Křemík, příprava na Jednotnou státní zkoušku z chemie

Křemík je nekovový prvek skupiny IVa periodické tabulky D.I. Mendělejev. Po kyslíku druhý nejčastější prvek v zemské kůře.

Ve své čisté formě se v přírodě prakticky nevyskytuje. Nejčastěji se vyskytuje ve formě oxidu křemičitého – SiO₂ – písek, pískovec, křemen, hlína.

Silicon Valley

Region ve státě Kalifornie, USA, vyznačující se vysokou hustotou high-tech společností zabývajících se výrobou počítačů a mikroprocesorů.

Křemík je přírodní polovodič a používá se jako hlavní materiál pro výrobu mikroobvodů. Křemík je blíž, než si myslíte: uvnitř gadgetu, který používáte

Zemní a excitované stavy křemíku

Když je atom křemíku excitován, elektrony na podúrovni s se oddělí a jeden z nich se přesune do podúrovně p.

Přírodní sloučeniny

• SiO₂ – křemen, oxid křemičitý, žula, pískovec, písek, hlína
• SiO₂ s příměsí Fe 3+ – citrín
• SiO₂ s příměsí Fe 2+ a Fe 3+ – ametyst

Příjem

V průmyslu se křemík získává redukcí oxidu křemičitého v elektrických pecích a aluminotermou.

V laboratorních podmínkách se jemný bílý písek kalcinuje hořčíkem:

SiO₂ + Mg → (t) MgO + Si

Chemické vlastnosti

• Reakce s nekovy

Za normálních podmínek, bez zahřívání, křemík reaguje pouze s fluorem.

Při zahřátí křemík reaguje s jinými halogeny (Cl, Br, I), uhlíkem a kyslíkem. Při velmi vysokých teplotách (1200 °C) tvoří křemík a kyslík oxid křemíku II, oxid netvořící sůl.

Si + O₂ → (t = 1200 °C) SiO

V takových reakcích vykazuje křemík své oxidační vlastnosti.

Ca + Si → Ca₂Si (silicid vápenatý)

Pro účely leptání (odstranění povrchové vrstvy materiálu) lze křemíkové produkty ponořit do alkalického roztoku.

Oxid křemíku IV – SiO₂

Oxid křemíku IV má atomovou strukturu a je vysoce odolný a tvrdý. Taje při teplotě +1730 °C.

V průmyslu se oxid křemíku IV získává zahříváním křemíku v kyslíkové atmosféře.

V laboratorních podmínkách se provádí reakce křemičitanu sodného s kyselinou octovou. Kyselina křemičitá se okamžitě rozkládá na SiO₂, který se vysráží, a vodu.

Reakce s kyselinami

Chemicky SiO₂ Odolává kyselinám, ale reaguje s plynným fluorovodíkem (plyn) a kyselinou fluorovodíkovou (kapalinou).

SiO₂ je kyselý oxid, odpovídající kyselině křemičité. Reakcí se zásaditými oxidy a zásadami tvoří soli této kyseliny – křemičitany.

Protože kyselé oxidy nejčastěji nereagují se solemi, jeví se reakce oxidu křemičitého IV s uhličitany ještě neobvyklejší.

Kyselina křemičitá

Slabá kyselina, málo rozpustná ve vodě. Jeho soli se nazývají křemičitany.

Protože je kyselina křemičitá špatně rozpustná, probíhá banální reakce SiO₂ Vodou to nedostaneš. Tento problém je řešen dvoustupňově prostřednictvím jeho solí – silikátů.

Kyselina křemičitá je slabá, nestabilní a snadno se rozkládá na vodu a oxid křemičitý IV.

© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2025

Tento článek napsal Jurij Sergejevič Bellevič a je jeho duševním vlastnictvím. Kopírování, šíření (včetně kopírování na jiné stránky a zdroje na internetu) nebo jakékoli jiné použití informací a předmětů bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je trestné ze zákona. Chcete-li získat materiály článku a povolení k jejich použití, kontaktujte Bellevič Jurij.

Rychlá anketa na téma Silicon

Křemík je prvek (nekov) nacházející se v hlavní podskupině čtvrté skupiny, třetí periodě. Má atomové číslo čtrnáct. Má také svůj vlastní symbol – Si (Silicium).

Na začátku osmnáctého století získali francouzský chemik Joseph Louis Gay-Lussac a jeho kolega Louis Jacques Thénard křemík v jeho čisté formě. Později švédský vědec Jöns Jakob Berzelius také odvodil elementární křemík a nazval jej „silicium“ (přeloženo z latiny silex – pazourek). V Rusku byl oficiální název „křemík“ zaveden G.I. Hess ve třicátých letech 18. století, což v překladu ze starověké řečtiny (κρημνός) znamená „hora, útes“.

Volný křemík se tvoří, když bílý písek (SiO₂) s hořčíkem (Mg): [SiO]₂ + 2Mg=2MgO + Si, kde křemík je hnědý prášek.

V metalurgickém průmyslu se křemík získává následujícím způsobem:

roztavený oxid křemičitý se redukuje koksem při teplotě přibližně tisíc osm set stupňů Celsia v rudně tepelných šachtových pecích. Po takovém procesu je čistota křemíku 99,9 % (hlavními nečistotami jsou kov a uhlík). V budoucnu lze křemík opět očistit od nečistot.

V laboratořích probíhá čištění křemíku následovně: nejprve se získá Mg₂Si, pak plynný SiH se vyrábí ze silicidu hořečnatého pomocí kyseliny octové nebo chlorovodíkové₄. Výsledný monosilan se podrobí čištění, například sorpci nebo rektifikaci nebo jiným metodám. Nakonec SiH₄ se rozkládají na vodík a křemík při teplotě přibližně tisíc stupňů Celsia.

V průmyslu se křemík čistí pomocí procesu chlorace. Díky tomu se objevují dvě složené sloučeniny – SiCl₃stejně jako SiCl₄H. Takové chloridy mohou odstraňovat nečistoty různými způsoby. A úplně poslední fází je redukce čistého vodíku – teplota by měla být asi devět set nebo tisíc sto stupňů Celsia.

Vyvíjejí se čištění křemíku, která jsou účinnější, čistší a levnější. Do roku 2010 byla provedena purifikace křemíku, která používala fluor (chlor byl vyměněn za fluor); byly vyvinuty technologie, které zahrnují destilaci oxidu křemičitého; Byly vynalezeny technologie, které jsou založeny na leptání nečistot, které se zpravidla koncentrují na hranicích mezi zrny (krystality).

V surovém stavu mají křemíkové nečistoty hmotnost sníženou o 10-8 – 10-6%.

Křemík (technický) se vyrábí v některých ruských městech, jako je Kamensk-Uralsky a Shelekhov. V závodě Usolye-Sibirsky se pomocí (chloridové) technologie vyrábí vysoce čištěný křemík skupinou Nitol Solar.

Technický křemík se používá:

1. V hutní výrobě jako:
– jedna ze složek bronzové slitiny, silumin;
– dezoxidační činidlo pro tavení oceli a litiny;
— legující prvek, modifikátor;
2. Jako surovina pro výrobu polysilikonu (materiál skládající se z malých krystalitů křemíku).
3. Při výrobě silanů, ale i organokřemičitých materiálů.
4. V polních podmínkách při výrobě vodíku.
5. Při výrobě solárních panelů.
6. V plastikářském průmyslu jako antiblok (přísada).

Křemík se také používá k výrobě pasivních prvků elektrických obvodů a také k výrobě monolitických mikroobvodů. Hlavní složkou výroby solárních článků jsou kromě čistého křemíku jeho odpad, ale i krystalický křemík.

Monokrystalický křemík se používá při výrobě elektroniky a plynových laserových zrcadel.

Silicidy (sloučeniny křemíku s kovy) se často používají v jaderném a elektronickém průmyslu. Mají velké množství užitných vlastností, např. odolnost proti oxidaci, neutronům atd. Pro termoelektřinu jsou jedním z nejdůležitějších materiálů silicidy řady prvků.

Sloučeniny křemíku jsou základem při výrobě cementu a skla. Jejich výrobou, stejně jako výrobou keramiky a dalších věcí z cihel, porcelánu atd., se zabývá silikátový průmysl.

Lepidlo vyrobené ze silikátu je ve světě velmi oblíbené, používá se jako „vysoušedlo“ ve stavebnictví a v pyrotechnické výrobě k lepení papíru.