Кремний - общая характеристика химического элемента

Кремний – химический элемент таблицы Менделеева. Попробуем разобраться, что же такое кремний – металл или неметалл?

Оглавление:

• Общая характеристика
• Состав и структура кремния
• Физические свойства
• Химические свойства
• Получение кремния
• Области применения
• Плюсы и минусы кремния
• Заключение

Кремний – химический элемент таблицы Менделеева. Попробуем разобраться, что же такое кремний – металл или неметалл?

Какова его природа, общая характеристика и свойства не только в физике, но и в химии? Как реагирует с другими веществами? Какие соединения образуют? Каковы области применения этого элемента?

Общая характеристика

Обозначение этого элемента в таблице Менделеева – Si (silicium – «силициум»). В таблице он стоит в четвертой группе третьего периода. Является неметаллом.

Первое название этого элемента - силиций. В середине 19 века его стали называть «кремнием».

Основные особенности:

1. Второй по распространенности элемент таблицы Менделеева.
2. Аналог углерода – это элемент (а также его генетический ряд) со своими специфическими особенностями.

Где можно взять кремний? В основном, в природе он находится в земле в виде оксидов и других структур горных пород (кварц, силикат и т. д.).

Состав и структура кремния

Рассмотрим основные параметры этого элемента в таблице.

У кремния есть 3 изотопа: Si (28), Si (29), Si (30).

Электронное строение атома кремния показано на картинке:

Физические свойства

Строение атома кремния, из которого состоит большинство материалов, позволяет доказать ученым наличие аллотропии у этого элемента.

Выделяют 2 модификации:

• аморфный;
• кристаллический.

Первый представляет собой порошок коричневого цвета, который плавится при температуре свыше 1400 градусов Цельсия.

Второй – кристаллизованный кремний темно-серого оттенка с блестящей поверхностью.

По сравнению с предыдущим, обладает высокими показателями тепло- и электропроводности.

Химические свойства

Поскольку он находится в четвертой группе главной подгруппе таблицы Менделеева, то может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Рассмотрим по отдельности каждый вид реакций.

Восстановительные процессы

С простыми веществами:

Si + 2Br₂ = SiBr₄;

Si + O₂ = SiO_2.

Со сложными веществами:

Кислоты

3Si + 12HF + 4HNO₃ = 3SiF₄ + 4NO + 8H₂O.

Гидроксиды

Si + 2NaOH + H₂O = Na2SiO₃ + 2H_2.

Окислительные процессы

Он проявляет при взаимодействии с гидридами, металлами, солями, сильными концентрированными кислотами.

Как правило, в качестве побочных продуктов в таких реакциях выступают окиси неметаллов, сульфаты, нитраты и другие соли, содержащие этот элемент.

Получение кремния

Различают два способа получения кремния: лабораторный и промышленный. Рассмотрим подробно оба.

В лаборатории

Его восстанавливают с помощью магния или алюминия при нагревании.

В промышленности

Получение этим способом требует больших усилий:

1. В печах под действием кокса идет разложение диоксида кремния при температуре свыше 1790 градусов по Цельсию.
2. Очищают полученный кремний от примесей. Как правило, получают соль, а затем обрабатывают кислотами.
3. Очистку проводят до тех пор, пока массовая доля в образце не будет ниже 95%.

Кроме того, в промышленности в последние годы популярным способом очистки стало хлорирование. Оно используется чаще, поскольку этот метод экономически выгоден и дает большую степень очистки.

В России существует всего два завода по производству технического кремния: Каменск-Уральский и Усолье-Сибирский.

Области применения

Кремний имеет широкую область применения:

1. Он является хорошим сырьем для получения его аллотропных модификаций и различных соединений на его основе.
2. Это главный компонент при получении различных сплавов. Как правило, в металлургии это главный окислитель и модифицирующий элемент.
3. Кремний часто используется для получения стекла и цемента.
4. Он является незаменимым компонентом в производстве батарей.
5. Кремний чаще всего используется как подручное средство для получения других простых веществ в лаборатории.

Плюсы и минусы кремния

Попробуем разобраться, в чем же заключаются преимущества и недостатки этого элемента? Как он вообще влияет на жизнь различных организмов?

Кремний необходим растениям для питания и роста, некоторым простейшим организмам - для правильного протекания процессов жизнедеятельности.

В организмах высших существ он играет важную роль (является одним из незаменимых микроэлементов), но помимо этого может вредить им (вызывать силикоз – отравление солями этого неметалла).

Незаменима его роль в промышленности и технике, металлургии. А вот медицинские показатели еще до конца не изучены, поэтому применять его для лечения различных заболеваний можно с осторожностью и только по рекомендациям врача.

Заключение

Кремний незаменим в химии и физике. Он играет важнейшую роль в биохимических реакциях организма человека. Правда избыток этого элемента может привести к хроническим болезням.