Stručná historie objevů
V roce 1787 Lavoisier poprvé objevil křemík v horninách.
V roce 1800 se David spletl se sloučeninou.
V roce 1811 Guy-Lussac a Tanner (Thenard, LouisJacques) zahřívali draslík a tetrafluorid křemíku, aby získali nečistý amorfní křemík, který byl pojmenován křemík podle latinského silexu (pazourek).
In1811,Gay-LussacandThenardusedsilicon(silicon)tetrafluoridetoreactwithalkalineearthmetalsanddiscoveredthatarussetcompound(probablyamorphoussiliconcontainingimpurities)wasformedduringthereaction.
In1823,siliconwasfirstdiscoveredasanelementbyJonsJacobsBezelius.Ayearlater,amorphoussiliconwasextracted.Gramusesroughlythesamemethod.Hethenusedrepeatedcleaningmethodstopurifytheelementalsilicon.
V roce 1823 používal Berzelius prášek oxidu křemičitého (křemíku) a směs železa a uhlíku, aby se zahřál na vysokou teplotu, aby získal křemičitan železa. K extrakci čistého křemíku (křemíku) však používá směs křemíku (křemíku)-lyzovaného fluoru-vápníku po vysušení (tuhé křemíku, obsahujícího vápník).
ThehonorofdiscoveringsiliconbelongstotheSwedishchemistJönsJacobBerzelius,whoobtainedsiliconbyheatingpotassiumandpotassiumfluorosilicateinStockholm(thecapitalofSweden)in1824.Thisproductwascontaminatedbypotassiumsilicate,buthestirreditinwaterandreactedwithit,thusobtainingrelativelypuresiliconpowder.
In1824,JonsJacobsBezeliususedthesamemethod,butafterrepeatedwashingtoremovefluorosilicicacid,pureamorphoussiliconwasobtained.
Krystalický křemík nebyl rafinován až do roku 1854. Latinské slovo pro křemík (křemík)issilicium, což znamená „tvrdý kámen“.
V roce 1854 vyrobil H·S·C·Deville poprvé krystalický křemík.
Původ názvu křemíku:anglický křemík,z latinského silexu,silicis,což znamená pazourek (pazourek).V počátcích Čínské republiky učenci původně překládali tento prvek jako "křemík" a vyslovovali se jako "xi(můžete čístx",""hui",avn. o).Nicméně v té době a prostoru, protože piny v schématu ještě nebyl zpopularizován, je obecně nesprávně chápán jako gui .Kromě původního čínského názvu se pro překlad chemických prvků používá také transliterace.Společnost Chemistry si tohoto problému všimla a vytvořila slovo "křemík", aby se předešlo nedorozuměním.Tchaj-wan dnes stále používá slovo "brussilicon". Někteří učenci přijali a oznámili, že „křemík“ se snadno zaměňuje s jinými chemickými prvky „cínem“ a „selenem“. .Zajímavé je, že slova jako křemík a plech z křemíkové oceli stále používají slova křemík. V Hongkongu se používají oba, ale výraz „křemík“ je běžnější.
Distribuce ložisek nerostných surovin
Hojnost křemíku vzbudila zájem raných lychemiků. Obsah křemíku (křemíku) na zemském povrchu je na druhém místě pouze kyslíku, což představuje téměř 28 %. Křemík (křemík) však není prvním prvkem, který se používá z ilikonu. (křemík). Velmi obtížná věc.
Křemík připadá na asi 25,7 % celkové hmotnosti zemské kůry, za druhé pouze na kyslík. Křemík v přírodě obvykle existuje ve formě sloučenin obsahujících kyslík, z nichž nejjednodušší je křemíkSiO2, jako sloučenina křemíku az oxidu křemičitého. sinory a horniny jsou souhrnně označovány jako křemičitany. Důležitějšími prvky jsou živce KAlSi3 O8andkaolinAl2Si2O5(OH)4,talcMg< sub>3(Si4O10)(OH)2,MicaKAl2(AlSi 3O10)(OH)2,azbestH4Mg3Si< sub>2O9,zeolit sodnýNa2(Al2Si3O10 )·2H2O,granátCa3Al2(SiO4< /sub>)3,ZirkoniumQuartzZrSiO4a BerylBe3Al2Si6O 18Počkejte. Půda, jíl a písek jsou zvětralé produkty přírodních silikátových hornin.
Silikon je v přírodě široce distribuován a jeho atomové procento v zemské kůře je 16,7 %. Je to základní prvek skládající se z horninových minerálů, který se objevuje jako křemen a silikát.
Obsah křemíku v zemské kůře je nejhojnějším prvkem kromě kyslíku. Pokud je základem pro organický život uhlík, pak křemík zaujímá stejné místo v zemské kůře, protože hlavní část zemské kůry je složena z křemíku a všech vrstev obsahujících křemík. ,slída, jíl, olivín, rohovec atd. jsou všechny křemičitany; křišťál, achát, jaspis, opál, křemen, písek a pazourek všechny křemičitany.
Fyzikální a chemické vlastnosti
Fyzikální vlastnosti
Existují dva allotropy amorfního křemíku a krystalického křemíku. Krystalický křemík je šedočerný, amorfní křemík je černý, hustota 2,32-2,34 g/bod 2,34 g/2 cm tání<1 cmsbo 55 ℃, krystalický křemík patří k atomovému krystalu. Je nerozpustný ve vodě, kyselině dusičné a kyselině chlorovodíkové, ale rozpustný v kyselině fluorovodíkové a louhu. Tvrdý a kov.
řada | jako kov |
rodina | Rodina IVA |
období | 3 |
Rozdíl prvku | Oblast |
Společné | -4,+4 |
Tvrdost | 6.5 |
Crustalcontent | > 25,7 % |
Modul pružnosti | > 190 GPa |
Hustota | 2,33 g/cm³ (18 °C) |
Bod tání | 1687K (1414°C) |
Bod varu | 3173 kB (2900℃) |
Molevolum | 12,06×10-6m3/mol |
Tepelné odpařování | 384,22 kJ/mol |
Tepelná fúze | 50,55 kJ/mol |
Tlak páry | 4,77 Pa (1683 kB) |
Nepřímá mezera v pásmu | 1,1 eV (pokojová teplota) |
Vodivost | 2,52×10-4/(meterohm) |
Elektronegativita | 1,90 (Paulingscale) |
Specifikujte p> | 700 J/(kg·K) |
Elektronické uspořádání mimo jádro: 1s²2s²2p⁶3s²3p²
Unitcelltype:cubicdiamondtype;
Parametr jednotkové buňky: měřeno při 20 ℃, parametr její jednotky a = 0,543087 nm;
BarvaAvzhled:tmavá barva s modrým nádechem;
Ejednotného krystalického křemíku (100) měřeno metodou nanoindentace 140–150 GPa;
Conductivity:Silicon’sconductivityTheratehasagreatrelationshipwithitstemperature.Asthetemperaturerises,theconductivityincreases,reachingamaximumaround1480℃,andafterthetemperatureexceeds1600℃,itdecreaseswiththeincreaseintemperature.
Elektronegativita | 1,90 (Paulingscale) p> |
Tepelná vodivost | 148 W/(m·K) |
První energie | 786,5 kJ/mol |
Sekundionizační energie | 1577,1 kJ/mol |
Thirdionizační energie | 3231,6 kJ/mol |
Čtvrtionizační energie | 4355,5 kJ/mol |
Páthionizační energie | 16091 kJ/mol |
Šestionizační energie | 19805 kJ/mol |
Sedmá ionizační energie | 23780 kJ/mol |
Osmihionizační energie | 29287 kJ/mol |
Ninthionizační energie | 33878 kJ/mol |
Tenthionizační energie | 38726 kJ/mol |
Izotopy:
22Si | > 14 | > 8 | 22.03453(22)# | 29(2)ms | > 0+ | ||
23 Si | > 14 | > 9 | 23.02552(21)# | > 42,3(4) ms | 3/2+# | ||
24 Si | > 14 | > 10 | 24.011546(21) | > 140(8) ms | > 0+ | ||
25 Si | > 14 | > 11 | 25.004106(11) | > 220(3) ms | > 5/2+ | ||
26 Si | > 14 | 12 | 25,992330(3) | 2,234(13) s | > 0+ | ||
27 Si | > 14 | 13 | 26,98670491(16) | 4,16(2)s | > 5/2+ | ||
28 Si | > 14 | > 14 | 27,9769265325(19) | stabilní | > 0+ | > 0,92223(19) | > 0,92205–0,92241 | tr>
29Si | > 14 | > 15 | 28,976494700(22) | Stabilní | > 1/2+ | > 0,04685(8) | > 0,04678–0,04692 |
30Si | > 14 | > 16 | 29,97377017(3) | Stabilní | > 0+ | > 0,03092(11) | > 0,03082–0,03102 |
31Si | > 14 | 17 | 30,97536323(4) | 157,3(3)min | > 3/2+ | ||
32 Si | > 14 | 18 | 31,97414808(5) | > 170(13)a | > 0+ | ||
33 Si | > 14 | 19 | 32,978000(17) | 6,18(18)s | (3/2+) | tr> | |
34Si | > 14 | 20 | 33,978576(15) | 2,77(20) s | > 0+ | ||
35 Si | > 14 | 21 | 34,98458(4) | > 780 (120) ms | 7/2-# | ||
36 Si | > 14 | 22 | 35,98660(13) | 0,45(6) s p> | 0+ | ||
37 Si | > 14 | 23 | 36,99294(18) | > 90(60)ms | （7/2-)# | ||
38 Si | > 14 | 24 | 37,99563(15) | > 90#ms | > 0+ | ||
39 Si | > 14 | 25 | 39,00207(36) | > 47,5 (20) ms | 7/2-# | ||
40 Si | > 14 | > 26 | 40,00587(60) | 33,0 (10) ms | > 0+ | ||
41 Si | > 14 | 27 | 41,01456(198) | > 20,0 (25) ms | 7/2-# | ||
42 Si | > 14 | 28 | 42.01979(54)# | > 13(4) ms | > 0+ | ||
43 Si | > 14 | 29 | 43,02866(75)# | > 15#ms | 3/2-# | ||
44 Si | > 14 | 30 | 44,03526(86)# | > 10#ms | > 0+ |
Poznámky: 1. Údaje označené # znamenají, že neexistují žádné experimentální důkazy, pouze teoretické spekulace a údaje uzavřené v závorkách představují nejistotu údajů.
2. Existují tři přirozené stabilní izotopy Si-28 (92,2 %), Si-29 (4,7 %) a Si-30 (3,1 %) a hmotnostní čísla jsou 25, 26, 27, umělé radioizotopy 31 a 32.
3.Křemík(atomová hmotnostní jednotka:28,0855,celkem je 23 izotopů, z toho 3 izotopy jsou stabilní.
Chemické vlastnosti
Samozřejmý křemíkNekovové vlastnosti křemíku lze rozpustit v roztoku hydroxidu alkalického kovu za vzniku (meta)křemičitanu a vodíku.
ThesiliconatomislocatedintheIVmaingroupoftheperiodictable,anditsatomicnumberisZ=14,thereare14electronsoutsidethenucleus.Theelectronsareoutsidethenucleus,andaresurroundedbylayersfromlowsiliconatomstohighenergylevels,frominsidetooutside.Thisiscalledtheshellstructureofelectrons.Theextranuclearelectronsofsiliconatomshave2electronsinthefirstlayerand8electronsinthesecondlayer,reachingastablestate.The4electronsintheoutermostlayerarevalenceelectrons,whichplayaleadingroleintheconductivityofsiliconatoms.Function.
Becausethesiliconatomhassuchastructure,ithassomespecialproperties:thefouroutermostvalenceelectronsmakethesiliconatominametastablestructure,andthesevalenceelectronsmakethesiliconatomscommunicatewitheachother.Covalentlybonded,duetothestrongcovalentbond,siliconhasahighermeltingpointanddensity;chemicalpropertiesarerelativelystable,itisdifficulttoreactwithothersubstances(excepthydrogenfluorideandlye)atroomtemperature;thereisnoobviousinsiliconcrystalsThefreeelectronscanconductelectricity,buttheconductivityisnotasgoodasthatofmetals,anditincreaseswithtemperature.Ithassemiconductorproperties.
Při zahřátí může jednat s elementárními halogeny, dusíkem, uhlíkem a dalšími nekovy. Interaguje s některými kovy, jako je Mg, Ca, Fe, Pt, atd. za vzniku silicidů. vodní pára.
Klasifikace: čistá látka, jednoduchá látka, nekovová jednoduchá látka.
(1)Reagujte s jednoduchou látkou
(2)Lze to kombinovat s některými oxidačními reakcemi
(3)Reakce s kyselinou:pouze reakce s kyselinou fluorovodíkovou
(4)Reakce s alkálií
Note:SiliconandaluminumcanbothreactwithacidandAsimplesubstancethatcanreactwithalkalitoreleasehydrogen.
Související rovnice:
Související sloučeniny:
Oxid křemičitý,silikagel,křemičitan,kyselina křemičitá,kyselina ortokřemičitá,silan,dichloridSilan,trichlorsilan,tetrachlorsilan,
Atomové vlastnosti:
Atomová hmotnost:28,0855u;
Ztráta jádra:0,1455u;
Atomový poloměr: (vypočtená hodnota)110(111)pm;
Kovalentní rádius:111pm;
VanderWaalsradius:210pm;
Uspořádání periferní elektronové vrstvy: 3s²3p²;
Uspořádáníelektronové saty energetické úrovně:2,8,4
Elektrovrstva:KLM;
Oxidující (oxid): 4 (amfoterní).
Metoda přípravy
V laboratoři lze použít hořčíkový prášek ke snížení práškového oxidu křemičitého za zahřátí a vytvořený oxid hořečnatý a prášek hořčíku lze smýt zředěnou kyselinou a poté se použije vodík. smeta není dostatečně čistá,což je hnědočerný prášek.Průmyslová výroba křemíkusklademskladukřemíkuvelektrické obloukové peci (obsah SiO2je větší než 99 %).Použitým redukčním činidlem je petrolejový koks a dřevěné uhlí. obsah( 0,3 % až 0,8 %) a vysoce kvalitní oxid křemičitý (SiO2větší než 99 %) lze použít k přímé výrobě vysoce kvalitního křemíku pro plechy z křemíkové oceli. Vysoce čistý polovodičový křemík lze připravit redukcí vysoce čistého trichlorsubsilanu>>3SiHClSiHCl< s vodíkovou horkovzdušnou křemíkovou tyčinkou při 1200°C. Ultračistý křemík z křemíku lze připravit metodou Czochralskimetod zónového tavení.
Amorphoussiliconcanbeobtainedbyreducingsilicondioxidewithmagnesium.Crystalsiliconcanbeobtainedbyreducingsilicondioxidewithcarboninanelectricfurnace.Thehigh-puritysiliconusedintheelectronicsindustryismadebyreducingtrichlorosilaneorsilicontetrachloridewithhydrogen.
Applicationareas
1.High-puritysinglecrystalsiliconisanimportantsemiconductormaterial.AsmallamountofgroupIIIAelementisaddedtomonocrystallinesilicontoformap-typesiliconsemiconductor;asmallamountofgroupVAelementisaddedtoformann-typesemiconductor.Thep-typesemiconductorandthen-typesemiconductorarecombinedtoformap-njunction,whichcanbemadeintoasolarcell,whichconvertsradiantenergyintoelectricalenergy.Itisapromisingmaterialinthedevelopmentofenergy.Inaddition,thewidelyuseddiodes,triodes,thyristors,fieldeffecttransistorsandvariousintegratedcircuits(includingchipsandCPUsinpeople'scomputers)areallrawmaterialsmadeofsilicon.
2.Metalceramics,importantmaterialsforastronautics.Ceramicandmetalaremixedandsinteredtomakeametal-ceramiccompositematerial,whichisresistanttohightemperature,richintoughness,andcanbecut.Itnotonlyinheritstherespectiveadvantagesofmetalandceramic,butalsomakesupfortheinherentdefectsofthetwo.Itcanbeusedinthemanufactureofmilitaryweapons.Thefirstspaceshuttle"Columbia"wasabletowithstandthehightemperaturegeneratedbyfrictionwhentravelingthroughdenseatmosphereathighspeed,thankstoitsshellmadeof31,000silicontiles.
3.Opticalfibercommunication,thelatestmodernmeansofcommunication.Puresilicacanbeusedtodrawhigh-transparencyglassfibers.Thelasercanbetransmittedforwardthroughcountlesstotalreflectionsinthepathoftheglassfiber,insteadofbulkycables.Theopticalfibercommunicationcapacityishigh.Aglassfiberasthinasahaircantransmit256telephonesatthesametime;anditisnotaffectedbyelectricityormagnetism,isnotafraidofeavesdropping,andhasahighdegreeofconfidentiality.Opticalfibercommunicationwillrevolutionizehumanlifeinthe21stcentury.
4.Siliconeorganiccompoundswithexcellentperformance.Forexample,siliconeplasticisanexcellentwaterproofcoatingmaterial.Sprayingsiliconeonthewallsofthesubwaycansolvetheproblemofwaterseepageonceandforall.Coatingathinlayerofsiliconeplasticonthesurfaceofancientculturalrelicsandsculpturescanpreventmossfromgrowingandresistwind,rain,andweathering.TheMonumenttothePeople'sHeroesonTiananmenSquareistreatedwithsiliconeplastic,soitwillalwaysbewhiteandfresh.
5.Duetotheuniquestructureoforganicsilicon,itcombinesthepropertiesofinorganicmaterialsandorganicmaterials.Ithasbasicpropertiessuchaslowsurfacetension,lowviscosity-temperaturecoefficient,highcompressibility,andhighgaspermeability.Highandlowtemperature,electricalinsulation,oxidationstability,weatherresistance,flameretardancy,waterrepellency,corrosionresistance,non-toxic,odorless,andphysiologicalinertia.Itiswidelyusedinaerospace,electronicandelectrical,construction,transportation,chemical,textile,Food,lightindustry,medicalandotherindustries,inwhichsiliconeismainlyusedinsealing,bonding,lubrication,coating,surfaceactivity,demoulding,defoaming,foamsuppression,waterproofing,moisture-proof,inertfilling,etc.Withthecontinuousgrowthofthenumberandvarietyofsilicones,theapplicationareascontinuetoexpand,formingauniqueandimportantproductsysteminthefieldofnewchemicalmaterials.Manyvarietiesareirreplaceableandindispensableforotherchemicals.
6.Siliconcanincreasethehardnessofplantstalksandincreasethedifficultyoffeedinganddigestionbypests.Althoughsiliconisnotanessentialelementinplantgrowthanddevelopment,itisalsoachemicalelementnecessaryforplantstoresistadversityandregulatetherelationshipbetweenplantsandotherorganisms.
Siliconplaysagreatroleinimprovingtheresistanceofplantstoabioticandbioticstresses.Forexample,siliconcanimprovetheresistanceofplantstodrought,saltstress,ultravioletradiation,pestsanddiseases.SiliconcanincreasetheresistanceofricetoCnaphalocrocismedinalis.Aftertheapplicationofsilicon,thedefensiveresponseofricetopestfeedingisrapidlyimproved.Siliconplaysaguardroleinplantdefense.
Whenriceisattackedbyinsectpests,siliconcanalertricetoquicklyactivatethejasmonicacidpathwayrelatedtostressresistance.Jasmonicacidsignalinturnpromotestheabsorptionofsilicon.TheinteractionofsiliconandjasmonicacidsignalpathwayaffectsResistanceofricetopests.
Physiologicalfunction
Siliconisoneoftheessentialtraceelementsforthehumanbody.Itaccountsfor0.026%ofbodyweight.Thebiggestharmofsiliconandsilicon-containingdusttothehumanbodyistocausesilicosis.Silicosisisoneoftheseriousoccupationaldiseases.Miners,stoneprocessingworkersandotherworkersinplacescontainingsilicondustshouldtakenecessaryprotectivemeasures.
Siliconisessentialfortheformationofconnectivetissueandcartilage.Siliconcanconnectmucopolysaccharidestoeachotherandbindmucopolysaccharidestoproteinstoformafibrousstructure,therebyincreasingtheelasticityandstrengthofconnectivetissue,Maintaintheintegrityofthestructure;siliconparticipatesinthecalcificationofbonesandplaysaroleintheinitialstageofcalcification.Siliconinfoodcanincreasethespeedofcalcification,especiallywhenthecalciumintakeislow.Theeffectismoreobvious;theaminoacidincollagenisabout21%Itishydroxyproline,prolylhydroxylasemakesprolinehydroxylate,thisenzymeneedssiliconwhenitshowsmaximumactivity;throughanalysisofdifferentsourcesofcollagen,theresultsshowthatsiliconisoneofthecomponentsofcollagen.
Referenceintake:Sincethereisnoexperimentaldataonthehumanbody'ssiliconrequirement,itisdifficulttoputforwardasuitabledailysiliconrequirementofthehumanbody.Accordingtoanimalexperiments,ifsiliconiseasytoabsorb,thedailyrequirementofthehumanbodyItmaybe2～5mg.However,mostofthesiliconinthedietisnoteasilyabsorbed,andtherecommendedintakeisabout5-10mgperday.Itcanbeconsideredthatadailyintakeof20-50mgisappropriate.
Excessivemanifestations:Individualswithhighsilicondisease,highsilicondiet,focalglomerulonephritis,andsignificantlyhighersiliconcontentinkidneytissue.Therearealsoreportsthatalargeamountofmagnesiumsilicate(silicon-containingantacids)mayinduceurinarycalculiinhumans.
Silicosis,long-terminhalationoflargeamountsofsilicon-containingdustthroughtherespiratorytractcancausesilicosis.
Silicosis,alsoknownassilicosis,isthemostcommontypeofpneumoconiosis.Itiscausedbylong-terminhalationofalargeamountofdustcontainingfreesilicondioxide.Itiscausedbyextensivenodularfibrosisinthelungs.Themaindisease.Inpatientswithsilicosis,duetoextensivefibroustissuehyperplasiainbothlungs,themicrovascularcirculationofthelungtissueishinderedandtheresistanceisreduced,soitiseasytomergewithotherdiseases,leadingtoworseningofthediseaseandevendeath.
Insufficientperformance:Thelackofsiliconinthefeedcanslowthegrowthofanimals,andthelackcancausehairandnailstobreakeasily,andtheskinlosesitsluster.Theresultsofanimalexperimentsshowthatsupplementingsiliconwhilefeedingarterioscleroticbeveragesisbeneficialtoprotectthestructureoftheanimal’saorta.Inaddition,ithasbeendeterminedthatthesiliconcontentinbloodvesselwallsisinverselyproportionaltothedegreeofatherosclerosisinhumansandanimals.Amongthepopulationswithdifferentlong-termincidencesofcardiovasculardisease,thesiliconcontentintheirdrinkingwateralsodifferedbyabouttwotimes.Peoplewithhighsiliconcontentindrinkingwatersufferedfewerdiseases.
Siliconisaverysafesubstance.Itdoesnotreactbytheimmunesystem,norisitswallowedbycells,nordoesitbreedbacteriaorreactwithchemicals.Itcanalsotargetskinwounds.Thesilicageldevelopedandproducedcanbeusedtoprotectwounds.Itisaverysafematerialandisapprovedforusebyhealthagenciesinvariouscountries.
Časté fámy
Fámy: V přírodě existuje křemík ve formě sloučenin obsahujících kyslík.
Vyvrátit:V přírodě existuje přírodní silikonový prvek a byl hlášen již delší dobu. Následující text je výňatek z literární zprávy
Tento článek provádí mineralogii, mineralogii a mineralogii přírodního křemíku.Studijní výzkum.Minerály produkují ložisko síry typu skarn a polymetalické ložisko na určitém místě ve Fujianu. ous.Themeasuredspecific gravityd=2.368.HardnessH_M=6.76.ReflectionR470nm37.08;546nm33.44;589nm31.27;650nm29.96.Po skenování elektron,mikroskopie,analýza 9beannaelektrického spektra 0,87 %～99,94 %.
