Silikon: ciri, ciri dan aplikasi

Sebagai unsur kimia bebas, silikon hanya diketahui oleh manusia pada tahun 1825. Yang tentu saja tidak menghalang penggunaan sebatian silikon dalam banyak bidang sehingga lebih mudah untuk menyenaraikan unsur-unsur di mana elemen tersebut tidak digunakan. Artikel ini akan menjelaskan sifat fizikal, mekanikal dan kimia berguna silikon dan sebatiannya, aplikasi, kita juga akan membincangkan bagaimana silikon mempengaruhi sifat keluli dan logam lain.

Apa itu silikon?

Pertama, mari kita memikirkan ciri umum silikon. Dari 27.6 hingga 29.5% jisim kerak bumi adalah silikon. Di air laut, kepekatan elemen juga cukup besar - hingga 3 mg / l.

Dari segi kelaziman di litosfer, silikon mengambil tempat kedua sebagai penghormatan setelah oksigen. Walau bagaimanapun, bentuknya yang paling terkenal - silika, adalah dioksida, dan sifat-sifatnya itulah yang menjadi asas untuk penggunaan meluas seperti itu.

Mengenai apa itu silikon, video ini memberitahu:

Konsep dan Ciri

Silikon bukan logam, tetapi dalam keadaan yang berbeza dapat menunjukkan sifat berasid dan asas. Ini adalah semikonduktor biasa dan sangat banyak digunakan dalam kejuruteraan elektrik. Sifat fizikal dan kimianya banyak ditentukan oleh keadaan allotropic. Selalunya mereka berurusan dengan bentuk kristal, kerana kualitinya lebih diminati dalam ekonomi negara.

  • Silikon adalah salah satu makronutrien asas dalam tubuh manusia. Kekurangannya memudaratkan keadaan tisu tulang, rambut, kulit, kuku. Di samping itu, silikon mempengaruhi fungsi sistem imun..
  • Dalam bidang perubatan, unsur, atau lebih tepatnya, sebatiannya menemukan aplikasi pertama mereka dalam kualiti ini. Air dari sumur yang dilapisi silikon tidak hanya bersih, tetapi juga memberi kesan positif terhadap ketahanan terhadap penyakit berjangkit. Hari ini, sebatian dengan silikon berfungsi sebagai asas untuk ubat melawan tuberkulosis, aterosklerosis, arthritis.
  • Secara amnya, bukan logam tidak aktif, tetapi dalam bentuk tulennya sukar ditemui. Ini disebabkan oleh fakta bahawa di udara ia cepat pasif oleh lapisan dioksida dan berhenti bertindak balas. Apabila dipanaskan, aktiviti kimia meningkat. Akibatnya, manusia lebih dekat dengan sebatian jirim, dan bukan dengan dirinya sendiri..

Bukan logam diletakkan di dalam jadual D. I. Mendeleev dalam kumpulan 6 bersama dengan karbon, germanium, dan timah, yang menunjukkan sifat tertentu dengan bahan-bahan ini. Oleh itu, ia "berkaitan" dengan karbon dengan kemampuan membentuk sebatian jenis organik. Dalam kes ini, silikon, seperti germanium, dapat menunjukkan sifat logam dalam beberapa tindak balas kimia, yang digunakan dalam sintesis.

Kelebihan dan kekurangan

Seperti bahan lain dari sudut penerapan ekonomi negara, silikon mempunyai kualiti yang berguna atau tidak sangat baik. Mereka penting tepat untuk menentukan skop penggunaan..

  • Kelebihan zat yang banyak adalah ketersediaannya. Benar, ia bukan dalam bentuk bebas, tetapi teknologi pembuatan silikon tidak begitu rumit, walaupun memakan tenaga.
  • Kelebihan kedua yang paling penting adalah pembentukan banyak sebatian dengan sifat yang sangat berguna. Ini adalah silan, dan silikida, dan dioksida, dan, tentu saja, pelbagai silikat. Keupayaan silikon dan sebatiannya untuk membentuk larutan pepejal yang kompleks hampir tidak berkesudahan, yang membolehkan anda menerima pelbagai variasi kaca, batu dan seramik tanpa henti.
  • Sifat semikonduktor bukan logam memberikannya tempat bahan asas dalam kejuruteraan elektrik dan radio.
  • Bukan logam tidak beracun, yang dapat digunakan dalam industri apa pun, dan pada masa yang sama tidak mengubah prosesnya menjadi berpotensi berbahaya.

Kelemahan bahan hanya merangkumi kerapuhan relatif dengan kekerasan yang baik. Silikon tidak digunakan untuk struktur yang menanggung beban, tetapi kombinasi ini membolehkan anda memproses permukaan kristal dengan betul, yang penting untuk instrumentasi.

Mari bercakap mengenai sifat asas silikon..

Sifat dan ciri

Oleh kerana silikon kristal paling sering digunakan dalam industri, tepatnya sifatnya lebih penting, dan ia diberikan dalam spesifikasi teknikal. Sifat fizikal bahan tersebut adalah seperti berikut:

  • takat lebur - 1417 C;
  • takat didih - 2600 C;
  • ketumpatan ialah 2.33 g / cu. lihat, menunjukkan kerapuhan;
  • kapasiti haba, serta kekonduksian terma, tidak tetap walaupun pada sampel paling murni: 800 J / (kg · K), atau 0,191 cal / (g · deg) dan 84-126 W / (m · K), atau 0,20-0, 30 cal / (cm · saat · bandar), masing-masing;
  • telus untuk sinaran inframerah gelombang panjang, yang digunakan dalam optik inframerah;
  • pemalar dielektrik - 1.17;
  • Kekerasan Mohs - 7.

Sifat elektrik bukan logam sangat bergantung kepada kekotoran. Dalam industri, ciri ini digunakan dengan memodulasi jenis semikonduktor yang diinginkan. Silikon rapuh pada suhu normal, tetapi ubah bentuk plastik mungkin dilakukan apabila dipanaskan di atas 800 C.

Struktur dan komposisi kimia, serta sifat silikon dibincangkan dalam video di bawah:

Komposisi dan struktur

Silikon wujud dalam dua bentuk alotropik, sama stabil pada suhu normal.

  • Kristal mempunyai rupa serbuk kelabu gelap. Bahan itu, walaupun memiliki kisi kristal seperti berlian, rapuh kerana ikatan yang terlalu panjang antara atom. Yang menarik adalah sifat semikonduktornya..
  • Pada tekanan yang sangat tinggi, pengubahsuaian heksagon dengan ketumpatan 2.55 g / cu dapat diperoleh. Lihat Walau bagaimanapun, fasa kepentingan praktikal ini belum dijumpai.
  • Amorf - serbuk coklat-coklat. Tidak seperti bentuk kristal, ia bertindak balas dengan lebih aktif. Ini bukan disebabkan oleh kelembapan bentuk pertama, tetapi fakta bahawa di udara bahan tersebut ditutup dengan lapisan dioksida.

Di samping itu, perlu mengambil kira jenis klasifikasi lain yang berkaitan dengan ukuran kristal silikon, yang bersama-sama membentuk bahan. Kisi kristal, seperti yang anda ketahui, menunjukkan susunan bukan sahaja atom, tetapi juga struktur yang dibentuk oleh atom ini - yang disebut susunan jarak jauh. Semakin besar sifatnya, semakin homogen sifat bahan tersebut..

  • Monokristalin - sampelnya adalah kristal tunggal. Strukturnya selaras mungkin, sifatnya homogen dan dapat diramalkan dengan baik. Bahan ini sangat diminati dalam kejuruteraan elektrik. Namun, ia tergolong dalam spesies termahal, kerana proses mendapatkannya rumit, dan kadar pertumbuhannya rendah.
  • Multicrystalline - sampel terdiri daripada sebilangan besar butir kristal. Batasan di antara mereka membentuk tahap kecacatan tambahan, yang mengurangkan prestasi sampel sebagai semikonduktor dan membawa kepada pemakaian yang lebih cepat. Teknologi menanam multikristal lebih mudah, kerana bahannya lebih murah.
  • Polycrystalline - terdiri daripada sebilangan besar biji-bijian yang terletak secara rawak antara satu sama lain. Ini adalah jenis silikon industri paling murni, yang digunakan dalam mikroelektronik dan tenaga suria. Cukup sering digunakan sebagai bahan mentah untuk mengembangkan kristal berbilang dan tunggal.
  • Silikon amorf juga menempati kedudukan yang terpisah dalam klasifikasi ini. Di sini, susunan atom hanya diadakan pada jarak terpendek. Walau bagaimanapun, dalam bidang kejuruteraan elektrik masih digunakan dalam bentuk filem nipis.

Seterusnya, kami akan memberitahu anda mengenai bahan mentah untuk pengeluaran silikon, bahaya perlombongan, teknologi pembuatannya di seluruh dunia dan di Rusia.

Pengeluaran bukan logam

Mendapatkan silikon tulen tidak begitu mudah, memandangkan kelembapan sebatiannya dan titik lebur tinggi dari kebanyakannya. Dalam industri, mereka paling sering menggunakan pengurangan karbon dari dioksida. Tindak balas dilakukan dalam tungku busur pada suhu 1800 C. Oleh itu, bukan logam dengan kemurnian 99.9% diperoleh, yang tidak cukup untuk penggunaannya.

Bahan yang dihasilkan diklorinasi untuk mendapatkan klorida dan hidroklorida. Kemudian sebatian tersebut disucikan dengan semua kaedah yang mungkin dari kekotoran dan dikurangkan dengan hidrogen.

Hal ini juga memungkinkan untuk membersihkan bahan dengan mendapatkan magnesium silisida. Silisida terkena asid hidroklorik atau asetik. Silane diperoleh, dan yang terakhir disucikan dengan pelbagai kaedah - penyerapan, penyulingan, dan sebagainya. Kemudian silan diuraikan menjadi hidrogen dan silikon pada suhu 1000 C. Dalam kes ini, zat diperoleh dengan pecahan pengotor 10 -8 -10 -6%.

Penggunaan bahan

Bagi industri, ciri elektrofizik bukan logam paling diminati. Bentuk kristal tunggal adalah semikonduktor tidak langsung. Sifatnya ditentukan oleh kekotoran, yang memungkinkan seseorang memperoleh kristal silikon dengan sifat yang diinginkan. Oleh itu, penambahan boron, aluminium, indium memungkinkan untuk menumbuhkan kristal dengan kekonduksian lubang, dan pengenalan fosforus atau arsenik - kristal dengan kekonduksian elektronik.

  • Silikon dalam arti harfiah kata berfungsi sebagai asas kejuruteraan elektrik moden. Transistor, photocell, litar bersepadu, dioda dan sebagainya dibuat daripadanya. Lebih-lebih lagi, fungsi peranti hampir selalu menentukan hanya lapisan permukaan kristal, yang membawa kepada keperluan yang sangat khusus untuk rawatan permukaan.
  • Dalam metalurgi, silikon teknikal digunakan sebagai pengubah aloi - memberikan kekuatan yang lebih besar, dan sebagai komponen dalam gangsa, misalnya, dan sebagai penyahtoksid dalam pengeluaran besi tuang.
  • Metalurgi yang sangat murni dan halus menjadi asas tenaga suria.
  • Dioksida bukan logam terdapat di alam dalam bentuk yang sangat berbeza. Varieti kristalnya - opal, batu akik, carnelian, amethyst, batu kristal, telah mendapat tempat dalam perhiasan. Pengubahsuaian yang tidak begitu menarik dalam penampilan - batu api, pasir, kuarza, digunakan dalam metalurgi, dan dalam pembinaan, dan dalam radioelektronik.
  • Sambungan bukan logam dengan karbon - karbida, digunakan dalam metalurgi, dan dalam instrumentasi, dan dalam industri kimia. Ini adalah semikonduktor jurang lebar, yang dicirikan oleh kekerasan tinggi - 7 pada skala Mohs, dan kekuatan, yang memungkinkannya digunakan sebagai bahan kasar.
  • Silikat - iaitu garam asid silikat. Tidak stabil, mudah terurai oleh suhu. Kekaguman mereka adalah bahawa mereka membentuk garam yang banyak dan pelbagai. Tetapi yang terakhir adalah asas dalam pengeluaran kaca, seramik, faience, kristal, simen dan konkrit. Kita dapat dengan selamat mengatakan bahawa pembinaan moden didasarkan pada pelbagai silikat.
  • Kaca mewakili kes yang paling menarik di sini. Ia berdasarkan aluminosilikat, tetapi kekotoran bahan lain yang tidak ketara - biasanya oksida - memberikan bahan yang banyak sifat yang berbeza, termasuk warna. Keramik - klinker, faience, porselin, sebenarnya, mempunyai formula yang sama, walaupun dengan nisbah komponen yang berbeza, dan ragamnya juga luar biasa.
  • Bukan logam mempunyai satu kemampuan lagi: ia membentuk sebatian karbon dalam bentuk rantai panjang atom silikon. Sebatian seperti itu disebut organosilikon. Skop aplikasi mereka tidak kurang dikenali - ini adalah silikon, sealant, pelincir dan sebagainya.

Silikon adalah elemen yang sangat umum dan sangat penting dalam banyak bidang ekonomi negara. Lebih-lebih lagi, bukan sahaja bahan itu digunakan secara aktif, tetapi semua pelbagai dan sebatiannya.

Video ini akan membincangkan mengenai sifat dan penggunaan silikon:

Silikon (Si)

Sebatian silikon:

Dalam bentuk tulennya, silikon mula-mula diasingkan pada tahun 1811 (J.L. Gay-Lussac Perancis dan L.J. Tenard). Silikon unsur tulen diperoleh pada tahun 1825 (Sweden J. Ya. Berzelius). Unsur kimia mendapat namanya "silikon" (diterjemahkan dari Yunani kuno - gunung) pada tahun 1834 (ahli kimia Rusia G.I. Hess).

Silikon adalah unsur kimia (setelah oksigen) yang paling umum di Bumi (kandungan dalam kerak bumi adalah 28-29% berat). Secara semula jadi, silikon paling sering terdapat dalam bentuk silika (pasir, kuarza, batu api, feldspars), serta silikat dan aluminosilikat. Dalam bentuk tulennya, silikon sangat jarang berlaku. Banyak silikat semula jadi dalam bentuk tulennya adalah batu mulia: zamrud, topaz, aquamari - semuanya silikon. Silikon oksida kristal tulen (IV) terdapat dalam bentuk kristal batu dan kuarza. Silika, di mana terdapat pelbagai kekotoran, membentuk batu berharga dan semimulia - kecubung, batu akik, jasper.


Rajah. Struktur atom silikon.

Konfigurasi elektronik silikon ialah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 (lihat. Struktur atom elektronik). Pada tahap tenaga luaran, silikon mempunyai 4 elektron: 2 dipasangkan pada sublevel 3s + 2 tidak berpasangan pada p-orbital. Setelah peralihan atom silikon ke keadaan teruja, satu elektron dari s-sublevel "meninggalkan" pasangannya dan berlalu ke p-sublevel, di mana terdapat satu orbit bebas. Oleh itu, dalam keadaan teruja, konfigurasi elektronik atom silikon mengambil bentuk berikut: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.


Rajah. Peralihan atom silikon ke keadaan teruja.

Oleh itu, silikon dalam sebatian boleh menunjukkan daya tahan 4 (paling kerap) atau 2 (lihat. Valensi). Silikon (seperti karbon), bertindak balas dengan unsur-unsur lain, membentuk ikatan kimia di mana ia dapat memberikan elektronnya dan menerimanya, tetapi kemampuan untuk menerima elektron dari atom silikon lebih lemah daripada atom karbon, kerana atom silikon yang lebih besar.

Keadaan pengoksidaan silikon:

  • -4: SiH4 (silan), Ca2Si, Mg2Si (logam silikat);
  • +4 - yang paling stabil: SiO2 (silikon oksida), H2SiO3 (asid silikat), silikat dan silikon halida;
  • 0: Si (bahan mudah)

Silikon sebagai bahan mudah

Silikon adalah bahan kristal kelabu gelap dengan kilauan logam. Silikon kristal adalah semikonduktor.

Silikon hanya membentuk satu modifikasi alotropik, mirip dengan berlian, tetapi tidak begitu kuat, kerana ikatan Si-Si tidak sekuat molekul karbon berlian (lihat. Berlian).

Silikon amorf - serbuk coklat, dengan titik lebur 1420 ° C.

Silikon kristal diperoleh dari silikon amorf dengan penghabluran semula. Tidak seperti silikon amorf, yang merupakan bahan kimia yang cukup aktif, silikon kristal lebih lengai dari segi interaksi dengan bahan lain.

Struktur kisi kristal silikon mengulangi struktur berlian - setiap atom dikelilingi oleh empat atom lain yang terletak di bucu tetrahedron. Atom saling terikat oleh ikatan kovalen, yang tidak sekuat ikatan karbon dalam berlian. Atas sebab ini, walaupun dengan n.o. beberapa ikatan kovalen dalam silikon kristal hancur, mengakibatkan pelepasan sebahagian elektron, kerana silikon mempunyai kekonduksian elektrik yang rendah. Semasa silikon dipanaskan, dalam cahaya, atau ketika kekotoran tertentu ditambahkan, bilangan ikatan kovalen yang hancur meningkat, dan sebagai hasilnya, bilangan elektron bebas meningkat, oleh itu, kekonduksian silikon juga meningkat.

Sifat kimia silikon

Seperti karbon, silikon boleh menjadi agen pengurangan dan agen pengoksidaan, bergantung pada bahan mana ia bertindak balas..

Pada nu silikon hanya berinteraksi dengan fluorin, yang dijelaskan oleh kisi kristal silikon yang cukup kuat.

Silikon bertindak balas dengan klorin dan bromin pada suhu melebihi 400 ° C.

Silikon berinteraksi dengan karbon dan nitrogen hanya pada suhu yang sangat tinggi..

  • Dalam tindak balas dengan bukan logam, silikon bertindak sebagai agen pengurangan:
    • dalam keadaan normal bukan logam, silikon bertindak balas hanya dengan fluorin, membentuk silikon halida:
      Si + 2F2 = SiF4
    • pada suhu tinggi, silikon bertindak balas dengan klorin (400 ° C), oksigen (600 ° C), nitrogen (1000 ° C), karbon (2000 ° C):
      • Si + 2Cl2 = SiCl4 - silikon halida;
      • Si + O2 = SiO2 - silika;
      • 3Si + 2N2 = Si3N4 - nitrida silikon;
      • Si + C = SiC - karborundum (silikon karbida)
  • Dalam tindak balas dengan logam, silikon adalah agen pengoksidaan (salisida terbentuk:
    Si + 2Mg = Mg2Si
  • Dalam tindak balas dengan larutan alkali pekat, silikon bertindak balas dengan evolusi hidrogen untuk membentuk garam asid silikat larut yang disebut silikat:
    Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2
  • Silikon tidak bertindak balas dengan asid (kecuali HF).

Penyediaan dan penggunaan silikon

Pengeluaran silikon:

  • di makmal - dari silika (alumoterapi):
    3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3
  • dalam industri - pengurangan silikon oksida dengan kok (silikon tulen secara teknikal) pada suhu tinggi:
    SiO2 + 2C = Si + 2CO
  • silikon paling tulen diperoleh dengan mengurangkan silikon tetraklorida dengan hidrogen (zink) pada suhu tinggi:
    SiCl4+2H2 = Si + 4HCl

Aplikasi Silikon:

  • pembuatan elemen radio semikonduktor;
  • sebagai bahan tambahan metalurgi dalam pengeluaran sebatian tahan panas dan tahan asid;
  • dalam pengeluaran sel suria;
  • sebagai penerus AC.

Sekiranya anda menyukai laman web ini, kami akan berterima kasih atas penyebarannya :) Beritahu rakan anda mengenai kami di forum, blog, komuniti. Ini butang kami:

Silicium apa itu

Silikon menemui dan menerima pada tahun 1823 ahli kimia Sweden Jens Jacob Berzelius.

Unsur kedua paling banyak terdapat di kerak bumi setelah oksigen (27.6% berat). Terdapat dalam sebatian.

Struktur atom silikon dalam keadaan tanah

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Struktur atom silikon dalam keadaan teruja

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Tahap pengoksidaan: +4, -4.

Silikon amorf dan kristal diketahui..

Kristal - bahan kelabu gelap dengan kilauan logam, kekerasan tinggi, rapuh, semikonduktor; ρ = 2.33 g / cm 3, t ° pl. = 1415 ° C; t ° kip. = 2680 ° C.

Ia mempunyai struktur seperti berlian dan membentuk ikatan kovalen yang kuat. Lekas.

Amorf - serbuk coklat, hygroscopic, struktur seperti berlian, ρ = 2 g / cm 3, lebih reaktif.

1) Industri - memanaskan arang batu dengan pasir:

2C + SiO2 t ˚ → Si + 2CO

Bukan logam biasa, lengai.

2) Dengan fluorin (tanpa pemanasan)

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - carborundum - padat; digunakan untuk titik dan pengisaran)

4) Tidak berinteraksi dengan hidrogen.

Silane (SiH4) diperoleh dengan penguraian silikida logam dengan asid:

Hanya larut dalam campuran asid nitrik dan hidrofluorik:

6) Dengan alkali (apabila dipanaskan):

7) Dengan logam (silisida terbentuk):

Si 0 + 2Mg t ˚ → Mg2Si -4

Silikon banyak digunakan dalam elektronik sebagai semikonduktor. Bahan tambahan silikon pada aloi meningkatkan ketahanan kakisannya. Silikat, aluminosilikat dan silika - bahan mentah utama untuk pengeluaran kaca dan seramik, serta untuk industri pembinaan.
Silikon dalam teknik
Penggunaan silikon dan sebatiannya

Sifat fizikal: Gas tidak berwarna, beracun, t ° pl. = -185 ° C, b ° t ° = -112 ° C.

Kisi kristal silikon oksida (IV) adalah atom dan mempunyai struktur berikut:

Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O - kaolinite (bahagian utama tanah liat)

Ciri fizikal: Pepejal, kristal, bahan tahan api, t ° pl = 1728 ° C, t ° bp. = 2590 ° C

Asid oksida. Semasa pelakuran, ia berinteraksi dengan oksida asas, alkali, dan juga dengan karbonat logam alkali dan bumi alkali:

1) Dengan oksida asas:

5) Dengan asid hidrofluorik:

(reaksi mendasari proses pengukiran kaca).

1. Pengeluaran bata silikat

2. Pembuatan produk seramik

3. Pengeluaran kaca

x = 1, y = 1 H2SiO3 - asid metasilik

x = 1, y = 2 H4SiO4 - asid ortosilikat, dll..

Sifat Fizikal: H2SiO3 - sangat lemah (lebih lemah daripada arang batu), rapuh, larut dalam air (membentuk larutan koloid), tidak mempunyai rasa berasid.

Tindakan asid kuat pada silikat - Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3

Terurai pada pemanasan: H2SiO3 t ˚ → H2O + SiO2

Garam Asid Silikat - Silikat.

3) Silikat yang membentuk mineral dalam keadaan semula jadi musnah akibat tindakan air dan karbon monoksida (IV) - luluhawa batu:

Penggunaan sebatian silikon

Sebatian silikon semula jadi - pasir (SiO2) dan silikat digunakan untuk pengeluaran seramik, kaca dan simen.

Porselin = kaolin + tanah liat + kuarza + feldspar. Tempat kelahiran porselin adalah China, di mana porselin sudah dikenali dalam 220g. Pada tahun 1746, pengeluaran porselin di Rusia ditetapkan.

Faience - dari nama bandar Itali Faenza. Di mana pada abad 14-15 kraftangan seramik dikembangkan. Faience - berbeza dengan porselin dengan kandungan tanah liat yang tinggi (85%), suhu pembakaran yang lebih rendah.

Kaca adalah bahan rapuh dan telus yang dapat melembutkan dan mengambil bentuk apa pun apabila dipadatkan. Kaca diperoleh dengan memasak campuran (campuran mentah yang terdiri dari pasir, soda dan batu kapur) di tungku lebur kaca khas.

Reaksi utama yang berlaku semasa pencairan cas

Menambah plumbum oksida memberikan kristal.

Simen - klinker tanah halus dengan bahan tambahan mineral.

Clinker - bola warna kelabu gelap diperoleh dengan tanah liat sintering dan batu kapur dalam tanur putar khas

Nilai silikon untuk tubuh manusia

Fakta bahawa silikon memainkan peranan besar bagi tubuh manusia, sebagai elemen kesihatan yang diperlukan, saya belajar ketika saya dewasa.

Kekurangan unsur ini mempengaruhi proses metabolik, sehingga menjejaskan kesihatan manusia, tubuh mula bertambah tua dengan cepat. Penyakit membentuk satu demi satu, tumbuh seperti bola salji.

Kekurangan silikon dalam badan mempengaruhi kerja organ dan sistem dalaman, saluran darah, tulang, tendon, kulit, ingatan - di sini anda mempunyai usia dini.

Bahkan tanaman dengan kekurangannya di tanah mulai sakit, dan jika tidak cukup di air laut, pertumbuhan alga berhenti.

Ini sama pentingnya unsur kimia untuk kesihatan seperti selenium, yang telah saya bicarakan. Baca di sini dan di sini..

Di mana silikon terdapat di alam semula jadi?

Ramai di antara kita telah mengenal silikon sejak kecil, atau lebih tepatnya, salah satu sebatiannya. Batu kerikil yang tidak kelihatan kelabu, dari mana kami mengukir percikan api untuk menyalakan api, sangat popular di kalangan kami..

Mineral - batu api, terbentuk pada masa Cretaceous dari sisa-sisa tumbuhan dan haiwan di dunia bawah laut, di mana silikon dioksida hadir. Seperti yang anda ingat, dari sejarah sekolah, orang membuat alat dari batu ini pada zaman kuno (petua, kapak...)

Apa itu silikon?

Silikon unsur kimia dalam jadual berkala bernombor 14. Ini bukan logam, nama Latin untuk silikon adalah (Silicium) - Si.

Silikon sangat umum di alam sehingga mengambil tempat kedua setelah oksigen dan membentuk 30%; terdapat sekitar 400 mineral di hidrosfera, litosfer dan biosfer di mana ia terkandung. Sebilangan besar unsur ini terdapat dalam air laut, hingga 3 mg. seliter air.

Sebilangan besar sebatian yang berbeza dari unsur ini, seseorang gunakan untuk pembuatan peralatan, kaca, hiasan dan bahan binaan, perhiasan.

Silikon secara semula jadi terdapat dalam bentuk dua modifikasi alotropik, mereka agak serupa antara satu sama lain, tetapi mereka juga berbeza dalam struktur kisi dan sifat kristal, ia adalah silikon kristal dan amorf.

Di mana terdapat di alam semula jadi

Silikon dalam bentuk tulennya tidak terdapat di alam semula jadi, sebatian silikon mengandungi batuan, tanah, air laut, tumbuhan dan hidupan laut, haiwan darat dan tubuh manusia.

Usus bumi menyimpan sejumlah besar mineral dengan kandungan silikon. Bentuk sebatian silikon semula jadi yang paling biasa ialah silika, silikat dan aluminosilikat..

Sebatian silikon diedarkan secara meluas:

  • sebatian binari dengan bukan logam (silan, karbida, nitrida, fosfida dan sebagainya), kita biasa dengan silan apabila ia dijumpai dalam kehidupan seharian dalam bentuk getah, silikon, pelincir, emulsi;
  • oksida, dioksida (kalsedon dan batu akik, amethyst dan jasper, batu kristal dan opal, pasir kuarza dan kuarza, feldspars);
  • asid silikat dan silikat (kaca, porselin, faience, zeolit, simen..);

Silikon untuk tubuh manusia

Antara sifat silikon yang paling penting yang mempengaruhi kesihatan manusia adalah:

  • kesan yang baik terhadap penyerapan kalsium dan pertumbuhan tulang;
  • rangsangan sistem saraf dan imun;
  • peraturan metabolik, merangsang pembentukan kebanyakan enzim, asid amino dan hormon;
  • mempengaruhi pencernaan kalsium, magnesium, strontium dan unsur surih lain..

Peranan biologi silikon untuk tubuh sangat besar, kerana mengandungi tisu tulang dan otot, ia tertumpu pada kelenjar tiroid dan kelenjar adrenal, kelenjar pituitari dan kelenjar getah bening, tetapi yang paling penting terdapat dalam darah manusia, di mana kepekatannya mencapai 3,9 mg per liter darah. Terdapat banyak silikon di sel rambut, kulit, kuku.

Silikon dalam tubuh manusia adalah bahagian integral dari kolagen, dan kolagen (protein), bersama dengan elastin, menyokong struktur tisu penghubung, memberikannya keanjalan dan kekuatan yang ada di seluruh tubuh.

Lagipun, kulit, tulang rawan, ligamen, semua ini adalah tisu penghubung. Kerana kekurangan kolagen (keadaan normal bergantung pada kehadiran silikon), mereka kehilangan ketegasan dan keanjalan, yang menyebabkan otot dan kulit kendur, munculnya keriput. Tulang rawan menderita kekurangan kolagen, keradangan sendi berlaku.

Peranan silikon dalam badan

Mengapa keanjalan vaskular hilang seiring bertambahnya usia? Ya, hanya kerana tisu penghubung terletak di dinding saluran darah, ia memberikan keanjalan dan kekuatan.

Pembaharuan tisu tulang juga tidak berlaku tanpa penyertaan silikon. Dalam proses ini, bersama dengan silikon, kalsium, strontium, dan fosfor memainkan peranan penting..

Silikon adalah elemen utama, tanpa proses metabolik magnesium dan fluorin terganggu, dan kalsium dan strontium tidak diserap oleh tubuh sama sekali.

Silikon untuk badan adalah sejenis pembersih; dengan penyertaannya, radionuklida, logam berat dan klorin dinetralkan, ia mengikat virus dan bakteria, dan mengeluarkannya dari badan.

Dengan penyertaannya dalam tubuh, sintesis hormon, enzim dan asid amino berlaku, kehadirannya diperlukan untuk penghantaran impuls di sepanjang serat saraf.

Gejala kekurangan silikon

Kerana kekurangan unsur kimia ini, kelaparan silikon terbentuk, yang dinyatakan oleh gejala yang jelas:

  • keguguran rambut, kerapuhan dan kerapuhan,
  • penampilan jerawat dan jerawat,
  • kuku rapuh dan tulang rapuh (osteomalacia),
  • melembutkan dan menghapus enamel gigi,
  • rawan dan pakaian sendi,
  • keletihan dan keletihan, sakit kepala, kehilangan ingatan,
  • kebolehtelapan kapilari yang mudah,
  • lebam dan lebam,
  • berlakunya penyakit aterosklerosis dan dysbiosis.

Kajian terbaru oleh saintis mengaitkan perkembangan penyakit jantung, tuberkulosis, hepatitis, hipertensi, arthritis, katarak, dengan kekurangan silikon dalam tubuh manusia.

Kekurangan silikon boleh menyebabkan diabetes mellitus, pembentukan penyakit ganas, perkembangan kandidiasis, perubahan fungsi sistem saraf (koordinasi pergerakan terganggu, ada perasaan lemah dan mudah marah, ada perasaan takut).

Jadi, dengan penurunan kepekatan silikon dalam darah hingga 1.2%, terdapat risiko strok dan serangan jantung, hingga 1.4% - membawa kepada risiko diabetes. Pada tahap silikon 1.6%, virus hepatitis diaktifkan, dan pada 1.3%, sel-sel barah nukleat.

Dan ini berlaku kerana setiap hari seseorang diekskresikan dengan air kencing silikon hingga 9 g., Dan diisi semula dengan makanan dan air hanya 3 g.

Silikon berlebihan dalam Tubuh Manusia

Overdosis sistematik dalam penggunaan silikon juga tidak selamat. Silikon yang berlebihan dalam tubuh manusia menyebabkan penyimpangan dalam badan, yang dapat menampakkan diri dalam kerengsaan, keletihan dan kemurungan kronik, menurunkan suhu badan. Silikon yang berlebihan dapat dilihat pada rambut, serta kekurangannya: rambut menjadi rapuh dan rontok.

Peningkatan kepekatan unsur kimia ini dalam tubuh boleh memprovokasi terjadinya penyakit seperti silikosis atau fibrosis paru, pembentukan batu ginjal dan pundi hempedu, gout.

Norma silikon dalam tubuh manusia

Piawaian silikon belum ditentukan dengan tepat oleh para saintis, masih ada perbahasan dan perbahasan. Menurut beberapa laporan, keperluan harian manusia untuk silikon adalah antara 5-50 g. Ini adalah samar-samar. Nampaknya, ini disebabkan oleh fakta bahawa ketika seseorang benar-benar sihat, dia memerlukan jumlah silikon yang memasuki tubuh dengan makanan.

Dan ketika sakit, misalnya, dengan penyakit seperti penyakit Alzheimer, osteoporosis atau kardiovaskular, maka perlu mengambil makanan tambahan dengan mineral ini.

Produk yang mengandungi silikon

Sebatian silikon terdapat dalam produk tumbuhan dan haiwan. Sangat menarik bahawa ketika menggunakan produk yang berasal dari haiwan, penyerapan silikon yang terkandung di dalamnya sukar, tetapi buah-buahan dan sayur-sayuran yang mengandung serat dapat mempercepat proses ini..

Melambatkan proses penyerapan dan kehadiran aluminium. Jadual di bawah menunjukkan produk yang kaya dengan silikon:

Selain itu, saya akan memberikan senarai produk apa yang mengandungi banyak silikon:

  • ceri dan aprikot,
  • epal, plum, kismis,
  • bahagian atas lobak dan bit, kubis putih,
  • timun dan jagung,
  • bawang, saderi dan bayam,
  • tomato masak dan labu,
  • Artichoke Yerusalem dan kacang,
  • selada dan parsnip,
  • daun sawi dan lobak merah,
  • biji bunga matahari dan kulit kentang.

Tumbuhan perubatan yang mengandungi Silicium

Silikon terdapat di banyak tumbuhan perubatan, dari mana anda boleh membuat infus dan merebus, membuat teh dan mengisi semula badan anda dengan unsur ini.

Silikon terdapat di tanaman pikulnik atau iris, jelatang, ekor kuda, coltsfoot, pendaki gunung dan unggas, sorrel kuda.

Silikon sepenuhnya dari makanan tidak diserap oleh badan, sebahagiannya hilang. Untuk penyerapan yang lebih baik, sayur-sayuran, buah-buahan dan tumbuh-tumbuhan dimakan mentah, atau menjalani rawatan haba.

Bolehkah silikon digunakan untuk membersihkan dan menyusun air

Mengenai air berstruktur, anda mungkin sudah pernah mendengar. Kepingan salji dapat berfungsi sebagai contoh air berstruktur, ketika air membeku, molekulnya berbaris dalam bentuk yang pelik (dan yang tepat). Dengan cara yang sama seperti suhu rendah, muzik klasik, doa atau hanya baik, kata-kata ikhlas dapat mengubah struktur air. Dan air seperti itu menjadi penyembuh.

Ternyata air dan beberapa mineral semula jadi tersusun. Saya sudah menulis tentang salah satunya, itu adalah mineral shungite, silikon juga mengubah struktur air.

Cara menggunakan Silicium untuk membersihkan air

Untuk melakukan ini, batu batu api, seperti yang disebutkan di atas, sesuai. Apabila batu direndam di dalam air, asid silikat dibebaskan dari mineral, yang secara ajaib mengubah struktur air. Sisa-sisa organik kuno di mana batu ini disusun bertindak sebagai biokatalis yang mampu mempercepat tindak balas redoks yang berlaku di dalam air.

Air benar-benar menjadi penyembuh, ia disimpan untuk waktu yang lama dan tidak merosot, ia benar-benar dibasmi kuman dan disucikan. Apabila bersikeras, semua bahan berbahaya yang terdapat di dalam air: radionuklida, logam berat menetap ke dasar dalam bentuk sedimen. Air menjadi tidak hanya penyembuhan, tetapi juga enak, seperti air mata air.

Di mana untuk membeli silikon untuk pembersihan air? Tanya batu api di farmasi atau kedai khusus kesihatan. Kami membeli mineral ini dari Argo.

Cara membuat air silikon

Selepas pemerolehan, mineral mesti dicuci dan diletakkan di dasar balang air (10-15 g silikon per liter air). Air disuntik selama 2-3 hari di tempat yang gelap. Kemudian toskan air dengan berhati-hati, tanpa menggegarkan sedimen. Sedimen adalah kotoran dan bahan berbahaya yang terdapat di dalam air.

Gunakan air untuk minum, dan bilas kerikil dan letakkan di dalam larutan garam untuk dibersihkan, setelah itu ia dapat digunakan kembali. Tetapi mineral itu tidak tahan lama, begitu tiba masanya asid silikat, sepenuhnya dari mineral ini akan dimakan, dan ini akan berlaku dalam kira-kira enam bulan. Silikon perlu diubah.

Saya membaca di suatu tempat bahawa air silikon dalam bungkusan tertutup boleh disimpan lebih dari satu tahun dan tidak merosot.

Bagaimana cara membersihkan air dengan silikon? Tidak setiap batu kerikil sesuai untuk pemurnian air. Batu-batu yang dapat ditemukan di tebing sungai atau takungan tidak sesuai untuk menyusun air, mereka tercemar oleh alam sekitar. Anda memerlukan mineral yang diekstrak dari usus bumi. Pakar mengesyorkan penggunaan mineral dalam warna kelabu atau hitam. Lebih baik mengambil kerikil kecil untuk meningkatkan kawasan yang bersentuhan dengan air.

Pada zaman dahulu, silikon diletakkan di dasar sumur, sehingga membersihkan air dan mengubahnya menjadi penyembuhan. Sekiranya anda meletakkan kerikil di akuarium, maka air di dalamnya tidak akan mekar. Baca air shungite.

Sifat penyembuhan silikon dan air silikon

Air silikon yang diaktifkan dan tersusun mempunyai sifat aseptik dan terapeutik. Para saintis telah membuktikan bahawa air seperti itu menghancurkan flora coccal dalam tisu yang berpenyakit, meningkatkan kekuatan imun badan, dan menurunkan tekanan darah dan kolesterol..

Air disarankan dalam rawatan penyakit radang sistem pencernaan, sistem genitouriner, anemia. Ia membantu membersihkan dan menguatkan saluran darah, membran mukus badan, memperbaiki komposisi darah.

Air silikon digunakan untuk profilaksis untuk mencegah penyakit pernafasan, dengan jangkitan dan radang, ia tertimbun di hidung, lubang ditempatkan di telinga.

Penggunaan air mencegah penyakit berjangkit dan virus (hepatitis dan disentri). Air meningkatkan fungsi ginjal, proses metabolik dalam badan.

Keadaan kulit, kuku dan rambut bertambah baik.

Anda mungkin menyedari bahawa pada wanita hamil, sering disebabkan oleh kekurangan kalsium (seperti yang dikatakan oleh doktor), gigi musnah. Sebenarnya, dalam tubuh wanita hamil terdapat kekurangan silikon. Ingat di atas dalam artikel, saya mengatakan bahawa dengan kekurangan silikon, kalsium tidak diserap, oleh itu, kekurangannya timbul di dalam badan.

Pengisian semula silikon menyelesaikan sepenuhnya masalah ini. Produk yang kaya dengan silikon atau air, yang disiram dengan batu api akan sangat berguna. Anda boleh minum rebusan kulit kentang atau gandum, penyerapan ekor kuda atau dedak, yang mengandungi silikon.

Terdapat ubat tradisional kuno yang mengesyorkan kekurangan silikon dalam badan untuk mengelap kulit dengan air kencing anak kecil. Oleh kerana silikon tidak diserap sepenuhnya oleh badan, 9 g silikon setiap hari diekskresikan dalam air kencing.

Anda boleh mengelap kulit dengan merebus kulit kentang.

Dengan rambut rapuh dan ujung yang terpisah, juga mungkin menggunakan decoctions yang kaya dengan silikon (jelatang, sorrel kuda, pikulnik, ekor kuda, comfrey...). Sebilangan besar silikon mengandungi air salji cair, serta air hujan. Mineral ini terdapat di hampir semua perairan mineral..

Untuk tujuan perubatan, gunakan batu berharga dan semimulia yang mengandungi silikon: jade, lapis lazuli, aquamarine, onyx, kecubung, batu kristal, carnelian.

Dengan patah tulang. Sekali lagi, persediaan kalsium segera diresepkan kepada orang tersebut. Dan mereka tidak tahu mengenai air silikon, decoctions dan infusions yang kaya dengan silikon, atau melupakannya. Dan kalsium tanpa silikon tidak diserap oleh badan.

Cara memasak rebusan ramuan?

Semasa menyediakan rebusan dari tumbuh-tumbuhan, penting untuk membuang silikon dan tidak memusnahkan vitamin dengan memanaskan. Saya menemui kaedah menarik dari penyembuh doktor Switzerland Rudolf Brois.

Contohnya, bagaimana membuat teh ginjal? Ekor kuda mentah (15 g), jelatang Mei (10 g), knotweed (8 g), St. John's wort berlubang (6 g) diambil. Campuran ramuan ramuan cukup untuk menjalani rawatan untuk satu orang. Pertama, secubit koleksi ini ditekankan dalam segelas air panas untuk mengekstrak semua vitamin dan mineral yang terdapat dalam ramuan. Biarkan larutan tersebut disuntik.

Setelah ditapis, campuran herba yang digunakan sekali lagi dituangkan dengan 2 gelas air dan rebus selama 10 minit. Asid silikat diekstrak dari ramuan dengan mendidih ini. Setelah disaring, infus dan kaldu dicampurkan dan cecair penyembuhan yang kaya dengan silikon, mineral dan vitamin diperolehi.

Saya doakan kesihatan yang baik, pembaca yang dikasihi!

Artikel blog menggunakan gambar dari sumber terbuka di Internet. Sekiranya anda tiba-tiba melihat foto hak cipta anda, beritahu editor blog melalui borang Maklum Balas. Foto akan dihapus, atau pautan akan dimasukkan ke sumber anda. Terima kasih kerana memahami!

Silikon

Silikon adalah unsur kimia dengan simbol Si dan nombor atom 14. Ia adalah bahan kristal padat dan rapuh dengan kilauan logam kelabu-biru; ia adalah metalloid tetravalen dan semikonduktor. Ia termasuk dalam kumpulan ke-14 jadual berkala: di atasnya terdapat karbon, dan germanium, di bawahnya terdapat timah dan timah. Ia agak lengai. Kerana pertalian kimia yang sangat baik dengan oksigen, pada tahun 1823 Jones Jacob Berzelius pertama kali dapat menyiapkan dan mencirikannya dalam bentuk murni. Titik lebur dan didihnya masing-masing ialah 1414 ° C dan 3265 ° C. Suhu ini adalah yang kedua tertinggi di antara semua logam dan bukan logam, kedua selepas boron. Silikon adalah unsur kelapan yang paling banyak terdapat di Alam Semesta secara jisim, tetapi sangat jarang dijumpai sebagai unsur murni di kerak bumi. Ia paling biasa terdapat pada debu, pasir, planetoid dan planet dalam bentuk pelbagai bentuk silikon dioksida (silika) atau silikat. Lebih daripada 90% kerak bumi terdiri daripada mineral silikat, silikon adalah unsur kedua paling banyak dalam kerak bumi (sekitar 28% berat) setelah oksigen. Sebilangan besar silikon digunakan secara komersial tanpa pemisahan, dan selalunya mineral semula jadi tidak diproses. Kegunaan tersebut merangkumi pembinaan industri yang menggunakan tanah liat, pasir silika dan batu. Silikon digunakan dalam simen Portland untuk pembuatan buburan simen dan plaster, dan dicampurkan dengan pasir dan kerikil untuk pembuatan konkrit untuk jalan setapak, pembinaan bangunan dan jalan. Silikon juga digunakan dalam seramik halus seperti porselin, dan dalam kaca kuarza-soda-kapur tradisional dan banyak gelas khas lain. Campuran silikon, seperti silikon karbida, digunakan sebagai pelelas dan komponen seramik berkekuatan tinggi. Silikon adalah asas polimer sintetik yang digunakan secara meluas yang disebut silikon. Silikon juga mempunyai kesan besar terhadap ekonomi global moden. Sebilangan besar silikon bebas digunakan dalam pemurnian keluli, pemutus aluminium dan pengeluaran bahan kimia kecil (selalunya untuk pembuatan silika asap). Lebih ketara lagi, sebilangan kecil silikon unsur yang sangat dimurnikan yang digunakan dalam elektronik semikonduktor (1) Gay-Lussac dan Tenard dipercayai telah menyiapkan silikon amorf najis pada tahun 1811 dengan memanaskan kalium logam yang baru-baru ini diasingkan dengan silikon tetrafluorida, tetapi mereka belum tidak mencirikan produk dan tidak mengenalinya sebagai elemen baru. Pada tahun 1817, ahli kimia dari Scotland Thomas Thomson memberikan namanya sekarang kepada silikon. Thomson mengekalkan sebahagian dari nama Davy, tetapi menambahkan "akhir", kerana dia percaya bahawa silikon bukan logam, mirip dengan boron dan karbon. Pada tahun 1823, Jones Jacob Berzelius menyediakan silikon amorf dengan cara yang hampir sama dengan Gay-Lussac (mengurangkan fluorosilikat kalium dengan logam kalium cair), tetapi membersihkan produk tersebut menjadi serbuk coklat dengan mencuci berulang kali. [16] Akibatnya, dia biasanya dikreditkan dengan penemuan elemen ini. Pada tahun yang sama, Berzelius pertama kali menyediakan silikon tetraklorida; Silikon tetrafluorida telah disiapkan jauh sebelum itu pada tahun 1771 oleh Karl Wilhelm Scheele dengan melarutkan silikon dalam asid hidrofluorik. [11] Silikon dalam bentuk kristal yang lebih biasa disiapkan hanya 31 tahun kemudian oleh Deville. 2) Dengan elektrolisis campuran natrium klorida dan aluminium klorida yang mengandungi kira-kira 10% silikon, ia dapat memperoleh allotropi silikon yang sedikit tidak murni pada tahun 1854. Kemudian, kaedah yang lebih ekonomik dikembangkan untuk mengasingkan beberapa bentuk alotropik, yang terakhir adalah siliken, pada tahun 2010. Sementara itu, penyelidikan kimia silikon diteruskan; Friedrich Wöhler menemui hidrida silikon mudah menguap pertama dengan mensintesis trichlorosilane pada tahun 1857 dan silan sendiri pada tahun 1858, tetapi kajian terperinci mengenai silan hanya dilakukan pada awal abad ke-20 oleh Alfred Stock, walaupun terdapat anggapan awal mengenai masalah ini sejak awal perkembangan kimia organik sintetik pada tahun 1830-an tahun. 3) Di samping itu, sebatian organosilikon pertama, tetramethylsilane, disintesis oleh Charles Friedel dan James Crafts pada tahun 1863, tetapi pencirian kimia silikon terperinci dilakukan hanya pada awal abad ke-20 oleh Frederick Kipping. Sejak tahun 1920-an, karya William Lawrence Bragg mengenai kristalografi sinar-x telah berjaya menjelaskan komposisi silikat yang sebelumnya diketahui dari kimia analitik tetapi belum difahami, bersama dengan pengembangan kimia kristal oleh Linus Pauling dan pengembangan geokimia oleh Victor Goldschmidt. Pada pertengahan abad ke-20, perkembangan penggunaan kimia dan industri siloxane diperhatikan, serta peningkatan penggunaan polimer silikon, elastomer dan resin. Pada akhir abad ke-20, peta kerumitan kristalokimia silisida disusun, bersama dengan kimia keadaan pepejal semikonduktor doped. Oleh kerana silikon adalah elemen penting dalam peranti semikonduktor berteknologi tinggi, banyak tempat di dunia mempunyai namanya. Sebagai contoh, Lembah Santa Clara di California dijuluki Silicon Valley, kerana elemen ini adalah bahan utama dalam industri semikonduktor. Sejak itu, banyak tempat lain dinamakan sama, termasuk Silicon Forest di Oregon, Silicon Hills di Austin, Texas, Silicon Route di Salt Lake City, Utah, Silicon Saxony di Jerman, Silicon Valley di India, Sempadan Silikon di Mexicali, Mexico, "paya silikon" di Cambridge, England, Cincin Silikon di London, Silicon Hollow di Skotlandia, dan Depresi Silikon di Bristol, England. [25]

Ciri-ciri

Fizikal dan atom

Atom silikon mempunyai empat belas elektron. Dalam keadaan dasar, mereka berada dalam konfigurasi elektronik [Ne] 3s23p2. Empat daripadanya adalah elektron valensi yang menduduki orbit 3s, dan dua lagi adalah orbital 3p. Seperti ahli kumpulannya yang lain, karbon yang lebih ringan dan germanium, timah dan plumbum yang lebih berat, ia mempunyai bilangan elektron valensi yang sama dengan valensi orbital: oleh itu, ia dapat melengkapkan oktet dan mendapatkan konfigurasi stabil gas argon mulia, membentuk orbital hibrid sp3, membentuk turunan SiX4 tetrahedral, di mana atom silikon pusat berkongsi sepasang elektron dengan masing-masing dari empat atom yang bergabung dengannya. 4) Energi pertama pengionan silikon: masing-masing 786.3, 1576.5, 3228.3 dan 4354.4 kJ / mol; bilangan ini cukup tinggi untuk menyekat kemungkinan kimia kationik sederhana bagi suatu unsur. Mengikut arah aliran berkala, radius kovalennya dengan satu ikatan 117.6 pm adalah pertengahan antara jejari karbon (77.2 pm) dan Jerman (122.3 pm). Radius silikon ion heksacoordinat dapat dianggap sama dengan 40 pm, walaupun ini harus dianggap sebagai angka murni sewenang-wenangnya, mengingat tidak adanya kation Si4 + sederhana dalam kenyataan. Pada suhu dan tekanan standard, silikon adalah semikonduktor berkilat dengan kilauan logam kelabu kebiruan; seperti dalam hal semikonduktor, daya tahannya berkurang dengan peningkatan suhu. Ini kerana silikon mempunyai jurang tenaga yang kecil antara tahap tenaga yang diduduki tertinggi (jalur valensi) dan pita pengawal yang paling kecil (jalur konduksi). Tahap Fermi kira-kira separuh antara pita valensi dan jalur konduksi dan merupakan tenaga di mana keadaan dapat ditempati oleh elektron. Oleh itu, silikon tulen adalah penebat pada suhu bilik. Walau bagaimanapun, dengan memberikan silikon pnictogen, seperti fosfor, arsenik, atau antimoni, kita mendapat satu elektron tambahan setiap pengotor, dan mereka kemudian dapat terangsang ke dalam jalur konduksi secara termal atau fotolitik, mewujudkan semikonduktor jenis-H. Begitu juga, pencairan silikon dengan unsur dari kumpulan 13, seperti boron, aluminium atau gallium, membawa kepada pengenalan tahap akseptor yang memerangkap elektron yang dapat teruja dari jalur valensi yang diisi, mewujudkan semikonduktor jenis-p. Gabungan silikon jenis-n dengan silikon jenis-p mewujudkan persimpangan p-n dengan tahap Fermi yang sama; elektron mengalir dari n ke p, dan ruang kosong dari p ke n, mewujudkan penurunan voltan. Sambungan pn ini bertindak sebagai dioda yang dapat membetulkan arus ulang-alik, yang membolehkan aliran mengalir dengan lebih mudah dalam satu cara daripada yang lain. Transistor adalah persimpangan n-p-n dengan lapisan tipis silikon jenis p lemah di antara dua kawasan jenis-n. Perpindahan pemancar melalui voltan lulus kecil dan pengumpulan melalui voltan terbalik yang besar membolehkan transistor bertindak sebagai penguat triode. Silikon mengkristal dalam struktur kovalen raksasa dalam keadaan standard, khususnya, dalam kisi berlian kubik. Oleh itu, ia mempunyai titik lebur 1414 ° C yang tinggi, kerana memerlukan banyak tenaga untuk memutuskan ikatan kovalen yang kuat dan mencairkan pepejal. Tidak ada yang diketahui mengenai sama ada bahan mempunyai alotrop pada tekanan standard, tetapi beberapa struktur kristal lain mempunyai alotrop pada tekanan yang lebih tinggi. Kecenderungan umum adalah peningkatan bilangan koordinasi dengan tekanan yang meningkat, yang memuncak pada allotrope padat heksagon pada sekitar 40 gigapascal, yang dikenal sebagai Si - VII (perubahan standar adalah Si - I). Silikon mendidih pada 3265 ° K: walaupun suhu tinggi, ia lebih rendah daripada suhu di mana karbon relatifnya yang lebih ringan (3642 ° K) diendapkan. Silikon, seperti ini, mempunyai suhu penyejatan yang lebih rendah daripada karbon, yang disebabkan oleh fakta bahawa ikatan Si - Si lebih lemah daripada ikatan C - C. 5)

Isotop

Silikon semula jadi terdiri daripada tiga isotop stabil 28Si (92.23%), 29Si (4.67%) dan 30Si (3.10%). Dari jumlah tersebut, hanya 29Si yang digunakan dalam spektroskopi NMR dan EPR, kerana ia adalah satu-satunya dengan putaran nuklear (I = ½). Kesemua 3 dihasilkan dalam bintang semasa pembakaran oksigen, dengan 28Si dibuat sebagai sebahagian daripada proses alpha dan, oleh itu, yang paling biasa. Penggabungan 28Si dengan zarah alfa dari penyusunan semula fotodisintegrasi dalam bintang disebut proses membakar silikon; ini adalah peringkat terakhir nukleosintesis bintang sebelum kejatuhan dan letupan bintang yang cepat dalam supernova jenis II. Dua puluh radioisotop, 2 daripada 32Si paling stabil dengan jangka hayat kira-kira 150 tahun, dan 31Si dengan jangka hayat 2.62 jam dicirikan. Semua isotop radioaktif yang tersisa mempunyai jangka hayat kurang dari tujuh saat, dan kebanyakannya mempunyai separuh hayat kurang dari sepersepuluh sesaat. Silikon tidak mempunyai isomer nuklear yang diketahui. 32Si mengalami penurunan beta tenaga rendah pada 32P dan kemudian stabil pada 32S. 31Si dapat dihasilkan dengan mengaktifkan neutron silikon semula jadi dan, dengan itu, berguna untuk analisis kuantitatif; ia dapat dikesan dengan mudah kerana pelarasan beta ciri untuk menstabilkan 31P, di mana elektron yang dipancarkan memindahkan tenaga sehingga 1.48 MeV. 6) Isotop silikon yang diketahui berbeza-beza dalam jumlah jisim dari 22 hingga 44. Kaedah yang paling biasa untuk menguraikan isotop dengan bilangan jisim di bawah tiga isotop stabil adalah pembusukan beta terbalik, terutamanya membentuk isotop aluminium (13 proton) dalam bentuk produk reput. Kaedah pereputan yang paling biasa untuk isotop tidak stabil yang lebih berat adalah peluruhan beta, terutamanya membentuk isotop fosforus (15 proton) sebagai produk peluruhan.

Kimia dan Sebatian

Silikon pukal kristal agak lengai, tetapi menjadi lebih reaktif pada suhu tinggi. Seperti aluminium yang bersebelahan, silikon membentuk lapisan permukaan berterusan silikon dioksida nipis (SiO2), yang melindungi logam daripada pengoksidaan. Oleh itu, silikon tidak bertindak balas dengan udara di bawah 900 ° C, tetapi pembentukan dioksida vitreous dengan cepat meningkat antara 950 ° C dan 1160 ° C, dan ketika 1400 ° C tercapai, nitrogen atmosfera juga bertindak balas untuk memberikan nitrida SiN dan Si3N4. Silikon bertindak balas dengan sulfur gas pada suhu 600 ° C dan fosforus gas pada suhu 1000 ° C. Lapisan oksida ini, bagaimanapun, tidak mengganggu tindak balas dengan halogen; fluorin menyerang silikon dengan kuat pada suhu bilik, klorin melakukan ini pada suhu sekitar 300 ° C, bromin dan iodin pada suhu sekitar 500 ° C. Silikon tidak bertindak balas dengan kebanyakan asid berair, tetapi dioksidakan dan difluorinasi dengan campuran asid nitrik pekat dan asid hidrofluorik; mudah larut dalam alkali berair panas, membentuk silikat. Pada suhu tinggi, silikon juga bertindak balas dengan halogen alkil; tindak balas ini dapat dikatalisis oleh tembaga untuk mensintesis silikon klorida sebagai pendahulu kepada polimer silikon. Apabila cair, silikon akan sangat reaktif, menyatu dengan kebanyakan logam, membentuk silikida, dan mengurangkan kebanyakan oksida logam, kerana suhu pembentukan silikon dioksida begitu tinggi. Akibatnya, bekas untuk silikon cair mesti dibuat dari bahan tahan api, tidak aktif seperti zirkonia atau borida kumpulan 4, 5 dan 6. Koordinasi tetrahedral adalah motif struktur utama dalam kimia silikon, dan juga untuk kimia karbon. Walau bagaimanapun, sublevel 3p lebih tersebar daripada sublevel 2p dan tidak diselaraskan dengan sublevel 3s. Akibatnya, kimia silikon dan kongenernya yang lebih berat menunjukkan perbezaan yang signifikan dari kimia karbon 7), dan dengan itu, koordinasi oktahedral juga signifikan. Contohnya, elektronegativiti silikon (1.90) jauh lebih kecil daripada karbon (2.55), kerana elektron valensi silikon lebih jauh dari nukleus daripada karbon, dan oleh itu mengalami daya tarikan elektrostatik yang kurang dari nukleus. Pertindihan orbital 3p yang lemah membawa kepada kecenderungan ikatan yang lebih rendah (pembentukan ikatan Si - Si) untuk silikon daripada karbon, kerana kelemahan ikatan Si - Si yang berkaitan dengan ini berbanding dengan ikatan C - C: tenaga pengikat rata-rata Si - Si kira-kira 226 kJ / mol, dibandingkan dengan 356 kJ / mol untuk ikatan C - C. Ini membawa kepada kenyataan bahawa silikon ikatan berganda umumnya kurang stabil daripada karbon relatifnya, yang merupakan contoh peraturan ikatan berganda. Sebaliknya, kehadiran orbital tiga dimensi dalam cangkang silikon valensi menunjukkan kemungkinan hipervalensi, yang diperhatikan pada turunan lima dan enam koordinat silikon, seperti SiX - 5 dan SiF2–6. Akhirnya, kerana jurang tenaga yang semakin meningkat antara orbital valensi S dan P ketika kumpulan itu berkurang, keadaan divalen meningkat dari karbon ke plumbum, sehingga beberapa sebatian divalen yang tidak stabil dikenali sebagai silikon; penurunan dalam keadaan pengoksidaan tanah, bersamaan dengan peningkatan radiasi atom, membawa kepada peningkatan watak logam di bawah kumpulan. Silikon sudah menunjukkan beberapa tingkah laku logam yang baru lahir, terutamanya dalam tingkah laku sebatian oksida dan tindak balasnya dengan asid dan basa (walaupun ini memerlukan sedikit usaha), dan oleh itu sering disebut sebagai logam bukan logam. Walau bagaimanapun, logam tidak akan jelas pada kumpulan 14 sebelum germanium dan dominan hingga timah, dengan semakin pentingnya keadaan pengoksidaan yang lebih rendah +2. Silikon menunjukkan perbezaan yang jelas dari karbon. Sebagai contoh, dalam kimia organik sangat sedikit analog dengan silikon kimia, sementara mineral silikat mempunyai kerumitan struktur yang tidak dapat dilihat dalam karbon oksida. Silikon jauh lebih mirip dengan germanium daripada karbon, dan kesamaan ini ditingkatkan dengan pengurangan blok-d, akibatnya ukuran atom germanium jauh lebih dekat dengan ukuran atom silikon daripada yang diperkirakan trend berkala. Walau bagaimanapun, masih terdapat beberapa perbezaan kerana kepentingan germanium divalen yang semakin meningkat berbanding dengan silikon, yang menyebabkan fakta bahawa germanium adalah bahan logam yang jauh lebih banyak daripada silikon. Di samping itu, kekuatan sebatian Ge - O yang lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan sebatian Si - O menyebabkan tidak adanya polimer "gremanon", yang akan serupa dengan polimer organosilikon.

Silisida

Banyak silikida logam diketahui, yang kebanyakannya mempunyai formula yang tidak dapat dijelaskan dengan tarikan sederhana terhadap keberanian: pengikatannya berkisar dari logam hingga ionik dan kovalen. Beberapa stoikiometri terkenal: M6Si, M5Si, M4Si, M15Si4, M3Si, M5Si2, M2Si, M5Si3, M3Si2, MSI, M2Si3, MSi2, MSi3 dan MSi6. Mereka secara struktural lebih mirip dengan borida daripada karbida, sesuai dengan hubungan pepenjuru antara boron dan silikon, walaupun ukuran silikon yang lebih besar dibandingkan dengan boron bermaksud bahawa terdapat sedikit analogi struktur yang tepat dan zatnya berjauhan. Panas pembentukan silikida biasanya serupa dengan borida dan karbida unsur yang sama, tetapi biasanya ia mencair pada suhu yang lebih rendah. 8) Silikida dikenali untuk semua elemen stabil dalam kumpulan 1-10, kecuali berilium: khususnya, logam uranium dan logam peralihan kumpulan 4-10 menunjukkan jangkauan stoikiometri yang paling luas. Dengan pengecualian tembaga, logam dalam kumpulan 11-15 tidak membentuk silikida. Sebaliknya, kebanyakan daripadanya membentuk campuran eutektik, walaupun logam pasca peralihan yang paling berat, merkuri, thallium, plumbum dan bismut, tidak sepenuhnya bercampur dengan silikon cair. Biasanya silikida diperoleh dengan tindak balas langsung unsur-unsur. Contohnya, logam alkali dan logam alkali bumi bertindak balas dengan silikon atau silikon oksida untuk menghasilkan silikida. Walau bagaimanapun, walaupun dengan unsur-unsur yang sangat elektropositif, anion silikon sejati tidak terbentuk, dan sebilangan besar sebatian ini adalah semikonduktor. Sebagai contoh, silikida logam alkali (M +) 4 (E4-4) mengandungi silikon piramid trikoordinat dalam anion Cu4-4, isoelektronik dengan fosforus putih, P4. Sicilides yang mengandungi sejumlah besar logam, sebagai peraturan, mempunyai atom silikon yang terasing (contohnya, Cu5Si). Dengan peningkatan kandungan silikon, pembentukan rantai meningkat, yang membawa kepada kelompok terpencil dua (misalnya, U3Si2) atau empat atom silikon (contohnya, [K +] 4 [Cu4] 4−), pertama dan kemudian di sepanjang rantai (El. ACP), lapisan (misalnya, CaSi2), atau rangkaian tiga dimensi atom silikon yang merangkumi ruang (misalnya, α-ThSi2), kerana kandungan silikon meningkat lebih tinggi lagi. Silikida logam kumpulan 1 dan 2 biasanya lebih reaktif daripada silikida logam peralihan. Yang terakhir biasanya tidak bertindak balas dengan reagen berair, kecuali asid hidrofluorik; namun, mereka bertindak balas dengan reagen yang lebih agresif, seperti kalium hidroksida cair, atau fluor atau gas klorin dalam keadaan panas-merah. Sebaliknya, silikida logam pra-peralihan mudah bertindak balas dengan air dan asid berair, biasanya menghasilkan hidrogen atau silan: Na2Si + 3 Н2О → Na2SiO3 + 3 Н2 Mg2Si + 2 Н2ЅО4 → 2 MgSO4 + Produk SiH4 sering berbeza kerana stoikiometri reaktan silida. Sebagai contoh, Ca2Si polar dan tidak konduktif, dan mempunyai struktur anti-PbCl2 dengan atom silikon terpencil tunggal dan bertindak balas dengan air untuk menghasilkan kalsium hidroksida, silikon dioksida terhidrat dan hidrogen. CaSi dengan rantai zigzag atom silikonnya, sebaliknya, bertindak balas untuk memberikan silan dan polimer SiH2, sementara CaSi2 dengan lapisan atom silikon yang berkerut bertindak balas dengan air dan bertindak balas dengan asid hidroklorik cair: produk ini adalah pepejal polimer kuning dengan stoikiometri Si2H2O.

Warga Silan

Refleksi mengenai kimia silikon hidrida bermula pada tahun 1830-an, semasa era perkembangan kimia organik sintetik. Silane sendiri, serta trichlorosilane, pertama kali disintesis oleh Friedrich Weller dan Heinrich Buff pada tahun 1857 oleh interaksi paduan aluminium-silikon dengan asid hidroklorik dan dicirikan sebagai SiH4 dan SiHCl3 oleh Charles Friedel dan Albert Ladenburg pada tahun 1867. Disilan (Si2H6) digambarkan pada tahun 1902, ketika pertama kali disintesis oleh Henri Moissan dan Samuel Smiles oleh protonolisis magnesium silikida. Penyelidikan lebih lanjut terpaksa ditangguhkan hingga tahun 1916 kerana reaktiviti dan ketidakstabilan terma silan yang besar; pada masa itulah Alfred Stock mula mempelajari silikon hidrida dengan serius menggunakan kaedah vakum bebas minyak baru, kerana mereka ditemui sebagai pencemar yang menjadi tumpuannya, boron hidrida. Nama silan dan boranya diciptakan olehnya, berdasarkan analogi dengan alkana. 9) Hingga kini, kaedah Moissan and Smiles telah digunakan untuk mendapatkan silan dan turunan silan dengan protonolisis silikida logam, walaupun hasilnya dikurangkan oleh hidrolisis produk, yang berlaku secara serentak, jadi jalan yang disukai hari ini adalah merawat silan yang diganti dengan agen pengurangan hidrida, seperti lithium aluminium hidrida, dalam larutan eter pada suhu rendah. Reaksi langsung HX atau RX dengan silikon, mungkin dengan pemangkin seperti tembaga, juga merupakan kaedah yang sesuai untuk menghasilkan silan yang diganti. Silanes membentuk siri hidrida silikon yang homolog dengan formula umum SinH2n + 2. Kesemuanya adalah agen pengurangan kuat. Rantai tidak bercabang dan bercabang diketahui hingga n = 8, dan kitaran Si5H10 dan Si6H12 juga diketahui. 2 yang pertama, gas silana dan disilana, tidak berwarna; anggota siri yang lebih berat ialah cecair penyejat. Semua silan sangat reaktif dan mengambil api atau meletup secara spontan di udara. Mereka tidak akan stabil secara termal pada suhu bilik, sehingga hanya silana yang akan stabil pada suhu bilik, walaupun disilane tidak terurai dengan cepat (hanya 2.5% sampel terurai setelah 8 bulan). Mereka terurai untuk membentuk polysilicon hidrida dan hidrogen polimer. 10) Seperti yang dijangkakan dari perbezaan berat atom, silan kurang mudah menguap daripada alkana dan boran yang sesuai, tetapi lebih mudah berubah daripada kuman yang sesuai. Mereka jauh lebih sensitif daripada alkana yang sesuai, kerana radius silikon yang lebih besar berbanding karbon, memudahkan serangan nukleofilik pada silikon, dengan polaritas ikatan Si - H yang lebih besar berbanding C - H, dan kemampuan silikon untuk mengembangkan oktetnya dan, oleh itu, membentuk adducts dan mengurangkan tindak balas tenaga pengaktifan. Pirolisis silan menghasilkan spesies polimer dan, akhirnya, silikon unsur dan hidrogen; sememangnya, silikon ultrapure dihasilkan secara komersial oleh pirolisis silan. Walaupun penguraian terma alkana dimulakan dengan pemecahan ikatan C - H atau C - C dan pembentukan perantaraan radikal, polylysans terurai dengan menghilangkan radikal: SiH2 atau: SiHR, kerana tenaga pengaktifan proses ini (

210 kJ / mol) jauh lebih kecil daripada tenaga ikatan dalam Si - Si dan Si - H. Walaupun silan tulen tidak bertindak balas dengan air tulen atau asid cair, jejak alkali memangkin hidrolisis segera menjadi silikon dioksida terhidrat. Sekiranya tindak balas dijalankan dalam metanol, solvolisis terkawal membawa kepada produk SiH2 (OMe) 2, SiH (OMe) 3 dan Si (OMe) 4. Ikatan Si - H juga ditambahkan ke alkena, suatu reaksi yang berlanjutan perlahan dan dipercepat dengan peningkatan penggantian silan yang digabungkan. Pada suhu 450 ° C, silan terlibat dalam reaksi penambahan dengan aseton, dan juga dalam reaksi pembukaan cincin dengan etilena oksida. Reaksi langsung silan dengan klorin atau bromin menyebabkan letupan pada suhu bilik, tetapi reaksi silan dengan bromin pada suhu -80 ° C dikawal dan memberikan bromosilane dan dibromosilane. Monogalosilan dapat terbentuk dengan mereaksi silan dengan hidrogen halida yang sesuai dengan pemangkin Al2X6 atau dengan bertindak balas silan dengan halida perak padat dalam reaktor yang dipanaskan aliran: SiH4 + 2 AgCl 260 ° C → SiH3Cl + HCl + 2 Ag Di antara turunan silan, iodosilane (SiH3I) dan Kalium silanida (KSiH3) adalah perantara sintetik yang sangat berguna dalam penghasilan campuran yang mengandungi silikon yang lebih kompleks: yang terakhir adalah pepejal ionik kristal tanpa warna yang mengandungi kation k + dan anion SiH - 3 dalam struktur NaCl, dibuat dengan mengurangkan silan dengan logam kalium. Selain itu, spesies hipervalen reaktif SiH - 5 juga dikenali. [24] Dengan substituen organik yang sesuai, adalah mungkin untuk menghasilkan polysilan yang stabil: mereka mempunyai kekonduksian elektrik yang sangat tinggi yang berkaitan dengan penghapusan sigma elektron dalam litar. sebelas)

Halides

Silikon dan silikon karbida cepat bertindak balas dengan keempat halogen stabil, membentuk tetrahalida silikon tidak berwarna, aktif secara kimia dan tidak menentu. Tetrafluorida silikon juga dapat dibuat dengan memfluorinasi halida silikon lain, dan dihasilkan oleh tindakan asid hidrofluorik pada kaca. 12) Pemanasan dua tetrahalida yang berlainan bersama-sama juga menghasilkan campuran halida campuran secara rawak, yang juga dapat diperoleh melalui reaksi pertukaran halogen. Titik lebur dan didih spesies ini biasanya meningkat dengan bertambahnya jisim atom, walaupun terdapat banyak pengecualian: misalnya, titik lebur dan didih jatuh ketika melalui SiFBr3 melalui SiFClBr2 ke SiFCl2Br. Peralihan dari elemen hipoelektronik pada kumpulan 13 dan sebelumnya, ke kumpulan elemen 14 digambarkan oleh peralihan dari struktur ionik tak terbatas aluminium fluorida dalam kisi molekul kovalen sederhana silikon tetrafluorida, yang ditentukan oleh elektronegativiti aluminium yang lebih rendah berbanding silikon, stoikiometri (dari keadaan pengoksidaan +4 terlalu tinggi untuk keaslian sebenar), dan atom silikon yang lebih kecil berbanding dengan atom aluminium. Silikon tetraklorometana dihasilkan secara besar-besaran sebagai pendahulu dalam pengeluaran silikon tulen, silikon dioksida, dan ester silikon tertentu. Tetrahalida silikon mudah dihidrolisis di dalam air, tidak seperti tetrahalida karbon, sekali lagi, kerana ukuran atom silikon yang lebih besar, yang menjadikannya lebih terbuka terhadap serangan nukleofilik, dan kemampuan atom silikon untuk mengembangkan oktetnya, yang tidak dimiliki karbon. Tindak balas silikon fluorida dengan lebihan asid hidrofluorik menghasilkan octahedral anion hexafluorosilicate SiF2-6. Begitu juga dengan silan, halopolisilan SinX2n + 2 juga diketahui. Walaupun pembentukan ikatan dalam sebatian karbon adalah maksimum dalam sebatian hidrogen, dan bukan halida, sebaliknya berlaku untuk silikon, jadi sekurang-kurangnya halopolysilan Si14F30, Si6Cl14 dan Si4Br10 diketahui. Penjelasan yang dicadangkan mengenai fenomena ini adalah pampasan kerugian elektron silikon yang memihak kepada atom halogen yang lebih elektronegatif dengan ikatan terbalik pi dari orbital pπ yang terisi pada atom halogen hingga kosong db-orbital silikon: ini serupa dengan keadaan karbon monoksida dalam kompleks karbonil logam dan menjelaskan kestabilannya. Halopolysilan ini dapat diperoleh dengan menggabungkan tetrachalides silikon dengan silikon elemen, atau dengan memeluwatkan halopolysilanes yang lebih ringan (trimethylammonium adalah pemangkin berguna untuk tindak balas ini).

Silika Silicon dioxide (SiO2), juga dikenali sebagai silika, adalah salah satu campuran yang paling banyak dikaji, yang kedua selepas air. Dua belas pengubahsuaian kristal silika yang berbeza diketahui, yang paling umum adalah α-kuarza, komponen utama banyak batuan, seperti granit dan batu pasir. Silika dalam bentuk tulennya dijumpai sebagai kristal batu; bentuk tidak bersih - kuarza mawar, kuarza berasap, morion, kecubung dan sitrin. Beberapa bentuk kuarza yang lemah kristal juga diketahui, seperti kalsedon, chrysoprase, carnelian, agate, onyx, jasper, heliotrope dan batu api. Pengubahsuaian lain dari silikon dioksida terdapat dalam beberapa mineral lain, seperti tridymite dan cristobalite, dan juga lebih jarang - coesite dan stishovite. Bentuk yang dihasilkan secara biologi juga dikenali sebagai kieselguhr dan tepung gunung. Silika Vitreous dikenali sebagai tektite dan obsidian, dan jarang sebagai lecheriteri. Beberapa bentuk sintetik dipanggil keatite dan W-silika. Opal terdiri daripada agregat kristal kompleks dari silikon dioksida yang sebahagiannya terhidrat. Sebilangan besar bentuk silika kristal terdiri daripada susunan tetrahedron yang tidak berkesudahan (dengan Si di tengah) dihubungkan di sudut, dengan setiap atom oksigen terikat pada dua atom silikon. Dalam bentuk termodinamik yang stabil, pada suhu bilik, berhampiran α-kuarza, tetrahedra ini disambungkan ke rantai lingkaran yang saling berkait dengan dua jarak Si - O yang berbeza (159.7 dan 161.7 malam) dengan sudut Si - O - Si 144 °. Heliks ini boleh berbentuk tangan kiri atau kanan, sehingga kristal α-kuarza individu aktif secara optik. Pada suhu 537 ° C, ia berubah dengan cepat dan terbalik menjadi β-kuarza yang serupa dengan perubahan sudut Si - O - Si menjadi 155 °, tetapi dengan pengekalan arah. Pemanasan selanjutnya hingga 867 ° C membawa peralihan fasa terbalik yang lain ke β-tridymite, di mana beberapa ikatan Si - O diputuskan untuk memastikan lokasi tetrahedra menjadi struktur heksagon yang lebih terbuka dan kurang padat. Peralihan ini lambat, dan oleh itu, dridimite diciptakan sebagai mineral metastable walaupun pada suhu di bawah suhu peralihan ini; apabila disejukkan pada suhu sekitar 120 ° C, ia berubah dengan cepat dan terbalik kerana pergeseran atom silikon dan oksigen individu yang tidak signifikan menjadi α-tridimit, serupa dengan peralihan dari α-kuarza ke β-kuarza. β-tridymite perlahan-lahan berubah menjadi β-cristobalite kubik pada suhu sekitar 1470 ° C, yang sekali lagi wujud metastabil di bawah suhu peralihan ini dan ditukar pada 200-280 ° C menjadi α-cristobalite menggunakan anjakan atom kecil. β-kristobalit mencair pada suhu 1713 ° C; pembekuan silika dari lebur agak lambat, dan sebaliknya, vitrifikasi atau pembentukan kaca mungkin berlaku. Dalam silika vitreous, tetrahedron tetap bersudut, tetapi simetri dan berkala bentuk kristal hilang. Oleh kerana transformasi yang perlahan di antara ketiga-tiga bentuk ini, dengan pemanasan yang cepat dapat mencairkan β-kuarza (1550 ° C) atau β-tridymite (1703 ° C). Silika mendidih pada suhu sekitar 2800 ° C. Terdapat bentuk silika voltan tinggi yang lain, seperti coesite dan stishovite: wujud di alam semula jadi, dan terbentuk di bawah tekanan hentaman meteorit, dan kemudian disejukkan dengan cepat untuk mengekalkan struktur kristal. Peleburan dan penyejukan silika yang serupa berlaku selepas sambaran petir, membentuk lecheleleri vitreous. W-silika - bentuk ketumpatan rendah yang tidak stabil, termasuk tetrahedra mempunyai sisi yang berlawanan dan bukan sudut, membentuk rantai selari seperti silikon disulfida (SiS2) dan silikon dislenida (SiSe2): ia dengan cepat mula membentuk silika amorf apabila terkena suhu tinggi atau air. 13) Silika agak lengai secara kimia. Ia tidak diserang oleh sebarang asid, kecuali asid hidrofluorik. Walaupun begitu, larut secara perlahan dalam alkali pekat panas, dan dengan cepat dalam hidroksida lebur atau karbonat logam, membentuk silikat. Di antara unsur-unsur, ia hanya diserang oleh fluor pada suhu bilik, membentuk tetrafluorida silikon: hidrogen dan karbon juga bertindak balas, tetapi memerlukan suhu melebihi 1000 ° C. Walau bagaimanapun, silika bertindak balas dengan sejumlah besar oksida logam dan metaloid, membentuk pelbagai campuran, penting dalam industri kaca dan seramik, serta mempunyai banyak kelebihan lain: sebagai contoh, natrium silikat sering digunakan dalam deterjen sintetik kerana penyangga, penyapuan dan sifat emulsi.

Asid silikat

Menambah air ke silika menurunkan titik leburnya sekitar 800 ° C kerana kerosakan struktur dengan menggantikan ikatan Si - O - Si dengan kumpulan Si - OH yang berakhir. Peningkatan kepekatan air menyebabkan pembentukan gel silika terhidrat dan penyebaran silika koloid. Banyak hidrat dan asid silikat terdapat dalam larutan akueus cair, tetapi larut dan cepat mengendap dan mengembun dan memautkan silang, membentuk pelbagai asid polisilikat dari pelbagai kombinasi, mengikuti formula [SiOx (OH) 4−2x] n, seperti boron, aluminium dan besi, antara unsur lain. Oleh itu, walaupun beberapa asid silikat sederhana dalam larutan cair telah dikenalpasti, seperti asid ortosilikat Si (OH) 4 dan asid metasilat SiO (OH) 2, tidak satu pun dari mereka mungkin wujud dalam keadaan pepejal.

Mineral silikat

Kira-kira 95% kerak bumi terdiri daripada silika atau mineral silikat dan aluminosilikat, yang tercermin dalam oksigen, silikon dan aluminium, tiga elemen kerak bumi yang paling umum (dalam urutan ini). Secara jisim, silikon membentuk 27.7% kerak bumi. Kristal silikon tulen sangat jarang berlaku, tetapi pengecualian yang ketara adalah kristal berdiameter hingga 0.3 mm yang ditemui semasa pengambilan sampel gas dari gunung berapi Kudryavy di salah satu Kepulauan Kuril-Iturup. 14) Mineral silikat dan aluminosilikat mempunyai banyak struktur dan stoikiometri yang berbeza, tetapi ia dapat dikelaskan mengikut beberapa prinsip umum. Unit Tetrahedral adalah biasa bagi hampir semua sebatian ini, baik dalam bentuk struktur diskrit, atau digabungkan menjadi unit yang lebih besar dengan berkongsi atom oksigen sudut. Mereka boleh dibahagikan kepada bukan silikat (diskrit unit) tidak mempunyai atom oksigen biasa, sorosilikat (diskrit unit) mempunyai satu oksigen biasa, siklo-silikat (struktur cincin tertutup) dan silikat asing (rantai berterusan atau struktur seperti pita) dan mempunyai dua oksigen biasa, filo-silikat (kepingan pepejal) mempunyai tiga, dan tecto-silikat (berterusan struktur tiga dimensi) mempunyai empat. Kisi atom oksigen, sebagai peraturan, dikemas padat, atau dekat dengannya, dengan muatan yang seimbang dengan kation lain di laman web polyhedral yang berbeza, bergantung pada ukurannya. Orthosilicates MII2SiO4 (M = Be, Mg, Mn, Fe, Zn) dan ZrSiO4 adalah nonsilikat. Be2SiO4 (phenakite) tidak biasa kerana kedua-dua BeII dan SiIV menempati empat laman web tetrahedral yang diselaraskan; kation divalen lain, sebaliknya, menempati enam tapak oktahedral yang terkoordinasi, dan sering diganti secara isomorfik satu sama lain, seperti di olivine, (Mg, Fe, Mn) 2SiO4. Zircon, ZrSiO4, memerlukan 8-koordinasi kation ZrIV, kerana stoikiometri dan kerana radius ionnya yang lebih besar (84 pm). Juga penting ialah garnet, [MII3MIII2 (SiO4) 3], di mana kation divalen (misalnya, Ca, Mg, Fe) adalah koordinat lapan dan kation sepele adalah enam koordinat (misalnya, Al, Cr, Fe). Koordinasi biasa tidak selalu ada: sebagai contoh, ia tidak terdapat di Ca2SiO4, yang menggabungkan enam dan lapan lokasi koordinat untuk CaII. Sorosilikat, termasuk blok tetrahedral double atau triple diskrit, agak jarang berlaku: metasilicates termasuk yang siklik juga diketahui. 15) Metililikat rantai, <Ѕіо2−3>∞, dibentuk dengan berkongsi sudut rantai tetrahedra yang bersambung . Banyak perbezaan timbul kerana jarak pengulangan konformasi yang berlainan di sepanjang garis tetrahedron. Jarak berulang = dua adalah yang paling biasa, seperti pada kebanyakan mineral piroksena, tetapi jarak berulang sama dengan satu, tiga, empat, lima, enam, tujuh, sembilan dan dua belas juga diketahui. Rantai-rantai ini kemudian dapat saling bersambung, membentuk rantai berganda dan pita, seperti pada mineral asbestos, termasuk rantai berulang cincin siklik tetrahedron. Lapisan silikat, seperti mineral tanah liat dan mika, sangat biasa, dan sering terbentuk oleh penghubung silang mendatar dari rantai metasilat atau pemeluwapan satah blok yang lebih kecil. Contohnya ialah kaolinite [Al2 (oh) 4Si2O5]; Dalam banyak mineral ini, penggantian kation dan anion adalah perkara biasa, sehingga, misalnya, tetrahedral SiIV dapat diganti dengan AlIII, AlIII - MgII, dan OH− F−. Kerangka tiga dimensi aluminosilikat strukturnya sangat kompleks; mereka dapat dipahami sebagai bentuk awal dari struktur SiO2, tetapi menggantikan hingga separuh atom SiIV dengan AlIII, mereka memerlukan penyertaan sebilangan besar kation dalam struktur untuk menyeimbangkan muatan. Contohnya termasuk feldspars (mineral yang paling biasa di Bumi), zeolit, dan ultramarin. Banyak feldspars dapat dianggap sebagai bagian dari sistem terner NaAlSi3O8-KAlSi3O8-CaAl2Si2O8. Kisi mereka hancur oleh tekanan tinggi, mendorong AlIII menjalani enam koordinasi dan bukannya empat koordinasi, dan reaksi pemusnahan feldspar ini mungkin menjadi alasan untuk batas Mokhorovichich, yang menunjukkan bahawa kerak dan mantel mempunyai komposisi kimia yang sama, tetapi kisi yang berbeza, walaupun ini bukan pendapat universal. Zeolit ​​mempunyai banyak rongga polyhedral dalam kerangka mereka (cuboctaegers terpotong adalah yang paling biasa, tetapi polyhedra lain juga dikenali sebagai rongga zeolit), yang memungkinkan mereka memasukkan molekul yang terikat longgar, seperti air, dalam strukturnya. Ultramarin berganti atom silikon dan aluminium dan merangkumi banyak anion lain, seperti Cl -, SO2−4, dan S2−2, tetapi sebaliknya serupa dengan feldspars.

Sebatian tak organik lain

Silikon disulfida (SiS2) terbentuk semasa pembakaran silikon dalam sulfur gas pada 100 ° C; pemejalwapan sebatian akhir dalam nitrogen membawa kepada pembentukan serat panjang putih dan fleksibel yang menyerupai asbestos, dengan struktur yang serupa dengan W-silika. Bahan ini mencair pada suhu 1090 ° C dan menyejat pada suhu 1250 ° C; pada suhu dan tekanan tinggi, ia berubah menjadi struktur kristal yang serupa dengan kristobalit. Walau bagaimanapun, SiS2 tidak mempunyai pelbagai struktur SiO2, dan cepat dihidrolisis ke silika dan hidrogen sulfida. Ia juga cepat dan sepenuhnya mengalami ammonolisis dengan ammonia cair seperti berikut, untuk membentuk imida: SiS2 + 4 NH3 → Si (NH) 2 + 2 NH4SH. Ia bertindak balas dengan sulfida natrium, magnesium, aluminium, dan besi untuk membentuk logam tiosilikat: reaksi dengan etanol membawa kepada tetraetil silikat Si (OEt) 4 dan hidrogen sulfida. Etil silikat berguna kerana hidrolisis terkawalnya membentuk gam atau silika seperti filem. Hidrogen sulfida bertindak balas dengan silikon tetrahalida, mewujudkan silikon thionalides, misalnya S (SiCl) 3, siklik Cl2Si (μ-S)) 2SiCl2, dan kristal (SiSCl2) 4. Walaupun peraturan ikatan berganda, organosilaneton stabil RR'Si = S diperoleh kerana mekanisme penstabilan koordinasi antar molekul melalui kumpulan amina. Silikon nitrida, Si3N4, dapat terbentuk secara langsung dengan reaksi silikon dengan nitrogen di atas 1300 ° C, tetapi kaedah pengeluaran yang lebih ekonomik adalah pemanasan silika dan kok dalam aliran nitrogen dan hidrogen pada suhu 1500 ° C. Ini adalah cara yang baik, jika tidak kerana kerumitan kerja: secara kimia ia hampir sepenuhnya lengai, dan bahkan di atas 1000 ° C, ia mengekalkan kekuatan, bentuknya dan masih tahan terhadap kehausan dan kakisan. Bahan ini sangat padat (9 pada skala kekerasan Mohs), hanya dapat dipisahkan pada suhu 1900 ° C pada 1 atm, dan agak padat (kepadatan 3,185 g / cm3), kerana strukturnya yang padat ia serupa dengan fenakite (Be2SiO4). Bahan tahan api yang serupa adalah Si2N2O, yang terbentuk dengan memanaskan silikon dan silika pada suhu 1450 ° C dalam aliran argon yang mengandungi 5% nitrogen, dengan penyertaan silikon 4-koordinat dan nitrogen 3-koordinat, yang berubah menjadi jubin heksagon berkerut yang saling berkaitan dengan Si - O - Si tidak linear hubungan antara satu sama lain. Tindak balas silil halida dengan turunan amonia atau alkil ammonium dalam fasa gas atau dalam larutan etanol memberikan pelbagai silamida yang mudah menguap, yang merupakan analog silikon bagi amina: 3 SiH3Cl + 4 NН3 → Н (SiH3) 3 + 3 NH4Cl SiH3Br + 2 Me2NH → SiH3NMe2R Me2 + + 5 N2H4 → (SiH3) 2 NN (SiH3) 2 + 4 N2H5I Banyak sebatian seperti itu disediakan, satu-satunya batasan yang diketahui ialah nitrogen selalu tersier, dan spesies yang mengandungi kumpulan SiH - NH tidak stabil pada suhu bilik. Stoikiometri di sekitar atom nitrogen dalam sebatian seperti N (SiH3) 3is adalah rata, yang dikaitkan dengan interaksi pπ - dπ antara satu pasangan pada nitrogen dan orbital dπ kosong pada silikon. Begitu juga, trizylamin lebih lemah sebagai ligan daripada rakan karbonnya, amina tersier, walaupun penggantian beberapa kumpulan SiH3 CH3 dengan kumpulan mengurangkan kekurangan ini. Sebagai contoh, N (SiH3) 3 sama sekali tidak membentuk adduct dengan BH3, sementara MeN (SiH3) 2 dan Me2NSiH3 membentuk adduct pada suhu rendah, yang terurai semasa pemanasan. Beberapa analog silikon imina dengan ikatan berganda Si = N diketahui: But2Si = n-SiBut3 pertama kali ditemui pada tahun 1986.

Silikon karbida

Silikon karbida (SiC) pertama kali dibuat oleh Edward Goodrich Acheson pada tahun 1891, yang menamakan kompaun carborundum, merujuk pada kekerasan antara dan pengikisan antara berlian (karbon allotrope) dan korundum (aluminium oksida). Tidak lama kemudian, dia mendirikan sebuah syarikat untuk pengeluarannya, dan hari ini sekitar satu juta tan dihasilkan setiap tahun. Silikon karbida wujud dalam kira-kira 250 bentuk kristal. Polimorfisme SiC dicirikan oleh sekelompok besar struktur kristal serupa yang disebut politip. Ini adalah variasi sebatian kimia yang sama yang sama dalam dua dimensi dan berbeza dengan yang ketiga. Oleh itu, mereka boleh dianggap sebagai lapisan yang dilipat dalam urutan tertentu. 16) Ia dihasilkan secara industri dengan mendapatkan pasir kuarza dengan lebihan kok atau antrasit pada suhu 2000-2500 ° C di dalam relau elektrik: SiO2 + 2 C → Si + 2 CO Si + C → SiC Ini adalah campuran silikon binari termal yang paling stabil yang terurai hanya melalui kehilangan silikon bermula pada sekitar 2700 ° K. Ia tahan terhadap kebanyakan asid berair, dengan pengecualian asid fosforik. Ia membentuk lapisan pelindung silikon dioksida di permukaan dan, oleh itu, hanya dioksidasi di udara pada suhu melebihi 1000 ° C; penyingkiran lapisan ini oleh hidroksida cair atau karbonat menyebabkan pengoksidaan yang cepat. Silikon karbida diserang dengan cepat oleh gas klorin, yang membentuk SiCl4 dan karbon pada 100 ° C dan SiCl4 dan CCl4 pada 1000 ° C. Bahan ini terutama digunakan sebagai bahan kasar dan tahan api, kerana bahan kimia stabil dan sangat kuat, dan pecah untuk membentuk ujung yang sangat tajam. Ia juga digunakan sebagai semikonduktor dalaman. Ini menggambarkan persamaan kimia antara karbon dan silikon..

Sebatian organosilikon

Kerana kenyataan bahawa ikatan Si - C kuat dengan ikatan C - C, sebatian organosilikon biasanya termal dan kimia stabil. Sebagai contoh, tetraphenylsilane (SiPh4) dapat disuling di udara walaupun pada titik didih 428 ° C, serta turunan penggantinya Ph3SiCl dan Ph2SiCl2, yang masing-masing mendidih pada suhu 378 dan 305 ° C. Di samping itu, kerana karbon dan silikon adalah sebatian kimia, kimia organosilikon menunjukkan beberapa persamaan yang signifikan dengan kimia karbon, misalnya, dalam kecenderungan sebatian tersebut untuk mengikat dan membentuk beberapa ikatan. Walau bagaimanapun, perbezaan yang ketara juga timbul: kerana silikon lebih elektropositif daripada karbon, ikatan dengan lebih banyak unsur elektronegatif biasanya lebih kuat untuk silikon daripada karbon, dan sebaliknya. Oleh itu, ikatan Si - F jauh lebih kuat daripada ikatan C - F dan merupakan salah satu ikatan tunggal terkuat, sedangkan ikatan Si - H jauh lebih lemah daripada ikatan C - H dan mudah putus. Di samping itu, keupayaan silikon untuk mengembang oktet tidak dipisahkan oleh karbon, dan oleh itu beberapa reaksi organosilikon tidak mempunyai analog organik. Sebagai contoh, serangan nukleofilik pada silikon tidak berlaku melalui proses SN2 atau SN1, melainkan melalui perantaraan pentakordinat benar bermuatan negatif dan muncul sebagai pengganti pada atom tersier terhalang. Ini berfungsi untuk silikon, tidak seperti karbon, kerana ikatan Si - C panjang mengurangkan halangan sterik dan s-d orbit silikon tidak terhad secara geometri untuk serangan nukleofilik, tetapi perbezaan dari C - O σ *. Namun, di sebalik perbezaan ini, mekanisme ini sering disebut "SN2 at silicon" untuk kesederhanaan. Salah satu kumpulan yang mengandungi silikon yang paling berguna ialah trimethylsilyl, Me3Si–. Ikatan Si - C yang menghubungkannya dengan molekul yang lain cukup kuat untuk membiarkannya kekal, sementara molekul yang lain mengalami reaksi, tetapi tidak begitu kuat sehingga tidak dapat dikeluarkan secara khusus apabila perlu, misalnya, dengan ion fluorin, yang merupakan nukleofil yang sangat lemah untuk sebatian karbon, tetapi sangat kuat untuk sebatian organosilikon. Ini dapat dibandingkan dengan proton berasid, sementara trisylmethyl dikeluarkan oleh nukleofil keras dan bukan basa. Sebagai peraturan, sementara karbon tepu diserang dengan lebih baik oleh nukleofil, sebatian neutral berdasarkan bukan logam dalam jadual berkala (misalnya, sulfur, selenium atau yodium), atau bahkan kedua-duanya, silikon lebih baik diserang oleh nukleofil bermuatan, khususnya, di mana terdapat sangat banyak elektronegatif bukan logam seperti oksigen, fluorin atau klorin. Sebagai contoh, enolate bertindak balas terhadap karbon dalam haloalkana, tetapi terhadap oksigen dalam silil klorida; dan ketika trimethylsilyl dikeluarkan dari molekul organik menggunakan hidroksida sebagai nukleofil, produk reaksi bukan silanol, seperti yang diharapkan dari penggunaan kimia karbon sebagai analogi, kerana siloksida sangat nukleofilik dan menyerang molekul asli untuk mendapatkan hexamethyldisiloxane silyl eter, (Me3Si) 2О. Sebaliknya, sementara tindak balas SN2 terutama mempengaruhi kehadiran cas positif separa (δ +) pada karbon, reaksi “CH2” analog terhadap silikon juga dipengaruhi. Sebagai contoh, silyl triflates sangat elektrofilik sehingga mereka bertindak balas 108-109 kali lebih cepat daripada garam silyl klorida dengan nukleofil yang mengandung oksigen. Trimethylsilyl triflate, khususnya, asid Lewis yang sangat baik, digunakan untuk menukar campuran karbonil menjadi asetal dan ester silyl enol, memprovokasi reaksi yang serupa dengan aldol. Ikatan Si - C biasanya terbentuk dalam tiga cara. Di makmal, penyediaan sering dilakukan dalam jumlah kecil dengan reaksi tetrachlorosilane dengan reagen organolithium, Grignard, atau organoaluminium, atau dengan penambahan pemangkin Si - H melalui ikatan berganda C = C. Laluan kedua mempunyai keburukan bahawa ia tidak berlaku untuk silan, metil dan fenil silan yang paling penting. Organosilan dihasilkan secara industri dengan tindak balas langsung alkil atau aril halida dengan silikon dengan 10% berat tembaga logam sebagai pemangkin. Tindak balas organik standard mencukupi untuk memperoleh banyak derivatif; organosilan akhir sering kali lebih reaktif daripada kongener karbonnya, dan hidrolisis, ammonolisis, alkoholisis, dan pemeluwapan berlalu dengan cepat untuk membentuk oligomer siklik atau polimer linier.

Polimer silikon

Kata silikon pertama kali digunakan oleh Frederick Kipping pada tahun 1901. Dia mencipta kata untuk menggambarkan kesamaan formula kimia antara Ph2SiO dan benzophenone, Ph2CO, walaupun dia juga menekankan kurangnya persamaan kimia kerana struktur polimer Ph2SiO, yang tidak dipisahkan oleh Ph2CO. Silikon dapat dianggap analog silikat mineral, di mana kumpulan metil silikon sesuai dengan isoelektronik O- dalam silikat. Mereka cukup tahan terhadap suhu, oksidasi dan air yang melampau dan mempunyai sifat dielektrik, tidak melekat dan anti-busa. Lebih-lebih lagi, mereka menahan kesan sinaran ultraviolet dan luluhawa, dan secara fizikal tidak lembap. Mereka agak lengai, tetapi tidak bertindak balas dengan larutan pekat dengan ion hidroksida dan agen fluorinasi, dan kadang-kadang bahkan boleh digunakan sebagai reagen ringan untuk sintesis selektif. Sebagai contoh, (Me3Si) 2o sangat berharga untuk menyediakan turunan molibdenum dan tungsten oxyhalides, menukar campuran tungsten heksaklorida dalam larutan dikloroetana secara kuantitatif dalam WOCl4 selama satu jam pada suhu bilik, dan kemudian menjadi kuning WO2Cl2 pada 100 ° C.

Kelaziman

Olivine

Di Alam Semesta, silikon adalah unsur ketujuh paling banyak berikutan hidrogen, helium, karbon, nitrogen, oksigen, dan neon. Kelimpahan ini tidak ditiru di Bumi kerana pemisahan unsur yang ketara yang berlaku semasa pembentukan sistem suria. Silikon membentuk 27.2% kerak bumi dengan berat, kedua hanya dengan oksigen sebanyak 45.5%, dengan mana ia selalu dikaitkan dengan alam. Pecahan lebih lanjut berlaku dalam pembentukan pembezaan planet Bumi: inti Bumi, yang merupakan 31.5% daripada jisim Bumi, mempunyai komposisi perkiraan Fe25Ni2Co0.1S3; mantel menyumbang 68.1% daripada jisim bumi dan terdiri terutamanya daripada oksida dan silikat padat, misalnya, olivin (MG, Fe) 2SiO4; sementara mineral silikat ringan, seperti aluminosilikat, naik ke permukaan dan membentuk kerak, yang merupakan 0.4% daripada jisim bumi. Penghabluran batuan igneus dari magma bergantung pada beberapa faktor, termasuk: komposisi kimia magma, kadar penyejukan, dan beberapa sifat mineral individu yang akan terbentuk, seperti tenaga kisi, takat lebur, dan kerumitan struktur kristal mereka. Semasa menyejukkan magma, olivin mula-mula muncul, kemudian piroksena, amfibol, biotite mica, orthoclase feldspar, muscovite mica, quartz, zeolites, dan akhirnya hidrotermal mineral. Urutan ini menunjukkan arah aliran ke arah agregat silikat yang semakin kompleks dengan penyejukan dan pengenalan hidroksida dan anion fluorida sebagai tambahan kepada oksida. Banyak logam boleh menggantikan silikon. Setelah batuan beku ini mengalami pelapukan, pengangkutan, dan pemendapan, batuan sedimen seperti tanah liat, batu tulis, dan batu pasir terbentuk. Metamorfisme juga boleh berlaku pada suhu dan tekanan tinggi, mewujudkan pelbagai mineral yang lebih luas. 17)

Pengeluaran

Silikon dengan ketulenan 96-99% dibuat dengan memulihkan kuarzit atau pasir dengan kok yang sangat tulen. Pengurangan dilakukan dalam tungku busur elektrik dengan kelebihan SiO2 yang digunakan untuk mencegah pengumpulan silikon karbida (SiC): SiO2 + 2 C → Si + 2 CO 2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO

Ferrosilicon Alloy

Tindak balas ini, yang dikenali sebagai pengurangan karbotermik silikon dioksida, biasanya dilakukan di hadapan sekerap besi dengan kandungan fosfor dan sulfur yang rendah, membentuk ferrosilicon. Ferrosilicon, aloi besi-silikon yang mengandungi pelbagai nisbah silikon unsur dan besi, menyumbang kira-kira 80% pengeluaran global silikon unsur, dan China, pembekal silikon unsur utama, menyediakan 4.6 juta tan (atau 2/3 pengeluaran dunia) silikon, kebanyakan yang - dalam bentuk ferrosilicon. Diikuti oleh Rusia (610.000 tan), Norwegia (330.000 tan), Brazil (240.000 tan) dan Amerika Syarikat (170.000 tan). Ferrosilicon digunakan terutamanya dalam industri metalurgi, dengan penggunaan utama sebagai agen paduan dalam besi atau keluli dan untuk penyahtoksidan keluli di kilang keluli bersepadu. Reaksi lain yang kadang-kadang digunakan adalah pengurangan aluminotermal silikon dioksida, seperti yang ditunjukkan di bawah: 3 SiO2 + 4 Al → 3 Si + 2 Al2O3 Pencucian silikon murni 96-97% serbuk dengan air

98.5% silikon tulen, yang digunakan dalam industri kimia. Walau bagaimanapun, kemurnian yang lebih besar diperlukan untuk aplikasi dalam semikonduktor, dan ini dilakukan semasa mengurangkan tetrachlorosilane atau trichlorosilane. Yang pertama dicapai dengan mengklorin sekerap silikon dan kemudian pengeluaran pengeluaran silikon. Campuran ini menguap, dan oleh itu dapat disucikan dengan penyulingan separa berulang, diikuti dengan pengurangan ke silikon asli dengan logam zink yang sangat tulen sebagai pengencer. Bahagian silikon spongy yang dihasilkan dileburkan dan kemudian ditumbuhkan untuk membentuk kristal tunggal silinder sebelum disucikan dengan penapisan zon. Proses lain menggunakan penguraian terma silan atau tetraiodosilane. Proses lain yang digunakan adalah pengurangan natrium heksafluorosilikat, sisa umum dalam industri baja fosfat, menjadi natrium logam: ia adalah eksotermik dan oleh itu tidak memerlukan sumber bahan bakar luaran. Silikon ultra tipis dibuat dengan pemurnian yang lebih tinggi daripada hampir semua bahan lain: pengeluaran transistor memerlukan tahap pengotor dalam kristal silikon kurang dari 1 bahagian per 1010, dan dalam kes khas, tahap pengotor di bawah 1 bahagian per 1012 adalah perlu dan dapat dicapai.

Permohonan

Sambungan

Sebilangan besar jenis silikon digunakan secara industri tanpa pemurnian, dan memang, selalunya dengan pemprosesan yang relatif sedikit dari bentuk semula jadi. Lebih daripada 90% kerak bumi terdiri daripada mineral silikat, yang merupakan sebatian silikon dan oksigen, selalunya dengan ion logam, apabila anion silikat bermuatan negatif memerlukan kation untuk mengimbangkan muatan. Sebilangan besar dari mereka mempunyai aplikasi komersial segera, seperti tanah liat, pasir silika dan kebanyakan jenis batu binaan. Oleh itu, sebahagian besar penggunaan silikon - sebagai campuran struktur, atau sebagai mineral silikat atau silika (silikon dioksida yang belum matang). Silikat digunakan dalam pembuatan simen Portland (terutamanya kalsium silikat), yang digunakan untuk membina mortar dan plaster moden, dan yang lebih penting, digabungkan dengan pasir silika dan kerikil (biasanya mengandung mineral silikat seperti granit), untuk membuat konkrit, yang asas sebilangan besar projek pembinaan perindustrian terbesar. 18) Silika digunakan untuk membuat batu bata tahan api, seperti seramik. Mineral silikat juga digunakan dalam seramik halus, jenis produk yang penting, biasanya mengandungi pelbagai jenis mineral tanah liat yang dikalsinasi (phyllosilicates aluminium semula jadi). Contohnya adalah porselin, yang berdasarkan kaolinit mineral silikat. Kaca tradisional (gelas soda-kapur silika gel) juga berfungsi dengan cara yang sama dan juga digunakan untuk tingkap dan bekas. Selain itu, gentian kaca berasaskan silika digunakan untuk gentian kaca, juga untuk pembuatan gentian kaca untuk sokongan struktur dan bulu kaca untuk penebat haba. Silikon sering digunakan dalam pembuatan bahan tahan air, bahan cetakan, agen pelepas, sealant mekanikal, pelincir dan lilin suhu tinggi, dan campuran sealant. Silikon juga kadang-kadang digunakan dalam implan payudara, kanta lekap, bahan letupan dan piroteknik. Polimer seperti spons pada asalnya dibuat dengan menambahkan asid borik ke minyak silikon. Sebatian silikon lain berfungsi sebagai pelelas berteknologi tinggi dan aloi seramik berasaskan silikon karbida berkekuatan tinggi baru. Silikon adalah komponen beberapa superalloy.

Aloi

Silikon unsur ditambahkan pada coran besi cair dalam bentuk paduan ferrosilicon atau silico-kalsium untuk meningkatkan prestasi dalam melemparkan profil tipis dan mencegah pembentukan simenit ketika terkena udara luar. Kehadiran silikon primordial dalam besi cair bertindak sebagai sinki oksigen, sehingga kandungan baja karbon yang perlu dijaga dalam had sempit bagi setiap jenis keluli dapat dikendalikan dengan lebih baik. Ferrosilicon dihasilkan dan digunakan dalam industri keluli, dan walaupun bentuk silikon unsur ini sangat najis, ia menyumbang 80% penggunaan global silikon bebas. Silikon adalah komponen penting dalam keluli elektrik, mengubah daya tahan dan sifat feromagnetiknya. Sifat silikon dapat digunakan untuk mengubah suai aloi dengan logam, kecuali besi. Silikon "metalurgi" adalah silikon dengan kemurnian 95-99%. Kira-kira 55% penggunaan global silikon kelas metalurgi digunakan untuk pengeluaran aluminium-silikon aloi (silumin aloi) untuk pemutus bahagian aluminium, terutamanya untuk digunakan dalam industri automotif. Kepentingan silikon dalam pemutus aluminium disebabkan oleh fakta bahawa sejumlah besar (12%) silikon dalam aluminium membentuk campuran eutektik yang mengeras dengan penyempitan haba yang sangat sedikit. Ini mengurangkan jurang tekanan dengan ketara kerana aloi tuang sejuk ke keadaan pepejal. Silikon juga meningkatkan kekerasan dengan ketara dan oleh itu ketahanan haus aluminium. Sembilan belas)

Elektronik

Sebilangan besar unsur silikon kekal dalam bentuk paduan ferosilikon, dan hanya sekitar 20% mendekati kemurnian metalurgi (1.3-1.5 juta metrik tan / tahun). Dianggarkan 15% pengeluaran silikon metalurgi global disempurnakan lagi untuk kemurnian semikonduktor. Ini biasanya "9-9" atau 99,9999999% kesucian, 20) bahan kristal tunggal bebas yang hampir rosak. Silikon monokristalin dengan kemurnian seperti itu biasanya dihasilkan dalam proses Czochralski, dan digunakan untuk menghasilkan wafer silikon yang digunakan dalam industri semikonduktor, dalam elektronik, dan juga dalam beberapa aplikasi fotovoltaik yang mahal dan sangat efisien. Silikon tulen adalah semikonduktor dalaman, yang bermaksud bahawa, tidak seperti logam, ia melakukan lubang elektron dan elektron yang dilepaskan dari atom oleh haba; kekonduksian elektrik silikon meningkat dengan peningkatan suhu. Silikon tulen mempunyai kekonduksian yang terlalu rendah (iaitu, rintangan terlalu tinggi) untuk digunakan sebagai elemen dalam rangkaian dalam elektronik. Dalam praktiknya, silikon tulen didoping dengan kepekatan kecil dari beberapa unsur lain, yang secara signifikan meningkatkan kekonduksiannya dan mengatur tindak balas elektriknya, mengawal jumlah dan cas (positif atau negatif) pembawa yang diaktifkan. Pengendalian sedemikian diperlukan untuk transistor, photocell, pengesan semikonduktor, dan peranti semikonduktor lain yang digunakan dalam industri komputer dan aplikasi teknikal lain. Dalam fotonik silikon, silikon dapat digunakan sebagai medium laser Raman gelombang berterusan untuk menghasilkan cahaya yang koheren. Dalam litar bersepadu biasa, wafer silikon kristal tunggal berfungsi sebagai sokongan mekanikal untuk wayar yang dibuat dengan menipis dan saling bertebat antara satu sama lain dengan lapisan nipis silikon oksida, penebat yang mudah dibuat pada permukaan Si dalam proses pengoksidaan termal atau pengoksidaan tempatan (LOCOS), yang menunjukkan pendedahan kepada oksigen dalam keadaan tertentu yang dapat diramalkan menggunakan model Deal - Grove. Silikon telah menjadi bahan yang paling popular baik untuk semikonduktor kuasa tinggi dan untuk litar bersepadu, kerana ia dapat menahan suhu dan aktiviti elektrik tertinggi tanpa mengalami kerosakan longsoran (longsoran salju elektronik diciptakan ketika haba menghasilkan elektron dan lubang bebas yang, di mereka melewati arus lebih banyak, yang menghasilkan lebih banyak haba). Sebagai tambahan, silikon oksida terlindung tidak larut dalam air, yang memberikannya kelebihan berbanding germanium (elemen dengan sifat serupa yang mungkin diperlukan dalam peranti semikonduktor) dalam beberapa kaedah pembuatan. Silikon monokristalin mahal untuk dihasilkan dan biasanya dibenarkan hanya dalam pembuatan litar bersepadu, di mana kecacatan kristal kecil dapat mengganggu litar kecil. Jenis silikon lain mungkin berguna untuk kegunaan lain, termasuk silikon amorf yang dipenuhi hidrogen dan silikon gred metalurgi yang ditingkatkan (UMG-Si), yang digunakan dalam pembuatan elektronik kos rendah dalam paparan kristal cair dan photocells filem nipis kos rendah. Jenis silikon semikonduktor semacam itu sama ada sedikit kurang tulen atau polikristalin daripada monokristalin, dan dihasilkan dalam jumlah yang setara dengan silikon monokristalin: dari 75,000 hingga 150,000 metrik tan setahun. Pasaran silikon murah berkembang lebih cepat daripada silikon kristal tunggal. Menjelang tahun 2013, pengeluaran silikon polikristalin, yang digunakan terutamanya dalam sel suria, diproyeksikan mencapai 200,000 metrik tan per tahun, sementara silikon semikonduktor kristal tunggal dijangka kekal kurang dari 50,000 tan per tahun..

Peranan biologi

Walaupun silikon boleh didapati dalam bentuk silikat, sangat sedikit organisma yang menggunakannya secara langsung. Diatom, radiolari, dan span siliceous menggunakan silikon biogenik sebagai bahan struktur untuk kerangka mereka. Pada tanaman yang lebih maju, fitolit silika (opol phytoliths) adalah badan mikroskopik padat yang terdapat di dalam sel; beberapa tanaman, seperti padi, memerlukan silikon untuk pertumbuhannya. 21) Telah ditunjukkan bahawa silikon meningkatkan kekuatan dan integriti struktur dinding sel beberapa tumbuhan.

Pemakanan manusia

Terdapat bukti bahawa silikon penting untuk kesihatan manusia, khususnya untuk kesihatan kuku, rambut, tulang dan tisu kulit, misalnya, dalam kajian yang menunjukkan bahawa wanita pramenopause dengan pengambilan silikon makanan yang lebih tinggi mempunyai kepadatan tulang yang lebih tinggi, dan penambahan silikon dapat meningkatkan jumlah dan kepadatan tulang pada pesakit dengan osteoporosis. Silikon diperlukan untuk sintesis elastin dan kolagen, dan dalam jumlah yang paling banyak ia terkandung dalam aorta, dan dianggap sebagai unsur yang sangat diperlukan; walaupun demikian, sukar untuk membuktikan ketidakmampuannya, kerana silikon sangat biasa, dan oleh itu, gejala kekurangannya sukar untuk dihasilkan semula. 22) Silikon kini sedang dianggap sebagai calon untuk status "Bahan Berguna Tumbuhan" dalam Persatuan Pegawai Pengawalan Makanan Tumbuhan Amerika (AAPFCO).

Keselamatan

Orang mungkin terkena unsur silikon di tempat kerja dengan menghirupnya secara dalaman, dengan cara menelan, atau jika bersentuhan dengan kulit atau mata. Dalam 2 kes terakhir, silikon menimbulkan sedikit bahaya sebagai perengsa. Memudaratkan jika disedut. Pentadbiran Keselamatan dan Kesihatan Pekerjaan (OSHA) telah menetapkan had undang-undang (had pendedahan) untuk pendedahan kepada silikon di tempat kerja sebanyak 15 mg / m3 jumlah pendedahan dan pendedahan pernafasan 5 mg / m3 selama 8 jam hari kerja. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesihatan Pekerjaan (NIOSH) telah menetapkan had pendedahan yang disyorkan (REL) sebanyak 10 mg / m3 jumlah pendedahan dan 5 mg / m3 pendedahan pernafasan selama 8 jam hari kerja. Menghirup habuk silika kristal boleh menyebabkan silikosis, penyakit paru-paru pekerjaan yang ditandai dengan keradangan dan parut dalam bentuk lesi nodular di lobus atas paru-paru. 23)

Baca Mengenai Faktor Risiko Diabetes