Несмотря на интесивное использование силикатов при получении керамики еще около 5000 лет назад, а также развитие химии керамики в течение последних столетий, кремний не рассматривался как элемент вплрть до 1823 г., когда Й. Я. Берцелиус восстановил калием фторсиликат калия и получил порошок коричневого цвета, растворимый в воде:
K2SiF6 + 4K = 6KF + Si.
Однако потребовалось еще 34 года, пока А. Э. Сент-Клэр Девиль расплавил порошок и получил гранулы серовато стального цвета, который мы бы приняли за элементный кремний. Кремний – легкий элемент, расположенный под углеродом по вертикали, затем идут его гомологи с большей атомной массой – германий, олово и свинец. Металлоиды – это элементы, которые похожи на металлы, но характеризуются другими физическими и химическими свойствами. Кремний – металлоид. Он напоминает металл, но ведет себя по-другому. Это легкий элемент (плотность его только 2,33 г/см3; сравним: плотность железа 7,87 г/см3, свинца – 11,4 г/см3) с серо-голубым металлическим блеском, во многом напоминает хром, но только для кремния характерна большая голубизна. Это очень твердый (царапает стекло), однако чрезвычайно хрупкий элемент. Не корродирует на воздухе, несмотря на высокую теплоту образования его оксида (859,97 кДж/моль).
В настоящее время сотни тысяч тонн элементного кремния получают при восстановлении оксида кремния углеродом в электродуговой печи при 30000С:
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
Чистота полученного таким образом элементного кремния составляет ~ 98%, остальное – железо, алюминий и кальций и в ничтожно малых количествах ванадий и марганец.
Кремний применяют во многих крупнотоннажных производствах.
1. Кремний используют в сплавах на основе железа для изготовления коррозионностойких труб и при получении кремнистой стали для электротехнической промышленности.
2. Кремний входит в состав алюминиевых сплавов, которые применяют при создании самолетов, трапов и т. д.
3. Кремний является компонентом легких сплавов магния – конструкционного материала, используемого при создании практически всего: от самолетных трапов до автомобильных колес.
4. Кремний используют для получения кремнийорганических полимеров.
5. Сверхчистый кремний – основной полупроводниковый материал для транзисторов, выпрямителей, микропроцессоров, и интегральных схем для ЭВМ.
1771 год ознаменовался сообщением о способности кремния образовывать летучие ковалентные соединения, т. к. именно в этом году шведский химик Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что смесь флюорита CaF2 и SiO2 при обработке серной кислотой образует летучее соединение - тетрафторид кремния SiF4 – бесцветный газ, который, как мы теперь знаем, конденсируется только при –860C:
CaF2 + SiO2 + 2H2SO4 = SiF4 + 2H2O + 2CaSO4.
Данный газ легко вступал в реакцию с водой, в результате выпадал осадок с водой диоксид кремния SiO2 , поэтому состав газа никаких сомнений не вызывал:
SiF4 + 2H2O = SiO2 + 4HF.
Однако этот факт химики – современники К.В.Шееле, которые рассматривали кремнии исключительно с точки зрения силикатов и других твердых соединений, признали с трудом. Прошло более 50 лет, прежде чем великий шведский химик Й.Я.Берцелиус получил тетрахлорид кремния SiCl4 при воздействии хлора на полученный им не очень чистый аморфный кремний:
Si + 2Cl2 = SiCl4.
Берцелиус обнаружил, что это – летучая бесцветная жидкость, которая кипит при 570C . Это произошло в 1824 г.
В том же году немецкий химик Фридрих Велер, ученик Берцелиуса, доказал возможность получения органических соединений, которые до тех пор выделяли только из растений, из чисто неорганических. Спустя почти 30 лет Велер обратил внимание на летучие фторид и хлорид кремния и решил узнать, может ли кремний образовывать ряд гидридов (подобно гидридам углерода) с многочисленными производными, а также возможно ли возникновение живых организмов на основе кремния вместо углерода. Он, вне всякого сомнения, был пионером в этой области, т. к. получил первый гидрид кремни SiH4 (аналог метана CH4 – основного компонента природного газа). Оказалось, что SiH4 хотя и близок к CH4 по физическим свойствам (SiH4: tкип = -1120C,. tпл. = -1850C; SiH4: tкип = -1610C, tпл. = -1820C), но в отличие от метана реагирует с водой. Скорость этой довольно медленной реакции возрастает в присуцтвии любой щелочи. В результате реакции выделяется водород:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.