Proprietà fisiche del silicio cristallino. Il silicio e le sue proprietà curative. Presenza in natura: depositi

Come elemento chimico indipendente, il silicio divenne noto all'umanità solo nel 1825. Ciò, ovviamente, non ha impedito l'uso dei composti del silicio in così tanti settori che è più facile elencare quelli in cui l'elemento non viene utilizzato. Questo articolo farà luce sulle proprietà fisiche, meccaniche e chimiche utili del silicio e dei suoi composti, applicazioni e parleremo anche di come il silicio influisce sulle proprietà dell'acciaio e di altri metalli.

Innanzitutto, diamo un'occhiata alle caratteristiche generali del silicio. Dal 27,6 al 29,5% della massa della crosta terrestre è silicio. Anche nell'acqua di mare la concentrazione dell'elemento è notevole, fino a 3 mg/l.

In termini di abbondanza nella litosfera, il silicio è al secondo posto dopo l’ossigeno. Tuttavia, la sua forma più famosa, la silice, è un biossido, e sono le sue proprietà che sono diventate la base per un uso così diffuso.

Questo video ti spiegherà cos'è il silicio:

Concetto e caratteristiche

Il silicio è un non metallo, ma in condizioni diverse può mostrare proprietà sia acide che basiche. È un tipico semiconduttore ed è estremamente utilizzato nell'ingegneria elettrica. Le sue proprietà fisiche e chimiche sono in gran parte determinate dal suo stato allotropico. Molto spesso si tratta della forma cristallina, poiché le sue qualità sono più richieste nell'economia nazionale.

  • Il silicio è uno dei macroelementi fondamentali del corpo umano. La sua carenza ha un effetto dannoso sulla condizione del tessuto osseo, dei capelli, della pelle e delle unghie. Inoltre, il silicio influisce sulle prestazioni del sistema immunitario.
  • In medicina l'elemento, o meglio i suoi composti, trovarono la loro prima applicazione proprio in questa veste. L'acqua dei pozzi rivestiti di silicio non solo era pulita, ma aveva anche un effetto positivo sulla resistenza alle malattie infettive. Oggi i composti con silicio servono come base per i farmaci contro la tubercolosi, l’aterosclerosi e l’artrite.
  • In generale, il non metallo è poco attivo, ma è difficile trovarlo nella sua forma pura. Ciò è dovuto al fatto che nell'aria viene rapidamente passivato da uno strato di biossido e smette di reagire. Quando riscaldato, l'attività chimica aumenta. Di conseguenza, l’umanità ha molta più familiarità con i composti della materia, piuttosto che con se stessa.

Pertanto, il silicio forma leghe con quasi tutti i metalli: i siliciuri. Tutti sono caratterizzati da refrattarietà e durezza e vengono utilizzati in settori appropriati: turbine a gas, riscaldatori di forni.

Il non metallo è inserito nella tabella di D.I. Mendeleev nel gruppo 6 insieme al carbonio e al germanio, il che indica una certa comunanza con queste sostanze. Pertanto, ciò che ha in comune con il carbonio è la sua capacità di formare composti di tipo organico. Allo stesso tempo, il silicio, come il germanio, può mostrare in alcune reazioni chimiche le proprietà di un metallo, che viene utilizzato nella sintesi.

Vantaggi e svantaggi

Come ogni altra sostanza dal punto di vista dell'utilizzo nell'economia nazionale, il silicio ha alcune qualità utili o poco utili. Sono importanti proprio per determinare l'area di utilizzo.

  • Un vantaggio significativo della sostanza è il suo disponibilità. In natura, è vero che non si trova in forma libera, ma la tecnologia per produrlo non è così complicata, anche se consuma energia.
  • Il secondo vantaggio più importante è formazione di molti composti con proprietà insolitamente utili. Questi includono silani, siliciuri, biossido e, naturalmente, un'ampia varietà di silicati. La capacità del silicio e dei suoi composti di formare soluzioni solide complesse è quasi infinita, il che rende possibile ottenere infinite varianti di vetro, pietra e ceramica.
  • Proprietà dei semiconduttori il non metallo gli conferisce un posto come materiale di base nell'ingegneria elettrica e radio.
  • Il non metallo è non tossico, che ne consente l'utilizzo in qualsiasi settore e allo stesso tempo non trasforma il processo tecnologico in un processo potenzialmente pericoloso.

Gli svantaggi del materiale includono solo la relativa fragilità con una buona durezza. Il silicio non viene utilizzato per strutture portanti, ma questa combinazione consente una corretta lavorazione della superficie dei cristalli, il che è importante per la costruzione di strumenti.

Parliamo ora delle proprietà fondamentali del silicio.

Proprietà e caratteristiche

Poiché il silicio cristallino viene spesso utilizzato nell'industria, sono le sue proprietà ad essere più importanti e sono indicate nelle specifiche tecniche. Le proprietà fisiche della sostanza sono le seguenti:

  • punto di fusione – 1417 C;
  • punto di ebollizione – 2600 C;
  • la densità è 2,33 g/cu. cm, che indica fragilità;
  • la capacità termica, così come la conduttività termica, non sono costanti nemmeno sui campioni più puri: 800 J/(kg K), o 0,191 cal/(g deg) e 84-126 W/(m K), o 0,20-0, 30 cal/(cm·sec·gradi) rispettivamente;
  • radiazione infrarossa trasparente a onda lunga, utilizzata nell'ottica a infrarossi;
  • costante dielettrica – 1,17;
  • durezza sulla scala di Mohs – 7.

Le proprietà elettriche di un non metallo dipendono fortemente dalle impurità. Nell'industria questa funzionalità viene utilizzata modulando il tipo di semiconduttore desiderato. A temperature normali, il silicio è fragile, ma se riscaldato a temperature superiori a 800 C è possibile la deformazione plastica.

Le proprietà del silicio amorfo sono sorprendentemente diverse: è altamente igroscopico e reagisce molto più attivamente anche a temperature normali.

La struttura e la composizione chimica, nonché le proprietà del silicio sono discusse nel video qui sotto:

Composizione e struttura

Il silicio esiste in due forme allotropiche, che sono ugualmente stabili a temperature normali.

  • Cristallo ha l'aspetto di una polvere grigio scuro. La sostanza, sebbene abbia un reticolo cristallino simile al diamante, è fragile a causa dei legami eccessivamente lunghi tra gli atomi. Di interesse sono le sue proprietà dei semiconduttori.
  • A pressioni molto elevate si possono ottenere esagonale modifica con una densità di 2,55 g/cu. cm Tuttavia, questa fase non ha ancora trovato un significato pratico.
  • Amorfo– polvere marrone-marrone. A differenza della forma cristallina, reagisce molto più attivamente. Ciò è dovuto non tanto all'inerzia della prima forma, ma al fatto che nell'aria la sostanza è ricoperta da uno strato di biossido.

Inoltre, è necessario tenere conto di un altro tipo di classificazione relativa alla dimensione dei cristalli di silicio, che insieme formano la sostanza. Un reticolo cristallino, come è noto, presuppone non solo l'ordine degli atomi, ma anche le strutture che questi atomi formano: il cosiddetto ordine a lungo raggio. Più è grande, più la sostanza sarà omogenea nelle proprietà.

  • Monocristallino– il campione è un cristallo. La sua struttura è ordinata al massimo, le sue proprietà sono omogenee e ben prevedibili. Questo è il materiale più richiesto nell'ingegneria elettrica. Tuttavia, è anche una delle specie più costose, poiché il processo per ottenerlo è complesso e il tasso di crescita è basso.
  • Multicristallino– il campione è costituito da un numero di grossi grani cristallini. I confini tra loro formano ulteriori livelli di difetto, che riducono le prestazioni del campione come semiconduttore e portano ad un'usura più rapida. La tecnologia per la coltivazione dei multicristalli è più semplice e quindi il materiale è più economico.
  • Policristallino– è costituito da un gran numero di grani disposti in modo casuale l’uno rispetto all’altro. Questo è il tipo più puro di silicio industriale, utilizzato nella microelettronica e nell'energia solare. Abbastanza spesso utilizzato come materia prima per la coltivazione di cristalli multipli e singoli.
  • Anche il silicio amorfo occupa una posizione separata in questa classificazione. Qui l'ordine degli atomi viene mantenuto solo alle distanze più brevi. Tuttavia nell'ingegneria elettrica viene ancora utilizzato sotto forma di film sottili.

Produzione di non metalli

Ottenere silicio puro non è così semplice, data l'inerzia dei suoi composti e l'alto punto di fusione della maggior parte di essi. Nell'industria, molto spesso ricorrono alla riduzione con il carbonio proveniente dal biossido. La reazione viene condotta in forni ad arco alla temperatura di 1800 C. In questo modo si ottiene un non metallo con una purezza del 99,9%, insufficiente per il suo utilizzo.

Il materiale risultante viene clorurato per produrre cloruri e cloridrati. Quindi i composti vengono purificati dalle impurità con tutti i metodi possibili e ridotti con idrogeno.

La sostanza può anche essere purificata ottenendo siliciuro di magnesio. Il siliciuro è esposto all'acido cloridrico o acetico. Si ottiene il silano e quest'ultimo viene purificato con vari metodi: assorbimento, rettifica e così via. Quindi il silano viene decomposto in idrogeno e silicio ad una temperatura di 1000 C. In questo caso si ottiene una sostanza con una frazione di impurità del 10 -8 -10 -6%.

Applicazione della sostanza

Per l'industria, le caratteristiche elettrofisiche di un non metallo sono di grande interesse. La sua forma a cristallo singolo è un semiconduttore con gap indiretto. Le sue proprietà sono determinate dalle impurità, il che consente di ottenere cristalli di silicio con proprietà specificate. Pertanto, l'aggiunta di boro e indio consente di far crescere un cristallo con conduttività lacunosa, mentre l'introduzione di fosforo o arsenico consente di far crescere un cristallo con conduttività elettronica.

  • Il silicio costituisce letteralmente la base della moderna ingegneria elettrica. Da esso vengono realizzati transistor, fotocellule, circuiti integrati, diodi e così via. Inoltre, la funzionalità del dispositivo è quasi sempre determinata solo dallo strato superficiale del cristallo, che determina requisiti molto specifici per il trattamento superficiale.
  • Nella metallurgia, il silicio tecnico viene utilizzato sia come modificatore di lega - conferisce maggiore resistenza, sia come componente - ad esempio e come agente disossidante - nella produzione di ghisa.
  • I materiali metallurgici ultrapuri e purificati costituiscono la base dell'energia solare.
  • Il biossido non metallico si presenta in natura in molte forme diverse. Le sue varietà di cristalli - opale, agata, corniola, ametista, cristallo di rocca - hanno trovato il loro posto in gioielleria. Modifiche dall'aspetto non così attraente - selce, quarzo - vengono utilizzate nella metallurgia, nell'edilizia e nella radioelettronica.
  • Un composto di un non metallo con carbonio, il carburo, viene utilizzato nella metallurgia, nella costruzione di strumenti e nell'industria chimica. È un semiconduttore a banda larga, caratterizzato da elevata durezza - 7 sulla scala Mohs, e resistenza, che ne consente l'utilizzo come materiale abrasivo.
  • Silicati - cioè sali dell'acido silicico. Instabile, si decompone facilmente sotto l'influenza della temperatura. La loro caratteristica notevole è quella di formare numerosi e vari sali. Ma questi ultimi sono la base per la produzione del vetro, della ceramica, della maiolica, del cristallo, ecc. Possiamo tranquillamente affermare che la costruzione moderna si basa su una varietà di silicati.
  • Il vetro rappresenta qui il caso più interessante. La sua base sono gli alluminosilicati, ma insignificanti miscele di altre sostanze - solitamente ossidi - conferiscono al materiale molte proprietà diverse, incluso il colore. -, la terracotta, la porcellana, infatti, hanno la stessa formula, anche se con un diverso rapporto di componenti, e anche la sua diversità è sorprendente.
  • Il non metallo ha una capacità in più: forma composti simili a quelli del carbonio, sotto forma di una lunga catena di atomi di silicio. Tali composti sono chiamati composti di organosilicio. L'ambito della loro applicazione non è meno noto: si tratta di siliconi, sigillanti, lubrificanti e così via.

Il silicio è un elemento molto comune e riveste un'importanza insolitamente grande in molti settori dell'economia nazionale. Inoltre, non solo la sostanza stessa, ma tutti i suoi vari e numerosi composti vengono utilizzati attivamente.

Questo video ti parlerà delle proprietà e delle applicazioni del silicio:

I composti del silicio, diffusi sulla terra, sono noti all'uomo fin dall'età della pietra. L'uso degli strumenti di pietra per il lavoro e la caccia continuò per diversi millenni. L'utilizzo dei composti del Silicio associato alla loro lavorazione - produzione del vetro - iniziò intorno al 3000 a.C. e. (nell'Antico Egitto). Il primo composto di silicio conosciuto è l'ossido di SiO 2 (silice). Nel XVIII secolo, la silice era considerata un solido semplice e veniva chiamata “terre” (come si evince dal suo nome). La complessità della composizione della silice è stata stabilita da I. Ya. Berzelius. Per la prima volta, nel 1825, ottenne il silicio elementare dal fluoruro di silicio SiF 4, riducendo quest'ultimo con potassio metallico. Al nuovo elemento fu dato il nome “silicio” (dal latino silex - selce). Il nome russo fu introdotto da G. I. Hess nel 1834.

Distribuzione del silicio in natura. Il silicio è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre (dopo l'ossigeno), il suo contenuto medio nella litosfera è del 29,5% (in massa). Nella crosta terrestre il Silicio svolge lo stesso ruolo primario del carbonio nel mondo animale e vegetale. Per la geochimica del silicio è importante il suo legame estremamente forte con l'ossigeno. Circa il 12% della litosfera è costituito da silice SiO 2 sotto forma di quarzo minerale e sue varietà. Il 75% della litosfera è composta da vari silicati e alluminosilicati (feldspati, miche, anfiboli, ecc.). Il numero totale di minerali contenenti silice supera 400.

Durante i processi magmatici avviene una debole differenziazione del Silicio: esso si accumula sia nei granitoidi (32,3%) che nelle rocce ultrabasiche (19%). Ad alte temperature e alta pressione, la solubilità di SiO 2 aumenta. È possibile anche la sua migrazione con il vapore acqueo, pertanto le pegmatiti delle vene idrotermali sono caratterizzate da significative concentrazioni di quarzo, che spesso è associato ad elementi minerali (oro-quarzo, quarzo-cassiterite e altre vene).

Proprietà fisiche del silicio. Il silicio forma cristalli grigio scuro con lucentezza metallica, aventi un reticolo cubico di tipo diamante a facce centrate con un periodo a = 5,431 Å e una densità di 2,33 g/cm 3 . A pressioni molto elevate è stata ottenuta una nuova modificazione (apparentemente esagonale) con una densità di 2,55 g/cm 3. Il silicio fonde a 1417°C e bolle a 2600°C. Capacità termica specifica (a 20-100 °C) 800 J/(kg K), o 0,191 cal/(g gradi); la conduttività termica anche per i campioni più puri non è costante ed è compresa nell'intervallo (25 °C) 84-126 W/(m K), o 0,20-0,30 cal/(cm sec deg). Il coefficiente di temperatura di dilatazione lineare è 2,33·10 -6 K -1, sotto i 120 K diventa negativo. Il silicio è trasparente ai raggi infrarossi a onda lunga; indice di rifrazione (per λ = 6 µm) 3,42; costante dielettrica 11.7. Il silicio è diamagnetico, la suscettibilità magnetica atomica è -0,13-10 -6. Durezza del silicio secondo Mohs 7,0, secondo Brinell 2,4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), modulo elastico 109 Gn/m2 (10.890 kgf/mm2), coefficiente di comprimibilità 0,325·10 -6 cm2 /kg. Il silicio è un materiale fragile; una notevole deformazione plastica inizia a temperature superiori a 800°C.

Il silicio è un semiconduttore dai molteplici usi. Le proprietà elettriche del silicio dipendono molto dalle impurità. La resistività elettrica volumetrica specifica del silicio a temperatura ambiente è considerata pari a 2,3·10 3 ohm·m (2,3·10 5 ohm·cm).

Il silicio semiconduttore con conduttività di tipo p (additivi B, Al, In o Ga) e di tipo n (additivi P, Bi, As o Sb) ha una resistenza significativamente inferiore. Il gap di banda misurato elettricamente è 1,21 eV a 0 K e diminuisce a 1,119 eV a 300 K.

Proprietà chimiche del silicio. In accordo con la posizione del Silicio nella tavola periodica di Mendeleev, 14 elettroni dell'atomo di Silicio sono distribuiti su tre gusci: nel primo (dal nucleo) 2 elettroni, nel secondo 8, nel terzo (valenza) 4; configurazione del guscio elettronico 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Potenziali di ionizzazione sequenziale (eV): 8,149; 16.34; 33.46 e 45.13. Raggio atomico 1,33Å, raggio covalente 1,17Å, raggi ionici Si 4+ 0,39Å, Si 4- 1,98Å.

Nei composti, il silicio (simile al carbonio) è quadrivalente. Tuttavia, a differenza del carbonio, il silicio, insieme al numero di coordinazione 4, presenta un numero di coordinazione 6, che si spiega con il grande volume del suo atomo (un esempio di tali composti sono i silicofluoruri contenenti il ​​gruppo 2).

Il legame chimico dell'atomo di silicio con altri atomi viene solitamente effettuato tramite orbitali ibridi sp 3, ma è anche possibile coinvolgere due dei suoi cinque orbitali 3d (vacanti), soprattutto quando il silicio è seicoordinato. Avendo un valore di elettronegatività basso di 1,8 (contro 2,5 per il carbonio; 3,0 per l'azoto, ecc.), il silicio nei composti con non metalli è elettropositivo e questi composti sono di natura polare. L'elevata energia di legame del Si - O con l'ossigeno, pari a 464 kJ/mol (111 kcal/mol), determina la stabilità dei suoi composti ossigenati (SiO 2 e silicati). L'energia del legame Si - Si è bassa, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); A differenza del carbonio, il silicio non è caratterizzato dalla formazione di lunghe catene e doppi legami tra gli atomi di Si. Nell'aria, il silicio è stabile anche a temperature elevate grazie alla formazione di una pellicola protettiva di ossido. In ossigeno si ossida a partire da 400 °C, formando ossido di silicio (IV) SiO 2. È noto anche l'ossido di silicio (II) SiO, stabile alle alte temperature sotto forma di gas; a seguito del rapido raffreddamento si può ottenere un prodotto solido che si decompone facilmente in una miscela sottile di Si e SiO 2. Il silicio è resistente agli acidi e si dissolve solo in una miscela di acido nitrico e fluoridrico; si dissolve facilmente in soluzioni alcaline calde con rilascio di idrogeno. Il silicio reagisce con il fluoro a temperatura ambiente e con altri alogeni quando riscaldato per formare composti della formula generale SiX 4 . L'idrogeno non reagisce direttamente con il silicio e gli idrogenosilici (silani) si ottengono mediante decomposizione dei siliciuri (vedi sotto). I siliconi idrogeno sono noti da SiH 4 a Si 8 H 18 (la composizione è simile agli idrocarburi saturi). Il silicio forma 2 gruppi di silani contenenti ossigeno: silossani e silosseni. Il silicio reagisce con l'azoto a temperature superiori a 1000 ° C. Il nitruro Si3N4, che non si ossida nell'aria anche a 1200 ° C, è resistente agli acidi (tranne l'acido nitrico) e agli alcali, nonché ai metalli fusi e alle scorie, è di pratico utilizzo importanza. , che lo rende un materiale prezioso per l'industria chimica, per la produzione di refrattari e altri. I composti del silicio con carbonio (carburo di silicio SiC) e boro (SiB 3, SiB 6, SiB 12) sono caratterizzati da elevata durezza, nonché resistenza termica e chimica. Quando riscaldato, il silicio reagisce (in presenza di catalizzatori metallici, come il rame) con composti organoclorurati (ad esempio CH 3 Cl) per formare organoalosilani [ad esempio Si(CH 3) 3 Cl], che vengono utilizzati per la sintesi di numerosi composti organosilicio.

Il silicio forma composti con quasi tutti i metalli: siliciuri (non sono stati trovati composti solo con Bi, Tl, Pb, Hg). Sono stati ottenuti più di 250 siliciuri, la cui composizione (MeSi, MeSi 2, Me 5 Si 3, Me 3 Si, Me 2 Si e altri) solitamente non corrisponde alle valenze classiche. I siliciuri sono refrattari e duri; Di grande importanza pratica sono il ferrosilicio (un agente riducente nella fusione di leghe speciali, vedere Ferroleghe) e il siliciuro di molibdeno MoSi 2 (riscaldatori di forni elettrici, pale di turbine a gas, ecc.).

Ottenere il silicio. Il silicio di purezza tecnica (95-98%) si ottiene in un arco elettrico mediante la riduzione della silice SiO 2 tra elettrodi di grafite. In connessione con lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori, sono stati sviluppati metodi per la produzione di silicio puro e altamente puro, che richiede la sintesi preliminare dei composti iniziali di silicio più puri, dai quali il silicio viene estratto mediante riduzione o decomposizione termica.

Il silicio semiconduttore puro si ottiene in due forme: policristallina (mediante riduzione di SiCl 4 o SiHCl 3 con zinco o idrogeno, decomposizione termica di SiI 4 e SiH 4) e monocristallina (zona priva di crogiolo che fonde e "estrae" un singolo cristallo da silicio fuso - il metodo Czochralski).

Applicazione del silicio. Il silicio appositamente drogato è ampiamente utilizzato come materiale per la produzione di dispositivi a semiconduttore (transistor, termistori, raddrizzatori di potenza, tiristori; fotocellule solari utilizzate nei veicoli spaziali, ecc.). Poiché il silicio è trasparente ai raggi con lunghezze d'onda da 1 a 9 micron, viene utilizzato nell'ottica degli infrarossi,

Il silicio ha applicazioni diverse e in espansione. Nella metallurgia, il silicio viene utilizzato per rimuovere l'ossigeno disciolto nei metalli fusi (disossidazione). Il silicio è un componente di un gran numero di leghe di ferro e metalli non ferrosi. Tipicamente, il silicio conferisce alle leghe una maggiore resistenza alla corrosione, ne migliora le proprietà di fusione e aumenta la resistenza meccanica; tuttavia, a livelli più elevati il ​​silicio può causare fragilità. Le più importanti sono le leghe di ferro, rame e alluminio contenenti silicio. Una quantità crescente di silicio viene utilizzata per la sintesi di composti organosilicici e siliciuri. La silice e molti silicati (argille, feldspati, mica, talco, ecc.) vengono lavorati dall'industria del vetro, del cemento, della ceramica, dell'elettricità e di altro tipo.

Il silicio si trova nel corpo sotto forma di vari composti, coinvolti principalmente nella formazione delle parti e dei tessuti scheletrici duri. Alcune piante marine (ad esempio le diatomee) e animali (ad esempio spugne silicee, radiolari) possono accumulare quantità particolarmente grandi di silicio, formando spessi depositi di ossido di silicio (IV) quando muoiono sul fondo dell'oceano. Nei mari e nei laghi freddi predominano i limi biogenici arricchiti di silicio; ai tropici. mari - limi calcarei a basso contenuto di silicio. Tra le piante terrestri, i cereali, i carici, le palme e gli equiseti accumulano molto silicio. Nei vertebrati, il contenuto di ossido di silicio (IV) nelle sostanze ceneri è dello 0,1-0,5%. Il silicio si trova in grandi quantità nel tessuto connettivo denso, nei reni e nel pancreas. La dieta umana quotidiana contiene fino a 1 g di silicio. Quando nell'aria è presente un elevato contenuto di polvere di ossido di silicio (IV), questa entra nei polmoni umani e provoca una malattia: la silicosi.

Silicio nel corpo. Il silicio si trova nel corpo sotto forma di vari composti, coinvolti principalmente nella formazione delle parti e dei tessuti scheletrici duri. Alcune piante marine (ad esempio le diatomee) e animali (ad esempio spugne silicee, radiolari) possono accumulare quantità particolarmente grandi di silicio, formando spessi depositi di ossido di silicio (IV) quando muoiono sul fondo dell'oceano. Nei mari e nei laghi freddi predominano i limi biogenici arricchiti di silicio; ai tropici. mari - limi calcarei a basso contenuto di silicio. Tra le piante terrestri, i cereali, i carici, le palme e gli equiseti accumulano molto silicio. Nei vertebrati, il contenuto di ossido di silicio (IV) nelle sostanze ceneri è dello 0,1-0,5%. Il silicio si trova in grandi quantità nel tessuto connettivo denso, nei reni e nel pancreas. La dieta umana quotidiana contiene fino a 1 g di silicio. Quando nell'aria è presente un elevato contenuto di polvere di ossido di silicio (IV), questa entra nei polmoni umani e provoca la malattia silicosi.

Con tutte, come si suol dire, le conseguenze che ne derivano. Ovviamente vale la pena considerarlo da questi punti di vista il silicio è un elemento abbastanza ordinario e piuttosto straordinario.

Composti di silicio naturale

"Mi mostrano", ha scritto l'accademico A.E. Fersman in uno dei suoi libri popolari, "un'ampia varietà di oggetti: una palla trasparente che scintilla al sole con la purezza dell'acqua fredda di sorgente, una bella agata variegata, un gioco luminoso di multi color opale, sabbia pulita sulla riva del mare, un filo sottile come un gelso di quarzo fuso o piatti resistenti al calore ricavati da esso, cumuli di cristallo di rocca splendidamente tagliati, un disegno misterioso di fantastico diaspro, legno pietrificato trasformato in pietra, un punta di freccia di un uomo antico lavorata grossolanamente... tutto questo è la stessa combinazione chimica degli elementi silicio e ossigeno.

Non importa quanto sia vario questo elenco, ovviamente non esaurisce la varietà dei composti di silicio naturale. Cominciamo, però, da quelli citati. La "punta di freccia dell'uomo antico rozzamente lavorata" era realizzata in selce. Cos'è la selce? L'uomo moderno ha visto queste punte, così come le pistole a pietra focaia, forse solo in un museo storico. Le “pietre focaie” inserite negli accendini per fumatori non sono affatto simili nell’aspetto o nella composizione a quelle pietrine. Tuttavia, molti di noi durante l'infanzia hanno fatto scintille colpendo ciottoli contro ciottoli e, molto probabilmente, avevamo delle vere selci tra le mani.

Allora cos'è la selce? Un chimico risponderà letteralmente a questa domanda secondo Fersman: biossido di silicio, silice. Forse aggiungerà che la silice di silicio è amorfa, a differenza della silice cristallina della sabbia di quarzo e del cristallo di rocca, e che alcuni chimici considerano il silicio un idrato cristallino mSiO 2 -nH 2 O.

Un geologo risponderà alla stessa domanda in modo diverso, ma anche in modo generalmente quotidiano: una formazione minerale, diffusa e di scarso interesse, strati e “noduli” di selce si trova solitamente tra depositi di calcare e gesso...

E solo uno storico-umanista risponderà, dovrà rispondere, con entusiasmo alla selce, perché era la selce - una pietra poco appariscente e poco resistente - che un tempo aiutava una persona a diventare un Uomo. L'età della pietra è l'età degli strumenti di selce. La ragione di ciò non è solo e non tanto la prevalenza e la disponibilità della selce, ma la sua capacità di formare bordi taglienti affilati quando scheggiata.

Passiamo ora agli analoghi cristallini della selce: “mucchi di cristallo di rocca splendidamente tagliati”, “sabbia pura in riva al mare”... La differenza tra loro è piccola, essenzialmente solo nelle dimensioni e nelle impurità. La sabbia pura è silice cristallina pura. Il puro cristallo di rocca è lo stesso. E, cosa molto importante, entrambe queste sostanze sono polimeri, polimeri inorganici.

Uno dei primi a suggerire la struttura polimerica del biossido di silicio fu Dmitry Ivanovich Mendeleev. Fu proprio questa circostanza che spiegò la non volatilità e la refrattarietà delle sostanze con la composizione SiO 2 o, più correttamente, (SiO 2)n. Gli studi strutturali a raggi X dei nostri giorni hanno confermato la correttezza di questa ipotesi. È stato stabilito che la silice cristallina è un polimero a rete tridimensionale. La catena di tetraedri silicio-ossigeno è molto forte; il legame tra silicio e ossigeno è molto più forte, ad esempio, del legame tra atomi di carbonio nelle catene di polimeri organici. Anche le catene silicio-ossigeno hanno sufficiente flessibilità, ma nel mondo dei minerali formano plessi rigidi sotto forma di reticoli e reti spaziali, che sono fragili e resistenti durante la lavorazione meccanica. Affinché le catene silicio-ossigeno rimangano flessibili ed elastiche, devono essere isolate l'una dall'altra, circondate da altri atomi o gruppi di atomi. Ciò è stato fatto dai chimici che hanno sintetizzato gli ormai numerosi polimeri di organosilicio, di cui parleremo di seguito. Tuttavia, la natura ha fornito anche un eccellente esempio di un composto polimerico fibroso di ossigeno e silicio: questo è l'amianto.

Oggi è molto difficile rispondere alla domanda di un bambino su quale delle varietà di biossido di silicio cristallino - sabbia o cristallo di rocca - sia più importante per l'uomo moderno. Se prendiamo in considerazione solo il cristallo di rocca naturale, le cui riserve sono quasi esaurite, la risposta è chiara: ovviamente la sabbia. Il vetro al quarzo è costituito da sabbia di quarzo e da esso vengono ricavati eccellenti vetreria da laboratorio, cilindri per lampade speciali e molto altro ancora. Il cristallo di rocca non è solo un materiale ornamentale, è anche un materiale piezoelettrico. L'ingegneria radiofonica ne ha bisogno in quantità sempre crescenti e il rapido sviluppo di questo settore difficilmente sarebbe stato possibile se le persone non avessero imparato a coltivare quarzo artificiale di grandi dimensioni sotto forma di cristalli singoli.

Negli anni ’30 Alexander Evgenievich Fersman scriveva: “Tra qualche decennio i geologi non rischieranno più la vita per scalare le vette delle Alpi, degli Urali o del Caucaso alla ricerca dei cristalli; non li estrarranno negli aridi deserti del Brasile meridionale o nei sedimenti del Madagascar. Sono sicuro che ordineremo telefonicamente i pezzi di quarzo necessari presso l’impianto statale di quarzo”. Le fabbriche di quarzo sono apparse anche prima di quanto previsto dallo scienziato. Producono cristalli di quarzo, che non sono in alcun modo inferiori al cristallo di rocca naturale, in quantità sufficienti non solo per l'industria radioelettronica, non solo per l'ottica, ma anche per la gioielleria. Se dubiti di questa affermazione, ti consigliamo di contattare la gioielleria più vicina a casa tua.

Abbiamo deliberatamente limitato la storia dei composti di silicio naturale a tre sostanze ed essenzialmente a un composto. Non è ancora possibile raccontare tutto in un breve saggio, ma i composti con ossigeno sono i più importanti. Torniamo, tuttavia, al silicio stesso.

Nonostante la sua prevalenza in natura, questo elemento è stato scoperto relativamente tardi. Nel 1825, l'eccezionale chimico e mineralogista svedese Jens Jakob Berzelius riuscì a isolare materiali amorfi non molto puri silicio sotto forma di polvere marrone. Per fare ciò ridusse una sostanza gassosa con potassio metallico, ora noto come tetrafluoruro di silicio SiF 4, ed effettuò inoltre la seguente reazione:

K2SiF6+4K→6KF+Si.

Il nuovo elemento fu chiamato silicio (dal latino silex - selce). Il nome russo per questo elemento apparve nove anni dopo, nel 1834, ed è felicemente sopravvissuto, a differenza, ad esempio, di “borotvor”, fino ad oggi.

Il silicio, come il carbonio, forma varie modifiche allotropiche. Il silicio cristallino è poco simile al silicio amorfo quanto il diamante lo è alla grafite. È un solido grigio acciaio con una lucentezza metallica e un reticolo cristallino a facce centrate dello stesso tipo di un diamante. Tuttavia, anche il silicio amorfo, come si è scoperto, non è amorfo, ma finemente cristallino.

Il primo metodo industriale per produrre il silicio, inventato nella seconda metà del XIX secolo. famoso chimico russo N.N. Beketov, si basa sulla riduzione del tetracloruro di silicio SiCl 4 con vapori di zinco. Il silicio tecnicamente puro (95-98% Si) viene oggi prodotto principalmente mediante la riduzione della silice in un arco elettrico tra elettrodi di grafite. Viene ancora utilizzato il metodo di riduzione della silice con coke nei forni elettrici, inventato nel secolo scorso. Questo metodo produce anche silicio tecnico, necessario alla metallurgia come disossidante che lega e rimuove l'ossigeno dal metallo, e come additivo legante che aumenta la forza e la resistenza alla corrosione degli acciai e di molte leghe a base di metalli non ferrosi. Tuttavia è importante non esagerare: un eccesso di silicio può portare alla fragilità.

Il metodo di produzione del silicio di Beket (nella reazione tra vapore di zinco e tetracloruro di silicio, un liquido volatile incolore con un punto di ebollizione di soli 57,6 ° C) non è diventato un ricordo del passato. Questo è uno dei modi per ottenere silicio semiconduttore di elevata purezza.

Si ritiene che allo zero assoluto, il silicio monocristallino idealmente puro e idealmente regolare dovrebbe essere un isolante elettrico ideale. Ma la purezza ideale è irraggiungibile quanto lo zero assoluto. Nel nostro caso, questo è ciò che viene chiamato buono. Non è l'ideale, ma semplicemente il silicio di elevata purezza e ultrapuro è diventato il materiale semiconduttore più importante. A una temperatura diversa dallo zero assoluto, in essa sorge la propria conduttività e i portatori di corrente elettrica non sono solo elettroni liberi, ma anche i cosiddetti buchi, luoghi abbandonati dagli elettroni.

Introducendo determinati additivi leganti nel silicio ultrapuro (in microquantità; di solito questo viene fatto utilizzando impianti a fascio ionico), in esso viene creata una conduttività di un tipo o un altro. L'aggiunta di elementi del terzo gruppo della tavola periodica porta alla creazione della conduttività dei fori e del quinto all'elettronica. Probabilmente non è necessario spiegare cosa significhino per noi i semiconduttori oggi. Parliamo brevemente dei metodi per produrre il silicio semiconduttore.

Uno di questi metodi è menzionato sopra. Notiamo solo che la reazione del vapore di zinco ad elevata purezza con tetracloruro di silicio purissimo viene effettuata ad una temperatura di 950°C in un reattore tubolare di quarzo fuso. Il silicio elementare si forma sotto forma di cristalli aghiformi, che vengono poi frantumati e lavati con acido cloridrico, ovviamente anch'esso purissimo. Segue un'altra fase di purificazione - fusione a zone, e solo dopo questa la massa di silicio policristallino viene convertita in cristalli singoli.

Esistono altre reazioni che producono silicio semiconduttore di elevata purezza. Si tratta della riduzione del triclorosilano SiHCl 3 o del tetracloruro di silicio SiCl 4 con idrogeno e della decomposizione termica del monosilano, dell'idruro di silicio SiH 4 o del tetraioduro SiJ 4 . In quest'ultimo caso la decomposizione del composto avviene su un nastro di tantalio riscaldato a 1000°C. Ciascuna di queste reazioni segue un'ulteriore purificazione mediante fusione a zone. Nel silicio semiconduttore, il contenuto di impurità è estremamente basso: 10-5-10-6% e anche meno.

Organosilicio

Il primo composto organico contenente silicio fu ottenuto nel lontano 1845 dalla reazione dell'alcol etilico con il tetracloruro di silicio: SiCl 4 + 4C 2 H 5 OH → Si(OC 2 H 5) 4 + 4HCl. Ma questa non è stata la prima sintesi di un composto di organosilicio nel senso in cui la moderna nomenclatura chimica intende questo concetto. Solo i composti che contengono un legame carbonio-silicio sono ora riconosciuti come organosilicio. Quindi il primo composto di organosilicio - tetraetilsilicio Si (C 2 H 5) 4 - fu ottenuto solo nel 1863.

Naturalmente, a quel tempo nessuno immaginava che 100 anni dopo l'organosilicio si sarebbe sviluppato in un ramo indipendente e importante della scienza chimica, che i composti di organosilicio, in particolare quelli polimerici, sarebbero diventati di fondamentale importanza per molti tipi di industria, per i trasporti e l'edilizia, anche per la vita di tutti i giorni.

Prima di lavarsi, una casalinga esperta si lubrificherà le mani con una crema al silicone, che le proteggerà non solo dall'acqua, ma anche dagli effetti corrosivi della soda o del detersivo. Quando consegniamo un abito o un abito per la pulizia, paghiamo volentieri un extra per una piega antisgualcatura e per l'“impregnazione”, grazie alla quale l'abito si sporcherà meno. In entrambi i casi, i nostri capi in tintoria verranno trattati con liquidi organosilicionici...

Questa stessa branca della scienza chimica ci ha dato le gomme sintetiche più resistenti al calore e allo stesso tempo più resistenti al gelo. L'intervallo di temperatura operativa delle gomme organosilicioniche va da -80 a +260°C e queste gomme esistono da tempo non sotto forma di esotici campioni di laboratorio, ma sotto forma di prodotti industriali di massa.

Le vernici organosiliconiche, che sono soluzioni di polimeri organosilicici, sono molto importanti per l'ingegneria elettrica moderna. Hanno eccellenti proprietà di isolamento elettrico e sono resistenti agli agenti atmosferici, agli sbalzi di temperatura e alle radiazioni solari. Ecco solo un esempio dell'efficacia di tali materiali nella tecnologia. Prima dell'introduzione delle vernici al silicio organico, l'isolamento del motore elettrico di una macchina da taglio in una miniera durava in media 5 mesi. Quando la vernice al silicio organico veniva utilizzata come isolante, la durata del motore prima della prima riparazione aumentava a 3 anni.

Si possono citare decine di esempi simili, e il loro numero si moltiplicherà ogni anno: compaiono nuove sostanze che, insieme al silicio e agli elementi tradizionali del mondo organico, includono alluminio, titanio e altri metalli. Ognuno apporta qualcosa di diverso alla molecola e ad un certo punto la quantità si trasforma in qualità.

Silicio nei microrganismi

Molti scienziati famosi hanno lavorato e continuano a lavorare in questo settore della chimica. La scuola sovietica di chimica dell'organosilicio fu fondata dall'accademico K. A. Andrianov, che nel 1937 ottenne i primi polimeri di organosilicio al mondo: i poliorganosilossani.

In un articolo di revisione sul silicio scritto dieci anni fa, una sezione del genere non sarebbe stata necessaria. La scienza sapeva troppo poco del ruolo del silicio nella vita degli animali superiori e degli esseri umani. Era noto che il silicio (il suo biossido) costituisce la base degli scheletri di alcuni organismi marini: radiolari, diatomee, alcune spugne, stelle marine. È noto anche che le piante ne hanno bisogno: dai cereali ai carici, alle palme e al bambù. Quanto più duro è il fusto della pianta, tanto più silicio si trova nella sua cenere. Le piante, come gli animali marini, prendono il silicio dall'acqua. Circa 3 mg/l di silicio sono disciolti sia nell'acqua dolce che in quella salata (sotto forma di acidi silicici e loro sali). Il ruolo del silicio nella vita degli animali superiori e degli esseri umani è rimasto poco chiaro per molto tempo. Era opinione diffusa che i composti del silicio fossero biologicamente inerti e inutili.

Ma, d'altra parte, è nota da tempo una malattia grave: la silicosi, causata dall'inalazione prolungata di polvere contenente biossido di silicio libero. Alcuni composti di organosilicio - arilsilatron - si sono rivelati tossici per tutti gli animali a sangue caldo. E allo stesso tempo, è noto che il silicio si trova quasi ovunque nel corpo umano, soprattutto nelle ossa, nella pelle, nel tessuto connettivo e anche in alcune ghiandole. Quando le ossa vengono fratturate, il contenuto di silicio nel sito della frattura aumenta di quasi 50 volte. Le acque minerali ad alto contenuto di silicio (ad esempio, la famosa acqua caucasica “Jermuk”) hanno un effetto benefico sulla salute delle persone, soprattutto degli anziani.

Non si può dire che il ruolo del silicio nella vita sia stato completamente chiarito, anzi, al contrario: l'emergere di nuove informazioni complica sempre più il quadro. Molti laboratori in tutto il mondo sono ora impegnati nella sintesi e nello studio di composti di silicio biologicamente attivi. I dipendenti dell'Istituto di chimica organica di Irkutsk, guidati dal membro corrispondente dell'Accademia delle scienze dell'URSS M. G. Voronkov, stanno lavorando molto attivamente su una serie di problemi, che in breve possiamo chiamare come questo capitolo, vale a dire silicio e vita. In uno dei suoi articoli scrive: “Le numerose osservazioni già disponibili ci permettono di giungere alla conclusione sulla necessità di una ricerca ampia e approfondita (anche a livello molecolare) sul ruolo del silicio negli organismi viventi e di esplorare le possibilità di utilizzare composti di questo elemento per il trattamento e la prevenzione di varie malattie e lesioni, e anche per combattere l’invecchiamento”. Probabilmente solo l’ultima tesi richiede qui una spiegazione. Il fatto è che sono state stabilite le caratteristiche legate all'età del metabolismo del silicio nel corpo: con l'età, il contenuto di questo elemento nel tessuto osseo, nelle arterie e nella pelle diminuisce significativamente...

Questa sezione della nostra conoscenza sull'elemento n. 14 non è ancora diventata un insieme di verità generalmente accettate e stabilite. Ma, ovviamente, è qui che oggi si svolge la prima linea della lotta per la conoscenza del silicio, l'analogo più vicino al carbonio, un elemento vitale.

Il carbonio è in grado di formare diverse modifiche allotropiche. Questi sono il diamante (la modifica allotropica più inerte), la grafite, il fullerene e la carbina.

Il carbone e la fuliggine sono carbonio amorfo. Il carbonio in questo stato non ha una struttura ordinata ed è costituito infatti da minuscoli frammenti di strati di grafite. Il carbone amorfo trattato con vapore acqueo caldo è chiamato carbone attivo. 1 grammo di carbone attivo, per la presenza di numerosi pori al suo interno, ha una superficie totale di oltre trecento metri quadrati! Grazie alla sua capacità di assorbire varie sostanze, il carbone attivo è ampiamente utilizzato come riempitivo del filtro, nonché come enterosorbente per vari tipi di avvelenamento.

Da un punto di vista chimico, il carbonio amorfo è la sua forma più attiva, la grafite presenta un'attività moderata e il diamante è una sostanza estremamente inerte. Per questo motivo, le proprietà chimiche del carbonio discusse di seguito dovrebbero essere attribuite principalmente al carbonio amorfo.

Proprietà riducenti del carbonio

Come agente riducente, il carbonio reagisce con non metalli come ossigeno, alogeni e zolfo.

A seconda dell'eccesso o della mancanza di ossigeno durante la combustione del carbone, è possibile la formazione di monossido di carbonio CO o anidride carbonica CO 2:

Quando il carbonio reagisce con il fluoro, si forma il tetrafluoruro di carbonio:

Quando il carbonio viene riscaldato con lo zolfo, si forma il disolfuro di carbonio CS 2:

Il carbonio è in grado di ridurre i metalli dopo l'alluminio nella serie di attività dai loro ossidi. Per esempio:

Il carbonio reagisce anche con gli ossidi di metalli attivi, ma in questo caso, di regola, non si osserva la riduzione del metallo, ma la formazione del suo carburo:

Interazione del carbonio con ossidi non metallici

Il carbonio entra in una reazione di coproporzionamento con l'anidride carbonica CO 2:

Uno dei processi più importanti dal punto di vista industriale è il cosiddetto conversione del carbone a vapore. Il processo viene effettuato facendo passare il vapore acqueo attraverso il carbone caldo. Si verifica la seguente reazione:

Ad alte temperature, il carbonio è in grado di ridurre anche un composto inerte come il biossido di silicio. In questo caso, a seconda delle condizioni, è possibile la formazione di silicio o carburo di silicio ( carborundum):

Inoltre, il carbonio come agente riducente reagisce con acidi ossidanti, in particolare acidi solforico e nitrico concentrati:

Proprietà ossidative del carbonio

L'elemento chimico carbonio non è altamente elettronegativo, quindi le sostanze semplici che forma raramente mostrano proprietà ossidanti nei confronti di altri non metalli.

Un esempio di tali reazioni è l'interazione del carbonio amorfo con l'idrogeno quando riscaldato in presenza di un catalizzatore:

e anche con silicio alla temperatura di 1200-1300 o C:

Il carbonio mostra proprietà ossidanti rispetto ai metalli. Il carbonio è in grado di reagire con i metalli attivi e con alcuni metalli ad attività intermedia. Le reazioni si verificano quando riscaldato:

I carburi metallici attivi vengono idrolizzati dall'acqua:

nonché soluzioni di acidi non ossidanti:

In questo caso si formano idrocarburi contenenti carbonio nello stesso stato di ossidazione del carburo originale.

Proprietà chimiche del silicio

Il silicio può esistere, come il carbonio, sia allo stato cristallino che amorfo e, come nel caso del carbonio, il silicio amorfo è significativamente più attivo chimicamente del silicio cristallino.

A volte il silicio amorfo e cristallino sono chiamati modifiche allotropiche, il che, in senso stretto, non è del tutto vero. Il silicio amorfo è essenzialmente un conglomerato di minuscole particelle di silicio cristallino posizionate casualmente l'una rispetto all'altra.

Interazione del silicio con sostanze semplici

non metalli

In condizioni normali il silicio, a causa della sua inerzia, reagisce solo con il fluoro:

Il silicio reagisce con cloro, bromo e iodio solo quando riscaldato. È caratteristico che, a seconda dell'attività dell'alogeno, sia necessaria una temperatura corrispondentemente diversa:

Quindi con il cloro la reazione avviene a 340-420°C:

Con bromo – 620-700 oC:

Con iodio – 750-810 oC:

Tutti gli alogenuri di silicio vengono facilmente idrolizzati dall'acqua:

così come soluzioni alcaline:

La reazione del silicio con l'ossigeno avviene, ma richiede un riscaldamento molto forte (1200-1300 o C) a causa del fatto che il forte film di ossido rende difficile l'interazione:

A una temperatura di 1200-1500 o C, il silicio interagisce lentamente con il carbonio sotto forma di grafite per formare carborundum SiC, una sostanza con un reticolo cristallino atomico simile al diamante e quasi non inferiore ad esso in forza:

Il silicio non reagisce con l'idrogeno.

metalli

A causa della sua bassa elettronegatività, il silicio può mostrare proprietà ossidanti solo nei confronti dei metalli. Tra i metalli, il silicio reagisce con i metalli attivi (alcalini e alcalino-terrosi), nonché con molti metalli con attività intermedia. Come risultato di questa interazione si formano siliciuri:

I siliciuri di metalli attivi vengono facilmente idrolizzati dall'acqua o da soluzioni diluite di acidi non ossidanti:

In questo caso, si forma il gas silano SiH 4, un analogo del metano CH 4.

Interazione del silicio con sostanze complesse

Il silicio non reagisce con l'acqua anche quando bollito, tuttavia, il silicio amorfo interagisce con il vapore acqueo surriscaldato ad una temperatura di circa 400-500 o C. In questo caso si formano idrogeno e biossido di silicio:

Di tutti gli acidi, il silicio (allo stato amorfo) reagisce solo con l'acido fluoridrico concentrato:

Il silicio si dissolve in soluzioni alcaline concentrate. La reazione è accompagnata dal rilascio di idrogeno.

Il silicio è un elemento chimico del gruppo IV del sistema periodico di Mendeleev, numero atomico 14, massa atomica 28,0855. Quali proprietà ha il silicio e quali sono le sue caratteristiche?

Caratteristiche chimiche generali del silicio

Il silicio è un elemento del terzo periodo del gruppo IVA, un elemento p. Ci sono cinque orbitali D non occupati in un atomo di silicio. Con la loro partecipazione, il silicio forma composti in cui il suo numero di coordinazione è 6. Il silicio è caratterizzato dalla formazione di catene in cui si alternano atomi di silicio e ossigeno, collegati da forti legami.

Riso. 1. Silicio.

Il silicio si trova in natura in forma legata: più della metà della crosta terrestre è costituita da silice SiO 2, rocce silicate alluminosilicate come la caolinite Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O, i componenti principali di sabbia e argilla.

Questo elemento ha preso il nome da un minerale dal nome latino silisium (silex significa selce). Il nome russo “silicio” fu introdotto nel 1834. L'accademico GI Hess.

Proprietà fisiche

Sono noti il ​​silicio amorfo e quello cristallino. La natura del silicio cristallino è che è di colore grigio scuro con una lucentezza metallica, una sostanza cristallina refrattaria e fragile con conduttività trascurabile.

La disposizione degli atomi di Si è la stessa degli atomi di C nel diamante. Ogni atomo di silicio si trova al centro del tetraedro ed è legato covalentemente ad altri quattro atomi di silicio. Il silicio amorfo è una polvere marrone più reattiva.

Il silicio ha tre isotopi stabili presenti in natura.

Riso. 2. Isotopi del silicio.

Proprietà chimiche

Poiché l'atomo di silicio ha quattro elettroni al livello energetico esterno, i suoi stati di ossidazione caratteristici sono +4 e -4.

I composti contenenti silicio con stato di ossidazione +2 sono rari.

Nei composti, il silicio mostra valenza IV, interagendo con sostanze semplici (fluoro, cloro, ossigeno, carbonio) quando riscaldato.

In condizioni normali, il silicio reagisce solo con il fluoro tra le sostanze semplici:

Si+2F2 = SiF4 (tetrafluoruro di silicio)

Riso. 3. Tetrafluoruro di silicio.

Le reazioni con ossigeno e fluoro avvengono a +400-+600 gradi:

Si+O2 =SiO2

Si+2Cl=SiCl 4 (tetracloruro di silicio)

Il silicio non reagisce con gli acidi. Solo il silicio amorfo, macinato in polvere, reagisce con l'acido fluoridrico.

Il silicio reagisce con soluzioni alcaline calde, formando silicati e idrogeno:

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2

Il silicio reagisce chimicamente con molti metalli, formando siliciuri:

2Ca+Si=Ca2Si (silicidio di calcio)

2Mg+Si=Mg 2 Si (silicidio di magnesio)

Quando l'acido cloridrico agisce sul siliciuro di magnesio Mg 2 Si, si forma il silano SiH 4:

Mg2Si+4HCl=SiH4 +2MgCl2

Il silano è un gas velenoso incolore, un analogo del metano, che si autoaccende nell'aria e brucia formando ossido di silicio e acqua:

SiH4+2O2 =SiO2+2H2O

Cosa abbiamo imparato?

L'articolo descrive le caratteristiche fisiche e chimiche dell'elemento silicio. La valenza del silicio è quasi sempre IV, e solo in alcuni composti compare la valenza II. Il silicio, quando riscaldato, è in grado di reagire con metalli, non metalli e alcali.

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