Важным компонентом стекла, в том числе боросиликатного, из которого часто производится лабораторная посуда, является кремний. Это неорганическое вещество, простой элемент таблицы Менделеева, неметалл. Обозначается Si (силициум). Расскажем об этом интересном веществе подробнее.
Кремний относится к самым распространенным на земле элементам, больше в земной коре содержится только кислорода. Он широко встречается в природе в виде песка, кремнезема, силикатов, алюмосиликатов и таких минералов, как кварц, полевой шпат, кремень. Существуют данные, что кремний находили и в самородном виде.
Кремний относится к элементам, играющим важную роль в биологии живых существ. Он присутствует в организмах растений, скелетных животных, человека.
Свойства
Si — неметалл, существует в аморфной и кристаллической форме. Аморфное вещество — это бурый порошок. Кристаллы кремния имеют ту же структуру, что и алмаз, но из-за гораздо большей длины связи Si—Si, они не такие твердые, отличаются высокой хрупкостью. Кристаллическая форма — серо-стального цвета с легким блеском.
Элемент водонерастворим, не горит. Пропускает инфракрасное излучение. Кристаллический кремний — классический полупроводник; в зависимости от типа примесей может обладать как дырочной, так и электронной проводимостью.
В нормальных условиях кремний малоактивен, так как на воздухе на его поверхности быстро образуется прочная оксидная пленка. Исключение составляет газообразный фтор, который активно взаимодействует с кремнием при комнатной температуре.
При температурах около 500 °С кремний реагирует с галогенами и кислородом. При температуре 1000 и более °С элемент взаимодействует с углеродом, азотом, бором. Сплавление с металлами приводит к образованию силицидов. В результате сплавления SiO2 со щелочами, карбонатами, основными оксидами образуются силикаты. В кремнийорганических полимерных соединениях к цепочке из атомов кремния и кислорода присоединяются органические радикалы.
Техника безопасности
Пыль диоксида кремния, которая образуется при работе с горными породами или пескоструйными аппаратами, при вдыхании оседает в легких, кристаллизируется и повреждает легочную ткань. В качестве мер предосторожности следует использовать респираторы.
Применение
— В металлургии — применяется при выплавке сталей, чугуна, бронзы, силумина; для легирования сталей; для производства сталей со специфическими свойствами, например, трансформаторных.
— Кремний высокой чистоты используется при изготовлении микросхем, электронных деталей и приборов, солнечных панелей, газовых лазеров.
— Сырье для производства полупроводников, специализированных материалов (силицидов) с особыми термоэлектрическими свойствами, силанов (соединений кремния с водородом).
— В химической промышленности — при производстве полимеров, а также силиконов, силиконовых смазок, клеев, каучуков и других кремнийорганических материалов.
— В силикатной промышленности — изготовление стекла — силикатного, боросиликатного и кварцевого; фарфора, фаянса, глазурей, керамической плитки и стеклянной мозаики; лабораторного стеклянного оборудования; оконных стекол, стеклянных трубок и плафонов УФ-ламп; оптоволокна.
— Карборунд SiС обладает высокой твердостью и тугоплавкостью и применяется как абразив.
— Кремний и ферросилиций (сплав с железом) может использоваться для получения водорода.
— Метасиликаты натрия или калия применяются при изготовлении моющих, чистящих и отбеливающих средств; в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей, текстильной индустрии, в металлургии, водоочистке; входят в состав бетона и стекла. Водный раствор хим. реактива («жидкое стекло», силикатный клей) применяются для склеивания бумаги и картона, в пиротехнике, в производстве масляных красок.
— Кремнийсодержащие горные породы и силикаты — сырье для производства строительных материалов (кирпича, бетона, цемента), огнеупоров, керамики, стекла.
— Кварц востребован как пьезоэлектрик, сырье для изготовления прозрачного для Уф-излучения стекла, жаростойкой посуды с низким коэффициентом расширения.