Սիլիցիում

·         Սիլիցիում քիմիական տարր է 

    Կայուն իզոտոպները ₁₄²⁸Si (92,27), ₁₄²⁸Si (4,68%) և ₁₄³⁰ Si (3,05%):

·         Արտաքին էներգիական մակարդակի էլեկտրոնային կառուցվածքն ատոմի հիմնական վիաճակում 3s²3p²:

·         Հարաբերական ատոմային զանգվածը՝ Ar(Si)=28։

·         Մոլային զանգվածը M(Si)=28 գրամ/մոլ։

·         Վալենտականությունը՝ 4, հազվադեպ 1,2,3:

·         Միացություններում օքսիդացման աստիճանները փոփոխվում են -4-ից մինչև +4։

Սիլիցիումը բնության մեջ

Սիլիցումը, թթվածնից հետո՝ բնության մեջ ամենատարածված տարրն է, որը կազմում է երկրակեղևի զանգվածի ավելի քան մեկ քառորդը (27,7%):

Սիլիցումն ազատ վիճակում բնության մեջ գոյություն չունի ու հանդիօում է գլխավորապես թթվածնային միացությունների ձևով։ Հիմնական բնական միացություններն են ավազը (սիլիկահող կամ քվարց SiO₂), կավը (կաոլին՝ ճենակավ, AI₂O₃ x 2SiO₂ x 2H₂O), գրանիտը, փայլարը և զանազան սիլիկատային ու ալյումասիլիկատային հանքանյութեր․ օրթոկլազը դաշտային սպաթը՝ K₂O x AI₂O₃ x 6SiO₂ տալկը՝ 3MgO x 4SiO₂ x H₂O, ինչպես նաև՝ այլ հանքանյութեր։

Ստացումը

Արդյունաբերության մեջ բյուրեղային սիլիցիումն ստանում են բարձր ջերմաստիչաններում սիլիցիումի (IV) օքսիդի ու ածխի (կոքս) փոխազդեցությունից․

Ստածված սիլիցիումը սովորաբար խիստ աղտոտված է լինում սիլիցիումի կարբիդով ( կարբորունդ՝ SiC): Եթե ածխածինն ավելցուկով է վերցված, ապա ռեակցիայի հետևանքով ստացվում է հենց կարբորունդ, որը կարծրությամբ միայն ալմաստին է զիջում.

Սիլիցիումի (IV) օքսիդիդց ամորֆ սիլիցիումը վերականգնում են մագնեզիումով, ալյումինով և այլ ակտիվ մետաներով, որոնք եռանդուն վերականգնողներ են, օրինակ.

Այս դեպքում առաջանում է նաև մագնեզիումի սիլիցիդ (Mg₂Si): Ստացված խառնուրդը մշակում են ֆտորաջրածնական թթով և լուծելով՝ հեռացնում ավելցուկ սիլիցիումի (IV) օքսիդը։ Մաքուր սիլիցիումն ստանում են՝ սիլիցիումի քառաքլորիդը ցինկի գոլորշիներով վերականգնելով.

Ֆիզիկական հատկությունները

Սիլիցիումը մուգ մոխրագույն, մետաղական փայլով, պինդ նյութ է։ Հայտնի են սիլիցիումի երկու տարաձևույթուն՝ ամորֆ ու բյուրեղային։

Բյուրեղային սիլիցիումը դժվարահալ է, շատ կարծր, հալվում է 1420^օC և եռում 2620 ^օC ջերմաստիճաններում։ Թույլ էլեկտրահաղորդականությամբ նյութ է (կիսահաղորդիչ)՝ սենյակային ջերմաստիճանում, սնդիկի (Hg) համեմատ, հազար անգամ պակաս։ Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս սիլիցիումի էլեկտրահաղորդակությունը մեծանում է։

Քիմիական հատկությունները

Քիմիական միացություններում սիլիցիումի ատոմը դրսևորում է +4 (հազվադեպ՝ +2) օքսիդացման աստիճանը՝ ավելի մեծ էլեկտրաբացասականությամբ տարրերի ատոմների միանալիս։

Քառահալոգենիդները՝ սիլիցիումի հալոգենային միացություննները, ստացվում են պարզ նյութերի՝ սիլիցիումի ու հալոգենների փոխազդեցությունից

Si+2HaI₂=SiHaI  (HaI=F, CI, Br, J)

Ֆտորի հետ սիլիցիումը փոխազդում է սենյակային ջերմաստիճանում, իսկ մնացյալ հալոգենների հետ՝ տաքացման պայմաններում։ 25^oC ջերմաստիճանում սիլիցիումի քառաֆտորիդը (SiF₄) գազ է, քառաքլորիդը (SiCI₄) և քառաբրոմիդը (SiBr₄) հեղուկներ են, իսկ քառայոդիդը (SiJ₄) պինդ նյութ է։ Նշված հեղուկներ «ծխում» են, ինչը բացատրվում է քառահալոգենիդների արագ հիդրոլիզով օրինակ․

SiCI₄ + 2H₂O=SiO₂â + 4HCIá

Բարձր ջերմաստիճաններում սիլիցիումը փոխազդում է ծծմբի ու ածխաածնի հետ․

Մանրացված սիլիցիումը տաքացնելիս թթվածնում այրվում է՝ մեծ քանակությամբ ջերմության անջատմամբ։ Այս դեպքւոմ առաջանում է սիլիցիումի (IV) օքսիդ․

Si+O₂=SiO₂

Ինչպես և ածխածինը՝ սիլիցիումը նույնպես ունի ևս մեկ օքսիդ SiO, որն անտարբեր օքսիդ է (աղեր չի առաջանում)։

Սիլիցիումը մետաղների հետ փոխազդելիս սիլիցիդներ են առաջանում, օրինակ․

2Mg+Si=Mg₂Si

Մետաղների սիլիցիդները փոխազդում են ջրի ու թթուների հետ ու առաջացնում սիլիցիումի պարզագույն ջրածնային միացությունը՝ սիլանը (SiH₄).

Mg₂Si+4H₂O=2Mg(OH)₂+ SiH₄á

Mg₂Si+ 4HCI= 2MgCI₂+ SiH₄ á

Սիլանը բորբոսի անդուր հոտով, թունավոր գազ է ու օդում ինքնաբոցավառվում է․

SiH₄+2O₂=SiO₂+2H₂O

Սիլիցիումի ու ջրածնի անմիջական միացումից սիլան չի առաջանում։

Սիլիցումի չի փոխազդում թթուների հետ՝ բացառությամբ ազոտական թթվի և ֆտորաջրածնական թթվի խառնուրդի,․

3Si+4HNO₃+12HF=3SiF₄á+ 4Noá+8H₂O

Սիլիցիումն ալկալիներում լուծվում է, օրինակ․

Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂á

Կենսաբանական դերն ու կիրառումը

Սիլիցիումը կարևոր կենսածին տարր է ու հատկապես մեծ քանակություններով պարունակվում է ծովային օրգանիզմներում, օրինակ՝ սպունգներում։ Մարդու օրգանիզմում սիլիցիումը պարունակվում է երիկամներում, ոսկորներում և արյունում։ Սննդի հետ մարդը յուրաքանչյուր օր պետք է մինչև 1գ սիլիցիում ստանա։

Սակայն սիլիկատային փոշին հատկություն ունի՝ մարդու թոքերում կուտակվելու և խիստ վտանգավոր սիլիկոզ (սիլիկատագրություն) հիվանդության պատճառ է դառնում։
Սիլիցիումի կիրառությունները բազմազան են։ Մաքուր սիլիցումը կիրառվում է, որպես կիսահաղորդիչ՝ էլեկտրոնիկայում, այդ թվում նաև՝ համակարգիչներում։ Սիլիցիումից պատրաստում են մարտկոցներ, որոնք արեգակնային էներգիան փոխարկում են էլեկտրական ու կիրառվում տիեզերանավերի ռադիո-և հեռասարքերում։ Կարբորունդն օգտագործվում է հեռսաններ, հղկաշրջանակներ ու հղկափոշիներ պատրաստելու նպատակով։

Առաջադրանք

1.Որքան պրոտոն ու նեյտրոն են պարունակվում սիլիցիումի հիմնական իզոտոպի (²⁸S) ատոմի միջուկում

Իզոտոպները ₁₄²⁸Si (92,27), ₁₄²⁸Si (4,68%) և ₁₄³⁰ Si (3,05%):

Արտաքին էներգիական մակարդակի էլեկտրոնային կառուցվածքն ատոմի հիմնական վիաճակում 3s²3p²:

2. Որոնք են սիլիցիումի տարաձևություններն ու հիմնական բնական միացությունները։

Սիիցիումի երկու տարաձևություններ միացություն ամորֆ ու բյուրեղային։

3. Որոնք են սիլիցիումի ստացման եղանակները

Մետաղական Սիլիցիումի ստացման եղանակ Գյուտը վերաբերում է գունավոր ﬔտաղագործոթյանը, մասնավորապես՝ ﬔտաղական սիլիցիուﬕ

ստացման եղանակներին և կարող է կիրառվել արեգակնային էներգիայի կերպափոխիչների, օպտիկական և ﬕկրոէլեկտրոնային սարքերի, կենսաբժշկական տվիչների պատրաստման համար և այլ բնագավառներում։ Եղանակը ներառում է սիլիցիուﬕ երկօքսիդի կամ առնվազն 80% սիլիցիուﬕ երկօքսիդի պարունակությամբ քվարցիտի վերականգնումը ﬔտաղական կամ պոլիﬔրային վերականգնիչով։ Վերականգնման պրոցեսը կատարում են սիլիցիուﬕ երկօքսիդի և վերականգնիչի խառնուրդի տեղային այրմամբ։ Որպես վերականգնիչ օգտագործում են մագնեզիում, ալյուﬕն, քրոմ, պոլիﬔթիլﬔտակրիլատ կամ պոլիստիրոլ։ Մետաղական վերականգնիչի օգտագործման դեպքում վերականգնման պրոցեսն իրականացնում են 1000– 1500°C ջերմաստիճանում, իսկ պոլիﬔրային վերականգնիչի օգտագործման դեպքում՝ 450– 640°C ջերմաստիճանում։ Պարզեցվում է եղանակը և ապահովվում դրա պայթանվտանգությունը։

4. Հակիրճ ներկայացրեք սիլիցիումի հիմնական ֆիզիկական հատկությունները

Ֆիզիկակական հատկությունները

Սիլիցիումը մուգ մոխրագույն, մետաղական փայլով, պինդ նյութ է։ Հայտնի են սիլիցիումի երկու տարաձևույթուն՝ ամորֆ ու բյուրեղային։

Բյուրեղային սիլիցիումը դժվարահալ է, շատ կարծր, հալվում է 1420^օC և եռում 2620 ^օC ջերմաստիճաններում։ Թույլ էլեկտրահաղորդականությամբ նյութ է (կիսահաղորդիչ)՝ սենյակային ջերմաստիճանում, սնդիկի (Hg) համեմատ, հազար անգամ պակաս։ Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս սիլիցիումի էլեկտրահաղորդակությունը մեծանում է։

5. Հակիրճ ներկայացրեք սիլիցիումի հիմնական քիմիական հատկությունները։

Քիմիական հատկությունները

Քիմիական միացություններում սիլիցիումի ատոմը դրսևորում է +4 (հազվադեպ՝ +2) օքսիդացման աստիճանը՝ ավելի մեծ էլեկտրաբացասականությամբ տարրերի ատոմների միանալիս։

Քառահալոգենիդները՝ սիլիցիումի հալոգենային միացություննները, ստացվում են պարզ նյութերի՝ սիլիցիումի ու հալոգենների փոխազդեցությունից

Si+2HaI₂=SiHaI  (HaI=F, CI, Br, J)

6. Գրե՛ք ֆտորի ու յոդի հետ սիլիցիումի փոխազդեցության ռեակցիաների հավասարումները և անվանեք ստացվող նյութերը։ Այդ ռեակցիաներից որը կարող է ընթանալ սենյակային ջերմաստիճանում։

Ֆտորի հետ սիլիցիումը փոխազդում է սենյակային ջերմաստիճանում, իսկ մնացյալ հալոգենների հետ՝ տաքացման պայմաններում։ 25^oC ջերմաստիճանում սիլիցիումի քառաֆտորիդը (SiF₄) գազ է, քառաքլորիդը (SiCI₄) և քառաբրոմիդը (SiBr₄) հեղուկներ են, իսկ քառայոդիդը (SiJ₄) պինդ նյութ է։ Նշված հեղուկներ «ծխում» են, ինչը բացատրվում է քառահալոգենիդների արագ հիդրոլիզով օրինակ․

SiCI₄ + 2H₂O=SiO₂â + 4HCIá

7. Որոնք հիմնական տարբերություները սիլանի (SiH₄) և մեթանի (CH₄) հատկությունների միջև։

Սիլիցիումի պարզագույն ջրածնային միացւոյթունը՝ սիլանը (SiH₄)։

Mg₂Si+4H₂O=2Mg(OH)₂+ SiH₄á

Mg₂Si+ 4HCI= 2MgCI₂+ SiH₄ á

8. Հակիրճ ներկայացրե՛ք սիլիցիումի կենսաբանական դերը

Կենսաբանական դերն ու կիրառումը

Սիլիցիումը կարևոր կենսածին տարր է ու հատկապես մեծ քանակություններով պարունակվում է ծովային օրգանիզմներում, օրինակ՝ սպունգներում։ Մարդու օրգանիզմում սիլիցիումը պարունակվում է երիկամներում, ոսկորներում և արյունում։ Սննդի հետ մարդը յուրաքանչյուր օր պետք է մինչև 1գ սիլիցիում ստանա։

Սակայն սիլիկատային փոշին հատկություն ունի՝ մարդու թոքերում կուտակվելու և խիստ վտանգավոր սիլիկոզ (սիլիկատագրություն) հիվանդության պատճառ է դառնում։

9. Որոնք են սիլիցիումի հիմնական կիրառությունները

Սիլիցիումի կիրառությունները բազմազան են։ Մաքուր սիլիցումը կիրառվում է, որպես կիսահաղորդիչ՝ էլեկտրոնիկայում, այդ թվում նաև՝ համակարգիչներում։ Սիլիցիումից պատրաստում են մարտկոցներ, որոնք արեգակնային էներգիան փոխարկում են էլեկտրական ու կիրառվում տիեզերանավերի ռադիո-և հեռասարքերում։ Կարբորունդն օգտագործվում է հեռսաններ, հղկաշրջանակներ ու հղկափոշիներ պատրաստելու նպատակով։