Кремній та його сполуки

Другий представник елементів головної підгрупи IV групи (IVА групи) Періодичної системи Д. І. Менделєєва – кремній Si.

У природі кремній – другий за поширеністю після кисню хімічний елемент. Земна кора більш ніж на чверть складається з його сполук. Найбільш поширеним з’єднанням кремнію є оксид кремнію (IV) SiO2, інша його назва – кремнезем. У природі він утворює мінерал кварц (рис. 158), багато різновидів якого – гірський кришталь і його знаменита лілова форма – аметист, а також агат, опал, яшма, халцедон, сердолік, відомі як виробні й напівкоштовні камені. З оксиду кремнію (IV) складаються також звичайний і кварцовий пісок.

З різновидів мінералів на основі оксиду кремнію (IV) (кременю, халцедону та ін.) Первісні люди виготовляли знаряддя праці. Саме кремінь, цей непоказний і не дуже міцний камінь, поклав початок кам’яного віку – століттю кремінних знарядь праці (рис. 159).

Причин цьому дві: поширеність і доступність кременю, а також його здатність утворювати за сколе гострі ріжучі краю.

Другий тип природних сполук силіцію – це силікати. Серед них найбільш поширені алюмосилікати (зрозуміло, що ці силікати містять хімічний елемент алюміній). До алюмосиликате відносять граніт, різні види глин, слюди. Силікатом, що не містить алюмінію, є, наприклад, азбест, з якого виготовляють вогнетривкі тканини.

Оксид кремнію (IV) SiO2 необхідний для життя рослин і тварин. Він надає міцність стебел рослин і захисних покриттів тварин (рис. 160). Завдяки йому очерети, очерети й хвощі стоять міцно, як багнети, гострі листя осоки ріжуть, як ножі, стерня на скошеному полі коле, як голки, а стебла злаків настільки міцні, що не дозволяють ниві на полях лягати від дощу і вітру. Луска риб, панцири комах, крила метеликів, пір’я птахів і шерсть тварин міцні, оскільки містять кремнезем.

Сполуки кремнію додають гладкість і міцність волоссю і нігтям людини.

Кремній входить і до складу нижчих живих організмів – діатомових водоростей і радіолярій, найніжніших грудочок живої матерії, які створюють свої неперевершені по красі скелети з кремнезему (рис. 161).

Властивості кремнію. Ви користуєтеся мікрокалькулятором з сонячною батареєю і тому маєте уявлення про кристалічному кремнії. Це напівпровідник. На відміну від металів, з підвищенням температури його електропровідність збільшується. На супутниках, космічних кораблях, станціях і дахах будинків (рис. 162) встановлюють сонячні батареї, що перетворюють сонячну енергію в електричну. У них працюють кристали напівпровідників, і в першу чергу кремнію.

Оксид кремнію (IV), або діоксид кремнію, або кремнезем Si02, як і С02, є кислотним оксидом. Однак на відміну від С02 має не молекулярну, а атомну кристалічну решітку. Тому Si02 тверде і тугоплавка речовина. Він не розчиняється у воді і кислотах, крім, як ви знаєте, плавиковою, але взаємодіє при високих температурах з лугами з утворенням солей кремнієвої кислоти – силікатів.

Отже, H2SiO3 дуже слабка кислота. Вона нерастворима у воді і випадає з реакційної суміші у вигляді драглистого осаду, іноді заповнює компактно весь об’єм розчину, перетворюючи його в напівтверді масу, схожу на холодець, желе. При висиханні цієї маси утворюється високопорістій ​​речовина – силікагель, широко застосовуваний у якості адсорбенту – поглинача інших речовин.

Застосування кремнію. Ви вже знаєте, що кремній застосовують для одержання напівпровідникових матеріалів, а також кислототривких сплавів. При сплаві кварцового піску з вугіллям при високих температурах утворюється карбід кремнію SiC, який за твердістю поступається лише алмазу. Тому його використовують для заточування різців металорізальних верстатів та шліфування дорогоцінних каменів.

З розплавленого кварцу виготовляють різну кварцову хімічний посуд, яка може витримувати високу температуру і не тріскається при різкому охолодженні.

Сполуки кремнію служать основою для виробництва скла та цементу. Звичайне віконне скло має склад, який можна виразити формулою Na2O • СаО • 6SiO2. Його отримують в спеціальних скловарних печах сплавленням суміші соди, вапняку та піску.

Відмітна особливість скла – здатність розм’якшуватися і в розплавленому стані приймати будь-яку форму, яка зберігається при застиганні скла. На цьому грунтується виробництво посуду та інших виробів зі скла.

Додаткові якості склу надають різні добавки. Так, введенням оксиду свинцю отримують кришталеве скло, оксид хрому забарвлює скло в зелений колір, оксид кобальту – в синій і т. Д. (Рис. 164).

Скло – одне з найдавніших винаходів людства. Вже 3-4 тис. Років тому виробництво скла було розвинене в Єгипті, Сирії, Фінікії та Причорномор’ї.

Посилання на основну публікацію