Sulamistemperatuur si. Räni ja selle ühendite mõned füüsikalised ja keemilised omadused

Süsinik on võimeline moodustama mitmeid allotroopseid modifikatsioone. Need on teemant (kõige inertsem allotroopne modifikatsioon), grafiit, fullereen ja karabiin.

Süsi ja tahm on amorfne süsinik. Selles olekus süsinikul ei ole korrastatud struktuuri ja see koosneb tegelikult kõige väiksematest grafiidikihtide fragmentidest. Kuuma veeauruga töödeldud amorfset süsinikku nimetatakse aktiivsöeks. 1 grammi aktiivsöe kogupind on selles paljude pooride olemasolu tõttu üle kolmesaja ruutmeetrit! Tänu oma võimele absorbeerida erinevaid aineid, kasutatakse aktiivsütt laialdaselt filtri täiteainena, samuti enterosorbendina erinevat tüüpi mürgistuse korral.

Keemilisest seisukohast on amorfne süsinik selle kõige aktiivsem vorm, grafiit on keskmise aktiivsusega ja teemant on äärmiselt inertne aine. Sel põhjusel tuleks allpool käsitletud süsiniku keemilised omadused omistada peamiselt amorfsele süsinikule.

Süsiniku omadused

Redutseerijana reageerib süsinik mittemetallidega, nagu hapnik, halogeenid ja väävel.

Sõltuvalt hapniku ülejääkusest või puudumisest söe põletamisel on süsinikmonooksiidi CO või süsinikdioksiidi CO 2 moodustumine võimalik:

Kui süsinik reageerib fluoriga, moodustub süsiniktetrafluoriid:

Kui süsinikku kuumutatakse väävliga, moodustub süsinikdisulfiid CS 2:

Süsinik on võimeline redutseerima metalle pärast alumiiniumi nende oksiididest. Näiteks:

Süsinik reageerib ka aktiivsete metallide oksiididega, kuid sel juhul ei täheldata reeglina metalli redutseerimist, vaid selle karbiidi moodustumist:

Süsiniku koostoime mittemetallide oksiididega

Süsinik astub kaasproportsioonireaktsiooni koos süsinikdioksiid CO2:

Tööstuslikust aspektist vaadatuna on üheks olulisemaks protsessiks nn kivisöe aurureformeerimine. Protsess viiakse läbi veeauru juhtimisel läbi kuuma kivisöe. Sel juhul toimub järgmine reaktsioon:

Kõrgetel temperatuuridel on süsinik võimeline redutseerima isegi sellist inertset ühendit nagu ränidioksiid. Sel juhul on olenevalt tingimustest võimalik räni või ränikarbiidi moodustumine ( karborund):

Samuti reageerib süsinik redutseerijana oksüdeerivate hapetega, eriti kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhappega:

Süsiniku oksüdeerivad omadused

Keemilisel elemendil süsinik ei ole kõrge elektronegatiivsusega, mistõttu see moodustub sellest lihtsad ained neil on harva oksüdeerivad omadused võrreldes muude mittemetallidega.

Selliste reaktsioonide näide on amorfse süsiniku interaktsioon vesinikuga, kui seda kuumutatakse katalüsaatori juuresolekul:

samuti räniga temperatuuril 1200-1300 umbes C:

Süsinikul on metallide suhtes oksüdeerivad omadused. Süsinik on võimeline reageerima aktiivsete metallide ja mõnede keskmise aktiivsusega metallidega. Reaktsioonid kulgevad kuumutamisel:

Räni keemilised omadused

Räni võib eksisteerida, aga ka süsinik kristallilises ja amorfses olekus ning nagu süsiniku puhul, on amorfne räni oluliselt keemiliselt aktiivsem kui kristalliline räni.

Mõnikord nimetatakse amorfset ja kristalset räni selle allotroopseteks modifikatsioonideks, mis rangelt võttes ei ole täiesti tõsi. Amorfne räni on sisuliselt kristallilise räni väikseimate osakeste konglomeraat, mis on üksteise suhtes juhuslikult paigutatud.

Räni koostoime lihtsate ainetega

mittemetallid

Normaaltingimustes reageerib räni oma inertsuse tõttu ainult fluoriga:

Räni reageerib kloori, broomi ja joodiga ainult kuumutamisel. On iseloomulik, et olenevalt halogeeni aktiivsusest on vajalik vastavalt erinev temperatuur:

Nii et klooriga toimub reaktsioon temperatuuril 340-420 o C:

Broomiga - 620-700 o C:

Joodiga - 750-810 o C:

Räni reaktsioon hapnikuga kulgeb, kuid see nõuab väga tugevat kuumutamist (1200–1300 ° C), kuna tugev oksiidkile muudab interaktsiooni keeruliseks:

Temperatuuril 1200–1500 ° C interakteerub räni aeglaselt süsinikuga grafiidi kujul, moodustades karborundi SiC - aine, mille aatomkristallvõre sarnaneb teemandiga ja ei ole sellest peaaegu halvem:

Räni ei reageeri vesinikuga.

metallid

Madala elektronegatiivsuse tõttu võib ränil olla oksüdeerivaid omadusi ainult metallide suhtes. Metallidest reageerib räni aktiivsete (leelis- ja leelismuldmuldmetallidega), aga ka paljude keskmise aktiivsusega metallidega. Selle interaktsiooni tulemusena moodustuvad silitsiidid:

Räni koostoime keeruliste ainetega

Räni ei reageeri veega isegi keemisel, kuid amorfne räni interakteerub ülekuumendatud veeauruga temperatuuril umbes 400–500 ° C. Nii tekib vesinik ja ränidioksiid:

Kõigist hapetest reageerib räni (oma amorfses olekus) ainult kontsentreeritud vesinikfluoriidhappega:

Räni lahustub kontsentreeritud leeliselahustes. Reaktsiooniga kaasneb vesiniku eraldumine.

RÄNI (ladina räni), Si, lühikese vormi IV rühma keemiline element (pika vormi 14. rühm) perioodiline süsteem; aatomarv 14, aatommass 28,0855. Looduslik räni koosneb kolmest stabiilsest isotoobist: 28 Si (92,2297%), 29 Si (4,6832%), 30 Si (3,0872%). Radioisotoobid massinumbritega 22–42 saadakse kunstlikult.

Ajaloo viide. Maa peal laialt levinud räniühendeid on inimene kasutanud juba kiviajast alates; näiteks antiikajast kuni rauaajani kasutati tulekivist kivitööriistade valmistamiseks. Räniühendite töötlemine – klaasi valmistamine – algas 4. aastatuhandel eKr Vana-Egiptuses. Elementaarse räni sai aastatel 1824-25 J. Berzelius fluoriidi SiF 4 redutseerimisel metallilise kaaliumiga. Uuele elemendile anti nimi "räni" (ladinakeelsest sõnast silex - tulekivi; 1834. aastal G. I. Hessi poolt kasutusele võetud venekeelne nimetus "räni" pärineb samuti sõnast "tulekivi").

Levik looduses. Levimuse järgi maakoores on räni (hapniku järel) teine ​​keemiline element: ränisisaldus litosfääris on 29,5 massiprotsenti. Looduses seda vabas olekus ei esine. Olulisemad räni sisaldavad mineraalid on alumosilikaadid ja looduslikud silikaadid (looduslikud amfiboolid, päevakivid, vilgukivid jne), samuti ränidioksiidi mineraalid (kvarts ja teised ränidioksiidi polümorfsed modifikatsioonid).

Omadused. Räni aatomi välise elektronkihi konfiguratsioon on 3s 2 3р 2 . Ühendites on selle oksüdatsiooniaste +4, harva +1, +2, +3, -4; elektronegatiivsus Paulingi järgi 1,90, ionisatsioonipotentsiaalid Si 0 → Si + → Si 2+ → Si 3+ → Si 4+ on vastavalt 8,15, 16,34, 33,46 ja 45,13 eV; aatomiraadius 110 pm, Si 4+ iooni raadius 40 pm (koordinatsiooninumber 4), 54 pm (koordinatsiooniarv 6).

Räni on tumehall kõva rabe kristalne aine, millel on metalliline läige. Kristallvõre on kuubiku näokeskne; t pl 1414 ° С, t kip 2900 ° С, tihedus 2330 kg / m 3 (25 ° С juures). Soojusmahtuvus 20,1 J/(mol∙K), soojusjuhtivus 95,5 W/(m∙K), dielektriline konstant 12; Mohsi kõvadus 7. Normaaltingimustes on räni habras materjal; märgatavat plastilist deformatsiooni täheldatakse temperatuuril üle 800 °C. Räni on läbipaistev infrapunakiirgusele, mille lainepikkus on üle 1 mikroni (murdumisnäitaja 3,45 lainepikkusel 2-10 mikronit). Diamagnetiline (magnetiline tundlikkus - 3,9∙10 -6). Räni on pooljuht, ribavahemik on 1,21 eV (0 K); elektriline eritakistus 2,3 10 3 Ohm ∙ m (25 ° C juures), elektronide liikuvus 0,135-0,145, augud - 0,048-0,050 m 2 / (V s). Räni elektrilised omadused sõltuvad suurel määral lisandite olemasolust. P-tüüpi juhtivusega räni monokristallide saamiseks kasutatakse lisandeid B, Al, Ga, In (aktseptorlisandid), n-tüüpi juhtivusega - P, As, Sb, Bi (doonorlisandid).

Õhus olev räni on kaetud oksiidkilega, seega kui madalad temperatuurid keemiliselt inertne; kuumutamisel üle 400 °C interakteerub hapnikuga (tekivad SiO oksiid ja SiO 2 dioksiid), halogeenidega (ränihalogeniidid), lämmastikuga (ränitriid Si 3 N 4), süsinikuga (ränikarbiid SiC) jne. Räniühendid vesinik – silaane saadakse kaudselt. Räni interakteerub metallidega, moodustades silitsiide.

Peendispersne räni on redutseerija: kuumutamisel interakteerub veeauruga, vabastades vesinikku, redutseerib metallioksiidid vabadeks metallideks. Mitteoksüdeerivad happed passiivsevad räni, kuna selle pinnale tekib happes lahustumatu oksiidkile. Räni lahustub kontsentreeritud HNO 3 ja HF segus ja moodustub fluorränihape: 3Si + 4HNO 3 + 18HF \u003d 3H 2 + 4NO + 8H 2 O. Räni (eriti peeneks dispergeeritud) interakteerub leelistega koos vesiniku eraldumisega, näiteks : Si + 2NaOH + H2O \u003d Na2SiO3 + 2H2. Räni moodustab erinevaid räniorgaanilisi ühendeid.

bioloogiline roll. Räni kuulub mikroelementide hulka. Inimese päevane ränivajadus on 20-50 mg (element on vajalik luude ja sidekudede korralikuks kasvuks). Räni satub inimkehasse koos toiduga, aga ka sissehingatavas õhus tolmuse SiO 2 kujul. Vaba SiO 2 sisaldava tolmu pikaajalisel sissehingamisel tekib silikoos.

Kviitung. Tehnilise puhtusega räni (95-98%) saadakse SiO 2 redutseerimisel süsiniku või metallidega. Kõrge puhtusastmega polükristalliline räni saadakse SiCl 4 või SiHCl 3 redutseerimisel vesinikuga temperatuuril 1000-1100 ° C, Sil 4 või SiH 4 termilisel lagunemisel; kõrge puhtusastmega ühekristalliline räni - tsoonisulatamisel või Czochralski meetodil. Räni tootmise maht maailmas on umbes 1600 tuhat tonni aastas (2003).

Rakendus. Räni on mikroelektroonika ja pooljuhtseadmete peamine materjal; kasutatakse infrapunakiirgusele läbipaistvate klaaside valmistamisel. Räni on raua ja värviliste metallide sulamite komponent (madalates kontsentratsioonides suurendab räni sulamite korrosioonikindlust ja mehaanilist tugevust, parandab nende valuomadusi; suurtes kontsentratsioonides võib see põhjustada haprust); suurima tähtsusega on raua, vase ja alumiiniumi räni sisaldavad sulamid. Räni kasutatakse lähteainena räniorgaaniliste ühendite ja silitsiidide tootmisel.

Lit .: Baransky P. I., Klochkov V. P., Potykevitš I. V. Pooljuhtelektroonika. Materjalide omadused: Käsiraamat. K., 1975; Drozdov A. A., Zlomanov V. P., Mazo G. N., Spiridonov F. M. Anorgaaniline keemia. M., 2004. T. 2; Shriver D., Atkins P. Anorgaaniline keemia. M., 2004. T. 1-2; Räni ja selle sulamid. Jekaterinburg, 2005.

Venemaa haridus- ja teadusministeerium

föderaalriigi eelarve haridusasutus erialane kõrgharidus

"MATI - Vene riik Tehnikaülikool nime saanud K.E. Tsiolkovski" (MATI)

"Õhusõidukite testimise" osakond

abstraktne

Kursusel "Keemia"

Teema: "Räni"

Õpilane: Akbaev Dauyt Rinatovich

Rühm: 2ILA-1DS-298

Lektor: Evdokimov Sergei Vasilievitš

Moskva 2014

Räni elusorganismides

Avastamise ja kasutamise ajalugu

Levik looduses

Aatomi ehitus ja põhikeemiline ja füüsikalised omadused

Kviitung

Rakendus

Ühendused

Rakendus

1. Räni elusorganismides

Räni (lat. Silicium), Si, Mendelejevi perioodilise süsteemi IV rühma keemiline element; aatomarv 14, aatommass 28,086. Looduses esindab elementi kolm stabiilset isotoopi: 28 Si (92,27%), 29 Si (4,68%) ja 30 Si (3,05%).

Räni kehas leidub erinevate ühendite kujul, mis on peamiselt seotud skeleti tahkete osade ja kudede moodustumisega. Eriti palju räni võib koguneda meretaimed(näiteks ränivetikad) ja loomad (näiteks ränisarvedega käsnad, radiolaraanid), mis suremisel moodustavad ookeani põhjas paksu ränidioksiidi ladestusi.

Külmades meredes ja järvedes on ülekaalus räniga rikastatud biogeensed mudad, troopilistes meredes - vähese ränisisaldusega lubjarikkad mudad. Maismaataimedest koguvad räni palju teraviljad, tarnad, palmid ja korte. Selgroogsetel on ränidioksiidi sisaldus tuhaainetes 0,1-0,5%. AT suurimad kogused räni leidub tihedas sidekoe, neerud, kõhunääre. Inimese igapäevane toit sisaldab kuni 1 g räni.

Kõrge ränidioksiidi tolmusisaldusega õhus satub see inimese kopsudesse ja põhjustab haigust - silikoos (ladina silex - tulekivi), inimese haigus, mis on põhjustatud vaba ränidioksiidi sisaldava tolmu pikaajalisest sissehingamisest, viitab tööalastele haigustele. haigused. Seda esineb kaevandus-, portselani-fajansi-, metallurgia- ja masinaehitustööstuse töötajatel. Silikoos on pneumokonioosi rühma kõige ebasoodsam haigus; sagedamini kui teiste haiguste puhul täheldatakse tuberkuloosse protsessi (nn silikotuberkuloosi) lisandumist ja muid tüsistusi.

2. Avastamise ja kasutamise ajalugu

Ajaloo viide. Maal laialt levinud räniühendid on inimestele teada juba kiviajast. Kivitööriistade kasutamine tööl ja jahil jätkus mitu aastatuhandet. Nende töötlemisega – klaasi valmistamisega – seotud räniühendite kasutamine algas umbes 3000 eKr. e. (Vana-Egiptuses). Varaseim teadaolev räniühend on SiO2. 2(ränidioksiid). 18. sajandil ränidioksiidi peeti lihtsaks kehaks ja seda nimetati "maadeks" (mis kajastub selle nimes). Ränidioksiidi koostise keerukuse tegi kindlaks I.Ya. Berzelius.

Vabas olekus räni said esmakordselt 1811. aastal prantsuse teadlane J. Gay-Lussac ja O. Tenard.

1825. aastal sai Rootsi mineraloog ja keemik Jens Jakob Berzelius amorfse räni. Amorfse räni pruun pulber saadi gaasilise ränitetrafluoriidi redutseerimisel kaaliummetalliga:

4 + 4K = Si + 4KF

Hiljem saadi räni kristalne vorm. Räni ümberkristallimisel sulametallidest saadi hallid kõvad, kuid haprad metallilise läikega kristallid. Ränielemendi venekeelsed nimetused võttis kasutusele G.I. Hess 1834. aastal.

. Levik looduses

Räni on hapniku järel kõige levinum element Maal (27,6%). See on element, mis sisaldub enamikus mineraalides ja kivimites, mis moodustavad maakoore kõva kesta. Maakoores on ränil sama peamine roll kui süsinikul looma- ja taimeriigis. Hapniku geokeemia jaoks on oluline selle erakordselt tugev side hapnikuga. Kõige laialdasemalt kasutatavad räniühendid on ränioksiid SiO 2ja ränihapete derivaadid, mida nimetatakse silikaatideks. Räni(IV)oksiid esineb mineraalkvartsina (ränidioksiid, tulekivi). Looduses koosnevad sellest ühendist terved mäed. Seal on väga suuri, kuni 40 tonni kaaluvaid kvartskristalle. Tavaline liiv koosneb peenest kvartsist, mis on saastunud erinevate lisanditega. Liiva tarbimine maailmas ulatub 300 miljoni tonnini.

Silikaatidest alumiiniumsilikaadid (kaoliin Al 2O 3*2SiO 2*2H 2O, asbest CaO*3MgO*4SiO 2, ortoklass K 2O*Al 2O 3*6SiO 2ja jne). Kui mineraali koostis sisaldab lisaks räni ja alumiiniumi oksiididele ka naatriumi, kaaliumi või kaltsiumi oksiide, siis nimetatakse mineraali päevakiviks (valge vilgukivi jne). Päevakivid moodustavad umbes poole looduses teadaolevatest silikaatidest. Graniidi ja gneissi kivimite hulka kuuluvad kvarts, vilgukivi, päevakivi.

Räni sisaldub taime- ja loomamaailma koostises väikestes kogustes. See sisaldab teatud tüüpi köögiviljade ja teraviljade varsi. See seletab nende taimede varte suurenenud tugevust. Räni sisaldavad ka ripslaste kestad, käsnade kehad, lindude munad ja suled, loomakarvad, karvad ja silma klaaskeha.

Laevade tarnitud Kuu pinnase proovide analüüs näitas ränioksiidi olemasolu rohkem kui 40 protsenti. Kivimeteoriitide koostises ulatub ränisisaldus 20 protsendini.

. Aatomi struktuur ning peamised keemilised ja füüsikalised omadused

Räni moodustab metallilise läikega tumehallid kristallid, millel on kuubikujuline näokeskne teemant-tüüpi võre perioodiga a = 5,431 Å, tihedus 2,33 g/cm ³ . Väga juures kõrged rõhud saadi uus (ilmselt kuusnurkne) modifikatsioon tihedusega 2,55 g/cm ³ . K. sulab 1417°C juures, keeb 2600°C juures. Erisoojusmaht (20-100°С juures) 800 j/(kg × K) ehk 0,191 cal/(g × rahe); isegi kõige puhtamate proovide soojusjuhtivus ei ole konstantne ja jääb vahemikku (25 °C) 84-126 W / (m × K) või 0,20–0,30 cal / (cm × sek × rahe). Temperatuuri koefitsient lineaarpaisumine 2.33 ×10-6 K-1; alla 120K muutub negatiivseks. Räni on läbipaistev pikalainelistele infrapunakiirtele; murdumisnäitaja (l=6 μm puhul) 3,42; dielektriline konstant 11,7. Räni on diamagnetiline, aatomi magnetiline tundlikkus - 0,13 × 10 -6. Räni kõvadus Mohs 7,0, Brinell 2,4 H/m ² (240 kgf/mm ² ), elastsusmoodul 109 H/m ² (10890 kgf/mm ² ), tihendustegur 0,325 ×10 -6cm ² /kg. Räni on habras materjal; märgatav plastiline deformatsioon algab temperatuuril üle 800°C.

Räni on pooljuht, mida kasutatakse üha enam. K. elektrilised omadused sõltuvad väga tugevalt lisanditest. Eeldatakse, et räni sisemahutakistus toatemperatuuril on 2,3 ×10 3ohm × m (2,3 ×10 5 oomi × cm).

P-tüüpi juhtivusega (lisandid B, Al, In või Ga) ja n-tüüpi (lisandid P, Bi, As või Sb) pooljuhträni takistus on palju väiksem. Ribavahe elektriliste mõõtmiste järgi on 0 K juures 1,21 eV ja 300 K juures väheneb 1,119 eV-ni.

Vastavalt räni positsioonile Mendelejevi perioodilises süsteemis on räni aatomi 14 elektroni jaotatud kolme kesta vahel: esimeses (tuumast) 2 elektroni, teises 8, kolmandas (valents) 4; elektronkihi konfiguratsioon 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 . Järjestikused ionisatsioonipotentsiaalid (eV): 8,149; 16.34; 33.46 ja 45.13. Aatomiraadius 1,33 Å, kovalentne raadius 1,17Å, ioonraadiused Si 4+0,39Å, Si4- 1,98Å.

Räniühendites (sarnaselt süsinikule) 4-valenteen. Erinevalt süsinikust on ränil koos koordinatsiooninumbriga 4 aga koordinatsiooniarv 6, mis on seletatav selle aatomi suure mahuga (selliste ühendite näideteks on seda rühma sisaldavad ränifluoriidid 2-).

Räni aatomi keemiline sidumine teiste aatomitega toimub tavaliselt hübriidsete sp3 orbitaalide kaudu, kuid on võimalik kaasata ka kaks selle viiest (vabast) 3d-orbitaalist, eriti kui räni on kuuekoordineeritud. Madala elektronegatiivsuse väärtusega 1,8 (süsiniku puhul 2,5; lämmastiku puhul 3,0 jne), on mittemetallidega ühendites sisalduv räni elektropositiivne ja need ühendid on olemuselt polaarsed. Kõrge sidumisenergia hapnikuga Si-O, võrdne 464 kJ/mol (111 kcal/mol), määrab selle hapnikuühendite (SiO2 ja silikaadid) stabiilsuse. Si-Si sideme energia on madal, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); erinevalt süsinikust ei ole pikkade ahelate ja kaksiksideme moodustumine Si aatomite vahel süsinikule iseloomulik. Tänu kaitsva oksiidkile moodustumisele on räni õhu käes stabiilne ka kõrgendatud temperatuuridel. Hapnikus oksüdeerub see alates 400 ° C, moodustades ränidioksiidi SiO 2. Tuntud on ka monooksiid SiO, mis on gaasi kujul stabiilne kõrgel temperatuuril; kiire jahutamise tulemusena saadakse tahke saadus, mis laguneb kergesti õhukeseks Si ja SiO seguks 2. Räni on hapetele vastupidav ja lahustub ainult lämmastik- ja vesinikfluoriidhappe segus; lahustub kergesti kuumades leeliste lahustes vesiniku eraldumisega. Räni reageerib toatemperatuuril fluoriga, teiste halogeenidega - kuumutamisel moodustab ühendeid üldvalemiga SiX 4(vt ränihalogeniidid). Vesinik ei reageeri otseselt räniga ja silaane (silaane) saadakse silitsiidide lagunemisel. Ränivesinikud on tuntud SiH-st 4Si juurde 8H 18(koostiselt sarnane küllastunud süsivesinikele). Räni moodustab 2 rühma hapnikku sisaldavaid silaane – siloksaanid ja silokseenid. Räni reageerib lämmastikuga temperatuuril üle 1000°C. Si-nitriidil on suur praktiline tähtsus. 3N 4, mis ei oksüdeeru õhus isegi 1200 °C juures, on vastupidav hapetele (v.a lämmastikhape) ja leelistele, samuti sulametallidele ja räbudele, mistõttu on see väärtuslik materjal keemiatööstuses, tulekindlate materjalide tootmiseks jne. Kõrge kõvadus ja ka räniühendid süsinikuga (ränikarbiid SiC) ja booriga (SiB 3, SiB 6, SiB 12). Kuumutamisel reageerib räni (metallkatalüsaatorite, näiteks vase juuresolekul) kloororgaaniliste ühenditega (näiteks CH-ga 3Cl), moodustamaks organohalosilaane [näiteks Si(CH 3)3CI], mis on mõeldud paljude räniorgaaniliste ühendite sünteesiks.

5. Kviitung

Lihtsaim ja mugavaim laborimeetod räni saamiseks on ränioksiidi SiO redutseerimine 2kõrgetel temperatuuridel redutseerivate metallidega. Ränioksiidi stabiilsuse tõttu kasutatakse redutseerimiseks aktiivseid redutseerivaid aineid, nagu magneesium ja alumiinium:

SiO 2+ 4Al = 3Si + 2Al2 O 3

Metallilise alumiiniumiga redutseerimisel saadakse kristalliline räni. Meetodi metallide redutseerimiseks nende oksiididest metallilise alumiiniumiga avastas vene füüsika-keemik N.N. Beketov 1865. aastal. Ränioksiidi redutseerimisel alumiiniumiga ei piisa eralduvast soojusest reaktsiooniproduktide – räni ja alumiiniumoksiidi sulatamiseks, mis sulab 205°C juures. Reaktsioonisaaduste sulamistemperatuuri alandamiseks lisatakse reaktsioonisegule väävlit ja liigset alumiiniumi. Reaktsiooni käigus tekib madala sulamistemperatuuriga alumiiniumsulfiid:

2Al + 3S = Al2 S 3

Sula räni tilgad langevad tiigli põhja.

Tehnilise puhtusega räni (95-98%) saadakse elektrikaares ränidioksiidi SiO redutseerimisel 2grafiitelektroodide vahel.

2+2C=Si+2CO

Seoses pooljuhttehnoloogia arenguga on välja töötatud meetodid puhta ja ülipuhta räni saamiseks. See eeldab kõige puhtamate algsete räniühendite eelsünteesi, millest räni ekstraheeritakse redutseerimise või termilise lagunemise teel.

Puhast pooljuhträni saadakse kahel kujul: polükristalliline (SiCl redutseerimisel 4või SiHCl 3tsink või vesinik, SiCl termiline lagunemine 4ja SiH 4) ja ühekristallilised (tiiglivaba tsooni sulamine ja sularänist monokristalli "tõmbamine" - Czochralski meetod).

Ränitetrakloriid saadakse tehnilise räni kloorimisel. Vanim meetod ränitetrakloriidi lagundamiseks on silmapaistva vene keemiku akadeemik N.N. Beketova. Seda meetodit saab esitada võrrandiga:

4+Zn=Si+2ZnCl 2.

Siin interakteeruvad 57,6 °C juures keemistemperatuuril ränitetrakloriidi aurud tsingi aurudega.

Praegu redutseeritakse ränitetrakloriid vesinikuga. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile:

SiCl 4+2H 2=Si+4HCl.

Räni saadakse pulbri kujul. Räni saamiseks kasutatakse ka jodiidi meetodit, mis on sarnane eelnevalt kirjeldatud jodiidimeetodiga puhta titaani saamiseks.

Puhta räni saamiseks puhastatakse see lisanditest tsoonisulatamise teel samamoodi nagu puhast titaani saadakse.

Paljude pooljuhtseadmete puhul eelistatakse monokristallide kujul saadud pooljuhtmaterjale, kuna polükristallilises materjalis toimuvad kontrollimatud elektriliste omaduste muutused.

Üksikkristallide pööramisel kasutatakse Czochralski meetodit, mis seisneb järgmises: sulamaterjali sisse lastakse varras, mille otsas on selle materjali kristall; see toimib tulevase monokristalli iduna. Varras tõmmatakse sulast välja väikese kiirusega kuni 1-2 mm/min. Selle tulemusena kasvatatakse järk-järgult soovitud suurusega monokristall. Sellest lõigatakse välja pooljuhtseadmetes kasutatavad plaadid.

. Rakendus

Spetsiaalselt legeeritud räni kasutatakse laialdaselt pooljuhtseadmete valmistamise materjalina (transistorid, termistorid, toitealaldid, juhitavad dioodid – türistorid; päikese fotoelemendid, mida kasutatakse kosmoselaevad, jne.). Kuna räni on läbipaistev kiirtele lainepikkusega 1–9 mikronit, kasutatakse seda infrapunaoptikas.

Ränil on mitmekesised ja üha laienevad rakendused. Metallurgias kasutatakse räni sulametallides lahustunud hapniku eemaldamiseks (desoksüdatsioon). Räni on lahutamatu osa suur hulk rauasulameid ja värvilisi metalle. Tavaliselt annab räni sulamitele suurema vastupidavuse korrosioonile, parandab nende valuomadusi ja suurendab mehaanilist tugevust; kõrgemal tasemel võib räni aga põhjustada rabedust. Olulisemad on räni sisaldavad raua-, vase- ja alumiiniumisulamid. Üha suuremas koguses räni kasutatakse räniorgaaniliste ühendite ja silitsiidide sünteesiks. Räni ja paljusid silikaate (savi, päevakivi, vilgukivi, talk jne) töödeldakse klaasis, tsemendis, keraamikas, elektrotehnikas ja teistes tööstusharudes.

Silikoniseerimine, materjali pinna või mahu küllastumine räniga. Seda toodetakse materjali töötlemisel räni täidise kohal kõrgel temperatuuril moodustuva räni auruga või gaasilises keskkonnas, mis sisaldab klorosilaane, mis reaktsiooni käigus redutseeritakse näiteks vesiniku toimel.

l 4+ 2H2 = Si + 4HC1.

Seda kasutatakse peamiselt tulekindlate metallide (W, Mo, Ta, Ti jne) kaitsmiseks oksüdatsiooni eest. Oksüdatsioonikindlus on tingitud tiheda difusiooniga "iseparanevate" silitsiidkatete (WSi) moodustumisest 2, MoSi 2ja jne). Lai rakendus leiab silikoonitud grafiiti.

. Ühendused

Silitsiidid

Silitsiidid (lat. Silicium - räni), räni keemilised ühendid metallide ja mõnede mittemetallidega. Keemilise sideme tüübi järgi võib silitsiide jagada kolme põhirühma: ioon-kovalentne, kovalentne ja metallitaoline. Ioon-kovalentseid silitsiide moodustavad leelised (välja arvatud naatrium ja kaalium) ja leelismuldmetallid, samuti vase ja tsingi alarühmade metallid; kovalentsed - boor, süsinik, lämmastik, hapnik, fosfor, väävel, neid nimetatakse ka boriidideks, karbiidideks, räninitriidideks) jne; metallitaolised - siirdemetallid.

Silitsiide saadakse Si ja vastava metalli pulbrisegu sulatamisel või paagutamisel: metallioksiidide kuumutamisel Si, SiC, SiO-ga. 2ja silikaadid, looduslikud või sünteetilised (mõnikord segatud süsinikuga); metalli vastasmõju SiCl seguga 4ja H 2; K-st koosnevate sulandite elektrolüüs 2SiF 6ja vastava metalli oksiid. Kovalentsed ja metallitaolised silitsiidid on tulekindlad, vastupidavad oksüdatsioonile, mineraalhapete ja erinevate agressiivsete gaaside toimele. Silitsiide kasutatakse kuumuskindlate metallkeraamiliste komposiitmaterjalide koostises lennunduses ja raketitehnoloogias. MoSi 2kasutatakse õhus temperatuuril kuni 1600 °C töötavate takistusahjude küttekehade tootmiseks. FeSi 2, Fe 3Si 2, Fe 2Si on ferrosiliitsiumi koostisosa, mida kasutatakse teraste deoksüdeerimiseks ja legeerimiseks. Ränikarbiid on üks pooljuhtmaterjale.

silikoonitud grafiit

Silikoonitud grafiit, räniga küllastunud grafiit. Seda toodetakse poorse grafiidi töötlemisel räni täidises temperatuuril 1800–2200 ° C (sellisel juhul sadestub pooridesse räni aur). Koosneb grafiitalusest, ränikarbiidist ja vabast ränist. Ühendab grafiidile omase kõrge kuumakindluse ja tugevuse kõrgetel temperatuuridel tiheduse, gaasitiheduse, kõrge oksüdatsioonikindluse temperatuuril kuni 1750°C ja erosioonikindlusega. Seda kasutatakse kõrge temperatuuriga ahjude vooderdamiseks, metalli valamisseadmetes, kütteelementides, kõrge temperatuuri ja erosiooni tingimustes töötavate lennunduse ja kosmosetehnoloogia osade valmistamiseks.

Silal

Silal (ladina keelest Silicium - räni ja inglise sulam - sulam), kõrge ränisisaldusega (5-6%) kuumakindel malm. Silaalist valmistatakse suhteliselt odavaid valatud detaile, mis töötavad kõrgel temperatuuril (800-900 °C), näiteks ahjuuksed, restid, aurukatelde osad.

Silumiin

Silumiin (alates lat. Räni - räni ja Alumiinium - alumiinium), üldnimetus rühm valusulameid, mis põhinevad räni sisaldaval alumiiniumil (4–13%, mõnel klassil kuni 23%). Sõltuvalt soovitud tehnoloogiliste ja tööomaduste kombinatsioonist legeeritakse silumiin Cu, Mn, Mg, mõnikord Zn, Ti, Be ja teiste metallidega. Silumiinidel on kõrged valuomadused ja üsna kõrged mehaanilised omadused, mis annavad mehaaniliste omaduste poolest siiski järele Al-Cu süsteemil põhinevatele valusulamitele. Silumiinide eelised hõlmavad nende suurenenud korrosioonikindlust niiskes ja merekeskkonnas. Silumiine kasutatakse detailide valmistamisel keeruline konfiguratsioon, peamiselt auto- ja lennukitööstuses.

Silikomangaan

Silikomangaan on ferrosulam, mille põhikomponendid on räni ja mangaan; sulatatakse maagi-termilistes ahjudes kivisöe redutseerimisel. Mangaanimaagist, mangaaniräbust ja kvartsiidist saadud 10-26% Si sisaldusega silikomangaani (ülejäänud on Mn, Fe ja lisandid) kasutatakse terasetööstuses desoksüdeerija ja legeeriva lisandina, samuti vähendatud süsinikusisaldusega ferromangaani sulatamisel. silikotermilise protsessi abil. Metallilise mangaani tootmisel kasutatakse 28-30% Si-ga silikomangaani (mille tooraine on spetsiaalselt saadud kõrge mangaanisisaldusega madala fosforisisaldusega räbu).

Silikokroom

Ränikroom, ferrosilikokroom, ferrosulam, mille põhikomponendid on räni ja kroom; sulatatakse maagi-termilises ahjus kivisöe redutseerimisel kvartsiidist ja granuleeritud sea ferrokroomist või kroomimaagist. 10-46% Si sisaldusega silikokroomi (ülejäänud Cr, Fe ja lisandid) kasutatakse vähelegeeritud terase sulatamisel, samuti vähendatud süsinikusisaldusega ferrokroomi tootmiseks silikotermilisel protsessil. 43-55% Si-ga silikokroomi kasutatakse süsinikuvaba ferrokroomi tootmisel ja roostevaba terase sulatamisel.

Silkroom (ladina keelest Silicium - räni ja Chromium - kroom), üldnimetus kuumuskindlate ja kuumakindlate teraste rühmale, mis on legeeritud Cr-ga (5-14%) ja Si-ga (1-3%). Sõltuvalt nõutavast jõudlusomaduste tasemest legeeritakse sikroom lisaks Mo (kuni 0,9%) või Al-ga (kuni 1,8%). Silkroomid on vastupidavad oksüdatsioonile õhus ja väävlit sisaldavas keskkonnas kuni 850-950 °C; neid kasutatakse peamiselt sisepõlemismootorite ventiilide, aga ka katlapaigaldiste, restide jms osade valmistamiseks. Suurenenud mehaaniliste koormustega töötavad siidist valmistatud osad usaldusväärselt pikka aega temperatuuril kuni 600-800 °C .

Räni halogeniidid

Ränihalogeniidid, räni ühendid halogeenidega. Tuntud on järgmist tüüpi ränihalogeniide (X-halogeen): SiX 4, SiH n X 4-n (halosilaanid), Si n X 2n+2 ja segahalogeniidid, nagu SiClBr 3. Normaaltingimustes SiF 4- gaas, SiCl 4ja SiBr 4- vedelikud (sulamistemperatuur - 68,8 ja 5°С), SiI 4- tahke keha (tnl 124°C). Kuus ühendust 4kergesti hüdrolüüsitav:

SiX 4+2H 20 = SiO 2+4HX;

suitsu õhus tekke tõttu väga väikesed osakesed SiO 2; Ränitetrafluoriid reageerib erinevalt:

SiF 4+2H 2O=SiO 2+2H 2SiF 6

Klorosilaanid (SiH n X 4-n ), nt SiHCl 3(saadud gaasilise HCl toimel Si-le), moodustavad nad vee toimel tugeva siloksaanahelaga Si-O-Si polümeerseid ühendeid. Kuna klorosilaanid on väga reaktsioonivõimelised, on need lähteained räniorgaaniliste ühendite tootmisel. Si tüüpi ühendused n X2 n+2 sisaldavad Si aatomite ahelaid koos X - klooriga, annavad rea, sealhulgas Si 6Cl 14(tnl 320°С); teised halogeenid moodustavad ainult Si 2X 6. Tüüpühendid (SiX 2)n ja (SiX) n . Kuus molekuli 2ja SiX eksisteerivad kõrgel temperatuuril gaasi kujul ja kiirel jahutamisel (vedel lämmastik) moodustavad tahkeid polümeerseid aineid, mis ei lahustu tavalistes orgaanilistes lahustites.

Ränitetrakloriidi SiCl4 kasutatakse määrdeõlide, elektriisolatsiooni, soojusülekandevedelike, vetthülgavate vedelike jms tootmisel. räni silikaatkvartskristall

Ränikarbiid

Ränikarbiid, karborund, SiC, räni-süsiniku ühend; üks tähtsamaid inseneritöös kasutatavaid karbiide. Puhtal kujul on ränikarbiid teemantläikega värvitu kristall; roheline või sini-must tehniline toode. Ränikarbiid eksisteerib kahes peamises kristallilises modifikatsioonis - kuusnurkne (a-SiC) ja kuubikujuline (b-SiC) ning kuusnurkne on "hiiglaslik molekul", mis on üles ehitatud lihtsate molekulide struktuuripõhise polümerisatsiooni põhimõttel. A-SiC süsiniku ja räni aatomite kihid asetsevad üksteise suhtes erineval viisil, moodustades palju struktuuritüüpe. b-SiC üleminek a-SiC-ks toimub temperatuuril 2100–2300 °C (vastupidist üleminekut tavaliselt ei täheldata). Ränikarbiid on tulekindel (sulab lagunedes 2830°C juures), erakordselt kõrge kõvadusega (mikrokaredus 33400 MN/m ² või 3,34 tf/mm ² ), teisel kohal teemandi ja boorkarbiidi B4 C järel; habras; tihedus 3,2 g/cm ³ . Ränikarbiid on stabiilne erinevates keemilistes keskkondades, sealhulgas kõrgetel temperatuuridel.

Ränikarbiidi toodetakse elektriahjudes temperatuuril 2000-2200°C kvartsliiva (51-55%), koksi (35-40%) segust, millele on lisatud NaCI (I-5%) ja saepuru (5-10%). %). Kõrge kõvaduse, keemilise vastupidavuse ja kulumiskindluse tõttu kasutatakse ränikarbiidi laialdaselt abrasiivse materjalina (lihvimisel), kõvade materjalide lõikamiseks, otstööriistade lõikamiseks, samuti mitmesuguste keemia- ja metallurgiaseadmete osade valmistamiseks, mis töötavad tööstuses. rasked kõrge temperatuuriga tingimused. Erinevate lisanditega legeeritud ränikarbiidi kasutatakse pooljuhttehnoloogias, eriti kõrgetel temperatuuridel. Ränikarbiidi on huvitav kasutada elektrotehnikas - kõrgtemperatuursete elektritakistusahjude küttekehade (siliitvardad), elektrivoolu ülekandeliinide piksepiirikute, mittelineaarsete takistuste, elektriisolatsiooniseadmete jms valmistamiseks.

ränidioksiid

Ränidioksiid (ränidioksiid), SiO 2, kristallid. Levinuim mineraal on kvarts; tavaline liiv on samuti ränidioksiid. Kasutatakse klaasi, portselani, fajansi, betooni, tellise, keraamika tootmisel, kummist täiteainena, adsorbendina kromatograafias, elektroonikas, akusto-optikas jne. Ränidioksiidi mineraalid, mitmed mineraaliliigid, mis on ränidioksiidi polümorfsed modifikatsioonid ; stabiilne teatud temperatuurivahemike korral sõltuvalt rõhust.

Räni kristalse struktuuri aluseks on kolmemõõtmeline raamistik, mis on ehitatud tetraeedritest (5104), mis on ühendatud läbi ühise hapniku. Nende asukoha sümmeetria, pakkimistihedus ja vastastikune orientatsioon on aga erinevad, mis kajastub üksikute mineraalide kristallide sümmeetrias ja nende füüsikalistes omadustes. Erandiks on stishoviit, mille struktuur põhineb oktaeedritel (SiO 6), moodustades rutiilitaolise struktuuri. Kõik ränidioksiidid (välja arvatud mõned kvartsisordid) on tavaliselt värvitud. Kõvadus mineraloogilisel skaalal on erinev: 5,5 (a-tridüümiit) kuni 8-8,5 (stišoviit).

Ränidioksiid leidub tavaliselt väga väikeste teradena, krüptokristallilise kiulise (a-kristobaliit, nn lüussatiit) ja mõnikord ka kerakujuliste moodustistena. Harvem - tabeli- või lamellkujuliste kristallide kujul (tridüümiit), oktaeedriliste, dipüramidaalsete (a- ja b-kristobaliit), peente nõelte (kosesiit, stišoviit) kujul. Enamik ränidioksiidi (välja arvatud kvarts) on maakoore pinnavööndite tingimustes väga haruldane ja ebastabiilne. SiO kõrge temperatuuri modifikatsioonid 2- b-tridüümiit, b-kristobaliit - moodustuvad noorte efusioonikivimite (datsiidid, basaltid, lipariidid jne) väikestes tühikutes. Madala temperatuuriga a-kristobaliit koos a-tridümiidiga on ahhaadi, kaltsedoni ja opaali üks komponente; sadestub kuumadest vesilahustest, mõnikord kolloidsest SiO-st 2. Stišoviiti ja koesiiti leidub Arizonas (USA) Devil's Canyoni meteoorikraatri liivakivides, kus need tekkisid kvartsi mõjul hetkelise ülikõrge rõhu all ja meteoriidi langemise ajal temperatuuri tõusuga. Looduses leidub ka: kvartsklaasi (nn leshatelieriit), mis tekib kvartsliiva sulamisel pikselöögist, ja melanoflogiiti - väikeste kuupkristallide ja koorikutena (opaalidest koosnevad pseudomorfoosid). kaltsedonilaadne ja kaltsedonilaadne kvarts), mida kasvatatakse kohalikul väävlil Sitsiilia (Itaalia) maardlates. Vaala looduses ei leidu.

Kvarts (saksa keeles Quarz), mineraal; kvartsi nime all on teada kaks ränidioksiidi SiO kristallilist modifikatsiooni 2: kuusnurkne kvarts (või a-kvarts), stabiilne rõhul 1 atm (või 100 kN/m) ² ) temperatuurivahemikus 870-573 °C ja trigonaalne (b-kvarts), stabiilne temperatuuril alla 573 °C. b-kvartsi leidub looduses kõige laiemalt. See kristalliseerub trigonaalsüsteemi trigonaaltrapetsiklassis. Raam-tüüpi kristallstruktuur on ehitatud räni-hapniku tetraeedritest, mis on paigutatud spiraalselt (parem- või vasakpoolse kruviga) kristalli peatelje suhtes. Sõltuvalt sellest eristatakse kristallide parem- ja vasakpoolseid struktuur-morfoloogilisi vorme, mis väliselt erinevad mõne tahu paigutuse sümmeetria poolest (näiteks trapetsieeder jne). Tasapindade ja sümmeetriakeskme puudumine kvartskristallides määrab piesoelektriliste ja püroelektriliste omaduste olemasolu.

Kõige sagedamini on kvartskristallidel piklik prismaatiline välimus, kus domineerivad kuusnurksed prismapinnad ja kaks romboeedrit (kristallpea). Harvemini on kristallid pseudoheksagonaalse dipüramiidi kujul. Väliselt korrapärased kvartskristallid on tavaliselt kompleksselt kaksikud, moodustades kõige sagedamini kaksikalasid vastavalt nn. Brasiilia või Dauphine'i seadused. Viimased tekivad mitte ainult kristallide kasvu ajal, vaid ka sisemise struktuurilise ümberkorraldamise tulemusena termiliste a-b üleminekute ajal, millega kaasneb kokkusurumine, samuti mehaaniliste deformatsioonide ajal. Kvartsikristallide, -terade, -täitematerjalide värvus on kõige mitmekesisem: kõige levinum on värvitu, piimvalge või hall kvarts. Läbipaistvaid või poolläbipaistvaid kaunivärvilisi kristalle nimetatakse eriti: värvitu, läbipaistev - mäekristall; lilla - ametüst; suitsune - rauchtopaz; must - morion; kuldkollane - tsitriin. Erinevad värvid on tavaliselt tingitud struktuurivigadest Si asendamisel 4+kohta Fe 3+või Al 3+samaaegse sisenemisega võresse Na 1+, Li 1+või (OH) 1-. Samuti on võõrmineraalide mikrosulgudest tingitud kompleksvärvilist kvartsi: roheline prase - aktinoliidi või kloriidi mikrokristallide kandmised; kuldselt sädelev aventuriin – vilgukivi või hematiidi kandmised jne. Kvartsi krüptokristallilised sordid – ahhaat ja kaltsedoon – koosnevad kõige peenematest kiulistest moodustistest. Kvarts on optiliselt üheteljeline, positiivne. Murdumisnäitajad (päevavalgusele l=589,3): ne=1,553; ei = 1,544. Läbipaistev ultraviolett- ja osaliselt infrapunakiirtele. Tasapinnaliselt polariseeritud valguskiire edastamisel optilise telje suunas pööravad vasakpoolsed kvartskristallid polarisatsioonitasandit vasakule ja paremad paremale. Spektri nähtavas osas on pöördenurga väärtus (1 mm kvartsplaadi paksuse kohta) vahemikus 32,7 (l 486 nm) kuni 13,9° (728 nm). Tähendus lubatavus(eij), piesoelektriline moodul (djj) ja elastsuskoefitsiendid (Sij) on järgmised (toatemperatuuril): e11 = 4,58; e33 = 4,70; d11 \u003d -6,76 * 10-8; d14 \u003d 2,56 * 10-8; S11 = 1,279; S12 = -0,159; S13 = -0,110; S14 = -0,446; S33 = 0,956; S44 = 1,978. Lineaarsed paisumistegurid on: risti 3. järku teljega 13,4*10 -6ja paralleelselt teljega 8*10 -6. Muundussoojus b - a K. on 2,5 kcal / mol (10,45 kJ / mol). Kõvadus mineraloogilisel skaalal 7; tihedus 2650 kg/m ³ . See sulab temperatuuril 1710 ° C ja tahkub jahutamisel nn. kvartsklaas. Sulatatud kvarts on hea isolaator; 1 cm servaga kuubi takistus 18 ° C juures on 5 * 10 18oomi/cm, lineaarpaisumistegur 0,57*10 -6cm/°C. Sünteetilise hapniku monokristallide kasvatamiseks on välja töötatud majanduslikult soodne tehnoloogia, mis saadakse SiO2 vesilahustest kõrgendatud rõhul ja temperatuuril (hüdrotermiline süntees). Sünteetilistel kristallidel on stabiilsed piesoelektrilised omadused, kiirguskindlus, kõrge optiline ühtlus ja muud väärtuslikud tehnilised omadused.

Looduslik kvarts on väga laialt levinud mineraal, see on paljude kivimite, aga ka kõige erineva päritoluga maavarade oluline komponent. Olulisemad kvartsmaterjalid tööstuses on kvartsliivad, kvartsiidid ja kristalne ühekristallkvarts. Viimane on haruldane ja kõrgelt hinnatud. Peamised kvartskristallide leiukohad on Uuralites, Pamiiris, jõe vesikonnas. Aldan; välismaal - hoiused Brasiilias ja Madagaskari Vabariigis. Kvartsliivad on keraamika- ja klaasitööstuse oluline tooraine. Kvartsi monokristalle kasutatakse raadiotehnikas (piesoelektrilised sagedusstabilisaatorid, filtrid, resonaatorid, piesoelektrilised plaadid ultraheliseadmetes jne); optilises aparatuuris (spektrograafide prismad, monokromaatorid, ultraviolett-optika läätsed jne). Sulatatud kvartsi kasutatakse spetsiaalsete keemiliste klaasnõude valmistamiseks. K.-d kasutatakse ka keemiliselt puhta räni saamiseks. Läbipaistvad kaunivärvilised kvartsisordid on poolvääriskivid ja neid kasutatakse laialdaselt ehetes.

Kvartsklaas, ühekomponentne silikaatklaas, mis saadakse looduslike ränidioksiidi sortide - mäekristalli, veenikvartsi ja kvartsliiva, samuti sünteetilise ränidioksiidi sulatamisel. Tööstuslikku kvartsklaasi on kahte tüüpi: läbipaistev (optiline ja tehniline) ja läbipaistmatu. Läbipaistmatus kvartsklaasile annab suur hulk selles jaotunud väikesed gaasimullid (läbimõõduga 0,03–0,3 mikronit), mis hajutavad valgust. Mäekristalli sulatamisel saadud optiline läbipaistev kvartsklaas on täiesti homogeenne, ei sisalda nähtavaid gaasimulle; on silikaatklaaside seas madalaima murdumisnäitaja (nD = 1,4584) ja kõrgeima valguse läbilaskvusega, eriti ultraviolettkiirte puhul. Kvartsklaasi iseloomustab kõrge termiline ja keemiline vastupidavus; pehmenemispunkt K. s. 1400 °C. Kvartsklaas on hea dielektrik, spetsiifiline elektrijuhtivus temperatuuril 20 °С-10 -14 - 10-16ohm -1m -1, nurga puutuja dielektrilised kaod temperatuuril 20 ° C ja sagedusel 106 Hz - 0,0025-0,0006. Kvartsklaasi kasutatakse laboratoorsete klaasnõude, tiiglite, optiliste instrumentide, isolaatorite (eriti kõrgete temperatuuride jaoks), temperatuurikõikumistele vastupidavate toodete valmistamiseks.

Silaanid

Silaanid (lat. Silicium – räni), räniühendid vesinikuga üldvalemiga Si n H2 n+2 . Silaanid kuni oktasilaani Si 8H 18. Toatemperatuuril on kaks esimest räniühendit monosilaan SiH 4ja disilane Si 2H 6- gaasilised, ülejäänud - lenduvad vedelikud. Kõik räniühendid on ebameeldiva lõhnaga ja mürgised. Silaanid on palju vähem stabiilsed kui alkaanid, näiteks süttivad nad õhu käes spontaanselt

Si 2H 6+7O 2=4SiO2 +6H 2Oh

Vesi laguneb:

3H 8+6H 2O = 3Si02 +10H 2

Silaane looduses ei esine. Laboris saadakse lahjendatud hapete toimel magneesiumsilitsiidile erinevate mineraalide segu, mis tugevalt jahutatakse ja eraldatakse (fraktsioneeriva destilleerimisega õhu täielikul puudumisel).

Ränihapped

Ränihapped, ränihappe anhüdriidi SiO derivaadid 2; väga nõrgad happed, vees vähelahustuvad. Puhas metaränihape H 2SiO 3(täpsemalt selle polümeerne vorm H 8Si 4O 12) ja H 2Si 2O 5. Amorfne ränidioksiid (amorfne ränidioksiid) vesilahuses (lahustuvus umbes 100 mg 1 liitris) moodustab valdavalt ortosänihappe H 4SiO 4. Erinevate meetoditega saadud üleküllastunud lahustes muutuvad ränihapped kolloidosakeste moodustumisega (molmass kuni 1500), mille pinnal on OH rühmad. Nii haritud. sool võib sõltuvalt pH-st olla stabiilne (pH umbes 2) või agregeeruda, muutudes geeliks (pH 5-6). Stabiilseid, kõrge kontsentratsiooniga ränihappesoole, mis sisaldavad spetsiaalseid aineid - stabilisaatoreid, kasutatakse paberi valmistamisel, tekstiilitööstuses ja vee puhastamisel. Fluoränihape, H 2SiF 6, tugev anorgaaniline hape. Esineb ainult vesilahuses; sisse vaba vorm laguneb ränitetrafluoriidiks SiF 4ja vesinikfluoriid HF. Seda kasutatakse tugeva desinfitseerimisvahendina, kuid peamiselt ränihappesoolade - ränifluoriidide tootmiseks.

silikaadid

Silikaadid, ränihapete soolad. Kõige laiemalt levinud maapõues (80% massist); on teada üle 500 mineraali, nende hulgas - kalliskivid nagu smaragd, berüül, akvamariin. Silikaadid - tsemendi, keraamika, emailide, silikaatklaasi alus; tooraine paljude metallide, liimide, värvide jms tootmisel; raadioelektroonika materjalid jne. Silikofluoriidid, fluorosilikaadid, fluori ränihappe soolad H 2SiF 6. Kuumutamisel need näiteks lagunevad

6= CaF2 + SiF 4

Na, K, Rb, Cs ja Ba soolad lahustuvad vees halvasti ja moodustavad iseloomulikke kristalle, mida kasutatakse kvantitatiivses ja mikrokeemilises analüüsis. Naatriumsilikofluoriid Na 2SiF 6(eelkõige happekindlate tsementide, emailide jms tootmisel). Märkimisväärne osa Na 2SiF 6töödeldud NaF-iks. Võta Na 2SiF 6SiF sisaldav 4superfosfaaditehaste jäätmed. Mg, Zn ja Al silicofluoriidid (fluaatide tehniline nimetus) lahustuvad vees hästi ja neid kasutatakse ehituskivi veekindlaks muutmiseks. Kõik silikaadid (nagu ka H 2SiF6 ) on mürgised.

Rakendus

Joon.1 Parem ja vasak kvarts.

Joon.2 Ränidioksiidi mineraalid.

Joonis 3 Kvarts (struktuur)

Õpetamine

Vajad abi teema õppimisel?

Meie eksperdid nõustavad või pakuvad juhendamisteenust teile huvipakkuvatel teemadel.
Esitage taotlus märkides teema kohe ära, et saada teada konsultatsiooni saamise võimalusest.

Paljud kaasaegsed tehnoloogilised seadmed ja seadmed loodi tänu looduses leiduvate ainete ainulaadsetele omadustele. Eksperimenteerides ja meid ümbritsevaid elemente hoolikalt uurides ajakohastab inimkond pidevalt oma leiutisi – seda protsessi nimetatakse tehniliseks progressiks. See põhineb elementaarsetel, kõigile kättesaadavatel asjadel, mis meid ümbritsevad Igapäevane elu. Näiteks liiv: mis saab selles üllatavat ja ebatavalist olla? Teadlased suutsid sellest isoleerida räni – keemilist elementi, ilma milleta polekski arvutitehnoloogia. Selle rakendusala on mitmekesine ja laieneb pidevalt. See saavutatakse tänu räni aatomi ainulaadsetele omadustele, selle struktuurile ja ühendite võimalusele teiste lihtsate ainetega.

Iseloomulik

D. I. Mendelejevi väljatöötatud versioonis on räni tähistatud sümboliga Si. See kuulub mittemetallide hulka, asub kolmanda perioodi peamises neljandas rühmas, on aatomnumbriga 14. Selle lähedus süsinikule ei ole juhuslik: nende omadused on paljuski võrreldavad. Looduses seda puhtal kujul ei esine, kuna see on aktiivne element ja tal on küllaltki tugevad sidemed hapnikuga. Peamine aine on ränidioksiid, mis on oksiid, ja silikaadid (liiv). Samal ajal on räni (selle looduslikud ühendid) üks levinumaid keemilisi elemente Maal. Sisalduse massiosa poolest on see hapniku järel teisel kohal (üle 28%). Maakoore pealmine kiht sisaldab ränidioksiidi (see on kvarts), erinevat tüüpi savi ja liiva. Teine levinum rühm on selle silikaadid. Umbes 35 km sügavusel maapinnast on graniidi ja basaldi lademete kihid, mis sisaldavad räniühendeid. Sisalduse protsenti maa tuumas pole veel välja arvutatud, kuid maapinnale lähimad (kuni 900 km) vahevöö kihid sisaldavad silikaate. Osana merevesi räni kontsentratsioon on 3 mg/l, 40% koosneb selle ühenditest. Kosmose avarused, mida inimkond on siiani uurinud, sisaldavad seda keemilist elementi suurtes kogustes. Näiteks meteoriidid, mis lähenesid Maale teadlastele kättesaadaval kaugusel, näitasid, et need koosnevad 20% ränist. Selle elemendi põhjal on meie galaktikas võimalik elu teke.

Uurimisprotsess

Keemilise elemendi räni avastamise ajalool on mitu etappi. Paljusid Mendelejevi süstematiseeritud aineid on inimkond kasutanud sajandeid. Samas olid elemendid loomulikul kujul, s.t. ühendites, mis ei olnud keemiliselt töödeldud ja kõik nende omadused ei olnud inimestele teada. Aine kõigi omaduste uurimise käigus ilmusid selle jaoks uued kasutusjuhised. Räni omadusi ei ole siiani täielikult uuritud – see üsna laia ja mitmekülgse kasutusalaga element jätab tulevastele teadlaste põlvkondadele ruumi uuteks avastusteks. Kaasaegsed tehnoloogiad kiirendada seda protsessi oluliselt. 19. sajandil püüdsid paljud kuulsad keemikud saada puhast räni. Esimest korda said sellega hakkama L. Tenar ja J. Gay-Lussac 1811. aastal, kuid elemendi avastamine kuulub J. Berzeliusele, kes suutis ainet mitte ainult isoleerida, vaid ka kirjeldada. Rootsi keemik sai 1823. aastal räni, kasutades metalli kaalium- ja kaaliumsoola. Reaktsioon toimus katalüsaatoriga kõrgel temperatuuril. Saadud lihtne hallikaspruun aine oli amorfne räni. Kristalse puhta elemendi hankis 1855. aastal St. Clair Deville. Isolatsiooni keerukus on otseselt seotud aatomisidemete suure tugevusega. Mõlemal juhul on keemiline reaktsioon suunatud lisanditest puhastamise protsessile, samas kui amorfsel ja kristallilisel mudelil on erinevad omadused.

Keemilise elemendi räni hääldus

Saadud pulbri eesnime - kisel - pakkus välja Berzelius. Ühendkuningriigis ja USA-s ei nimetata räni endiselt muuks kui räni (Silicium) või silikoon (Silicon). Termin pärineb ladinakeelsest sõnast "tulekivi" (või "kivi") ja enamasti on see looduses laialdase leviku tõttu seotud mõistega "maa". Vene hääldus antud keemiline erinev, kõik sõltub allikast. Seda nimetati ränidioksiidiks (Zahharov kasutas seda terminit 1810. aastal), sitsiiliaks (1824, Dvigubski, Solovjov), ränidioksiidiks (1825, Strahhov) ja alles 1834. aastal võttis vene keemik German Ivanovitš Hess kasutusele tänaseni kasutatava nime. enamik allikaid - räni. Selles on tähistatud sümboliga Si. Kuidas loetakse keemilist elementi räni? Paljud inglise keelt kõnelevate maade teadlased hääldavad selle nime kui "si" või kasutavad sõna "silikoon". Siit pärineb ka maailmakuulus oru nimi, mis on arvutitehnoloogia uurimis- ja tootmiskoht. Venekeelne elanikkond nimetab elementi räni (vanakreeka sõnast "kivi, mägi").

Leid loodusest: maardlad

Terved mägisüsteemid koosnevad räniühenditest, mida puhtal kujul ei leidu, sest kõik teadaolevad mineraalid on dioksiidid või silikaadid (alumosilikaadid). Hämmastavalt ilusaid kive kasutavad inimesed dekoratiivmaterjalina - need on opaalid, ametüstid, kvartsid erinevat tüüpi, jaspis, kaltsedon, ahhaat, mäekristall, karneool ja paljud teised. Need tekkisid tänu erinevate ainete lisamisele räni koostisesse, mis määras nende tiheduse, struktuuri, värvi ja kasutussuuna. Selle keemilise elemendiga võib seostada kogu anorgaanilist maailma, mis in looduskeskkond moodustab tugevad sidemed metallide ja mittemetallidega (tsink, magneesium, kaltsium, mangaan, titaan jne). Võrreldes teiste ainetega on räni tööstuslikuks kaevandamiseks kergesti kättesaadav: seda leidub enamikus maakide ja mineraalide liikides. Seetõttu on aktiivselt arendatud maardlad seotud pigem olemasolevate energiaallikatega kui mateeria territoriaalsete akumulatsioonidega. Kvartsiite ja kvartsliiva leidub kõigis maailma riikides. Suurimad räni tootjad ja tarnijad on: Hiina, Norra, Prantsusmaa, USA (Lääne-Virginia, Ohio, Alabama, New York), Austraalia, Lõuna-Aafrika, Kanada, Brasiilia. Kõik tootjad kasutavad erinevaid viise, mis sõltuvad valmistatud toodete tüübist (tehniline, pooljuht, kõrgsagedusräni). Keemilisel elemendil, mis on täiendavalt rikastatud või, vastupidi, puhastatud igat tüüpi lisanditest, on individuaalsed omadused, millest sõltub selle edasine kasutamine. See kehtib ka selle aine kohta. Räni struktuur määrab selle kasutusala.

Kasutusajalugu

Väga sageli ajavad inimesed nimede sarnasuse tõttu segamini räni ja tulekivi, kuid need mõisted pole identsed. Toome selgust. Nagu juba mainitud, räni puhtal kujul looduses ei esine, mida ei saa öelda selle ühendite (sama ränidioksiid) kohta. Peamised meie poolt vaadeldava aine dioksiidist moodustunud mineraalid ja kivimid on liiv (jõgi ja kvarts), kvarts ja kvartsiidid ning tulekivi. Viimasest on vist kõik kuulnud, sest see on antud suur tähtsus inimkonna arengu ajaloos. Selle kiviga on seotud esimesed inimeste poolt kiviajal loodud tööriistad. Selle peamise kivi küljest lahti murdmisel tekkinud teravad servad hõlbustasid oluliselt iidsete koduperenaiste tööd ning jahimeeste ja kalurite teritamise võimalust. Flintil ei olnud metalltoodete tugevust, kuid ebaõnnestunud tööriistu oli lihtne uutega asendada. Selle kasutamine tulekivina ja terasena jätkus palju sajandeid – kuni alternatiivsete allikate leiutamiseni.

Mis puutub kaasaegsesse reaalsusesse, siis räni omadused võimaldavad ainet kasutada sisekujunduses või keraamiliste nõude loomisel, samas kui lisaks kaunile esteetilisele välimusele on sellel palju suurepäraseid funktsionaalseid omadusi. Omaette kasutussuund on seotud klaasi leiutamisega umbes 3000 aastat tagasi. See sündmus võimaldas räni sisaldavatest ühenditest luua peegleid, nõusid, mosaiikvitraaže. Algaine valemit täiendati vajalike komponentidega, mis võimaldas anda tootele vajaliku värvi ja mõjutas klaasi tugevust. Hämmastava ilu ja mitmekesisusega kunstiteoseid valmistas inimene mineraalidest ja räni sisaldavatest kividest. Selle elemendi raviomadusi kirjeldasid iidsed teadlased ja seda on kasutatud kogu inimkonna ajaloo vältel. Nad rajasid joogivee kaevud, sahvrid toidu hoidmiseks, mida kasutati nii igapäevaelus kui ka meditsiinis. Lihvimise tulemusena saadud pulber kanti haavadele. Erilist tähelepanu pöörati veele, mida infundeeriti räni sisaldavatest ühenditest valmistatud nõudesse. Keemiline element suhtles selle koostisega, mis võimaldas hävitada mitmeid patogeenseid baktereid ja mikroorganisme. Ja see pole kaugeltki kõik need tööstusharud, kus meie poolt kaalutav aine on väga-väga nõutud. Räni struktuur määrab selle mitmekülgsuse.

Omadused

Aine omadustega üksikasjalikumaks tutvumiseks tuleb seda kaaluda kõiki võimalikke omadusi arvesse võttes. Räni keemilise elemendi iseloomustamise kava sisaldab füüsikalisi omadusi, elektrofüüsikalisi näitajaid, ühendite, reaktsioonide ja nende läbimise tingimuste uurimist jne. Kristallilisel kujul räni on metallilise läikega tumehalli värvi. Näokeskne kuupvõre sarnaneb süsiniku omaga (teemant), kuid pikemate sidemete tõttu pole see nii tugev. Kuumutamine kuni 800 ° C muudab selle plastiliseks, muudel juhtudel jääb see rabedaks. Räni füüsikalised omadused muudavad selle aine tõeliselt ainulaadseks: see on infrapunakiirgusele läbipaistev. Sulamistemperatuur - 1410 0 C, keemistemperatuur - 2600 0 C, tihedus tavatingimustes - 2330 kg / m 3. Soojusjuhtivus ei ole konstantne, erinevate proovide puhul võetakse see ligikaudse väärtusega 25 0 C. Räni aatomi omadused võimaldavad seda kasutada pooljuhina. See rakendusvaldkond on kõige nõudlikum kaasaegne maailm. Elektrijuhtivuse suurust mõjutavad räni koostis ja sellega koos olevad elemendid. Niisiis, elektroonilise juhtivuse suurendamiseks kasutatakse antimoni, arseeni, fosforit, perforeeritud - alumiiniumi, galliumi, boori, indiumi. Räni juhiga seadmete loomisel kasutatakse pinnatöötlust teatud ainega, mis mõjutab seadme tööd.

Räni kui suurepärase juhi omadusi kasutatakse tänapäevastes mõõteriistades laialdaselt. Eriti oluline on selle kasutamine keerukate seadmete (näiteks kaasaegsete arvutusseadmete, arvutite) tootmisel.

Räni: keemilise elemendi omadused

Enamasti on räni neljavalentne, leidub ka sidemeid, milles selle väärtus võib olla +2. Normaalsetes tingimustes on see passiivne, sisaldab tugevaid ühendeid ja suudab toatemperatuuril reageerida ainult fluoriga, mis on gaasilises agregatsioonis. See on tingitud pinna blokeerimisest dioksiidikilega, mida täheldatakse ümbritseva hapniku või veega suhtlemisel. Reaktsioonide stimuleerimiseks tuleb kasutada katalüsaatorit: temperatuuri tõstmine sobib ideaalselt sellisele ainele nagu räni. Keemiline element interakteerub hapnikuga temperatuuril 400-500 0 C, mille tulemusena suureneb dioksiidi kile ja toimub oksüdatsiooniprotsess. Kui temperatuur tõuseb 50 0 C-ni, täheldatakse reaktsiooni broomi, kloori, joodiga, mille tulemusena tekivad lenduvad tetrahalogeniidid. Räni ei interakteeru hapetega, välja arvatud vesinikfluoriid- ja lämmastikhapete segu, samas kui mis tahes kuumutatud leelised on lahustid. Räni vesinikud tekivad ainult silitsiidide lagunemisel, see ei reageeri vesinikuga. Boori ja süsinikuga ühendid eristuvad suurima tugevuse ja keemilise passiivsuse poolest. Kõrgel leeliste ja hapete vastupidavusel on seos lämmastikuga, mis tekib temperatuuril üle 1000 0 C. Silitsiidid saadakse reaktsioonil metallidega ja sel juhul sõltub räni poolt näidatud valents lisaelemendist. Siirdemetalli osalusel moodustunud aine valem on hapetele vastupidav. Räni aatomi struktuur mõjutab otseselt selle omadusi ja võimet suhelda teiste elementidega. Sidemete moodustumise protsess looduses ja ainele mõjul (labori-, tööstustingimustes) erineb oluliselt. Räni struktuur viitab selle keemilisele aktiivsusele.

Struktuur

Ränil on oma omadused. Tuuma laeng on +14, mis vastab perioodilisuse süsteemi seerianumbrile. Laetud osakeste arv: prootonid - 14; elektronid - 14; neutronid - 14. Räni aatomi struktuuri skeem on järgmisel kujul: Si +14) 2) 8) 4. Viimasel (välisel) tasemel on 4 elektroni, mis määrab oksüdatsiooniastme "+" ” või „-” märk. Ränioksiidi valem on SiO 2 (valents 4+), lenduv vesinikühend on SiH 4 (valents -4). Räni aatomi suur maht võimaldab mõnes ühendis saada koordinatsiooninumbriks 6, näiteks kombineerituna fluoriga. Molaarmass - 28, aatomiraadius - 132 pm, elektronkihi konfiguratsioon: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Rakendus

Pind- või täielikult legeeritud räni kasutatakse pooljuhina paljude, sealhulgas ülitäpsete seadmete (näiteks päikese fotoelemendid, transistorid, voolualaldid jne) loomisel. Loomiseks kasutatakse ülipuhast räni päikesepaneelid(energia). Ühekristalltüüpi kasutatakse peeglite ja gaasilaseri valmistamiseks. Räniühenditest saadakse klaas, keraamilised plaadid, nõud, portselan, fajanss. Saadud kaubaliikide mitmekesisust on raske kirjeldada, nende toimimine toimub majapidamise tasandil, kunstis ja teaduses ning tootmises. Saadud tsement toimib toorainena ehitussegude ja telliste, viimistlusmaterjalide valmistamiseks. Määrdeainetel põhinev õlide jaotus võib oluliselt vähendada hõõrdejõudu paljude mehhanismide liikuvates osades. Silitsiide kasutatakse tööstuses laialdaselt tänu nende ainulaadsetele omadustele vastupidavuse valdkonnas agressiivsele keskkonnale (happed, temperatuurid). Nende elektrilisi, tuuma- ja keemilisi omadusi võtavad arvesse keerukate tööstusharude spetsialistid ning olulist rolli mängib räni aatomi struktuur.

Oleme loetlenud seni kõige teadmistemahukamad ja arenenumad rakendusvaldkonnad. Kõige tavalisemat suurtes kogustes toodetud kaubanduslikku räni kasutatakse mitmes valdkonnas:

1. Toorainena puhtama aine tootmiseks.
2. Sulamite legeerimiseks metallurgiatööstuses: räni olemasolu suurendab tulekindlust, suurendab korrosioonikindlust ja mehaanilist tugevust (selle elemendi ülejäägi korral võib sulam olla liiga rabe).
3. Deoksüdeerijana liigse hapniku eemaldamiseks metallist.
4. Tooraine silaanide (räniühendid orgaaniliste ainetega) tootmiseks.
5. Vesiniku tootmiseks räni ja raua sulamist.
6. Päikesepaneelide tootmine.

Selle aine väärtus on suurepärane ka inimkeha normaalseks toimimiseks. Räni struktuur, selle omadused on sel juhul määravad. Samal ajal põhjustab selle liig või puudumine tõsiseid haigusi.

Inimese kehas

Meditsiin on pikka aega kasutanud räni bakteritsiidse ja antiseptilise ainena. Kuid koos kõigi välise kasutamise eelistega tuleb seda elementi inimkehas pidevalt uuendada. Selle sisu normaalne tase parandab elu üldiselt. Selle puuduse korral ei imendu enam kui 70 mikroelementi ja vitamiini, mis vähendab oluliselt vastupanuvõimet paljudele haigustele. Suurim räni protsent on luudes, nahas, kõõlustes. See mängib konstruktsioonielemendi rolli, mis säilitab tugevuse ja annab elastsuse. Kõik skeleti kõvad koed moodustuvad selle ühenditest. Hiljutiste uuringute tulemusena leiti ränisisaldust neerudes, kõhunäärmes ja sidekudedes. Nende elundite roll keha toimimises on üsna suur, mistõttu selle sisalduse vähenemine avaldab kahjulikku mõju paljudele elu toetamise põhinäitajatele. Keha peaks saama 1 grammi räni päevas koos toidu ja veega – see aitab vältida võimalikke haigusi, nagu nahapõletik, luude pehmenemine, kivide teke maksas, neerudes, nägemiskahjustus, juuksed ja küüned. , ateroskleroos. Kell piisaval tasemel selle elemendi sisaldus suurendab immuunsust, normaliseerib ainevahetusprotsesse, parandab paljude inimeste tervisele vajalike elementide imendumist. Suurim kogus räni on teraviljas, redises, tatras. Silikoonvesi toob märkimisväärset kasu. Selle kasutamise koguse ja sageduse kindlaksmääramiseks on parem konsulteerida spetsialistiga.

PROTSESSOR? Liiv? Millised assotsiatsioonid teil selle sõnaga seostuvad? Või äkki Silicon Valley?
Olgu kuidas on, räni kohtame iga päev ja kui on huvi teada, mis on Si ja millega seda süüakse, siis palun kassi alla.

Sissejuhatus

Räni

Ajaloo viide

Räni on looduses väga levinud tavalise liiva koostises.

Räni levik looduses

Räni füüsikalised omadused

Räni keemilised omadused

Räni saamine

Tehnilise puhtusega räni (95-98%) saadakse elektrikaares ränidioksiidi SiO2 redutseerimisel grafiitelektroodide vahel. Seoses pooljuhttehnoloogia arenguga on välja töötatud meetodid puhta ja ülipuhta räni saamiseks. See eeldab kõige puhtamate algsete räniühendite eelsünteesi, millest räni ekstraheeritakse redutseerimise või termilise lagunemise teel.
Polükristalne räni ("polüsiicon") - tööstuslikult toodetud räni puhtaim vorm - pooltoode, mis saadakse tehnilise räni puhastamisel kloriid- ja fluorimeetodil ning mida kasutatakse mono- ja multikristallilise räni tootmiseks.
Traditsiooniliselt saadakse polükristalliline räni tehnilisest ränist, muutes selle lenduvateks silaanideks (monosilaan, klorosilaanid, fluorosilaanid), millele järgneb saadud silaanide eraldamine, valitud silaani destilleerimine ja silaani redutseerimine metalliliseks räniks.
Puhast pooljuhträni saadakse kahel kujul: polükristalliline(SiCl4 või SiHCl3 redutseerimine tsingi või vesinikuga, SiI4 ja SiH4 termiline lagundamine) ja monokristalliline(tiiglivaba tsooni sulatamine ja monokristalli "tõmbamine" sularänist - Czochralski meetod).

Siin näete räni kasvatamise protsessi Czochralski meetodil.

Czochralski meetod- meetod kristallide kasvatamiseks, tõmmates need üles suure koguse sulatise vabalt pinnalt koos kristalliseerumise algusega, viies teatud struktuuri ja kristallograafilise orientatsiooniga algkristalli (või mitut kristalli) kokku sulatise vaba pind.

Räni rakendus

Ülipuhas räni ja selle toode

Räni kehas

Järeldus