Silikon: tətbiqi, kimyəvi və fiziki xassələri

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 05:16

Təbiətdə ən çox yayılmış elementlərdən biri silisium və ya silisiumdur. Belə geniş yayılma bu maddənin əhəmiyyətindən və əhəmiyyətindən danışır. Bu, silikondan öz məqsədləri üçün düzgün istifadə etməyi öyrənən insanlar tərəfindən tez başa düşüldü və qəbul edildi. Onun tətbiqi daha sonra danışacağımız xüsusi xüsusiyyətlərə əsaslanır.

Silikon kimyəvi elementdir

Verilmiş elementi dövri sistemdəki mövqeyə görə xarakterizə etsək, aşağıdakı vacib məqamları müəyyən edə bilərik:

1. Nömrə nömrəsi - 14.
2. Dövr üçüncü kiçikdir.
3. Qrup - IV.
4. Altqrup - əsas.
5. Xarici elektron qabığın strukturu 3s²3p² düsturu ilə ifadə edilir.
6. Silikon elementi "silisium" kimi tələffüz edilən Si kimyəvi simvolu ilə işarələnir.
7. Oksidləşmə vəziyyətini göstərir: -4; +2; +4.
8. Atomun valentliyi IV-dür.
9. Silikonun atom kütləsi 28.086-dır.
10. Təbiətdə bu elementin kütlə nömrələri 28, 29 və 30 olan üç sabit izotopu var.

Beləliklə, atomKimyəvi nöqteyi-nəzərdən silisium yaxşı öyrənilmiş elementdir, onun müxtəlif xassələrinin çoxu təsvir edilmişdir.

Kəşf tarixçəsi

Təbiətdə çox məşhur və məzmunca kütləvi olan, nəzərdən keçirilən elementin müxtəlif birləşmələri olduğundan, insanlar qədim zamanlardan onlardan yalnız bir çoxunun xüsusiyyətlərindən istifadə edib bilirdilər. Təmiz silisium uzun müddət kimya sahəsində insan biliklərindən kənarda qaldı.

Qədim mədəniyyətlərə malik xalqların (Misirlilər, Romalılar, Çinlilər, Ruslar, Farslar və başqaları) gündəlik həyatda və sənayedə istifadə etdiyi ən məşhur birləşmələr silikon oksid əsasında hazırlanmış qiymətli və bəzək daşları idi. Bunlara daxildir:

• opal;
• rhinestone;
• topaz;
• xrizopraz;
• oniks;
• xalsedon və başqaları.

Qədim dövrlərdən tikintidə kvars və kvars qumundan istifadə etmək də adət olub. Bununla belə, elementar silisiumun özü 19-cu əsrə qədər kəşf edilməmiş qaldı, baxmayaraq ki, bir çox elm adamları onu müxtəlif birləşmələrdən, katalizatorlardan, yüksək temperaturdan və hətta elektrik cərəyanından istifadə edərək boş yerə təcrid etməyə çalışdılar. Bunlar belə parlaq ağıllardır:

• Karl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Humphry Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius 1823-cü ildə uğurla saf silisium əldə etməyi bacardı. Bunun üçün o, silisium flüoridinin və metal kaliumun buxarlarının birləşməsinə dair təcrübə aparıb. Nəticədə o, sözügedən elementin amorf modifikasiyasını aldı. Həmin alim kəşf edilmiş atom üçün Latın adı təklif etdi.

Bir az sonra, 1855-ci ildə başqa bir alim - Saint Clair-Deville - başqa bir allotropik çeşidi - kristal silisiumu sintez etməyə müvəffəq oldu. O vaxtdan bəri bu element və onun xüsusiyyətləri haqqında biliklər çox sürətlə artmağa başladı. İnsanlar onun öz ehtiyaclarını ödəmək üçün çox ağıllı şəkildə istifadə edilə bilən unikal xüsusiyyətlərə sahib olduğunu başa düşdülər. Buna görə də, bu gün elektronika və texnologiyada ən çox tələb olunan elementlərdən biri silikondur. Onun istifadəsi yalnız hər il sərhədlərini genişləndirir.

Atomun rusca adı 1831-ci ildə alim Hess tərəfindən verilmişdir. Bu günə qədər ilişib qalan budur.

Təbiətdə var

Silikon təbiətdə oksigendən sonra ikinci ən boldur. Yer qabığının tərkibindəki digər atomlarla müqayisədə onun faizi 29,5% təşkil edir. Bundan əlavə, karbon və silikon bir-birinə bağlanaraq zəncir yarada bilən iki xüsusi elementdir. Buna görə də litosferdə, hidrosferdə və biokütlədə olan 400-dən çox müxtəlif təbii mineral sonuncunun tanınmasıdır.

Silikon tam olaraq harada tapılır?

1. Torpağın dərin qatlarında.
2. Dağlarda, çöküntülərdə və massivlərdə.
3. Su hövzələrinin, xüsusən də dənizlərin və okeanların dibində.
4. Heyvanlar aləminin bitki və dəniz həyatında.
5. İnsanlarda və quru heyvanlarında.

Böyük miqdarda ehtiva edən ən çox yayılmış mineral və süxurlardan bir neçəsini təyin etmək mümkündür.silikon. Onların kimyası elədir ki, onlarda təmiz elementin kütləsi 75%-ə çatır. Bununla belə, konkret rəqəm materialın növündən asılıdır. Beləliklə, tərkibində silikon olan qayalar və minerallar:

• feldspat;
• slyuda;
• amfibollar;
• opals;
• xalsedon;
• silikatlar;
• qumdaşları;
• alüminosilikatlar;
• gillər və başqaları.

Dəniz heyvanlarının qabıqlarında və xarici skeletlərində toplanan silikon sonda su hövzələrinin dibində güclü silisium çöküntüləri əmələ gətirir. Bu, bu elementin təbii mənbələrindən biridir.

Bundan başqa, müəyyən edilmişdir ki, silisium öz saf doğma formada - kristallar şəklində mövcud ola bilər. Lakin belə depozitlər çox nadirdir.

Silikonun fiziki xassələri

Əgər siz nəzərdən keçirilən elementi fiziki və kimyəvi xassələr toplusu ilə xarakterizə edirsinizsə, onda ilk növbədə fiziki parametrlər göstərilməlidir. Budur bir neçə əsas:

1. İki allotropik modifikasiya şəklində mövcuddur - bütün xassələri ilə fərqlənən amorf və kristal.
2. Kristal qəfəs almazınkinə çox bənzəyir, çünki karbon və silikon bu baxımdan demək olar ki, eynidir. Bununla belə, atomlar arasındakı məsafə fərqlidir (silikonda daha çoxdur), buna görə də almaz daha sərt və güclüdür. Şəbəkə növü - kub üz mərkəzli.
3. Maddə çox kövrəkdir, yüksək temperaturda plastik olur.
4. Ərimə nöqtəsi 1415˚C-dir.
5. Temperaturqaynama nöqtəsi - 3250˚С.
6. Maddənin sıxlığı - 2,33 q/sm³.
7. Birləşmənin rəngi gümüşü-bozdur, xarakterik metal parıltısı var.
8. Müəyyən agentlərin əlavə edilməsi ilə dəyişə bilən yaxşı yarımkeçirici xassələrə malikdir.
9. Suda, üzvi həlledicilərdə və turşularda həll olunmur.
10. Xüsusi olaraq qələvilərdə həll olunur.

Silikonun təyin edilmiş fiziki xüsusiyyətləri insanlara onu idarə etməyə və ondan müxtəlif məhsullar yaratmaq üçün istifadə etməyə imkan verir. Məsələn, elektronikada təmiz silisiumdan istifadə yarımkeçiriciliyin xüsusiyyətlərinə əsaslanır.

Kimyəvi xassələri

Silisiumun kimyəvi xassələri reaksiya şəraitindən çox asılıdır. Əgər standart parametrlərdə təmiz bir maddə haqqında danışırıqsa, onda çox aşağı aktivlik təyin etməliyik. Həm kristal, həm də amorf silikon çox təsirsizdir. Güclü oksidləşdirici maddələrlə (flüor istisna olmaqla), nə də güclü reduksiyaedicilərlə qarşılıqlı əlaqədə olmayın.

Bu, maddənin səthində dərhal SiO₂ oksid təbəqəsinin əmələ gəlməsi ilə əlaqədardır ki, bu da sonrakı qarşılıqlı təsirlərin qarşısını alır. Su, hava, buxarların təsiri altında əmələ gələ bilər.

Standart şərtləri dəyişdirsəniz və silikonu 400˚С-dən yuxarı bir temperatura qədər qızdırsanız, onun kimyəvi aktivliyi çox artacaq. Bu halda o, reaksiya verəcək:

• oksigen;
• hər növ halogenlər;
• hidrogen.

Temperaturun daha da artması ilə məhsulların əmələ gəlməsi də mümkündürbor, azot və karbonla qarşılıqlı əlaqə. Xüsusi əhəmiyyət kəsb edən karborundumdur - SiC, çünki o, yaxşı aşındırıcı materialdır.

Həmçinin, silisiumun kimyəvi xassələri metallarla reaksiyalarda aydın görünür. Onlara münasibətdə oksidləşdirici maddədir, buna görə də məhsullar silisidlər adlanır. Oxşar birləşmələr məlumdur:

• qələvi;
• qələvi torpaq;
• keçid metalları.

Qeyri-adi xüsusiyyətlər dəmir və silisiumun əriməsi nəticəsində əldə edilən birləşməyə malikdir. O, ferrosilikon keramika adlanır və sənayedə uğurla istifadə olunur.

Silikon mürəkkəb maddələrlə qarşılıqlı təsir göstərmir, buna görə də onların bütün növləri arasında yalnız həll oluna bilər:

• kral arağı (azot və xlorid turşularının qarışığı);
• kaustik qələvilər.

Bu halda məhlulun temperaturu ən azı 60˚С olmalıdır. Bütün bunlar maddənin fiziki əsasını bir daha təsdiqləyir - ona güc və inertlik verən almaza bənzər sabit kristal qəfəs.

Alma üsulları

Saf silisium əldə etmək iqtisadi cəhətdən kifayət qədər baha başa gələn prosesdir. Bundan əlavə, xüsusiyyətlərinə görə, hər hansı bir üsul yalnız 90-99% təmiz məhsul verir, metal və karbon şəklində olan çirklər isə eyni qalır. Beləliklə, yalnız maddənin alınması kifayət deyil. O, həmçinin yad elementlərdən keyfiyyətcə təmizlənməlidir.

Ümumilikdə silisium istehsalı iki əsas yolla həyata keçirilir:

1. Ağ qumdantəmiz silisium oksidi SiO₂. Aktiv metallarla (ən çox maqnezium ilə) kalsine edildikdə, amorf modifikasiya şəklində sərbəst element əmələ gəlir. Bu üsulun təmizliyi yüksəkdir, məhsul 99,9 faiz məhsuldarlıqla əldə edilir.
2. Sənaye miqyasında daha geniş yayılmış üsul ərinmiş qumun koksla xüsusi termal sobalarda sinterlənməsidir. Bu üsul rus alimi Beketov N. N. tərəfindən işlənib hazırlanmışdır

Əlavə emal məhsulların təmizləmə üsullarına məruz qalmasından ibarətdir. Bunun üçün turşular və ya halogenlər (xlor, flüor) istifadə olunur.

Amorf silikon

Silikonun hər bir allotropik modifikasiyasını ayrıca nəzərdən keçirməsək, onun xarakteristikası natamam olacaq. Birincisi amorfdur. Bu vəziyyətdə, nəzərdən keçirdiyimiz maddə qəhvəyi-qəhvəyi bir tozdur, incə dağılmışdır. Yüksək dərəcədə higroskopikliyə malikdir, qızdırıldıqda kifayət qədər yüksək kimyəvi aktivlik nümayiş etdirir. Standart şəraitdə o, yalnız ən güclü oksidləşdirici maddə ilə - flüorla qarşılıqlı əlaqədə ola bilər.

Amorf silisiumu müxtəlif kristal silisium adlandırmaq tamamilə düzgün deyil. Onun qəfəsləri göstərir ki, bu maddə yalnız kristallar şəklində mövcud olan incə dispers silisium formasıdır. Buna görə də, bu dəyişikliklər eyni birləşmədir.

Lakin onların xassələri fərqlidir, ona görə də allotropiyadan danışmaq adətdir. Özü də amorf silikon varyüksək işıq udma qabiliyyəti. Bundan əlavə, müəyyən şərtlərdə bu göstərici kristal formadan bir neçə dəfə yüksəkdir. Buna görə də texniki məqsədlər üçün istifadə olunur. Nəzərdə tutulan formada (toz) mürəkkəb istənilən səthə asanlıqla tətbiq olunur, istər plastik, istərsə də şüşə. Buna görə də istifadə üçün çox rahat olan amorf silikondur. Tətbiq müxtəlif ölçülü günəş panellərinin istehsalına əsaslanır.

Bu tip akkumulyatorların aşınması kifayət qədər sürətli olsa da, bu maddənin nazik təbəqəsinin aşınması ilə bağlıdır, lakin istifadə və tələbat yalnız artır. Həqiqətən, hətta qısa bir xidmət müddətində amorf silikon əsasında günəş batareyaları bütün müəssisələri enerji ilə təmin edə bilir. Bundan əlavə, belə bir maddənin istehsalı tullantısızdır, bu da onu çox qənaətcil edir.

Natrium və ya maqnezium kimi aktiv metallarla birləşmələri azaldaraq bu modifikasiyanı əldə edin.

Kristal silikon

Sözügedən elementin gümüşü boz parlaq modifikasiyası. Ən çox yayılmış və ən çox tələb olunan bu formadır. Bu, bu maddənin malik olduğu keyfiyyət xüsusiyyətləri ilə bağlıdır.

Kristal qəfəsli silisiumun xarakteristikası onun növlərinin təsnifatını ehtiva edir, çünki onlardan bir neçəsi var:

1. Elektron keyfiyyət - ən təmiz və yüksək keyfiyyət. Məhz bu növ elektronikada xüsusilə həssas cihazlar yaratmaq üçün istifadə olunur.
2. Günəşli keyfiyyət. Adın özüistifadə sahəsini müəyyən edir. O, həm də yüksək təmizlikli silikondur, onun istifadəsi yüksək keyfiyyətli və uzunmüddətli günəş batareyaları yaratmaq üçün lazımdır. Kristal struktur əsasında yaradılmış fotovoltaik çeviricilər müxtəlif növ substratlarda çökdürülərək amorf modifikasiyadan istifadə edilməklə yaradılmışlardan daha keyfiyyətli və davamlıdır.
3. Texniki silikon. Bu müxtəlifliyə təxminən 98% saf elementi ehtiva edən maddənin nümunələri daxildir. Qalan hər şey müxtəlif növ çirklərə gedir:

• bor;
• alüminium;
• xlor;
• karbon;
• fosfor və başqaları.

Sözügedən maddənin sonuncu çeşidi silikon polikristalları əldə etmək üçün istifadə olunur. Bunun üçün yenidən kristallaşma prosesləri aparılır. Nəticədə təmizlik baxımından günəş və elektron keyfiyyət qruplarına aid edilə bilən məhsullar əldə edilir.

Təbiətinə görə polisilikon amorf və kristal modifikasiya arasında ara məhsuldur. Bu seçimlə işləmək daha asandır, onu təkrar emal etmək və flüor və xlorla təmizləmək daha yaxşıdır.

Nəticədə məhsullar aşağıdakı kimi təsnif edilə bilər:

• multicilicon;
• monokristal;
• profilli kristallar;
• silikon qırıntıları;
• texniki silikon;
• maddə parçaları və qırıntıları şəklində istehsal tullantıları.

Onların hər biri sənayedə tətbiq tapır və istifadə olunurtamamilə insan. Buna görə də, silikonun iştirak etdiyi istehsal prosesləri tullantısız hesab olunur. Bu keyfiyyətə təsir etmədən onun iqtisadi dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.

Saf silikondan istifadə

Sənayedə silikon istehsalı kifayət qədər yaxşı qurulmuşdur və onun miqyası kifayət qədər həcmlidir. Bunun səbəbi həm təmiz, həm də müxtəlif birləşmələr şəklində olan bu elementin elm və texnikanın müxtəlif sahələrində geniş yayılması və tələbat olmasıdır.

Saf kristal və amorf silikon harada istifadə olunur?

1. Metallurgiyada metalların və onların ərintilərinin xassələrini dəyişdirməyə qadir olan alaşımlı aşqar kimi. Belə ki, polad və dəmirin əridilməsində istifadə olunur.
2. Daha təmiz versiyanı hazırlamaq üçün müxtəlif növ maddələr istifadə olunur - polisilikon.
3. Silikonun üzvi maddələrlə birləşmələri - bu, bu gün xüsusi populyarlıq qazanmış bütöv bir kimya sənayesidir. Silikon materiallar tibbdə, qabların, alətlərin və daha çoxunun istehsalında istifadə olunur.
4. Müxtəlif günəş panellərinin istehsalı. Enerji əldə etməyin bu üsulu gələcəkdə ən perspektivli üsullardan biridir. Ekoloji cəhətdən təmiz, sərfəli və davamlı - belə elektrik istehsalının əsas üstünlükləri.
5. Silikon alışqanlarda çox uzun müddət istifadə olunur. Hələ qədim zamanlarda insanlar çaxmaq daşından ocaq yandırarkən qığılcım yaratmaq üçün istifadə edirdilər. Bu prinsip müxtəlif növ alışqanların istehsalı üçün əsasdır. Bu gün hansı növlər varçaxmaq daşı müəyyən tərkibli bir ərinti ilə əvəz olunur ki, bu da daha sürətli nəticə verir (qığılcım).
6. Elektronik və günəş enerjisi.
7. Qaz lazer cihazlarında güzgülərin istehsalı.

Beləliklə, təmiz silisium ondan vacib və zəruri məhsullar yaratmaq üçün istifadə etməyə imkan verən bir çox faydalı və xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir.

Silikon birləşmələrinin tətbiqi

Sadə bir maddə ilə yanaşı, müxtəlif silisium birləşmələri də istifadə olunur və çox genişdir. Sənayenin silikat deyilən bütöv bir sahəsi var. Bu heyrətamiz elementi ehtiva edən müxtəlif maddələrin istifadəsinə əsaslanan odur. Bu birləşmələr nədir və onlar nə istehsal edir?

1. Kvars və ya çay qumu - SiO₂. Sement və şüşə kimi tikinti və bəzək materiallarının istehsalı üçün istifadə olunur. Bu materialların harada istifadə edildiyini hamı bilir. Bu komponentlər olmadan heç bir tikinti tamamlanmayıb, bu da silikon birləşmələrinin əhəmiyyətini təsdiqləyir.
2. Silikat keramika, o cümlədən fayans, çini, kərpic kimi materiallar və onların əsasında məmulatlar. Bu komponentlər tibbdə, qab-qacaq, dekorativ bəzək əşyaları, məişət əşyaları istehsalında, tikintidə və insan fəaliyyətinin digər məişət sahələrində istifadə olunur.
3. Silikon birləşmələri - silikonlar, silikagellər, silikon yağlar.
4. Silikat yapışqan - dəftərxana ləvazimatı kimi, pirotexnika və tikintidə istifadə olunur.

Dünya bazarında qiyməti dəyişən, lakin kəsişməyən silikonyuxarıdan aşağıya, Rusiya Federasiyasının kiloqramına görə 100 rubl markası (kristal üçün), axtarılan və qiymətli bir maddədir. Təbii ki, bu elementin birləşmələri də geniş yayılmışdır və tətbiq olunur.

Silikonun bioloji rolu

Orqanizm üçün əhəmiyyəti baxımından silikon vacibdir. Onun məzmunu və toxuma paylanması aşağıdakı kimidir:

• 0, 002% - əzələ;
• 0, 000017% - sümük;
• qan - 3,9 mq/l.

Hər gün təxminən bir qram silikon içəri girməlidir, əks halda xəstəliklər inkişaf etməyə başlayacaq. Onların arasında ölümcül yoxdur, lakin uzun müddət davam edən silikon aclığı aşağıdakılara gətirib çıxarır:

• saç tökülməsi;
• sızanaq və sızanaqların görünüşü;
• sümüklərin kövrəkliyi və kövrəkliyi;
• asan kapilyar keçiricilik;
• yorğunluq və baş ağrıları;
• çoxlu qançırlar və çürüklərin görünüşü.

Bitkilər üçün silikon normal böyümə və inkişaf üçün zəruri olan mühüm iz elementidir. Heyvan təcrübələri göstərdi ki, gündəlik kifayət qədər silikon istehlak edən insanlar daha yaxşı böyüyür.