Բացել գլխավոր ցանկը

Changes

Առանց խմբագրման ամփոփման
 
'''Սիլիցիում''' գտնվում է տարրերի [[պարբերական համակարգ]]ի 4-րդ խմբի գլխավոր ենթախմբում, որի քիմիական նշանն է ''Si'' և ատոմային թիվը՝ 14։ Արտաքին [[էլեկտրոն]]ային շերտում ունի 4 վալենտային էլեկտրոն՝ ns<sup>2</sup>np<sup>2</sup> վիճակում: Բնորոշ են -4, +2, +4 [[օքսիդացման աստիճան]]ներ:
Բնական սիլիցիումը բաղկացած է <sup>28</sup>Si (92,27 %), <sup>29</sup>Si (4,68 %) և <sup>30</sup>Si (3,05 %) կայուն [[իզոտոպներ]]ից։ Ստացվել են <sup>27</sup>Si (T<sub>½</sub> = 4,5 վրկ), <sup>31</sup>Si (T<sub>½</sub> = 262 ժ) և <sup>32</sup>Si (T<sub>½</sub> = 700 տարի) արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպները։ Սիլիցիումի միացությունները, որոնք չափազանց շատ են տարածված երկրի վրա, մարդն օգտագործել է դեռ քարի դարում (քարե գործիքներ)։
 
== Պատմություն ==
Սիլիցիումը հայտնաբերել են ֆրանսիացի քիմիկոսներ Ժ․ Գեյ-Լյուսակը և Լ․ Թենարը ([[1811]]), անջատել և նոր տարր լինելը հաստատել է Ի․ Բերցելիուսը ([[1825]])։ Սիլիցիումը ամենատարածված տարրերից է՝ կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 29,5 %-ը (տարածվածությամբ երկրորդն է, թթվածնից հետո)։
Մաքուր վիճակում առաջին անգամ հայտնաբերվել է [[1811]] թվականին ֆրանսիացի գիտնական [[Ժոզեֆ Լուի Գեյ-Լյուսակ]]ի և Լուի Ժակ Թենարի կողմից:
 
== Բնության մեջ ==
[[Թթվածին|Թթվածնից]] հետո սիլիցիումը բնության մեջ ամենատարածված էլեմենտն է։ Նա կազմում է երկրի կեղևի կշռի 1/4 մասը և այնպիսի կարևոր դեր է խաղում անկենդան աշխարհում, որպիսին [[ածխածին]]ը կենդանի բնության մեջ։ Ի տարբերությոն [[Ածխածին|ածխածնի]], սիլիցիումը բնության մեջ ազատ վիճակում չի հանդիպում։ Նրա բազմաթիվ միացությունները կազմում են լեռնատեսակների ([[գրանիտ]]ներ, գնեյսներ, [[բազալտ]]ներ) և հանքերի հսկայական մեծամասնությունը ([[կվարց]], [[դաշտաշպատ]]ներ, [[փայլար]] և այլն)։ [[Ավազ]]ը և [[կավ]]ը, որոնք կազմում են հողի հանքային մասը, նույնպես սիլիցիումի միացություններ են հանդիսանում։ Ծովի ջրերում կոնցենտրացիան հավասար է 3 մգ/լ<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965</ref>:
 
Կենդանի օրգանիզմներում սիլիցիումի պարունակությունը փոքր է, գտնվում է հիմնականում կարծր հյուսվածքներում։ Կուտակվում է ծովային որոշ բույսերում (դիատոմային ջրիմուռներ) և կենդանիներում (սիլիցիումեղջրային սպունգներ, ճառագայթավորներ), պարունակվում է նաև երիկամներում, ենթաստամոքսային գեղձում, հացահատիկային բույսերի ցողուններում։ Մարդու մեկ օրվա սնունդը պարունակում է մինչե 1 գ սիլիցիում։ Սիլիկահողի փոշու մեծ պարունակությունն օդում վտանգավոր է՝ առաջացնում է սիլիկոզ։
 
== Ստացում ==
Տեխնիական սիլիցիումը (95-98 %) ստանում են [[քվարց]]ը էլեկտրական վառարաններում ածխածնով վերականգնելով։ Ստացված սիլիցումը լվանում են [[Աղաթթու|աղաթթվի]] և [[Ծծմբական թթու|ծծմբական թթվի]], ապա ֆտորաջրածնական և ծծմբական թթուների խառնուրդներով։ Ստացվում է մաքուր սիլիցիում (99,98 %), որը մշակում են [[քլոր]]ով (քլորիդները թորում են, վերականգնում ջրածնով)։ Վերջնական մաքրումն իրականացնում են Չոխրալսկու և զոնային հալման եղանակով։
[[Պատկեր:Polykristalines Silizium.jpg|մինի|Բյուրեղային սիլիցիում]]
Ստացվում են հատուկ մաքրության միաբյուրեղներ, որոնց ρ≥10<sup>3</sup> օհմ-սմ (խառնուրդների պարունակությունը 10<sup>-5</sup>-10<sup>-6</sup> % է)։
 
<blockquote>«Սիլիցիումը ստանում են՝ բարձր ջերմաստիճանում փոխազդեցության մեջ դնելով քվարցային ավազը մագնեզիումի հետ.
: <math>~\mathsf{SiO_2+2Mg \ \rightarrow \ 2MgO+Si}</math>
: <math>~\mathsf{SiCl_4 + 2Zn \rightarrow \ Si + 2ZnCl_2}</math>
 
== Ֆիզիկական հատկություններ ==
== Հատկություններ ==
[[Պատկեր:Silicon-unit-cell-3D-balls.png|thumb|Սիլիղիումի բյուրեղացանցի կառուցվածքը]]
Սիլիցիումը մուգ մոխրագույն, բյուրեղական նյութ է, թույլ մետաղական փայլով, հալ․ ջերմաստիճանը՝ 1415 °C, եռմանը՝ 3250 °C, խտությունը՝ 2328 կգ/մ<sup>3</sup>։ Կիսահաղորդիչ է, էլեկտրա- և ջերմահաղորդականությունը կախված է մաքրության աստիճանից։ Սիլիցիումի սեփական ծավալային տեսակարար էլեկտրադիմադրությունը 2,3•10<sup>3</sup> օհմ է, խառնուրդներ պարունակողինը՝ շատ ավելի փոքր։
 
Դիամագնիսական է, բարձր ճնշումների (120-150 կբար) տակ առաջանում է սիլիցիումի մետաղական ձևափոխությունը, որը գերհաղորդիչ է (անցման կետը 6,7 K)։ Հայտնի է նաև ամորֆ ձևափոխությունը։ Սիլիցիումը p-տարր է, ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 1s<sup>2</sup> 2s<sup>2</sup> 2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup> Зр<sup>2</sup>։ Միացություններում քառարժեք է, կոորդինացիոն թիվը՝ 4 կամ 6։ Քիմիական կապերն իրականացվում են sp<sup>3</sup> հիբրիդային օրբիտալների միջոցով, երբեմն մասնակցում են նաև դատարկ 3 d օրբիտալներից երկուսը։
 
Փոքր էլեկտրաբացասականություն (1,5) ունեցող ոչ մետաղ է:
 
Բյուրեղային սիլիցիումը որոշ նմանություն ունի մետաղների հետ․ նա ունի փայլ և էլէկտրահաղորդականություն․ սակայն թթուների հետ այն չի փոխազդում։ Մանրացված սիլիցիումը զգալի չափով տաքացնելիս օդի մեջ բռնկվում է, գոյացնելով [[սիլիցիումի դիօքսիդ]] (SiO</sub>2)՝
: <math>~\mathsf {Si + O_2 \rightarrow \ SiO_2}</math>
 
== Քիմիական հատկություններ ==
== Օգտագործում ==
[[Պատկեր:Quartz, Tibet.jpg|մինի]]
Սիլիցիումը գործադրվում է համաձուլվածքների արտադրության մեջ։ 4% սիլիցիում պարունակող [[պողպատ]]ը օգտագործվում է էլեկտրական [[տրանսֆորմատոր]]ներ պատրաստելու համար։ Ավելի մեծ տոկոս (15% և ավելի) սիլիցիում պարունակող պողպատը թթվակայուն է և կիրառվում է քիմիական ապարատներ պատրաստելու համար։
Սովորական պայմաններում քիմիապես պասիվ է (միանում է միայն [[ֆտոր]]ի հետ)։ Կայուն է [[թթուներ]]ի նկատմամբ, լուծվում է ֆտորջրածնական և [[ազոտական թթու]]ների խառնուրդում, հեշտությամբ՝ ալկալիների տաք [[լուծույթներ]]ում
 
:: <math>~\mathsf{Si + 2NaOH +2H_2O \ \rightarrow \ Na_2SiO_3 + 2H_2 \uparrow }</math>
[[Պատկեր:SiliconCroda.jpg|մինի]]
Ջրածնի հետ անմիջականորեն չի միանում, սիլաններն ստացվում են սիլիցիդներից։ Սիիցիումը օդում պատվում է օքսիդի պաշտպանիչ շերտով։ 400 °C-ից բարձր տաքացնելիս օքսիդանում է թթվածնում, առաջացնելով սիլիցիումի երկօքսիդ՝ Si0<sub>2</sub>։ Si-Օ կապը (իոնական է 50 %-ով) չափազանց ամուր է։ Սիլիցիումի երկօքսիդի հիդրատները՝ սիլիկաթթուները, ջրում վատ լուծվող, թույլ թթուներ են։ Պարզագույնը՝ H<sub>2</sub>Si0<sub>3</sub> մետասիլիկաթթուն է։ Սիլիցիումի երկօքսիդը, սիլիկաթթուները և նրանց աղերը անօրգանական պոլիմերներ են, որոնցում սիլիցիումի ատոմները իրար են միացած թթվածնի ատոմների միջոցով։
::<math>\rm Si + 2HNO_3 = SiO_2 + NO + NO_2 + H_2O</math>
::<math>\rm SiO_2 + 4HF = SiF_4 + 2H_2O</math>
::<math>\rm 3SiF_4 + 3H_2O = 2H_2 SiF_6 + H_2SiO_3\downarrow</math>
 
Բարձր ջերմաստիճաններում ստացվում է SiO բաղադրության օքսիդ, որը կայուն է գազային ֆազում։ Սիլիցիումը միանում է ֆտորի հետ սենյակային պայմաններում, մյուս [[հալոգեններ]]ի հետ՝ տաքացնելիս, առա ջացնելով հալոգենիդներ։ SiF<sub>4</sub> գազ է, SiCl<sub>4</sub>-ը, SiBr<sub>4</sub>-ը՝ [[հեղուկ]]ներ, ՏH<sub>4</sub>-ը՝ պինդ, որոնք [[հիդրոլիզ]]վում են (ստացվում է Si0<sub>2</sub> և հալոգենաջրածին, ջրի հետ SiF<sub>4</sub> փոխազդելիս առաջացնում է H<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub>)։
 
Սիլիցիումը [[քլոր]]ի հետ առաջացնում է նաև Si<sub>n</sub>Cl<sub>2n+2</sub> (ո=1-6) քլորիդներ, մյուս հալոգենների հետ՝ Si<sub>2</sub>X<sub>6</sub> ։ SiCl<sub>4</sub>-ն օգտագործվում է քսայուղերի, էլեկտրամեկուսիչների, ջերմակիր և այլ նյութերի ար տադրության համար։ Տաքացնելիս սիլիցիումը միանում է [[ազոտ]]ի (1000 °C), [[ֆոսֆոր]]ի (1200 °C), [[Ածխածին|ածխածնի]] (1300 °C) և այլ [[ոչ մետաղներ]]ի հետ։
 
:: <math>~\mathsf{Ca_2Si + 4HCl \ \rightarrow \ 2CaCl_2 + SiH_4 \uparrow }</math>
 
Սիլիցիումի կարբիդը և բորիդները՝ SiB<sub>3</sub>, SiB<sub>6</sub>, SiBi<sub>2</sub>, բարձր կայունության, կարծր նյութեր են։ [[Կատալիզատորներ]]ի առկայությամբ սիլիցիումը փոխազդում է քլորօրգանական միացությունների հետ՝ առաջացնելով սիլիցիում օրգանական միացություններ՝ սիլիցիումը լուծվում է հեղուկ մետաղներում, որոնց մեծ մասի հետ առաջացնում է սիլիցիդներ կամ տեղակալման պինդ լուծույթներ։
 
== Օգտագործում ==
[[Պատկեր:Silicon.jpg|մինի|աջից|200px|Սիլիցիումի գերմաքուր կտոր։]]
Կիսահաղորդչային սիլիցիումը լեգիրացնում են անհրաժեշտ խառնուրդներով (սովորաբար միաբյուրեղը ձգելիս) և օգտագործում ջերմաէլեկտրական, ռադիո-լուսատեխնիկական սարքեր, ուղղիչներ և փոխարկիչներ պատրաստելու համար։ Սիլիցիումի փոշուց ստանում են համաձուլվածքներ, սիլիցիդներ և սիլիցիումի կարբիդ։
 
Տեխնիկական սիլիցիումը և նրա համաձուլվածքները [[երկաթ]]ի հետ օգտագործում են որպես թթվածնազրկողներ և լեգիրացնող հավելանյութեր:
Սիլիցիումը գործադրվում է համաձուլվածքների արտադրության մեջ։ 4% սիլիցիում պարունակող [[պողպատ]]ը օգտագործվում է էլեկտրական [[տրանսֆորմատոր]]ներ պատրաստելու համար։ Ավելի մեծ տոկոս (15% և ավելի) սիլիցիում պարունակող պողպատը թթվակայուն է և կիրառվում է քիմիական ապարատներ պատրաստելու համար։
 
Սիլիցիումի միացությունը ածխածնի հետ, [[սիլիցիումի կարբիդ]]ը (SiC), կոչվում է [[կարբորունդ]]։ Այն իր կարծրությամբ մոտենում է [[ալմաստ]]ին և դրա համար էլ օգտագործվում է հեսանաքարեր, հղկող շրջանակներ պատրաստելու և այլ, այսպես կոչված, հղկման նյոթերի համար։
{{ծանցանկ}}
 
== Գրականություն ==
== Աղբյուրներ ==
*Յու․ Վ․ Խոդակով, Լ․ Ա․ Ցվետկով և ուրիշներ։ «Քիմիա», Երևան, 1961։
* ''Самсонов. Г. В.'' Силициды и их использование в технике. — Киев, Изд-во АН УССР, 1959. — 204 с. с илл.
 
== Արտաքին հղումներ ==
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/key.html Սիլիցիումը Webelements-ում]
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb014.htm Սիլիցիումը քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում]
 
{{Փոքր պարբերական աղյուսակ}}