Λάβετε πυριτικό οξύ από οξείδιο του πυριτίου. Οξείδιο του πυριτίου (IV) και πυριτικά οξέα. Χημικές ιδιότητες του πυριτίου

Silicon IV oxide TU 6-09-3379-79

SiO2

Πυρίτιο (πυρίτιο, SiO2; λατ. πυρίτιο) - οξείδιο του πυριτίου (IV). Άχρωμοι κρύσταλλοι με σημείο τήξης +1713 ... +1728 ° C, με υψηλή σκληρότητα και αντοχή.

Το διοξείδιο του πυριτίου είναι το κύριο συστατικό όλων σχεδόν των επίγειων πετρωμάτων, ιδιαίτερα της γης διατόμων. Το πυρίτιο και τα πυριτικά αποτελούν το 87% της μάζας της λιθόσφαιρας. Στο ανθρώπινο αίμα και στο πλάσμα, η συγκέντρωση του πυριτίου είναι 0,001% κατά βάρος.

Ιδιότητες

• Ανήκει στην ομάδα των όξινων οξειδίων.
• Όταν θερμαίνεται, αλληλεπιδρά με βασικά οξείδια και αλκάλια.
• Αντιδρά με υδροφθορικό οξύ.
• Το SiO 2 ανήκει στην ομάδα των οξειδίων που σχηματίζουν γυαλί, δηλαδή είναι επιρρεπές στο σχηματισμό υπερψυκτικού τήγματος - γυαλιού.
• Ένα από τα καλύτερα διηλεκτρικά (το ηλεκτρικό ρεύμα δεν άγει αν δεν έχει ακαθαρσίες και δεν θερμαίνεται).

Πολυμορφισμός

Το διοξείδιο του πυριτίου έχει αρκετές πολυμορφικές τροποποιήσεις.

Το πιο κοινό από αυτά στην επιφάνεια της γης - ο α-χαλαζίας - κρυσταλλώνεται σε μια τριγωνική συνγονία. Υπό κανονικές συνθήκες, το διοξείδιο του πυριτίου βρίσκεται συχνότερα στην πολυμορφική τροποποίηση του α-χαλαζία, ο οποίος, σε θερμοκρασίες άνω των +573 °C, μετατρέπεται αντιστρέψιμα σε β-χαλαζία. Με περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, ο χαλαζίας περνά σε τριδυμίτη και κριστοβαλίτη. Αυτά τα πολύμορφα είναι σταθερά σε υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλές πιέσεις.

Στη φύση, υπάρχουν επίσης μορφές - οπάλιο, χαλκηδόνιο, χαλαζία, λουτεκίτης, αυθογόνος χαλαζίας, που ανήκουν στην ομάδα του πυριτίου. Το οπάλιο (SiO 2 *nH 2 O) σε λεπτή τομή είναι άχρωμο, ισότροπο, έχει αρνητικό ανάγλυφο, εναποτίθεται σε θαλάσσιες δεξαμενές και αποτελεί μέρος πολλών πυριτικών πετρωμάτων. Η χαλκηδόνη, η χαλαζίνη, ο λουτεκίτης - SiO 2 - είναι κρυπτοκρυσταλλικές ποικιλίες χαλαζία. Σχηματίζουν ινώδη συσσωματώματα, ρόδακες, σφαιρίτες, άχρωμους, γαλαζωπούς, κιτρινωπούς. Διαφέρουν μεταξύ τους σε ορισμένες ιδιότητες - για χαλκηδόνιο και χαλαζίνη - άμεση εξαφάνιση, για λουτεκίτη - λοξή, για χαλκηδόνιο - αρνητική επιμήκυνση.

Σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, το διοξείδιο του πυριτίου μετατρέπεται αρχικά σε κοησίτη (ο οποίος συντέθηκε το 1953 από τον Αμερικανό χημικό Loring Coes) και στη συνέχεια σε στισοβίτη (που συντέθηκε το 1961 από τον S. M. Stishov και το 1962 ανακαλύφθηκε σε κρατήρα μετεωρίτη). [ πηγή δεν καθορίζεται 2294 ημέρες ] . Σύμφωνα με ορισμένες μελέτες, ο στισοβίτης αποτελεί σημαντικό μέρος του μανδύα, επομένως το ερώτημα ποιος τύπος SiO 2 είναι πιο κοινός στη Γη δεν έχει ακόμη σαφή απάντηση.

Διαθέτει επίσης άμορφη τροποποίηση - γυαλί χαλαζία.

Χημικές ιδιότητες

Το διοξείδιο του πυριτίου SiO 2 είναι ένα όξινο οξείδιο που δεν αντιδρά με το νερό.

Χημικά ανθεκτικό στα οξέα, αλλά αντιδρά με αέριο υδροφθόριο:

και υδροφθορικό οξύ:

Αυτές οι δύο αντιδράσεις χρησιμοποιούνται ευρέως για τη χάραξη γυαλιού.

Όταν το SiO 2 συντήκεται με αλκάλια και βασικά οξείδια, καθώς και με ανθρακικά ενεργών μετάλλων, σχηματίζονται πυριτικά - άλατα πολύ αδύναμων, αδιάλυτων στο νερό πυριτικών οξέων του γενικού τύπου xH 2 O ySiO 2 που δεν έχουν σταθερή σύνθεση (αρκετά συχνά στη βιβλιογραφία αναφέρονται μη πυριτικά οξέα, αλλά πυριτικό οξύ, αν και στην πραγματικότητα μιλάμε για την ίδια ουσία).

Για παράδειγμα, το ορθοπυριτικό νάτριο μπορεί να ληφθεί:

μεταπυριτικό ασβέστιο:

ή μικτό πυριτικό ασβέστιο και νάτριο:

Το γυαλί παραθύρου είναι κατασκευασμένο από πυριτικό Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O · CaO · 6SiO 2).

Τα περισσότερα πυριτικά δεν έχουν μόνιμη σύνθεση. Από όλα τα πυριτικά, μόνο τα πυριτικά άλατα νατρίου και καλίου είναι διαλυτά στο νερό. Τα διαλύματα αυτών των πυριτικών αλάτων στο νερό ονομάζονται υγρό γυαλί. Λόγω της υδρόλυσης, αυτά τα διαλύματα χαρακτηρίζονται από ένα έντονα αλκαλικό περιβάλλον. Τα υδρολυμένα πυριτικά χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό όχι αληθινών, αλλά κολλοειδών διαλυμάτων. Κατά την οξίνιση διαλυμάτων πυριτικών αλάτων νατρίου ή καλίου, κατακρημνίζεται ένα ζελατινώδες λευκό ίζημα ένυδρων πυριτικών οξέων.

Το κύριο δομικό στοιχείο τόσο του στερεού διοξειδίου του πυριτίου όσο και όλων των πυριτικών είναι η ομάδα στην οποία το άτομο πυριτίου Si περιβάλλεται από ένα τετράεδρο τεσσάρων ατόμων οξυγόνου Ο. Στην περίπτωση αυτή, κάθε άτομο οξυγόνου συνδέεται με δύο άτομα πυριτίου. Τα θραύσματα μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με διαφορετικούς τρόπους. Ανάμεσα στα πυριτικά, ανάλογα με τη φύση των δεσμών σε αυτά, τα θραύσματα χωρίζονται σε νησίδα, αλυσίδα, κορδέλα, στρωματοποιημένη, πλαίσιο και άλλα.

Παραλαβή

Το συνθετικό διοξείδιο του πυριτίου λαμβάνεται με θέρμανση του πυριτίου σε θερμοκρασία +400 ... +500 ° C σε ατμόσφαιρα οξυγόνου, ενώ το πυρίτιο οξειδώνεται σε διοξείδιο SiO 2. Καθώς και θερμική οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες.

Υπό εργαστηριακές συνθήκες, το συνθετικό πυρίτιο μπορεί να ληφθεί με τη δράση οξέων, ακόμη και ασθενών οξικών οξέων, σε διαλυτά πυριτικά άλατα. Για παράδειγμα:

Το πυριτικό οξύ διασπάται αμέσως σε νερό και σε SiO 2, το οποίο κατακρημνίζεται.

Το φυσικό πυρίτιο σε μορφή άμμου χρησιμοποιείται όπου δεν απαιτείται υψηλή καθαρότητα του υλικού.

Εφαρμογή

Το διοξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται στην παραγωγή γυαλιού, κεραμικών, λειαντικών, προϊόντων σκυροδέματος, για τη λήψη πυριτίου, ως πληρωτικό στην παραγωγή καουτσούκ, στην παραγωγή πυρίμαχων υλικών πυριτίου, στη χρωματογραφία κ.λπ. Οι κρύσταλλοι χαλαζία έχουν πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες και επομένως είναι χρησιμοποιείται στη ραδιομηχανική, εγκαταστάσεις υπερήχων και αναπτήρες. Το άμορφο μη πορώδες διοξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων ως βοηθητική ουσία E551, η οποία αποτρέπει το σχηματισμό συσσωματωμάτων και τη συσσώρευση, παραφαρμακευτικά προϊόντα (οδοντόκρεμες), στη φαρμακευτική βιομηχανία ως βοηθητική ουσία (περιλαμβάνεται στις περισσότερες Φαρμακοποιίες), καθώς και πρόσθετο τροφίμων ή φάρμακο ως εντεροροφητικό.

Τα τεχνητά ληφθέντα φιλμ διοξειδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται ως μονωτές στην παραγωγή μικροκυκλωμάτων και άλλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή καλωδίων οπτικών ινών. Το καθαρό τηγμένο πυρίτιο χρησιμοποιείται με την προσθήκη ορισμένων ειδικών συστατικών.

Το νήμα πυριτίου χρησιμοποιείται επίσης στα θερμαντικά στοιχεία των ηλεκτρονικών τσιγάρων, καθώς απορροφά καλά το υγρό και δεν καταρρέει κάτω από τη θέρμανση του πηνίου.

Μεγάλοι διαφανείς κρύσταλλοι χαλαζία χρησιμοποιούνται ως ημιπολύτιμοι λίθοι. Οι άχρωμοι κρύσταλλοι ονομάζονται κρύσταλλο βράχου, βιολετί - αμέθυστοι, κίτρινο - κιτρίνη.

Στη μικροηλεκτρονική, το διοξείδιο του πυριτίου είναι ένα από τα κύρια υλικά. Χρησιμοποιείται ως μονωτική στρώση, καθώς και ως προστατευτική επίστρωση. Λαμβάνεται σε μορφή λεπτών υμενίων με θερμική οξείδωση πυριτίου, χημική εναπόθεση ατμών, ψεκασμό μαγνητρονίων.

Πορώδη πυριτία

Τα πορώδη πυριτία λαμβάνονται με διάφορες μεθόδους.

Το σιλόχρωμο λαμβάνεται με συσσώρευση αεροσιλίου, το οποίο, με τη σειρά του, λαμβάνεται με καύση σιλανίου (SiH 4). Το Silochrome χαρακτηρίζεται από υψηλή καθαρότητα, χαμηλή μηχανική αντοχή. Το χαρακτηριστικό μέγεθος της συγκεκριμένης επιφάνειας είναι 60-120 m²/g. Χρησιμοποιείται ως ροφητικό στη χρωματογραφία, πληρωτικό καουτσούκ, κατάλυση.

Η γέλη πυριτίου λαμβάνεται με ξήρανση γέλης πυριτικού οξέος. Σε σύγκριση με το σιλοχρώμιο, έχει χαμηλότερη καθαρότητα, αλλά μπορεί να έχει εξαιρετικά ανεπτυγμένη επιφάνεια: συνήθως από 300 m² / g έως 700 m² / g.

Το αερογέλη πυριτίου είναι περίπου 99,8% αέρας και μπορεί να έχει πυκνότητα έως και 1,9 kg/m³ (μόνο 1,5 φορές την πυκνότητα του αέρα).

Εισαγωγή

Το διαμέρισμά σας ανακαινίζεται και πρέπει να αγοράσετε κεραμικά πλακάκια. Στο κατάστημα, μετά από πολύωρη ταξινόμηση σε διάφορες επιλογές για σχήματα και χρώματα, βρήκες την κατάλληλη και, κατευθυνόμενος στο ταμείο, έριξες μια ματιά στο μέρος της συσκευασίας με τα πλακάκια όπου αναγράφεται η σύνθεσή του. Σχεδόν όλα τα συστατικά είναι γνωστά, αλλά ένα από αυτά σας εξέπληξε - το οξείδιο του πυριτίου. Φυσικά, θα θέλετε να μάθετε περισσότερα για αυτό. Σήμερα θα προσπαθήσω να ικανοποιήσω το ενδιαφέρον σας.

Το πυρίτιο έχει μεταβλητό σθένος και εξαιτίας αυτού, δύο από τις ενώσεις του με το οξυγόνο είναι γνωστές στη χημεία. Σήμερα θα εξετάσουμε το υψηλότερο οξείδιο του πυριτίου, στο οποίο το τελευταίο έχει σθένος IV.

Ονομα

Σε διάφορες πηγές, μπορεί να ονομάζεται διοξείδιο του πυριτίου, πυρίτιο ή οξείδιο του πυριτίου.

Ιδιότητες

Είναι ένα όξινο οξείδιο, το οποίο έχει εγγενή σκληρότητα και αντοχή. Εάν το θερμάνετε και οποιοδήποτε αλκάλιο/βασικό οξείδιο, θα αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Αυτή η ένωση πυριτίου σχηματίζει γυαλί, δηλαδή, ένα υπερψυγμένο τήγμα - γυαλί μπορεί να ληφθεί από αυτό.

Επίσης (στην καθαρή του μορφή) δεν περνάει ηλεκτρικό ρεύμα (είναι διηλεκτρικό). Το οξείδιο του πυριτίου έχει ένα ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα. Είναι ανθεκτικό στα οξέα, με εξαίρεση το υδροφθορικό οξύ και το αέριο υδροφθόριο. Τα προϊόντα αντίδρασης με το τελευταίο είναι φθοριούχο πυρίτιο και νερό. Εάν το δεύτερο αντιδραστήριο είναι διάλυμα υδροφθορίου, τότε τα προϊόντα του θα είναι εξαφθοροπυριτικό οξύ και το ίδιο νερό. Εάν το οξείδιο του πυριτίου (IV) είναι κράμα με ένα αλκάλιο / βασικό οξείδιο / ανθρακικό οποιουδήποτε ενεργού μετάλλου, το προϊόν της αντίδρασης θα είναι ένα άλας πυριτικών οξέων - πυριτικού, από τα οποία μόνο το πυριτικό κάλιο και το νάτριο είναι διαλυτά. Τα προϊόντα της αλληλεπίδρασης οποιουδήποτε από τα τελευταία με το νερό ονομάζονται υγρό γυαλί. Έχουν ένα έντονα αλκαλικό περιβάλλον, ο λόγος για αυτό είναι η υδρόλυση. Τα υδρολυμένα πυριτικά δεν σχηματίζουν αληθή, αλλά κολλοειδή διαλύματα. Εάν τα διαλύματα πυριτικών αλάτων καλίου ή νατρίου οξειδωθούν ελαφρά, θα προκύψει ένα ζελατινώδες λευκό ίζημα, το οποίο είναι ένυδρο πυριτικό οξύ.

Παραλαβή

Στη βιομηχανία, το οξείδιο του πυριτίου λαμβάνεται με θέρμανση του πυριτίου σε περιβάλλον οξυγόνου. Οξειδώνεται και σχηματίζει το επιθυμητό προϊόν. Λαμβάνεται επίσης με θερμική οξείδωση. Στο εργαστήριο, το οξείδιο του πυριτίου λαμβάνεται με τη δράση οποιωνδήποτε οξέων σε ένα διαλυτό πυριτικό άλας, ακόμη και το ασθενές οξικό οξύ είναι κατάλληλο για αυτό. Για παράδειγμα, εάν το συνδυάσετε με πυριτικό νάτριο, το προϊόν της αντίδρασης θα είναι οξικό νάτριο και πυριτικό οξύ. Η αποσύνθεση του τελευταίου θα συμβεί αμέσως και τα προϊόντα της αποσύνθεσής του θα είναι το νερό και το επιθυμητό οξείδιο.

Εφαρμογή

Το οξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή γυαλιού, κεραμικών, λειαντικών, προϊόντων σκυροδέματος και του ίδιου του πυριτίου. Χρησιμεύει επίσης ως πληρωτικό στη βιομηχανία καουτσούκ. Οι κρύσταλλοι μιας άμορφης τροποποίησης του οξειδίου του πυριτίου - το γυαλί χαλαζία - έχουν πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες, και αυτό χρησιμοποιείται από τους δημιουργούς της ραδιομηχανικής, των εγκαταστάσεων υπερήχων και των αναπτήρων. Τα πυριτικά και τα πυρίτια αποτελούν σχεδόν το 90% της μάζας της λιθόσφαιρας. Επίσης το οξείδιο του πυριτίου είναι γνωστό ως πρόσθετο τροφίμων E551. Αυτή είναι η άμορφη μη πορώδης ποικιλία του. Αποτρέπει το σχηματισμό συσσωματωμάτων και τη συσσώρευση των τροφίμων· στα φαρμακευτικά προϊόντα χρησιμοποιείται ως έκδοχο και ως εντεροροφητικό φάρμακο. Οι μεμβράνες αυτού του οξειδίου χρησιμεύουν ως μονωτές όταν κατασκευάζονται μικροτσίπ και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Χρησιμοποιούνται επίσης για τη δημιουργία καλωδίων οπτικών ινών. Και τα θερμαντικά στοιχεία ενός ηλεκτρονικού τσιγάρου δεν θα ήταν δυνατά χωρίς νήμα πυριτίου.

συμπέρασμα

Δείτε πόσο ευρέως χρησιμοποιείται αυτό το οξείδιο. Και για να το δεις, δεν χρειάζεται να τρέξεις στο κατάστημα και να κοιτάξεις τσιμέντο και μπετόν για χάρη της περιέργειας. Το φυσικό οξείδιο του πυριτίου βρίσκεται κάτω από τα πόδια μας - αυτή είναι μια συνηθισμένη άμμος. Αποδεικνύεται ότι μπορεί να είναι χρήσιμο.

Για ένα χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 14, το οποίο ανήκει στην ομάδα IV της 3ης περιόδου και της σειράς III, είναι δυνατό να σχηματιστούν δύο οξείδια του πυριτίου, που αποτελούνται από δύο στοιχεία Si και O:

• μονοξείδιο του πυριτίου, στο οποίο το Si είναι δισθενές, ο χημικός τύπος αυτού του οξειδίου μπορεί να αναπαρασταθεί ως SiO.
• Το διοξείδιο του πυριτίου είναι πυρίτιο στο οποίο το Si είναι τετρασθενές, ο χημικός του τύπος γράφεται ως SiO2.

Το οξείδιο του πυριτίου (IV) στην εμφάνιση είναι διαφανείς κρύσταλλοι. Η πυκνότητα του SiO2 είναι 2,648 g/cm³. Η ουσία λιώνει στο εύρος θερμοκρασίας από 1600 έως 1725 °C, βράζει σε θερμοκρασία 2230 °C.

Το οξείδιο του πυριτίου SiO2 είναι γνωστό για τη σκληρότητα και την αντοχή του από την αρχαιότητα, καθώς είναι πιο κοινό στη φύση είτε σε χαλαζία είτε σε διάτομα. Η ουσία έχει πολλές πολυμορφικές τροποποιήσεις, που τις περισσότερες φορές απαντώνται σε δύο μορφές:

• κρυσταλλικό - με τη μορφή ενός φυσικού ορυκτού χαλαζία, καθώς και των ποικιλιών του (χαλκηδόνιος, κρύσταλλος βράχου, ίασπης, αχάτης, πυριτόλιθος). Ο χαλαζίας είναι η βάση, είναι απαραίτητο οικοδομικό υλικό και πρώτη ύλη για τη βιομηχανία πυριτικών.
• Το άμορφο εμφανίζεται με τη μορφή ενός φυσικού ορυκτού οπάλιο, η σύνθεση του οποίου μπορεί να περιγραφεί με τον τύπο SiO2. nH2O; Οι γήινες μορφές του άμορφου SiO2 είναι οι τρίπολοι (ορεινά άλευρο, γη διατόμων) ή διατομίτης. Το τεχνητό άμορφο άνυδρο πυρίτιο είναι ένα πυριτικό πήκτωμα που κατασκευάζεται από μεταπυριτικό νάτριο.

Το οξείδιο του πυριτίου SiO2 είναι ένα όξινο οξείδιο. Αυτός ο παράγοντας είναι που καθορίζει τις χημικές του ιδιότητες.

Το φθόριο αντιδρά με το διοξείδιο του πυριτίου: SiO2 + 4F → SiF4 +O2 για να σχηματίσει ένα άχρωμο αέριο τετραφθοριούχου πυριτίου και οξυγόνου, ενώ άλλα αέρια (αλογόνα Cl2, Br2, I2) αντιδρούν λιγότερο ενεργά.

Το οξείδιο του πυριτίου IV αντιδρά με το φθοριοπυριτικό οξύ: SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ημιαγωγών.

Το οξείδιο του πυριτίου (IV) διαλύεται σε θερμό συμπυκνωμένο ή λιωμένο αλκάλιο για να σχηματίσει πυριτικό νάτριο: 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O.

Το διοξείδιο του πυριτίου αντιδρά με οξείδια βασικών μετάλλων (για παράδειγμα, οξείδια νατρίου, καλίου, μολύβδου (II), ψευδάργυρου ή μείγμα οξειδίων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή γυαλιού). Ένα παράδειγμα είναι οι αντιδράσεις οξειδίου του νατρίου και SiO2, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό: ορθοπυριτικού νατρίου 2Na2O + SiO2 → Na4SiO4, πυριτικού νατρίου Na2O + SiO2 → Na2SiO3 και γυαλιού Na2O + 6SiO2 + XO → Na2Si: XO2. Παραδείγματα τέτοιων εμπορικών υαλοπινάκων είναι το γυαλί νατράσβεστου, το βοριοπυριτικό γυαλί, το γυαλί μολύβδου.

Το διοξείδιο του πυριτίου αλληλεπιδρά με το πυρίτιο σε υψηλές θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα το αέριο μονοξείδιο: Si + SiO2 → 2SiO.

Τις περισσότερες φορές, το οξείδιο του πυριτίου SiO2 χρησιμοποιείται για την παραγωγή στοιχειακού πυριτίου. Η διαδικασία αλληλεπίδρασης με στοιχειακό άνθρακα προχωρά σε υψηλή θερμοκρασία σε φούρνο ηλεκτρικού τόξου: 2C + SiO2 → Si + 2CO. Είναι αρκετά ενεργοβόρο. Ωστόσο, το προϊόν της χρησιμοποιείται στην τεχνολογία ημιαγωγών για την κατασκευή (μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια). Το καθαρό Si χρησιμοποιείται επίσης στη μεταλλουργία (στην παραγωγή θερμοανθεκτικών και ανθεκτικών στα οξέα χάλυβες πυριτίου). Το στοιχειακό πυρίτιο που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι απαραίτητο για τη λήψη καθαρού διοξειδίου του πυριτίου, το οποίο έχει μεγάλη σημασία για έναν αριθμό βιομηχανιών. Το φυσικό SiO2 χρησιμοποιείται με τη μορφή άμμου σε εκείνες τις βιομηχανίες όπου δεν απαιτείται υψηλή καθαρότητά του.

Όταν εισπνέεται λεπτώς διαιρεμένη σκόνη κρυσταλλικού SiO2, ακόμη και σε πολύ μικρές ποσότητες (έως 0,1 mg/m³), μπορεί να αναπτυχθεί πυριτίαση, βρογχίτιδα ή καρκίνος με την πάροδο του χρόνου. Η σκόνη γίνεται επικίνδυνη όταν εισέρχεται στους πνεύμονες, ερεθίζοντας τους συνεχώς, μειώνοντας έτσι τη λειτουργία τους. Στο ανθρώπινο σώμα, το οξείδιο του πυριτίου με τη μορφή κρυσταλλικών σωματιδίων δεν διαλύεται για κλινικά σημαντικές χρονικές περιόδους. Αυτή η επίδραση μπορεί να δημιουργήσει κίνδυνο επαγγελματικής ασθένειας για άτομα που εργάζονται με εξοπλισμό αμμοβολής ή προϊόντα που περιέχουν κρυσταλλική σκόνη πυριτίου. Τα παιδιά, οι ασθματικοί κάθε ηλικίας, οι αλλεργικοί και οι ηλικιωμένοι μπορούν να αρρωστήσουν πολύ πιο γρήγορα.

Ο δεύτερος εκπρόσωπος των στοιχείων της κύριας υποομάδας της ομάδας IV (ομάδα IVA) του Περιοδικού Πίνακα του D. I. Mendeleev είναι το πυρίτιο Si.

Στη φύση, το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο κοινό χημικό στοιχείο μετά το οξυγόνο. Περισσότερο από το ένα τέταρτο του φλοιού της γης αποτελείται από τις ενώσεις του. Η πιο κοινή ένωση πυριτίου είναι το οξείδιο του πυριτίου (IV) SiO 2, το άλλο του όνομα είναι πυρίτιο.

Στη φύση, σχηματίζει τον ορυκτό χαλαζία (Εικ. 158), πολλές ποικιλίες του οποίου - ο κρύσταλλος βράχου και η περίφημη μωβ μορφή του - αμέθυστος, καθώς και ο αχάτης, ο οπάλιος, ο ίασπης, η χαλκηδόνη, ο καρνελιάνος, είναι γνωστές ως διακοσμητικές και ημιπολύτιμες πέτρες. Το οξείδιο του πυριτίου (IV) αποτελείται επίσης από συνηθισμένη και χαλαζιακή άμμο.

Ρύζι. 158.
Κρύσταλλοι χαλαζία ενσωματωμένοι σε δολομίτη

Από τις ποικιλίες ορυκτών με βάση το οξείδιο του πυριτίου (IV) (πυριτόλιθος, χαλκηδόνιος κ.λπ.), οι πρωτόγονοι άνθρωποι κατασκεύαζαν εργαλεία. Ήταν ο πυριτόλιθος, αυτή η απεριόριστη και όχι πολύ ανθεκτική πέτρα, που σηματοδότησε την αρχή της Λίθινης Εποχής - την εποχή των εργαλείων από πυριτόλιθο (Εικ. 159). Υπάρχουν δύο λόγοι για αυτό: η επικράτηση και η διαθεσιμότητα του πυριτόλιθου, καθώς και η ικανότητά του να σχηματίζει αιχμηρές κοπτικές άκρες όταν θρυμματίζεται.

Ρύζι. 159.
Εργαλεία της Λίθινης Εποχής

Ο δεύτερος τύπος φυσικών ενώσεων πυριτίου είναι τα πυριτικά. Μεταξύ αυτών, τα αργιλοπυριτικά είναι τα πιο κοινά (είναι σαφές ότι αυτά τα πυριτικά περιέχουν το χημικό στοιχείο αλουμίνιο). Τα αργιλοπυριτικά περιλαμβάνουν γρανίτη, διάφορους τύπους αργίλων, μαρμαρυγία. Ένα πυριτικό άλας χωρίς αλουμίνιο είναι, για παράδειγμα, ο αμίαντος, από τον οποίο κατασκευάζονται πυρίμαχα υφάσματα.

Το οξείδιο του πυριτίου (IV) SiO 2 είναι απαραίτητο για τη ζωή των φυτών και των ζώων. Δίνει δύναμη στους μίσχους των φυτών και στα προστατευτικά καλύμματα των ζώων (Εικ. 160). Χάρη σε αυτόν, καλάμια, καλάμια και αλογοουρές στέκονται δυνατά σαν ξιφολόγχες, κοφτερά φύλλα σπαθιάρας κομμένα σαν μαχαίρια, καλαμάκια σε κουρεμένο χωράφι τρυπάνε σαν βελόνες και τα κοτσάνια δημητριακών είναι τόσο δυνατά που δεν αφήνουν το καλαμπόκι στα χωράφια να ξαπλώσει από βροχή και άνεμος. Τα λέπια των ψαριών, τα κελύφη των εντόμων, τα φτερά της πεταλούδας, τα φτερά πουλιών και η γούνα των ζώων είναι δυνατά επειδή περιέχουν πυρίτιο.

Ρύζι. 160.
Το οξείδιο του πυριτίου (IV) δίνει δύναμη στους μίσχους των φυτών και στα προστατευτικά καλύμματα των ζώων

Οι ενώσεις πυριτίου δίνουν απαλότητα και δύναμη στα ανθρώπινα μαλλιά και νύχια.

Το πυρίτιο είναι επίσης μέρος των κατώτερων ζωντανών οργανισμών - των διατόμων και των ραδιολαρίων, των πιο ευαίσθητων σβώλων ζωντανής ύλης που δημιουργούν τους αξεπέραστους σκελετούς ομορφιάς τους από πυρίτιο (Εικ. 161).

Ρύζι. 161.
Οι σκελετοί των διατόμων (α) και των ραδιολαρίων (β) αποτελούνται από πυρίτιο

ιδιότητες πυριτίου. Χρησιμοποιείτε έναν μικροϋπολογιστή με ηλιακή ενέργεια και επομένως κατανοείτε το κρυσταλλικό πυρίτιο. Αυτός είναι ένας ημιαγωγός. Σε αντίθεση με τα μέταλλα, η ηλεκτρική του αγωγιμότητα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε δορυφόρους, διαστημόπλοια, σταθμούς και στέγες (Εικ. 162), εγκαθίστανται ηλιακοί συλλέκτες που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Οι κρύσταλλοι ημιαγωγών, και κυρίως το πυρίτιο, λειτουργούν σε αυτούς. Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου μπορούν να μετατρέψουν έως και το 10% της απορροφούμενης ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ρύζι. 162.
Ηλιακή μπαταρία στην ταράτσα του σπιτιού

Το πυρίτιο καίγεται σε οξυγόνο, σχηματίζοντας οξείδιο του πυριτίου (IV) που είναι ήδη γνωστό σε εσάς:

Όντας μη μέταλλο, όταν θερμαίνεται, το πυρίτιο συνδυάζεται με μέταλλα για να σχηματίσει πυριτικά, για παράδειγμα:

Τα πυριτικά αποσυντίθενται εύκολα από το νερό ή τα οξέα και απελευθερώνεται μια αέρια ένωση υδρογόνου πυριτίου, το σιλάνιο:

Σε αντίθεση με τους υδρογονάνθρακες, το σιλάνιο αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα και καίγεται για να σχηματίσει οξείδιο του πυριτίου (IV) και νερό:

Η αυξημένη αντιδραστικότητα του σιλανίου σε σύγκριση με το μεθάνιο CH 4 εξηγείται από το γεγονός ότι το μέγεθος του ατόμου του πυριτίου είναι μεγαλύτερο από αυτό του άνθρακα, επομένως οι χημικοί δεσμοί Si-H είναι λιγότερο ισχυροί από τους δεσμούς C-H.

Το πυρίτιο αλληλεπιδρά με συμπυκνωμένα υδατικά διαλύματα αλκαλίων, σχηματίζοντας πυριτικά άλατα και υδρογόνο:

Το πυρίτιο λαμβάνεται με αναγωγή του από οξείδιο του πυριτίου (IV) με μαγνήσιο ή άνθρακα:

Το οξείδιο του πυριτίου (IV), ή το διοξείδιο του πυριτίου, ή το πυρίτιο SiO 2, όπως το CO 2, είναι ένα οξείδιο οξέος. Ωστόσο, σε αντίθεση με το CO2, δεν έχει μοριακό, αλλά ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα. Επομένως, το SiO 2 είναι μια στερεή και πυρίμαχη ουσία. Δεν διαλύεται σε νερό και οξέα, εκτός από, όπως γνωρίζετε, υδροφθορικό, αλλά αλληλεπιδρά σε υψηλές θερμοκρασίες με αλκάλια για να σχηματίσει άλατα πυριτικού οξέος - πυριτικά:

Τα πυριτικά μπορούν επίσης να ληφθούν με σύντηξη οξειδίου του πυριτίου (IV) με οξείδια μετάλλων ή ανθρακικά:

Τα πυριτικά του νατρίου και του καλίου ονομάζονται διαλυτό γυαλί. Τα υδατικά τους διαλύματα είναι η γνωστή πυριτική κόλλα.

Από διαλύματα πυριτικών με τη δράση ισχυρότερων οξέων σε αυτά - υδροχλωρικό, θειικό, οξικό και ακόμη και ανθρακικό, λαμβάνεται πυριτικό οξύ H 2 SiO 3 (Εικ. 163):

Ρύζι. 163. Ποιοτική αντίδραση σε πυριτικό ιόν

Επομένως, το H 2 SiO 3 είναι ένα πολύ ασθενές οξύ. Είναι αδιάλυτο στο νερό και καθιζάνει από το μείγμα της αντίδρασης με τη μορφή ζελατινώδους ιζήματος, μερικές φορές γεμίζοντας συμπαγώς ολόκληρο τον όγκο του διαλύματος, μετατρέποντάς το σε μια ημιστερεή μάζα, παρόμοια με ζελέ, ζελέ. Όταν αυτή η μάζα στεγνώνει, σχηματίζεται μια εξαιρετικά πορώδης ουσία - πυριτική γέλη, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως ως προσροφητικό - απορροφητής άλλων ουσιών.

Εργαστηριακό πείραμα Νο 40
Λήψη πυριτικού οξέος και μελέτη των ιδιοτήτων του

Εφαρμογή πυριτίου. Γνωρίζετε ήδη ότι το πυρίτιο χρησιμοποιείται για τη λήψη ημιαγωγών υλικών, καθώς και για κράματα ανθεκτικά στα οξέα. Όταν η χαλαζιακή άμμος συντήκεται με άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζεται καρβίδιο του πυριτίου SiC, το οποίο είναι δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι σε σκληρότητα. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται για το ακόνισμα κοπτικών εργαλειομηχανών και το γυάλισμα πολύτιμων λίθων.

Ο λιωμένος χαλαζίας χρησιμοποιείται για την κατασκευή μιας ποικιλίας χημικών υαλικών χαλαζία, τα οποία αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν ραγίζουν όταν ψύχονται απότομα.

Οι ενώσεις πυριτίου χρησιμεύουν ως βάση για την παραγωγή γυαλιού και τσιμέντου.

Το συνηθισμένο τζάμι παραθύρων έχει σύνθεση που μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο Na 2 O CaO 6SiO 2 . Λαμβάνεται σε ειδικούς γυάλινους κλιβάνους με τη σύντηξη ενός μείγματος σόδας, ασβεστόλιθου και άμμου.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του γυαλιού είναι η ικανότητα να μαλακώνει και, σε λιωμένη κατάσταση, να παίρνει οποιοδήποτε σχήμα διατηρείται όταν το γυαλί στερεοποιείται. Σε αυτό βασίζεται η παραγωγή επιτραπέζιων σκευών και άλλων προϊόντων από γυαλί.

Διάφορα πρόσθετα δίνουν πρόσθετες ιδιότητες στο γυαλί. Έτσι, με την εισαγωγή οξειδίου του μολύβδου, λαμβάνεται κρυστάλλινο γυαλί, οξείδιο του χρωμίου χρωματίζει γυαλί πράσινο, οξείδιο κοβαλτίου μπλε, κ.λπ. (Εικ. 164).

Ρύζι. 164.
Προϊόντα από έγχρωμο γυαλί

Το γυαλί είναι μια από τις παλαιότερες εφευρέσεις της ανθρωπότητας. Ήδη πριν από 3-4 χιλιάδες χρόνια, η παραγωγή γυαλιού αναπτύχθηκε στην Αίγυπτο, τη Συρία, τη Φοινίκη και την περιοχή της Μαύρης Θάλασσας.

Το γυαλί είναι ένα υλικό όχι μόνο για τους τεχνίτες, αλλά και για τους καλλιτέχνες. Οι δάσκαλοι της Αρχαίας Ρώμης έφτασαν στην υψηλή τελειότητα, ήξεραν πώς να παίρνουν έγχρωμο γυαλί και να φτιάχνουν κομμάτια μωσαϊκού από αυτά.

Ρύζι. 165.
Βιτρώ στα βιτρό παράθυρα του καθεδρικού ναού της Notre Dame, Chartres

Τα έργα τέχνης από γυαλί είναι απαραίτητα χαρακτηριστικά κάθε μεγάλου μουσείου και τα χρωματιστά βιτρό παράθυρα των εκκλησιών, τα μωσαϊκά πάνελ είναι ζωντανά παραδείγματα (Εικ. 165). Σε έναν από τους χώρους του παραρτήματος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης, υπάρχει ένα ψηφιδωτό πορτρέτο του Πέτρου Α', φιλοτεχνημένο από τον M. V. Lomonosov (Εικ. 166).

Ρύζι. 166.
Μωσαϊκό πορτρέτο του Peter I

Το εύρος του γυαλιού είναι πολύ εκτεταμένο. Αυτό είναι παράθυρο, μπουκάλι, λάμπα, γυαλί καθρέφτη. οπτικό γυαλί - από γυαλιά γυαλιών σε γυαλιά κάμερας. φακοί αμέτρητων οπτικών οργάνων - από μικροσκόπια μέχρι τηλεσκόπια.

Ένα άλλο σημαντικό υλικό που προέρχεται από την ένωση πυριτίου είναι το τσιμέντο. Λαμβάνεται με πυροσυσσωμάτωση αργίλου και ασβεστόλιθου σε ειδικούς περιστροφικούς κλιβάνους.

Όταν αναμειγνύεται η τσιμεντοκονία με νερό, σχηματίζεται τσιμεντοπολτός ή, όπως την αποκαλούν οι οικοδόμοι, «τσιμεντοκονία», που σταδιακά σκληραίνει. Όταν προστίθεται άμμος ή θρυμματισμένη πέτρα στο τσιμέντο, το σκυρόδεμα λαμβάνεται ως πληρωτικό. Η αντοχή του σκυροδέματος αυξάνεται εάν εισαχθεί ένα σιδερένιο πλαίσιο - λαμβάνεται οπλισμένο σκυρόδεμα, από το οποίο κατασκευάζονται πάνελ τοίχου, μπλοκ δαπέδου, δοκοί γεφυρών κ.λπ.

Η βιομηχανία πυριτικών αλάτων ασχολείται με την παραγωγή γυαλιού και τσιμέντου. Παράγει επίσης πυριτικά κεραμικά - τούβλα, πορσελάνη (Εικ. 167), φαγεντιανή και προϊόντα που κατασκευάζονται από αυτά.

Ρύζι. 167.
Πορσελάνη

Η ανακάλυψη του πυριτίου. Αν και ήδη στην αρχαιότητα οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν ευρέως ενώσεις πυριτίου στην καθημερινή ζωή, το ίδιο το πυρίτιο ελήφθη για πρώτη φορά το 1824 από τον Σουηδό χημικό J. J. Berzelius. Ωστόσο, 12 χρόνια πριν από αυτόν, το πυρίτιο αποκτήθηκε από τους J. Gay-Lussac και L. Tenard, αλλά ήταν πολύ μολυσμένο με ακαθαρσίες.

Η λατινική ονομασία silicium προέρχεται από τη λατινική λέξη silex - "πυριτόλιθος". Το ρωσικό όνομα "πυρίτιο" προέρχεται από το ελληνικό kremnos - "γκρεμός, βράχος".

Νέες λέξεις και έννοιες

1. Φυσικές ενώσεις πυριτίου: πυρίτιο, χαλαζίας και οι ποικιλίες του, πυριτικά, αργιλοπυριτικά, αμίαντος.
2. Η βιολογική σημασία του πυριτίου.
3. Ιδιότητες πυριτίου: ημιαγωγός, αλληλεπίδραση με οξυγόνο, μέταλλα, αλκάλια.
4. Σιλάνιο.
5. Οξείδιο του πυριτίου (IV). Δομή και ιδιότητές του: αλληλεπίδραση με αλκάλια, βασικά οξείδια, ανθρακικά και μαγνήσιο.
6. Πυριτικό οξύ και τα άλατά του. Διαλυτό γυαλί.
7. Η χρήση του πυριτίου και των ενώσεων του.
8. Ποτήρι.
9. Τσιμέντο.

Εργασίες για ανεξάρτητη εργασία