სილიციუმი და მისი ნაერთები. სილიკონი ბუნებაში. სილიკონის გამოყენება

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

სილიკონი არის ერთ-ერთი ყველაზე მოთხოვნადი ელემენტი ტექნოლოგიასა და ინდუსტრიაში. ეს თავისი უჩვეულო თვისებებით არის განპირობებული. დღესდღეობით ამ ელემენტის მრავალი განსხვავებული ნაერთია, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ტექნიკური პროდუქტების, ჭურჭლის, მინის, აღჭურვილობის, სამშენებლო და დასრულების მასალების, სამკაულების და სხვა ინდუსტრიების სინთეზსა და შექმნაში.

სილიკონის ზოგადი მახასიათებლები

თუ გავითვალისწინებთ სილიციუმის მდგომარეობას პერიოდულ სისტემაში, შეგვიძლია ვთქვათ:

1. მდებარეობს მთავარი ქვეჯგუფის IV ჯგუფში.
2. რიგი ნომერი 14.
3. ატომური მასა 28, 086.
4. ქიმიური სიმბოლო Si.
5. სახელი - სილიციუმი, ან ლათინურად - სილიციუმი.
6. გარე ფენის ელექტრონული კონფიგურაცია 4e:2e:8e.

სილიკონის ბროლის ბადე მსგავსია ალმასის. ატომები განლაგებულია კვანძებში, მისი ტიპი არის სახეზე ორიენტირებული კუბური. თუმცა, უფრო გრძელი ბმის სიგრძის გამო, სილიციუმის ფიზიკური თვისებები ძალიან განსხვავდება ნახშირბადის ალოტროპული მოდიფიკაციის თვისებებისგან.

ფიზიკური და ქიმიური თვისებები

არის ორიამ ელემენტის ალოტროპული ცვლილებები: ამორფული და კრისტალური. ისინი ძალიან ჰგვანან. თუმცა, როგორც სხვა ნივთიერებების შემთხვევაში, მათ შორის მთავარი განსხვავებაა სილიციუმის კრისტალური ბადე.

ამ შემთხვევაში, ორივე მოდიფიკაცია არის სხვადასხვა ფერის ფხვნილი.

1. კრისტალური სილიციუმი არის მუქი ნაცრისფერი მბზინავი ლითონის მსგავსი ფხვნილი. მისი სტრუქტურა შეესაბამება ალმასს, მაგრამ თვისებები განსხვავებულია. მას აქვს:

• სისუსტე;
• დაბალი სიხისტე;
• ნახევარგამტარის თვისებები;
• დნობის წერტილი 1415⁰C;
• 2.33გ/სმ³;
• დუღილის წერტილი 2700⁰C.

მისი ქიმიური აქტივობა დაბალია სხვა ალოტროპულ ფორმებთან შედარებით.

2. ამორფული სილიციუმი - ყავისფერი-ყავისფერი ფხვნილი, აქვს უაღრესად მოუწესრიგებელი ალმასის სტრუქტურა. ქიმიური აქტივობა საკმაოდ მაღალია.

ზოგადად, უნდა აღინიშნოს, რომ სილიკონს არ უყვარს რეაქცია. რეაგირებისთვის საჭიროა მინიმუმ 400-500⁰C ტემპერატურა. ამ პირობებში წარმოიქმნება სილიციუმის სხვადასხვა ქიმიური ნაერთები. როგორიცაა:

• ოქსიდები;
• ჰალოიდები;
• სილიციდები;
• ნიტრიდები;
• ბორიდები;
• კარბიდები.

სილიციუმის შესაძლო ურთიერთქმედება აზოტის მჟავასთან ან ტუტესთან, რასაც ეწერის პროცესი ეწოდება. ორგანოსილიციუმის ნაერთები ფართოდ არის გავრცელებული და დღეს უფრო და უფრო ხშირად ხდება.

ბუნებაში ყოფნა

სილიკონი ბუნებაში საკმაოდ მნიშვნელოვანი რაოდენობით გვხვდება. გავრცელების მხრივ ის მეორე ადგილზეა ჟანგბადის შემდეგ. მისი მასური წილი არის დაახლოებით 30%. ზღვის წყალი ასევე შეიცავს ამ ელემენტს დაახლოებით 3 მგ/ლ კონცენტრაციით. ამიტომ, არ შეიძლება ითქვას, რომ სილიციუმი იშვიათი ელემენტია ბუნებაში.

პირიქით, არსებობს მრავალი განსხვავებული კლდე და მინერალი, რომელშიც ის გვხვდება და საიდანაც შესაძლებელია მისი მოპოვება. ყველაზე გავრცელებული ბუნებრივი სილიციუმის ნაერთებია:

1. სილიციუმი. ქიმიური ფორმულა არის SiO₂. მასზე დაფუძნებული მინერალებისა და ქანების საკმაოდ მრავალფეროვანი ფორმებია: ქვიშა, კაჟი, ფელდსპარი, კვარცი, კლდის ბროლი, ამეთვისტო, ქალცედონი, კარნელი, ოპალი, იასპი და სხვა.
2. სილიკატები და ალუმინოსილიკატები. კაოლინი, სპარსი, მიკა, სილიციუმის მჟავას მარილები, აზბესტი, ტალკი.

ამგვარად, სილიციუმი ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში და მისი ნაერთები პოპულარული და მოთხოვნადია ხალხში ტექნიკური გამოყენებისთვის.

სილიციუმი და მისი ნაერთები

რადგან განსახილველი ელემენტი არ შეიძლება არსებობდეს მისი სუფთა სახით, ამიტომ მისი სხვადასხვა ნაერთები მნიშვნელოვანია. ქიმიური თვალსაზრისით, მას შეუძლია გამოავლინოს სამი დაჟანგვის მდგომარეობა: +2, +4, -4. აქედან გამომდინარე, ისევე როგორც მისი ინერტულობიდან გამომდინარე, მაგრამ განსაკუთრებული კრისტალური მედის აგებულებით, იგი წარმოქმნის ნივთიერებების შემდეგ ძირითად ტიპებს:

• ორობითი ნაერთები არალითონებთან (სილანი, კარბიდი, ნიტრიდი, ფოსფიდი და ასე შემდეგ;
• ოქსიდები;
• სილიკონიმჟავა;
• მეტალის სილიკატები.

მოდი უფრო დეტალურად განვიხილოთ სილიციუმის და მისი ნაერთების მნიშვნელობა, რომლებიც ყველაზე გავრცელებული და მოთხოვნადია ადამიანებში.

სილიციუმის ოქსიდები

არსებობს ამ ნივთიერების ორი სახეობა, გამოხატული ფორმულებით:

• SiO;
• SiO₂.

თუმცა, ყველაზე გავრცელებული დიოქსიდია. ბუნებაში არსებობს ძალიან ლამაზი ნახევრადძვირფასი ქვების სახით:

• აგატი;
• ქალცედონია;
• ოპალი;
• კარნელიანი;
• იასპერი;
• ამეთვისტო;
• rhinestone.

სილიციუმის გამოყენებამ ამ ფორმით იპოვა თავისი გამოყენება სამკაულების წარმოებაში. წარმოუდგენლად ლამაზი ოქროსა და ვერცხლის სამკაულები ამ ნახევრადძვირფასი და ნახევრადძვირფასი ქვებით მზადდება.

სილიციუმის დიოქსიდის კიდევ რამდენიმე ვარიაცია:

• კვარცი;
• მდინარე და კვარცის ქვიშა;
• კაჟი;
• ფელდსპარსი.

ამ ტიპებში სილიციუმის გამოყენება ხორციელდება სამშენებლო სამუშაოებში, ინჟინერიაში, რადიოელექტრონიკაში, ქიმიურ მრეწველობაში და მეტალურგიაში. ჩამოთვლილი ოქსიდები ერთად მიეკუთვნება ერთ ნივთიერებას - სილიციუმს.

სილიკონის კარბიდი და მისი გამოყენება

სილიკონი და მისი ნაერთები მომავლისა და აწმყოს მასალებია. ერთ-ერთი ასეთი მასალაა კარბორუნდი ან ამ ელემენტის კარბიდი. SiC-ის ქიმიური ფორმულა. გვხვდება ბუნებრივად, როგორც მინერალი moissanite.

მისი სუფთა სახით ნახშირბადისა და სილიციუმის ნაერთი მშვენიერიაგამჭვირვალე კრისტალები, რომლებიც ალმასის სტრუქტურებს წააგავს. თუმცა ტექნიკური მიზნებისთვის გამოიყენება მწვანე და შავი ფერის ნივთიერებები.

ამ ნივთიერების ძირითადი მახასიათებლები, რომლებიც იძლევა მის გამოყენებას მეტალურგიაში, ინჟინერიაში, ქიმიურ მრეწველობაში, შემდეგია:

• ფართო უფსკრული ნახევარგამტარი;
• ძალიან მაღალი სიძლიერე (7 მოჰსის მასშტაბით);
• მაღალი ტემპერატურის რეზისტენტული;
• შესანიშნავი ელექტრული წინააღმდეგობა და თბოგამტარობა.

ეს ყველაფერი შესაძლებელს ხდის მეტალურგიასა და ქიმიურ სინთეზში კარბორუნდის, როგორც აბრაზიული მასალის გამოყენებას. და ასევე მის საფუძველზე უნდა აწარმოოს ფართო სპექტრის LED-ები, ნაწილები შუშის დნობის ღუმელებისთვის, საქშენები, ჩირაღდნები, სამკაულები (მოისანიტი უფრო ფასდება ვიდრე კუბური ცირკონია).

სილანი და მისი მნიშვნელობა

სილიციუმის წყალბადის ნაერთს ეწოდება სილანი და მისი მიღება შეუძლებელია საწყისი მასალებიდან პირდაპირი სინთეზით. მის მისაღებად გამოიყენება სხვადასხვა ლითონის სილიციდები, რომლებსაც ამუშავებენ მჟავებით. შედეგად გამოიყოფა აირისებრი სილანი და წარმოიქმნება ლითონის მარილი.

საინტერესოა, რომ აღნიშნული კავშირი არასოდეს ყალიბდება მარტო. ყოველთვის რეაქციის შედეგად მიიღება მონო-, დი- და ტრისილანის ნარევი, რომელშიც სილიციუმის ატომები ჯაჭვებით არის დაკავშირებული.

თვისებებით, ეს ნაერთები ძლიერი შემცირების აგენტებია. ამავე დროს, ისინი თავად ადვილად იჟანგება ჟანგბადით, ზოგჯერ აფეთქებით. ჰალოგენებთან რეაქციები ყოველთვის ძალადობრივია, დიდი ემისიითენერგია.

სილანების გამოყენება შემდეგია:

1. ორგანული სინთეზის რეაქციები, რომლის შედეგადაც წარმოიქმნება მნიშვნელოვანი სილიციუმის ორგანული ნაერთები - სილიკონები, რეზინები, დალუქები, ლუბრიკანტები, ემულსიები და სხვა.
2. მიკროელექტრონიკა (LCD მონიტორები, ინტეგრირებული ტექნიკური სქემები და ა.შ.).
3. ულტრასუფთა პოლისილიციუმის მიღება.
4. სტომატოლოგია პროთეზით.

ამგვარად, სილანების მნიშვნელობა თანამედროვე სამყაროში მაღალია.

სილიციუმის მჟავა და სილიკატები

ამ ელემენტის ჰიდროქსიდი არის სხვადასხვა სილიციუმის მჟავები. მონიშვნა:

• მეტა;
• ორთო;
• პოლისილიციუმის და სხვა მჟავები.

ყველა მათგანს აერთიანებს საერთო თვისებები - უკიდურესი არასტაბილურობა თავისუფალ მდგომარეობაში. ისინი ადვილად იშლება ტემპერატურის გავლენის ქვეშ. ნორმალურ პირობებში ისინი დიდხანს არ არსებობენ, ჯერ სოლად იქცევიან, შემდეგ კი გელად. გაშრობის შემდეგ ასეთ სტრუქტურებს სილიკა გელებს უწოდებენ. ისინი გამოიყენება როგორც ადსორბენტები ფილტრებში.

მრეწველობის თვალსაზრისით მნიშვნელოვანია სილიციუმის მჟავების მარილები - სილიკატები. ისინი საფუძვლად უდევს ისეთი ნივთიერებების წარმოებას, როგორიცაა:

• მინა;
• ბეტონი;
• ცემენტი;
• ცეოლიტი;
• კაოლინი;
• ფაიფური;
• ფაიანსი;
• კრისტალი;
• კერამიკა.

ტუტე ლითონის სილიკატები ხსნადია, ყველა დანარჩენი არა. ამიტომ ნატრიუმის და კალიუმის სილიკატს თხევადი მინა ეწოდება. ჩვეულებრივი სასულიერო წებო - ეს არის ნატრიუმისილიციუმის მჟავას მარილი.

მაგრამ ყველაზე საინტერესო ნაერთები მაინც სათვალეა. ამ ნივთიერების რამდენი ვარიანტიც არ უნდა მოიფიქრეს! დღეს ისინი იღებენ ფერს, ოპტიკურ, მქრქალ ვარიანტებს. შუშის ჭურჭელი გასაოცარია თავისი ბრწყინვალებით და მრავალფეროვნებით. ნარევში გარკვეული ლითონის და არალითონური ოქსიდების დამატებით, მინის მრავალფეროვანი ტიპების წარმოება შეიძლება. ზოგჯერ ერთი და იგივე შემადგენლობაც კი, მაგრამ კომპონენტების განსხვავებული პროცენტი იწვევს ნივთიერების თვისებებში განსხვავებას. მაგალითია ფაიფური და ფაიანსი, რომელთა ფორმულაა SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

კვარცის მინა არის უაღრესად სუფთა პროდუქტის ფორმა, რომლის შემადგენლობა აღწერილია როგორც სილიციუმის დიოქსიდი.

აღმოჩენები სილიკონის ნაერთებში

ბოლო რამდენიმე წლის კვლევის განმავლობაში დადასტურდა, რომ სილიციუმი და მისი ნაერთები ცოცხალი ორგანიზმების ნორმალური მდგომარეობის ყველაზე მნიშვნელოვანი მონაწილეა. ამ ელემენტის ნაკლებობით ან ჭარბი რაოდენობით, ისეთი დაავადებები, როგორიცაა:

• კიბო;
• ტუბერკულოზი;
• ართრიტი;
• კატარაქტა;
• კეთრი;
• დიზენტერია;
• რევმატიზმი;
• ჰეპატიტი და სხვა.

თავად დაბერების პროცესი ასევე დაკავშირებულია სილიციუმის რაოდენობრივ შემცველობასთან. მრავალრიცხოვანმა ექსპერიმენტებმა ძუძუმწოვრებზე დაამტკიცა, რომ ელემენტის ნაკლებობით, ხდება გულის შეტევა, ინსულტი, კიბო და აქტიურდება ჰეპატიტის ვირუსი.