Фторид кремния iv

Сгорание кремния в атмосфере фтора

Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.

Силициды и их использование в технике
Самсонов. Г. В.
Издательство: Киев, Издательство АН УССР, 1959
Объем: 204 с. с илл.
Считается высокотоксичным веществом, так как при контакте с горячей водой и кислотами выделяется чрезвычайно ядовитый фтороводород. ПДК 0,5 мг/м³.

Реакции с кремнием:

1. Растворяется в плавиковой кислоте с образованием кремнефтористоводородной кислоты.
2. При сплавлении с фторидами щелочных металлов образует соли кремнефтористоводородной кислоты.
3. При нагревании активные металлы вытесняют кремний.

Тетрафторид кремния

• Бесцветный газ, в твёрдом состоянии легко сублимируется, термически устойчив.
• Образует кристаллы кубической сингонии, пространственная группа I 43m или I 23, параметры ячейки a = 0,542 нм, Z = 2.
• Легко гидролизуется водой, растворяется в органических растворителях.

Оксид кремния
Удивительное вещество, которое окружает нас повсюду. От песка на пляже до кремния в гаджетах – везде присутствует оксид кремния в разных формах. Давайте разберемся, откуда берется это вещество, какова его структура и свойства, где оксид кремния применяется. Узнаем много нового и интересного!

Источники:

• Химическая энциклопедия
• Справочник химика
• Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов

Фторид кремния(IV)
(кремний четырёхфтористый, тетрафторид кремния, тетрафторсилан)
Бинарное неорганическое соединение кремния и фтора с формулой SiF4, бесцветный ядовитый газ, легко гидролизуется водой, растворяется в органических растворителях.

Введение в химию кремния и фторида: ключевые моменты

Химия кремния и фторида – это увлекательная область науки, которая изучает соединения кремния с фтором. Важно понимать основные аспекты этого важного взаимодействия, поэтому давайте рассмотрим ключевые моменты этой темы.

Химическая структура

На рисунке выше изображена химическая структура кремния и фторида. Кремний тетрафторид (SiF4) представляет собой соединение кремния и фтора. Это вещество имеет удивительные химические свойства и применяется в различных отраслях промышленности.

Молекулярная модель

На другом изображении показана молекулярная модель кремния и фторида. Эта трехмерная модель позволяет лучше понять структуру и взаимодействие атомов вещества.

Применение

Кремний тетрафторид широко используется в производстве электроники, стекла и других материалов. Его высокая реакционная способность делает его востребованным компонентом в различных процессах.

Заключение

Химия кремния и фторида – захватывающая область науки, которая оказывает влияние на многие аспекты нашей жизни. Изучение этой темы поможет лучше понять мир химии и его применение в промышленности.

Фторид кремния(IV)

Систематическое наименование

• Фторид кремния(IV)

Традиционные названия

• Четырёхфтористый кремний
• Тетрафторсилан; тетрафторид кремния

Химическая формула

• SiF4

Фторид кремния(IV) – это химическое вещество, которое также известно под названиями четырёхфтористый кремний и тетрафторсилан. Его химическая формула SiF4 описывает состав этого соединения.

Этот продукт обладает рядом свойств, которые делают его полезным в различных промышленных отраслях. Например, фторид кремния используется в производстве стекла и электроники.

Изучение химических свойств фторида кремния помогает улучшить процессы производства и оптимизировать его применение.

Рац. формула

SiF4, или дифторид кремния, является бесцветным токсичным газом. Его рациональная формула показывает, что он состоит из одного атома кремния и четырех атомов фтора.

Полезные свойства SiF4:

• Кислотность: действует как кислота в реакциях с основаниями.
• Катализатор: может использоваться в качестве катализатора в различных органических реакциях.
• Прозрачность: благодаря своему бесцветному виду может использоваться в различных отраслях промышленности.

SiF4 является важным соединением в химической промышленности и исследованиях. Его свойства и реакции широко изучаются в научных кругах.

| Молярная масса | |

| Плотность | 4,684 г/лж. 1,590-78 тв. 2,17 г/см³ |

| Энергия ионизации | |

| Термические свойства | |

| Температура | |

| • плавления | |

| • кипения | |

| Тройная точка | 0,225 МПа |

| Мол. теплоёмк. | 73,6 Дж/(моль·К) |

| Энтальпия | |

| • образования | |

| Химические свойства | |

| Растворимость | |

| • в воде | гидролиз |

| • в метаноле | 32,8 г/100 мл |

| • в этаноле | 36,4 г/100 мл |

| • в ацетоне | 3,1 г/100 мл |

| Структура | |

| Дипольный момент | |

| Классификация | |

| Рег. номер CAS | |

| PubChem | |

| Рег. номер EINECS | |

| SMILES | |

| InChI | |

| RTECS | |

| Номер ООН | |

| ChemSpider | |

| Безопасность | |

| Предельная концентрация | 0,5 мг/м³ (в пересчёте на HF) |

| ЛД50 | 92 мг/кг |

| Токсичность | высоко токсичен, коррозионно-активен, ирритант |

| Пиктограммы ECB | |

| NFPA 704 | |

| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |

| Медиафайлы на Викискладе | |

Не следует путать с кремнём — горной породой.

Кре́мний (химический символ — Si, от лат. ) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14.

| Кремний | |

| ———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— | ———————————————————— |

| ← Алюминий | Фосфор → | |

| 14 ↑↓ Периодическая система элементов | |

| Внешний вид простого вещества | |

| Поликристаллический кремний () | |

| Свойства атома | |

| Название, символ, номер | Кремний/Silicium (Si), 14 |

| Группа, период, блок | 14 (устар. 4), 3, p-элемент |

| Атомная масса (молярная масса) | [28,086][комм 1][1] а. е. м. (г/моль) |

| Электронная конфигурация | [Ne] 3s23p2 — 1s22s22p63s23p2 [Ne] 3s23p3 (гибридизация) |

| Радиус атома | 132 пм |

| Химические свойства | |

| Ковалентный радиус | 111 пм |

| Радиус иона | 42 (+4e), 271 (−4e) пм |

| Электроотрицательность | 1,90 (шкала Полинга) |

| Электродный потенциал | 0 |

| Степени окисления | −4, 0, +2; +4 |

| Энергия ионизации (первый электрон) | 786,0 (8,15) кДж/моль (эВ) |

| Термодинамические свойства простого вещества | |

| Плотность (при н. у.) | 2,33 г/см³ |

| Температура плавления | 1414,85 °C (1688 K) |

| Температура кипения | 2349,85 °C (2623 K) |

| Мол. теплота плавления | 50,6 кДж/моль |

| Мол. теплота испарения | 383 кДж/моль |

| Молярная теплоёмкость | 20,16[2] Дж/(K·моль) |

| Молярный объём | 12,1 см³/моль |

| Кристаллическая решётка простого вещества | |

| Структура решётки | Кубическая, алмазная |

| Параметры решётки | 5,4307 Å |

| Температура Дебая | 645 ± 5[3] K |

| Прочие характеристики | |

| Теплопроводность | (300 K) 149 Вт/(м·К) |

| Номер CAS | |

| Эмиссионный спектр | |

| | |

Простое вещество кремний представляется в различных модификациях. В аморфной форме — это коричневый порошок, в кристаллической — тёмно-серый, слегка блестящий полуметалл, являющийся вторым по распространённости химическим элементом в земной коре (после кислорода).

Имеет очень важное значение для современной электроники.

Свободный кремний получается при прокаливании мелкого белого песка (диоксида кремния) с магнием:

,

В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO2 коксом при температуре около в рудотермических печах шахтного типа. Чистота полученного таким образом кремния может достигать (основные примеси — углерод, металлы).

Возможна дальнейшая очистка кремния от примесей.

• Очистка в лабораторных условиях может быть проведена путём предварительного получения силицида магния Mg2Si. Далее из силицида магния с помощью соляной или уксусной кислот получают газообразный моносилан SiH4. Моносилан очищают ректификацией, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на кремний и водород при температуре около .

• Очистка кремния в промышленных масштабах осуществляется путём непосредственного хлорирования кремния. При этом образуются соединения состава SiCl4, SiHCl3 и SiH2Cl2. Их различными способами очищают от примесей (как правило, перегонкой и диспропорционированием) и на заключительном этапе восстанавливают чистым водородом при температурах от 900 до .

• Разрабатываются более дешёвые, чистые и эффективные промышленные технологии очистки кремния. На 2010 год к таковым можно отнести технологии очистки кремния с использованием фтора (вместо хлора); технологии, предусматривающие дистилляцию монооксида кремния; технологии, основанные на вытравливании примесей, концентрирующихся на межкристаллитных границах.

Содержание примесей в доочищенном кремнии может быть снижено до по массе. Более подробно вопросы получения сверхчистого кремния рассмотрены в статье Поликристаллический кремний.

Способ получения кремния в чистом виде разработан Николаем Николаевичем Бекетовым.

В России технический кремний производится «ОК Русал» на заводах в г. Каменск-Уральский (Свердловская область) и г. Шелехов (Иркутская область).

Кристаллическая структура кремния.

Схематическое изображение зонной структуры кремния[7]

Подвижность электронов и дырок в кремнии в зависимости от концентрации легирующей примеси при 300 К

Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), Вследствие большей длины связи Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, и только при нагревании выше он становится пластичным веществом.

На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нём примеси. Для получения кристаллов кремния с дырочной проводимостью в его состав вводят атомы элементов III группы, таких, как бор, алюминий, галлий, индий. Для получения кристаллов кремния с электронной проводимостью в кремний вводят атомы элементов V группы, таких, как фосфор, мышьяк, сурьма.

При создании электронных приборов на основе кремния используется преимущественно приповерхностный слой монокристалла (толщиной до десятков мкм), поэтому качество поверхности кристалла может оказывать существенное влияние на электрофизические свойства кремния и, соответственно, на свойства созданного электронного прибора. При изготовлении некоторых приборов используется технология, модифицирующая поверхность монокристалла, например, обработка поверхности кремния различными химическими реагентами и её облучение.

Некоторые электрофизические параметры монокристаллического кремния при нормальных условиях

• Диэлектрическая проницаемость: 12[2]

• Подвижность электронов: 1200—1450 см²/(В·c).

• Подвижность дырок: 500 см²/(В·c).

• Ширина запрещённой зоны 1,21 эВ при 0 К.

• Время жизни свободных электронов: 5 нс — 10 мс.

• Длина свободного пробега электронов: порядка 1 мм.

• Длина свободного пробега дырок: порядка 0,2—0,6 мм.

• Собственная концентрация носителей заряда: 5,81⋅1015 м−3 (при 300 K).

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — , . — . — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.

2. Химическая энциклопедия: в 5 т / гл. ред. Кнунянц И. Л.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 508. — 671 с. —

3. При температуре 0 — К. Баранский П. И., Клочков В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Справочник. — Киев: «Наукова думка», 1975. — 704 с. ил.

4. J. P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.

5. Металлический кремний в ийолитах Горячегорского массива. Архивная копия от 17 июня 2013 на Wayback Machine, Петрология обыкновенных хондритов Архивная копия от 10 января 2014 на Wayback Machine.

6. Гринвуд Н. Н. Химия элементов. — 3-е изд. — 2015. — Т. 1. — С. 312. — 607 с.

7. Смит Р. Полупроводники: Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. — 560 с, ил.

8. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2 книгах. Кн. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 456 с., ил.

9. Коледов Л. А. Технологии и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебное пособие // 2-е изд., испр. и доп. — СПб.: Издательство «Лань», 2007. — С. 200—201. — ISBN .

10. Глинка Н. Л. Общая химия. — 24-е изд., испр. — Л.: Химия, 1985. — С. 492. — 702 с.

11. Martin, Keith R. Chapter 14. Silicon: The Health Benefits of a Metalloid // Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases (англ.) / Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K.O. Sigel. — , 2013. — Vol. 13. — P. 451—473. — (Metal Ions in Life Sciences). — ISBN 978-94-007-7499-5. — doi:10.1007/978-94-007-7500-8_14.

12. Jugdaohsingh, R. Silicon and bone health (англ.) // The Journal of Nutrition, Health and Aging : journal. — , . — . — PMID 17435952. — PMC 2658806.

Микроконтроллер 1993 года с УФ стиранием памяти 62E40 европейской фирмы STMicroelectronics. За окошечком виден кристалл микросхемы — кремниевая подложка с выполненной на ней схемой.

Технический кремний находит следующие применения:

• сырьё для металлургических производств: компонент некоторых сплавов (бронзы, алюминиевых литейных сплавов силумины);

• раскислитель (при выплавке чугуна и сталей); модификатор свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка определённого количества кремния при производстве трансформаторных сталей уменьшает коэрцитивную силу готового ферромагнитного материала) и т. п.;

• сырьё для производства более чистого поликристаллического кремния и очищенного металлургического кремния (в литературе называется «umg-Si»);

• сырьё для производства кремнийорганических материалов, силанов;

• иногда кремний технической чистоты и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях;

• для производства солнечных батарей;

• антиблок (антиадгезивная добавка) в производстве пластмасс.

Монокристалл кремния, выращенный по методу Чохральского

Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства различных дискретных электронных приборов (транзисторов, полупроводниковых диодов) и микросхем.

Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде поликристаллического кремния являются основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.

Монокристаллический кремний — помимо электроники и солнечной энергетики, используется для изготовления оптических элементов, работающих в инфракрасном диапазоне и зеркал газовых лазеров.

Соединения металлов с кремнием — силициды — являются широко употребляемыми в промышленности (например, электронной и атомной) материалами с сочетанием полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.). Силициды ряда химических элементов являются важными термоэлектрическими материалами.

Соединения кремния служат основой для производства стекла и цемента. Производством стекла и цемента занимается силикатная промышленность, также производящая другие силикатные материалы — силикатную керамику — кирпич, фарфор, фаянс и изделия из них.

Широко известен силикатный клей, применяемый в строительстве как вяжущее средство, а в пиротехнике и в быту для склеивания бумаги и картона.

Получили широкое распространение силиконовые масла и силиконы — материалы на основе кремнийорганических соединений.

Для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Относительно других видов наземных растений большие количества кремния содержатся в хвощах (род Equisetum), злаках, в основном, подсемейства Бамбуковые (Bambusoideae) и видах рода Рис (Orýza), в том числе в культурном рисе.

Он также входит в клеточные стенки некоторых организмов и является активным центром более десятка изученных ферментов, ответственных за связывание диатомового кремнезёма y некоторых ракообразных.

Кремний встречается во многих растениях в виде элемента, который необходим для правильного развития, но не было доказано, что он необходим для развития всех видов. Обычно его присутствие повышает устойчивость к вредителям, особенно грибам, препятствует их проникновению в ткани растений, насыщенных кремнезёмом. Аналогично, в случае животных, потребность в кремнии была показана для шестилучевых губок. У позвоночных накопление кремния происходит в относительно больших количествах в волосах и перьях (например, овечья шерсть содержит ). Мышечная ткань человека содержит кремния, костная ткань — , кровь — . С пищей в организм человека ежедневно поступает до кремния.

В организме человека

Потребность организма человека — около кремния в день. Беременным женщинам, людям после хирургических операций на костях и пожилым людям требуется более высокая доза, так как количество этого элемента в органах уменьшается с возрастом. Это происходит главным образом в соединительной ткани, из которой строятся сухожилия, слизистые оболочки, стенки кровеносных сосудов, клапаны сердца, кожа и костно-суставная система.

Кремний способствует удалению токсичных веществ из клеток, воздействует на капилляры, повышая прочность и эластичность их стенок, увеличивает прочность костной ткани, усиливает защитные силы организма от инфекций, предотвращает преждевременное старение. Снимает раздражения и воспаления кожи, улучшая её общий вид и предотвращая вялость, уменьшает выпадение волос, ускоряет их рост, укрепляет ногти.

Поскольку кремний участвует в формировании костной ткани, обеспечивая эластичность кровеносных сосудов, участвующих в поглощении кальция из пищи и роста волос и ногтей, его дефицит в организме человека может вызвать заболевания костей, общее замедление роста, бесплодие, отсутствие развития и остеопороз.

Диоксид кремния в нормальных условиях является твёрдым биоинертным, неразлагаемым веществом, склонным к образованию пыли, состоящей из микрочастиц с острыми кромками. Вредное действие диоксида кремния и большинства силицидов и силикатов основано на раздражающем и фиброгенном действии, на накоплении вещества в ткани лёгких, вызывающем тяжёлую болезнь — силикоз.

• Чистый кремний, равно как карбид кремния, в контакте с водой или кислородом воздуха образует на поверхности непроницаемую плёнку диоксида кремния, которая пассивирует поверхность;

• Многие кремнийорганические соединения в контакте с кислородом воздуха и водяными парами окисляются или гидролизуются с образованием в конечном итоге диоксида кремния;

• Монооксид кремния () на воздухе способен (иногда со взрывом) окисляться до высокодисперсного диоксида кремния.

Схема ковалентных связей в кристаллическом кремнии

Подобно атомам углерода, для атомов кремния является характерным состояние _sp_3-гибридизации орбиталей, поэтому чистый кристаллический кремний образует алмазоподобную кубическую кристаллическую решётку с координационным числом 4, в которой кремний четырёхвалентен и связан с соседними атомами кремния ковалентными связями. В соединениях кремний обычно также проявляет себя как четырёхвалентный элемент со степенями окисления +4 или −4. Известны двухвалентные соединения кремния, например, монооксид кремния — SiO.

Химическая инертность кремния

При нормальных условиях кремний химически малоактивен. Такая химическая инертность кремния связана с пассивацией поверхности слоем диоксида кремния нанометровой толщины, немедленно образующегося в присутствии кислорода, воздуха или воды (водяных паров).

Реакция с галогенами

При нормальной температуре кремний активно реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния :

.

При нагревании до температуры свыше кремний взаимодействует с другими галогенами — хлором, бромом и иодом — с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов , — галоген, и, возможно, галогенидов более сложного состава.

Реакция с кислородом

При нагревании до температуры свыше кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SiO2:

.

Процесс сопровождается увеличением толщины слоя диоксида на поверхности, скорость процесса окисления лимитируется диффузией атомарного кислорода сквозь плёнку диоксида.

Получение монооксида кремния

При восстановлении SiO2 кремнием при температурах свыше образуется оксид кремния (II) — SiO:

.

Этот процесс сопровождает выращивание монокристаллов кремния направленной кристаллизацией методами Чохральского, в которых используются тигли из диоксида кремния, как наименее загрязняющего кремний материала.

С водородом кремний непосредственно не реагирует. Соединения кремния с водородом — силаны с общей формулой — получают косвенным путём. Моносилан (его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов активных металлов с растворами кислот, например:

Образующийся в этой реакции силан содержит примесь и других силанов, в частности, дисилана и трисилана , в которых имеется цепочка из атомов кремния, связанных между собой одинарными связями .

Реакция с азотом и бором

С азотом и бором кремний реагирует при температуре около , образуя соответственно нитрид Si3N4 и термически и химически стойкие бориды разного состава SiB3, SiB6 и SiB12.

При температурах свыше получают карбид кремния SiC (карборунд), представляющий собой бинарное соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева — углерода. Этот карбид характеризуется высокой твёрдостью и химической инертностью:

.

При этом расплав кремния () может длительное время контактировать с углеродом в виде крупных кусков плотноспечённого мелкозернистого графита изостатического прессования, практически не растворяя и никак не взаимодействуя с последним.

Карборунд широко используется как абразивный материал.

Растворимость некоторых металлов в кремнии

Нижележащие элементы 4-й группы периодической системы (германий, олово, свинец), а также ряд других металлов, неограниченно растворимы в кремнии.

При нагревании кремния с металлами () могут образовываться их соединения — силициды:

.

Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды щелочных и щёлочноземельных металлов типа и др.) и металлоподобные (силициды переходных металлов). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются.

Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до ). Наиболее часто образуются металлоподобные силициды составов и . Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах.

С железом кремний образует эвтектическую смесь, что позволяет спекать (сплавлять) эти материалы для образования ферросилициевой керамики при температурах заметно меньших, чем температуры плавления железа и кремния.

Некоторые кремнийорганические соединения

Для кремния характерно образование кремнийорганических соединений, в которых атомы кремния связаны с один или более органическим заместителем , , , и др.

Пример реакции получения:

.

Для травления кремния наиболее широко используют смесь плавиковой и азотной кислот — "Императорскую водку". Некоторые специальные травители предусматривают добавку хромового ангидрида и иных веществ. При травлении кислотный травильный раствор быстро разогревается до температуры кипения, при этом скорость травления многократно возрастает.

Для травления кремния могут использоваться водные растворы щелочей. Травление кремния в щелочных растворах начинается при температуре раствора более .

Прогнозы развития производства

С учетом растущих потребностей промышленности прогнозируется дальнейшее увеличение объемов производства оксида кремния.

Ожидается расширение добычи природного сырья, а также строительство новых производств по выпуску синтетического оксида кремния.

Предполагается совершенствование технологий глубокой переработки кремнийсодержащего сырья.

Прогнозируется повышение требований к качеству оксида кремния в связи с развитием высокотехнологичных отраслей.

Ожидается расширение ассортимента продукции на основе оксида кремния различного назначения.

Перспективы отрасли будут определяться спросом на оксид кремния со стороны электроники, медицины, автомобилестроения.

Применение оксида кремния в медицине

Оксид кремния находит все более широкое применение в медицине и здравоохранении.

В фармацевтической промышленности оксид кремния IV используется в качестве наполнителя таблеток, адсорбента в лекарственных формах, стабилизатора суспензий.

В стоматологии оксид кремния входит в состав пломбировочных материалов, зубных паст благодаря своей высокой биосовместимости.

В косметологии на основе диоксида кремния изготавливают мезонити для омоложения кожи, а также противовоспалительные и очищающие маски.

При производстве имплантатов и протезов оксид кремния используется для создания биоактивных покрытий, улучшающих приживление.

В диагностике наночастицы диоксида кремния применяются в качестве флуоресцентных маркеров для визуализации клеток и тканей.

Перспективны исследования по использованию оксида кремния для адресной доставки лекарств, фотодинамической терапии онкологических заболеваний.

Нахождение в природе

В земной коре кремний встречается только в связанном виде. Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния, — это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.

Применение

O 1. Изготовление силикатного кирпича

O 2. Изготовление керамических изделий

O 3. Получение стекла

Открытие кремния

Кремний открыл и получил в 1823 году

шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.

Второй по распространённости элемент

в земной коре после кислорода (27,6%

по массе). Встречается в соединениях.

Кристаллическая решётка

оксида кремния (IV)атомная

Кремний.

Оксид кремния (IV)

Презентация по химии 9 класс

Учитель химии Тарасенко Т.В.

Происхождение оксида кремния

Оксид кремния образуется в природе в результате взаимодействия кремния с кислородом. Кремний – один из наиболее распространенных элементов в земной коре, его массовая доля составляет около 28%. В процессе выветривания горных пород под действием воды, углекислого газа и органических кислот кремний переходит в растворимую форму и затем вновь откладывается в виде твердого оксида кремния SiO2.

Важную роль в образовании оксида кремния играют микроорганизмы, водоросли, губки, которые аккумулируют кремний из воды для построения своих скелетных структур. После их отмирания скелеты накапливаются на дне водоемов в виде илов, которые постепенно превращаются в осадочные горные породы, богатые оксидом кремния.

В зависимости от условий образования оксид кремния в природе встречается в разных формах:

• Песок (преимущественно кварц) – в руслах рек, на дне водоемов, в пустынях

• Опал – гидратированный аморфный оксид кремния

• Кварц – кристаллическая модификация SiO2

• Горный хрусталь – прозрачная разновидность кварца

Крупнейшие месторождения природного оксида кремния находятся в России, США, Китае, Австралии. Добыча ведется открытым и шахтным способом. Полученный материал проходит обогащение – отмывку и разделение по фракциям.

Для промышленного производства оксид кремния получают синтетическим путем. Основные методы:

1. Нагревание кремния до 400-500°C в присутствии кислорода:

2. Термическое разложение силикатов и силиконов при высоких температурах

3. Гидролиз и поликонденсация галогенидов кремния: SiCl4 + 2H2O → SiO2 + 4HCl

Химическое строение и свойства

Существует несколько аллотропных модификаций оксида кремния. Наиболее распространены:

• α-кварц – при нормальных условиях

• β-кварц – при температуре выше 573°C

• Тридимит и кристобалит – при высоких температурах

Кристаллическая решетка оксида кремния имеет атомное строение. Атом кремния находится в центре тетраэдра, образованного четырьмя атомами кислорода. Тетраэдры соединены общими вершинами, образуя прочную пространственную структуру.

Оксид кремния обладает высокой твердостью 7 по шкале Мооса, плотностью 2,2-2,6 г/см3. Температура плавления составляет 1710°C, температура кипения 2230°C.

Химические свойства оксида кремния обусловлены его кислотным характером. Он взаимодействует с щелочами, основными оксидами и углекислыми солями с образованием силикатов:

Оксид кремния реагирует только с плавиковой кислотой H2SiF6 и фтороводородом HF среди других кислот:

При нагревании он восстанавливается до элементарного кремния металлами и неметаллами:

Таким образом, оксид кремния проявляет окислительные и кислотные свойства в реакциях.

Получение кремния

O Запишите уравнение реакции

получения кремния в лаборатории.

O Запишите уравнение реакции

получения кремния в промышленности.

Применение в сельском хозяйстве

Оксид кремния находит применение в сельском хозяйстве в качестве микроудобрения для стимуляции роста и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Препараты на основе оксида кремния улучшают развитие корневой системы растений, повышают устойчивость к полеганию.

Обработка семян раствором оксида кремния стимулирует прорастание семян и укрепляет иммунитет проростков.

Внекорневая подкормка растений соединениями кремния увеличивает фотосинтетическую активность, содержание хлорофилла.

Оксид кремния повышает засухоустойчивость растений, снижает потребность в поливе.

Применение препаратов кремния эффективно для зерновых, овощных, плодовых, цветочных культур.

Экологические аспекты

Несмотря на экологическую безопасность, добыча и переработка оксида кремния могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду.

При разработке карьеров происходит нарушение почвенного слоя, изменение ландшафта, шумовое воздействие.

В процессе производства наблюдаются выбросы пыли в атмосферу, сбросы сточных вод, накопление отходов.

Для снижения нагрузки применяются технологии очистки выбросов, замкнутые системы водопользования, утилизация отходов.

Перспективным направлением является использование отходов производства оксида кремния в качестве наполнителей бетона, компонентов асфальта, глазурей.

Развитие безотходных и энергоэффективных способов получения оксида кремния является важной задачей в контексте экологической безопасности.

K2O • Al2O3 • 6SiO2 – ортоклаз

(полевой шпат)

Физические свойства:

Твёрдое, кристаллическое, тугоплавкое

вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C

Аллотропия кремния

Кристаллический – тёмно-серое

вещество с металлическим блеском,

большая твёрдость, хрупок,

полупроводник; ρ = 2,33 г/см3, t°пл.

=1415°C; t°кип. = 2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру и

образует прочные ковалентные

связи. Инертен.

Аморфный – бурый порошок,

гигроскопичен, алмазоподобная

структура, ρ = 2 г/см3, более

реакционноспособен.

Тест "Кристаллические решетки"

21.11.2023. Тест. Химия, 11 класс

Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.

Тест для текущего контроля знаний по теме "Кристаллические решетки"

Домашнее задание

O §30,31

O Задача 1 стр.101

Расположение кремния в

ПСХЭ

O Период 3 малый, группа-IVA,

O

O

O

O

O

порядковый номер-14, заряд ядра +14

Электронная формула 1s22s2p63s23p4

Количество электронов на внешнем

уровне- 4

Валентность IV, степень окисления0,+4,-4.

Высший оксид-SiO2

Летучее водородное соединение-SiH4

Оксид кремния (IV) – (SiO2)n

Оксид кремния (IV) – (SiO2)n

Применение

Кремний широко используется в

электронике как полупроводник. Добавки

кремния к сплавам повышают их

коррозионную стойкость. Силикаты,

алюмосиликаты и кремнезем – основное

сырье для производства стекла и

керамики, а также для строительной

промышленности.

Перспективные направления исследований

Несмотря на многовековое применение, оксид кремния остается перспективным объектом для исследований.

Актуально изучение оптических, электрических, магнитных свойств наноструктурированных форм оксида кремния.

Разрабатываются новые энерго- и ресурсосберегающие методы получения высокочистого оксида кремния.

Ведутся работы по созданию композиционных материалов на основе оксида кремния с уникальными характеристиками.

Активно изучается возможность применения оксида кремния в электронике, сенсорике, биомедицине.

Моделирование структуры и свойств оксида кремния открывает пути к созданию материалов с заранее заданными параметрами.

Таким образом, несмотря на многовековую историю, оксид кремния обладает огромным потенциалом для дальнейших исследований и открытий.

Переработка отходов производства

Отходы производства оксида кремния могут найти применение в различных отраслях промышленности.

Измельченный кремнезем используется в качестве наполнителя бетонов, растворов, красок.

Пылевидные отходы применяются для производства кирпича, черепицы, глазури.

Отсевы оксида кремния используются в дорожном строительстве, при производстве асфальтобетона.

Отходы оксида кремния могут служить сырьем для получения кремния, ферросилиция.

Переработка и вторичное использование отходов позволяет снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.

История открытия и происхождение названия

Существование кремния было предсказано Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1810 году. Позже, в 1823 году он выделил аморфный кремний путём восстановления фторида кремния SiF4 калием и подробно описал его химические свойства. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. — кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом.

Впервые в чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учёными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром.

Применение в промышленности

Благодаря своим уникальным свойствам оксид кремния нашел широчайшее применение в различных отраслях промышленности.

В производстве стекла и стекловолокна оксид кремния является основным компонентом. Он обеспечивает прозрачность, твердость и термоустойчивость изделий.

В микроэлектронике оксид кремния используется для создания диэлектрических слоев в интегральных схемах. Он обладает высоким сопротивлением и малыми диэлектрическими потерями.

Оптическое волокно на основе оксида кремния применяется в высокоскоростных линиях связи. Оно обеспечивает малое затухание сигнала и широкую полосу пропускания.

В химической промышленности оксид кремния используется как адсорбент, катализатор, носитель катализаторов.

В металлургии оксид кремния применяется в качестве флюса при выплавке чугуна и стали. Он связывает примеси, образуя легкоплавкие силикаты.

В производстве фарфора, фаянса, строительной керамики оксид кремния придает изделиям механическую прочность, низкую теплопроводность.

В строительстве оксид кремния используется для производства бетонов, кирпичей, черепицы. Он улучшает прочностные характеристики.

Абразивные материалы на основе оксида кремния широко применяются для шлифовки и полировки изделий из стекла, керамики, металлов.

Применение в животноводстве

Оксид кремния применяется в животноводстве в качестве кормовой добавки.

Соединения кремния улучшают усвояемость кальция, фосфора, магния из кормов.

Оксид кремния нормализует процессы пищеварения, стимулирует рост молодняка.

Кремний повышает продуктивность животных, качество молока.

Скармливание препаратов оксида кремния укрепляет иммунитет, снижает заболеваемость.

Оксид кремния применяется при выращивании крупного рогатого скота, свиней, птицы.

Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O –

каолинит (основная часть глины)

Оксид кремния в быту

Оксид кремния широко используется и в повседневной жизни.

В бытовой технике и электронике он применяется для изоляции и защиты электрических цепей, изготовления печатных плат.

В автомобилестроении из оксида кремния производят высокопрочные детали двигателя, элементы подвески, тормозные колодки.

В производстве посуды оксид кремния используется для изготовления стеклянных и керамических изделий.

В пищевой промышленности диоксид кремния применяется в качестве антислеживающего агента Е551, наполнителя драже.

В сельском хозяйстве оксид кремния стимулирует рост растений, укрепляет иммунитет животных при добавлении в корма.

Косметические средства содержат оксид кремния в качестве структурообразующего, очищающего и увлажняющего компонента.

Изотопы и их применение

Кремний состоит из стабильных изотопов 28Si (92,23 %), 29Si (4,67 %) и 30Si (3,10 %). Остальные изотопы являются радиоактивными.

Расположение кремния в

ПСХЭ

O Период, группа, порядковый

O

O

O

O

O

номер,заряд ядра?

Электронная формула

Количество электронов на внешнем

уровне

Валентность, степень окисления

Высший оксид

Летучее водородное соединение

Химические свойства:

Кислотный оксид. При сплавлении

взаимодействует с основными оксидами,

щелочами, а также с карбонатами

щелочных и щелочноземельных

металлов

Список вопросов теста

Вопрос 1

Вещества твердые, прочные, с высокой температурой плавления, расплавы которых проводят электрический ток, имеют кристаллическую решетку

Варианты ответов

• молекулярную

• атомную

• металлическую

• ионную

Вопрос 2

Ионную кристаллическую решетку имеет

Варианты ответов

• хлорид фосфора (III)

• оксид углерода (II)

• хлорид цезия

• хлор

Вопрос 3

К веществам с молекулярным строением относятся

Варианты ответов

• сера и оксид железа (III)

• серная кислота и оксида кремния (IV)

• вода и оксид углерода (II)

• графит и оксид углерода (IV)

Вопрос 4

Молекулярное строение имеет каждое из двух веществ:

Варианты ответов

• H2S и CH3COONa

Вопрос 5

Молекулярную кристаллическую решетку имеет каждое из двух веществ:

Варианты ответов

• графит и алмаз

• хлор и оксид углерода (II)

• кремний и иод

• хлорид бария и оксид бария

Вопрос 6

Атомную кристаллическую решетку имеет

Варианты ответов

• сера

• хлорид натрия

• железо

• алмаз

Вопрос 7

Кристаллическая решётка иода

Варианты ответов

• ионная

• молекулярная

• атомная

• металлическая

Вопрос 8

Какие из утверждений являются верными?

А. Вещества с молекулярной решеткой имеют низкие температуры плавления и низкую электропроводность.

Б. Вещества с атомной решеткой пластичны и обладают высокой электрической проводимостью.

Варианты ответов

• верны оба утверждения

• оба утверждения неверны

• верно только А

• верно только В

Вопрос 9

Ионную кристаллическую решетку имеет каждое из веществ, расположенных в ряду:

Варианты ответов

• бромид натрия, сульфат калия, хлорид железа (II)

• фосфат магния, хлорид калия, оксид фосфора (V)

• кальций, оксид кальция, карбонат кальция

• натрий, хлорид натрия, гидрид натрия

Вопрос 10

Атомную кристаллическую решётку в твёрдом состоянии имеет

Варианты ответов

• водород

• оксид кремния(IV)

• оксид углерода(IV)

• кислород