Контрольные работы, курсовые, дипломные, рефераты, а также подготовка докладов, чертежей, лабораторных работ, презентаций и еще много всего. Недорого и быстро.
Фторокремниевый газ и кремень
Кремний - второй после кислорода по распространенности в земной коре элемент. Кора нашей планеты на 90% состоит из силикатов и SiO2 (кремнезема). Не удивительно, что около четверти всех известных минералов представляют собой силикаты. Не связанный в соединения кремнезем в форме кварца входит, например, в состав таких пород, как гранит и некоторые другие. Наряду с силикатными 114
материалами кварц еще в древности использовали для изготовления стекла. Искусство стеклоделов достигло больших высот в Египте, Сирии, Финикии и Причерноморье еще две-три тысячи лет назад. Но только к XVH веку постепенно утвердилось мнение, что в материалах, пригодных для изготовления стекла, должно содержаться некое особое вещество. И прошло еще несколько десятилетий, пока ученые не натолкнулись случайно на это вещество.
В своей работе "Исследование плавикового шпата и его кислоты" Шееле в 1771 г. вместе с плавиковой кислотой HF неизбежно получал и тетрафто-рид кремния SiF4: ведь свои реакции он проводил в стеклянной посуде. В приемнике газ разлагался под действием воды с образованием кремне-фтористой кислоты и кремнезема:
3SiF4 + 2H2O = SiO2 I + 2H2SiF6 .
Многие исследователи пробовали разложить "фторокремневый газ", как называл его Берцелиус, на составные части. Гей-Люссак и Тенар в 1811 г., нагрев тетрафторид Средневековая обжиговая и плавильная печь
(из книги Г. Агриколы "Царство металлов "). В таких печах в основном обжигали гончарные изделия. Сырьем, как и в наше время, была гончарная глина с примесями окиси железа, известняка и других минералов
кремния с калием, получили красноватобурый порошок. Вероятно, это был аморфный кремний, сильно загрязненный фто-росиликатом калия и фторидом калия:
SiF4 + 4К = Si + 4KF SiF4 + 2KF = K2SiF6
2SiF4 +4K= Si + 2KF + K2SiF6.
В 1824 г. Берцелиус повторил этот опыт и пришел к тем же результатам, что и французские ученые. Правда, он промыл продукт реакции водой и удалил из него фторид калия и даже труднорастворимый кремнефто-ристый калий. В результате ему удалось получить довольно большое количество чистого кремния. Берцелиус определил, что на воздухе кремний сгорает с образованием кремнезема, и поэтому назвал новый элемент кремнием ("кизель" на языках германской группы). Название "силициум" (от латинского "силекс" — кремень) было дано кремнию позже.
Берцелиус получал кремний также путем восстановления тет-тахлорида кремния калием. В
1865 г. этот метод был усовершенствован русским химиком Н.Н. Бекетовым, который в качестве восстановителя использовал пары цинка. Реакция протекает следующим образом:
SiCl4 +2Zn = Si+ 2ZnCl2.
Этот способ применяется и сейчас для получения кремния высокой чистоты.
Были другие пути выделения кремния. Дэви пытался (правда, безуспешно) разложить кремнезем электрическим током. Восстановление нагретого кремнезема парами калия тоже не привело к успеху. Крупнокристаллический кремний удалось получить только в 1854 году Сент-Клер Девилю при электролизе кремнеземсодержащего расплава натрийалюмини-евого хлорида. Полученный при электролизе алюминий содержал некоторое количество кремния, который после растворения в соляной кислоте выпадал в осадок в форме кристаллов. Та же идея лежит в основе метода, предложенного Вёлером, который в 1855 г. сплавил технически чистый алюминий с фторосиликатом калия и натрием, получив при этом загрязненный кремнием алюминий. После растворения алюминия в серной кислоте в растворе оставался кремний в виде чешуек типа графитовых.
Кремнийсодержащее железо, так называемый ферросилиций, было получено впервые Берцелиусом после нагрева смеси кварцевого песка, железной стружки и кокса до температуры плавления железа. Однако промышленное производство ферросилиция, этого важнейшего раскислителя в сталеплавильном процессе, началось только на рубеже XIX—XX веков.
За несколько лет до этого американец Ачесон разработал технически приемлемый способ производства карбида кремния SiC При электролизе расплавленной смеси глины и кокса он обнаружил на угольных электродах наросты кристаллов исключительно высокой твердости и сразу понял, что эти кристаллы можно использовать в качестве абразивных материалов. Впоследствии карбид кремния нашел и другие области применения. Высокая термостойкость обеспечила ему успешное использование для производства огнеупоров. Черные блестящие кристаллы карбида кремния обладают высоким электрическим сопротивлением, поэтому их часто используют в схемах в качестве сопротивлений и для изготовления нагревательных элементов печей сопротивления.
Но широкое применение кремния в технике не ограничивается разнообразными сплавами и карбидом. Огромное значение имеют многочисленные керамические и прочие изделия, в которые кремний входит в качестве компонента. Это фарфор, эмаль, стекло, цемент, жидкое стекло, силиконы и т.д. И наконец, чистый кремний широко применяется как полупроводник в выпрямителях переменного тока, транзисторах, фотоэлементах и прочих устройствах. Это перечисление отнюдь не исчерпывает все
области использования кремния и его соединений. Но и эти примеры достаточно наглядно показывают, сколь велико значение этого элемента, попадающегося нам на каждом шагу в виде практически неисчерпаемых запасов песка.
|
Вы находитесь на сайте Xenoid v2.0: |
|
Copyright © 2005-2013 Xenoid v2.0
Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач