Кремний

Кіріспе

1.Бөлім

1.1 Кремнийдің табиғатта таралуы

1.2 Периодтық жүйедегі орны

2.бөлім

2.1 Кремнийдің химиялық қолылыстары

2.1.1Кремнийдің металдармен,азотпен,сутекпен және галогенмен қолыстары

2.1.2Кремнийдің оттекті қолыстары

2.1.3Силикаттар

2.2 Кремнийдің алынуы

2.3 Кремнийдің маңызы

 

Әдебиеттер: М.Б.Усманова, Қ.Н.Сақариянова, Бірімжанов

Төртінші негізгі топтың көміртектен соңғы келесі элементі кремний.Кремний, жаратылыста таралуы жағынан салмақ проценті бойынша оттектен кейін екінші орын алады. Көміртек органикалық заттардың құрамындағы негізгі элемент болатын болса , кремний жер қыртысын түзетін минрералдық заттардың құрамындағы негізгі элемент . Кремний жаратылыста қосылыстар түрінеде ғана болады; ол қосылыстары: кремний диоксиді SiO  (кварц,құм) , жер қыртысының негізгі  массасы силикатты жыныстар (далалық шпат , слюда , каолин т.б). Кремнийдің тұрақты үш изотопы бар: 28 Si  (92,27%) 29 Si(4.68%), 30 Si (3.05%) .

 

Кремнийді алу үшін , ақ қиыршақ ұсақ құмды магниймен араластырып қыздырады:  SiO +2Mg=2MgO+Si   H=-372 кДж/моль

 

Кремнийдің  MgO және реакцияласпай қалған SiO -ден тазарту үшін , шыққан массаны  тұз қышқылымен және фторсутек қышқылымен әрекеттейді. Магнийдің орнына тотықсызщдандырғыш ретінде алюминий, көміртек (техникада) алуға болады. 

Мұнда шығатын амофрты кремний сұр түсті ұнтақ зат , тығыздығы 2.35 г/ см -ке жуық. Кремнийді балқыған металда ерітіп қайта кристалдауға болады , онда кристалдық кремний түзіледі; бұл болат сияқты сұр, металдық жылтыры бар , қатты кристалдық зат , тығыздығы  2,4г/см  .

Кремнийдің сыртқы электрондық құрылысы 3s 3p  , оның атомында sp - гибридизация болады. Ол оған үш өлшемді , алмаз тәрізді тұрақты құрылымы тән.

Кремний түрлі құймалардың құрамына араластыруға колданылады. Мысалы кремний көп қосылған темір құймалары қышқылға берік болады, 4% кремний аралаасқан темір электр трансформаторын жасау үшін жұмсалады . Соңғы кезде кремнийді шала өткізгіштертехникасында қолданатын болды ; ол үшін алынуы жоғарыда жазылған техникалық кремний (94-95% Si) жарамайды , өте таза кремний керек ондай кремнийді алу үшін SiCl4 мырыш буымен тотықсыздандырады:  SiCl +2Zn=Si+2ZnCl 

 

Немесе кремний гидридін қыздырып алынады:  SiH =Si+2H 

 

КРЕМНИЙДІ ҢМЕТАЛДАРМЕН, АЗОТПЕН,СУТЕКПЕН ЖӘНЕ ГАЛОГЕНДЕРМЕН ҚОСЫЛЫСТАРЫ

Химиялық қасиеті жағынан кремнийдің кристалдық түрі инертті , аморфты түрі реакцияласқышырақ. Айталық, фтормен  қалыпты жағдайда-ақ оттек , хлор , бром және күкіртпен 400-600  , азот және көміртекпен өте жоғары температурада реякцияласады. 

Жеке қышқылдар кремнийге еш әсер етпейді, қайта пассивтеніп кетеді, кремний HF мен HNO  қоспасында ериді:

3Si+4HNO +18HF=3H SiF +4NO+8H O

Сілтілердің әрекетінен кремний тұзға айналады:

Құм мен коксты тиісті мөлшерде араластырып қыздырса , кремний мен көміртектін қосылысы  - кремний гарбиді SiC түзіледі, оны көбіне карбарунд деп атайды.   SiO +3C=SiC+2CO

 

Таза карборунд – түссіз кристалдық, өте қатты зат , қаттылығы алмаздан ғана кем , тығыздығы 3,2г/ см . техникада карборунд көп мөлшерде өндіріліп , қаттылығын пайдаланып , қайрақ тастар , шлифтайтын дөңгелектер жасауға т.б. және отқа берік материал ретінде пайдаланылады.

Құм мен магний арасындағы реакцияда , магнийді артығырақ алса , тотықсызданып шыққан кремний магниймен қосылып магний силицидің Mg Si түзеді:  4Mg+SiO =Mg Si+2MgO

 

Материалды кремнийден тотықтырғанда (700-1200 С) металл оксидімен кремнийді араластырып инертті атмосферада қыздырғанда силициттер түзіледі: 6MnO+5Si=2Mn Si+2SiO 

Силицидтер қасиеті және құрылымы жағынан  да карбидтарға ұқсамайды . Қосылушы металдың қасиетіне тәуелді силицидтердегі байлайныс ионды , коваленттіден металдыққа дейін өзгере береді,  осыған байланысты кейбір силицидтер өткізгіш , кейбіреулері шалаөтөткізгіш болып келеді.

Силицидтер қатты қыздырғанда айырылмайтын қосылыстар , кейбірактив металдың силицидтері сумен , қышқылмен реакцияласады.

Силицидтерді отқа берік , қышқылға төзімді құймалар , жоғары температурада ұсталатын шала өткізгіштер (CrSi ,COSi ,ReSi ) жасауда қолдланады . Кейбір силицидтер атомдық техникада пайдаланылады.

Иагний силицидіне хлорсутекпен әрекет етсек кремний сутексилан   деп аталатын зат түзіледі:

Mg Si+4HCl=2MgCl +SiH 

 

Силан SiH  - түссіз, ауада өзінен-өзі тұтанып , жанып кететін газ, жанғанда  кремнийдің диоксиді және су түзіледі:

SiH +2O = SiO +2H O   H=-1287.4 кДж/моль

 

SiH  басқа тағы бірсыпыра силандар  деп аталатын кремнийсутекті қосылыстар - Si H , Si H , Si H  бар; бұлар метанның гомолог қатары сияқты. Бірақ көміртек атомдарының арасындағыдай емес, кремний атомдарының арасындағы байланыс нашар болғандықтан бұлардың тұрақтылығы кем, реакцияласқыш болады. 

Кремний галогенидтерінің жалпы формуласы SiГ , тікелей синтезбен  Si+2 Г =Si Г  алынуы мүмкін. Бұлардың барлығы да түссіз, Si F -  газ, SiCl  - қатты зат. Іс жүзінде басқа жолмен де алуға болады:

 

SiO +4HF=SiF +2H O

SiO +2C+2Cl =SiCl +2CO

 

Кремнийдің галогендері сумен жақсы реакцияласады, реакцияларының жалпы схемасы мынадай:

 

Si Г +2H O  SiO +4HГ

 

Кремнгий фторпидін SiF суға жіберсе , онда кремний фторсутек қышқылы сутекгексафторосиликаты H SiF  түзіледі: 

 

3iF +3H O=2 H SiF + H SiF 

 

Кремний фторсутек қышқылын былайша , тікелей де алуға   болады:

 

2HF+ SiF = H SiF 

 

Ерітіндісін салқындатса екі молекула суды қоса кристалданады.

Кремний фторсутек қышқылы    күшті қышқылдардың бірі, 0,1 н. Ерітіндісін диссоциациялану дәрежесі 0,75% . Күшті дезинфектор . Тұздары фторсиликаттар , көпшілігі ерімтал , өсімдік зиянкестерін тұтынылады,   эмаль жасағанда жұмсалады.

Кремнийдің азотты қосылыстары. Кремний нитриді    химиялық өте тұрақты , ыстыққа төзімді ( ) қосылыс. Ол фторсутек әсеріне төзімді, балқыған металдар мен сілтілерде өзгеріске ұшырамайды.   кристалдары түссіз, гексогоналды құрылымы бар шала өткізгіш ( ). Кремний нитриді отқа , каррозияға төзімді материалдар, қиын балқитын құймалар жасауда шала өткізгіштер алуға пайдаланылады.