Sifat kimia silikon. Persiapan kimia untuk edisi kompleks zno dan dpa

Deskripsi dan sifat silikon

Silikon adalah elemen, golongan keempat, periode ketiga dalam tabel unsur. Nomor atom 14. rumus silikon— 3s2 3p2. Didefinisikan sebagai elemen pada tahun 1811, dan pada tahun 1834 diterima nama Rusia"silikon", bukan "sisilia" sebelumnya. Meleleh pada 1414º C, mendidih pada 2349º C.

Ini menyerupai dalam struktur molekul, tetapi lebih rendah daripada itu dalam kekerasan. Cukup rapuh, dalam keadaan panas (setidaknya 800º C) memperoleh plastisitas. Diterangi oleh sinar infra merah. Jenis silikon monokristalin memiliki sifat semikonduktor. Menurut beberapa karakteristik atom silikon mirip dengan struktur atom karbon. elektron silikon memiliki nomor valensi yang sama seperti pada struktur karbon.

pekerja sifat silikon tergantung pada isi konten tertentu di dalamnya. Silikon memiliki jenis konduktivitas yang berbeda. Secara khusus, ini adalah tipe "lubang" dan "elektronik". Untuk mendapatkan yang pertama, boron ditambahkan ke silikon. Jika menambahkan fosfor, silikon memperoleh konduktivitas jenis kedua. Jika silikon dipanaskan bersama dengan logam lain, senyawa spesifik yang disebut "silisida" terbentuk, misalnya, dalam reaksi " magnesium-silikon«.

Silikon yang digunakan untuk kebutuhan elektronika terutama dinilai dari karakteristiknya. lapisan atas. Oleh karena itu, perlu memperhatikan kualitasnya, yang secara langsung tercermin dalam kinerja keseluruhan. Pengoperasian perangkat yang diproduksi tergantung pada mereka. Untuk mendapatkan kinerja yang paling dapat diterima dari lapisan atas silikon, mereka diperlakukan dengan berbagai dengan cara kimia atau terkena radiasi.

Menggabungkan "sulfur-silikon", membentuk silikon sulfida, yang mudah berinteraksi dengan air dan oksigen. Ketika bereaksi dengan oksigen, kondisi suhu di atas 400º C, ternyata silika. Pada suhu yang sama, reaksi dengan klorin dan yodium, serta dengan bromin, menjadi mungkin, di mana zat yang mudah menguap terbentuk - tetrahalida.

Tidak akan berhasil untuk menggabungkan silikon dan hidrogen melalui kontak langsung; ada metode tidak langsung untuk ini. Pada 1000º C, reaksi dengan nitrogen dimungkinkan, serta boron, menghasilkan silikon nitrida dan silikon borida. Pada suhu yang sama, dengan menggabungkan silikon dengan karbon, seseorang dapat menghasilkan silikon karbida, yang disebut "karborundum". komposisi ini memiliki struktur padat, aktivitas kimia lamban. Digunakan sebagai bahan abrasif.

Setara dengan besi, silikon membentuk campuran khusus, ini memungkinkan pencairan elemen-elemen ini, yang membentuk keramik ferosilikon. Selain itu, titik lelehnya jauh lebih rendah daripada jika dilebur secara terpisah. Pada rezim suhu di atas 1200º C, pembentukan dimulai dari elemen silikon oksida, juga dalam kondisi tertentu ternyata silikon hidroksida. Saat mengetsa silikon, larutan berbasis air alkali digunakan. Suhu mereka harus setidaknya 60º C.

Deposit dan penambangan silikon

Elemen ini adalah yang paling umum kedua di planet ini zat. silikon menyumbang hampir sepertiga dari kerak bumi. Hanya oksigen yang lebih umum. Hal ini terutama diekspresikan oleh silika - senyawa yang mengandung silikon dioksida pada intinya. Turunan utama silikon dioksida adalah batu, berbagai pasir, kuarsa, dan juga yang lapangan. Mereka diikuti oleh senyawa silikat silikon. Kelahiran silikon adalah fenomena langka.

Aplikasi silikon

silikon, Sifat kimia yang menentukan ruang lingkup penerapannya, terbagi menjadi beberapa jenis. Silikon yang kurang murni digunakan untuk kebutuhan metalurgi: untuk, misalnya, untuk aditif dalam aluminium, silikon secara aktif mengubah sifatnya, deoxidizers, dll. Ini secara aktif memodifikasi sifat-sifat logam dengan menambahkan menggabungkan. silikon paduan mereka, mengubah kerja karakteristik, silikon jumlah yang cukup kecil sudah cukup.

Juga, turunan berkualitas tinggi diproduksi dari silikon mentah, khususnya, silikon mono dan polikristalin, serta organik silikon - ini adalah silikon dan berbagai minyak organik. Itu juga menemukan penerapannya dalam produksi semen dan industri kaca. Dia tidak melewati produksi batu bata, pabrik-pabrik yang memproduksi porselen dan juga tidak dapat melakukannya tanpanya.

Silikon adalah bagian dari lem silikat yang terkenal, yang berfungsi untuk pekerjaan perbaikan, dan sebelumnya digunakan dalam kebutuhan klerikal sampai pengganti yang lebih praktis muncul. Beberapa produk kembang api juga mengandung silikon. Hidrogen dapat diperoleh darinya dan paduan besinya di udara terbuka.

Apa kualitas yang lebih baik? silikon? piring sel surya juga termasuk silikon, tentu saja tidak teknis. Untuk kebutuhan ini, silikon dengan kemurnian ideal diperlukan, atau setidaknya silikon teknis dengan tingkat pemurnian tertinggi.

Disebut "silikon elektronik", yang mengandung hampir 100% silikon, memiliki kinerja yang jauh lebih baik. Oleh karena itu, lebih disukai dalam produksi perangkat elektronik ultra-presisi dan sirkuit mikro kompleks. Dalam pembuatannya, diperlukan produksi berkualitas tinggi. sirkuit, silikon yang hanya kategori tertinggi harus pergi. Pengoperasian perangkat ini tergantung pada seberapa banyak mengandung silikon pengotor yang tidak diinginkan.

Silikon menempati tempat penting di alam, dan sebagian besar makhluk hidup selalu membutuhkannya. Bagi mereka, ini adalah sejenis senyawa pembangun, karena sangat penting untuk kesehatan sistem muskuloskeletal. Setiap hari seseorang menyerap hingga 1 g senyawa silikon.

Bisakah silikon berbahaya?

Ya, karena silikon dioksida sangat rentan terhadap debu. Ini memiliki efek iritasi pada permukaan mukosa tubuh dan dapat secara aktif menumpuk di paru-paru, menyebabkan silikosis. Untuk melakukan ini, dalam produksi yang terkait dengan pemrosesan elemen silikon, penggunaan respirator adalah wajib. Kehadiran mereka sangat penting dalam hal silikon monoksida.

harga silikon

Seperti yang Anda ketahui, semua peralatan elektronik modern, dari telekomunikasi hingga teknologi komputer, didasarkan pada penggunaan silikon, menggunakan sifat semikonduktornya. Rekan-rekan lainnya digunakan pada tingkat yang jauh lebih rendah. Properti unik silikon dan turunannya masih keluar dari persaingan selama bertahun-tahun yang akan datang. Meskipun terjadi penurunan harga pada tahun 2001 untuk silikon, penjualan cepat terpental kembali. Dan sudah pada tahun 2003, omset perdagangan sebesar 24 ribu ton per tahun.

Untuk teknologi terbaru yang membutuhkan silikon yang hampir sebening kristal, rekan teknisnya tidak cocok. Dan karena sistem pembersihannya yang kompleks, harganya meningkat secara signifikan. Jenis silikon polikristalin lebih umum, prototipe kristal tunggalnya agak kurang diminati. Pada saat yang sama, pangsa penggunaan silikon untuk semikonduktor menempati bagian terbesar dari omset.

Harga produk bervariasi tergantung pada kemurnian dan tujuan. silikon, beli yang, Anda dapat mulai dari 10 sen per kg bahan mentah mentah dan hingga $ 10 ke atas untuk silikon "elektronik".

geser 2

Menemukan di alam.

Di antara banyak unsur kimia yang tanpanya kehidupan di Bumi tidak mungkin ada, karbon adalah yang utama. Lebih dari 99% karbon di atmosfer dalam bentuk karbon dioksida. Sekitar 97% karbon di lautan ada dalam bentuk terlarut (), dan di litosfer - dalam bentuk mineral. Unsur karbon hadir di atmosfer dalam jumlah kecil dalam bentuk grafit dan intan, dan di tanah dalam bentuk arang.

geser 3

Posisi di PSCE Karakteristik umum unsur-unsur subkelompok karbon.

Subkelompok utama grup IV dari sistem periodik D. I. Mendeleev dibentuk oleh lima elemen - karbon, silikon, germanium, timah dan timbal. Karena fakta bahwa dari karbon ke timah jari-jari atom meningkat, ukuran atom meningkat, kemampuan untuk mengikat elektron, dan akibatnya, sifat non-logam akan melemah, sedangkan kemudahan melepaskan elektron akan meningkat. .

geser 4

bangunan elektronik

Dalam keadaan normal, unsur-unsur dari subkelompok ini menunjukkan valensi yang sama dengan 2. Pada transisi ke keadaan tereksitasi, disertai dengan transisi salah satu elektron s - dari lapisan terluar ke sel bebas dari sublevel p - dari tingkat yang sama, semua elektron pada lapisan terluar menjadi tidak berpasangan dan valensinya meningkat menjadi 4.

geser 5

Metode produksi: laboratorium dan industri.

Karbon Pembakaran metana yang tidak sempurna: CH4 + O2 = C + 2H2O Karbon monoksida (II) Dalam industri: Karbon monoksida (II) diproduksi di tungku khusus yang disebut generator gas sebagai hasil dari dua reaksi yang berurutan. Di bagian bawah generator gas, di mana ada cukup oksigen, pembakaran sempurna batubara terjadi dan karbon monoksida (IV) terbentuk: C + O2 = CO2 + 402 kJ.

geser 6

Saat karbon monoksida (IV) bergerak dari bawah ke atas, yang terakhir bersentuhan dengan batubara panas: CO2 + C = CO - 175 kJ. Gas yang dihasilkan terdiri dari nitrogen bebas dan karbon monoksida (II). Campuran ini disebut gas produser. Dalam generator gas, terkadang uap air dihembuskan melalui batubara panas: C + H2O = CO + H2 - Q, "CO + H2" - gas air. Di laboratorium: Bekerja pada asam format dengan asam sulfat pekat, yang mengikat air: HCOOH H2O + CO.

Geser 7

Karbon monoksida (IV) Dalam industri: Produk sampingan dari produksi kapur: CaCO3 CaO + CO2. Di laboratorium: Dalam interaksi asam dengan kapur atau marmer: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O. Karbida Karbida diperoleh dengan mengkalsinasi logam atau oksidanya dengan batubara.

Geser 8

Asam karbonat Diperoleh dengan melarutkan karbon monoksida (IV) dalam air. Sebagai asam karbonat koneksi sangat lemah, maka reaksi ini reversibel: CO2 + H2O H2CO3. Silikon Dalam industri: Saat memanaskan campuran pasir dan batu bara: 2C + SiO2Si + 2CO. Di laboratorium : Dalam interaksi campuran pasir murni dengan serbuk magnesium : 2Mg + SiO2 2MgO + Si.

Geser 9

Asam silikat Diperoleh dengan aksi asam pada larutan garamnya. Pada saat yang sama, ia mengendap dalam bentuk endapan agar-agar: Na2SiO3 + HCl 2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3

Geser 10

Modifikasi alotropik karbon.

Karbon ada dalam tiga modifikasi alotropik: berlian, grafit dan karabin.

geser 11

Grafit.

Grafit lunak memiliki struktur berlapis. Buram warna abu-abu dengan kilau metalik. Berperilaku cukup baik listrik karena adanya elektron yang bergerak. Licin saat disentuh. Salah satu yang paling lembut di antara padatan. Gbr.2 Model kisi grafit.

geser 12

Berlian.

Berlian adalah bahan alami yang paling keras. Kristal berlian sangat dihargai dan bagaimana bahan teknis, dan sebagai hiasan yang berharga. Berlian yang dipoles dengan baik adalah berlian. Membiaskan sinar cahaya, berkilau bersih, warna cerah pelangi. Intan terbesar yang pernah ditemukan memiliki berat 602 gram, panjang 11 cm, lebar 5 cm, tinggi 6 cm. Intan ini ditemukan pada tahun 1905 dan diberi nama "Kalian". Gbr.1 Model kisi berlian.

geser 13

Karbin dan Cermin karbon.

Karbin adalah bubuk hitam pekat diselingi dengan partikel yang lebih besar. Carbyne adalah bentuk unsur karbon yang paling stabil secara termodinamika. Karbon cermin memiliki struktur berlapis. Salah satu fitur terpenting dari karbon cermin (selain dari kekerasan, ketahanan terhadap suhu tinggi, dll.) adalah kompatibilitas biologisnya dengan jaringan hidup.

Geser 14

Sifat kimia.

Alkali mengubah silikon menjadi garam asam silikat dengan pelepasan hidrogen: Si + 2KOH + H2O \u003d K2Si03 + 2H2 Karbon dan silikon bereaksi dengan air hanya pada suhu tinggi: C + H2O CO + H2 Si + 3H2O \u003d H2SiO3 + 2H2 Karbon, tidak seperti silikon berinteraksi langsung dengan hidrogen: C + 2H2 = CH4

geser 15

karbida.

Senyawa karbon dengan logam dan unsur lain yang elektropositif terhadap karbon disebut karbida. Interaksi aluminium karbida dengan air menghasilkan metana Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Salah satu elemen yang paling umum di alam adalah silicium, atau silikon. Distribusi yang begitu luas berbicara tentang pentingnya dan pentingnya zat ini. Ini dengan cepat dipahami dan diadopsi oleh orang-orang yang belajar bagaimana menggunakan silikon dengan benar untuk tujuan mereka sendiri. Penerapannya didasarkan pada properti khusus, yang akan kita bicarakan nanti.

Silikon - unsur kimia

Jika kita mengkarakterisasi elemen ini dengan posisi di sistem periodik, hal-hal penting berikut dapat diidentifikasi:

1. Nomor serinya adalah 14.
2. Periode adalah kecil ketiga.
3. Grup - IV.
4. Subgrup adalah yang utama.
5. Struktur luar kulit elektron dinyatakan dengan rumus 3s 2 3p 2 .
6. Unsur silikon diwakili oleh simbol kimia Si, yang diucapkan "silicium".
7. Keadaan oksidasi yang ditunjukkannya adalah: -4; +2; +4.
8. Valensi atom adalah IV.
9. Massa atom silikon adalah 28,086.
10. Di alam, ada tiga isotop stabil dari unsur ini dengan nomor massa 28, 29 dan 30.

Jadi, dari sudut pandang kimia, atom silikon adalah elemen yang cukup dipelajari, banyak dari berbagai sifatnya telah dijelaskan.

Sejarah penemuan

Karena berbagai senyawa unsur yang dipertimbangkan sangat populer dan kandungannya sangat besar di alam, dari zaman kuno orang menggunakan dan mengetahui tentang sifat-sifat hanya banyak dari mereka. silikon murni lama tetap di luar pengetahuan manusia dalam kimia.

Senyawa yang paling populer digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri oleh masyarakat budaya kuno (Mesir, Romawi, Cina, Rusia, Persia dan lain-lain) adalah batu mulia dan hias berdasarkan silikon oksida. Ini termasuk:

• opal;
• berlian buatan;
• batu topas;
• krisoprase;
• oniks;
• kalsedon dan lain-lain.

Sejak zaman kuno, sudah menjadi kebiasaan menggunakan kuarsa dalam bisnis konstruksi. Namun, unsur silikon itu sendiri tetap belum ditemukan sampai abad ke-19, meskipun banyak ilmuwan mencoba dengan sia-sia untuk mengisolasinya dari senyawa yang berbeda, menggunakan untuk ini dan katalis, dan suhu tinggi, dan bahkan arus listrik. Ini adalah pikiran yang cemerlang seperti:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• kemudian;
• Humphrey Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius berhasil memperoleh silikon murni pada tahun 1823. Untuk melakukan ini, ia melakukan percobaan pada fusi uap silikon fluorida dan kalium logam. Akibatnya, ia menerima modifikasi amorf dari elemen tersebut. Ilmuwan yang sama mengusulkan nama Latin untuk atom yang ditemukan.

Beberapa saat kemudian, pada tahun 1855, ilmuwan lain - Saint Clair-Deville - berhasil mensintesis varietas alotropik lain - silikon kristal. Sejak itu, pengetahuan tentang unsur ini dan sifat-sifatnya mulai berkembang dengan sangat cepat. Orang-orang menyadari bahwa ia memiliki fitur unik yang dapat digunakan dengan sangat cerdas untuk memenuhi kebutuhan mereka sendiri. Oleh karena itu, saat ini salah satu elemen yang paling dibutuhkan dalam elektronik dan teknologi adalah silikon. Penggunaannya hanya memperluas batasnya setiap tahun.

Nama Rusia untuk atom diberikan oleh ilmuwan Hess pada tahun 1831. Itulah yang melekat hingga hari ini.

Silikon adalah yang paling melimpah kedua di alam setelah oksigen. Persentasenya dibandingkan dengan atom lain dalam komposisi kerak bumi adalah 29,5%. Selain itu, karbon dan silikon adalah dua elemen khusus yang dapat membentuk rantai dengan cara menghubungkan satu sama lain. Itulah sebabnya lebih dari 400 mineral alami yang berbeda dikenal untuk yang terakhir, dalam komposisi yang terkandung dalam litosfer, hidrosfer, dan biomassa.

Di mana tepatnya silikon ditemukan?

1. Di lapisan tanah yang dalam.
2. Dalam batuan, deposit dan massif.
3. Di dasar badan air, terutama laut dan samudera.
4. Pada tumbuhan dan penghuni laut kerajaan hewan.
5. Pada manusia dan hewan darat.

Hal ini dimungkinkan untuk menunjuk beberapa mineral dan batuan yang paling umum, di mana silikon hadir dalam jumlah besar. Kimia mereka sedemikian rupa sehingga kandungan massa elemen murni di dalamnya mencapai 75%. Namun, angka spesifiknya tergantung pada jenis bahannya. Jadi, batu dan mineral yang mengandung silikon:

• feldspar;
• mika;
• amfibi;
• opal;
• kalsedon;
• silikat;
• batu pasir;
• aluminosilikat;
• tanah liat dan lain-lain.

Terakumulasi dalam cangkang dan kerangka luar hewan laut, silikon akhirnya membentuk endapan silika yang kuat di dasar badan air. Ini adalah salah satu sumber alami elemen ini.

Selain itu, ditemukan bahwa silicium dapat eksis dalam bentuk asli murni - dalam bentuk kristal. Tetapi simpanan seperti itu sangat jarang.

Sifat fisik silikon

Jika kita mengkarakterisasi elemen yang dipertimbangkan dengan himpunan sifat fisik dan kimia, maka, pertama-tama, perlu untuk menunjuk dengan tepat parameter fisik. Berikut adalah beberapa yang utama:

1. Itu ada dalam bentuk dua modifikasi alotropik - amorf dan kristal, yang berbeda dalam semua sifat.
2. Kisi kristal sangat mirip dengan berlian, karena karbon dan silikon hampir sama dalam hal ini. Namun, jarak antar atom berbeda (silikon memiliki lebih banyak), sehingga berlian jauh lebih keras dan lebih kuat. Jenis kisi - berpusat pada wajah kubik.
3. Zat ini sangat rapuh, pada suhu tinggi menjadi plastik.
4. Titik lelehnya adalah 1415˚С.
5. Titik didih - 3250˚С.
6. Massa jenis zat tersebut adalah 2,33 g/cm3.
7. Warna senyawanya adalah abu-abu perak, kemilau metalik yang khas diekspresikan.
8. Ini memiliki sifat semikonduktor yang baik, yang dapat bervariasi dengan penambahan agen tertentu.
9. Tidak larut dalam air, pelarut organik dan asam.
10. Khusus larut dalam alkali.

Ditunjuk properti fisik silikon memungkinkan orang untuk mengontrol dan menggunakannya untuk membuat berbagai produk. Misalnya, penggunaan silikon murni dalam elektronik didasarkan pada sifat-sifat semikonduktor.

Sifat kimia

Sifat kimia silikon sangat tergantung pada kondisi reaksi. Jika kita berbicara tentang parameter standar, maka kita perlu menetapkan aktivitas yang sangat rendah. Baik silikon kristal dan amorf sangat lembam. Mereka tidak berinteraksi dengan zat pengoksidasi kuat (kecuali fluor) atau dengan zat pereduksi kuat.

Ini disebabkan oleh fakta bahwa lapisan oksida SiO 2 langsung terbentuk pada permukaan zat, yang mencegah interaksi lebih lanjut. Itu dapat terbentuk di bawah pengaruh air, udara, uap.

Namun, jika kondisi standar diubah dan silikon dipanaskan hingga suhu di atas 400˚С, maka aktivitas kimianya akan sangat meningkat. Dalam hal ini, ia akan bereaksi dengan:

• oksigen;
• semua jenis halogen;
• hidrogen.

Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, pembentukan produk pada interaksi dengan boron, nitrogen, dan karbon dimungkinkan. Yang paling penting adalah carborundum - SiC, karena merupakan bahan abrasif yang baik.

Juga, sifat kimia silikon terlihat jelas dalam reaksi dengan logam. Sehubungan dengan mereka, itu adalah zat pengoksidasi, oleh karena itu produknya disebut silisida. Senyawa serupa dikenal untuk:

• basa;
• alkali tanah;
• logam transisi.

Senyawa yang diperoleh dengan menggabungkan besi dan silikon memiliki sifat yang tidak biasa. Ini disebut keramik ferosilikon dan berhasil digunakan dalam industri.

Silikon tidak berinteraksi dengan zat kompleks, oleh karena itu, dari semua varietasnya, ia hanya dapat larut dalam:

• aqua regia (campuran asam nitrat dan asam klorida);
• alkali kaustik.

Dalam hal ini, suhu larutan harus setidaknya 60 ° C. Semua ini sekali lagi menegaskan dasar fisik zat - kisi kristal stabil seperti berlian, yang memberinya kekuatan dan kelembaman.

Bagaimana untuk mendapatkan

Mendapatkan silikon dalam bentuk murni adalah proses yang agak mahal secara ekonomis. Selain itu, karena sifatnya, metode apa pun hanya menghasilkan produk murni 90-99%, sedangkan pengotor dalam bentuk logam dan karbon tetap sama. Jadi mendapatkan substansi saja tidak cukup. Itu juga harus dibersihkan secara kualitatif dari elemen asing.

Secara umum, produksi silikon dilakukan dengan dua cara utama:

1. Dari pasir putih, yang murni silikon oksida SiO 2 . Ketika dikalsinasi dengan logam aktif(paling sering dengan magnesium), pembentukan elemen bebas terjadi dalam bentuk modifikasi amorf. Kemurnian metode ini tinggi, produk diperoleh dengan hasil 99,9 persen.
2. Metode yang lebih luas pada skala industri adalah sintering pasir cair dengan kokas dalam tungku termal khusus. Metode ini dikembangkan oleh ilmuwan Rusia Beketov N.N.

Pemrosesan lebih lanjut terdiri dalam menundukkan produk ke metode pemurnian. Untuk ini, asam atau halogen (klorin, fluor) digunakan.

silikon amorf

Karakterisasi silikon tidak akan lengkap jika setiap modifikasi alotropiknya tidak dipertimbangkan secara terpisah. Yang pertama adalah amorf. Dalam keadaan ini, zat yang kita pertimbangkan adalah bubuk coklat-coklat, terdispersi halus. Ini memiliki tingkat higroskopisitas yang tinggi, menunjukkan aktivitas kimia yang cukup tinggi ketika dipanaskan. Dalam kondisi standar, ia hanya dapat berinteraksi dengan zat pengoksidasi terkuat - fluor.

Menyebut silikon amorf hanya sejenis kristal tidak sepenuhnya benar. Kisi-kisinya menunjukkan bahwa zat ini hanya berupa silikon terdispersi halus yang ada dalam bentuk kristal. Oleh karena itu, dengan demikian, modifikasi ini adalah satu dan senyawa yang sama.

Namun, sifat-sifatnya berbeda, dan karena itu merupakan kebiasaan untuk berbicara tentang alotropi. Dengan sendirinya, silikon amorf memiliki kapasitas penyerapan cahaya yang tinggi. Selain itu, dalam kondisi tertentu, indikator ini beberapa kali lebih tinggi daripada bentuk kristal. Oleh karena itu, digunakan untuk tujuan teknis. Dalam bentuk yang dipertimbangkan (bubuk), senyawa ini mudah diaplikasikan pada permukaan apa pun, baik itu plastik atau kaca. Oleh karena itu, silikon amorf sangat nyaman digunakan. Aplikasi ini didasarkan pada ukuran yang berbeda.

Meskipun keausan baterai jenis ini cukup cepat, yang terkait dengan abrasi lapisan tipis bahan, namun penggunaan dan permintaan hanya meningkat. Memang, bahkan dalam masa pakai yang singkat, sel surya berbasis silikon amorf mampu menyediakan energi untuk seluruh perusahaan. Selain itu, produksi zat semacam itu bebas limbah, yang membuatnya sangat ekonomis.

Modifikasi ini diperoleh dengan mereduksi senyawa dengan logam aktif, misalnya natrium atau magnesium.

silikon kristal

Modifikasi silver-abu-abu mengkilat dari elemen dimaksud. Bentuk inilah yang paling umum dan paling diminati. Ini karena seperangkat sifat kualitatif yang dimiliki zat ini.

Karakteristik silikon dengan kisi kristal termasuk klasifikasi jenisnya, karena ada beberapa di antaranya:

1. Kualitas elektronik - kualitas paling murni dan tertinggi. Jenis inilah yang digunakan dalam elektronik untuk membuat perangkat yang sangat sensitif.
2. kualitas surya. Nama itu sendiri mendefinisikan area penggunaan. Ini juga merupakan silikon dengan kemurnian yang cukup tinggi, yang penggunaannya diperlukan untuk membuat sel surya berkualitas tinggi dan tahan lama. Konverter fotovoltaik yang dibuat berdasarkan struktur kristal memiliki kualitas dan ketahanan aus yang lebih tinggi daripada yang dibuat menggunakan modifikasi amorf dengan pengendapan pada berbagai jenis substrat.
3. silikon teknis. Varietas ini mencakup sampel zat yang mengandung sekitar 98% unsur murni. Segala sesuatu yang lain pergi ke berbagai jenis kotoran:

• aluminium;
• klorin;
• karbon;
• fosfor dan lain-lain.

Variasi terakhir dari bahan yang dipertimbangkan digunakan untuk mendapatkan polikristal silikon. Untuk itu dilakukan proses rekristalisasi. Akibatnya, dalam hal kemurnian, diperoleh produk yang dapat dikaitkan dengan kelompok kualitas surya dan elektronik.

Secara alami, polisilikon adalah produk antara antara modifikasi amorf dan kristal. Opsi ini lebih mudah digunakan, lebih baik diproses dan dibersihkan dengan fluor dan klorin.

Produk yang dihasilkan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

• multisilikon;
• monokristalin;
• kristal yang diprofilkan;
• potongan silikon;
• silikon teknis;
• limbah produksi berupa pecahan-pecahan dan sisa-sisa materi.

Masing-masing dari mereka menemukan aplikasi dalam industri dan digunakan oleh seseorang sepenuhnya. Oleh karena itu, yang terkait dengan silikon dianggap bebas limbah. Ini secara signifikan mengurangi biaya ekonomi, tanpa mempengaruhi kualitas.

Penggunaan silikon murni

Produksi silikon di industri ini cukup mapan, dan skalanya cukup besar. Ini karena fakta bahwa elemen yang diberikan, baik murni maupun dalam bentuk berbagai senyawa, tersebar luas dan diminati di berbagai cabang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Di mana silikon kristal dan amorf digunakan dalam bentuk murni?

1. Dalam metalurgi sebagai aditif paduan yang mampu mengubah sifat logam dan paduannya. Jadi, digunakan dalam peleburan baja dan besi.
2. Berbagai jenis zat digunakan untuk menghasilkan versi yang lebih bersih - polisilikon.
3. Senyawa silikon dengan adalah industri kimia keseluruhan yang telah mendapatkan popularitas tertentu saat ini. Bahan silikon digunakan dalam pengobatan, dalam pembuatan piring, peralatan dan banyak lagi.
4. Pembuatan berbagai panel surya. Metode memperoleh energi ini adalah salah satu yang paling menjanjikan di masa depan. Ramah lingkungan, hemat biaya dan tahan lama - keuntungan utama dari pembangkit listrik tersebut.
5. Silikon untuk korek api telah digunakan untuk waktu yang sangat lama. Bahkan di zaman kuno, orang menggunakan batu api untuk membuat percikan api saat menyalakan api. Prinsip ini adalah dasar untuk produksi korek api dari berbagai jenis. Saat ini ada spesies di mana batu diganti dengan paduan komposisi tertentu, yang memberikan hasil yang lebih cepat (percikan).
6. Elektronik dan energi surya.
7. Pembuatan cermin di perangkat laser gas.

Dengan demikian, silikon murni memiliki banyak keunggulan dan sifat khusus yang memungkinkannya digunakan untuk membuat produk yang penting dan diperlukan.

Penggunaan senyawa silikon

Selain zat sederhana, berbagai senyawa silikon juga digunakan, dan sangat luas. Ada seluruh cabang industri yang disebut silikat. Hal ini didasarkan pada penggunaan berbagai zat mengandung elemen luar biasa ini. Apa senyawa ini dan apa yang dihasilkan darinya?

1. Kuarsa, atau pasir sungai-SiO2 . Digunakan untuk pembuatan bangunan tersebut dan bahan dekoratif seperti semen dan kaca. Di mana bahan-bahan ini digunakan, semua orang tahu. Tidak ada konstruksi yang lengkap tanpa komponen ini, yang menegaskan pentingnya senyawa silikon.
2. Keramik silikat, yang mencakup bahan-bahan seperti faience, porselen, batu bata, dan produk-produk berdasarkan bahan tersebut. Komponen ini digunakan dalam pengobatan, dalam pembuatan piring, ornamen dekoratif, barang-barang rumah tangga, dalam konstruksi dan area rumah tangga lainnya dari aktivitas manusia.
3. - silikon, gel silika, minyak silikon.
4. Lem silikat - digunakan sebagai alat tulis, dalam kembang api dan konstruksi.

Silikon, yang harganya bervariasi di pasar dunia, tetapi tidak melewati batas 100 rubel Rusia per kilogram (per kristal) dari atas ke bawah, adalah zat yang dicari dan berharga. Secara alami, senyawa elemen ini juga tersebar luas dan dapat diterapkan.

Peran biologis silikon

Dari sudut pandang signifikansi bagi tubuh, silikon itu penting. Kandungan dan distribusinya dalam jaringan adalah sebagai berikut:

• 0,002% - otot;
• 0,000017% - tulang;
• darah - 3,9 mg / l.

Setiap hari, sekitar satu gram silikon harus masuk, jika tidak penyakit akan mulai berkembang. Tidak ada yang mematikan di antara mereka, namun, kelaparan silikon yang berkepanjangan menyebabkan:

• rambut rontok;
• munculnya jerawat dan jerawat;
• kerapuhan dan kerapuhan tulang;
• permeabilitas kapiler yang mudah;
• kelelahan dan sakit kepala;
• munculnya banyak memar dan memar.

Untuk tanaman, silikon merupakan elemen penting yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan normal. Eksperimen pada hewan telah menunjukkan bahwa individu yang mengonsumsi silikon dalam jumlah yang cukup setiap hari tumbuh lebih baik.

Gambaran komparatif singkat unsur karbon dan silikon disajikan pada tabel 6.

Tabel 6

Karakteristik komparatif karbon dan silikon

Kriteria perbandingan	Karbon - C	Silikon - Si
posisi dalam tabel periodik unsur kimia	, periode 2, grup IV, subgrup utama	, periode 3, grup IV, subgrup utama
konfigurasi elektron atom
kemungkinan valensi	II - dalam keadaan stasioner IV - dalam keadaan tereksitasi
kemungkinan keadaan oksidasi	, , , , ,	,
oksida yang lebih tinggi	, asam	, asam
hidroksida yang lebih tinggi	- asam lemah tidak stabil	() atau - asam lemah, memiliki struktur polimer
ikatan hidrogen	- metana (hidrokarbon)	– silan, tidak stabil

Karbon. Alotropi adalah karakteristik dari unsur karbon. Karbon ada dalam bentuk zat sederhana berikut: berlian, grafit, karabin, fullerene, di mana hanya grafit yang stabil secara termodinamika. Batubara dan jelaga dapat dianggap sebagai jenis grafit amorf.

Grafit bersifat refraktori, sedikit mudah menguap, inert secara kimia pada suhu biasa, adalah zat lunak buram yang menghantarkan arus dengan lemah. Struktur grafit berlapis.

Alamze adalah zat yang sangat keras, inert secara kimiawi (hingga 900 °C) yang tidak menghantarkan arus dan menghantarkan panas dengan buruk. Struktur berlian adalah tetrahedral (setiap atom dalam tetrahedron dikelilingi oleh empat atom, dll.). Oleh karena itu, berlian adalah polimer paling sederhana, makromolekul yang hanya terdiri dari atom karbon.

Carbyne memiliki struktur linier (-carbine, polyyne) atau (-carbine, polyene). Ini adalah bubuk hitam, memiliki sifat semikonduktor. Di bawah aksi cahaya, konduktivitas listrik karabin meningkat, dan pada suhu karabin berubah menjadi grafit. Secara kimiawi lebih aktif daripada grafit. Itu disintesis pada awal 1960-an dan kemudian ditemukan di beberapa meteorit.

Fullerene adalah modifikasi alotropik karbon yang dibentuk oleh molekul yang memiliki struktur tipe "bola sepak". Molekul disintesis, dan fullerene lainnya. Semua fullerene adalah struktur tertutup atom karbon dalam keadaan hibrid. Elektron ikatan yang tidak terhibridisasi terdelokalisasi seperti pada senyawa aromatik. Kristal fullerene adalah dari jenis molekul.

silikon. Silikon tidak dicirikan oleh ikatan, tidak khas berada dalam keadaan hibrida. Oleh karena itu, hanya ada satu modifikasi alotropik yang stabil dari silikon, sel kristal yang seperti kisi berlian. Silikon keras (pada skala Mohs, kekerasan adalah 7), tahan api ( ), zat yang sangat rapuh berwarna abu-abu gelap dengan kilau logam dalam kondisi standar - semikonduktor. Aktivitas kimia tergantung pada ukuran kristal (kristal kasar kurang aktif daripada amorf).

Reaktivitas karbon tergantung pada modifikasi alotropik. Karbon dalam bentuk berlian dan grafit cukup lembam, tahan terhadap asam dan alkali, yang memungkinkan pembuatan cawan lebur, elektroda, dll. dari grafit. Karbon menunjukkan reaktivitas yang lebih tinggi dalam bentuk batubara dan jelaga.

Silikon kristal agak lembam, dalam bentuk amorf lebih aktif.

Jenis utama reaksi yang mencerminkan sifat kimia karbon dan silikon ditunjukkan pada Tabel 7.

Tabel 7

Sifat kimia dasar karbon dan silikon

reaksi dengan	karbon	reaksi dengan	silikon
zat sederhana	oksigen		oksigen
halogen		halogen
Abu-abu		karbon
hidrogen		hidrogen	tidak bereaksi
logam		logam
zat kompleks	oksida logam		alkali
uap		asam	tidak bereaksi
asam

bahan pengikat

bahan pengikat – mineral atau organik Bahan bangunan digunakan untuk pembuatan beton, pengikat elemen individu struktur bangunan, waterproofing, dll..

Pengikat mineral(MVM)– bahan bubuk halus (semen, gipsum, kapur, dll.), yang, ketika dicampur dengan air (dalam beberapa kasus, dengan larutan garam, asam, alkali), membentuk massa plastik yang bisa diterapkan yang mengeras menjadi tubuh seperti batu yang kuat dan mengikat partikel pengisi dan penguat padat menjadi satu kesatuan monolitik.

Pengerasan MVM dilakukan sebagai hasil dari proses pembubaran, pembentukan larutan lewat jenuh dan massa koloid; yang terakhir sebagian atau seluruhnya mengkristal.

Klasifikasi MVM:

1. pengikat hidrolik:

Ketika dicampur dengan air (pencampuran), mereka mengeras dan terus mempertahankan atau meningkatkan kekuatannya dalam air. Ini termasuk berbagai semen dan kapur hidrolik. Selama pengerasan kapur hidrolik, CaO berinteraksi dengan air dan karbon dioksida di udara dan produk yang dihasilkan mengkristal. Mereka digunakan dalam konstruksi struktur tanah, bawah tanah dan hidrolik yang terus-menerus terkena air.

2. pengikat udara:

Ketika dicampur dengan air, mereka mengeras dan mempertahankan kekuatannya hanya di udara. Ini termasuk pengikat udara kapur, gipsum-anhidrit dan magnesia.

3. pengikat tahan asam:

Mereka terutama terdiri dari semen tahan asam yang mengandung campuran pasir kuarsa yang digiling halus dan; mereka ditutup, sebagai suatu peraturan, dengan larutan natrium atau kalium silikat berair; mereka mempertahankan kekuatannya untuk waktu yang lama ketika terkena asam. Selama pengerasan, reaksi terjadi. Digunakan untuk produksi dempul tahan asam, mortir dan beton dalam pembangunan perusahaan kimia.

4. pengikat untuk pengerasan autoklaf:

Mereka terdiri dari pengikat kapur-silika dan kapur-nepheline (kapur, pasir kuarsa, lumpur nepheline) dan mengeras selama autoklaf (6-10 jam, tekanan uap 0,9-1,3 MPa). Mereka juga termasuk semen Portland berpasir dan pengikat lainnya berdasarkan kapur, abu dan lumpur tingkat rendah. Mereka digunakan dalam produksi produk dari beton silikat (blok, bata silikat dan sebagainya.).

5. pengikat fosfat:

Terdiri dari semen khusus; mereka ditutup dengan asam fosfat dengan pembentukan massa plastik, secara bertahap mengeras menjadi tubuh monolitik, dan mempertahankan kekuatannya pada suhu di atas 1000 ° C. Biasanya, titanium fosfat, seng fosfat, aluminofosfat, dan semen lainnya digunakan. Mereka digunakan untuk pembuatan massa lapisan tahan api dan sealant untuk perlindungan suhu tinggi dari bagian logam dan struktur dalam produksi. beton tahan api dan sebagainya.

Pengikat organik(OBM)– zat asal organik yang mampu berubah dari keadaan plastis menjadi padat atau plastis rendah sebagai akibat dari polimerisasi atau polikondensasi.

Dibandingkan dengan MVM, mereka kurang rapuh dan memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi. Ini termasuk produk yang terbentuk selama penyulingan minyak (aspal, bitumen), produk dekomposisi termal kayu (tar), serta poliester termoset sintetis, epoksi, resin fenol-formaldehida. Mereka digunakan dalam pembangunan jalan, jembatan, lantai tempat industri, roll bahan atap, beton aspal polimer, dll.

pengantar

2.1.1 +2 keadaan oksidasi

2.1.2 +4 keadaan oksidasi

2.3 Karbida logam

Bab 3. Senyawa Silikon

Bibliografi

pengantar

Kimia adalah salah satu cabang ilmu pengetahuan alam, yang subjeknya adalah unsur kimia (atom), zat (molekul) sederhana dan kompleks yang mereka bentuk, transformasinya, dan hukum yang dipatuhi oleh transformasi ini.

Menurut definisi, D.I. Mendeleev (1871), "kimia dalam keadaan sekarang dapat ... disebut doktrin unsur-unsur."

Asal usul kata "kimia" tidak sepenuhnya jelas. Banyak peneliti percaya bahwa itu berasal dari nama kuno Mesir - Hemia (Yunani Chemia, ditemukan di Plutarch), yang berasal dari "hem" atau "hame" - hitam dan berarti "ilmu bumi hitam" (Mesir), " ilmu Mesir".

Kimia modern terkait erat, seperti yang lainnya ilmu pengetahuan Alam dan dengan semua cabang ekonomi nasional.

Fitur kualitatif dari bentuk kimia dari gerakan materi, dan transisinya ke bentuk gerakan lain, menentukan keserbagunaan ilmu kimia dan hubungannya dengan bidang pengetahuan yang mempelajari baik yang lebih rendah maupun yang lebih tinggi. bentuk yang lebih tinggi pergerakan. Pengetahuan tentang bentuk kimiawi dari gerakan materi memperkaya doktrin umum tentang perkembangan alam, evolusi materi di Semesta, dan berkontribusi pada pembentukan gambaran materialistik integral dunia. Kontak kimia dengan ilmu-ilmu lain memunculkan bidang-bidang tertentu dari penetrasi timbal balik mereka. Dengan demikian, bidang transisi antara kimia dan fisika diwakili oleh kimia fisik dan fisika kimia. Antara kimia dan biologi, kimia dan geologi, daerah perbatasan khusus muncul - geokimia, biokimia, biogeokimia, biologi molekuler. Hukum kimia yang paling penting dirumuskan dalam bahasa matematika, dan kimia teoretis tidak dapat berkembang tanpa matematika. Kimia telah dan sedang memberikan pengaruh pada perkembangan filsafat, dan telah mengalami sendiri dan sedang mengalami pengaruhnya.

Secara historis, dua cabang utama kimia telah berkembang: kimia anorganik, yang mempelajari terutama unsur-unsur kimia dan zat-zat sederhana dan kompleks yang mereka bentuk (kecuali senyawa karbon), dan kimia organik, yang subjeknya adalah senyawa karbon dengan unsur-unsur lain ( zat organik).

Sampai akhir abad ke-18, istilah "kimia anorganik" dan "kimia organik" hanya menunjukkan dari mana "kerajaan" alam (mineral, tumbuhan atau hewan) senyawa tertentu diperoleh. Mulai dari abad ke-19. istilah-istilah ini telah datang untuk menunjukkan ada atau tidak adanya karbon dalam zat tertentu. Kemudian mereka memperoleh makna baru yang lebih luas. Kimia anorganik bersentuhan terutama dengan geokimia dan kemudian dengan mineralogi dan geologi, yaitu. dengan ilmu-ilmu alam anorganik. Kimia organik merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari berbagai senyawa karbon hingga zat biopolimer yang paling kompleks. Melalui kimia organik dan bioorganik, kimia berbatasan dengan biokimia dan selanjutnya biologi, yaitu. dengan totalitas ilmu-ilmu alam yang hidup. Di persimpangan antara kimia anorganik dan organik adalah area senyawa organoelemen.

Dalam kimia, gagasan tentang tingkat struktural organisasi materi secara bertahap terbentuk. Penyusunan suatu zat, mulai dari yang paling rendah, atomik, melalui tahapan senyawa molekuler, makromolekul, atau molekul tinggi (polimer), kemudian antarmolekul (kompleks, klatrat, catenane), dan terakhir, beragam struktur makro (kristal, misel). ) hingga formasi non-stoikiometri tak terbatas. Secara bertahap, disiplin ilmu yang sesuai muncul dan memisahkan diri: kimia senyawa kompleks, polimer, kimia kristal, studi tentang sistem terdispersi dan fenomena permukaan, paduan, dll.

Studi tentang objek dan fenomena kimia dengan metode fisik, pembentukan pola transformasi kimia, berdasarkan prinsip-prinsip umum fisika, adalah dasar kimia fisik. Bidang kimia ini mencakup sejumlah disiplin ilmu yang sebagian besar independen: termodinamika kimia, kinetika kimia, elektrokimia, kimia koloid, kimia kuantum dan studi tentang struktur dan sifat molekul, ion, radikal, kimia radiasi, fotokimia, katalisis, kesetimbangan kimia, solusi, dll. Kimia analitik memperoleh karakter independen , yang metodenya banyak digunakan di semua bidang kimia dan industri kimia. Di bidang aplikasi praktis kimia, ilmu dan disiplin ilmu seperti teknologi kimia dengan banyak cabangnya, metalurgi, kimia pertanian, kimia medis, kimia forensik, dll., muncul.

Seperti disebutkan di atas, kimia mempertimbangkan unsur-unsur kimia dan zat yang mereka bentuk, serta hukum yang mengatur transformasi ini. Salah satu aspek tersebut (yaitu, senyawa kimia berbasis silikon dan karbon) akan saya bahas dalam makalah ini.

Bab 1. Silikon dan karbon - unsur kimia

1.1 Pengantar karbon dan silikon

Karbon (C) dan silikon (Si) adalah anggota dari kelompok IVA.

Karbon bukanlah elemen yang sangat umum. Meskipun demikian, signifikansinya sangat besar. Karbon adalah dasar kehidupan di bumi. Ini adalah bagian dari karbonat (Ca, Zn, Mg, Fe, dll) yang sangat umum di alam, ada di atmosfer dalam bentuk CO 2, terjadi dalam bentuk batubara alam (grafit amorf), minyak dan gas alam, serta zat sederhana (berlian, grafit).

Silikon adalah unsur paling melimpah kedua di kerak bumi (setelah oksigen). Jika karbon adalah dasar kehidupan, maka silikon adalah dasar dari kerak bumi. Ini ditemukan dalam berbagai macam silikat (Gbr. 4) dan aluminosilikat, pasir.

Silikon amorf adalah bubuk coklat. Yang terakhir ini mudah diperoleh dalam keadaan kristal dalam bentuk kristal abu-abu keras, tetapi agak rapuh. Silikon kristal adalah semikonduktor.

Tabel 1. Data kimia umum pada karbon dan silikon.

Modifikasi karbon yang stabil pada suhu biasa - grafit - adalah massa berminyak abu-abu buram. Berlian - zat terkeras di bumi - tidak berwarna dan transparan. Struktur kristal grafit dan berlian ditunjukkan pada Gambar.1.

Gambar 1. Struktur berlian (a); struktur grafit (b)

Karbon dan silikon memiliki turunan spesifiknya sendiri.

Tabel 2. Turunan paling khas dari karbon dan silikon

1.2 Persiapan, sifat kimia dan penggunaan zat sederhana

Silikon diperoleh dengan reduksi oksida dengan karbon; untuk memperoleh keadaan yang sangat murni setelah reduksi, zat tersebut dipindahkan ke tetraklorida dan sekali lagi direduksi (dengan hidrogen). Kemudian dilebur menjadi ingot dan dibersihkan dengan zona peleburan. Sebuah ingot logam dipanaskan dari satu ujung sehingga zona logam cair terbentuk di dalamnya. Ketika zona bergerak ke ujung ingot yang lain, pengotor, yang larut dalam logam cair lebih baik daripada yang padat, dihilangkan, dan dengan demikian logam dimurnikan.

Karbon bersifat inert, tetapi pada suhu yang sangat tinggi (dalam keadaan amorf) ia berinteraksi dengan sebagian besar logam untuk membentuk larutan padat atau karbida (CaC 2, Fe 3 C, dll.), serta dengan banyak metaloid, misalnya:

2C + Ca \u003d CaC 2, C + 3Fe \u003d Fe 3 C,

Silikon lebih reaktif. Bereaksi dengan fluor sudah pada suhu biasa: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Silikon juga memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap oksigen:

Reaksi dengan klorin dan belerang berlangsung sekitar 500 K. Pada suhu yang sangat tinggi, silikon berinteraksi dengan nitrogen dan karbon:

Silikon tidak berinteraksi langsung dengan hidrogen. Silikon larut dalam alkali:

Si + 2NaOH + H 2 0 \u003d Na 2 Si0 3 + 2H 2.

Asam selain fluorida tidak mempengaruhinya. Dengan HF ada reaksi

Si+6HF=H2 +2H2 .

Karbon dalam komposisi berbagai batu bara, minyak, alam (terutama CH4), serta gas yang diperoleh secara artifisial adalah basis bahan bakar terpenting di planet kita

Grafit banyak digunakan untuk membuat cawan lebur. Batang grafit digunakan sebagai elektroda. Banyak grafit digunakan untuk produksi pensil. Karbon dan silikon digunakan untuk memproduksi berbagai jenis besi tuang. Dalam metalurgi, karbon digunakan sebagai zat pereduksi, dan silikon, karena afinitasnya yang tinggi terhadap oksigen, sebagai deoxidizer. Silikon kristal dalam keadaan sangat murni (tidak lebih dari 10 -9 pada.% pengotor) digunakan sebagai semikonduktor dalam berbagai perangkat dan perangkat, termasuk sebagai transistor dan termistor (perangkat untuk pengukuran suhu yang sangat halus), serta dalam fotosel, yang pengoperasiannya didasarkan pada kemampuan semikonduktor untuk menghantarkan arus saat diterangi.

Bab 2. Senyawa kimia karbon

Karbon dicirikan oleh ikatan kovalen yang kuat antara atomnya sendiri (C-C) dan dengan atom hidrogen (C-H), yang tercermin dalam kelimpahan senyawa organik (beberapa ratus juta). Selain ikatan C-H, C-C yang kuat dalam berbagai kelas senyawa organik dan anorganik, ikatan karbon dengan nitrogen, belerang, oksigen, halogen, dan logam terwakili secara luas (lihat Tabel 5). Kemungkinan pembentukan ikatan yang demikian tinggi disebabkan oleh ukuran atom karbon yang kecil, yang memungkinkan orbital valensinya 2s 2 , 2p 2 saling tumpang tindih sebanyak mungkin. Senyawa anorganik yang paling penting dijelaskan pada Tabel 3.

Di antara senyawa karbon anorganik, turunan yang mengandung nitrogen memiliki komposisi dan struktur yang unik.

Dalam kimia anorganik, turunan asam asetat CH3COOH dan oksalat H 2 C 2 O 4 banyak diwakili - asetat (tipe M "CH3COO) dan oksalat (tipe M I 2 C 2 O 4).

Tabel 3. Senyawa anorganik terpenting dari karbon.

2.1 Turunan oksigen dari karbon

2.1.1 +2 keadaan oksidasi

Karbon monoksida CO (karbon monoksida): menurut struktur orbital molekul (Tabel 4).

CO mirip dengan molekul N2. Seperti nitrogen, CO memiliki energi disosiasi yang tinggi (1069 kJ/mol), memiliki Tmelt rendah (69 K) dan Tbp (81,5 K), sukar larut dalam air, dan inert secara kimiawi. CO hanya bereaksi pada suhu tinggi, termasuk:

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (fosgen),

CO + Br 2 \u003d SOVg 2, Cr + 6CO \u003d Cr (CO) 6 -kromium karbonil,

Ni + 4CO \u003d Ni (CO) 4 - nikel karbonil

CO + H 2 0 pasang \u003d HCOOH (asam format).

Pada saat yang sama, molekul CO memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen:

CO +1/202 \u003d C0 2 +282 kJ / mol.

Karena afinitasnya yang tinggi terhadap oksigen, karbon monoksida (II) digunakan sebagai zat pereduksi untuk oksida banyak logam berat (Fe, Co, Pb, dll.). Di laboratorium, CO oksida diperoleh dengan mendehidrasi asam format.

Dalam teknologi, karbon monoksida (II) diperoleh dengan mereduksi CO 2 dengan batubara (C + CO 2 \u003d 2CO) atau dengan mengoksidasi metana (2CH 4 + 3O 2 \u003d \u003d 4H 2 0 + 2CO).

Di antara turunan CO, karbonil logam memiliki kepentingan teoritis dan praktis tertentu yang besar (untuk memperoleh logam murni).

Ikatan kimia dalam karbonil dibentuk terutama oleh mekanisme donor-akseptor karena orbital bebas d- elemen dan pasangan elektron dari molekul CO, ada juga n-tumpang tindih dengan mekanisme datif (logam CO). Semua karbonil logam adalah zat diamagnetik yang dicirikan oleh kekuatan rendah. Seperti karbon monoksida (II), karbonil logam bersifat racun.

Tabel 4. Distribusi elektron pada orbital molekul CO

2.1.2 +4 keadaan oksidasi

Karbon dioksida CO2 (karbon dioksida). Molekul CO2 adalah linier. Skema energi untuk pembentukan orbital molekul CO2 ditunjukkan pada Gambar. 2. Karbon monoksida (IV) dapat bereaksi dengan amonia dalam suatu reaksi.

Ketika garam ini dipanaskan, pupuk yang berharga diperoleh - karbamid CO (MH 2) 2:

Urea terurai oleh air

CO (NH 2) 2 + 2HaO \u003d (MH 4) 2COz.

Gambar 2. Diagram energi pembentukan orbital molekul CO2.

Dalam teknologi, CO 2 oksida diperoleh dengan dekomposisi kalsium karbonat atau natrium bikarbonat:

Dalam kondisi laboratorium, biasanya diperoleh dengan reaksi (dalam peralatan Kipp)

CaCO3 + 2HC1 = CaC12 + CO2 + H20.

Turunan paling penting dari CO 2 adalah asam karbonat lemah H 2 CO s dan garamnya: M I 2 CO 3 dan M I HC 3 (masing-masing karbonat dan bikarbonat).

Kebanyakan karbonat tidak larut dalam air. Karbonat yang larut dalam air mengalami hidrolisis yang signifikan:

COz 2- + H 2 0 COz- + OH - (tahap I).

Karena hidrolisis lengkap, karbonat Cr 3+ , ai 3 + , Ti 4+ , ​​​​Zr 4+ dan lainnya tidak dapat diisolasi dari larutan berair.

Praktis penting adalah Ka 2 CO3 (soda), K 2 CO3 (kalium) dan CaCO3 (kapur, marmer, batu kapur). Bikarbonat, tidak seperti karbonat, larut dalam air. Dari bikarbonat, NaHCO 3 (soda kue) menemukan aplikasi praktis. Karbonat dasar yang penting adalah 2CuCO3-Cu (OH) 2 , PbCO 3 X XPb (OH) 2 .

Sifat-sifat karbon halida diberikan pada Tabel 6. Dari karbon halida, yang paling sangat penting memiliki cairan tidak berwarna, agak beracun. Dalam kondisi normal, CCI 4 secara kimiawi inert. Ini digunakan sebagai pelarut yang tidak mudah terbakar dan tidak mudah terbakar untuk resin, pernis, lemak, dan juga untuk produksi freon CF 2 CI 2 (T bp = 303 K):

Pelarut organik lain yang digunakan dalam praktik adalah karbon disulfida CSa (cairan tidak berwarna, mudah menguap dengan Tbp = 319 K) - zat reaktif:

CS 2 +30 2 \u003d C0 2 + 2S0 2 +258 kkal / mol,

CS 2 + 3Cl 2 \u003d CCl 4 -S 2 Cl 2, CS 2 + 2H 2 0 \u003d\u003d C0 2 + 2H 2 S, CS 2 + K 2 S \u003d K 2 CS 3 (garam asam tiokarbonat H 2 CSz).

Uap karbon disulfida beracun.

Asam hidrosianat (hidrosianat) HCN (H-C \u003d N) adalah cairan tidak berwarna, mudah bergerak, mendidih pada 299,5 K. Pada 283 K, ia membeku. HCN dan turunannya sangat beracun. HCN dapat diperoleh dengan reaksi

Asam hidrosianat larut dalam air; pada saat yang sama, ia terdisosiasi dengan lemah

HCN=H++CN-, K=6.2.10-10.

Garam asam hidrosianat (sianida) dalam beberapa reaksi menyerupai klorida. Misalnya, CH - -ion dengan ion Ag + memberikan endapan putih perak sianida AgCN, kurang larut dalam asam mineral. Sianida alkali dan logam alkali tanah larut dalam air. Karena hidrolisis, larutannya berbau asam hidrosianat (bau almond pahit). Sianida logam berat sukar larut dalam air. CN adalah ligan kuat, senyawa kompleks yang paling penting adalah K4 dan Kz [Re(CN)6].

Sianida adalah senyawa rapuh, dengan kontak yang terlalu lama dengan CO 2 yang terkandung di udara, sianida terurai

2KCN+C0 2 +H 2 0=K 2 C0 3 +2HCN.

(CN) 2 - sianogen (N=C-C=N) -

gas beracun tidak berwarna; berinteraksi dengan air untuk membentuk asam sianik (HOCN) dan asam hidrosianat (HCN):

(HCN) asam:

(CN) 2 + H 2 0 \u003d\u003d HOCN + HCN.

Dalam hal ini, seperti dalam reaksi di bawah, (CN) 2 mirip dengan halogen:

CO + (CN) 2 \u003d CO (CN) 2 (analog dengan fosgen).

Asam sianik dikenal dalam dua bentuk tautomer:

H-N=C=O==H-0-C=N.

Isomernya adalah asam H-0=N=C (asam eksplosif). Garam HONC meledak (digunakan sebagai detonator). Rhodohydrogen acid HSCN adalah cairan tidak berwarna, berminyak, mudah menguap, mudah mengeras (Tm=278 K). Dalam keadaan murni, sangat tidak stabil; ketika terurai, HCN dilepaskan. Tidak seperti asam hidrosianat, HSCN adalah asam yang agak kuat (K=0,14). HSCN dicirikan oleh kesetimbangan tautomerik:

H-N \u003d C \u003d S \u003d H-S-C \u003d N.

SCN - ion merah darah (reagen untuk ion Fe 3+). Garam rhodanida turunan HSCN - mudah diperoleh dari sianida dengan penambahan belerang:

Kebanyakan tiosianat larut dalam air. Garam Hg, Au, Ag, Cu tidak larut dalam air. Ion SCN-, seperti CN-, cenderung memberikan kompleks tipe M3 1 M "(SCN) 6, di mana M" "Cu, Mg dan beberapa lainnya. Dirodan (SCN) 2 - kristal kuning muda, meleleh - 271 K Dapatkan (SCN) 2 dengan reaksi

2AgSCN+Br 2 ==2AgBr+ (SCN) 2 .

Dari senyawa lain yang mengandung nitrogen, sianamida harus diindikasikan.

dan turunannya - kalsium sianamida CaCN 2 (Ca=N-C=N), yang digunakan sebagai pupuk.

2.3 Karbida logam

Karbida adalah produk interaksi karbon dengan logam, silikon dan boron. Berdasarkan kelarutannya, karbida dibagi menjadi dua kelas: karbida yang larut dalam air (atau dalam asam encer), dan karbida yang tidak larut dalam air (atau dalam asam encer).

2.3.1 Karbida larut dalam air dan asam encer

A. Karbida yang membentuk C 2 H 2 dalam larutan Golongan ini mencakup karbida logam dari dua golongan utama pertama; dekat dengan mereka adalah karbida Zn, Cd, La, Ce, Th dari komposisi MC 2 (LaC 2 , CeC 2 , hC 2 .)

CaC 2 + 2H 2 0 \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2, ThC 2 + 4H 2 0 \u003d Th (OH) 4 + H 2 C 2 + H 2.

ANSz + 12H 2 0 \u003d 4Al (OH) s + ZSN 4, Be 2 C + 4H 2 0 \u003d 2Be (OH) 2 + CH 4. Menurut sifatnya, Mn z C dekat dengan mereka:

Mn s C + 6H 2 0 \u003d ZMn (OH) 2 + CH 4 + H 2.

B. Karbida, yang bila dilarutkan, membentuk campuran hidrokarbon dan hidrogen. Ini termasuk sebagian besar karbida logam tanah jarang.

2.3.2 Karbida tidak larut dalam air dan asam encer

Golongan ini mencakup sebagian besar karbida logam transisi (W, Mo, Ta, dll.), serta SiC, B 4 C.

Mereka larut dalam lingkungan pengoksidasi, misalnya:

VC + 3HN0 3 + 6HF \u003d HVF 6 + CO 2 + 3NO + 4H 2 0, SiC + 4KOH + 2C0 2 \u003d K 2 Si0 3 + K 2 C0 3 + 2H 2 0.

Gambar 3. Icosahedron B 12

Praktis penting adalah karbida logam transisi, serta silikon karbida SiC dan boron B 4 C. SiC - karborundum - kristal tidak berwarna dengan kisi berlian, mendekati berlian dalam kekerasan (SiC teknis memiliki warna gelap karena pengotor). SiC sangat tahan api, konduktif termal dan konduktif listrik pada suhu tinggi, sangat lembam secara kimia; itu hanya dapat dihancurkan dengan fusi di udara dengan alkali.

B 4 C - polimer. Kisi boron karbida dibangun dari tiga atom karbon dan gugus yang tersusun linier yang mengandung 12 atom B yang tersusun dalam bentuk ikosahedron (Gbr. 3); kekerasan B4C lebih tinggi dari pada SiC.

Bab 3. Senyawa Silikon

Perbedaan antara kimia silikon dan karbon terutama disebabkan oleh ukuran atomnya yang besar dan kemungkinan penggunaan orbital 3d bebas. Karena pengikatan tambahan (menurut mekanisme donor-akseptor), ikatan silikon dengan oksigen Si-O-Si dan fluor Si-F (Tabel 17.23) lebih kuat daripada ikatan karbon, dan karena ukuran lebih besar atom Si, dibandingkan dengan atom C, ikatan Si-H dan Si-Si kurang kuat dibandingkan dengan ikatan karbon. Atom silikon praktis tidak mampu membentuk rantai. Deret homolog silikon hidrogen SinH2n+2 (silanes) analog dengan hidrokarbon diperoleh hanya sampai dengan komposisi Si4Hio. Karena ukuran atom Si yang lebih besar, kemampuan untuk tumpang tindih-n juga diekspresikan dengan lemah, oleh karena itu, tidak hanya ikatan rangkap tiga, tetapi juga ikatan rangkap memiliki karakter yang kecil untuk itu.

Ketika silikon berinteraksi dengan logam, silisida terbentuk (Ca 2 Si, Mg 2 Si, BaSi 2, Cr 3 Si, CrSi 2, dll.), mirip dalam banyak hal dengan karbida. Silisida bukan merupakan ciri unsur golongan I (kecuali Li). Silikon halida (Tabel 5) adalah senyawa yang lebih kuat daripada karbon halida; Namun, mereka terurai oleh air.

Tabel 5. Kekuatan beberapa ikatan karbon dan silikon

Silikon halida yang paling tahan lama adalah SiF 4 (hanya terurai di bawah aksi pelepasan listrik), tetapi, seperti halida lainnya, ia mengalami hidrolisis. Ketika SiF 4 berinteraksi dengan HF, asam heksafluorosilikat terbentuk:

SiF 4 +2HF=H2 .

H 2 SiF 6 memiliki kekuatan yang dekat dengan H 2 S0 4 . Turunan dari asam ini - fluorosilikat, biasanya, larut dalam air. Fluorosilikat logam alkali (kecuali Li dan NH 4) sukar larut. Fluorosilikat digunakan sebagai pestisida (insektisida).

Halida yang penting secara praktis adalah SiCO 4 . Ini digunakan untuk mendapatkan senyawa organosilikon. Jadi, SiCL 4 mudah berinteraksi dengan alkohol membentuk ester asam silikat HaSiO 3:

SiCl 4 + 4C 2 H 5 OH \u003d Si (OC 2 H 5) 4 + 4HCl 4

Tabel 6. Karbon dan silikon halida

Ester asam silikat, terhidrolisis, membentuk silikon - zat polimer dari struktur rantai:

(R-organic radikal), yang telah menemukan aplikasi dalam produksi karet, minyak dan pelumas.

Bahan n-polimer silikon sulfida (SiS 2); stabil pada suhu normal; terurai oleh air:

SiS 2 + ZN 2 O \u003d 2H 2 S + H 2 SiO 3.

3.1 Senyawa silikon oksigen

Senyawa oksigen yang paling penting dari silikon adalah silikon dioksida SiO2 (silika), yang memiliki beberapa modifikasi kristal.

Modifikasi suhu rendah (hingga 1143 K) disebut kuarsa. Kuarsa memiliki sifat piezoelektrik. Varietas alami kuarsa: kristal batu, topas, batu kecubung. Varietas silika adalah kalsedon, opal, batu akik,. jasper, pasir.

Silika tahan bahan kimia; hanya fluor, asam fluorida dan larutan alkali yang bekerja padanya. Ini dengan mudah masuk ke keadaan seperti kaca (kaca kuarsa). Kaca kuarsa rapuh, secara kimia dan termal cukup tahan. Asam silikat yang sesuai dengan SiO 2 tidak memiliki komposisi yang pasti. Asam silikat biasanya ditulis sebagai xH 2 O-ySiO 2 . Asam silikat telah diisolasi: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - metasilikon (tri-oksosilikon), H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - ortosilikon (tetra-oksosilikon), H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - dimetosilikon.

Asam silikat adalah zat yang sukar larut. Sesuai dengan sifat silikon yang kurang metaloid dibandingkan dengan karbon, H 2 SiO 3 sebagai elektrolit lebih lemah dari H 2 CO3.

Garam silikat yang sesuai dengan asam silikat tidak larut dalam air (kecuali silikat logam alkali). Silikat larut dihidrolisis sesuai dengan persamaan

2SiOz 2 - + H 2 0 \u003d Si 2 O 5 2 - + 20H-.

Larutan pekat silikat larut disebut gelas cair. Kaca jendela biasa, natrium dan kalsium silikat, memiliki komposisi Na 2 0-CaO-6Si0 2 . Didapatkan dari reaksi

Berbagai macam silikat (lebih tepatnya, oksosilikat) dikenal. Pola tertentu diamati dalam struktur oksosilikat: semuanya terdiri dari Si0 4 tetrahedra, yang terhubung satu sama lain melalui atom oksigen. Kombinasi tetrahedra yang paling umum adalah (Si 2 O 7 6 -), (Si 3 O 9) 6 -, (Si 4 0 l2) 8-, (Si 6 O 18 12 -), yang, sebagai unit struktural, dapat digabungkan menjadi rantai, pita, jerat dan bingkai (Gbr. 4).

Silikat alami yang paling penting adalah, misalnya, talk (3MgO * H 2 0-4Si0 2) dan asbes (SmgO*H 2 O*SiO 2). Seperti SiO 2 , silikat dicirikan oleh keadaan seperti kaca (amorf). Dengan kristalisasi kaca yang terkontrol, dimungkinkan untuk mendapatkan keadaan kristal halus (sitall). Sitalls ditandai dengan peningkatan kekuatan.

Selain silikat, aluminosilikat tersebar luas di alam. Aluminosilikat - bingkai oksosilikat, di mana beberapa atom silikon digantikan oleh Al trivalen; misalnya Na 12 [(Si, Al) 0 4] 12.

Untuk asam silikat, sifat koloid adalah karakteristik ketika terkena garam asamnya H 2 SiO 3 tidak langsung mengendap. Larutan koloid asam silikat (sol) dalam kondisi tertentu (misalnya, bila dipanaskan) dapat diubah menjadi gel massa asam silikat agar-agar yang transparan dan homogen. Gel adalah senyawa bermolekul tinggi dengan struktur spasial yang sangat longgar yang dibentuk oleh molekul Si0 2, rongganya diisi dengan molekul H 2 O. Ketika gel asam silikat mengalami dehidrasi, silika gel diperoleh - produk berpori dengan adsorpsi tinggi kapasitas.

Gambar 4. Struktur silikat.

temuan

Setelah memeriksa senyawa kimia berdasarkan silikon dan karbon dalam pekerjaan saya, saya sampai pada kesimpulan bahwa karbon, sebagai elemen yang secara kuantitatif tidak terlalu umum, adalah komponen terpenting dari kehidupan duniawi, senyawanya ada di udara, minyak, dan juga di tempat-tempat seperti itu. zat sederhana seperti berlian dan grafit. Salah satu karakteristik terpenting dari karbon adalah ikatan kovalen yang kuat antara atom, serta atom hidrogen. Yang paling penting senyawa anorganik karbon adalah: oksida, asam, garam, halida, turunan yang mengandung nitrogen, sulfida, karbida.

Berbicara tentang silikon, perlu dicatat sejumlah besar cadangannya di bumi, itu adalah dasar dari kerak bumi dan ditemukan dalam berbagai macam silikat, pasir, dll. Saat ini, penggunaan silikon karena sifat semikonduktornya sedang meningkat. Ini digunakan dalam elektronik dalam pembuatan prosesor komputer, sirkuit mikro dan chip. Senyawa silikon dengan logam membentuk silisida, senyawa oksigen yang paling penting dari silikon adalah silikon oksida SiO 2 (silika).Di alam, ada berbagai macam silikat - talk, asbes, aluminosilikat juga umum.

Bibliografi

1. Ensiklopedia Soviet yang Hebat. Edisi ketiga. T.28. - M.: Ensiklopedia Soviet, 1970.

2. Zhiryakov V.G. Kimia organik.edisi ke-4. - M., "Kimia", 1971.

3. Ensiklopedia kimia singkat. - M. "Ensiklopedia Soviet", 1967.

4. Kimia umum / Ed. MAKAN. Sokolovskaya, L.S. Guzeya.edisi ke-3. - M.: Rumah Penerbitan Moskow. unta, 1989.

5. Dunia alam mati. - M., "Ilmu", 1983.

6. Potapov V.M., Tatarinchik S.N. Kimia organik. Buku teks.Edisi ke-4. - M.: "Kimia", 1989.