الخصائص الكيميائية Si. كيمياء السيليكون ومركباتها

السيليكون هو ثاني أكثر وفرة على وجه الأرض (بعد الأكسجين). نادرًا ما يوجد في شكله النقي - في البلورات ، في كثير من الأحيان يمكن رؤيته في تكوين المركبات والمعادن المختلفة - الصاري ، الصوان ، رمل الكوارتز.

لعزل السيليكون النقي ، يتفاعل الكيميائيون مع رمل الكوارتز مع المغنيسيوم. يتم صهر السيليكون أيضًا في درجات حرارة عالية وحتى "ينمو". تسمح طريقة Czochralski باستخدام الضغط ودرجة الحرارة ومركبات السيليكون للحصول على بلورات من مادة نقية.

الحياة اليومية

تستخدم مركبات السيليكون بنشاط في الحياة اليومية والاقتصاد البشري ، في الصناعة. يستخدم رمل الكوارتز في إنتاج الزجاج والأسمنت. سميت صناعة السيليكات على اسم السيليكون ، واسمه الأوسط هو "silicium". تستخدم السيليكات في الزراعة لتخصيب التربة. يتم الحصول على غراء السيليكات أيضًا على أساس مركبات السيليكون.

راديو الكترونيات

يحتوي السيليكون على خصائص راديو إلكترونية فريدة. السيليكون النقي هو أشباه الموصلات. هذا يعني أنه يمكنه إجراء تيار في ظل ظروف معينة عندما يكون نطاق التوصيل صغيرًا. إذا كانت منطقة التوصيل كبيرة ، فإن أشباه الموصلات السيليكونية تتحول إلى عازل من السيليكون.

أدت الخصائص شبه الموصلة للسيليكون غير المعدني إلى إنشاء الترانزستور. الترانزستور هو جهاز يسمح لك بالتحكم في الجهد والتيار. على عكس الموصلات الخطية ، تحتوي ترانزستورات السيليكون على ثلاثة عناصر رئيسية - جامع "يجمع" التيار ، وقاعدة ، وباعث ، مما يضخم التيار. أدى ظهور الترانزستور إلى حدوث "طفرة إلكترونية" ، مما أدى إلى إنشاء أول أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المنزلية.

أجهزة الكمبيوتر

لم يمر تقدم السيليكون في الإلكترونيات مرور الكرام في تكنولوجيا الكمبيوتر. في البداية ، أرادوا صنع معالجات من أشباه موصلات نموذجية "باهظة الثمن" ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، فإن سعره المرتفع لم يسمح ببدء إنتاج ألواح الجرمانيوم. ثم قرر المتهورون من شركة آي بي إم أن يغتنموا الفرصة ويجربوا السيليكون كمادة "قلب" نظام الكمبيوتر. لم تكن النتائج طويلة في القادمة.

تبين أن لوحات السيليكون رخيصة جدًا ، وكان ذلك مهمًا بشكل خاص في بداية بداية صناعة الكمبيوتر ، عندما كان هناك الكثير من العيوب وقلة المشترين المحتملين.

اليوم ، تهيمن رقائق السيليكون على صناعة الكمبيوتر. لقد تعلمت بلورات السيليكون النقية للمعالجات وأجهزة التحكم أن تنمو في ظروف المصنع ، والمواد سهلة الاستخدام. والأهم من ذلك ، أتاح السيليكون إمكانية مضاعفة عدد العناصر على المعالج كل عامين (قانون مور). وبالتالي ، هناك المزيد والمزيد من الترانزستورات والبوابات الأخرى في دائرة سيليكون من نفس الحجم. جعل السيليكون من الممكن جعل تكنولوجيا المعلومات فعالة قدر الإمكان.

وزارة التربية والتعليم الروسية

المؤسسة التعليمية لميزانية الدولة الفيدرالية للتعليم المهني العالي

"MATI - الجامعة التقنية الحكومية الروسية تحمل اسم K.E. Tsiolkovsky" (MATI)

قسم "اختبار الطائرات"

نبذة مختصرة

في دورة "الكيمياء"

الموضوع: "السيليكون"

الطالب: أكبايف داويت ريناتوفيتش

المجموعة: 2ILA-1DS-298

المعلم: Evdokimov Sergey Vasilievich

موسكو 2014

السيليكون في الكائنات الحية

تاريخ الاكتشاف والاستخدام

التوزيع في الطبيعة

التركيب الذري والخصائص الكيميائية والفيزيائية الأساسية

يستلم

تطبيق

روابط

تطبيق

1. السيليكون في الكائنات الحية

السيليكون (لات. Silicium) ، Si ، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري لمندليف ؛ العدد الذري 14 ، الكتلة الذرية 28.086. في الطبيعة ، يتم تمثيل العنصر بثلاثة نظائر مستقرة: 28 Si (92.27٪) ، 29 Si (4.68٪) و 30 Si (3.05٪)

يتواجد السيليكون في الجسم على شكل مركبات مختلفة ، والتي تشارك بشكل أساسي في تكوين أجزاء وأنسجة الهيكل العظمي الصلبة. يمكن لبعض النباتات البحرية (على سبيل المثال ، الدياتومات) والحيوانات (على سبيل المثال ، الإسفنج السليكي والراديولاريان) أن تتراكم بشكل خاص الكثير من السيليكون ، مما يشكل رواسب قوية من ثاني أكسيد السيليكون في قاع المحيط عندما تموت.

في البحار والبحيرات الباردة ، تسود الطمي الحيوي المنشأ المخصب بالسيليكون ، في البحار الاستوائية - الطمي الجيري مع محتوى منخفض من السيليكون. من بين النباتات الأرضية ، تتراكم الحبوب ، والنخيل ، وذيل الحصان ، الكثير من السيليكون. في الفقاريات ، محتوى ثاني أكسيد السيليكون في مواد الرماد هو 0.1-0.5٪. تم العثور على أكبر كميات من السيليكون في الأنسجة الضامة الكثيفة والكلى والبنكرياس. يحتوي النظام الغذائي اليومي للإنسان على ما يصل إلى 1 جرام من السيليكون.

مع وجود نسبة عالية من غبار السيليكا في الهواء ، فإنه يدخل إلى رئتي الشخص ويسبب مرضًا - السحار السيليسي (من السليكس اللاتيني - الصوان) ، وهو مرض يصيب الإنسان بسبب استنشاق غبار طويل يحتوي على السيليكا الحرة وهو مرض مهني. توجد بين العاملين في صناعات التعدين ، الخزف ، الخزف ، المعادن ، بناء الآلات. السُحار السيليسيّ هو أكثر مسار غير مواتٍ للمرض من مجموعة داء الرئة. في كثير من الأحيان أكثر من الأمراض الأخرى ، يتم ملاحظة الانضمام إلى عملية السل (ما يسمى بالسل السيليك) ومضاعفات أخرى.

2. تاريخ الاكتشاف والاستخدام

مرجع تاريخي. مركبات السيليكون ، المنتشرة على الأرض ، معروفة للإنسان منذ العصر الحجري. استمر استخدام الأدوات الحجرية في العمل والصيد لعدة آلاف من السنين. بدأ استخدام مركبات السيليكون المرتبطة بمعالجتها - تصنيع الزجاج - حوالي 3000 قبل الميلاد. NS. (في مصر القديمة). أول مركب سليكون معروف هو ثاني أكسيد السيليكون SiO 2(السيليكا). في القرن ال 18. كان يعتبر السيليكا جسما بسيطا ويشار إليه باسم "الأراضي" (وهو ما ينعكس في اسمه). تم إنشاء تعقيد تكوين السيليكا بواسطة I.Ya. برزيليوس.

تم الحصول على السيليكون في حالة حرة لأول مرة في عام 1811 من قبل العالم الفرنسي جاي جاي لوساك وأو. تينارد.

في عام 1825 ، حصل عالم المعادن والكيميائي السويدي Jens Jakob Berzelius على السيليكون غير المتبلور. تم الحصول على مسحوق السيليكون البني غير المتبلور عن طريق اختزال رباعي فلوريد السيليكون الغازي بمعدن البوتاسيوم:

4 + 4K = سي + 4KF

في وقت لاحق ، تم الحصول على شكل بلوري من السيليكون. عن طريق إعادة بلورة السيليكون من المعادن المنصهرة ، تم الحصول على بلورات رمادية صلبة ولكن هشة ذات بريق معدني. تم إدخال الأسماء الروسية لعنصر السيليكون في الحياة اليومية بواسطة G.I. هيس في عام 1834.

... التوزيع في الطبيعة

بعد الأكسجين ، يعتبر السيليكون العنصر الأكثر وفرة (27.6٪) على وجه الأرض. إنه عنصر موجود في معظم المعادن والصخور التي تشكل القشرة الصلبة لقشرة الأرض. يلعب السيليكون في قشرة الأرض نفس الدور الأساسي الذي يلعبه الكربون في عالم الحيوان والنبات. تعتبر الرابطة القوية بشكل استثنائي مع الأكسجين أمرًا مهمًا للكيمياء الجيولوجية للأكسجين. أكثر مركبات السيليكون انتشارًا هي أكسيد السيليكون SiO 2ومشتقات حمض السيليك تسمى السيليكات. يحدث أكسيد السيليكون (IV) على شكل معدن الكوارتز (السيليكا ، الصوان). في الطبيعة ، تتكون الجبال بأكملها من هذا المركب. توجد بلورات كوارتز كبيرة جدًا يصل وزنها إلى 40 طنًا. يتكون الرمل العادي من كوارتز ناعم ملوث بشوائب مختلفة. يصل الاستهلاك العالمي السنوي من الرمال إلى 300 مليون طن.

السيليكات الأكثر انتشارًا في الطبيعة هي aluminosilicates (kaolin Al 2ا 3* 2SiO 2* 2 ح 2O ، الأسبستوس CaO * 3MgO * 4SiO 2، orthoclase K. 2O * آل 2ا 3* 6SiO 2وإلخ.). إذا تم تضمين أكاسيد الصوديوم أو البوتاسيوم أو الكالسيوم في تكوين المعدن ، بالإضافة إلى أكاسيد السيليكون والألمنيوم ، فإن المعدن يسمى الفلسبار (الميكا البيضاء ، إلخ). يمثل الفلسبار حوالي نصف السيليكات المعروفة في الطبيعة. تشمل الصخور الجرانيتية والنايس الكوارتز والميكا والفلسبار.

السيليكون جزء من النباتات والحيوانات بكميات ضئيلة. توجد في سيقان أنواع معينة من الخضار والحبوب. هذا ما يفسر زيادة قوة سيقان هذه النباتات. تحتوي قشور ciliates وأجسام الإسفنج والبيض وريش الطيور وشعر الحيوانات والشعر والجسم الزجاجي للعين أيضًا على مادة السيليكون.

أظهر تحليل عينات التربة القمرية التي تنقلها السفن وجود أكسيد السيليكون بنسبة تزيد عن 40 في المائة. في تكوين النيازك الحجرية ، يصل محتوى السيليكون إلى 20 بالمائة.

... التركيب الذري والخصائص الكيميائية والفيزيائية الأساسية

يشكل السيليكون بلورات رمادية داكنة ذات لمعان معدني ، لها شبكة شعرية مكعبة الشكل من الماس مع فترة أ = 5.431 Å, بكثافة 2.33 جم / سم ³ ... عند ضغوط عالية جدًا ، تم الحصول على تعديل جديد (سداسي على ما يبدو) بكثافة 2.55 جم / سم ³ ... K. يذوب عند 1417 درجة مئوية ، يغلي عند 2600 درجة مئوية. حرارة محددة (عند 20-100 درجة مئوية) 800 جول / (كجم × ك) ، أو 0.191 كالوري / (ز × وابل)؛ الموصلية الحرارية حتى في أنقى العينات ليست ثابتة وتقع في نطاق (25 درجة مئوية) 84-126 واط / (م) × ك) ، أو 0.20-0.30 كالوري / (سم × ثانية × وابل). معامل درجة حرارة التمدد الخطي 2.33 × 10-6 K-1 ؛ أقل من 120 ألف يصبح سالب. السيليكون شفاف للأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة ؛ معامل الانكسار (ل = 6 ميكرون) 3.42 ؛ ثابت العزل 11.7. السيليكون نفاث مغناطيسي وقابلية مغناطيسية ذرية - 0.13 × 10 -6... صلابة السيليكون Mohs 7.0 ، Brinell 2.4 Gn / m ² (240 كجم / مم ² ) ، معامل المرونة 109 H / m ² (10890 كجم / مم ² ) ، معامل الانضغاط 0.325 × 10 -6سم ² / كلغ. السيليكون مادة هشة. يبدأ تشوه البلاستيك الملحوظ عند درجات حرارة أعلى من 800 درجة مئوية.

السيليكون هو أحد أشباه الموصلات التي يتم استخدامها بشكل متزايد. تعتمد الخواص الكهربائية لـ K. بشكل كبير على الشوائب. تؤخذ المقاومة الكهربائية الحجمية النوعية الجوهرية للسيليكون في درجة حرارة الغرفة إلى 2.3 × 10 3أوم × م (2.3 × 10 5 أوم × سم).

السيليكون أشباه الموصلات مع الموصلية من النوع p (المواد المضافة B ، Al ، In أو Ga) والنوع n (المواد المضافة P ، Bi ، As أو Sb) لديه مقاومة أقل بشكل ملحوظ. فجوة الطاقة وفقًا للقياسات الكهربائية هي 1.21 فولت عند 0 كلفن وتنخفض إلى 1.119 فولت عند 300 كلفن.

وفقًا لموضع السيليكون في النظام الدوري لمندلييف ، يتم توزيع 14 إلكترونًا من ذرة السيليكون على ثلاث قذائف: في الأول (من النواة) 2 إلكترون ، في 8 الثانية ، في الثالث (التكافؤ) 4 ؛ تكوين قذيفة الإلكترون 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. جهد التأين المتتالي (eV): 8.149 ؛ 16.34 ؛ 33.46 و 45.13. نصف القطر الذري 1.33 Å, نصف القطر التساهمي 1.17Å ، نصف القطر الأيوني Si 4+0.39Å ، Si4- 1.98 درجة.

في مركبات السيليكون (على غرار الكربون) ، يكون التكافؤ 4. ومع ذلك ، على عكس الكربون ، فإن السيليكون ، جنبًا إلى جنب مع رقم التنسيق 4 ، يُظهر رقم تنسيق 6 ، وهو ما يفسر بالحجم الكبير لذرته (مثال على هذه المركبات هو فلوريد السيليكون الذي يحتوي على المجموعة 2-).

عادة ما يتم تنفيذ الرابطة الكيميائية لذرة السيليكون مع الذرات الأخرى من خلال مدارات هجينة sp3 ، ولكن من الممكن أيضًا إشراك اثنين من مداراتها ثلاثية الأبعاد الخمسة (الشاغرة) ، خاصةً عندما يكون السيليكون منسقًا بستة. وجود قيمة كهرسلبية منخفضة تبلغ 1.8 (مقابل 2.5 للكربون ؛ 3.0 للنيتروجين ، إلخ) ، يكون السيليكون في المركبات غير الفلزية موجبًا كهربائيًا ، وهذه المركبات ذات طبيعة قطبية. تحدد طاقة الارتباط العالية مع الأكسجين Si-O ، والتي تساوي 464 كيلو جول / مول (111 كيلو كالوري / مول) ، ثبات مركبات الأكسجين (SiO2 والسيليكات). طاقة رابطة Si-Si منخفضة ، 176 كيلو جول / مول (42 كيلو كالوري / مول) ؛ على عكس الكربون ، لا يتميز K. بتكوين سلاسل طويلة ورابطة مزدوجة بين ذرات Si. بسبب تكوين طبقة أكسيد واقية ، يكون السيليكون مستقرًا في الهواء حتى في درجات الحرارة المرتفعة. في الأكسجين ، يتأكسد بدءًا من 400 درجة مئوية ، مكونًا ثاني أكسيد السيليكون SiO 2... يُعرف أيضًا أحادي أكسيد SiO ، وهو مستقر عند درجات حرارة عالية في شكل غاز ؛ نتيجة للتبريد الحاد ، يمكن الحصول على منتج صلب يتحلل بسهولة إلى خليط رقيق من Si و SiO 2... السيليكون مقاوم للأحماض ولا يذوب إلا في خليط من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك ؛ يذوب بسهولة في المحاليل القلوية الساخنة مع تطور الهيدروجين. يتفاعل السيليكون مع الفلور في درجة حرارة الغرفة ، مع بقية الهالوجينات - عند تسخينه لتشكيل مركبات من الصيغة العامة SiX 4(انظر هاليدات السيليكون). لا يتفاعل الهيدروجين بشكل مباشر مع السيليكون ، ويتم الحصول على السيليكا (السيلانات) عن طريق تحلل مبيدات السيليكون. السيليكا المعروفة من SiH 4إلى Si 8ح 18(مشابه في التركيب للهيدروكربونات المشبعة). يشكل السيليكون مجموعتين من السيلانات المؤكسجة - siloxanes و siloxenes. يتفاعل السيليكون مع النيتروجين عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية. نيتريد Si له أهمية عملية كبيرة. 3ن 4، لا يتأكسد في الهواء حتى عند 1200 درجة مئوية ، ومقاوم للأحماض (ما عدا النيتريك) والقلويات ، وكذلك المعادن المنصهرة والخبث ، مما يجعله مادة قيمة للصناعة الكيميائية ، لإنتاج الحراريات ، إلخ. المقاومة الحرارية والكيميائية هي سمة من سمات مركبات السيليكون مع الكربون (كربيد السيليكون SiC) والبورون (SiB 3، SiB 6، SiB 12). عند تسخينه ، يتفاعل السيليكون (في وجود محفزات معدنية ، مثل النحاس) مع مركبات الكلور العضوي (على سبيل المثال ، CH 3Cl) مع تكوين هالوسيلان عضوي [على سبيل المثال ، Si (CH 3)3CI] ، الذي يستخدم في تصنيع العديد من مركبات السليكون العضوي.

5. الاستلام

إن أبسط الطرق المعملية وأكثرها ملاءمة لإنتاج السيليكون هي تقليل أكسيد السيليكون SiO 2في درجات حرارة عالية مع اختزال المعادن. نظرًا لاستقرار أكسيد السيليكون ، يتم استخدام عوامل الاختزال النشطة مثل المغنيسيوم والألمنيوم لتقليل:

SiO 2+ 4Al = 3Si + 2Al2 ا 3

عند اختزاله باستخدام الألومنيوم المعدني ، يتم الحصول على السيليكون البلوري. تم اكتشاف طريقة اختزال المعادن من أكاسيدها بالألمنيوم المعدني بواسطة عالم الكيمياء الفيزيائية الروسي N.N. بيكيتوف عام 1865. عندما يتم تقليل أكسيد السيليكون بالألمنيوم ، فإن الحرارة المنبعثة لا تكفي لإذابة نواتج التفاعل - السيليكون وأكسيد الألومنيوم ، الذي يذوب عند 205 درجة مئوية. لخفض درجة انصهار نواتج التفاعل ، يضاف الكبريت والألمنيوم الزائد إلى خليط التفاعل. ينتج التفاعل كبريتيد الألومنيوم منخفض الذوبان:

2Al + 3S = Al2 س 3

تغرق قطرات من السيليكون المصهور في قاع البوتقة.

يتم الحصول على السيليكون ذو النقاوة التقنية (95-98٪) في قوس كهربائي عن طريق تقليل السيليكا SiO 2بين أقطاب الجرافيت.

2 + 2C = Si + 2CO

فيما يتعلق بتطوير تقنية أشباه الموصلات ، تم تطوير طرق للحصول على سيليكون نقي وعالي النقاوة. يتطلب ذلك توليفًا أوليًا لأنقى مركبات السيليكون البادئة ، والتي يتم استخلاص السيليكون منها بالاختزال أو التحلل الحراري.

يتم الحصول على سيليكون أشباه الموصلات النقي في شكلين: متعدد البلورات (عن طريق تقليل SiCl 4أو SiHCl 3الزنك أو الهيدروجين ، التحلل الحراري لسيكل 4و SiH 4) و monocrystalline (ذوبان المنطقة الخالية من البوتقة و "سحب" بلورة واحدة من السيليكون المصهور - طريقة Czochralski).

يتم الحصول على رابع كلوريد السيليكون عن طريق كلورة السيليكون التجاري. أقدم طريقة لتحلل رباعي كلوريد السيليكون هي طريقة الكيميائي الروسي المتميز الأكاديمي N.N. بيكيتوف. يمكن تمثيل هذه الطريقة بالمعادلة:

4 + Zn = Si + 2ZnCl 2.

هنا تتفاعل أبخرة رابع كلوريد السيليكون ، التي تغلي عند 57.6 درجة مئوية ، مع أبخرة الزنك.

حاليًا ، يتم تقليل رابع كلوريد السيليكون بالهيدروجين. يستمر التفاعل وفقًا للمعادلة:

SiCl 4 + 2 ح 2= Si + 4HCl.

يتم الحصول على السيليكون في شكل مسحوق. يتم أيضًا استخدام طريقة يوديد لإنتاج السيليكون ، على غرار طريقة يوديد الموصوفة سابقًا لإنتاج التيتانيوم النقي.

للحصول على السيليكون النقي ، يتم تنقيته من الشوائب عن طريق ذوبان المنطقة بنفس طريقة الحصول على التيتانيوم النقي.

بالنسبة لعدد من أجهزة أشباه الموصلات ، يُفضل استخدام مواد أشباه الموصلات التي تم الحصول عليها على شكل بلورات مفردة ، نظرًا لأن التغيرات غير المنضبطة في الخواص الكهربائية تحدث في مادة متعددة البلورات.

عند تدوير بلورات مفردة ، يتم استخدام طريقة Czochralski ، والتي تتكون مما يلي: يتم إنزال قضيب في المادة المنصهرة ، وفي النهاية يوجد بلورة من هذه المادة ؛ إنه بمثابة جنين البلورة المفردة المستقبلية. يتم سحب القضيب من المصهور بسرعة منخفضة تصل إلى 1-2 مم / دقيقة. نتيجة لذلك ، يتم نمو بلورة واحدة بالحجم المطلوب تدريجيًا. يتم قطع اللوحات المستخدمة في أجهزة أشباه الموصلات منه.

... تطبيق

يستخدم السيليكون المخدر بشكل خاص على نطاق واسع كمواد لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات (الترانزستورات ، الثرمستورات ، مقومات الطاقة ، الثنائيات الخاضعة للرقابة - الثايرستور ؛ الخلايا الشمسية المستخدمة في المركبات الفضائية ، إلخ). نظرًا لأن السيليكون شفاف للأشعة ذات الطول الموجي من 1 إلى 9 ميكرون ، فإنه يستخدم في بصريات الأشعة تحت الحمراء.

يحتوي السيليكون على مجموعة متنوعة ومتنامية من الاستخدامات. في علم المعادن ، يستخدم السيليكون لإزالة الأكسجين المذاب في المعادن المنصهرة (إزالة الأكسدة). السيليكون هو جزء مكون من عدد كبير من سبائك الحديد والسبائك المعدنية غير الحديدية. عادة ، يضفي السيليكون مقاومة متزايدة للتآكل للسبائك ، ويحسن خصائص صبها ويزيد من القوة الميكانيكية ؛ ومع ذلك ، في المستويات الأعلى ، يمكن أن يسبب السيليكون هشاشة. وأهمها سبائك الحديد والنحاس والألمنيوم المحتوية على السيليكون. يتم استخدام كمية متزايدة من السيليكون لتخليق مركبات السيليكون العضوي ومبيدات السيليكون. تتم معالجة السيليكا والعديد من السيليكات (الطين ، والفلسبار ، والميكا ، والتلك ، وما إلى ذلك) بواسطة صناعات الزجاج ، والأسمنت ، والسيراميك ، والكهرباء ، وغيرها من الصناعات.

السليكون ، التشبع السطحي أو الحجمي للمادة بالسيليكون. يتم إنتاجه عن طريق معالجة المادة في بخار السيليكون ، المتكون عند درجة حرارة عالية فوق ردم السيليكون ، أو في بيئة غازية تحتوي على الكلوروسيلانات ، والتي يتم تقليلها بواسطة الهيدروجين ، على سبيل المثال ، عن طريق التفاعل

ل 4+ 2H2 = سي + 4HC1.

يتم استخدامه بشكل أساسي كوسيلة لحماية المعادن المقاومة للحرارة (W ، Mo ، Ta ، Ti ، إلخ) من الأكسدة. ترجع مقاومة الأكسدة إلى تكوين طبقات كثيفة للانتشار "ذاتية الشفاء" من السيليسيد أثناء C. (WSi 2، MoSi 2وإلخ.). يستخدم الجرافيت السيليكوني على نطاق واسع.

... روابط

مبيدات السيليكا

مبيدات سليكونية (من لات. سليسيوم - سليكون) ، مركبات كيميائية للسيليكون مع معادن وبعض اللافلزات. يمكن تقسيم مبيدات السيليكات حسب نوع الرابطة الكيميائية إلى ثلاث مجموعات رئيسية: التساهمية الأيونية ، التساهمية ، والمعدنية. تتكون المبيدات الأيونية التساهمية من معادن قلوية (باستثناء الصوديوم والبوتاسيوم) ومعادن أرضية قلوية ، وكذلك معادن مجموعات فرعية من النحاس والزنك ؛ التساهمية - البورون ، والكربون ، والنيتروجين ، والأكسجين ، والفوسفور ، والكبريت ، وتسمى أيضًا بوريدات ، وكربيدات ، ونتريد السيليكون) ، وما إلى ذلك ؛ المعادن الشبيهة بالمعادن الانتقالية.

يتم الحصول على مبيدات السيليكات عن طريق صهر أو تلبيد خليط مسحوق من Si والمعدن المقابل: عن طريق تسخين أكاسيد المعادن باستخدام Si ، SiC ، SiO 2والسيليكات الطبيعية أو الاصطناعية (ممزوجة أحيانًا بالكربون) ؛ تفاعل المعدن مع خليط من SiCl 4و ح 2؛ التحليل الكهربائي للذوبان يتكون من K. 2SiF 6وأكسيد المعدن المقابل. مبيدات السيليكات التساهمية والمعدنية مقاومة للحرارة ومقاومة للأكسدة وعمل الأحماض المعدنية والغازات العدوانية المختلفة. تستخدم مبيدات السيليكون في تكوين المواد المركبة المقاومة للحرارة لتكنولوجيا الطيران والصواريخ. MoSi 2يستخدم لإنتاج سخانات أفران مقاومة تعمل في الهواء عند درجات حرارة تصل إلى 1600 درجة مئوية. FeSi 2، Fe 3سي 2، Fe 2Si جزء من الفيروسيليكون المستخدم لإزالة الأكسدة وسبائك الفولاذ. كربيد السيليكون هو أحد المواد شبه الموصلة.

الجرافيت السيليكوني

الجرافيت السيليكوني ، الجرافيت السليكون المشبع. يتم إنتاجه عن طريق معالجة الجرافيت المسامي في ردم السيليكون عند 1800-2200 درجة مئوية (بينما تترسب أبخرة السيليكون في المسام). يتكون من قاعدة الجرافيت وكربيد السيليكون والسيليكون الحر. فهو يجمع بين الاستقرار الحراري العالي والقوة في درجات الحرارة المرتفعة المتأصلة في الجرافيت والكثافة وضيق الغاز ومقاومة الأكسدة العالية عند درجات حرارة تصل إلى 1750 درجة مئوية ومقاومة التآكل. يتم استخدامه لبطانة الأفران ذات درجة الحرارة العالية ، في أجهزة صب المعادن ، في عناصر التسخين ، لتصنيع أجزاء لتكنولوجيا الطيران والفضاء التي تعمل في ظروف درجات الحرارة العالية والتآكل.

صلال

Silal (من لاتيني Silicium - سيليكون وسبائك إنجليزي - سبيكة) ، حديد زهر مقاوم للحرارة بمحتوى عالٍ من السيليكون (5-6٪). يستخدم Silal لإنتاج أجزاء مصبوبة رخيصة نسبيًا تعمل في درجات حرارة عالية (800-900 درجة مئوية) ، على سبيل المثال ، أبواب الفرن ذات الموقد المفتوح ، والقضبان الشبكية ، وأجزاء الغلايات البخارية.

سيلومين

Silumin (من Lat. Silicium - السيليكون والألمنيوم - الألومنيوم) ، الاسم العام لمجموعة سبائك الصب القائمة على الألومنيوم ، تحتوي على السيليكون (4-13٪ ، في بعض العلامات التجارية تصل إلى 23٪). اعتمادًا على التركيبة المرغوبة من الخصائص التكنولوجية والتشغيلية ، يتم خلط السيلومين مع النحاس ، المنغنيز ، المغنيسيوم ، وأحيانًا الزنك ، Ti ، Be ومعادن أخرى. تتمتع Silumins بخصائص ميكانيكية عالية وخصائص ميكانيكية عالية ، ولكنها أدنى من الخواص الميكانيكية لسبائك الصب التي تعتمد على نظام Al - Cu. تشمل مزايا السيلومين مقاومة التآكل المتزايدة في الأجواء الرطبة والبحرية. يتم استخدام Silumins في تصنيع أجزاء التكوين المعقدة ، وخاصة في صناعة السيارات والطائرات.

سيليكومنجنيز

السليكون والمنغنيز السبائك الحديدية ، والمكونات الرئيسية لها هي السيليكون والمنغنيز ؛ يتم صهره في أفران حرارية خام عن طريق عملية تقليل الكربون. منغنيز السليكون بنسبة 10-26٪ Si (الباقي هو المنجنيز والحديد والشوائب) ، يتم الحصول عليه من خام المنغنيز وخبث المنغنيز والكوارتزيت ، ويستخدم في صهر الفولاذ كمزيل للأكسدة ومضافات صناعة السبائك ، وكذلك لصهر المنغنيز الحديدي مع انخفاض الكربون المحتوى بالعملية الحرارية السليكونية. يستخدم السيليكومنجنيز مع 28-30 ٪ Si (المادة الخام التي يتم الحصول عليها بشكل خاص من خبث منخفض الفوسفور عالي المنغنيز) في إنتاج المنغنيز المعدني.

سيليكوكروم

السيليكون والكروم ، والسبائك الحديدية ، والسبائك الحديدية ، والمكونات الرئيسية منها هي السيليكون والكروم ؛ يتم صهره في فرن حراري خام عن طريق عملية تقليل الكربون من الكوارتزيت والحبيبات التحويلية فيروكروم أو خام الكروم. يستخدم السيليكوكروميوم مع 10-46٪ Si (الباقي هو الكروم والحديد والشوائب) في صهر الفولاذ منخفض السبائك ، وكذلك لإنتاج الفيرروكروم بمحتوى منخفض من الكربون عن طريق العملية الحرارية السليكونية. يستخدم Silicochromium مع 43-55٪ Si في إنتاج الفيرروكروم الخالي من الكربون وفي صهر الفولاذ المقاوم للصدأ.

Silkhrom (من Lat. Silicium - السيليكون والكروم - الكروم) ، الاسم العام لمجموعة من الفولاذ المقاوم للحرارة والمقاوم للحرارة المخلوط بـ Cr (5-14٪) و Si (1-3٪). اعتمادًا على المستوى المطلوب من خصائص الأداء ، يتم أيضًا خلط السيلكروم مع Mo (حتى 0.9٪) أو Al (حتى 1.8٪). Silchromes مقاومة للأكسدة في الهواء وفي الوسائط المحتوية على الكبريت حتى 850-950 درجة مئوية ؛ تستخدم بشكل أساسي لتصنيع الصمامات لمحركات الاحتراق الداخلي ، وكذلك الأجزاء الخاصة بمصانع الغلايات ، والقضبان الشبكية ، وما إلى ذلك. عند زيادة الأحمال الميكانيكية ، تعمل الأجزاء المصنوعة من السيلكروم بشكل موثوق به لفترة طويلة في درجات حرارة تصل إلى 600-800 درجة مئوية. ج.

هاليدات السيليكون

هاليدات السيليكون ومركبات السيليكون مع الهالوجينات. تعرف هاليدات السليكون من الأنواع التالية (X- هالوجين): SiX 4، SiH ن X 4 ن (هالوسيلانيس) ، سي ن X 2n + 2 والهاليدات المختلطة مثل SiClBr 3... في ظل الظروف العادية SiF 4- غاز ، SiCl 4و SiBr 4- السوائل (tp - 68.8 و 5 درجات مئوية) SiI 4- صلبة (tnl 124 درجة مئوية). اتصالات SiX 4يتحلل بسهولة:

ستة 4+ 2 ح 2O = SiO 2+ 4HX ؛

دخان في الهواء بسبب تكوين جزيئات صغيرة جدًا من SiO 2؛ يتفاعل رباعي فلوريد السيليكون بشكل مختلف:

SiF 4+ 2 ح 2O = SiO 2 + 2 ح 2SiF 6

الكلوروسيلان (SiH ن X 4 ن ) ، على سبيل المثال SiHCl 3(تم الحصول عليها عن طريق عمل حمض الهيدروكلوريك الغازي على Si) ، تحت تأثير الماء ، فإنها تشكل مركبات بوليمر مع سلسلة سيلوكسان قوية Si-O-Si. كونها شديدة التفاعل ، تعمل الكلوروسيلانات كمواد أولية لإنتاج مركبات السيليكون العضوي. اتصالات سي ن X2 ن + 2 تحتوي على سلاسل من ذرات Si ، عند X - الكلور ، وتعطي سلسلة ، بما في ذلك Si 6Cl 14(tnl 320 درجة مئوية) ؛ الهالوجينات الأخرى تشكل فقط Si 2X 6... أنواع المركبات (SiX 2)ن و (SiX) ن ... جزيئات SiX 2و SiX في درجات حرارة عالية في شكل غاز وعند التبريد الحاد (النيتروجين السائل) تشكل مواد بوليمرية صلبة غير قابلة للذوبان في المذيبات العضوية الشائعة.

يستخدم رباعي كلوريد السيليكون SiCl4 في إنتاج زيوت التشحيم ، والعزل الكهربائي ، وسوائل نقل الحرارة ، والسوائل الكارهة للماء ، إلخ. كريستال الكوارتز سيليكات السيليكون

كربيد السيليكون

كربيد السيليكون ، الكربوراندوم ، كربيد السيليكون ، مركب السيليكون والكربون ؛ من أهم الكربيدات المستخدمة في التكنولوجيا. كربيد السيليكون النقي عبارة عن بلورة عديمة اللون مع لمعان ماسي ؛ منتج تقني باللون الأخضر أو ​​الأزرق والأسود. يوجد كربيد السيليكون في تعديلين بلوريين رئيسيين - سداسي (a-SiC) ومكعب (b-SiC) ، والسداسي هو "جزيء عملاق" مبني على مبدأ نوع من البلمرة الموجهة هيكليًا للجزيئات البسيطة. يتم وضع طبقات ذرات الكربون والسيليكون في كربيد السيليكون بالنسبة لبعضها البعض بطرق مختلفة ، وتشكل العديد من الأنواع الهيكلية. يحدث الانتقال من b-SiC إلى a-SiC عند درجة حرارة 2100-2300 درجة مئوية (لا يتم ملاحظة الانتقال العكسي عادةً). كربيد السيليكون مقاوم للصهر (يذوب مع التحلل عند 2830 درجة مئوية) ، وله صلابة عالية بشكل استثنائي (صلابة دقيقة 33400 MN / م ² أو 3.34 tf / mm ² ) ، في المرتبة الثانية بعد الماس وكربيد البورون B4 C ؛ قابل للكسر؛ الكثافة 3.2 جم / سم ³ ... كربيد السيليكون مستقر في بيئات كيميائية مختلفة ، بما في ذلك درجات الحرارة العالية.

يتم إنتاج كربيد السيليكون في الأفران الكهربائية عند 2000-2200 درجة مئوية من خليط من رمل الكوارتز (51-55٪) وفحم الكوك (35-40٪) مع إضافة كلوريد الصوديوم (I-5٪) ونشارة الخشب (5-10) ٪). نظرًا لصلابته العالية ومقاومته للمواد الكيميائية ومقاومة التآكل ، يستخدم كربيد السيليكون على نطاق واسع كمواد كاشطة (للطحن) ، لقطع المواد الصلبة ، ونقاط الأدوات ، وكذلك لتصنيع أجزاء مختلفة من المعدات الكيميائية والمعدنية التي تعمل في الظروف الصعبة لدرجات الحرارة المرتفعة. يستخدم كربيد السيليكون المخدر بشوائب مختلفة في تكنولوجيا أشباه الموصلات ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. من المثير للاهتمام استخدام كربيد السيليكون في الهندسة الكهربائية - لتصنيع السخانات لأفران المقاومة الكهربائية ذات درجة الحرارة العالية (قضبان الشفة) ، ومانع الصواعق لخطوط نقل التيار الكهربائي ، والمقاومة غير الخطية ، كجزء من أجهزة العزل الكهربائي ، إلخ.

ثاني أكسيد السيليكون

ثاني أكسيد السيليكون (السيليكا) ، SiO 2، بلورات. أكثر المعادن شيوعًا هو الكوارتز. الرمل العادي هو أيضًا ثاني أكسيد السيليكون. تستخدم في إنتاج الزجاج والبورسلين والأواني الفخارية والخرسانة والطوب والسيراميك ، كمادة حشو مطاطية ، ومادة ماصة في اللوني ، والإلكترونيات ، والبصريات الصوتية ، وما إلى ذلك. معادن السيليكا ، وعدد من الأنواع المعدنية ، والتي تعد تعديلات متعددة الأشكال للسيليكون ثاني أكسيد؛ مستقر عند نطاقات درجات حرارة معينة حسب الضغط.

أساس التركيب البلوري للسيليكا هو إطار ثلاثي الأبعاد مبني من رباعي السطوح (5104) متصل بالأكسجين العادي. ومع ذلك ، فإن تناسق ترتيبها وكثافة التعبئة والتوجه المتبادل مختلفان ، وهو ما ينعكس في تناظر بلورات المعادن الفردية وخصائصها الفيزيائية. الاستثناء هو stishovite ، الذي يعتمد هيكله على ثماني الأوجه (SiO 6) ، وتشكيل هيكل يشبه الروتيل. عادة ما تكون جميع السيليكا (باستثناء بعض أصناف الكوارتز) عديمة اللون. تختلف الصلابة على المقياس المعدني: من 5.5 (a-tridymite) إلى 8-8.5 (stishovite).

توجد السيليكا عادة في شكل حبيبات صغيرة جدًا ، ليفية كريبتوكريستالين (a-cristobalite ، ما يسمى lussatite) وأحيانًا تكوينات كروية. أقل في كثير من الأحيان - في شكل بلورات مجدولة أو رقائقية (ثلاثي الأبعاد) ، ثماني السطوح ، ثنائي الهرمية (a- و b-cristobalite) ، إبرة رفيعة (coesite ، stishovite). معظم السيليكا (باستثناء الكوارتز) نادرة جدًا وغير مستقرة في ظل ظروف المناطق السطحية لقشرة الأرض. تعديلات درجات الحرارة العالية لـ SiO 2- b-tridymite ، b-cristobalite - تتشكل في فراغات صغيرة من الصخور الشابة المتدفقة (الداسيت ، البازلت ، الليباريت ، إلخ). درجة الحرارة المنخفضة a-cristobalite ، جنبًا إلى جنب مع tridymite ، هو أحد مكونات العقيق ، العقيق الأبيض ، الأوبال ؛ الرواسب من المحاليل المائية الساخنة ، أحيانًا من الغروية SiO 2... تم العثور على Stishovite و coesite في الأحجار الرملية في فوهة نيزك Devil's Canyon في ولاية أريزونا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، حيث تشكلت بسبب الكوارتز عند الضغط العالي الفوري ومع زيادة درجة الحرارة أثناء سقوط النيزك. في الطبيعة ، هناك أيضًا: زجاج كوارتز (ما يسمى ليسشاتيليت) ، يتكون نتيجة ذوبان رمل الكوارتز من ضربة صاعقة ، والميلانوفلوجيت - على شكل بلورات مكعبة صغيرة وقشور (أشكال زائفة ، تتكون من أوبال- مثل الكوارتز مثل العقيق الأبيض) ، يزرع على الكبريت الأصلي في حقول صقلية (إيطاليا). لم يتم العثور على Kitite في الطبيعة.

كوارتز (كوارتز ألماني) ، معدنية ؛ يُعرف تعديلان بلوريان لثاني أكسيد السيليكون SiO تحت اسم الكوارتز 2: كوارتز سداسي (أو كوارتز) ، مستقر عند ضغط 1 atm (أو 100 kn / m ² ) في نطاق درجة حرارة 870-573 درجة مئوية ، وثلاثية الزوايا (كوارتز ب) ، مستقرة عند درجات حرارة أقل من 573 درجة مئوية. يوجد الكوارتز ب الأكثر شيوعًا في الطبيعة. يتبلور في فئة شبه منحرف ثلاثية الزوايا من نظام مثلث الزوايا. تم بناء الهيكل البلوري لنوع الإطار من السيليكون والأكسجين رباعي السطوح ، الموجود بشكل حلزوني (بضربة لولبية يمين أو يسار) فيما يتعلق بالمحور الرئيسي للبلورة. بناءً على ذلك ، يتم تمييز الأشكال الهيكلية والمورفولوجية للبلورات اليمنى واليسرى ، والتي تختلف خارجيًا في تناسق ترتيب بعض الوجوه (على سبيل المثال ، شبه منحرف ، إلخ). يحدد غياب المستويات ومركز التناظر في بلورات الكوارتز وجود خصائص كهرضغطية وخصائص كهروحرارية.

في أغلب الأحيان ، تتميز بلورات الكوارتز بمظهر موشوري ممدود مع تطور سائد لوجوه المنشور السداسي واثنين من الأشكال المعينية (رأس بلوري). أقل شيوعًا ، تأخذ البلورات شكل ثنائي هرم سداسي زائف. عادة ما تكون بلورات الكوارتز المنتظمة ظاهريًا توأمة معقدة ، وتشكل في أغلب الأحيان مناطق توأمة وفقًا لما يسمى. القوانين البرازيلية أو الدوفينية. لا ينشأ هذا الأخير فقط أثناء نمو البلورات ، ولكن أيضًا نتيجة لإعادة الترتيب الهيكلي الداخلي أثناء التحولات الحرارية a - b المصحوبة بالضغط ، وكذلك أثناء التشوهات الميكانيكية. يتنوع لون البلورات والحبيبات ومجموعات الكوارتز بشكل كبير: والأكثر شيوعًا هو الكوارتز عديم اللون أو الأبيض اللبني أو الرمادي. تسمى البلورات الشفافة أو الشفافة ذات الألوان الجميلة على وجه الخصوص: عديم اللون ، شفاف - بلورات صخرية ؛ أرجواني - جمشت. مدخن - rauchtopaz. أسود - المريون أصفر ذهبي - السترين. عادة ما تكون الألوان المختلفة ناتجة عن عيوب هيكلية عند استبدال Si 4+على Fe 3+عن طريق الفم 3+مع الدخول المتزامن في شعرية نا 1+لي 1+أو (يا) 1-... يحدث الكوارتز الملون بشكل معقد أيضًا بسبب التضمينات الدقيقة للمعادن الأجنبية: البراز الأخضر - شوائب البلورات الدقيقة من الأكتينوليت أو الكلوريت ؛ متلألئ أفينتورين ذهبي - شوائب من الميكا أو الهيماتيت ، إلخ. تتكون أصناف الكريبتوكريستالين من الكوارتز - العقيق والعقيق الأبيض - من أجود التكوينات الليفية. الكوارتز بصري أحادي المحور وإيجابي. مؤشرات الانكسار (لضوء النهار = 589.3): ني = 1.553 ؛ لا = 1.544. شفافة للأشعة فوق البنفسجية وجزئيا الأشعة تحت الحمراء. عند تمرير شعاع ضوئي مستقطب في اتجاه المحور البصري ، تقوم بلورات الكوارتز اليسرى بتدوير مستوى الاستقطاب إلى اليسار ، بينما تقوم بلورات اليد اليمنى بتدوير مستوى الاستقطاب إلى اليسار. في الجزء المرئي من الطيف ، تختلف قيمة زاوية الدوران (لكل لوح كوارتز بسمك 1 مم) من 32.7 (لـ 486 نانومتر) إلى 13.9 درجة (728 نانومتر). قيم ثابت العزل الكهربائي (eij) والمعامل الكهرضغطية (djj) والمعاملات المرنة (Sij) هي كما يلي (عند درجة حرارة الغرفة): e11 = 4.58 ؛ e33 = 4.70 ؛ د 11 = -6.76 * 10-8 ؛ د 14 = 2.56 * 10-8 ؛ S11 = 1.279 ؛ S12 = - 0.159 ؛ S13 = -0.110 ؛ S14 = -0.446 ؛ S33 = 0.956 ؛ S44 = 1.978. معاملات التمدد الخطي هي: عمودي على محور الرتبة الثالثة 13.4 * 10 -6وبالتوازي مع المحور 8 * 10 -6... حرارة التحول ب - أ ك هي 2.5 كيلو كالوري / مول (10.45 كيلو جول / مول). الصلابة المعدنية 7؛ كثافة 2650 كجم / م ³ ... يذوب عند درجة حرارة 1710 درجة مئوية ويتصلب عند تبريده في ما يسمى. زجاج الكوارتز. السيليكا المنصهرة عازل جيد. مقاومة مكعب بحافة 1 سم عند 18 درجة مئوية هي 5 * 10 18أوم / سم ، معامل التمدد الخطي 0.57 * 10 -6سم / درجة مئوية. تم تطوير تقنية مجدية اقتصاديًا لتنمية البلورات الأحادية الاصطناعية ، والتي يتم الحصول عليها من المحاليل المائية لـ SiO2 في ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة (التوليف الحراري المائي). تتمتع بلورات الأكسجين الاصطناعي بخصائص كهرضغطية مستقرة ، ومقاومة للإشعاع ، وتوحيد بصري عالٍ ، وخصائص تقنية أخرى قيّمة.

يعتبر الكوارتز الطبيعي معدنًا واسع الانتشار للغاية ، فهو عنصر أساسي في العديد من الصخور ، فضلاً عن الرواسب المعدنية من أصل التكوين الأكثر تنوعًا. أهم مواد الكوارتز للصناعة هي رمال الكوارتز والكوارتزيت والكوارتز البلوري أحادي البلورية. هذا الأخير نادر ويحظى بتقدير كبير. توجد الرواسب الرئيسية لبلورات الكوارتز في جبال الأورال ، في بامير ، في حوض النهر. ألدان. في الخارج - ودائع في البرازيل وجمهورية مدغشقر. رمال الكوارتز مادة خام مهمة لصناعة السيراميك والزجاج. تُستخدم بلورات الكوارتز الأحادية في الهندسة الراديوية (مثبتات التردد الكهرضغطية ، والمرشحات ، والمرنانات ، ولوحات كهرضغطية في التركيبات فوق الصوتية ، وما إلى ذلك) ؛ في الأجهزة البصرية (المنشورات لأجهزة الطيف ، أحادية اللون ، عدسات البصريات فوق البنفسجية ، إلخ). يستخدم الكوارتز المنصهر لتصنيع الأواني الزجاجية الكيميائية الخاصة. يستخدم K. أيضًا للحصول على سيليكون نقي كيميائيًا. أنواع الكوارتز الشفافة ذات الألوان الجميلة هي أحجار شبه كريمة وتستخدم على نطاق واسع في المجوهرات.

زجاج الكوارتز ، زجاج السيليكات أحادي المكون الذي يتم الحصول عليه عن طريق إذابة الأنواع الطبيعية من السيليكا - البلور الصخري ، والكوارتز الوريدي ورمل الكوارتز ، وكذلك ثاني أكسيد السيليكون الصناعي. هناك نوعان من زجاج الكوارتز الصناعي: شفاف (بصري وتقني) وغير شفاف. زجاج الكوارتز معتم بسبب وجود عدد كبير من فقاعات الغاز الصغيرة (التي يتراوح قطرها من 0.03 إلى 0.3 ميكرون) موزعة فيه ، مما يؤدي إلى تشتت الضوء. زجاج الكوارتز الشفاف البصري ، الذي يتم الحصول عليه عن طريق ذوبان الكريستال الصخري ، متجانس تمامًا ، ولا يحتوي على فقاعات غاز مرئية ؛ لديها أدنى معامل انكسار بين زجاج السيليكات (nD = 1.4584) وأعلى انتقال للضوء ، خاصة للأشعة فوق البنفسجية. يتميز زجاج الكوارتز بمقاومة حرارية وكيميائية عالية ؛ تليين درجة الحرارة K. الصفحة 1400 درجة مئوية. زجاج الكوارتز هو عازل جيد ، موصلية كهربائية محددة عند 20 درجة مئوية -10 -14 - 10-16أوم -1م -1، ظل زاوية الفقد العازل عند درجة حرارة 20 درجة مئوية وتردد 106 هرتز هو 0.0025-0.0006. يستخدم زجاج الكوارتز لتصنيع الأواني الزجاجية المختبرية ، والبوتقات ، والأدوات البصرية ، والعوازل (خاصة لدرجات الحرارة المرتفعة) ، والمنتجات المقاومة لتقلبات درجات الحرارة.

سيلانيس

Silanes (من اللاتينية Silicium - silicon) ، مركبات السيليكون مع الهيدروجين للصيغة العامة Si ن H2 ن + 2 ... Silanes حتى octasilane Si 8ح 18... في درجة حرارة الغرفة ، أول مركبين من السيليكون هما أحادي السيلان SiH 4و disilane سي 2ح 6- غازي والباقي سوائل متطايرة. جميع مركبات السيليكون لها رائحة كريهة وهي سامة. السيلانات أقل ثباتًا من الألكانات ؛ فهي تشتعل ذاتيًا في الهواء ، على سبيل المثال

سي 2ح 6+ 7O 2= 4SiO2 + 6 ح 2س.

تتحلل بالماء:

3ح 8+ 6 ح 2O = 3SiO2 + 10 ح 2

السيلانات لا تحدث بشكل طبيعي. في المختبر ، ينتج عن عمل الأحماض المخففة على سيليسيد المغنيسيوم خليط من K مختلفة ، يتم تبريده وفصله بشدة (بالتقطير الجزئي في حالة الغياب التام للهواء).

حمض السلسيليك

أحماض السيليك ومشتقات أنهيدريد السيليسيك SiO 2؛ أحماض ضعيفة جدًا ، قابلة للذوبان في الماء قليلاً. حمض ميتاسيليك H 2SiO 3(بتعبير أدق ، شكل البوليمر الخاص به H. 8سي 4ا 12) و H. 2سي 2ا 5... يشكل ثنائي أكسيد السيليكون غير المتبلور (السيليكا غير المتبلورة) في محلول مائي (قابلية الذوبان حوالي 100 مجم في 1 لتر) في الغالب حمض أورثوسيليسيك H 4SiO 4... في المحاليل المفرطة المشبعة التي يتم الحصول عليها بطرق مختلفة ، تتغير أحماض السيليك بتكوين جزيئات غروانية (الكتلة المولية تصل إلى 1500) ، والتي توجد على سطحها مجموعات OH. المتعلمين وهلم جرا. يمكن أن يكون الصول ، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني ، مستقرًا (درجة الحموضة حوالي 2) أو يمكن أن يتجمع ، ويتحول إلى هلام (درجة الحموضة 5-6). محلول سيليكا عالي التركيز ثابت يحتوي على مواد خاصة - تُستخدم المثبتات في صناعة الورق ، وفي صناعة النسيج ، لتنقية المياه. حمض الفلوروسيليسيك ، H 2SiF 6، حمض غير عضوي قوي. يوجد فقط في محلول مائي ؛ في شكل حر يتحلل إلى رباعي فلوريد السيليكون SiF 4وفلوريد الهيدروجين HF. يتم استخدامه كمطهر قوي ، ولكن بشكل أساسي لإنتاج أملاح حمض السيليك - السيليكوفلوريدات.

سيليكات

السيليكات وأملاح حمض السيليكون. الأكثر انتشارًا في قشرة الأرض (80٪ بالكتلة) ؛ أكثر من 500 معدن معروف ، بما في ذلك الأحجار الكريمة مثل الزمرد ، البريل ، الزبرجد. السيليكات - أساس الأسمنت والسيراميك والمينا وزجاج السيليكات ؛ المواد الخام في إنتاج العديد من المعادن والمواد اللاصقة والدهانات وما إلى ذلك ؛ مواد إلكترونيات الراديو ، إلخ. فلوريد السيليكون ، الفلوروسيليكات ، أملاح حمض الفلوروسيليك H 2SiF 6... تتفكك عند تسخينها ، على سبيل المثال

6= CaF2 + SiF 4

الأملاح Na و K و Rb و Cs و Ba بالكاد قابلة للذوبان في الماء وتشكل بلورات مميزة ، والتي تستخدم في التحليل الكمي والكيميائي الدقيق. الأكثر عملية هو الصوديوم سيليكوفلوريد نا 2SiF 6(على وجه الخصوص ، في إنتاج الأسمنت المقاوم للأحماض ، والمينا ، وما إلى ذلك). نسبة كبيرة من Na 2SiF 6معالجتها إلى NaF. احصل على Na 2SiF 6من التي تحتوي على SiF 4النفايات من مصانع السوبر فوسفات. تستخدم فلوريد السيليكون Mg و Zn و Al (موائع الاسم التقني) ، القابلة للذوبان في الماء بسهولة ، لجعل حجر البناء مقاومًا للماء. جميع السيليكات (وكذلك H 2SiF6 ) سامة.

تطبيق

الشكل 1 الكوارتز الأيمن والأيسر.

الشكل 2 معادن السيليكا.

الشكل 3 كوارتز (هيكل)

دروس خصوصية

بحاجة الى مساعدة في استكشاف موضوع؟

سيقوم خبراؤنا بتقديم المشورة أو تقديم خدمات التدريس حول الموضوعات التي تهمك.
ارسل طلبمع الإشارة إلى الموضوع الآن لمعرفة إمكانية الحصول على استشارة.

السيليكون- من الأنواع المعدنية النادرة جدا من فئة العناصر المحلية. في الواقع ، من المذهل مدى ندرة وجود عنصر السيليكون الكيميائي ، والذي يشكل في شكله المقيد ما لا يقل عن 27.6٪ من كتلة قشرة الأرض ، في الطبيعة في شكلها النقي. لكن السيليكون يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالأكسجين ويكون دائمًا على شكل سيليكا - ثاني أكسيد السيليكون ، SiO 2 (عائلة الكوارتز) أو في تكوين السيليكات (SiO 4 4). تم العثور على السيليكون الأصلي كمعدن في منتجات الأبخرة البركانية وكمتضمنات دقيقة في الذهب الأصلي.

أنظر أيضا:

بنية

الشبكة البلورية للسيليكون هي مكعب ، محوره الوجه ، من النوع الماسي ، المعلمة a = 0.54307 نانومتر (عند الضغط العالي ، تم الحصول على تعديلات أخرى متعددة الأشكال للسيليكون) ، ولكن بسبب طول الرابطة الأطول بين ذرات Si-Si مقارنة بـ CC طول الرابطة ، صلابة السيليكون أقل بكثير من الماس. له هيكل حجمي. النوى الذرية ، جنبًا إلى جنب مع الإلكترونات الموجودة على الغلاف الداخلي ، لها شحنة موجبة 4 ، والتي يتم موازنتها بالشحنات السالبة لأربعة إلكترونات على الغلاف الخارجي. جنبا إلى جنب مع إلكترونات الذرات المجاورة ، فإنها تشكل روابط تساهمية على الشبكة البلورية. وهكذا ، يوجد على الغلاف الخارجي أربعة من إلكتروناتها وأربعة إلكترونات مستعارة من أربع ذرات مجاورة. عند درجة حرارة الصفر المطلق ، تشارك جميع إلكترونات الأغلفة الخارجية في الروابط التساهمية. في هذه الحالة ، يعتبر السيليكون عازلًا مثاليًا ، لأنه لا يحتوي على إلكترونات حرة تخلق الموصلية.

الخصائص

السيليكون هش ، فقط عند تسخينه فوق 800 درجة مئوية يصبح مادة بلاستيكية. إنه شفاف للأشعة تحت الحمراء من طول موجة 1.1 ميكرومتر. التركيز الجوهري لحاملات الشحنة هو 5.81 × 10 15 م 3 (لدرجة حرارة 300 كلفن) ، ونقطة الانصهار هي 1415 درجة مئوية ، ونقطة الغليان 2680 درجة مئوية ، والكثافة 2.33 جم / سم 3. لها خصائص شبه موصلة ، تقل مقاومتها مع زيادة درجة الحرارة.

السيليكون غير المتبلور عبارة عن مسحوق بني يعتمد على هيكل شبيه بالماس شديد الاضطراب. أكثر تفاعلاً من السيليكون البلوري.

علم التشكل المورفولوجيا

غالبًا في الطبيعة ، يوجد السيليكون على شكل سيليكا - مركبات تعتمد على ثاني أكسيد السيليكون (IV) SiO 2 (حوالي 12 ٪ من كتلة قشرة الأرض). المعادن والصخور الرئيسية المكونة من ثاني أكسيد السيليكون هي الرمل (النهر والكوارتز) والكوارتز والكوارتزيت والصوان والفلسبار. المجموعة الثانية الأكثر شيوعًا من مركبات السيليكون في الطبيعة هي السيليكات والألومينوسيليكات.

لوحظت الحقائق المعزولة لإيجاد السيليكون النقي في الحالة الأصلية.

الأصل

وفقًا لمصادر مختلفة ، فإن محتوى السيليكون في القشرة الأرضية هو 27.6-29.5٪ بالوزن. وبالتالي ، فإن السيليكون هو ثاني أكثر وفرة في قشرة الأرض بعد الأكسجين. التركيز في مياه البحر 3 ملجم / لتر. لوحظت الحقائق المعزولة عن العثور على السيليكون النقي في الحالة الأصلية - أصغر شوائب (الأفراد النانويون) في ijolites في كتلة Goryachegorsk القلوية الجابويدية (Kuznetsk Alatau ، إقليم كراسنويارسك) ؛ في كاريليا وشبه جزيرة كولا (بناءً على دراسة الحصيرة لبئر Kola superdeep) ؛ بلورات مجهرية في فومارول براكين تولباتشيك وكودريافي (كامتشاتكا).

تطبيق

يستخدم السيليكون عالي النقاوة بشكل أساسي في إنتاج الأجهزة الإلكترونية الفردية (العناصر السلبية غير الخطية للدوائر الكهربائية) والدوائر الدقيقة أحادية الشريحة. السيليكون النقي ، نفايات السيليكون عالي النقاوة ، السيليكون المعدني المكرر على شكل السيليكون البلوري هي المواد الخام الرئيسية للطاقة الشمسية.

السيليكون أحادي البلورية - بالإضافة إلى الإلكترونيات والطاقة الشمسية ، يستخدم في صناعة مرايا الغاز بالليزر.

تستخدم مركبات المعادن مع السيليكون - مبيدات السيليكون - على نطاق واسع في الصناعة (على سبيل المثال ، المواد الإلكترونية والذرية) مع مجموعة واسعة من الخصائص الكيميائية والكهربائية والنووية المفيدة (مقاومة الأكسدة والنيوترونات ، إلخ). تعتبر مبيدات السيليكات لعدد من العناصر من المواد الكهروحرارية المهمة.

مركبات السيليكون هي الأساس لإنتاج الزجاج والأسمنت. تشارك صناعة السيليكات في إنتاج الزجاج والأسمنت. كما تنتج سيراميك السيليكات - الآجر والبورسلين والأواني الفخارية ومنتجاتها. غراء السيليكات معروف على نطاق واسع ، ويستخدم في البناء كمجفف ، وفي الألعاب النارية وفي الحياة اليومية للصق الورق. أصبحت زيوت السيليكون والسيليكون منتشرة على نطاق واسع - مواد تعتمد على مركبات السيليكون العضوي.

يجد السيليكون التقني التطبيقات التالية:

• المواد الخام لإنتاج المعادن: مكون سبيكة (برونز ، سيلومين) ؛
• مزيل الأكسدة (عند صهر الحديد والصلب) ؛
• معدل خصائص المعادن أو عنصر صناعة السبائك (على سبيل المثال ، إضافة كمية معينة من السيليكون في إنتاج فولاذ المحولات يقلل من القوة القسرية للمنتج النهائي) ، إلخ ؛
• المواد الخام لإنتاج السيليكون النقي متعدد الكريستالات والسيليكون المعدني النقي (في الأدبيات "umg-Si") ؛
• المواد الخام لإنتاج المواد العضوية السيليكون ، silanes ؛
• في بعض الأحيان يتم استخدام السيليكون من الدرجة التقنية وسبائكه مع الحديد (الفيروسيليكون) لإنتاج الهيدروجين في الحقل ؛
• لإنتاج الألواح الشمسية.
• antiblock (مضافات مانعة للالتصاق) في صناعة البلاستيك.

السيليكون - سي

تصنيف

سترونز (الطبعة الثامنة)	1 / ب 05-10
نيكل سترونز (الإصدار العاشر)	1 - القانون الجنائي 15
دانا (الإصدار السابع)	1.3.6.1
دانا (الإصدار الثامن)	1.3.7.1
يا CIM المرجع.	1.28

يعد السيليكون أحد العناصر الأكثر طلبًا في التكنولوجيا والصناعة. يعود الفضل في ذلك إلى خصائصه غير العادية. يوجد اليوم العديد من المركبات المختلفة لهذا العنصر ، والتي تلعب دورًا مهمًا في تصنيع وإنشاء المنتجات التقنية والأطباق والزجاج والمعدات ومواد البناء والتشطيب والمجوهرات وغيرها من الصناعات.

الخصائص العامة للسيليكون

إذا أخذنا في الاعتبار موضع السيليكون في الجدول الدوري ، فيمكننا قول هذا:

1. وهي تقع في المجموعة الرابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية.
2. الرقم التسلسلي 14.
3. الكتلة الذرية 28.086.000
4. الرمز الكيميائي Si.
5. الاسم هو السيليكون ، أو باللاتينية - silicium.
6. التكوين الإلكتروني للطبقة الخارجية هو 4e: 2e: 8e.

تشبه الشبكة البلورية للسيليكون تلك الموجودة في الماس. في العقد توجد ذرات ، ونوعها مكعّب متمحور حول الوجه. ومع ذلك ، نظرًا لطول الرابطة الأطول ، تختلف الخصائص الفيزيائية للسيليكون بشدة عن خصائص التعديل المتآصل للكربون.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

عدد قليل من الاختلافات الأخرى لثاني أكسيد السيليكون:

• كوارتز؛
• النهر و
• الصوان.
• الفلسبار.

يتم استخدام السيليكون في هذه الأشكال في البناء والهندسة والإلكترونيات اللاسلكية والصناعات الكيماوية والمعادن. تشير جميع الأكاسيد المدرجة معًا إلى مادة واحدة - السيليكا.

كربيد السيليكون وتطبيقاته

السيليكون ومركباته موجودة أيضًا. واحدة من هذه المواد هي كربيد أو كربيد من هذا العنصر. الصيغة الكيميائية SiC. يحدث بشكل طبيعي في شكل معدن مويسانيتي.

مركب الكربون والسيليكون في شكله النقي عبارة عن بلورات شفافة جميلة تشبه هياكل الألماس. ومع ذلك ، لأغراض فنية ، يتم استخدام المواد الملونة باللون الأخضر والأسود.

الخصائص الرئيسية لهذه المادة ، التي تسمح باستخدامها في علم المعادن ، والتكنولوجيا ، والصناعات الكيماوية ، هي كما يلي:

• أشباه الموصلات واسعة الفجوة
• درجة عالية جدًا من القوة (7 درجات على مقياس موس) ؛
• مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة
• مقاومة كهربائية ممتازة والتوصيل الحراري.

كل هذا يجعل من الممكن استخدام الكربوراندوم كمادة كاشطة في علم المعادن والتوليف الكيميائي. وأيضًا على أساس تصنيع مصابيح LED ذات مجموعة واسعة من الإجراءات ، وأجزاء من أفران الزجاج ، والفوهات ، والمشاعل ، والمجوهرات (تقدر قيمة المويسانتي أعلى من الزركونيا المكعبة).

سيلاني ومعناه

يُطلق على مركب الهيدروجين في السيليكون اسم silane ولا يمكن الحصول عليه بالتوليف المباشر من مواد البداية. للحصول عليه ، يتم استخدام مبيدات السيليكون من معادن مختلفة ، والتي يتم معالجتها بالأحماض. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق السيلان الغازي وتشكيل ملح معدني.

ومن المثير للاهتمام أن المركب المعني لا يتشكل بمفرده. دائمًا نتيجة للتفاعل ، يتم الحصول على خليط من أحادي وثنائي وثلاثي السليكون ، حيث ترتبط ذرات السيليكون ببعضها البعض في سلاسل.

من خلال خصائصها ، تعد هذه المركبات عوامل اختزال قوية. في الوقت نفسه ، يتأكسد الأكسجين بسهولة ، وأحيانًا يحدث انفجار. مع الهالوجينات ، تكون ردود الفعل دائمًا عنيفة ، مع إطلاق كبير للطاقة.

مجالات تطبيق السيلانات هي كما يلي:

1. تفاعلات التوليف العضوي ، ونتيجة لذلك تتشكل مركبات السيليكون العضوي المهمة - السيليكون والمطاط ومانعات التسرب ومواد التشحيم والمستحلبات وغيرها.
2. الإلكترونيات الدقيقة (شاشات الكريستال السائل ، الدوائر التقنية المتكاملة ، إلخ).
3. الحصول على عديد السليكون عالى النقاء.
4. طب الأسنان مع الأطراف الصناعية.

وبالتالي ، فإن أهمية السيلانات في العالم الحديث عالية.

حمض السيليك والسيليكات

هيدروكسيد العنصر المعني هو أحماض سيليسيك مختلفة. تخصيص:

• ميتا.
• أورثو.
• polysilicon والأحماض الأخرى.

كلهم متحدون بممتلكات مشتركة - عدم استقرار شديد في دولة حرة. تتحلل بسهولة عند تعرضها لدرجة الحرارة. في ظل الظروف العادية ، فإنها لا توجد لفترة طويلة ، وتتحول أولاً إلى محلول مائي ثم إلى هلام. بعد التجفيف ، تسمى هذه الهياكل هلام السيليكا. يتم استخدامها كممتزات في المرشحات.

من وجهة نظر الصناعة ، تعتبر أملاح حمض السيليك - السيليكات مهمة. إنها تكمن وراء إنتاج مواد مثل:

• زجاج؛
• الخرسانة؛
• يبني؛
• الزيوليت.
• الكاولين.
• الخزف.
• خزف.
• كريستال؛
• سيراميك.

سيليكات الفلزات القلوية قابلة للذوبان ، وكل ما عداها غير قابل للذوبان. لذلك ، سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم تسمى الزجاج السائل. غراء المكتب العادي هو ملح الصوديوم لحمض السيليك.

لكن أكثر المركبات إثارة للاهتمام لا تزال النظارات. أي نوع من المتغيرات لهذه المادة لم يتم اختراعها! اليوم يتلقون إصدارات ملونة وبصرية غير لامعة. الأواني الزجاجية مدهشة في روعتها وتنوعها. من خلال إضافة أكاسيد معدنية وغير معدنية إلى الخليط ، يمكن إنتاج مجموعة متنوعة من أنواع الزجاج. في بعض الأحيان ، حتى نفس التركيب ، لكن نسبة مختلفة من المكونات تؤدي إلى اختلاف في خصائص المادة. مثال على ذلك الخزف والأواني الفخارية ، والتي تكون صيغتها SiO 2 * AL 2 O 3 * K 2 O.

إنه شكل من أشكال المنتجات فائقة النقاء ، ويوصف تركيبه بأنه ثاني أكسيد السيليكون.

اكتشافات مجمع السيليكون

على مدى السنوات القليلة الماضية من البحث ، ثبت أن السيليكون ومركباته هم أهم المشاركين في الحالة الطبيعية للكائنات الحية. يرتبط نقص أو زيادة هذا العنصر بأمراض مثل:

• مرض السل؛
• التهاب المفاصل؛
• إعتمام عدسة العين؛
• جذام؛
• الزحار.
• الروماتيزم.
• التهاب الكبد وغيرها.

ترتبط عمليات الشيخوخة نفسها أيضًا بالمحتوى الكمي للسيليكون. أثبتت التجارب العديدة التي أجريت على الثدييات أنه مع نقص أحد العناصر ، تحدث النوبات القلبية والسكتات الدماغية والسرطان وينشط فيروس التهاب الكبد.

يستخدم السيليكون ومركباته ، مثل الكربون ومركباته ، على نطاق واسع في مختلف المجالات. يستخدم السيليكون لصنع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة. تستخدم السيليكا في إنتاج الزجاج والأسمنت. تتنوع تطبيقات السيليكات (الجدول 15.8). كل هذه الأمثلة تستخدم سيليكات الصوديوم. أخيرًا ، يتم استخدام السيليكون لصنع المطاط الصناعي والتلميع والطلاء الواقي. سنلقي الآن نظرة فاحصة على ثلاثة من هذه الاستخدامات.

الجدول 15.8. بعض استخدامات السيليكات

ثورة في الإلكترونيات الدقيقة

في العقدين أو الثلاثة عقود الماضية ، أصبح السيليكون مهمًا للغاية باعتباره مادة شبه موصلة تستخدم في تصنيع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة ، والتي تسمى "الدوائر الدقيقة".

أشباه الموصلات هي مادة تكون مقاومتها الكهربائية وسيطة بين خصائص العوازل الكهربائية (العوازل الكهربائية) والموصلات (الجدول 15.9).

غالبًا ما يتم إدخال الشوائب عمدًا في أشباه الموصلات ، حيث يتم تعاطيها بكميات خاضعة للرقابة من المواد غير النقية. المنشطات ، كما كانت ، تقلل الفجوة بين نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ لأشباه الموصلات (انظر القسم 2.1) ، وبالتالي تقلل من مقاومتها. يتم الحصول على نوع أشباه الموصلات (النوع السلبي) عن طريق تعاطي المنشطات من السيليكون النقي أو الجرمانيوم بأي عنصر

الجدول 15.9. خصائص أشباه الموصلات للسيليكون

أرز. 15.9. مخدر السيليكون ، أ - تمثيل تخطيطي لذرات Al ، Si مع إلكتروناتها الخارجية ؛ ب - أشباه الموصلات: كل زوج من الإلكترونات يشكل رابطة تساهمية ؛ ج - أشباه الموصلات من نوع الشوائب: إن وجود ذرة شوائب من عنصر المجموعة V في الشبكة البلورية ، على سبيل المثال الفوسفور ، يدخل فيه إلكترونًا زائدًا ، وهذا يقلل من المقاومة الكهربائية للسيليكون ؛ د - الشوائب من نوع أشباه الموصلات: يؤدي وجود ذرة شوائب من عنصر من المجموعة الثالثة في الشبكة البلورية ، مثل الألومنيوم ، إلى ظهور "ثقب" إلكتروني في الشبكة.

المجموعة الخامسة مثل الفوسفور. بما أن ذرة الفسفور تحتوي على خمسة إلكترونات في الغلاف الخارجي ، فإن وجود ذرات الفوسفور في الشبكة البلورية للسيليكون يؤدي إلى ظهور إلكترونات زائدة ، وبالتالي إلى ظهور شحنة سالبة فعالة (الشكل 15.9).

أشباه الموصلات من النوع p (النوع الموجب) لها شحنة موجبة فعالة بسبب وجود ذرات الشوائب في الشبكة البلورية الخاصة بها التي تنتمي إلى بعض عناصر المجموعة الثالثة ، على سبيل المثال ، الألومنيوم. كل ذرة ألمنيوم تخلق ثقبًا إلكترونيًا في شبكة السيليكون ، أي شحنة موجبة.

يتم الحصول على الصمام الثنائي أشباه الموصلات عند تقاطع قطبين من أشباه الموصلات ، أحدهما ينتمي إلى النوع n والآخر من النوع p (الشكل 15.10). تتوقف الإلكترونات التي تتدفق عبر قطب كهربائي من النوع p عند تقاطع (تقاطع) بين قطبين ، يسمى تقاطع. تتدفق الإلكترونات في الاتجاه المعاكس

أرز. 15.10. الصمام الثنائي شبه الموصّل: تتدفق الإلكترونات الزائدة من قطب أشباه الموصلات من النوع A عبر الوصلة A لملء "الثقوب" في قطب أشباه الموصلات من النوع A.

أرز. 15.11. الترانزستورات ، و- نوع الترانزستور ؛ ب - نوع الترانزستور.

الاتجاه ، تمر خلال هذا الانتقال ، لأنها تأتي من الشبكة ذات الإلكترونات الزائدة إلى الشبكة التي بها عجز في الإلكترونات. يمكن اعتبار نفس تدفق الشحنة الكهربائية بمثابة حركة موجهة بشكل معاكس لثقوب الإلكترون ، أو شحنة موجبة ، من قطب كهربائي من النوع إلى قطب كهربائي من النوع.

تستخدم ثنائيات أشباه الموصلات السيليكونية كمعدلات تيار متردد تقوم بتحويلها إلى التيار المستمر. يتكون مقوم السيليكون المتحكم به من أقطاب كهربائية من النوع A و A ، بالإضافة إلى قطب كهربائي ثالث يعمل كصمام ديود. يقوم هذا المعدل بتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر فقط بشرط أن يتم تطبيق جهد صغير على صمام الصمام الثنائي.

الترانزستور عبارة عن جهاز أشباه موصلات من ثلاثة أقطاب كهربائية توجد فيه طبقة رقيقة من أشباه الموصلات من نوع (أو نوع) بين قطبين من نوع أشباه الموصلات (أو من نوع) (الشكل 15.11). يسمح لك هذا الجهاز بالتحكم في تدفق تيار كهربائي بقوة كبيرة من خلال تطبيق جهد صغير عليه. الترانزستور من نوع له موصلية ثقب ، والترانزستور من نوع له موصلية إلكترونية.

قبل البداية ، تم وضع جميع الترانزستورات في غلاف معدني أو بلاستيكي فردي. تم استبدالها بعد ذلك بدوائر متكاملة. في الوقت الحالي ، يمكن أن يحتوي عنصر واحد صغير من السيليكون في آلة حاسبة بجيب برمجي على أكثر من 30000 ترانزستور متصل لتشكيل دائرة متكاملة واحدة.

زجاج

يتكون زجاج السيليكات عندما تصلب السيليكات المنصهرة. يتكون زجاج الصودا من خليط من سيليكات الكالسيوم وسيليكات الصوديوم وقد ورد ذكره في الفصل السابق. يستخدم زجاج الصودا في صناعة زجاج النوافذ وأنواع مختلفة من الزجاج المسطح.

يحتوي زجاج البورسليكات على ما يقرب من أكسيد البورون بالإضافة إلى كميات صغيرة من أكاسيد الصوديوم والألمنيوم. يمكن أن يتحمل زجاج البورسليكات درجات حرارة تصل إلى درجة حرارة عالية ومقاومة للمواد الكيميائية مثل القلويات. يعتبر زجاج البورسليكات الأكثر شيوعًا هو Pyrex. يستخدم زجاج البوروسيليكات في صناعة أواني المطبخ والأواني الزجاجية للمختبرات.

يحتوي زجاج الرصاص على معامل انكسار عالٍ ويستخدم في صناعة منتجات زجاج الكريستال. يحتوي زجاج الرصاص النموذجي على حوالي 8٪ أكسيد ؛ بينما يحتوي زجاج الكريستال الجيد على المزيد من الرصاص.

يتم إنتاج الألياف الزجاجية بعدة طرق ، مثل إسقاط الزجاج المصهور على قرص دوار من مادة مقاومة للصهر. يتناثر الزجاج من القرص ويشكل خيوط رفيعة. تُستخدم الألياف الزجاجية لعزل الألواح في صناعة السيارات ، بالإضافة إلى أجزاء لحالات الأدوات في صناعة الطائرات.

لإعطاء لون الزجاج ، يتم إدخال أكاسيد من معادن مختلفة فيه أثناء عملية التصنيع. يضفي الكوبالت لونًا أزرق أو ورديًا على الزجاج ، اعتمادًا على كمية الأكاسيد الأساسية الموجودة في الزجاج ، مثل. يرجع اللون البني أو الأخضر للزجاج غير المكلف المستخدم في صناعة زجاجات النبيذ والبيرة إلى مركبات الحديد الموجودة في الرمال المستخدمة في صنع هذا الزجاج.

الألياف الضوئية مصنوعة من زجاج السيليكا. يتم الحصول على زجاج الكوارتز عن طريق صهر الكوارتز. زجاج الكوارتز له وضوح بصري ممتاز. ومع ذلك ، يجب أن يكون زجاج السيليكا المستخدم في صناعة الألياف الضوئية نظيفًا للغاية. يجب تقليل كمية الشوائب الموجودة فيه ، على سبيل المثال ، الحديد والنحاس ، إلى مستوى لا يتجاوز جزءًا واحدًا لكل 10 درجات. لهذا السبب ، يتم الحصول على زجاج السيليكا المستخدم في صناعة الألياف الضوئية مباشرة من تفاعل الأكسجين مع الكلوريد في الطور الغازي. يمكن الحصول على الكلوريد بنقاوة عالية للغاية ، ويمكن وصفها بأنها "درجة إلكترونية".

تحتوي الألياف الضوئية على نواة تعمل على نقل الضوء ، وغطاء ذو ​​معامل انكسار منخفض ، مما يمنع فقدان الضوء عبر الجوانب. الألياف ، التي لها سمك شعرة الإنسان ، محاطة بقشرة واقية من السيليكون أو مادة بوليمرية عضوية.

تُستخدم الألياف الضوئية لنقل البرامج التلفزيونية والمحادثات الهاتفية وإخراج أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الأخرى. وفقًا لبعض التوقعات ، ستحل الألياف الضوئية تدريجياً محل كبلات الأسلاك النحاسية المستخدمة بشكل شائع لهذا الغرض.

الزجاج السائل هو محلول مائي من سيليكات الصوديوم ، ويتم الحصول عليه بدمج السيليكا مع بعض القلويات ، مثل هيدروكسيد الصوديوم ، أو مع كربونات الصوديوم. سيليكات الصوديوم هي قاعدة قوية. عندما يتم تحمضه ، يتم تشكيل هلام. وهو عبارة عن حمض بوليمري له البنية التالية:

عندما يتم تسخين هذه المادة ، فإنها تجفف وتشكل هلام السيليكا. هلام السيليكا له سطح متطور للغاية. يتم استخدامه كمجفف وأيضًا كناقل خامل لبعض المحفزات المقسمة بدقة.

السيليكون

هذا هو اسم مركبات بوليمر السيليكون العضوي ، والتي يتكون هيكلها من تناوب ذرات السيليكون والأكسجين المرتبطة ببعضها البعض. ترتبط مجموعات ألكيل أو أريل بذرات السيليكون (انظر الفصل 17). كمثال ، سنقدم الهيكل التالي:

السيليكونات هي مواد دهنية أو دهنية أو راتنجية أو مطاطية. يتم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي لكلوروسيلان ، على سبيل المثال يتم الحصول على ثنائي ميثيل كلورو سيلان ألكيل أو أريل كلورو سيلان باستخدام كواشف غرينيارد (انظر القسم 19.1) أو عن طريق تمرير أبخرة هاليدات ألكيل أو أريل فوق حبيبات السيليكون في وجود محفز نحاسي عند درجة حرارة حوالي 300 درجة مئوية:

السيليكونات مستقرة حرارياً وتتفاعل مع معظم المواد الكيميائية. لها خصائص مقاومة للماء جيدة وتستخدم كمواد مقاومة للرطوبة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامها كزيوت تقنية ومواد تشحيم وعوازل ، بالإضافة إلى ورنيش زيتي ودهانات ومواد تلميع.