Sulamispiste si. Joitakin piin ja sen yhdisteiden fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia

Hiili pystyy muodostamaan useita allotrooppisia modifikaatioita. Näitä ovat timantti (inertti allotrooppinen modifikaatio), grafiitti, fullereeni ja karbiini.

Puuhiili ja noki ovat amorfista hiiltä. Tässä tilassa olevalla hiilellä ei ole järjestettyä rakennetta, ja se koostuu itse asiassa pienistä grafiittikerrosten fragmenteista. Kuumalla vesihöyryllä käsiteltyä amorfista hiiltä kutsutaan aktiivihiileksi. 1 gramman aktiivihiiltä, ​​koska siinä on monia huokosia, kokonaispinta-ala on yli kolmesataa neliömetriä! Koska aktiivihiili kykenee imemään erilaisia ​​aineita, sitä käytetään laajalti suodattimen täyteaineena sekä enterosorbenttina erityyppisissä myrkytyksissä.

Kemiallisesti amorfinen hiili on sen aktiivisin muoto, grafiitilla on kohtalainen aktiivisuus ja timantti on erittäin inertti aine. Tästä syystä jäljempänä käsitellyt hiilen kemialliset ominaisuudet tulisi ensisijaisesti katsoa amorfisen hiilen ansioksi.

Hiilen ominaisuudet vähentävät

Pelkistysaineena hiili reagoi ei-metallien, kuten hapen, halogeenien ja rikin kanssa.

Riippuen hapen ylimäärästä tai puutteesta hiilen polton aikana, hiilimonoksidin CO tai hiilidioksidi CO 2 muodostuminen on mahdollista:

Kun hiili reagoi fluorin kanssa, muodostuu hiilitetrafluoridia:

Kun hiiltä kuumennetaan rikillä, muodostuu hiilidisulfidia CS 2:

Hiili pystyy pelkistämään aktiivisuussarjassa olevia metalleja oksideistaan ​​alumiinin jälkeen. Esimerkiksi:

Hiili reagoi myös aktiivisten metallien oksidien kanssa, mutta tässä tapauksessa yleensä ei havaita metallin pelkistymistä, vaan sen karbidin muodostumista:

Hiilen vuorovaikutus ei-metallioksidien kanssa

Hiili astuu yhteissuhdereaktioon hiilidioksidi CO2:

Yksi teollisuuden kannalta tärkeimmistä prosesseista on ns höyryhiilen muuntaminen. Prosessi suoritetaan johtamalla vesihöyry kuuman hiilen läpi. Seuraava reaktio tapahtuu:

Korkeissa lämpötiloissa hiili pystyy pelkistämään jopa sellaisen inertin yhdisteen kuin piidioksidi. Tässä tapauksessa piin tai piikarbidin muodostuminen on olosuhteista riippuen mahdollista ( carborundum):

Myös hiili pelkistimenä reagoi hapettavien happojen, erityisesti väkevän rikki- ja typpihapon kanssa:

Hiilen hapettavat ominaisuudet

Kemiallinen alkuaine hiili ei ole kovin elektronegatiivinen, joten alkuaineet se tuottaa yksinkertaiset aineet harvoin hapettavia ominaisuuksia muihin ei-metalleihin nähden.

Esimerkki tällaisista reaktioista on amorfisen hiilen vuorovaikutus vedyn kanssa, kun sitä kuumennetaan katalyytin läsnä ollessa:

ja myös piillä lämpötilassa 1200-1300 o C:

Hiilellä on hapettavia ominaisuuksia suhteessa metalleihin. Hiili pystyy reagoimaan aktiivisten metallien ja joidenkin keskiaktiivisten metallien kanssa. Reaktioita tapahtuu kuumennettaessa:

Piin kemialliset ominaisuudet

Pii voi olla hiilen tavoin kiteisessä ja amorfisessa tilassa, ja, kuten hiilen tapauksessa, amorfinen pii on huomattavasti kemiallisesti aktiivisempi kuin kiteinen pii.

Joskus amorfista ja kiteistä piitä kutsutaan allotrooppisiksi modifikaatioiksi, mikä ei tarkalleen ottaen ole täysin totta. Amorfinen pii on olennaisesti kiteisen piin pienten hiukkasten konglomeraatti, jotka sijaitsevat satunnaisesti toistensa suhteen.

Piin vuorovaikutus yksinkertaisten aineiden kanssa

ei-metallit

Normaaleissa olosuhteissa pii reagoi inerttisyytensä vuoksi vain fluorin kanssa:

Pii reagoi kloorin, bromin ja jodin kanssa vain kuumennettaessa. On ominaista, että halogeenin aktiivisuudesta riippuen vaaditaan vastaavasti erilainen lämpötila:

Joten kloorin kanssa reaktio tapahtuu 340-420 o C:ssa:

Bromin kanssa – 620-700 o C:

Jodilla – 750-810 o C:

Piin reaktio hapen kanssa tapahtuu, mutta vaatii erittäin voimakasta kuumennusta (1200-1300 o C), koska vahva oksidikalvo vaikeuttaa vuorovaikutusta:

1200-1500 o C:n lämpötilassa pii on hitaasti vuorovaikutuksessa hiilen kanssa grafiitin muodossa muodostaen karborundi SiC -ainetta, jonka atomikidehila on samanlainen kuin timantti ja joka ei ole läheskään sen vahvempi:

Pii ei reagoi vedyn kanssa.

metallit

Alhaisen elektronegatiivisuutensa vuoksi piillä voi olla hapettavia ominaisuuksia vain metalleja kohtaan. Metalleista pii reagoi aktiivisten (alkali- ja maa-alkali-) metallien sekä monien keskiaktiivisten metallien kanssa. Tämän vuorovaikutuksen seurauksena muodostuu silisidejä:

Piin vuorovaikutus monimutkaisten aineiden kanssa

Pii ei reagoi veden kanssa edes keitettäessä, mutta amorfinen pii on vuorovaikutuksessa tulistetun vesihöyryn kanssa lämpötilassa noin 400-500 o C. Tällöin muodostuu vetyä ja piidioksidia:

Kaikista hapoista pii (amorfisessa tilassa) reagoi vain väkevän fluorivetyhapon kanssa:

Pii liukenee väkeviin alkaliliuoksiin. Reaktioon liittyy vedyn vapautuminen.

PII (Latin Silicium), Si, lyhyen muodon ryhmän IV kemiallinen alkuaine (pitkän muodon ryhmä 14) jaksollinen järjestelmä; atominumero 14, atomimassa 28,0855. Luonnonpii koostuu kolmesta stabiilista isotoopista: 28 Si (92,2297 %), 29 Si (4,6832 %), 30 Si (3,0872 %). Radioisotooppeja massaluvuilla 22-42 on saatu keinotekoisesti.

Historiallinen viittaus. Ihminen on käyttänyt maapallolla laajalle levinneitä piiyhdisteitä kivikaudesta lähtien; Esimerkiksi piikiviä käytettiin muinaisista ajoista rautakauteen asti kivityökalujen valmistukseen. Piiyhdisteiden käsittely - lasin tuotanto - aloitettiin 4. vuosituhannella eKr. Muinaisessa Egyptissä. Alkuainepiitä hankittiin vuosina 1824-25 J. Berzelius pelkistämällä fluoridi SiF 4 kaliummetallilla. Uudelle elementille annettiin nimi "pii" (latinan kielestä silex - flint; venäläinen nimi "pii", jonka G. I. Hess otti käyttöön vuonna 1834, tulee myös sanasta "piikivi").

Esiintyminen luonnossa. Maankuoressa mitattuna pii on toinen kemiallinen alkuaine (hapen jälkeen): litosfäärin piipitoisuus on 29,5 massaprosenttia. Sitä ei löydy luonnosta vapaassa tilassa. Tärkeimmät piitä sisältävät mineraalit ovat alumiinisilikaatit ja luonnonsilikaatit (luonnon amfibolit, maasälpät, kiille jne.) sekä piidioksidimineraalit (kvartsi ja muut piidioksidin polymorfiset modifikaatiot).

Ominaisuudet. Piiatomin ulomman elektronikuoren konfiguraatio on 3s 2 3p 2. Yhdisteissä sen hapetusaste on +4, harvoin +1, +2, +3, -4; Pauling-elektronegatiivisuus on 1,90, ionisaatiopotentiaalit Si 0 → Si + → Si 2+ → Si 3+ → Si 4+ ovat vastaavasti 8,15, 16,34, 33,46 ja 45,13 eV; atomisäde 110 pm, Si 4+ -ionin säde 40 pm (koordinaationumero 4), 54 pm (koordinaationumero 6).

Pii on tummanharmaa kiinteä hauras kiteinen aine, jolla on metallinen kiilto. Kidehila on kasvokeskeinen kuutio; t sulamispiste 1414 °C, kiehumispiste 2900 °C, tiheys 2330 kg/m 3 (25 °C:ssa). Lämpökapasiteetti 20,1 J/(mol∙K), lämmönjohtavuus 95,5 W/(m∙K), dielektrisyysvakio 12; Mohsin kovuus 7. Normaaleissa olosuhteissa pii on hauras materiaali; havaittavissa oleva plastinen muodonmuutos havaitaan yli 800 °C:n lämpötiloissa. Pii läpäisee infrapunasäteilyä, jonka aallonpituus on suurempi kuin 1 mikroni (taitekerroin 3,45 aallonpituudella 2-10 mikronia). Diamagneettinen (magneettinen suskeptibiliteetti - 3,9∙10 -6). Pii on puolijohde, kaistaväli 1,21 eV (0 K); ominaissähkövastus 2,3∙10 3 Ohm∙m (25 °C:ssa), elektronien liikkuvuus 0,135-0,145, reiät - 0,048-0,050 m 2 / (V s). Piin sähköiset ominaisuudet ovat hyvin riippuvaisia ​​epäpuhtauksien läsnäolosta. Yksittäisten piin kiteiden saamiseksi p-tyypin johtavuudella käytetään seostuslisäaineita B, Al, Ga, In (akseptoriepäpuhtaudet) ja n-tyypin johtavuudella - P, As, Sb, Bi (luovuttajaepäpuhtaudet).

Ilmassa oleva pii peittyy oksidikalvolla, joten kun matalat lämpötilat kemiallisesti inertti; yli 400 °C kuumennettaessa se vuorovaikuttaa hapen (muodostuu SiO-oksidia ja SiO 2 -dioksidia), halogeenien (piihalogenidit), typen (piinitridi Si 3 N 4), hiilen (piikarbidi SiC) jne. kanssa. vety - silaanit - saatu epäsuorasti. Pii reagoi metallien kanssa muodostaen silisidejä.

Hieno pii on pelkistävä aine: kuumennettaessa se reagoi vesihöyryn kanssa vapauttaen vetyä ja pelkistäen metallioksidit vapaiksi metalleiksi. Ei-hapettavat hapot passivoivat piitä, koska sen pinnalle muodostuu happoon liukenematon oksidikalvo. Pii liukenee väkevän HNO 3:n seokseen HF:n kanssa ja muodostuu fluoripiihappoa: 3Si + 4HNO 3 + 18HF = 3H 2 + 4NO + 8H 2 O. Pii (erityisesti hienojakoinen) reagoi alkalien kanssa vapauttaen vetyä, esimerkiksi: Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2. Pii muodostaa erilaisia ​​organopiiyhdisteitä.

Biologinen rooli. Pii on mikroelementti. Ihmisen päivittäinen piin tarve on 20-50 mg (alkuaine on välttämätön luiden ja sidekudosten oikealle kasvulle). Pii pääsee ihmiskehoon ruuan mukana sekä sisäänhengitetyn ilman mukana pölymäisenä SiO 2:na. Vapaata SiO 2:ta sisältävän pölyn pitkäaikainen hengittäminen aiheuttaa silikoosia.

Kuitti. Teknisesti puhdasta piitä (95-98 %) saadaan pelkistämällä SiO 2 hiilellä tai metalleilla. Erittäin puhdasta monikiteistä piitä saadaan pelkistämällä SiCl 4 tai SiHCl 3 vedyllä lämpötilassa 1000-1100 °C, Sil 4:n tai SiH 4:n termisellä hajoamisella; erittäin puhdasta monokiteistä piitä - vyöhykesulattamalla tai Czochralski-menetelmällä. Globaalin piin tuotannon määrä on noin 1600 tuhatta tonnia/vuosi (2003).

Sovellus. Pii on mikroelektroniikan ja puolijohdelaitteiden päämateriaali; käytetään infrapunasäteilyä läpäisevän lasin valmistukseen. Pii on raudan ja ei-rautametallien metalliseosten komponentti (pienissä pitoisuuksissa pii lisää seosten korroosionkestävyyttä ja mekaanista lujuutta, parantaa niiden valuominaisuuksia; korkeissa pitoisuuksissa se voi aiheuttaa haurautta); Tärkeimmät ovat rautaa, kuparia ja alumiinia piitä sisältävät seokset. Piitä käytetään lähtöaineena organopiiyhdisteiden ja silisidien valmistuksessa.

Lit.: Baransky P.I., Klochkov V.P., Potykevitš I.V. Puolijohdeelektroniikka. Materiaalien ominaisuudet: Hakemisto. K., 1975; Drozdov A. A., Zlomanov V. P., Mazo G. N., Spiridonov F. M. Epäorgaaninen kemia. M., 2004. T. 2; Shriver D., Atkins P. Epäorgaaninen kemia. M., 2004. T. 1-2; Pii ja sen seokset. Jekaterinburg, 2005.

Venäjän opetus- ja tiedeministeriö

Liittovaltion budjetti oppilaitos korkeampi ammatillinen koulutus

"MATI - Venäjän valtio Teknillinen yliopisto nimetty K.E. Tsiolkovski" (MATI)

"Lentokokeilun" laitos

Essee

Kurssille "Kemia"

Aihe: "Pii"

Opiskelija: Akbaev Dauyt Rinatovich

Ryhmä: 2ILA-1DS-298

Opettaja: Evdokimov Sergei Vasilievich

Moskova 2014

Pii elävissä organismeissa

Löytämisen ja käytön historia

Jakautuminen luonnossa

Atomirakenne ja peruskemiallinen ja fyysiset ominaisuudet

Kuitti

Sovellus

Liitännät

Sovellus

1. Pii elävissä organismeissa

Pii (lat. Silicium), Si, Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän IV kemiallinen alkuaine; atomiluku 14, atomimassa 28,086. Luonnossa alkuainetta edustaa kolme stabiilia isotooppia: 28 Si (92,27 %), 29 Si (4,68 %) ja 30 Si (3,05 %)

Piitä löytyy kehosta erilaisten yhdisteiden muodossa, jotka ovat pääasiassa mukana kovien luuston osien ja kudosten muodostumisessa. Jotkut ihmiset voivat kerätä erityisen paljon piitä. merikasveja(esimerkiksi piilevät) ja eläimet (esimerkiksi piipitoiset sienet, radiolaarit), jotka muodostavat paksuja piidioksidikerrostumia kuollessaan merenpohjaan.

Kylmissä merissä ja järvissä vallitsevat piillä rikastetut biogeeniset lieteet, trooppisissa merissä vähäpiipitoiset kalkkipitoiset lieteet. Maakasveista viljat, sarat, palmut ja korte keräävät paljon piitä. Selkärankaisilla tuhka-aineiden piidioksidipitoisuus on 0,1-0,5 %. SISÄÄN suurimmat määrät piitä löytyi tiheästä sidekudos, munuaiset, haima. Ihmisen päivittäinen ruokavalio sisältää jopa 1 g piitä.

Kun ilmassa on paljon piidioksidipölyä, se joutuu ihmisen keuhkoihin ja aiheuttaa sairauden - silikoosin (latinasta silex - flint), ihmisen sairauden, joka aiheutuu vapaata piidioksidia sisältävän pölyn pitkäaikaisesta hengityksestä. luokiteltu ammattitaudiksi. Sitä esiintyy kaivos-, posliini- ja keramiikka-, metallurgian ja konepajateollisuuden työntekijöiden keskuudessa. Silikoosi on pneumokonioosien ryhmän epäsuotuisin sairaus; Useammin kuin muiden sairauksien yhteydessä havaitaan tuberkuloosiprosessin (ns. silikotuberkuloosi) ja muiden komplikaatioiden lisääminen.

2. Löytämisen ja käytön historia

Historiallinen viittaus. Maapallolla laajalle levinneet piiyhdisteet ovat olleet ihmisen tiedossa kivikaudelta lähtien. Kivityökalujen käyttö työssä ja metsästyksessä jatkui useita vuosituhansia. Niiden käsittelyyn – lasintuotantoon – liittyvien piiyhdisteiden käyttö alkoi noin vuonna 3000 eaa. e. (muinaisessa Egyptissä). Varhaisin tunnettu piiyhdiste on SiO-dioksidi. 2(piidioksidi). 1700-luvulla piidioksidia pidettiin yksinkertaisena kappaleena ja kutsuttiin "maiksi" (mikä näkyy sen nimessä). Piidioksidin koostumuksen monimutkaisuuden totesi I.Ya. Berzelius.

Ranskalainen tiedemies J. Gay-Lussac ja O. Thénard hankkivat piin ensimmäisen kerran vapaana vuonna 1811.

Vuonna 1825 ruotsalainen mineralogi ja kemisti Jens Jakob Berzelius sai amorfista piitä. Ruskeaa amorfista piijauhetta saatiin pelkistämällä kaasumaista piitetrafluoridia kaliummetallilla:

4 + 4K = Si + 4KF

Myöhemmin saatiin piin kiteinen muoto. Uudelleenkiteyttämällä piitä sulaista metalleista saatiin harmaita, kovia mutta hauraita kiteitä, joilla oli metallinen kiilto. G.I. otti käyttöön venäläiset nimet elementille pii. Hess vuonna 1834.

. Jakautuminen luonnossa

Hapen jälkeen pii on yleisin alkuaine (27,6 %) maan päällä. Tämä on alkuaine, joka sisältyy useimpiin mineraaleihin ja kiviin, jotka muodostavat maankuoren kovan kuoren. Maankuoressa piillä on sama päärooli kuin hiilellä eläin- ja kasvimaailmassa. Hapen geokemian kannalta sen erittäin vahva yhteys happeen on tärkeä. Yleisin piiyhdiste on piioksidi SiO 2ja piihappojohdannaiset, joita kutsutaan silikaateiksi. Pii(IV)oksidi esiintyy mineraalikvartsina (piidioksidi, piikivi). Luonnossa tästä yhdisteestä valmistetaan kokonaisia ​​vuoria. Siellä on erittäin suuria kvartsikiteitä, jotka painavat jopa 40 tonnia. Tavallinen hiekka koostuu hienosta kvartsista, joka on saastunut erilaisilla epäpuhtauksilla. Maailman hiekan vuosikulutus on 300 miljoonaa tonnia.

Silikaateista alumiinisilikaatit (kaoliini Al 2O 3*2SiO 2*2H 2O, asbesti CaO*3MgO*4SiO 2, ortoklaasi K 2O*Al 2O 3*6SiO 2jne.). Jos mineraali sisältää pii- ja alumiinioksidien lisäksi natrium-, kalium- tai kalsiumoksideja, niin mineraalia kutsutaan maasälpäksi (valkoinen kiille jne.). Maasälpät muodostavat noin puolet luonnossa tunnetuista silikaateista. Graniitti- ja gneissikiviä ovat kvartsi, kiille ja maasälpä.

Pii sisältyy kasvi- ja eläinmaailmaan pieninä määrinä. Sitä on joidenkin vihannesten ja viljojen varressa. Tämä selittää näiden kasvien varsien lisääntyneen lujuuden. Piitä sisältävät myös ripsien kuoret, sienien ruumiit, lintujen munat ja höyhenet, eläinten turkikset, karvat ja silmän lasimainen runko.

Avaruusalusten toimittamien kuun maanäytteiden analyysi osoitti, että piioksidia oli yli 40 prosenttia. Kivimeteoriitin piipitoisuus on 20 prosenttia.

. Atomirakenne sekä kemialliset ja fysikaaliset perusominaisuudet

Pii muodostaa tummanharmaita kiteitä, joilla on metallinen kiilto ja jossa on kasvokeskeinen kuutiomainen timanttityyppinen hila, jonka jakso on a = 5,431 Å, tiheys 2,33 g/cm ³ . Hyvin korkeat paineet saatiin uusi (ilmeisesti kuusikulmainen) modifikaatio, jonka tiheys oli 2,55 g/cm ³ . K. sulaa 1417°C:ssa, kiehuu 2600°C:ssa. Ominaislämpökapasiteetti (20-100°C:ssa) 800 J/(kg × K) tai 0,191 cal/(g × rakeita); lämmönjohtavuus edes puhtaimmilla näytteillä ei ole vakio ja on välillä (25°C) 84-126 W/(m × K) tai 0,20-0,30 cal/(cm × sek × rakeita). Lämpötilakerroin lineaarinen laajennus 2.33 ×10-6 K-1; alle 120K muuttuu negatiiviseksi. Pii on läpinäkyvä pitkäaaltoisille infrapunasäteille; taitekerroin (l = 6 um) 3,42; dielektrisyysvakio 11.7. Pii on diamagneettinen, atomimagneettinen suskeptibiliteetti - 0,13 × 10 -6. Piin kovuus Mohsin mukaan 7.0, Brinellin mukaan 2.4 Gn/m ² (240 kgf/mm ² ), kimmokerroin 109 Gn/m ² (10890 kgf/mm ² ), kokoonpuristuvuuskerroin 0,325 ×10 -6cm ² /kg. Pii on hauras materiaali; havaittava plastinen muodonmuutos alkaa yli 800°C:n lämpötiloissa.

Pii on puolijohde, jota käytetään yhä enemmän. Kuparin sähköiset ominaisuudet ovat hyvin riippuvaisia ​​epäpuhtauksista. Piin ominaistilavuussähköresistanssi huoneenlämpötilassa on 2,3 ×10 3ohm × m (2,3 ×10 5 ohmia × cm).

Puolijohteisella piillä, jossa on p-tyypin johtavuus (B-, Al-, In- tai Ga-lisäaineet) ja n-tyyppinen (P-, Bi-, As- tai Sb-lisäaineet), on huomattavasti pienempi vastus. Sähköisesti mitattu kaistaväli on 1,21 eV 0 K:ssa ja pienenee 1,119 eV:iin 300 K lämpötilassa.

Piin sijainnin mukaisesti Mendelejevin jaksollisessa taulukossa piiatomin 14 elektronia on jakautunut kolmelle kuorelle: ensimmäisessä (ytimestä) 2 elektronia, toisessa 8, kolmannessa (valenssi) 4; elektronikuorikonfiguraatio 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. Peräkkäiset ionisaatiopotentiaalit (eV): 8,149; 16,34; 33.46 ja 45.13. Atomisäde 1,33 Å, kovalenttinen säde 1,17Å, ionisäteet Si 4+0,39Å, Si4- 1,98Å.

Piiyhdisteissä (samanlainen kuin hiili) 4-valenteena. Kuitenkin toisin kuin hiilellä, piin koordinaatioluvun 4 kanssa koordinaatioluku on 6, mikä selittyy sen atomin suurella tilavuudella (esimerkki tällaisista yhdisteistä ovat piifluoridit, jotka sisältävät ryhmän 2-).

Piiatomin kemiallinen sitoutuminen muihin atomeihin tapahtuu yleensä hybridi-sp3-orbitaalien kautta, mutta on myös mahdollista ottaa mukaan kaksi sen viidestä (vapaasta) 3d-orbitaalista, varsinkin kun pii on kuusikoordinoitu. Koska elektronegatiivisuusarvo on alhainen 1,8 (verrattuna 2,5 hiilelle; 3,0 typelle jne.), pii yhdisteissä ei-metallien kanssa on sähköpositiivista, ja nämä yhdisteet ovat luonteeltaan polaarisia. Si-O:n korkea sitoutumisenergia hapen kanssa, 464 kJ/mol (111 kcal/mol), määrää sen happiyhdisteiden (SiO2 ja silikaatit) stabiilisuuden. Si-Si-sidosenergia on alhainen, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); Toisin kuin hiilelle, piille ei ole ominaista pitkien ketjujen ja kaksoissidosten muodostuminen Si-atomien välille. Ilmassa pii on stabiili jopa korkeissa lämpötiloissa suojaavan oksidikalvon muodostumisen vuoksi. Hapessa se hapettuu alkaen 400°C:ssa muodostaen piidioksidia SiO 2. Monoksidi SiO tunnetaan myös, stabiili korkeissa lämpötiloissa kaasun muodossa; äkillisen jäähdytyksen seurauksena voidaan saada kiinteä tuote, joka hajoaa helposti ohueksi Si:n ja SiO:n seokseksi 2. Pii kestää happoja ja liukenee vain typpi- ja fluorivetyhapon seokseen; liukenee helposti kuumiin alkaliliuoksiin vapauttaen vetyä. Pii reagoi fluorin kanssa huoneenlämpötilassa ja muiden halogeenien kanssa kuumennettaessa muodostaen yhdisteitä, joilla on yleinen kaava SiX 4(katso piihalogenidit). Vety ei reagoi suoraan piin kanssa, ja vetysilikaatteja (silaaneja) saadaan silisideja hajottamalla. SiH:n hydrosilikaatit tunnetaan 4Si:lle 8H 18(koostumukseltaan samanlainen kuin tyydyttyneet hiilivedyt). Pii muodostaa 2 ryhmää happea sisältäviä silaaneja - siloksaaneja ja siloseeneja. Pii reagoi typen kanssa yli 1000°C lämpötiloissa. Si-nitridillä on suuri käytännön merkitys 3N 4, ei hapetu ilmassa edes 1200°C:ssa, kestää happoja (paitsi typpihappoa) ja emäksiä sekä sulaa metalleja ja kuonaa, mikä tekee siitä arvokkaan materiaalin kemianteollisuudessa, tulenkestävien materiaalien valmistukseen jne. Korkea kovuus ja piiyhdisteet hiilen (piikarbidi SiC) ja boorin (SiB) kanssa erottuvat myös lämpö- ja kemiallisesta kestävyydestään 3, SiB 6, SiB 12). Kuumennettaessa pii reagoi (metallikatalyyttien, kuten kuparin, läsnä ollessa) orgaanisten klooriyhdisteiden kanssa (esim. 3Cl) organohalosilaanien muodostamiseksi [esimerkiksi Si(CH 3)3CI], joka toimii lukuisten organopiiyhdisteiden synteesiä varten.

5. Kuitti

Yksinkertaisin ja kätevin laboratoriomenetelmä piin saamiseksi on piioksidin SiO pelkistys 2korkeissa lämpötiloissa pelkistävien metallien kanssa. Piioksidin stabiilisuuden vuoksi pelkistykseen käytetään aktiivisia pelkistysaineita, kuten magnesiumia ja alumiinia:

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

Kun pelkistetään alumiinimetallilla, saadaan kiteistä piitä. Venäläinen fysikaalinen kemisti N.N. keksi menetelmän metallien pelkistämiseksi niiden oksideista metallisen alumiinin avulla. Beketov vuonna 1865. Kun piioksidia pelkistetään alumiinilla, vapautuva lämpö ei riitä sulattamaan reaktiotuotteita - piitä ja alumiinioksidia, joka sulaa 205 °C:ssa. Reaktiotuotteiden sulamispisteen alentamiseksi reaktioseokseen lisätään rikkiä ja ylimäärä alumiinia. Reaktio tuottaa matalassa lämpötilassa sulavaa alumiinisulfidia:

2Al + 3S = Al2 S 3

Sulan piin pisarat putoavat upokkaan pohjalle.

Teknisesti puhdasta piitä (95-98 %) saadaan sähkökaaressa pelkistämällä piidioksidi SiO 2grafiittielektrodien väliin.

2+2C=Si+2CO

Puolijohdeteknologian kehityksen yhteydessä on kehitetty menetelmiä puhtaan ja erittäin puhtaan piin valmistamiseksi. Tämä edellyttää puhtaimpien piiyhdisteiden alustavaa synteesiä, joista pii uutetaan pelkistämällä tai lämpöhajoamalla.

Puhdasta puolijohdepiitä saadaan kahdessa muodossa: monikiteinen (pelkistämällä SiCl 4tai SiHCl 3sinkki tai vety, SiCl:n lämpöhajoaminen 4ja SiH 4) ja yksikiteinen (upokkainen vyöhyke sulattaa ja "vetää" yksikiteistä sulasta piistä - Czochralskin menetelmä).

Klooraamalla teknistä piitä saadaan piitetrakloridia. Vanhin menetelmä piitetrakloridin hajottamiseen on erinomaisen venäläisen kemistin akateemikon N.N. Beketova. Tämä menetelmä voidaan esittää yhtälöllä:

4+Zn=Si+2ZnCl 2.

Tässä piitetrakloridin höyryt, jotka kiehuvat 57,6 °C:n lämpötilassa, ovat vuorovaikutuksessa sinkkihöyryjen kanssa.

Tällä hetkellä piitetrakloridi pelkistetään vedyllä. Reaktio etenee yhtälön mukaisesti:

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

Pii saadaan jauheena. Piin valmistukseen käytetään myös jodidimenetelmää, joka on samanlainen kuin aiemmin kuvattu jodidimenetelmä puhtaan titaanin valmistamiseksi.

Puhtaan piin saamiseksi se puhdistetaan epäpuhtauksista vyöhykesulattamalla samalla tavalla kuin saadaan puhdasta titaania.

Monissa puolijohdelaitteessa yksittäiskiteiden muodossa saadut puolijohdemateriaalit ovat edullisia, koska monikiteisessä materiaalissa tapahtuu hallitsemattomia muutoksia sähköisissä ominaisuuksissa.

Yksittäisiä kiteitä pyöritettäessä he käyttävät Czochralskin menetelmää, joka koostuu seuraavista: sulaan materiaaliin lasketaan sauva, jonka päässä on tämän materiaalin kide; se toimii tulevan yksikiteen alkiona. Tanko vedetään ulos sulatuksesta pienellä nopeudella, jopa 1-2 mm/min. Seurauksena on, että vaaditun kokoinen yksittäinen kide kasvaa vähitellen. Puolijohdelaitteessa käytetyt levyt leikataan siitä.

. Sovellus

Erityisesti seostettua piitä käytetään laajalti materiaalina puolijohdelaitteiden valmistukseen (transistorit, termistorit, tehotasasuuntaajat, ohjatut diodit - tyristorit; aurinkovalokennot, joita käytetään mm. avaruusaluksia, jne.). Koska pii on läpinäkyvä 1-9 mikronin aallonpituuksille, sitä käytetään infrapunaoptiikassa.

Piillä on monipuolisia ja jatkuvasti laajenevia sovelluksia. Metallurgiassa piitä käytetään sulaan metalliin liuenneen hapen poistamiseen (deoksidaatio). Pii on olennainen osa suuri määrä raudan ja ei-rautametallien seoksia. Tyypillisesti pii lisää seoksien korroosionkestävyyttä, parantaa niiden valuominaisuuksia ja lisää mekaanista lujuutta; korkeammilla piipitoisuuksilla se voi kuitenkin aiheuttaa haurautta. Tärkeimmät ovat piitä sisältävät rauta-, kupari- ja alumiiniseokset. Kasvava määrä piitä käytetään orgaanisten piiyhdisteiden ja silidien synteesiin. Piidioksidia ja monia silikaatteja (savi, maasälpä, kiille, talkki jne.) käsitellään lasi-, sementti-, keramiikka-, sähkö- ja muilla teollisuudenaloilla.

Materiaalin silikonisointi, pinta- tai tilavuuskyllästys piillä. Se valmistetaan käsittelemällä materiaalia piihöyryssä, joka muodostuu korkeissa lämpötiloissa piitäytön yläpuolelle, tai kaasuympäristössä, joka sisältää kloorisilaaneja, jotka pelkistyvät esimerkiksi vedyn vaikutuksesta reaktion seurauksena.

l 4+ 2H2 = Si + 4HC1.

Sitä käytetään ensisijaisesti keinona suojata tulenkestäviä metalleja (W, Mo, Ta, Ti jne.) hapettumiselta. Hapettumiskestävyys määräytyy tiheiden diffuusio "itsekorjautuvien" silisidipinnoitteiden (WSi) muodostumisesta S.:n aikana 2,MoSi 2jne.). Laaja sovellus löytää silikonoitua grafiittia.

. Liitännät

Silisidit

Silisidit (latinasta Silicium - pii), piin kemialliset yhdisteet metallien ja joidenkin epämetallien kanssa. Silisidit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään kemiallisen sidoksen tyypin perusteella: ioni-kovalenttinen, kovalenttinen ja metallimainen. Ioni-kovalenttisia silisidejä muodostavat alkalit (paitsi natrium ja kalium) ja maa-alkalimetallit sekä kupari- ja sinkkialaryhmien metallit; kovalenttinen - boori, hiili, typpi, happi, fosfori, rikki, niitä kutsutaan myös borideiksi, karbidiksi, piinitrideiksi) jne.; metallin kaltaiset - siirtymämetallit.

Silisidit saadaan sulattamalla tai sintraamalla Si:n ja vastaavan metallin jauhemainen seos: kuumentamalla metallioksideja Si:llä, SiC:llä, SiO:lla 2ja luonnolliset tai synteettiset silikaatit (joskus sekoitettuna hiilen kanssa); metallin vuorovaikutus SiCl-seoksen kanssa 4ja H 2; K:sta koostuvien sulatteiden elektrolyysi 2SiF 6ja vastaavan metallin oksidi. Kovalenttiset ja metallin kaltaiset silisidit ovat tulenkestäviä, kestäviä hapettumista, mineraalihappojen ja erilaisten aggressiivisten kaasujen toimintaa. Silisidejä käytetään kuumuutta kestävissä metalli-keraamisissa komposiittimateriaaleissa lento- ja rakettiteknologiassa. MoSi 2käytetään lämmittimien valmistukseen vastusuuneihin, jotka toimivat ilmassa jopa 1600 °C:n lämpötiloissa. FeSi 2, Fe 3Si 2, Fe 2Si on osa ferropiitä, jota käytetään terästen hapenpoistoon ja seostukseen. Piikarbidi on yksi puolijohdemateriaaleista.

Silikonoitua grafiittia

Silikonoitu grafiitti, piillä kyllästetty grafiitti. Se valmistetaan käsittelemällä huokoista grafiittia piitäytteessä 1800-2200 °C:ssa (tässä tapauksessa piihöyryt kerrostuvat huokosiin). Koostuu grafiittipohjasta, piikarbidista ja vapaasta piistä. Siinä yhdistyvät grafiitin korkea lämmönkestävyys ja lujuus korotetuissa lämpötiloissa tiheyteen, kaasun läpäisevyyteen, korkeaan hapettumisenkestävyyteen jopa 1750 °C:n lämpötiloissa ja eroosionkestävyyteen. Käytetään korkean lämpötilan uunien vuoraukseen, metallin valulaitteissa, lämmityselementeissä, korkeissa lämpötiloissa ja eroosion olosuhteissa toimivien lento- ja avaruusteknologian osien valmistukseen

Silal

Silal (latinasta Silicium - pii ja englantilainen seos - seos), lämmönkestävä valurauta, jossa on korkea piipitoisuus (5-6%). Silalista valmistetaan suhteellisen halpoja korkeissa lämpötiloissa (800-900 °C) toimivia valuosia, esimerkiksi tulipesän ovia, arinatankoja ja höyrykattiloiden osia.

Silumiin

Silumin (latinan sanasta Silicium - pii ja alumiini - alumiini), yleinen nimi valuseosryhmät, jotka perustuvat piitä sisältävään alumiiniin (4-13 %, joissakin merkeissä jopa 23 %). Riippuen halutusta teknisten ja toiminnallisten ominaisuuksien yhdistelmästä, silumiin seostetaan Cu, Mn, Mg, joskus Zn, Ti, Be ja muita metalleja. Siluineilla on korkeat valuominaisuudet ja melko korkeat mekaaniset ominaisuudet, mutta ne ovat mekaanisilta ominaisuuksiltaan huonompia kuin Al - Cu -järjestelmään perustuvilla valuseoksilla. Silumiinien etuja ovat niiden lisääntynyt korroosionkestävyys kosteissa ja meriympäristöissä. Silumiineja käytetään osien valmistuksessa monimutkainen kokoonpano, pääasiassa auto- ja lentokoneteollisuudessa.

Silikomangaani

Piimangaani on ferroseos, jonka pääkomponentit ovat pii ja mangaani; sulatetaan malmitermisissä uuneissa käyttämällä hiilen pelkistysprosessia. Mangaanimalmista, mangaanikuonasta ja kvartsiitista saatua 10-26 % Si (loput Mn, Fe ja epäpuhtaudet) sisältävää piimangaania käytetään teräksen sulatuksessa hapettumisenestoaineena ja seosaineena sekä vähähiilisen ferromangaanin sulattamiseen. silikotermisen prosessin avulla. Metallisen mangaanin valmistuksessa käytetään piimangaania, jossa on 28-30 % Si:tä (jonka raaka-aineena on erityisesti saatu runsasmangaanipitoinen vähäfosforinen kuona).

Silikokromi

Piikromi, ferrosilikromi, ferroseos, jonka pääkomponentit ovat pii ja kromi; Se sulatetaan malmitermisessä uunissa käyttämällä hiilen pelkistysprosessia kvartsiitista ja rakeista ferrokromista tai kromimalmista. Piikromia, jossa on 10-46 % Si (loput Cr, Fe ja epäpuhtaudet), käytetään niukkaseosteisen teräksen sulatuksessa sekä vähähiilisen ferrokromin valmistuksessa silikotermisellä prosessilla. Piikromia, jossa on 43-55 % Si:tä, käytetään hiilettömän ferrokromin valmistuksessa ja ruostumattoman teräksen sulatuksessa.

Silkromi (latinan kielestä Silicium - pii ja kromi - kromi), yleisnimi kuumuutta kestävistä ja kuumuutta kestävistä teräksistä, joihin on seostettu Cr (5-14%) ja Si (1-3%). Riippuen vaaditusta suorituskyvyn tasosta piikromiin seostetaan lisäksi Mo (enintään 0,9 %) tai Al (jopa 1,8 %). Silkromit kestävät hapettumista ilmassa ja rikkipitoisissa ympäristöissä 850-950 °C:een asti; käytetään pääasiassa polttomoottoreiden venttiilien valmistukseen sekä kattilalaitteistojen osien, arinatankojen jne. Lisääntyneen mekaanisen kuormituksen alaisena silkromista valmistetut osat toimivat luotettavasti pitkään jopa 600-800 °C:n lämpötiloissa .

Piihalogenidit

Piihalogenidit, piin yhdisteet halogeenien kanssa. Seuraavat piihalogenidien tyypit tunnetaan (X-halogeeni): SiX 4, SiH n X 4-n (halosilaanit), Si n X 2n+2 ja sekahalogenidit, kuten SiClBr 3. Normaaleissa olosuhteissa SiF 4- kaasu, SiCl 4ja SiBr 4- nesteet (sula - 68,8 ja 5 °C), SiI 4- kiinteä (tnl 124 °C). Kuusi liitäntää 4hydrolysoituvat helposti:

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

savua ilmassa, koska muodostuu erittäin hienoja hiukkasia SiO 2; Piitetrafluoridi reagoi eri tavalla:

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

Kloorisilaanit (SiH n X 4-n ), esimerkiksi SiHCl 3(saatu kaasumaisen HCl:n vaikutuksesta Si:iin), joutuessaan alttiiksi vedelle, ne muodostavat polymeeriyhdisteitä, joissa on vahva siloksaaniketju Si-O-Si. Korkeasta reaktiivisuudestaan ​​erottuvana kloorisilaanit toimivat lähtöaineina organopiiyhdisteiden valmistuksessa. Si-tyypin liitännät n X2 n+2 , jotka sisältävät Si-atomien ketjuja X-kloorin kanssa, antavat sarjan, mukaan lukien Si 6Cl 14(tnl 320°С); loput halogeenit muodostavat vain Si:tä 2X 6. Saadut tyyppiliitännät (SiX 2)n ja (kuusi) n . Kuusi molekyyliä 2ja SiX esiintyvät korkeissa lämpötiloissa kaasun muodossa ja muodostavat nopeasti jäähtyessään (nestemäisellä typellä) kiinteitä polymeerisiä aineita, jotka eivät liukene tavallisiin orgaanisiin liuottimiin.

Piitetrakloridia SiCl4 käytetään voiteluöljyjen, sähköeristeiden, jäähdytysnesteiden, vedeneristysnesteiden jne. valmistukseen. piisilikaattikvartsikide

Piikarbidi

Piikarbidi, karborundi, piikarbidi, pii-hiiliyhdiste; yksi tärkeimmistä tekniikassa käytetyistä karbideista. Puhtaassa muodossaan piikarbidi on väritön kide, jossa on timanttikiilto; tekninen tuote vihreä tai sini-musta. Piikarbidi on olemassa kahdessa pääkiteisessä muunnelmassa - kuusikulmainen (a-SiC) ja kuutio (b-SiC), ja kuusikulmainen on "jättiläinen molekyyli", joka on rakennettu yksinkertaisten molekyylien omituisen rakenneohjatun polymeroinnin periaatteelle. Hiili- ja piiatomien kerrokset a-SiC:ssä ovat järjestetty toisiinsa nähden eri tavoin muodostaen monia rakennetyyppejä. b-SiC:n siirtyminen a-SiC:ksi tapahtuu lämpötilassa 2100-2300°C (käänteistä muutosta ei yleensä havaita). Piikarbidi on tulenkestävää (sulaa hajoamalla 2830°C:ssa), sillä on poikkeuksellisen korkea kovuus (mikrokovuus 33400 Mn/m ² tai 3,34 tf/mm ² ), toiseksi vain timantti ja boorikarbidi B4 C; hauras; tiheys 3,2 g/cm ³ . Piikarbidi on stabiili erilaisissa kemiallisissa ympäristöissä, mukaan lukien korkeissa lämpötiloissa.

Piikarbidia valmistetaan sähköuuneissa lämpötilassa 2000-2200°C kvartsihiekasta (51-55%), koksista (35-40%) lisäämällä NaCl:a (I-5%) ja sahanpurua (5-10%). %). Korkean kovuutensa, kemiallisen kestävyytensä ja kulutuskestävyytensä ansiosta piikarbidia käytetään laajalti hankaavana materiaalina (hiontaan), kovien materiaalien leikkaamiseen, leikkaustyökaluihin sekä erilaisten kemiallisten ja metallurgisten laitteiden osien valmistukseen. vaikeissa olosuhteissa korkeissa lämpötiloissa. Erilaisilla epäpuhtauksilla seostettua piikarbidia käytetään puolijohdeteknologiassa, erityisesti korkeissa lämpötiloissa. On mielenkiintoista käyttää piikarbidia sähkötekniikassa - lämmittimien valmistukseen korkean lämpötilan sähkövastusuuneihin (siliittisauvat), sähkövirran siirtolinjojen salamansuojat, epälineaariset vastukset, osana sähköeristyslaitteita jne.

Piidioksidi

Piidioksidi (piidioksidi), SiO 2, kristalleja. Yleisin mineraali on kvartsi; tavallinen hiekka on myös piidioksidia. Käytetään lasin, posliinin, keramiikan, betonin, tiilen, keramiikan valmistuksessa, kumin täyteaineena, adsorbentti kromatografiassa, elektroniikassa, akustooptiikassa jne. Piidioksidin mineraalit, joukko mineraalilajeja, jotka ovat piidioksidin polymorfisia muunnelmia ; stabiili tietyillä lämpötila-alueilla paineesta riippuen.

Piidioksidin kiderakenteen perusta on kolmiulotteinen runko, joka on rakennettu tetraedreistä (5104), jotka yhdistävät yhteisiä happeja. Niiden sijoittelun symmetria, pakkaustiheys ja keskinäinen suuntautuminen ovat kuitenkin erilaisia, mikä näkyy yksittäisten mineraalien kiteiden symmetriassa ja niiden fysikaalisissa ominaisuuksissa. Poikkeuksena on stisoviitti, jonka rakenne perustuu oktaedriin (SiO 6), muodostaen rutiilin kaltaisen rakenteen. Kaikki piidioksidit (joitakin kvartsilajikkeita lukuun ottamatta) ovat yleensä värittömiä. Kovuus mineralogisella asteikolla vaihtelee: 5,5 (a-tridymiitti) 8-8,5 (stisoviitti).

Piidioksidia esiintyy yleensä hyvin pienten rakeiden, kryptokiteisten kuitujen (a-kristobaliitti, ns. lussatiitti) ja joskus pallomaisten muodostelmien muodossa. Harvemmin - pöytämaisen tai lamellisen ulkonäön (tridymiitti), oktaedrisen, dipyramidaalisen (a- ja b-kristobaliitti), hienon neulanmuotoisen (koesiitti, stisoviitti) kiteiden muodossa. Suurin osa piidioksidista (paitsi kvartsista) on erittäin harvinaista ja epävakaa maankuoren pintavyöhykkeiden olosuhteissa. SiO:n korkean lämpötilan modifikaatiot 2- b-tridymiitti, b-kristobaliitti - muodostuvat pienissä onteloissa nuorista effuusioista kivistä (dasiitit, basaltit, lipariitit jne.). Matalalämpöinen a-kristobaliitti yhdessä a-tridymiitin kanssa on yksi akaattien, kalsedonin ja opaalien ainesosista; kerrostunut kuumista vesiliuoksista, joskus kolloidisesta SiO:sta 2. Stishoviittia ja koesiittia löytyy Devil's Canyonin meteorikraatterin hiekkakivistä Arizonassa (USA), missä ne muodostuivat kvartsista hetkellisen ultrakorkean paineen vaikutuksesta ja lämpötilan noustessa meteoriitin putoamisen aikana. Luonnosta löytyy myös: kvartsilasi (ns. lechatelieriitti), joka muodostuu salamaniskusta kvartsihiekan sulamisen seurauksena, ja melanoflogiitti - pienten kuutiokiteiden ja kuorien muodossa (pseudomorfoosit, jotka koostuvat opaalimaisista ja kalsedonia muistuttava kvartsi), jota on kasvatettu alkuperäisellä rikillä Sisilian (Italia) esiintymissä. Kititeä ei löydy luonnosta.

Kvartsi (saksalainen Quarz), mineraali; Kaksi piidioksidin SiO kiteistä muunnelmaa tunnetaan nimellä kvartsi 2: kuusikulmainen kvartsi (tai a-kvartsi), vakaa 1 atm (tai 100 kN/m) paineessa ² ) lämpötila-alueella 870-573 °C ja trigonaalinen (b-kvartsi), stabiili alle 573 °C:n lämpötiloissa. b-kvartsi on yleisimmin esiintyvä luonnossa. Se kiteytyy trigonaalijärjestelmän trigonaalisuunnikkaan luokkaan. Kehystyyppinen kiderakenne on rakennettu pii-happitetraedreistä, jotka on järjestetty kierteisesti (ruuvia käännetään oikealle tai vasemmalle) suhteessa kiteen pääakseliin. Tästä riippuen erotetaan oikeat ja vasemmat kiteiden rakenteelliset ja morfologiset muodot, jotka eroavat ulkoisesti joidenkin pintojen järjestelyn symmetriassa (esimerkiksi puolisuunnikkaan edellinen jne.). Tasojen ja symmetriakeskipisteen puuttuminen kvartsikiteissä määrää pietsosähköisten ja pyrosähköisten ominaisuuksien olemassaolon.

Useimmiten kvartsikiteillä on pitkänomainen prismaattinen ulkonäkö, jossa vallitsee kuusikulmainen prisma ja kaksi romboedriä (kidepää). Harvemmin kiteet ovat pseudoheksagonaalisen dipyramidin muotoisia. Ulkoisesti säännölliset kvartsikiteet ovat yleensä monimutkaisia ​​kaksoiskiteitä muodostaen useimmiten pariutuneita alueita ns. Brasilian tai Dauphinean lakeja. Jälkimmäiset eivät esiinny ainoastaan ​​kiteen kasvun aikana, vaan myös sisäisen rakenteellisen uudelleenjärjestelyn seurauksena puristukseen liittyvien lämpömuutosten aikana sekä mekaanisten muodonmuutosten aikana. Kvartsikiteiden, rakeiden ja kiviainesten väri on hyvin monimuotoinen: väritön, maidonvalkoinen tai harmaa kvartsi on yleisimpiä. Läpinäkyviä tai läpikuultavia kauniin värisiä kiteitä kutsutaan erityisesti: värittömät, läpinäkyvät - vuorikristalli; violetti - ametisti; savuinen - rauchtopaz; musta - morion; kullankeltainen - sitriini. Eri värit johtuvat yleensä rakenteellisista vioista Si:n vaihdon yhteydessä 4+osoitteessa Fe 3+tai Al 3+samanaikaisesti pääsyn Na-hilaan 1+, Li 1+tai (OH) 1-. Siellä on myös monimutkaisen väristä kvartsia, jotka johtuvat vieraiden mineraalien mikrosulkeutumisesta: vihreä prazeme - aktinoliitin tai kloriitin mikrokiteiden sulkeumat; kultainen hohtava aventuriini - kiille- tai hematiittisulkeumat jne. Kryptokiteiset kvartsilajikkeet - akaatti ja kalsedoni - koostuvat hienoimmista kuitumuodostelmista. Kvartsi on optisesti yksiakselinen, positiivinen. Taitekerroin (päivänvalolla l=589,3): ne=1,553; ei = 1,544. Läpinäkyvä ultravioletti- ja osittain infrapunasäteille. Kun tasopolarisoitu valonsäde johdetaan optista akselia pitkin, vasemmanpuoleiset kvartsikiteet kääntävät polarisaatiotasoa vasemmalle ja oikeat polarisaatiotasoa oikealle. Spektrin näkyvässä osassa kiertokulman arvo (1 mm:n kvartsilevyn paksuutta kohden) vaihtelee välillä 32,7 (l 486 nm) - 13,9° (728 nm). Merkitys dielektrisyysvakio(eij), pietsosähköinen moduuli (djj) ja kimmokertoimet (Sij) ovat seuraavat (huoneenlämpötilassa): e11 = 4,58; e33 = 4,70; dll = -6,76*10-8; d14 = 2,56*10-8; S11 = 1,279; S12 = -0,159; S13 = -0,110; S14 = -0,446; S33 = 0,956; S44 = 1,978. Lineaariset laajenemiskertoimet ovat: kohtisuorassa 3. asteen akseliin nähden 13,4*10 -6ja yhdensuuntainen akselin 8*10 kanssa -6. Muunnoslämpö b - a K. on 2,5 kcal/mol (10,45 kJ/mol). Kovuus mineralogisella asteikolla 7; tiheys 2650 kg/m ³ . Sulaa 1710 °C:n lämpötilassa ja jähmettyy jäähtyessään ns. kvartsilasi. Sulatettu piidioksidi on hyvä eriste; kuution, jonka reuna on 1 cm, resistanssi 18 °C:ssa on 5*10 18ohm/cm, lineaarilaajenemiskerroin 0,57*10 -6cm/°C. Synteettisten piin yksittäiskiteiden kasvattamiseen on kehitetty kustannustehokas tekniikka, jota saadaan SiO2:n vesiliuoksista korotetuissa paineissa ja lämpötiloissa (hydroterminen synteesi). Synteettisillä kiteillä on vakaat pietsosähköiset ominaisuudet, säteilynkestävyys, korkea optinen homogeenisuus ja muita arvokkaita teknisiä ominaisuuksia.

Luonnonkvartsi on erittäin laajalle levinnyt mineraali ja olennainen komponentti monissa kivissä sekä mitä moninaisimman alkuperän mineraaliesiintymissä. Teollisuuden tärkeimmät kvartsimateriaalit ovat kvartsihiekat, kvartsiitit ja kiteinen yksikiteinen kvartsi. Jälkimmäinen on harvinainen ja erittäin arvostettu. Kvartsikiteiden pääesiintymät ovat Uralissa, Pamirissa ja joen valuma-alueella. Aldan; ulkomailla - talletukset Brasiliassa ja Madagaskarin tasavallassa. Kvartsihiekka on tärkeä raaka-aine keramiikka- ja lasiteollisuudelle. Kvartsiyksittäisiä kiteitä käytetään radiotekniikassa (pietsosähköiset taajuuden stabilaattorit, suodattimet, resonaattorit, pietsosähköiset levyt ultraääniasennuksissa jne.); optisissa instrumenteissa (spektrografien prismat, monokromaatit, ultraviolettioptiikan linssit jne.). Sulattua kvartsia käytetään erikoiskemiallisten lasiesineiden valmistukseen. K.:ta käytetään myös kemiallisesti puhtaan piin saamiseksi. Läpinäkyvät, kauniin väriset kvartsilajikkeet ovat puolijalokiviä ja niitä käytetään laajasti koruissa.

Kvartsilasi, yksikomponenttinen silikaattilasi, joka saadaan sulattamalla luonnollisia piidioksidilajeja - vuorikristalli, suonikvartsi ja kvartsihiekka sekä synteettinen piidioksidi. Teollista kvartsilasia on kahta tyyppiä: läpinäkyvä (optinen ja tekninen) ja läpinäkymätön. Antaa peittävyyttä kvartsilasille suuri määrä siihen jakautuneet pienet kaasukuplat (halkaisija 0,03 - 0,3 mikronia), jotka sirottavat valoa. Optinen läpinäkyvä kvartsilasi, joka saadaan sulattamalla vuorikitettä, on täysin homogeeninen eikä sisällä näkyviä kaasukuplia; sillä on alhaisin taitekerroin silikaattilaseista (nD = 1,4584) ja suurin valonläpäisykyky erityisesti ultraviolettisäteille. Kvartsilasille on ominaista korkea lämpö- ja kemiallinen kestävyys; pehmenemislämpötila K. s. 1400 °C. Kvartsilasi on hyvä dielektrinen, spesifinen sähkönjohtavuus 20 °C - 10 °C:ssa -14 - 10-16ohm -1m -1, kulman tangentti dielektriset häviöt lämpötilassa 20 °C ja taajuudella 106 Hz - 0,0025-0,0006. Kvartsilasia käytetään laboratoriolasien, upokkaiden, optisten instrumenttien, eristeiden (erityisesti korkeita lämpötiloja varten) ja lämpötilanvaihteluita kestävien tuotteiden valmistukseen.

Silaanit

Silaanit (latinasta Silicium - pii), piin ja vedyn yhdisteet, joilla on yleinen kaava Si n H2 n+2 . On saatu silaaneja Si-oktasilaaniin asti 8H 18. Huoneenlämpötilassa kaksi ensimmäistä piiyhdistettä ovat monosilaani SiH 4ja disilane Si 2H 6- ovat kaasumaisia, loput ovat haihtuvia nesteitä. Kaikilla piiyhdisteillä on epämiellyttävä haju ja ne ovat myrkyllisiä. Silaanit ovat paljon vähemmän stabiileja kuin alkaanit ja syttyvät itsestään esimerkiksi ilmassa

Si 2H 6+70 2=4Si02 +6H 2O.

Hajoaa veden kanssa:

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

Silaaneja ei esiinny luonnossa. Laboratoriossa laimennettujen happojen vaikutuksesta magnesiumsilikiin saadaan erilaisten yhdisteiden seos, joka jäähdytetään voimakkaasti ja erotetaan (fraktiotislauksella ilman täydellistä ilman).

Piihapot

Piihapot, piianhydridin SiO johdannaiset 2; erittäin heikkoja happoja, liukenee heikosti veteen. Metasiliinihappo H saatiin puhtaassa muodossaan 2SiO 3(tarkemmin sanottuna sen polymeerimuoto H 8Si 4O 12) ja H 2Si 2O 5. Amorfinen piidioksidi (amorfinen piidioksidi) vesiliuoksessa (liukoisuus noin 100 mg 1 litrassa) muodostaa pääasiassa ortopiihappoa H 4SiO 4. Eri menetelmillä saaduissa ylikyllästetyissä liuoksissa piihapot muuttuvat muodostaen kolloidisia hiukkasia (moolimassa jopa 1500), joiden pinnalla on OH-ryhmiä. Koulutettu näin. Sooli voi pH-arvosta riippuen olla stabiilia (pH noin 2) tai aggregoitua, muuttuen geeliksi (pH 5-6). Stabiileja, erittäin konsentroituja piihapposooleja, jotka sisältävät erikoisaineita - stabilointiaineita, käytetään paperin valmistuksessa, tekstiiliteollisuudessa ja vedenpuhdistuksessa. Fluoripiihappo, H 2SiF 6, vahva epäorgaaninen happo. Esiintyy vain vesiliuoksessa; V vapaa muoto hajoaa piitetrafluoridiksi SiF 4ja fluorivety HF. Sitä käytetään vahvana desinfiointiaineena, mutta pääasiassa piihapposuolojen - silikofluoridien - valmistukseen.

Silikaatit

Silikaatit, piihappojen suolat. Eniten levinnyt maankuoressa (80 % massasta); Yli 500 mineraalia tunnetaan, mm. helmiä esimerkiksi smaragdi, berylli, akvamariini. Silikaatit ovat sementtien, keramiikan, emalien, silikaattilasin perusta; raaka-aineet monien metallien, liimojen, maalien jne. tuotannossa; radioelektroniikkamateriaalit jne. Silikofluoridit, fluorisilikaatit, fluoripiihapon suolat H 2SiF 6. Kuumennettaessa ne esimerkiksi hajoavat

6= CaF2 + SiF 4

Suolat Na, K, Rb, Cs ja Ba ovat niukkaliukoisia veteen ja muodostavat tunnusomaisia ​​kiteitä, joita käytetään kvantitatiivisessa ja mikrokemiallisessa analyysissä. Natriumsilikofluoridi Na:lla on suurin käytännön merkitys 2SiF 6(erityisesti haponkestävien sementtien, emalien jne. valmistuksessa). Merkittävä osa Na 2SiF 6käsitelty NaF:llä. Hanki Na 2SiF 6sisältämästä SiF:ää 4superfosfaattitehtaiden jätettä. Mg-, Zn- ja Al-silikofluorideja (tekninen nimi fluaatit), jotka liukenevat hyvin veteen, käytetään rakennuskiven vedenpitävyyteen. Kaikki silikaatit (sekä H 2SiF6 ) ovat myrkyllisiä.

Sovellus

Kuva 1 Oikea ja vasen kvartsi.

Kuva 2 Piidioksidimineraalit.

Kuva 3 Kvartsi (rakenne)

Tutorointi

Tarvitsetko apua aiheen tutkimiseen?

Asiantuntijamme neuvovat tai tarjoavat tutorointipalveluita sinua kiinnostavista aiheista.
Lähetä hakemuksesi ilmoittamalla aiheen juuri nyt saadaksesi selville mahdollisuudesta saada konsultaatio.

Monet nykyaikaiset teknologiset laitteet ja laitteet luotiin luonnossa esiintyvien aineiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta. Ihmiskunta modernisoi jatkuvasti omia keksintöjään kokeilemalla ja huolellisesti tutkimalla ympärillämme olevia elementtejä - tätä prosessia kutsutaan tekniseksi edistykseksi. Se perustuu alkeellisiin, kaikkien saatavilla oleviin asioihin, jotka ympäröivät meitä Jokapäiväinen elämä. Esimerkiksi hiekka: mikä siinä voisi olla yllättävää ja epätavallista? Tiedemiehet pystyivät eristämään siitä piitä - kemiallisen alkuaineen, jota ilman elämää ei olisi olemassa. tietokonelaitteisto. Sen käyttöalue on monipuolinen ja laajenee jatkuvasti. Tämä saavutetaan piiatomin ainutlaatuisten ominaisuuksien, sen rakenteen ja yhdisteiden mahdollisuuksien ansiosta muiden yksinkertaisten aineiden kanssa.

Ominaista

D.I. Mendelejevin kehittämässä versiossa piitä on merkitty symbolilla Si. Se kuuluu ei-metalleihin, sijaitsee kolmannen jakson neljännessä pääryhmässä ja sen atomiluku on 14. Sen läheisyys hiileen ei ole sattumaa: niiden ominaisuudet ovat monella tapaa vertailukelpoisia. Sitä ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan, koska se on aktiivinen alkuaine ja sillä on melko vahvat sidokset happeen. Pääaine on piidioksidi, joka on oksidi, ja silikaatit (hiekka). Lisäksi pii (sen luonnolliset yhdisteet) on yksi yleisimmistä kemiallisista alkuaineista maapallolla. Sisällön massaosuudeltaan se on toisella sijalla hapen jälkeen (yli 28 %). Maankuoren ylempi kerros sisältää piitä dioksidin muodossa (tämä on kvartsi), erilaisia ​​savea ja hiekkaa. Toiseksi yleisin ryhmä ovat sen silikaatit. Noin 35 kilometrin syvyydessä pinnasta on graniitti- ja basalttikerroksia, jotka sisältävät piikiviyhdisteitä. Maan ytimen pitoisuuden prosenttiosuutta ei ole vielä laskettu, mutta pintaa lähinnä olevat vaipan kerrokset (jopa 900 km) sisältävät silikaatteja. Mukana merivettä piipitoisuus on 3 mg/l, 40 % koostuu sen yhdisteistä. Avaruus, jota ihmiskunta on tähän mennessä tutkinut, sisältää suuria määriä tätä kemiallista alkuainetta. Esimerkiksi meteoriitit, jotka lähestyivät Maata tutkijoiden ulottuvilla olevalla etäisyydellä, osoittivat, että ne koostuvat 20 prosentista piistä. Tämän alkuaineen pohjalta on olemassa mahdollisuus elämän muodostumiseen galaksissamme.

Tutkimusprosessi

Kemiallisen alkuaineen piin löytämisen historiassa on useita vaiheita. Ihmiskunta on käyttänyt monia Mendelejevin systematoimia aineita vuosisatojen ajan. Tässä tapauksessa elementit olivat luonnollisessa muodossaan, ts. yhdisteissä, joita ei ole käsitelty kemiallisesti, ja kaikki niiden ominaisuudet eivät olleet ihmisten tiedossa. Aineen kaikkia ominaisuuksia tutkittaessa ilmestyi uusia ohjeita sen käyttöön. Piin ominaisuuksia ei ole nykyään täysin tutkittu - tämä elementti, jolla on melko laaja ja monipuolinen sovellusalue, jättää tilaa uusille löydöille tuleville tutkijasukupolville. Nykyaikaiset tekniikat nopeuttaa tätä prosessia merkittävästi. 1800-luvulla monet kuuluisat kemistit yrittivät saada piitä sen puhtaassa muodossa. Tämän tekivät ensimmäisenä L. Tenard ja J. Gay-Lussac vuonna 1811, mutta alkuaineen löytö kuuluu J. Berzeliukselle, joka ei vain pystynyt eristämään ainetta, vaan myös kuvailemaan sitä. Ruotsalainen kemisti hankki piitä vuonna 1823, johon hän käytti kaliummetallia ja kaliumsuolaa. Reaktio tapahtui katalyytin alla korkean lämpötilan muodossa. Tuloksena saatu yksinkertainen harmaanruskea aine oli amorfista piitä. Kiteisen puhtaan alkuaineen hankki vuonna 1855 Sainte-Clair Deville. Eristyksen vaikeus liittyy suoraan atomisidosten korkeaan lujuuteen. Molemmissa tapauksissa kemiallinen reaktio on suunnattu puhdistamiseen epäpuhtauksista, kun taas amorfisella ja kiteisellä mallilla on erilaiset ominaisuudet.

Kemiallisen alkuaineen pii ääntäminen

Tuloksena olevan jauheen etunimeä - kieseliä - ehdotti Berzelius. Isossa-Britanniassa ja Yhdysvalloissa piitä kutsutaan edelleen vain piiksi (Silicium) tai silikoniksi (Silicon). Termi tulee latinan sanasta "flint" (tai "kivi"), ja useimmissa tapauksissa se on sidottu käsitteeseen "maa", koska se on laajalti esiintynyt luonnossa. Venäjän ääntäminen annettu kemiallinen aine Se voi olla erilainen, kaikki riippuu lähteestä. Sitä kutsuttiin piidioksidiksi (Zakharov käytti tätä termiä vuonna 1810), siciliumiksi (1824, Dvigubsky, Soloviev), piidioksidiksi (1825, Strahov), ja vasta vuonna 1834 venäläinen kemisti saksalainen Ivanovich Hess otti käyttöön nimen, jota käytetään edelleen useimmissa lähteissä. - silikonia. Siinä on merkitty symbolilla Si. Miten kemiallinen alkuaine pii luetaan? Monet englanninkielisten maiden tutkijat lausuvat sen nimen "si" tai käyttävät sanaa "pii". Täältä tulee laakson maailmankuulu nimi, joka on tietokonelaitteiden tutkimus- ja tuotantopaikka. Venäjänkielinen väestö kutsuu elementtiä piiksi (muinaisen kreikan sanasta "kallio, vuori").

Esiintyminen luonnossa: esiintymät

Kokonaiset vuoristojärjestelmät koostuvat piiyhdisteistä, joita ei löydy puhtaassa muodossaan, koska kaikki tunnetut mineraalit ovat dioksidia tai silikaatteja (aluminosilikaatteja). Ihmiset käyttävät hämmästyttävän kauniita kiviä koristemateriaaleina - näitä ovat opaalit, ametistit, kvartsi erilaisia ​​tyyppejä, jaspis, kalsedoni, akaatti, vuorikristalli, karneoli ja monet muut. Ne muodostuivat erilaisten aineiden sisällyttämisestä piin, mikä määritti niiden tiheyden, rakenteen, värin ja käyttösuunnan. Koko epäorgaaninen maailma voidaan yhdistää tähän kemialliseen alkuaineeseen, joka luonnollinen ympäristö muodostaa vahvoja sidoksia metallien ja ei-metallien (sinkki, magnesium, kalsium, mangaani, titaani jne.) kanssa. Muihin aineisiin verrattuna pii on melko helposti saatavilla tuotantomittakaavassa: sitä löytyy useimmista malmeista ja mineraaleista. Siksi aktiivisesti kehittyneet esiintymät on sidottu saatavilla oleviin energialähteisiin pikemminkin kuin alueellisiin ainekertymiin. Kvartsiitteja ja kvartsihiekkaa löytyy kaikista maailman maista. Suurimmat piin tuottajat ja toimittajat ovat: Kiina, Norja, Ranska, USA (Länsi-Virginia, Ohio, Alabama, New York), Australia, Etelä-Afrikka, Kanada, Brasilia. Kaikki valmistajat käyttävät eri tavoilla, jotka riippuvat tuotteen tyypistä (tekninen, puolijohde, korkeataajuinen pii). Kemiallisella alkuaineella, joka on lisäksi rikastettu tai päinvastoin puhdistettu kaikenlaisista epäpuhtauksista, on yksilöllisiä ominaisuuksia, joista sen jatkokäyttö riippuu. Tämä koskee myös tätä ainetta. Piin rakenne määrää sen käyttöalueen.

Käyttöhistoria

Hyvin usein nimien samankaltaisuuden vuoksi ihmiset sekoittavat piin ja piikiven, mutta nämä käsitteet eivät ole identtisiä. Selvitetään. Kuten jo mainittiin, piitä ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan, mitä ei voida sanoa sen yhdisteistä (sama piidioksidi). Tärkeimmät tarkastelemamme aineen dioksidin muodostamat mineraalit ja kivet ovat hiekka (joki ja kvartsi), kvartsi ja kvartsiitit sekä piikivi. Kaikkien on täytynyt kuulla jälkimmäisestä, koska se on annettu hyvin tärkeä ihmisen kehityksen historiassa. Ensimmäiset työkalut, jotka ihmiset loivat kivikaudella, liittyvät tähän kiveen. Sen terävät reunat, jotka muodostuivat pääkivestä hakattuna, helpottivat suuresti muinaisten kotiäitien työtä, ja teroitusmahdollisuus helpotti metsästäjien ja kalastajien työtä. Flintillä ei ollut metallituotteiden lujuutta, mutta epäonnistuneet työkalut oli helppo vaihtaa uusiin. Sen käyttö piikinä kesti vuosisatoja - vaihtoehtoisten lähteiden keksimiseen asti.

Mitä nykytodellisuuteen tulee, piin ominaisuudet mahdollistavat aineen käytön tilojen sisustamiseen tai keraamisten astioiden valmistukseen, kun taas kauniin esteettisen ulkonäön lisäksi sillä on monia erinomaisia ​​toiminnallisia ominaisuuksia. Sen erillinen käyttöalue liittyy lasin keksimiseen noin 3000 vuotta sitten. Tämä tapahtuma mahdollisti peilien, astioiden ja mosaiikkilasimaalausten luomisen piitä sisältävistä yhdisteistä. Alkuperäisen aineen kaavaa täydennettiin tarvittavilla komponenteilla, mikä mahdollisti tuotteelle vaaditun värin ja vaikutti lasin lujuuteen. Ihminen teki hämmästyttävän kauniita ja monipuolisia taideteoksia mineraaleista ja piitä sisältävistä kivistä. Muinaiset tiedemiehet kuvailivat tämän elementin parantavia ominaisuuksia, ja niitä on käytetty koko ihmiskunnan historian ajan. Ne vuorasivat juomaveden kaivoja, ruokakomeroja ruoan säilytykseen ja niitä käytettiin sekä jokapäiväisessä elämässä että lääketieteessä. Jauhamalla saatu jauhe levitettiin haavoille. Erityistä huomiota kiinnitettiin veteen, jota haudutettiin piitä sisältävistä yhdisteistä valmistettuihin astioihin. Kemiallinen alkuaine oli vuorovaikutuksessa sen koostumuksen kanssa, mikä mahdollisti useiden patogeenisten bakteerien ja mikro-organismien tuhoamisen. Ja tämä ei koske kaikkia toimialoja, joilla harkitsemamme aine on erittäin, erittäin kysytty. Piin rakenne määrää sen monipuolisuuden.

Ominaisuudet

Aineen ominaisuuksien tuntemiseksi paremmin on tarpeen ottaa se huomioon ottaen huomioon kaikki mahdolliset ominaisuudet. Kemiallisen alkuaineen pii karakterisointisuunnitelma sisältää fysikaaliset ominaisuudet, sähköiset ominaisuudet, yhdisteiden tutkimuksen, reaktioiden ja kulkuolosuhteiden tutkimisen jne. Kiteisessä muodossa oleva pii on väriltään tummanharmaa ja metallisävy. Kasvokeskeinen kuutiohila on samanlainen kuin hiilihila (timantti), mutta pidempien sidosten vuoksi se ei ole niin vahva. Kuumentaminen 800 o C:een tekee siitä muovia, muissa tapauksissa se jää hauraaksi. Piin fysikaaliset ominaisuudet tekevät tästä aineesta todella ainutlaatuisen: se läpäisee infrapunasäteilyä. Sulamispiste - 1410 0 C, kiehumispiste - 2600 0 C, tiheys normaaleissa olosuhteissa - 2330 kg/m3. Lämmönjohtavuus ei ole vakio, eri näytteille se otetaan likimääräisenä arvona 25 0 C. Piiatomin ominaisuudet mahdollistavat sen käytön puolijohteena. Tällä sovellusalueella on eniten kysyntää moderni maailma. Sähkönjohtavuuden arvoon vaikuttaa piin ja sen kanssa yhdistettyjen alkuaineiden koostumus. Siten elektronisen johtavuuden lisäämiseksi käytetään antimonia, arseenia ja fosforia, reikäjohtavuuteen - alumiinia, galliumia, booria ja indiumia. Luotaessa laitteita, joissa on pii johtimena, käytetään pintakäsittelyä tietyllä aineella, mikä vaikuttaa laitteen toimintaan.

Piin ominaisuuksia erinomaisena johtimena käytetään varsin laajasti nykyaikaisessa instrumenttien valmistuksessa. Sen käyttö on erityisen tärkeää monimutkaisten laitteiden valmistuksessa (esimerkiksi nykyaikaiset laskentalaitteet, tietokoneet).

Pii: kemiallisen alkuaineen ominaisuudet

Useimmissa tapauksissa pii on neliarvoinen, mutta on myös sidoksia, joissa sen arvo voi olla +2. Normaaleissa olosuhteissa se on inaktiivinen, sisältää vahvoja yhdisteitä ja voi huoneenlämpötilassa reagoida vain fluorin kanssa, joka on kaasumaisessa aggregaattitilassa. Tämä selittyy pinnan peittämisellä dioksidikalvolla, joka havaitaan vuorovaikutuksessa ympäröivän hapen tai veden kanssa. Reaktioiden stimuloimiseksi on käytettävä katalyyttiä: lämpötilan nostaminen on ihanteellinen aineelle, kuten piille. Kemiallinen alkuaine on vuorovaikutuksessa hapen kanssa 400-500 0 C:ssa, minkä seurauksena dioksidikalvo kasvaa ja hapettumisprosessi tapahtuu. Kun lämpötila nousee 50 0 C:een, havaitaan reaktio bromin, kloorin ja jodin kanssa, mikä johtaa haihtuvien tetrahalogenidien muodostumiseen. Pii ei ole vuorovaikutuksessa happojen kanssa, lukuun ottamatta fluorivety- ja typpihapon seosta, kun taas mikä tahansa emäs kuumennetussa tilassa on liuotin. Piivety muodostuu vain silisidien hajoamisen seurauksena, se ei reagoi vedyn kanssa. Boorin ja hiilen yhdisteille on ominaista suurin lujuus ja kemiallinen passiivisuus. Korkealla alkalien ja happojen kestävyydellä on yhteys typen kanssa, jota esiintyy yli 1000 0 C lämpötiloissa. Silisidejä saadaan reaktiolla metallien kanssa, ja tässä tapauksessa piin osoittama valenssi riippuu lisäalkuaineesta. Siirtymämetallin mukana muodostetun aineen kaava kestää happoja. Piiatomin rakenne vaikuttaa suoraan sen ominaisuuksiin ja kykyyn olla vuorovaikutuksessa muiden alkuaineiden kanssa. Sidosten muodostumisprosessi luonnossa ja aineelle altistuksen aikana (laboratorio-, teollisuus-olosuhteissa) vaihtelee merkittävästi. Piin rakenne viittaa sen kemialliseen aktiivisuuteen.

Rakenne

Piillä on omat ominaisuutensa. Ydinvaraus on +14, mikä vastaa jaksollisen taulukon sarjanumeroa. Varautuneiden hiukkasten lukumäärä: protonit - 14; elektronit - 14; neutronit - 14. Piiatomin rakennekaavio on seuraava: Si +14) 2) 8) 4. Viimeisellä (ulkoisella) tasolla on 4 elektronia, jotka määräävät hapetusasteen "+" tai "-" kanssa. ”merkki. Piioksidin kaava on SiO 2 (valenssi 4+), haihtuva vetyyhdiste on SiH 4 (valenssi -4). Piiatomin suuri tilavuus mahdollistaa sen, että joidenkin yhdisteiden koordinaatioluku on esimerkiksi 6, kun ne yhdistetään fluoriin. Moolimassa - 28, atomisäde - 132 pm, elektronikuorikonfiguraatio: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Sovellus

Pinta- tai täysin seostettua piitä käytetään puolijohteena monien, mukaan lukien erittäin tarkkojen laitteiden (esim. aurinkokennojen, transistorien, virran tasasuuntaajien jne.) luomisessa. Luomiseen käytetään erittäin puhdasta piitä aurinkopaneelit(energia). Yksikiteistä tyyppiä käytetään peilien ja kaasulaserien valmistukseen. Piiyhdisteitä käytetään lasin, keraamisten laattojen, astioiden, posliinin ja fajanssien valmistukseen. Saatavien tavaroiden monimuotoisuutta on vaikea kuvailla, niiden hyödyntäminen tapahtuu kotitalouksien tasolla, taiteessa ja tieteessä sekä tuotannossa. Tuloksena oleva sementti toimii raaka-aineena rakennusseosten, tiilien ja viimeistelymateriaalien luomiseen. Öljyjen ja voiteluaineiden leviäminen voi merkittävästi vähentää kitkavoimaa monien mekanismien liikkuvissa osissa. Ainutlaatuisten aggressiivisia ympäristöjä (hapot, lämpötilat) kestävien ominaisuuksiensa ansiosta silisidejä käytetään laajalti teollisuudessa. Monimutkaisten teollisuudenalojen asiantuntijat ottavat huomioon niiden sähkö-, ydin- ja kemialliset ominaisuudet, ja piiatomin rakenteella on myös tärkeä rooli.

Olemme listanneet tämän päivän tietointensiivisimmät ja edistyneimmät sovellusalueet. Yleisintä, suurina määrinä valmistettua teknistä piitä käytetään useilla aloilla:

1. Raaka-aineena puhtaamman aineen valmistukseen.
2. Metallurgisen teollisuuden seosten seostus: piin läsnäolo lisää tulenkestävyyttä, lisää korroosionkestävyyttä ja mekaanista lujuutta (jos tätä elementtiä on liikaa, seos voi olla liian hauras).
3. Hapettumisenestoaineena ylimääräisen hapen poistamiseen metallista.
4. Raaka-aineet silaanien (piiyhdisteet orgaanisten aineiden kanssa) valmistukseen.
5. Vedyn tuotantoon piin ja raudan seoksesta.
6. Aurinkopaneelien valmistus.

Tämä aine on myös erittäin tärkeä ihmiskehon normaalille toiminnalle. Piin rakenne ja sen ominaisuudet ovat ratkaisevia tässä tapauksessa. Tässä tapauksessa sen ylimäärä tai puute johtaa vakaviin sairauksiin.

Ihmiskehossa

Lääketiede on käyttänyt piitä bakterisidisenä ja antiseptisenä aineena melko pitkään. Mutta kaikilla ulkoisen käytön eduilla tämä elementti on jatkuvasti uusittava ihmiskehossa. Normaali sisältötaso parantaa elämän aktiivisuutta yleensä. Jos se on puutteellinen, yli 70 mikroelementtiä ja vitamiinia ei imeydy elimistöön, mikä vähentää merkittävästi vastustuskykyä useille sairauksille. Suurin prosenttiosuus piistä havaitaan luissa, ihossa ja jänteissä. Se toimii rakenteellisena elementtinä, joka ylläpitää lujuutta ja antaa joustavuutta. Kaikki luuston kovat kudokset muodostuvat sen yhteyksien ansiosta. Viimeaikaiset tutkimukset ovat paljastaneet piipitoisuuden munuaisissa, haimassa ja sidekudoksissa. Näiden elinten rooli kehon toiminnassa on melko suuri, joten sen pitoisuuden väheneminen vaikuttaa haitallisesti moniin peruselintä tukeviin indikaattoreihin. Kehon tulisi saada 1 gramma piitä päivässä ruoan ja veden kanssa - tämä auttaa välttämään mahdollisia sairauksia, kuten ihon tulehdusprosesseja, luiden pehmenemistä, kivien muodostumista maksassa, munuaisissa, näön heikkenemistä, hiusten kuntoa. ja kynnet, ateroskleroosi. klo riittävä taso Tämän elementin sisältö lisää immuniteettia, normalisoi aineenvaihduntaprosesseja ja parantaa monien ihmisten terveydelle välttämättömien elementtien imeytymistä. Suurin määrä piitä on viljassa, retiisissä ja tattarissa. Piivesi tuo merkittäviä etuja. Sen käytön määrän ja tiheyden määrittämiseksi on parempi kääntyä asiantuntijan puoleen.

PROSESSORI? Hiekka? Mitä assosiaatioita sinulla on tämän sanan kanssa? Tai ehkä Silicon Valley?
Oli miten oli, piitä törmäämme päivittäin, ja jos olet kiinnostunut ottamaan selvää mitä Si on ja minkä kanssa sitä syödään, ota yhteyttä kissaan.

Johdanto

Pii

Historiallinen viittaus

Pii on hyvin yleinen luonnossa osana tavallista hiekkaa.

Piin leviäminen luonnossa

Piin fysikaaliset ominaisuudet

Piin kemialliset ominaisuudet

Piin hankkiminen

Teknisesti puhdasta piitä (95-98 %) saadaan kaaressa pelkistämällä piidioksidi SiO2 grafiittielektrodien välissä. Puolijohdeteknologian kehityksen yhteydessä on kehitetty menetelmiä puhtaan ja erittäin puhtaan piin valmistamiseksi. Tämä edellyttää puhtaimpien piiyhdisteiden alustavaa synteesiä, joista pii uutetaan pelkistämällä tai lämpöhajoamalla.
Monikiteinen pii ("polypii") on teollisesti tuotetun piin puhtain muoto - puolivalmistuote, joka saadaan puhdistamalla teknistä piitä kloridi- ja fluorimenetelmillä ja jota käytetään mono- ja monikiteisen piin valmistukseen.
Perinteisesti monikiteistä piitä saadaan teknisestä piistä muuntamalla se haihtuviksi silaaneiksi (monosilaani, kloorisilaanit, fluorosilaanit), minkä jälkeen tuloksena olevat silaanit erotetaan, valitun silaanin rektifiointipuhdistetaan ja silaani pelkistetään metallisiksi piiksi.
Puhdasta puolijohdepiitä saadaan kahdessa muodossa: monikiteinen(SiCl4:n tai SiHCl3:n pelkistys sinkillä tai vedyllä, SiI4:n ja SiH4:n lämpöhajoaminen) ja yksikiteinen(upokasvapaan vyöhykkeen sulatus ja yksittäiskiteen "vetäminen" sulasta piistä - Czochralskin menetelmä).

Täällä voit nähdä piin viljelyprosessin Czochralski-menetelmällä.

Czochralskin menetelmä- menetelmä kiteiden kasvattamiseksi vetämällä niitä ylöspäin suuren sulatteen vapaalta pinnalta kiteytymisen alkaessa saattamalla tietyn rakenteen ja kristallografisen suuntauksen omaava siemenkide (tai useita kiteitä) kosketukseen sulatteen vapaan pinnan kanssa. sulaa.

Piin käyttö

Ultrapuhdas pii ja sen tuotteet

Piitä rungossa

Johtopäätös