Кремний

cover
6411
Какой элемент роднит нас с кварцем и канцелярским клеем? Поговорим в этой статье о кремнии. Его химических и физических свойствах, методах получения и сферах применения.
12 января 2024 г.
Содержание статьи

Введение

Из химических элементов кремний находится на втором месте по распространенности на нашей планете. Земная кора где-то на 27,6 -29,5% состоит из кремния. Он есть в оконных стеклах, керамических кружках. И даже содержится в наших волосах, зубах и костях. Наверно, проще сказать где кремния нет, но увы статья не об этом. Кремний обозначается химическим символом Si, это сокращение от латинского названия silicium, что в переводе означает «кремень». А вот название «кремний» было предложено химиком Г. Гессом в 1834, оно имеет греческое происхождение и переводится, как «скала». Зато сразу из названия понятно, где много этого химического элемента.

Кремний. Общие сведения

Искать кремний (Si) в таблице Д.И. Менделева следует по такому адресу: IV группа, главная подгруппа, 3-й период, в ячейке под №14. Он является неметаллом.


Заряд ядра +14. А 14 электронов с удобствами расположились на трех энергетических уровнях.

Электронная конфигурация будет следующая: 1s22s22p63s23p2


Видим, что не спарено всего 2 электрона на p-орбитали , выходит, что низшая валентность у кремния II.


Но это ещё не всё.

В возбужденном энергетическом состоянии один электрон с s-орбитали перепрыгивает на p-орбиталь. Вуаля. Неспаренных электронов аж 4 штуки. Электронная конфигурация изменяется, и будет выглядеть так: 1s22s22p63s13p3.


В итоге высшая валентность кремния равна IV.

А вот степени окисления этот элемент проявляется следующие:

Физические свойства

В природе кремний встречается только в виде соединений. В чистом виде его можно добыть только в условиях лаборатории или на предприятиях. 

Кремний получают в виде кристаллов.


В природе кремний встречается только в виде соединений. В чистом виде его можно добыть только в условиях лаборатории или на предприятиях. 

Кремний получают в виде кристаллов.


Темно-серого цвета, непрозрачный, с явным стальным блеском, твердый, но хрупкий. А если нагреть до 800° становится пластичным. По виду его можно перепутать с металлом, это из-за полупроводниковых свойств. Он хорошо проводит электрический ток, причем это свойство увеличивается при освещении и повышении температуры. Кремний имеет кристаллическую решётку подобную алмазу, то есть атомную. Атомы кремния связаны друг с другом четырьмя ковалентными связями. Температура плавления 1410° C.


Также получают аморфный кремний в виде бурого гигроскопичного порошка. Он используется для производства солнечных батарей и тонкопленочных транзисторов в ЖК-дисплеях.


Самое распространенное соединение кремния – это диоксид кремния (кремнезем). Который бывает аморфным (речной, кварцевый песок) и кристаллическим (кварц и его разновидности, например, горный хрусталь, халцедон, яшма, аметист, авантюрин, цитрин, агат). Да! Это всё кремнезем.


Также кремний содержится в силикатах (асбест, тальк), полевом шпате, алюмосиликатах (каолине, слюда, нефелин). На картинках ниже можно увидеть некоторых из них.

Химические свойства кремния

В реакциях кремний проявляет восстановительные и слабоокислительные свойства.

Способы получение кремния

Чаще всего кремний получают из кремнезема. Но стоит отметить, что SiO₂ в обычных условиях практически ни с кем не хочет взаимодействовать, а в воде не растворяется. Оно конечно хорошо, ведь если бы кремнезем растворяется, то никаких песчаных пляжей не было. Зато диоксид кремния вступает в реакцию при сплавлении, кипячении с концентрированными растворами или при прокаливании. 

А так добывают чистый кремний в лабораторных и промышленных условиях:

Применение кремния и его соединений

Где кремний только не используется. Попробуем разобраться:

  1. Силумин — сплав кремния и алюминия. Используется для изготовления бытовой техники, например, мясорубок, деталей для самолётов, автомобилей, катеров. А ещё из него могут сделать замки и ключи.
  2. Силикатный клей, он же канцелярский клей или «жидкое стекло». Тоже содержит крмений, чаще это силикаты натрия или силикаты калия: Na₂O(SiO₂)n, K₂O(SiO₂)n.
  3. Кремний и его соединения используются при изготовлении стекла, керамики. фарфора.
  4. Кремнезем в виде кварцевого песка применяется для изготовления обычного и кварцевого стёкла, цемента, фарфора, керамики. Даже ювелирных изделий. 
  5. Ещё диоксид кремния используется в качестве антислеживающего компонента в пищевой промышленности, при изготовлении зубных паст.. В косметических средствах применяется, как эмульгатор. В медицине высокодисперсный SiO₂ входит в состав энтеросорбента Полисорба МП. Этот препарат связывает вредные вещества различного происхождения (токсины, пищевые аллергены, яды и т.д.) и выводит из организма.
  6. Монокристаллы кремния входят в солнечные батареи используются при изготовлении микроэлектроники.
  7. При высыхании кремниевых кислот образуется силикагель — высокопористое вещество, являющееся эффективным адсорбентом. Его используют как поглотитель газов, паров воды, для очистки воды, растворов, масел от различных примесей
  8. В цементе содержатся силикаты кальция и алюминия. Именно из-за них этот порошок при смешивании с водой затвердевает.

Проверь себя

Какая валентность у кремния?

  1. II
  2. IV
  3. II и IV


Какая степень окисления у кремния в Mg₂Si

  1. -2
  2. +4
  3. -4


С каким элементом кремний взаимодействует при обычной температуре?

  1. С фтором
  2. С азотом
  3. С кислородом
Admin1