Кремний

Кремний (лат. Sіlіcіum; Sі) — элементтердің периодтық жүйесінің ІV тобындағы элемент. Тұрақты 3 изотопы – 28Sі, 29Sі және 30Sі бар. Жер қыртысындағы мөлшері 29,5%. Табиғатта оттектен кейінгі көп тараған элемент.

14 Алюминий ← Кремний → Фосфор C ↑ Si ↓ Ge Периодическая система элементов 14Si
Жай заттың сыртқы бейнесі
Аморфты түрінде — қоңыр ұнтақ, кристалда — қара сұр, сәл жылтыр
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Кремний, 14
Топ типі	Металлоидтар
Топ, период, блок	14, 3, p
Атомдық масса (молярлық масса)	[28,086] м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[Ne] 3s2 3p2; в соед. [Ne] 3s 3p3 (гибридизация)
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 8, 4
Атом радиусы	111 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	111 пм
Ван-дер-Ваальс радиусы	210 пм
Ион радиусы	42 (+4e), 271 (−4e) пм
Электртерістілігі	1,90 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	0
Тотығу дәрежелері	−4, 0, +2; +4
Иондалу энергиясы	1-ші: 786,0 (8,15) кДж/моль (эВ) 2-ші: 1577.1 кДж/моль (эВ) 3-ші: 3231.6 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
Тығыздық (қ.ж.)	2,33 г/см³
Балқу температурасы	1414,85 °C (1688 K)
Қайнау температурасы	2349,85 °C (2623 K)
Балқу жылуы	50,6 кДж/моль
Булану жылуы	383 кДж/моль
Молярлық жылусыйымдылық	20,16 Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	12,1 см³/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	кубтық, алмас
Тор параметрлері	5,4307 Å
Дебай температурасы	645 ± 5 K
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 149 Вт/(м·К)
Юнг модульі	130–188 ГПа
Жылжу модульі	51–80 ГПа
Пуассон коэффициенті	0.064–0.28
Моос қаттылығы	6.5
CAS нөмірі	7440-21-3

Кремний Sі

Ашылуы

Кремнийді алғаш рет 1811 жылы Гей-Люссак пен Л.Ж. Тенар ашқан. 1824 – 1825 жылдары швед химигі Я.Берцелиус фторлы кремнийді калиймен тотықсыздандырып, ал 1865 жылы орыс ғалымы Н.Н. Бекетов төрт хлорлы кремний мен мырышты әрекеттестіріп жеке бөліп алған.

Физикалық қасиеті:

Кремнийдің түсі күңгірт-сұр, шайырдай жылтыр, тығыздығы 2,32 г/м³, балқу t 1420С, қайнау t 2600С-қа жуық. Өнеркәсіпте Кремний кремнеземді қыздырып, кокспен тотықсыздандыру, ал таза кремний төрт хлорлы кремнийді мырыш буымен тотықсыздандыру арқылы алынады.

Қыздырғанда сутектен басқа кез келген бейметалмен қосыла алады. Төменгі температурада инертті. Таза кремний темір, мыс, алюминий, қорғасын қорытпаларында қолданылады. Ол мұндай қорытпалардың қышқылдарға төзімді, мықты,электрлік және магниттік қасиеттерін арттырады.

Кремний тау хрусталі немесе кварц (Si0₂) құрамында болады; ол (Si) қиын балқитын, металдық жылтыры бар, сұр түсті қатты зат. Оның каттылығы алмаздан төмендеу.

Аморфты кремний коңыр түсті ұнтақ, реакцияға түсуі оңай зат.

Химиялық қасиеті:

Жай заттармен:

1. Si + 0₂ = Si0₂ (кремний оксиді)
2. Si + 2F₂= SiF₄ (кремний фториді)
3. Si + C = SiC (карборунд)
4. Si + 2Mg = Mg₂Si (магний силициді)

Күрделі заттармен:

Сілтінің ерітіндісімен қыздырғанда әрекеттеседі. Si + 2NaOH + Н₂0 = Na₂Si0₃ + 2Н₂↑

Қолданылуы

• Техникада шала өткізгіштер ретінде пайдаланылады.
• Si - электроникада жартылай өткізгіш ретінде қолданылады.
• SiC карборунд - бұрғылар, тегістегіш заттар жасауда, стоматологиялық құралдар өндірісінде, отқа, қышқылға төзімді заттар алады..
• Кремний өсімдіктер мен жануарлар үшін қажет. Диатомдар тәрізді кейбір су организмдері олардың қаңқаларын құрастыру үшін элементті пайдаланады.
• Адамдар сау тері, шаш, тырнақ және сүйектер үшін кремнийді қажет етеді.
• Кремниймен диеталық қоспалар сүйек тығыздығын арттырады және остеопороздың қаупін азайтады.

Алынуы

• зертханада Si0₂+ 2Mg = Si + 2MgO
• өндірісте Si0₂ + 2C = Si + 2CO

Кремнийдіц оттекті қосылыстары. Кремний оксиді

Кремний оксиді - құм Si0₂, 0 = Si = О силикагель Si0₂ - балқу температурасы жоғары, электр тогын өткізбейтін зат.

Кремний оксиді кремнезем, кварц, т. б. күйінде табиғатта кең таралған.

Құм суда ерімейді, бірақ қыздырғанда сілтімен және содамен қышқылдық оксид ретінде әрекеттеседі:

1. Si0₂+ 2NaOH = Na₂Si0₃ + Н₂0
2. Si0₂+ Na₂CO₃ = Na₂Si0₃+ C0₂ ↑
3. Si0₂ + 4HF→ SiF₄ + 2H₂0 (шыныға өрнек салуда жүретін реакция).

Кремний қышқылы, силикаттар

H₂Si0₃ - метакремний қышқылы H₄Si0₄ - ортокремний қышқылы

Метакремний қышқылы іркілдек (коллоид) күйінде болады.

Алынуы:

Тұзынан күшті қышқылмен бөліп алуға болады.

Na₂Si0₃ + H₂S0₄ (конц.) = H₂Si0₃ ↓+ Na₂S0₄

H₂Si0₃ - екі негізді, әлсіз, тұрақсыз қышқыл.

Екі сатыда диссоциацияланады; тұздары силикаттар деп аталады.

NaHSiO₃- натрий гидросиликаты

Na₂Si0₃ - натрий силикаты

Na₂Si0₃ + H₂0 + 2C0₂ = 2NaHC0₃ + H₂Si0₃ ↓ ақ тұнба

Осыған қарағанда кремний қышқылы көмір қышқылынан да әлсіз қышкыл.

Н₂Si0₃ оңай айырылады.

H₂Si0₃ = Н₂0 + Si0₂

Na₂Si0₃, K₂Si0₃ - ерімтал тұздар, оларды сұйық шыны деп атайды, желім ретінде қолданылады.

Шыны алуда мына реакдиялар жүреді:

Na₂C0₃ + Si0₂ = Na₂Si0₃ + C0₂↑

CaC0₃ + Si0₂ = CaSi0₃ + C0₂↑

Кәдімгі шынының құрамын былай өрнектеуге болады:

Na₂0 • СаО • 6Si0₂

Химиялық шынының құрамы:

К₂0 • СаО • 6Si0₂. Ол қиын балқиды.

Лағыл (рубин) шыныда Сr³⁺ ионы болады. Таза құмнан кварц шыны өндіріледі, ол медицинада (ультракүлгін сәулелерді өткізетіндіктен), химиялық ыдыстар жасауда қолданылады.

Цемент ендірісінің негізінде мына реакциялар жатыр:

Аl₂0₃ • 2Si0₂ • 2Н₂0 = Аl₂0₃ • 2Si0₂+ 2H₂0

СаС0₃ = СаО + С0₂↑

СаО + Si0₂ = CaSi0₃

Цемент, бетон, темір-бетон, қожбетон - құрылыс материалдары.

Қазақстанда силикат енеркөсібінің кәсіпорындары төмендегідей болып шоғырланған:

• Маңғыстауда - СаСО₃ әктас;
• Жітіқарада (Қостанай облысы) - асбест;
• Семейде - цемент зауыты;
• Өскеменде - «Аютас» зауыты;
• Ақтөбе, Таразда - шыны ендірісі;
• Леңгір, Есік, Өскеменде - кірпіш зауыттары бар.