Il silicio è uno degli elementi più richiesti nella tecnologia e nell'industria. Lo deve alle sue proprietà insolite. Oggi ci sono molti diversi composti di questo elemento che svolgono un ruolo importante nella sintesi e nella creazione di prodotti tecnici, stoviglie, vetro, attrezzature, materiali da costruzione e finitura, gioielli e altri settori.
Caratteristiche generali del silicio
Se consideriamo la posizione del silicio nel sistema periodico, possiamo dire questo:
- Situato nel gruppo IV del sottogruppo principale.
- Numero ordinale 14.
- Massa atomica 28, 086.
- Simbolo chimico Si.
- Nome - silicio, o in latino - silicio.
- Configurazione elettronica dello strato esterno 4e:2e:8e.
Il reticolo cristallino del silicio è simile a quello del diamante. Gli atomi si trovano ai nodi, il suo tipo è cubico a facce centrate. Tuttavia, a causa della maggiore lunghezza del legame, le proprietà fisiche del silicio sono molto diverse da quelle della modifica allotropica del carbonio.
Proprietà fisiche e chimiche
Ci sono duemodificazioni allotropiche di questo elemento: amorfo e cristallino. Sono molto simili. Tuttavia, come con altre sostanze, la principale differenza tra loro è il reticolo cristallino del silicio.
In questo caso, entrambe le modifiche sono polveri di diversi colori.
1. Il silicio cristallino è una polvere simile a un metallo lucido grigio scuro. La sua struttura corrisponde al diamante, ma le proprietà sono diverse. Ha:
- fragilità;
- bassa durezza;
- proprietà dei semiconduttori;
- punto di fusione 14150C;
- 2.33g/cm3;
- punto di ebollizione 27000C.
La sua attività chimica è bassa rispetto ad altre forme allotropiche.
2. Silicio amorfo - polvere marrone-marrone, ha la struttura del diamante altamente disordinato. L'attività chimica è piuttosto elevata.
In generale, va notato che al silicio non piace reagire. Per farlo reagire, hai bisogno di una temperatura di almeno 400-5000C. In queste condizioni si formano vari composti chimici del silicio. Ad esempio:
- ossidi;
- alogenuri;
- silicidi;
- nitruri;
- borides;
- carburi.
Possibile interazione del silicio con acido nitrico o alcali, chiamata processo di incisione. I composti organosilicio sono diffusi e stanno diventando sempre più comuni oggi.
Essere nella natura
Il silicio si trova in natura in quantità abbastanza significative. È al secondo posto dopo l'ossigeno in termini di prevalenza. La sua frazione di massa è di circa il 30%. Anche l'acqua di mare contiene questo elemento ad una concentrazione di circa 3 mg/l. Pertanto, non si può dire che il silicio sia un elemento raro in natura.
Al contrario, ci sono molte rocce e minerali diversi in cui si trova e da cui può essere estratto. I composti di silicio naturale più comuni sono i seguenti:
- Silice. La formula chimica è SiO2. C'è una varietà abbastanza grande di forme di minerali e rocce basate su di esso: sabbia, selce, feldspati, quarzo, cristallo di rocca, ametista, calcedonio, corniola, opale, diaspro e altri.
- Silicati e alluminosilicati. Caolino, longheroni, mica, sali di acido silicico, amianto, talco.
Così, il silicio è ampiamente distribuito in natura e i suoi composti sono popolari e richiesti dalle persone per applicazioni tecniche.
Silicio e suoi composti
Poiché l'elemento in questione non può esistere nella sua forma pura, quindi i suoi vari composti sono importanti. Da un punto di vista chimico può presentare tre stati di ossidazione: +2, +4, -4. Procedendo da questo, oltre che dalla sua inerzia, ma particolare nella struttura del reticolo cristallino, forma i seguenti principali tipi di sostanze:
- composti binari con non metalli (silano, carburo, nitruro, fosfuro e così via;
- ossidi;
- silicioacido;
- silicati metallici.
Diamo un'occhiata più da vicino all'importanza del silicio e dei suoi composti, che sono i più comuni e richiesti dalle persone.
Ossidi di silicio
Ci sono due varietà di questa sostanza, espresse dalle formule:
- SiO;
- SiO2.
Tuttavia, il più diffuso è il biossido. Esiste in natura sotto forma di bellissime pietre semipreziose:
- agata;
- calcedonio;
- opale;
- corniola;
- jasper;
- ametista;
- strass.
L'uso del silicio in questa forma ha trovato la sua applicazione nella produzione di gioielli. Gioielli in oro e argento incredibilmente belli sono realizzati con queste pietre semipreziose e semipreziose.
Alcune variazioni di biossido di silicio:
- quarzo;
- sabbia di fiume e quarzo;
- pietra;
- feldspati.
L'uso del silicio in questi tipi è implementato nei lavori di costruzione, ingegneria, radioelettronica, industria chimica e metallurgia. Insieme, gli ossidi elencati appartengono a un'unica sostanza: la silice.
Carburo di silicio e sue applicazioni
Il silicio e i suoi composti sono i materiali del futuro e del presente. Uno di questi materiali è il carborundum o il carburo di questo elemento. Formula chimica del SiC. Si presenta naturalmente come il minerale moissanite.
Nella sua forma pura, il composto di carbonio e silicio è bellissimocristalli trasparenti simili a strutture diamantate. Tuttavia, le sostanze di colore verde e nero sono utilizzate per scopi tecnici.
Le caratteristiche principali di questa sostanza, che ne consentono l'uso in metallurgia, ingegneria, industria chimica, sono le seguenti:
- semiconduttore ad ampio gap;
- forza molto alta (7 sulla scala di Mohs);
- resistente alle alte temperature;
- eccellente resistenza elettrica e conducibilità termica.
Tutto ciò permette di utilizzare il carborundum come materiale abrasivo in metallurgia e sintesi chimica. E anche sulla base della produzione di LED ad ampio spettro, parti per forni di fusione del vetro, ugelli, torce, gioielli (la moissanite è valutata più della zirconia cubica).
Silan e il suo significato
Il composto idrogeno del silicio è chiamato silano e non può essere ottenuto per sintesi diretta dai materiali di partenza. Per ottenerlo vengono utilizzati siliciuri di vari metalli, che vengono trattati con acidi. Di conseguenza, viene rilasciato silano gassoso e si forma un sale metallico.
È interessante notare che la connessione in questione non si forma mai da sola. Sempre come risultato della reazione si ottiene una miscela di mono-, di- e trisilano, in cui gli atomi di silicio sono interconnessi in catene.
Per le loro proprietà, questi composti sono forti agenti riducenti. Allo stesso tempo, essi stessi sono facilmente ossidati dall'ossigeno, a volte con un'esplosione. Con gli alogeni le reazioni sono sempre violente, con una grande emissioneenergia.
Le applicazioni dei silani sono le seguenti:
- Reazioni di sintesi organica, che portano alla formazione di importanti composti organosilicio - siliconi, gomme, sigillanti, lubrificanti, emulsioni e altri.
- Microelettronica (monitor LCD, circuiti tecnici integrati, ecc.).
- Come ottenere polisilicio ultrapuro.
- Odontoiatria con protesi.
Quindi, l'importanza dei silani nel mondo moderno è alta.
Acido silicico e silicati
L'idrossido dell'elemento in questione è acido silicico diverso. Evidenzia:
- meta;
- orto;
- polisilicico e altri acidi.
Tutti sono uniti da proprietà comuni: estrema instabilità nello stato libero. Si decompongono facilmente sotto l'influenza della temperatura. In condizioni normali, non esistono a lungo, trasformandosi prima in un sol e poi in un gel. Dopo l'essiccazione, tali strutture sono chiamate gel di silice. Sono usati come adsorbenti nei filtri.
Importanti, dal punto di vista industriale, sono i sali degli acidi silicici - silicati. Sono alla base della produzione di sostanze quali:
- vetro;
- cemento;
- cemento;
- zeolite;
- caolino;
- porcellana;
- faience;
- cristallo;
- ceramica.
I silicati di metalli alcalini sono solubili, tutti gli altri no. Pertanto, il silicato di sodio e potassio è chiamato vetro liquido. Normale colla clericale: questo è sodiosale dell'acido silicico.
Ma le mescole più interessanti sono sempre gli occhiali. Non importa quante varianti di questa sostanza abbiano inventato! Oggi ottengono opzioni di colore, ottiche e opache. La vetreria colpisce per il suo splendore e la sua varietà. Aggiungendo determinati ossidi metallici e non metallici alla miscela, è possibile produrre un'ampia varietà di tipi di vetro. A volte anche la stessa composizione, ma una diversa percentuale dei componenti porta a una differenza nelle proprietà della sostanza. Un esempio è la porcellana e la maiolica, la cui formula è SiO2AL2O3 K 2O.
Il vetro al quarzo è una forma di prodotto altamente puro la cui composizione è descritta come biossido di silicio.
Scoperte in composti di silicio
Negli ultimi anni di ricerca, è stato dimostrato che il silicio e i suoi composti sono i partecipanti più importanti allo stato normale degli organismi viventi. Con una mancanza o un eccesso di questo elemento, malattie come:
- cancro;
- tubercolosi;
- artrite;
- cataratta;
- lebbra;
- dissenteria;
- reumatismi;
- epatite e altri.
Lo stesso processo di invecchiamento è anche associato al contenuto quantitativo di silicio. Numerosi esperimenti sui mammiferi hanno dimostrato che con la mancanza di un elemento si verificano infarti, ictus, cancro e si attiva il virus dell'epatite.
