Silicium et ses composés. Silicium dans la nature. Application de silicium

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 05:26

Le silicium est l'un des éléments les plus demandés dans la technologie et l'industrie. Il le doit à ses propriétés inhabituelles. Aujourd'hui, il existe de nombreux composés différents de cet élément qui jouent un rôle important dans la synthèse et la création de produits techniques, de vaisselle, de verre, d'équipements, de matériaux de construction et de finition, de bijoux et d'autres industries.

Caractéristiques générales du silicium

Si l'on considère la position du silicium dans le système périodique, on peut dire ceci:

1. Situé dans le groupe IV du sous-groupe principal.
2. Numéro ordinal 14.
3. Masse atomique 28 086.
4. Symbole chimique Si.
5. Nom - silicium, ou en latin - silicium.
6. Configuration électronique de la couche externe 4e:2e:8e.

Le réseau cristallin du silicium est similaire à celui du diamant. Les atomes sont situés aux nœuds, son type est cubique face centrée. Cependant, en raison de la longueur de liaison plus longue, les propriétés physiques du silicium sont très différentes de celles de la modification allotropique du carbone.

Propriétés physiques et chimiques

Il y a deuxmodifications allotropiques de cet élément: amorphe et cristallin. Ils sont très similaires. Cependant, comme pour les autres substances, la principale différence entre elles est le réseau cristallin du silicium.

Dans ce cas, les deux modifications sont des poudres de couleurs différentes.

1. Le silicium cristallin est une poudre métallique brillante gris foncé. Sa structure correspond au diamant, mais les propriétés sont différentes. Il a:

• fragilité;
• faible dureté;
• propriétés des semi-conducteurs;
• point de fusion 1415⁰C;
• 2.33g/cm³;
• point d'ébullition 2700⁰C.

Son activité chimique est faible par rapport aux autres formes allotropiques.

2. Silicium amorphe - poudre brun-brun, a la structure d'un diamant très désordonné. L'activité chimique est assez élevée.

En général, il convient de noter que le silicium n'aime pas réagir. Pour le faire réagir, vous avez besoin d'une température d'au moins 400-500⁰C. Dans ces conditions, divers composés chimiques du silicium se forment. Tels que:

• oxydes;
• halogénures;
• siliciures;
• nitrures;
• borures;
• carbures.

Interaction possible du silicium avec l'acide nitrique ou l'alcali, appelée processus de gravure. Les composés organosiliciés sont très répandus et deviennent de plus en plus courants aujourd'hui.

Être dans la nature

Le silicium se trouve dans la nature en quantité assez importante. Il occupe la deuxième place après l'oxygène en termes de prévalence. Sa fraction massique est d'environ 30 %. L'eau de mer contient également cet élément à une concentration approximative de 3 mg/l. Par conséquent, on ne peut pas dire que le silicium soit un élément rare dans la nature.

Au contraire, il existe de nombreuses roches et minéraux différents dans lesquels il se trouve et à partir desquels il peut être extrait. Les composés de silicium naturel les plus courants sont les suivants:

1. Silice. La formule chimique est SiO₂. Il existe une assez grande variété de formes de minéraux et de roches à base de celui-ci: sable, silex, feldspaths, quartz, cristal de roche, améthyste, calcédoine, cornaline, opale, jaspe et autres.
2. Silicates et aluminosilicates. Kaolin, spaths, mica, sels d'acide silicique, amiante, talc.

Ainsi, le silicium est largement répandu dans la nature, et ses composés sont populaires et demandés par les gens pour des applications techniques.

Silicium et ses composés

Étant donné que l'élément en question ne peut exister sous sa forme pure, ses différents composés sont donc importants. D'un point de vue chimique, il peut présenter trois états d'oxydation: +2, +4, -4. Partant de là, ainsi que de son inertie, mais particulière dans la structure du réseau cristallin, il forme les principaux types de substances suivants:

• composés binaires avec des non-métaux (silane, carbure, nitrure, phosphure, etc.;
• oxydes;
• siliciumacide;
• silicates métalliques.

Regardons de plus près l'importance du silicium et de ses composés, qui sont les plus courants et les plus demandés par les gens.

Oxydes de silicium

Il existe deux variétés de cette substance, exprimées par les formules:

• SiO;
• SiO₂.

Cependant, le plus répandu est le dioxyde. Elle existe dans la nature sous forme de très belles pierres semi-précieuses:

• agate;
• calcédoine;
• opale;
• cornaline;
• jaspe;
• améthyste;
• strass.

L'utilisation du silicium sous cette forme a trouvé son application dans la fabrication de bijoux. Des bijoux en or et en argent incroyablement beaux sont fabriqués avec ces pierres semi-précieuses et semi-précieuses.

Plus de variantes de dioxyde de silicium:

• quartz;
• rivière et sable de quartz;
• silex;
• feldspaths.

L'utilisation du silicium dans ces types est mise en œuvre dans les travaux de construction, l'ingénierie, la radioélectronique, l'industrie chimique et la métallurgie. Ensemble, les oxydes répertoriés appartiennent à une seule substance - la silice.

Le carbure de silicium et ses applications

Le silicium et ses composés sont les matériaux du futur et du présent. L'un de ces matériaux est le carborundum ou le carbure de cet élément. Formule chimique du SiC. Se produit naturellement sous forme de moissanite minérale.

Dans sa forme pure, le composé de carbone et de silicium est magnifiquecristaux transparents ressemblant à des structures de diamant. Cependant, les substances de couleur verte et noire sont utilisées à des fins techniques.

Les principales caractéristiques de cette substance, permettant son utilisation dans la métallurgie, l'ingénierie, l'industrie chimique, sont les suivantes:

• semi-conducteur à grand écart;
• très haute résistance (7 sur l'échelle de Mohs);
• résistant aux hautes températures;
• excellente résistance électrique et conductivité thermique.

Tout cela permet d'utiliser le carborundum comme matériau abrasif dans la métallurgie et la synthèse chimique. Et aussi sur sa base pour produire des LED à large spectre, des pièces pour les fours de fusion du verre, des buses, des torches, des bijoux (la moissanite est plus valorisée que la zircone cubique).

Silan et sa signification

Le composé hydrogène du silicium est appelé silane et ne peut pas être obtenu par synthèse directe à partir de matières premières. Pour l'obtenir, on utilise des siliciures de divers métaux, qui sont traités avec des acides. En conséquence, du silane gazeux est libéré et un sel métallique se forme.

Il est intéressant de noter que la connexion en question ne se forme jamais seule. Toujours à la suite de la réaction, un mélange de mono-, di- et trisilane est obtenu, dans lequel les atomes de silicium sont interconnectés en chaînes.

Par leurs propriétés, ces composés sont de puissants réducteurs. Dans le même temps, ils sont eux-mêmes facilement oxydés par l'oxygène, parfois avec une explosion. Avec les halogènes, les réactions sont toujours violentes, avec une forte émissionénergie.

Les applications des silanes sont les suivantes:

1. Réactions de synthèse organique, qui entraînent la formation d'importants composés organosiliciés - silicones, caoutchoucs, mastics, lubrifiants, émulsions et autres.
2. Microélectronique (moniteurs LCD, circuits techniques intégrés, etc.).
3. Obtenir du polysilicium ultra-pur.
4. Dentisterie avec prothèses.

Ainsi, l'importance des silanes dans le monde moderne est élevée.

Acide silicique et silicates

L'hydroxyde de l'élément en question est différents acides siliciques. Surligner:

• meta;
• ortho;
• acides polysiliciques et autres.

Tous sont unis par des propriétés communes - une extrême instabilité à l'état libre. Ils se décomposent facilement sous l'influence de la température. Dans des conditions normales, ils n'existent pas longtemps, se transformant d'abord en sol, puis en gel. Après séchage, ces structures sont appelées gels de silice. Ils sont utilisés comme adsorbants dans les filtres.

Important, du point de vue de l'industrie, sont les sels d'acides siliciques - silicates. Ils sous-tendent la production de substances telles que:

• verre;
• concret;
• ciment;
• zéolite;
• kaolin;
• porcelaine;
• faïence;
• cristal;
• céramique.

Les silicates de métaux alcalins sont solubles, tous les autres ne le sont pas. Par conséquent, le silicate de sodium et de potassium est appelé verre liquide. Colle de bureau ordinaire - c'est du sodiumsel d'acide silicique.

Mais les composés les plus intéressants restent les verres. Peu importe le nombre de variantes de cette substance qu'ils ont inventées ! Aujourd'hui, ils obtiennent des options de couleur, d'optique et de mat. La verrerie frappe par sa splendeur et sa variété. En ajoutant certains oxydes métalliques et non métalliques au mélange, une grande variété de types de verre peut être produite. Parfois même la même composition, mais un pourcentage différent des composants entraîne une différence dans les propriétés de la substance. Un exemple est la porcelaine et la faïence, dont la formule est SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Le verre de quartz est une forme de produit très pur dont la composition est décrite comme du dioxyde de silicium.

Découvertes de composés de silicium

Au cours des dernières années de recherche, il a été prouvé que le silicium et ses composés sont les acteurs les plus importants de l'état normal des organismes vivants. Avec un manque ou un excès de cet élément, des maladies telles que:

• cancer;
• tuberculose;
• arthrite;
• cataracte;
• lèpre;
• dysenterie;
• rhumatisme;
• hépatite et autres.

Le processus de vieillissement lui-même est également associé à la teneur quantitative en silicium. De nombreuses expériences sur des mammifères ont prouvé qu'en cas de manque d'un élément, des crises cardiaques, des accidents vasculaires cérébraux, des cancers se produisent et le virus de l'hépatite est activé.