيليكون البلوري مادة صلبة وهشة ذات بريق معدني. يتمتع بموصلية حرارية وكهربائية جيدة ويذوب بسهولة في المعادن المنصهرة ويتشكل. تسمى سبيكة السيليكون مع الألومنيوم سيلومين، وسبائك السيليكون مع الحديد تسمى الفيروسيليكون. كثافة السيليكون 2.4. نقطة الانصهار 1415 درجة، نقطة الغليان 2360 درجة. السيليكون البلوري مادة خاملة إلى حد ما ويدخل في التفاعلات الكيميائية بصعوبة. على الرغم من خصائصه المعدنية الواضحة، إلا أن السيليكون لا يتفاعل مع الأحماض، بل يتفاعل مع القلويات، مكونًا أملاح حمض السيليك و:
سي + 2KOH + H2O = K2SiO2 + 2H2

■ 36. ما هي أوجه التشابه والاختلاف بين الهياكل الإلكترونية لذرات السيليكون والكربون؟
37. كيف يمكننا أن نفسر، من وجهة نظر التركيب الإلكتروني لذرة السيليكون، لماذا تكون الخواص المعدنية مميزة للسيليكون أكثر من خصائص الكربون؟
38. القائمة الخواص الكيميائيةالسيليكون

السيليكون في الطبيعة. السيليكا

في الطبيعة، السيليكون واسع الانتشار. حوالي 25% من القشرة الأرضية تتكون من السيليكون. يتم تمثيل جزء كبير من السيليكون الطبيعي بواسطة ثاني أكسيد السيليكون SiO2. في حالة بلورية نقية جدًا، يتواجد ثاني أكسيد السيليكون كمعدن يسمى البلورة الصخرية. ثاني أكسيد السيليكون وثاني أكسيد الكربون التركيب الكيميائيتعتبر نظائرها، ولكن ثاني أكسيد الكربون غاز وثاني أكسيد السيليكون مادة صلبة. على عكس الشبكة البلورية الجزيئية لثاني أكسيد الكربون، فإن ثاني أكسيد السيليكون SiO2 يتبلور على شكل شبكة بلورية ذرية، كل خلية منها عبارة عن رباعي السطوح مع ذرة سيليكون في المركز وذرات أكسجين في الزوايا. ويفسر ذلك حقيقة أن نصف قطر ذرة السيليكون أكبر من نصف قطر ذرة الكربون، ولا يمكن وضع 2 ذرات أكسجين حولها، بل 4 ذرات أكسجين. يفسر الاختلاف في بنية الشبكة البلورية الاختلاف في خصائص هذه المواد. في التين. 69 معروضة مظهربلورة الكوارتز الطبيعية المكونة من ثاني أكسيد السيليكون النقي وتركيبته الهيكلية.

أرز. 60. الصيغة الهيكلية لثاني أكسيد السيليكون (أ) وبلورات الكوارتز الطبيعية (ب)

غالبًا ما توجد السيليكا البلورية على شكل رمل، وهو أبيض اللون ما لم يكن ملوثًا بشوائب طينية. اللون الأصفر. إلى جانب الرمل، غالبًا ما توجد السيليكا على شكل معدن شديد الصلابة، وهو السيليكا (السيليكا المائية). يشكل ثاني أكسيد السيليكون البلوري الملون بشوائب مختلفة أحجارًا ثمينة وشبه كريمة - العقيق والجمشت واليشب. ويوجد ثاني أكسيد السيليكون النقي تقريبًا أيضًا على شكل كوارتز وكوارتزايت. يبلغ ثاني أكسيد السيليكون الحر في القشرة الأرضية 12٪ وفي تكوين الصخور المختلفة حوالي 43٪. في المجمل، أكثر من 50% من القشرة الأرضية مكونة من ثاني أكسيد السيليكون.
السيليكون جزء من مجموعة واسعة من الصخور والمعادن - الطين، الجرانيت، السيانيت، الميكا، الفلسبار، إلخ.

ثاني أكسيد الكربون الصلب، دون ذوبان، يتسامى عند -78.5 درجة مئوية. تبلغ نقطة انصهار ثاني أكسيد السيليكون حوالي 1.713 درجة. إنها مقاومة تمامًا. الكثافة 2.65. معامل التمدد لثاني أكسيد السيليكون صغير جدًا. هذا لديه جدا أهمية عظيمةعند استخدام زجاجيات الكوارتز. ثاني أكسيد السيليكون لا يذوب في الماء ولا يتفاعل معه، على الرغم من أنه أكسيد حمضي وحمض السيليسيك المقابل له هو H2SiO3. ومن المعروف أن ثاني أكسيد الكربون قابل للذوبان في الماء. لا يتفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع الأحماض، باستثناء حمض الهيدروفلوريك HF، ويعطي الأملاح مع القلويات.

أرز. 69. الصيغة الهيكلية لثاني أكسيد السيليكون (أ) وبلورات الكوارتز الطبيعية (ب).
عند تسخين ثاني أكسيد السيليكون مع الفحم، يتم اختزال السيليكون، ومن ثم يتحد مع الكربون ويتكون الكاربوراندوم وفقا للمعادلة:
SiO2 + 2C = SiC + CO2. يتمتع الكاربورندوم بصلابة عالية، ومقاوم للأحماض، ويتم تدميره بواسطة القلويات.

■ 39. ما هي خصائص ثاني أكسيد السيليكون التي يمكن للمرء أن يحكم على شبكتها البلورية؟
40. في أي المعادن يوجد ثاني أكسيد السيليكون في الطبيعة؟
41. ما هو الكاربورندوم؟

حمض السلسيليك. السيليكات

حمض السيليسيك H2SiO3 هو حمض ضعيف للغاية وغير مستقر. عند تسخينه، فإنه يتحلل تدريجيا إلى الماء وثاني أكسيد السيليكون:
H2SiO3 = H2O + SiO2

حمض السيليسيك غير قابل للذوبان عمليا في الماء، ولكن يمكن أن يعطي بسهولة.
يشكل حمض السيليك أملاحًا تسمى السيليكات. وجدت على نطاق واسع في الطبيعة. الطبيعية معقدة للغاية. عادة ما يتم تصوير تكوينها على أنها مزيج من عدة أكاسيد. إذا كانت السيليكات الطبيعية تحتوي على أكسيد الألومنيوم، فإنها تسمى سيليكات الألومنيوم. هذه هي الطين الأبيض، (الكاولين) Al2O3 2SiO2 2H2O، الفلسبار K2O Al2O3 6SiO2، الميكا
К2O · Al2O3 · 6SiO2 · 2Н2O. طبيعية كثيرة شكل نقيوهي الأحجار الكريمة، مثل الزبرجد والزمرد وغيرها.
من السيليكات الاصطناعية، تجدر الإشارة إلى سيليكات الصوديوم Na2SiO3 - واحدة من السيليكات القليلة القابلة للذوبان في الماء. ويسمى الزجاج القابل للذوبان، ويسمى المحلول الزجاج السائل.

تستخدم السيليكات على نطاق واسع في التكنولوجيا. يستخدم الزجاج القابل للذوبان لتشريب الأقمشة والخشب لحمايتها من النار. يتم تضمين السائل في معاجين مقاومة للحريق للصق الزجاج والخزف والحجر. وتشكل السيليكات الأساس في إنتاج الزجاج والخزف والأواني الفخارية والأسمنت والخرسانة والطوب ومنتجات السيراميك المختلفة. في المحلول، يتم تحلل السيليكات بسهولة.

■ 42. ما هو؟ كيف تختلف عن السيليكات؟
43. ما هو السائل ولأي أغراض يتم استخدامه؟

زجاج

المواد الخام لإنتاج الزجاج هي صودا Na2CO3 والحجر الجيري CaCO3 ورمل SiO2. يتم تنظيف جميع مكونات الشحنة الزجاجية جيدًا وخلطها وصهرها عند درجة حرارة تبلغ حوالي 1400 درجة مئوية. أثناء عملية الاندماج تحدث التفاعلات التالية:
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2

CaCO3 + SiO2 = CaSiO 3+ CO2
في الواقع، يحتوي الزجاج على سيليكات الصوديوم والكالسيوم، بالإضافة إلى فائض من ثاني أكسيد الكبريت، وبالتالي فإن تركيب زجاج النوافذ العادي هو: Na2O · CaO · 6SiO2. يتم تسخين الخليط الزجاجي عند درجة حرارة 1500 درجة مئوية حتى يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون بالكامل. ثم يتم تبريده إلى درجة حرارة 1200 درجة مئوية، حيث يصبح لزجا. كأي شيء مادة غير متبلورةيلين الزجاج ويتصلب تدريجيًا، لذلك فهو مادة بلاستيكية جيدة. يتم تمرير الكتلة الزجاجية اللزجة من خلال الشق، مما ينتج عنه لوح زجاجي. يتم سحب لوح الزجاج الساخن باستخدام بكرات، ثم يتم إحضاره إلى حجم معين ويتم تبريده تدريجيًا بواسطة تيار من الهواء. ثم يتم قصها على طول الحواف وتقطيعها إلى أوراق ذات تنسيق معين.

■ 44. أعط معادلات التفاعلات التي تحدث أثناء إنتاج الزجاج وتركيب زجاج النوافذ.

زجاج- المادة غير متبلورة، شفافة، غير قابلة للذوبان عمليا في الماء، ولكن إذا تم سحقها إلى غبار ناعم وخلطها مع كمية صغيرة من الماء، يمكن اكتشاف القلويات في الخليط الناتج بمساعدة الفينول فثالين. عند تخزين القلويات في عبوات زجاجية لفترة طويلة، يتفاعل SiO2 الزائد في الزجاج ببطء شديد مع القلويات ويفقد الزجاج شفافيته تدريجيًا.
أصبح الزجاج معروفًا للناس منذ أكثر من 3000 قبل الميلاد. في العصور القديمة، تم الحصول على الزجاج بنفس التركيب تقريبًا كما هو الحال اليوم، لكن الأساتذة القدماء كانوا يسترشدون فقط بحدسهم الخاص. في عام 1750 م. تمكنت من التطور الأساس العلميالحصول على الزجاج. على مدى 4 سنوات، جمعت M. V. العديد من الوصفات لصنع أكواب مختلفة، وخاصة الملونة. أنتج مصنع الزجاج الذي بناه عددًا كبيرًا من عينات الزجاج التي بقيت حتى يومنا هذا. الزجاج المستخدم حاليا تكوين مختلف، لها خصائص مختلفة.

يتكون زجاج الكوارتز من ثاني أكسيد السيليكون النقي تقريبًا، وهو منصهر من الكريستال الصخري. انه جدا ميزة مهمةهو أن معامل التمدد الخاص به ضئيل، ما يقرب من 15 مرة أقل من الزجاج العادي. يمكن تسخين الأطباق المصنوعة من هذا الزجاج إلى درجة حرارة شديدة السخونة في لهب الموقد ثم غمسها في الماء البارد؛ وفي هذه الحالة لن تحدث أي تغييرات على الزجاج. زجاج الكوارتز لا يحجب الأشعة فوق البنفسجية، وإذا قمت بطلائه باللون الأسود بأملاح النيكل، فسوف يحجب جميع أشعة الطيف المرئية، لكنه سيبقى شفافًا أمام الأشعة فوق البنفسجية.
لا يتأثر زجاج الكوارتز بالأحماض والقلويات، لكن القلويات تؤدي إلى تآكله بشكل ملحوظ. زجاج الكوارتز أكثر هشاشة من الزجاج العادي. يحتوي زجاج المختبر على حوالي 70% SiO2، 9% Na2O، 5% K2O، 8% CaO، 5% Al2O3، 3% B2O3 (لم يتم ذكر تركيبة النظارات لأغراض الحفظ).

ويستخدم زجاج جينا وبيركس في الصناعة. يحتوي زجاج جينا على حوالي 65% Si02، 15% B2O3، 12% BaO، 4% ZnO، 4% Al2O3. إنه متين ومقاوم للإجهاد الميكانيكي وله معامل تمدد منخفض ومقاوم للقلويات.
يحتوي زجاج البيركس على 81% SiO2، 12% B2O3، 4% Na2O، 2% Al2O3، 0.5% As2O3، 0.2% K2O، 0.3% CaO. وله نفس خصائص زجاج جينا، ولكن إلى حد أكبر، خاصة بعد التقسية، ولكنه أقل مقاومة للقلويات. ويستخدم زجاج البايركس في صناعة الأدوات المنزلية التي تتعرض للحرارة، وكذلك أجزاء من بعض المنشآت الصناعية التي تعمل في درجات حرارة منخفضة وعالية.

بعض الإضافات تعطي صفات مختلفة للزجاج. على سبيل المثال، تنتج مخاليط أكاسيد الفاناديوم زجاجًا يحجب الأشعة فوق البنفسجية تمامًا.
كما يتم الحصول على الزجاج المطلي بألوان مختلفة. كما أنتج M. V. عدة آلاف من عينات الزجاج الملون بألوان وظلال مختلفة للوحاته الفسيفسائية. حاليًا، تم تطوير طرق الرسم على الزجاج بالتفصيل. مركبات المنغنيز تلون الزجاج أرجوانيوالكوبالت - الأزرق. ، تتوزع في كتلة الزجاج على شكل جزيئات غروانية، تعطيه لون ياقوتي وغيرها. مركبات الرصاص تعطي الزجاج لمعاناً يشبه لمعان البلور الصخري، ولهذا سُمي بالبلور. يمكن معالجة هذا النوع من الزجاج وقطعه بسهولة. المنتجات المصنوعة منه تنكسر الضوء بشكل جميل للغاية. ومن خلال تلوين هذا الزجاج بإضافات مختلفة، يتم الحصول على زجاج بلوري ملون.

إذا تم خلط الزجاج المنصهر بمواد تشكل عند تحللها كمية كبيرة من الغازات، فإن الأخيرة عند إطلاقها ترغى الزجاج وتشكل زجاجًا رغويًا. هذا الزجاج خفيف جدًا، ويمكن معالجته بشكل جيد، وهو عازل كهربائي وحراري ممتاز. تم الحصول عليها لأول مرة من قبل البروفيسور. I. I. Kitaygorodsky.
ومن خلال سحب الخيوط من الزجاج يمكنك الحصول على ما يسمى بالألياف الزجاجية. إذا قمت بتشريب الألياف الزجاجية الموضوعة في طبقات من الراتنجات الاصطناعية، فستحصل على مادة بناء متينة للغاية ومقاومة للعفن وسهلة المعالجة، ما يسمى بصفائح الألياف الزجاجية. ومن المثير للاهتمام أنه كلما كانت الألياف الزجاجية أرق، زادت قوتها. تُستخدم الألياف الزجاجية أيضًا في صناعة ملابس العمل.
يعتبر الصوف الزجاجي مادة قيمة يمكن من خلالها ترشيح الأحماض والقلويات القوية التي لا يمكن ترشيحها من خلال الورق. وبالإضافة إلى ذلك، الصوف الزجاجي هو عازل حراري جيد.

■ 44. ما الذي يحدد خصائص أنواع الزجاج المختلفة؟

سيراميك

من بين سيليكات الألومينيوم، يعتبر الطين الأبيض مهمًا بشكل خاص - الكاولين، وهو الأساس لإنتاج الخزف والأواني الفخارية. يعتبر إنتاج البورسلين صناعة قديمة للغاية. مسقط رأس الخزف هي الصين. تم إنتاج الخزف في روسيا لأول مرة في القرن الثامن عشر. د، آي فينوغرادوف.
المواد الأولية لإنتاج الخزف والأواني الفخارية، بالإضافة إلى الكاولين، هي الرمل و. يتم إخضاع خليط من الكاولين والرمل والماء للطحن الدقيق في المطاحن الكروية، ثم يتم ترشيح الماء الزائد وإرسال الكتلة البلاستيكية المخلوطة جيدًا لقولبة المنتجات. بعد القولبة، يتم تجفيف المنتجات وحرقها في أفران نفقية مستمرة، حيث يتم تسخينها أولاً، ثم تسخينها وتبريدها أخيرًا. بعد ذلك، تخضع المنتجات لمزيد من المعالجة - التزجيج والطلاء باستخدام دهانات السيراميك. بعد كل مرحلة، يتم إطلاق المنتجات. والنتيجة هي الخزف الأبيض، الناعم واللامع. في طبقات رقيقة يضيء من خلال. الخزف مسامي ولا يتألق من خلاله.

ويستخدم الطين الأحمر في صناعة الطوب والبلاط والفخار والحلقات الخزفية لربطها في أبراج الامتصاص والغسيل للصناعات الكيماوية المختلفة وأواني الزهور. يتم حرقها أيضًا حتى لا يتم تليينها بالماء وتصبح قوية ميكانيكيًا.

يبني. أسمنت

تعمل مركبات السيليكون كأساس لإنتاج الأسمنت، وهو مادة ربط لا غنى عنها في البناء. المواد الخام لإنتاج الأسمنت هي الطين والحجر الجيري. يتم حرق هذا الخليط في فرن دوار أنبوبي مائل ضخم يتم فيه تغذية المواد الخام بشكل مستمر. بعد الحرق عند درجة حرارة 1200-1300 درجة، تخرج باستمرار كتلة ملبدة - الكلنكر - من فتحة تقع في الطرف الآخر من الفرن. بعد الطحن يتحول الكلنكر إلى . يتكون تكوين الأسمنت بشكل رئيسي من السيليكات. إذا تم مزجه بالماء لتكوين ملاط ​​سميك ثم تركه في الهواء لفترة من الوقت، فسوف يتفاعل مع المواد الأسمنتية، ويشكل هيدرات بلورية ومركبات صلبة أخرى، مما يؤدي إلى تصلب (“تثبيت”) الأسمنت. هذه

بعد الأكسجين السيليكونهو العنصر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. وله نظيران مستقران: 28 سي, 29 سي, 30 سي. لا يتواجد السيليكون بشكل حر في الطبيعة.

الأكثر شيوعا: أملاح حمض السيليك وأكسيد السيليكون (السيليكا والرمل والكوارتز). وهي جزء من الأملاح المعدنية والميكا والتلك والأسبستوس.

تآصل السليكون.

ش السيليكونهناك نوعان من التعديلات المتآصلة:

بلورية (بلورات رمادية فاتحة. هيكلها مشابه للشبكة البلورية الماسية، حيث ترتبط ذرة السيليكون تساهميًا بـ 4 ذرات متطابقة، وهي نفسها في sp3 - التهجين)؛

غير متبلور (مسحوق بني، شكل أكثر نشاطا من البلوري).

خصائص السيليكون.

عند درجة الحرارة، يتفاعل السيليكون مع الأكسجين الموجود في الهواء:

سي + يا 2 = شافي 2 .

إذا لم يكن هناك ما يكفي من الأكسجين (نقص الأكسجين)، فقد يحدث التفاعل التالي:

2 سي + يا 2 = 2 شافي,

أين شافي- أول أكسيد، والذي يمكن أن يتكون أيضًا أثناء التفاعل:

سي + شافي 2 = 2 شافي.

في ظل ظروف طبيعية السيليكونقد تتفاعل مع F 2 عند تسخينها - مع Cl 2 . إذا قمت بزيادة درجة الحرارة أكثر، ثم سيسوف تكون قادرة على التفاعل مع نو س:

4Si + S 8 = 4SiS 2 ؛

سي + 2F2 = SiF4.

السيليكون قادر على التفاعل مع الكربون، وإعطاء كاربورندوم:

سي + ج = كربيد كربيد.

السيليكون قابل للذوبان في خليط من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك المركزة:

3Si + 4HNO3 + 12HF = 3SiF4 + 4NO + 8H2O.

يذوب السيليكون في المحاليل المائية للقلويات:

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2.

عند تسخينه مع أكاسيد، السيليكون غير متناسب:

2 أهداب الشوق + 3 سي = ملغ 2 سي + 2 شافي.

عند التفاعل مع المعادن، يعمل السيليكون كعامل مؤكسد:

2 ملغ + سي = ملغ 2 سي.

تطبيق السيليكون.

يستخدم السيليكون على نطاق واسع في إنتاج السبائك لإضفاء القوة على الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم ولإنتاج مبيدات الفيروسيل، والتي تعتبر مهمة في إنتاج الفولاذ وتكنولوجيا أشباه الموصلات. تستخدم بلورات السيليكون في الخلايا الشمسية وأجهزة أشباه الموصلات - الترانزستورات والثنائيات.

يعمل السيليكون أيضًا كمادة خام لإنتاج مركبات السيليكون العضوي، أو السيلوكسان، التي يتم الحصول عليها على شكل زيوت ومواد تشحيم ومواد بلاستيكية ومطاط صناعي. تُستخدم مركبات السيليكون غير العضوية في تكنولوجيا السيراميك والزجاج، كمواد عازلة وبلورات ضغطية.

السيليكون- نوع معدني نادر جدًا من فئة العناصر المحلية. في الواقع، من المثير للدهشة مدى ندرة وجود عنصر السيليكون الكيميائي، الذي يشكل ما لا يقل عن 27.6٪ من كتلة قشرة الأرض في شكل مقيد، في الطبيعة في شكله النقي. لكن السيليكون يرتبط بقوة بالأكسجين ويوجد دائمًا تقريبًا على شكل سيليكا - ثاني أكسيد السيليكون، SiO 2 (عائلة الكوارتز) أو كجزء من السيليكات (SiO 4 4-). تم العثور على السيليكون الأصلي كمعدن في منتجات الأبخرة البركانية وكشوائب صغيرة في الذهب الأصلي.

أنظر أيضا:

بناء

ملكيات

السيليكون هش، ولا يتحول إلى مادة بلاستيكية إلا عند تسخينه فوق 800 درجة مئوية. إنه شفاف للأشعة تحت الحمراء التي تبدأ بطول موجة 1.1 ميكرون. التركيز الجوهري لحاملات الشحنة هو 5.811015 م−3 (عند درجة حرارة 300 كلفن)، نقطة الانصهار 1415 درجة مئوية، نقطة الغليان 2680 درجة مئوية، الكثافة 2.33 جم / سم 3. له خصائص أشباه الموصلات، وتقل مقاومته مع زيادة درجة الحرارة.

السيليكون غير المتبلور هو مسحوق بني يعتمد على بنية شديدة الاضطراب تشبه الماس. وهو أكثر تفاعلاً من السيليكون البلوري.

علم التشكل المورفولوجيا

وقد لوحظت حالات معزولة للعثور على السيليكون النقي في شكله الأصلي.

أصل

يبلغ محتوى السيليكون في القشرة الأرضية، وفقًا لمصادر مختلفة، 27.6-29.5٪ بالكتلة. وهكذا، من حيث توافره في القشرة الأرضية، يحتل السيليكون المرتبة الثانية بعد الأكسجين. التركيز في مياه البحر 3 ملغم/لتر. تمت ملاحظة حقائق معزولة عن العثور على السيليكون النقي في شكله الأصلي - شوائب صغيرة (أفراد نانو) في إيجوليت في كتلة جورياتشيجورسك القلوية الجابرو (كوزنتسك ألاتاو، إقليم كراسنويارسك)؛ في كاريليا وشبه جزيرة كولا (استنادًا إلى الدراسة الرياضية لبئر كولا العميق)؛ بلورات مجهرية في فومارول براكين تولباتشيك وكودريافي (كامتشاتكا).

طلب

يتم استخدام السيليكون أحادي البلورية - بالإضافة إلى الإلكترونيات والطاقة الشمسية - في صناعة مرايا الليزر الغازية.

تستخدم مركبات المعادن مع السيليكون - مبيدات السيليكات - على نطاق واسع في صناعة المواد (على سبيل المثال، الإلكترونية والنووية) مع مجموعة واسعة من الخصائص الكيميائية والكهربائية والنووية المفيدة (مقاومة الأكسدة والنيوترونات وما إلى ذلك). تعتبر مبيدات السيليكات المكونة من عدد من العناصر من المواد الكهروحرارية المهمة.

تعمل مركبات السيليكون كأساس لإنتاج الزجاج والأسمنت. صناعة السيليكات تنتج الزجاج والأسمنت. كما أنها تنتج سيراميك السيليكات - الطوب والخزف والأواني الفخارية والمنتجات المصنوعة منها. غراء السيليكات معروف على نطاق واسع، ويستخدم في البناء كمجفف، وفي الألعاب النارية وفي الحياة اليومية للصق الورق. أصبحت زيوت السيليكون والسيليكونات - المواد القائمة على مركبات السيليكون العضوية - منتشرة على نطاق واسع.

يجد السيليكون التقني التطبيقات التالية:

• المواد الخام لإنتاج المعادن: مكونات السبائك (البرونز، السيلومين)؛
• مزيل الأكسدة (لصهر ​​الحديد والصلب)؛
• معدّل خصائص المعدن أو عنصر صناعة السبائك (على سبيل المثال، إضافة كمية معينة من السيليكون في إنتاج فولاذ المحولات يقلل من القوة القسرية للمنتج النهائي)، وما إلى ذلك؛
• المواد الخام لإنتاج السيليكون متعدد البلورات النقي والسيليكون المعدني المنقى (في الأدب "umg-Si")؛
• المواد الخام لإنتاج مواد السيليكون العضوية، السيلان؛
• في بعض الأحيان يتم استخدام السيليكون التجاري وسبائكه مع الحديد (الفيروسيليكون) لإنتاج الهيدروجين في الحقل؛
• لإنتاج الألواح الشمسية.
• مضاد للكتلة (مضاف مضاد للالتصاق) في صناعة البلاستيك.

السيليكون - سي

تصنيف

- خصائص عنصر السيليكون: التركيب الإلكتروني، حالات الأكسدة المحتملة، المركبات الرئيسية: الأكسيد، الهيدروكسيد. السيليكون غير المتبلور والبلوري.

السيليكون– عنصر الدورة الثالثة ومجموعة IVA من الجدول الدوري الرقم التسلسلي 14. الصيغة الإلكترونية للذرة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [ 10 Ne]3s 2 3p 2 . حالة الأكسدة المميزة في المركبات هي +IV.

مقياس حالة أكسدة السيليكون:

السالبية الكهربية للسيليكون منخفضة بالنسبة لللافلزات (2.25). يعرض خصائص غير معدنية (حمضية)؛ تشكل أكاسيد وأحماض سيليكية وعدد كبير جدًا من الأملاح - سيليكات على شكل سلاسل وأشرطة وشبكات ثلاثية الأبعاد من رباعيات السطوح ومركبات ثنائية. حاليًا، يتم تطوير كيمياء مركبات السيليكون العضوية ذات روابط Si-C وبوليمرات السيليكون العضوي - السيليكون ومطاط السيليكون مع روابط Si-Si وSi-O وSi-C.

العنصر الأكثر أهمية الطبيعة الجامدة, ثانيةعن طريق الوفرة الكيميائية. وجدت فقط في شكل منضم. عنصر حيوي للعديد من الكائنات الحية.

السيليكون سي –مادة بسيطة. بلوري خشن - رمادي غامق، مع بريق معدني، شديد الصلابة، هش للغاية، معتم، مقاوم للحرارة، وهو شبه موصل شائع. الشبكة البلورية ذرية، وروابط Si – Si قوية جدًا. غير متبلور - أبيض أو أصفر-بني (مع شوائب، وخاصة الحديد)، وأكثر نشاطا كيميائيا. ثابت في الهواء (مغلف بطبقة أكسيد متينة)، ولا يتفاعل مع الماء. يتفاعل مع HF (conc.) والقلويات. يتأكسد بالأكسجين والكلور. تم استعادته بواسطة المغنيسيوم. متكلس مع الجرافيت. سبيكة مع الحديد لها أهمية صناعية - الفيروسيليكون(12-90% سي). يتم استخدامه كمادة مضافة لصناعة السبائك في سبائك الصلب والمعادن غير الحديدية، وهو أحد مكونات مواد أشباه الموصلات للإلكترونيات الدقيقة، وأساس السيليكون.

معادلات أهم التفاعلات:

إيصالفي الصناعة: تخفيض SiCl 4 أو SiO 2 عند التكليس:

SiCl 4 + 2Zn = سي+2ZnCl2

SiO2 + 2Mg = سي+ 2MgO

(يمكن أيضًا إجراء التفاعل الأخير في المختبر؛ بعد المعالجة بحمض الهيدروكلوريك، يبقى السيليكون غير المتبلور).

ثاني أكسيد السيليكون SiO2 –أكسيد حمضي. بودرة بيضاء (رمل الكوارتز)والبلورات الشفافة، المنتج الطبيعي ملون بالشوائب (السيليكا)- على شكل رمل وحجر عادي (الصوان).الشبكة البلورية ذرية، كل ذرة سيليكون محاطة بأربع ذرات أكسجين، وكل ذرة أكسجين محاطة بذرتين سيليكون. له عدة تعديلات بلورية (جميع المعادن) أهمها - الكوارتز، ترايديميت كريستوباليت،نادرة وتم الحصول عليها بشكل مصطنع - كيتيت، كويزيت، ستيشوفيت، ميلانوفلوجيت، سيليكا ليفية.مع التبريد البطيء للصهارة يتكون شكل غير متبلور - زجاج الكوارتز(معدنية في الطبيعة ليشاتيلييت).الشكل غير المتبلور هو الأكثر نشاطًا كيميائيًا.

عمليا لا يتفاعل مع الماء (يترسب هيدرات SiO 2 nH 2 O من المحلول) والأحماض الشائعة. يتآكل زجاج الكوارتز في HF (conc.). يتفاعل مع القلويات في المحلول (أشكال أورثوسيليكات)وأثناء الاندماج (المنتجات - ميتاسيليكات).مكلور بسهولة في وجود فحم الكوك. ويتم اختزاله بواسطة فحم الكوك والمغنيسيوم والحديد (في عملية الفرن العالي).

يتم استخدامه كمادة خام صناعية في إنتاج السيليكون والزجاج العادي المقاوم للحرارة والكيميائية،

الخزف والسيراميك والمواد الكاشطة والمواد الماصة والحشو المطاطي ومواد التشحيم والمواد اللاصقة والدهانات، ومكونات حلول ربط البناء، على شكل بلورات كوارتز مفردة - أساس مولدات الموجات فوق الصوتية والحركة الدقيقة لساعات الكوارتز. أصناف الكوارتز ( الكريستال الصخري، الكوارتز الوردي، الجمشت، الكوارتز الدخاني، العقيق الأبيض، العقيقالخ) – الأحجار الكريمة وشبه الكريمة أو أحجار الزينة.

معادلات أهم التفاعلات:

ثاني أكسيد السيليكون متعدد الهيدراتSiO 2 nH 2 O –أحماض سيليكية ذات محتوى متغير من SiO 2 وH 2 O. بوليمر أبيض غير متبلور (زجاجي) مزود بسلسلة وشريط وورقة وشبكة وهيكل إطار. عند تسخينه، فإنه يتحلل تدريجيا. قليل الذوبان في الماء. يوجد فوق الراسب في المحلول ضعف أحادي orthosiliconحمض H 4 SiO 4 (بنية رباعية السطوح، sp 3 تهجين)، قابلية الذوبان 0.00673 جم/100 جم H 2 O عند 20 درجة مئوية. عندما يقف المحلول، يحدث التكثيف المتعدد وتتشكل ببطء أحماض السيليكات H 6 Si 2 O 7، H 2 Si 2 O 5، H 10 Si 2 O 9، ثم الهيدروسول n (sol) ميتاسيليكونحمض) وأخيرا هيدروجيل SiO 2 nH 2 O (n< 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 nН 2 O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.

يتم تحويله إلى محلول عن طريق عمل القلويات المركزة. في الخواص الكيميائية الأخرى فهو مشابه لـ SiO 2. المعادن في الطبيعة أوبالو العقيق (العقيق، يشب).لم يتم الحصول على حمض الميتاسيليك الأحادي H 2 SiO 3.

معادلات أهم التفاعلات:

إيصال: إزاحة محلول السيليكات بواسطة حمض قوي، على سبيل المثال:

K 2 SiO 3 + 2НCl + (n – 1) Н 2 O = 2КCl + SiO 2 nH 2 O↓

ميتاسيليكات الصوديوم Na 2 SiO 3 –أوكسوسول. أبيض اللون، يذوب عند تسخينه دون أن يتحلل. يذوب في الماء البارد (التحلل المائي القوي للأنيون). المحلول المركز هو غرواني ("الزجاج السائل"، يحتوي على SiO 2 nH 2 O هيدروسول). يتحلل الى الماء الساخنيتفاعل مع الأحماض والقلويات وثاني أكسيد الكربون.

يتم استخدامه كعنصر شحن في إنتاج الزجاج والأسمنت والخرسانة الخاصة، ويتم تضمينه في دهانات السيليكات والغراء، والتزجيج البارد، ومحفزات سيليكات الألومنيوم، وفي إنتاج الورق والكرتون، وهلام السيليكا، والزيوليت الاصطناعي. معادلات أهم التفاعلات:

إيصال: دمج الصودا مع الرمل

Na 2 SiO 3 + SiO 2 = CO 2 + نا 2 شافي 3(1150 درجة مئوية)

السيليكات.يوجد السيليكون في حالة الأكسدة +IV، بالإضافة إلى SiO 2، في عدد كبير جدًا وغالبًا ما يكون معقدًا جدًا في التركيب والبنية أيونات السيليكات(لذلك باستثناء أيون زيتاسيليكاتشافي 3 2- و أيون أورثوسيليكات SiO 4 4- أيونات Si 2 O 7 6-، Si 3 O 9 6-، Si 2 O 10 4-، إلخ). لسهولة التدوين، تم تصوير جميع السيليكات على أنها تحتوي على أيون SiO 3 2-.

يتم استخدام محلول مشبع من سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم (الزجاج السائل اللزج) كغراء سيليكات.

سيليكات الصوديوم والكالسيوم جزء من الزجاج. يتم الحصول عليه عن طريق دمج الكوارتز SiO 2 والحجر الجيري CaCO 3 والصودا Na 2 CO 3:

في كثير من الأحيان يتم التعبير عن تكوين الزجاج من حيث الأكاسيد، على سبيل المثال، الزجاج العادي Na 2 O CaO 6 SiO 2.

من بين معادن السيليكات نلاحظ الطين (الألومينوسيليكات)، طين نقي جداً - الكاولينيستخدم Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O في صناعة الخزف.

تستخدم السيليكات والألومينوسيليكات في الصناعة في إنتاج السيراميك والأسمنت والخرسانة ومواد البناء الأخرى.

رابع كلوريد السيليكون SiCl 4.اتصال ثنائي. سائل عديم اللون، لديه مجموعة واسعة من الحالة السائلة. يحتوي الجزيء على بنية رباعية السطوح (تهجين sp3). مستقرة حراريا. "الدخان" في الهواء الرطب. يتحلل بالكامل بالماء. تتحلل بواسطة القلويات. مخفض بالهيدروجين والصوديوم والزنك. أكسيد الألومنيوم الكلورين.

يتم استخدامه في إنتاج السيليكون عالي النقاء لتكنولوجيا أشباه الموصلات.

معادلات أهم التفاعلات:

إيصالالخامس صناعة– كلورة رمل السيليكون أو الكوارتز باستخدام SiO 2.

السيليكون البلوري هو الشكل الرئيسي الذي يستخدم فيه السيليكون في إنتاج المحولات الكهروضوئية والأجهزة الإلكترونية ذات الحالة الصلبة باستخدام التكنولوجيا المستوية. إن استخدام السيليكون في شكل أغشية رقيقة (طبقات فوق محورية) ذات بنية بلورية وغير متبلورة على ركائز مختلفة يتطور بشكل نشط.