Кремний

Кремний ( Si) — элемент, располагающийся в 14 группе 3 периода периодической системы Д.И.Менделеева. Атомная масса составляет 28, 085. Очень распространен в коре земли, неметалл. Основное применение нашел в электронике.

История

Якоб Берцелиус получил кремний в аморфном состоянии в 1823г. В чистом виде элемент был выделен в 1810г учеными из Франции Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенором.

Нахождение в природе

Кремния содержится в коре земли от 27,6% до 29,5 % по массе, в морской воде — 3мг/л. Больше всего элемент находится в природе в виде кремнеземов, основу которых составляет диоксид кремния (до 12% от массы земной коры). Известны следующие минералы, имеющие в составе кремний: песок, кварц, кварциты, кремень ,полевые шпаты; силикаты и алюмосиликаты.

Изотопы и их применение

Кремний имеет в своем составе следующие изотопов, находящиеся в стабильном состоянии: ²⁸Si (92,23 %), ²⁹Si (4,67 %) и ³⁰Si (3,10 %). Другие изотопы радиоактивны. Ядро ²⁹Si применяется в спектроскопии ЯМР. ³¹Si используют для количественного определения кремния при нейтронно-активационном анализе. Радиоактивный нуклид ³²Si применяется как низкоэнергетический β-излучатель.

Получение

Аморфный кремний выделяют путем прокаливания диоксида кремния с магнием. В промышленности элемент производят путем восстановления диоксида кремния коксом. Полученный таким способом кремний имеет чистоту 99,9% (примеси — углерод и металлы).

Физические свойства

Кремний хрупкий, при повышении температуры до 800°C становится пластичным; прозрачен для инфракрасного излучения. В элементарном состоянии является полупроводником. На электрофизические свойства кристаллического кремния влияют находящиеся в нем примеси.

Химические свойства

Реакционная способность кремния возрастает с повышением температуры. При нормальных условиях, он вступает в реакцию лишь со фтором. В результате реакции образуется летучий тетрафторид кремния.

При температуре 400-500°C кремний реагирует с галогенами, в результате чего получаются тетрагалогениды. При той же температуре, элемент реагирует с кислородом с образованием диоксида кремния. Восстановление диоксида кремния до монооксида происходит при температуре более 1200°C.

Результатом реакции силицидов активных металлов с растворами кислот являются силаны (соединения кремния с водородом). Реакции с азотом и бором протекают при температуре 1000°C с образованием нитрида и боридов.

Карбид кремния (соединение углерода с кремнием) можно получить при температуре более 1000°C. Полученное вещество (карборунд) очень твердое и химически инертно, используется как абразивный материал.

При нагреве кремния с металлами образуются силициды, с железом элемент образует эвтектическую смесь. Кремний также образует кремнийорганические соединения. Олово, свинец и многие другие металлы имеют неограниченную растворимость в кремнии.

Для травления кремния применяют смесь плавиковой и азотной кислот, а также — водные растворы щелочей.

Применение

Кремний технический применяют в качестве:

1. Сырья для металлургических производств.
2. Раскислителя.
3. Сырья для производства поликристаллического и очищенного технического кремния.
4. Сырья для получения кремнийорганических соединений и силанов.
5. Сырья для получения водорода.
6. Для получения солнечных батарей.
7. В качестве антиадгезивной добавки.

Биологическая роль

Для живых организмов кремний является очень нужным биогенным элементом. Элемент необходим для здоровых костей, волос и кожи человека.