КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Персы, египтяне и римляне использовали драгоценные камни на основе оксида кремния. К ним относился опал, топаз, горный хрусталь и пр. Кремний в чистом виде долгое время был неизвестен человечеству. Его обнаружили только в 1823 году. В результате опыта шведскому химику удалось получить аморфную модификацию элемента, позже он же предложил латинское название.

Особенности

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Кремний является неметаллом, который в зависимости от внешних факторов проявляет кислотные или основные свойства. Полупроводник регулярно используют для создания техники. Его характеристики определяются в зависимости от состояния.

В народном хозяйстве наиболее распространена кристаллическая форма кремния. В медицине его соединения используются в лекарствах от артрита, туберкулеза. У человека кремний является базовым микроэлементом, при его нехватке начинается разрушение костной ткани, ногтей, волос. В некоторых случаях ухудшается работа иммунной системы.

Чистый кремний встречается редко, на воздухе он покрывается слоем диоксида и становится неактивным. Поэтому соединения с кремнием более распространены, чем само вещество.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Основные качества кремния:

  • Доступность. Кремний не встречается в свободной форме, но есть эффективные и малозатратные технологии, позволяющие получить его.
  • Нетоксичность. Благодаря этому свойству материал доступен к использованию в любой отрасли, сам технологический процесс никаких опасностей не несет.
  • Образование соединений. Кремний способен образовывать сплавы почти со всеми материалами. Благодаря этому создаются вариации керамики, стекла, камня и пр.
  • Полупроводниковые качества. Материал регулярно используют для создания техники.

Получение

Добывают кремний лабораторным или промышленным методом. В первом случае во время нагревания его восстанавливают при помощи магния.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

В промышленных масштабах для этого требуется больше усилий. Сначала в печах происходит разложение диоксида при высокой температуре и воздействием кокса, затем результат очищают от примесей, обрабатывают кислотами. В результате очистки массовая доля не должна превышать 95%. На последнем этапе иногда прибегают к хлорированию, поскольку этот метод более дешевый, но такой же эффективный.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Физические свойства

У кремния есть две аллотропные модификации, каждую из которых стоит рассматривать отдельно.

Аморфный кремний

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

В таком состоянии материал представляют в виде бурого порошка. Он поглощает влагу и становится химически активным при нагревании. В стандартном виде взаимодействует только с фтором.

Аморфный кремний обладает другими качествами, основное из них — высокая светопоглотительная способность, которая в несколько раз лучше, чем у материала кристаллической формы. В аморфном виде материал используют в технических целях, его наносят на пластик или стекло. В основном он используется для создания солнечных батарей.

Тонкая пленка быстро стирается, но несмотря на это, востребованность материала растет. Такие батареи обеспечивают энергией огромные предприятия, поэтому даже короткий период работы быстро окупается. Экономное и безотходное производство аморфного кремния делает этот материал достойным бюджетным вариантом.

Кристаллический кремний

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Твердый серебристый материал больше ценится благодаря своим качествам. Существует несколько видов товара с кристаллической решеткой:

  • Электронный. Это самый чистый материал, его используют для создания чувствительных приборов и прочей электроники.
  • Солнечный. Применяется для качественных солнечных батарей. Фотоэлектрические преобразователи на основе этого материала более износостойки, чем в аморфной вариации.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

  • Технический. В нем содержится 98% чистого материала, остальное — примеси хлора, углерода, бора, фосфора и пр.

Технический вид подходит для получения поликристаллов. В результате этого процесса создаются продукты, которые одновременно обладают солнечными и электронными качествами. Поликремний является промежуточной формой аморфной и кристаллической модификации. Этот материал удобен в работе, он легко очищается хлором и подходит для переработки.

Применение и биологическая роль

Кремний включают в производство неорганических материалов, с его помощью создают стекло, керамику, пьезокристаллы.

Он незаменим при производстве технических смазок, пластика, каучуковых материалов. В металлургии его добавляют в сплавы с медью, магнием, алюминием для повышения уровня прочности.

Полупроводниковые свойства позволяют использовать его для создания микрочипов, диодов, транзисторов.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

В организме человека кремний находится в гипофизе, щитовидной железе и надпочечниках. Он выполняет следующие функции:

  • Предотвращает остеопороз и делает кости плотными. Дополнительный прием микроэлемента рекомендуется женщинам во время климакса, поскольку из-за гормональных изменений снижается плотностей костной ткани.
  • Становится соединительным элементом коллагена и влияет на качество соединительной ткани.
  • Предотвращает развитие инфекционных болезней, поскольку воздействует на иммунитет.
  • Ускоряет восстановление костей после операций и переломов.
  • Борется с воспалительными высыпаниями на коже.
  • Выступает сорбентом, поскольку при взаимодействии с водой связывает патогенные микроорганизмы и выводит их.
  • Является профилактикой развития раковых заболеваний, поскольку усиливает активность витаминов группы А, Е и С.
  • В воде кремний уничтожает бактерии, а также выводит тяжелые металлы в осадок.
  • Укрепляет сухожилия, связки и хрящи.
  • Регулирует в организме наличие фтора, магния, калия.
  • Повышает эластичность сосудов, предотвращает тромбофлебит, инфаркт, ишемическую болезнь сердца и пр.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Ежедневно человеку необходимо употреблять около 1 г кремния, в противном случае появится хроническая усталость, головная боль, сыпь, увеличится хрупкость костей.

Кремний считают незаменимым элементом во многих отраслях. Благодаря своим качествам, безотходному производству и низкой стоимости не существует аналогов, которые смогли бы его заменить.

Кремний элемент. Свойства и применение

Описание и свойства кремния

Кремний – элемент, чётвёртая группа, третий период в таблице элементов. Атомный номер 14. Формула кремния — [Si] 3s2 3p2. Определён как элемент, в 1811 г, а в 1834 г получил русское название «кремний», взамен прежнего «сицилий». Плавится при 1414º С, закипает при 2349º С.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Молекулярным строением он напоминает алмаз, но уступает ему по твёрдости. Довольно хрупок, в нагретом состоянии (не менее 800º С) приобретает пластичность. Просвечивается инфракрасным излучением.

Монокристаллический тип кремния обладает полупроводниковыми свойствами. По некоторым характеристикам атом кремния схож с атомарным строением углерода.

Электроны кремния имеют такое же валентное число, как и при углеродном строении.

Рабочие свойства кремния зависят от содержания в нём определённых содержаний. У кремния допустим различный тип проводимости. В частности это «дырочный» и «электронный» тип. Для получения первого в кремний добавляется бор.

Если добавить фосфор, кремний приобретает второй тип проводимости.

Если кремний нагревать вместе с другими металлами, образовываются специфические соединения, называемые «силицидами», например, при реакции «магний-кремний«.

Кремний, идущий на нужды электроники, в первую очередь оценивается по характеристикам его верхних слоёв.

Поэтому необходимо обращать внимание именно на их качество, оно непосредственно отражается на общих показателях. От них зависит работа произведённого прибора.

Для получения наиболее приемлемых показателей верхних слоёв кремния, их обрабатывают различными химическими способами или подвергают облучению.

Соединение «сера-кремний», образует сульфид кремния, легко взаимодействующий с водой и кислородом. При реакции с кислородом, в температурных условиях выше 400º С, получается диоксид кремния. При этой же температуре становятся возможными реакции с хлором и йодом, а также с бромом, во время этого образуются летучие вещества – тетрагалогениды.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Соединить кремний и водород, путём прямого контакта, не получится, для этого существуют методы косвенного характера. При 1000º С возможна реакция с азотом, а также бором, при этом получается нитрид и борид кремния.

При этой же температуре, соединив кремний с углеродом, можно произвести карбид кремния, так называемый «карборунд». Данный состав обладает твёрдой структурой, химическая активность вялая.

Используется как абразив.

В соединении с железом, кремний образует особую смесь, это допускает плавление этих элементов, при котором образуется ферросилициевая керамика. Причём температура её плавления гораздо ниже, чем если их плавить по отдельности.

При температурном режиме выше 1200º С, из элемента начинается образование оксида кремния, также при определённых условиях получается гидроксид кремния. При травлении кремния применяются щелочные растворы на водной основе.

Их температура должна быть не менее 60º С.

Месторождения и добыча кремния

Элемент – второе по распространению на планете вещество. Кремний составляет почти треть объёма земной коры. Более распространенным является только кислород.

Преимущественно выражен кремнезёмом – соединением в своей основе содержащим диоксид кремния. Главные производные диоксида кремния – кремень, различные пески, кварц, а также полевые шпаты.

После них идут силикатные соединения кремния. Самородность для кремния – редкое явление.

Применение кремния

Кремний, химические свойства которого определяют область его применения, делится на несколько видов.

Менее чистый кремний идёт на металлургические нужды: на сплавы, например для добавки в алюминий, кремний активно меняет его свойства, раскислители, и т.д. Он активно модифицирует свойства металлов, посредством добавки в их состав.

Кремний легирует их, изменяя рабочие характеристики, кремния достаточно при этом совсем небольшого количества.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Также из неочищенного кремния производят более качественные производные, в частности, моно и поликристаллический кремний, а также кремниевые органики – это силиконы и различные органические масла. Также он нашёл своё применение при производстве цемента и стекольной промышленности. Не обошёл он и кирпичное производство, фабрики производящие фарфор и фаянс также без него не обходятся.

Читайте также:  ЧИСТИМ ЖЕМЧУГ своими руками

Кремний входит в состав всем известного силикатного клея, который идёт на ремонтные работы, а раньше он использовался в канцелярских нуждах, пока не появились более практичные заменители. В состав некоторых пиротехнических изделий также входи кремний. Из него и его железных сплавов можно получать водород на открытом воздухе.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

На что идёт более качественный кремний? Пластины солнечных батарей тоже включают в состав кремний, естественно не технический. Для этих нужд необходим кремний идеальной чистоты или хотя бы технический кремний высшей степени очистки.

Так называемый «электронный кремний», который содержит кремний почти на 100%, обладает гораздо лучшими показателями. Поэтому его предпочитают при производстве сверхточных электронных приборов и сложных микросхем.

При их изготовлении требуется качественная производственная схема, кремний для которой должен идти только высшей категории.

Работа этих устройств зависит от того, сколько содержит кремний нежелательных примесей.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Кремний занимает важное место в природе, и большинство живых существ, постоянно испытывают в нём потребность. Для них это своеобразный строительный состав, потому — что он крайне важен для здоровья опорно-двигательного аппарата. Ежедневно человек поглощает до 1 г соединений кремния.

Может ли кремний быть вредным?

Да, по той причине что, диоксид кремния крайне расположен к пылеобразованию. Она имеет раздражающее воздействие на слизистые поверхности организма и способна активно накапливаться в лёгких, вызывая силикоз. Для этого на производстве связанного с переработкой кремниевых элементов, обязательно применение респираторов. Особенно важно их наличие, если речь идёт о моноксиде кремния.

Цена кремния

Как известно вся современная электронная техника, начиная от телекоммуникаций и заканчивая компьютерными технологиями, основывается на применении кремния, используя его полупроводниковые свойства.

Его другие аналоги применяются в гораздо меньшей степени. Уникальные свойства кремния и его производных пока вне конкуренции, на долгие года вперёд. Несмотря на спад цен в 2001 г на кремний, продажи быстро пришли в норму.

И уже в 2003 г товарооборот составил 24 тысячи тонн за год.

Для новейших технологий, требующих почти кристальной чистоты кремния, его технические аналоги не подходят. А за счёт его сложной системы очистки цена соответственно в разы возрастает.

Более распространённым является поликристаллический тип кремния, несколько меньшим спросом пользуется его монокристаллический прототип.

При этом доля использования кремния для полупроводников занимает львиную часть товарооборота.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Цены на продукцию варьируются в зависимости от чистоты и назначения кремния, купить который, можно начиная от 10 центов за кг неочищенного сырья и до 10$ и выше за «электронный» кремний.

Кремний (Si) – роль в организме, симптомы недостатка, источники

Кремний (Silicium, Si) – химический элемент и микроэлемент для человеческого организма, без которого некоторые формы жизни, например, губки и диатомеи вообще не могут существовать, ведь именно кремний является одним из важнейших строительных элементов костной ткани. Да-да, мы привыкли, что кости – это «кальций», но это скорее всего знания из рекламы, т.к. для формирования и развития костей необходимо множество разных веществ, и кремний – один из них.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Кроме того, кремний играет важную роль в поддержании здоровья кожи, волос и ногтей. За счет этого, недостаток кремния в организме человека проявляется, главным образом, сухими и секущимися волосами, повышенной ломкостью ногтей, дряблой кожей и склонностью к переломам. А еще, Si повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, чем минимизирует развитие сердечно-сосудистых болезней.

Наиболее же известным для многих людей применением кремния является производство микрочипов – процессоров, чипсетов и прочих радиодеталей. Собственно, и сам научный т.н. центр по компьютерным разработкам находится в одноименной точке – «Кремниевая долина» (Калифорния, США).

В природе, кремний чаще всего встречается в форме диоксида кремния (SiO2), который в сочетании с другими минералами образовывает соединения под названием – «кремнезём» или «силикаты». Кремнезём же может быть строительным материалом для кремня, кварца, полевого шпата и прочих. В очень редких случаях в руки ученым попадались небольшие экземпляры чистого кремния.

Обратите внимание, что кремний и кремень – разные понятия, которые не стоит путать.

Кремень является камнем, горной породой, в составе которого присутствует диоксид кремния (SiO2) и могут присутствовать другие химические элементы – кальций, медь, марганец, фосфор, цинк, стронций и прочие.

Таким образом, кремень – это камень, состоящий из разных элементов, а кремний – химический элемент. Вроде звучит банально, но отличие важное.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Еще интересным фактов является количество Si на Землей! Задумайтесь, количество кремния в земной коре (кларк) по разным данным составляет от 27,6 до 29,5% всей массы!1 В итоге, получается, что больше на Земле только кислорода (О), а Si идет сразу же за ним. В самой только морской воде этого химического элемента находится в пределах 3 мг на 1л.

Самородный кремний в природе представляет собой непрозрачный неметалл темно-серого цвета с металлическим блеском.

Свое наименование «Silicium (силициум)» кремний получил от латинского слова «silex», что в переводе означает — камень, скала, утес. Русский же термин «кремний» этот химический элемент получен в 1834 году русским химиком Германом Гессом от старославянского «кремень», означающий — твердый камень.

История – краткая справка

Первые сведения о кремнии появились в начале 18 ст.

, когда химик из Швеции Йенс Якоб Берцелиус в 1810 году заявил о наличии нового, до селе неописанного наукой элементе, однако, в чистой форме ученый смог выделить Si а ж в 1823 году.

Именно тогда новый элемент получилось получить от обработки калиевой соли с помощью металлического калия и фтористого кремния под нагревом до высоких температур. Тогда же ему и присвоили наименование «Силиций».

Несколькими годами ранее, в 1811 году Si в чистом виде удалось добыть 2 учеными из Франции, которых звали Луи Жак Тенар и Жозеф Луи Гей Люссак.

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — III период, III ряд, IV группа, в новой версии таблицы – 14 группа, 3 период.

  • Атомный номер – 14
  • Атомная масса – 28,086 а. е. м.
  • Электронная конфигурация – [Ne] 3s2 3p2
  • Температура плавления (°С) – 1414,85 (1688 K)
  • Температура кипения (°С) – 2349,85 (2623 К).
  • CAS: 7440-21-3.

Физико-химические свойства. Физические и химические свойства кремния зависят от его формы.

Кристаллический кремний представляет собой хрупкое, но в то же самое время очень твердое кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим отблеском.
Аморфный кремний представляет собой порошкообразное вещество бурого цвета.

Под воздействием высоких температур (от 800 °С) Si становится пластичным. Несмотря на отсутствие прозрачности, спокойно пропускает через себя инфракрасный спектр лучей, длина которых составляет от 1.1 микрометра.

Химически Si – малоактивный элемент. При температуре в пределах 21-24 °С реагирует с фтором (F), образовывая летучий тетрафторид кремния SiF4.

При воздействии более высоких температур, от 400 до 500 °C начинает реагировать с кислородом (О), образовывая диоксид кремния, а также с бромом (Br), хлором (Cl) и йодом (I) – летучие тетрагалогениды (SiHal4).

При температуре 1000 °C уже вступает в реакцию с азотом, образовывая нитрид азота Si3N4, или бориды (SiB3, SiB6, SiB12) при контакте с бором. А вот с водородом Si не реагирует.

Si растворяется в горячих щелочных растворах.

Биологическая роль и функции кремния в организме

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Для чего нужен кремний организму? Как мы уже и говорили в начале статьи, Si играет важную роль в формировании и поддержании здоровья костной ткани, кожного покрова, волос, ногтей, а также кровеносных сосудов.

Количество кремния в костных тканях взрослого среднестатистического человека 17⋅10−4 %, в мышечных тканях — (1-2)⋅10−2 %, в крови — 3,9 мг/л, а также гипофизе, щитовидной железе, надпочечниках, ногтях и волосах.

В нашем организме кремний больше всего содержится в щитовидной железе, надпочечниках, гипофизе. Самая высокая концентрация его обнаружена в волосах и ногтях.

Кремний выполняет и множество других полезных функций, среди которых:

  • Делает кости более плотными, что особенно важно для женщин в период климакса, когда продукция некоторых гормонов снижается и появляется риск развития остеопороза (процесс, при котором снижается плотностей костей). Таким образом, дополнительный прием кремния рекомендуется лицам, у которых уже диагностирован остеопороз.
  • Ускоряет процесс выздоровления и восстановления организма после оперативного лечения костей – после переломов и прочих хирургических манипуляций.
  • Является одним из важных строительных элементов коллагена, причем, находясь в составе этого белка соединительной ткани, кремний участвует в процессе соединения отдельных волокон коллагена с эластином, за счет чего соединительная ткань становится упругая и прочная.
  • Находясь в составе эластина, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, чем предупреждает проникновение в кровеносное русло жиров и образование атеросклеротических отложений и связанных с ними болезней (инфаркта, инсульта, ИБС, тромбофлебита и прочих).
  • Задействован в укреплении хрящей, связок и сухожилий.
  • Участвует в регулировании деятельности иммунной системы, тем самым минимизирует риск развития инфекционных болезней.
  • Поддерживает здоровье кожи и помогает бороться с дерматитами, дерматозами и прочими воспалительными процессами на кожном покрове.
  • Укрепляет волосы, предотвращает их сечение и выпадение, а также стимулирует рост волос.
  • За счет создания электрических коллоидных систем с водой и кремниевой кислотой Si способствует связыванию болезнетворных микроорганизмов (вирусов, бактерий) и выведению их из внутренней среды человека, т.е. грубо говоря, выступает в качестве сорбента.
  • Берет участие в метаболизме магния, калия, фтора, алюминия и прочих макро- микроэлементов.
  • Участвует в синтезе различных гормонов, аминокислот, ферментов.
  • Предотвращает преждевременное старение организма.
  • Усиливает антиоксидантную активность витаминов А, С и Е, чем предотвращает развитие онкологических болезней.
  • Находясь в воде, кремний адсорбирует радионуклиды, способствует выпадению в осадок тяжелых металлов, уничтожает бактерии, вызывающих гниение воды. Именно из-за этих свойств, этот минерал используют для очищения воды, более того, Si даже делает воду более приятной на вкус.
  • Прежде всего, Si используют в качестве полупроводников для изготовления электроники, особенно микрочипов, транзисторов, диодов, солнечных панелей и прочих.
  • В металлургии он пользуется успехом в качестве дополнительного материала в сплавах меди, алюминия, магния и прочих металлов, предавая сплавам более высокую прочность.
  • Его добавляют в производстве кремнийорганических соединений – для изготовления пластика, искусственного каучука, технических силикатных смазок и масел.
  • Используется и для производства неорганических материалов – керамики, стекла, изоляции, пьезокристаллов.
  • В медицинской практике – для лечения остеопороза.
Читайте также:  ХРОМ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Суточная потребность в кремнии среднестатистического взрослого человека составляет 5 мг2. Максимальная суточная доза в Si – 10 мг. Хотя, некоторые источники утверждают, что суточная доза Silicium должна составлять от 20 до 50 мг.

Суточная доза кремния повышается при беременности, пременопаузе, после хирургического лечения, при переломах, высоких физических нагрузках на организм.

Терапевтической дозой кремния является до 12 мг в сутки3.

Нехватка кремния — симптомы

Дефицит Si может вызывать следующие нарушения в работе организма:

  • Дряблость и сухость кожи, а также склонность к рецидивирующим кожным болезням – экземе, дерматиту, дерматозу, рожистым воспалениям и прочим. Раны заживают медленнее;
  • Волосы становятся тусклыми, секутся и выпадают в повышенном количестве;
  • Ногти также становятся более ломкими, периодически слоятся;
  • Со временем развивается остеомаляция костей (размягчение костной ткани), остеопороз, артриты, склонность к переломам;
  • Появляется ряд зубных болезней – кариес, пародонтоз;
  • Развивается ряд заболеваний сердца и сосудов – артериальная гипертензия (гипертония), атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, тромбофлебит, варикозное расширение вен, склонность к инфаркту и инсульту;
  • Снижение аппетита;
  • Повышенное утомление, периодическая слабость и апатия;
  • Склонность к инфекционным болезням;
  • Замедление роста ребенка;
  • Бесплодие;
  • Сосуды теряют свою эластичность, из-за чего при небольшом ушибе на коже появляются синяки, а также периодическое формирование сосудистых «звездочек».
  • Кроме того, замечена связь между недостаточным количеством кремния в организме и наличием в это время следующих болезней – катаракта, сахарный диабет, дисбактериоз, гепатит, наличие камней в желчном пузыре (ЖКБ) и почках (ПКБ), злокачественные опухоли (рак).

Причины нехватки Si

  • Недостаточное поступление микроэлемента из-за недостаточного питания, жестких и несбалансированных диет, голодовки;
  • Употребление продуктов питания, скудных на полезные вещества – малополезной и вредной пищи;
  • Злоупотребление алкогольными напитками;
  • Наличие в организме глистных инвазий и прочих паразитов.

Применение кремния в медицине

Применение Silicium целесообразно в следующих случаях:

  • Восстановление организма после оперативного лечения хирургическим путем;
  • Профилактика остеопороза;
  • Восстановление здоровья волос, ногтей, кожи.

Избыток кремния

Передозировка этим полезным микроэлементов также возможна.

Отравление кремнием сопровождается следующими симптомами:

  • Учащенное мочеиспускание, что приводит к повышенному вымыванию кальция из организма и соответственно делает кости более ломкими;
  • Формирование камней в желчном пузыре, мочевом пузыре и почках, из-за чего у человека появляются периодические боли при мочеиспускании;
  • Резкое снижение уровня сахара в крови при сахарном диабете;
  • Повышенный уровень сахара в крови.

Причины переизбытка Si в организме

Злоупотребление препаратами, в которых содержится этот химический элемент;

Работа на производстве по обработке кремня – пылевые частицы с кремнием попадают на слизистые дыхательных путей и пищеварительного тракта, вызывая в местах оседания воспалительные процессы, а также развитие силикоза.

Источники кремния

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

  • В каких продуктах кремний содержится больше всего?
  • Растительные и животные источники (мг на 100 г): рис (1240), овес (1000), просо (754), ячневая крупа (600), кунжутное семя (200), соя (177), гречка (120), земляника (100), ананас (94), фасоль (92), репа (90), жимолость (90), горох (84), дыня (81), чечевица (80), свекла (80), банан (75), авокадо (65), кукуруза (60), грецкий орех (58), капуста белокочанная (55), огурцы (50), картофель (50), фисташки (50), пшеница (48), инжир свежий (48), вишня (46), овсянка (43), шпинат (42), малина (40), редька (40), редис (30), петрушка (30), сельдерей (29), морковь (25), перец болгарский (22), черника (20), виноград (12), персик (10), помидоры (10), апельсин (6), груша (6), абрикос (6), слива (4), хвощ полевой (2,5).
  • Дополнительным источником Si могут стать минеральные воды.
  • Химические источники (Si): «Кремний активный» (таблетки), MSM комплекс в составе БАДов.
  • Синтез в организме: не синтезируется.

Купить качественные БАДы с кремнием можно по лучшей цене с доставкой из США на всемирно известном сайте iHerb. Чтобы дополнительно получить еще и скидку 5-15% введите при оформлении заказа промокод: BAR6666

Взаимодействие кремния с другими веществами

  • Усиливает антиоксидантную активность витаминов А, Е и С;
  • Улучшает усвоение следующих макро- и микроэлементов – кальция, калия, магния, натрия, фосфора, фтора и серы;
  • Является антагонистом молибдена, из-за чего при их одновременном применении, активность обоих снижается. Кроме того, прием повышенных дох молибдена снижает усвояемость кремния;
  • При взаимодействии с алюминием и марганцем образовывает нерастворимые силикаты, которые могут оседать в организме;
  • Нейтрализует вредное действие на организм нитратов, солей свинца, хлор, ртути и прочих тяжелых металлов.

Видео

Обсудить S и другие минералы на форуме…

Источники:

1. «Обилие химических элементов в Земной коре: новая таблица». Taylor S.R., Журнал «Геохимия и Космохимия» 29 том, №8, 1964 г. Страницы 1273—1285.

2. Методические рекомендации Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека №2.3.1.1915-04 от 02.07.2004.

3. «Кремний Актив» — инструкция по применению.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Кремний: характеристики, особенности и области применения

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Как самостоятельный химический элемент кремний стал известен человечеству всего лишь в 1825 году. Что, конечно, не мешало применять соединения кремния в таком количестве сфер, что проще перечислить те, где элемент не используется. Данная статья прольет свет на физические, механические и полезные химические свойства кремния и его соединений, области применения, также мы расскажем о том, как влияет кремний на свойства стали и иных металлов.

Для начала давайте остановимся на общей характеристике кремния. От 27,6 до 29,5% массы земной коры составляет кремний. В морской воде концентрация элемента тоже изрядная – до 3 мг/л.

По распространенности в литосфере кремний занимает второе почетное место после кислорода. Однако наиболее известная его форма – кремнезем, является диоксидом, и именно его свойства и стали основой для столь широкого применения.

О том, что такое кремний, расскажет этот видеосюжет:

Кремний – неметалл, однако при разных условиях может проявлять и кислотные, и основные свойства. Является типичным полупроводником и чрезвычайно широко используется в электротехнике. Физические и химические его свойства во многом определяются аллотропным состоянием. Чаще всего дело имеют с кристаллической формой, поскольку ее качества более востребованы в народном хозяйстве.

  • Кремний – один из базовых макроэлементов в человеческом теле. Его нехватка губительно сказывается на состоянии костной ткани, волос, кожи, ногтей. Кроме того, кремний оказывает влияние на работоспособность иммунной системы.
  • В медицине элемент, вернее говоря, его соединения нашли свое первое применение именно в этом качестве. Вода из колодцев, выложенных кремнием, отличались не только чистотой, но и положительно сказывалась на стойкости к инфекционным болезням. Сегодня соединение с кремнием служат основой для препаратов против туберкулеза, атеросклероза, артрита.
  • В целом неметалл малоактивен, однако и в чистом виде встретить его сложно. Связано это с тем, что на воздухе он быстро пассивируется слоем диоксида и перестает реагировать. При нагревании химическая активность увеличивается. В результате человечество гораздо ближе знакомо с соединениями вещества, а не с ним самим.
Читайте также:  Чароит: 4 сорта камня, магические свойства, кому подходит по знаку зодиака, как отличить и ухаживать за украшениями

Так, кремний образует сплавы практически со всеми металлами – силициды. Все они отличаются тугоплавкостью и твердостью и применяются на соответствующих участках: газовые турбины, нагреватели печей.

Размещается неметалл в таблице Д. И. Менделеева в 6 группе вместе с углеродом, германием, оловом, что указывает на определенную общность с этими веществами. Так, с углеродом его «роднит» способность к образованию соединений по типу органических. При этом кремний, как и германий может проявить свойства металла в некоторых химических реакциях, что используется в синтезе.

Плюсы и минусы

Как и всякое другое вещество с точки зрения применения в народном хозяйстве, кремний обладает определенными полезными или не слишком качествами. Важны они именно для определения области использования.

  • Немалым достоинством вещества является его доступность. В природе он, правда, находится не в свободном виде, но все же, технология получения кремния не так уж и сложна, хотя и энергозатратна.
  • Второе важнейшее достоинство – образование множества соединений с необыкновенно полезными свойствами. Это и силаны, и силициды, и диоксид, и, конечно, разнообразнейшие силикаты. Способность кремния и его соединений образовывать сложные твердые растворы практически бесконечна, что позволяет бесконечно же получать самые разные вариации стекла, камня и керамики.
  • Полупроводниковые свойства неметалла обеспечивает ему место базового материала в электро- и радиотехнике.
  • Неметалл является нетоксичным, что допускает применение в любой отрасли промышленности, и при этом не превращает технологический процесс в потенциально опасный.

К недостаткам материала можно отнести лишь относительную хрупкость при хорошей твердости. Кремний не используется для несущих конструкций, но зато это сочетание позволяет обрабатывать должным образом поверхность кристаллов, что важно для приборостроения.

Давайте теперь поговорим про основные свойства кремния.

Свойства и характеристики

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

  • температура плавления – 1417 С;
  • температура кипения – 2600 С;
  • плотность составляет 2,33 г/куб. см, что свидетельствует о хрупкости;
  • теплоемкость, как и теплопроводность не постоянны даже на самых чистых пробах: 800 Дж/(кг·К), или 0,191 кал/(г·град) и 84-126 вт/(м·К), или 0,20-0,30 кал/(см·сек·град) соответственно;
  • прозрачен для длинноволнового ИК-излучения, что используется в инфракрасной оптике;
  • диэлектрическая проницаемость – 1,17;
  • твердость по шкале Мооса – 7.

Электрические свойства неметалла сильно зависят от примесей. В промышленности эту особенность используют, модулируя нужный тип полупроводника. При нормальной температуре кремний хрупок, но при нагревании выше 800 С возможна пластическая деформация.

Свойства аморфного кремния разительно отличаются: он сильно гигроскопичен, намного активнее вступает в реакцию даже при нормальной температуре.

  • Структура и химический состав, а также свойства кремния рассмотрены в видеоролике ниже:
  • Кремний существует в двух аллотропных формах, одинаково устойчивых при нормальной температуре.
  • Кристаллический имеет вид темно-серого порошка. Вещество, хотя и имеет алмазоподобную кристаллическую решетку, является хрупким – из-за чересчур длинной связи между атомами. Интерес представляют его свойства полупроводника.
  • При очень высоких давлениях можно получить гексагональную модификацию с плотностью 2,55 г/куб. см. Однако эта фаза практического значения пока не нашла.
  • Аморфный – буро-коричневый порошок. В отличие от кристаллической формы намного активнее вступает в реакцию. Связано это не столько с инертностью первой формы, сколько с тем, что на воздухе вещество покрывается слоем диоксида.

Кроме того, необходимо учитывать и еще один тип классификации, связанный с величиной кристалла кремния, которые в совокупности образуют вещество. Кристаллическая решетка, как известно, предполагают упорядоченность не только атомов, но и структур, которые эти атомы образуют – так называемый дальний порядок. Чем он больше, тем более однородным по свойствам будет вещество.

  • Монокристаллический – образец представляет собой один кристалл. Структура его максимально упорядочена, свойства однородны и хорошо предсказуемы. Именно такой материал наиболее востребован в электротехнике. Однако он же относится к самому дорогому виду, поскольку процесс его получения сложен, а скорость роста низка.
  • Мультикристаллический – образец составляет некоторое количество крупных кристаллических зерен. Границы между ними формируют дополнительные дефектные уровни, что снижает производительность образца, как полупроводника и приводит к более быстрому износу. Технология выращивания мультикристалла проще, потому и материал дешевле.
  • Поликристаллический – состоит из большого количества зерен, расположенных хаотически относительно друг друга. Это наиболее чистая разновидность промышленного кремния, применяется в микроэлектронике и солнечной энергетике. Довольно часто используется в качестве сырья для выращивания мульти- и монокристаллов.
  • Аморфный кремний и в этой классификации занимает отдельную позицию. Здесь порядок расположения атомов удерживается только на самых коротких дистанциях. Однако в электротехнике он все же используется в виде тонких пленок.

Далее мы расскажем вам про сырье для производства кремния, вредность добычи, технологию его изготовления в мировых масштабах и в России.

Производство неметалла

Получить чистый кремний не так уж и просто, учитывая инертность его соединений и высокую температуру плавления большинства из них. В промышленности чаще всего прибегают к восстановлению углеродом из диоксида. Проводят реакцию в дуговых печах при температуре 1800 С. Таким образом получают неметалл чистотой в 99,9%, что для его применения недостаточно.

Полученный материал хлорируют с тем, чтобы получить хлориды и гидрохлориды. Затем соединения очищают всеми возможными методами от примесей и восстанавливают водородом.

Очистить вещество можно и за счет получения силицида магния. Силицид подвергают действию соляной или уксусной кислоты. Получают силан, а последний очищают различными способами – сорбционным, ректификацией и так далее. Затем силан разлагают на водород и кремний при температуре в 1000 С. В этом случае получают вещество с долей примеси 10-8–10-6%.

КРЕМНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияДля промышленности наибольший интерес представляют электрофизические характеристики неметалла. Его монокристаллическая форма является непрямозонным полупроводником. Свойства его определяются примесями, что позволяет получать кристаллы кремния с заданными свойствами. Так, добавка бора, алюминия, индия дает возможность вырастить кристалл с дырочной проводимостью, а введение фосфора или мышьяка – кристалл с электронной проводимостью.

  • Кремний в буквальном смысле слова служит основой современной электротехники. Из него изготавливают транзисторы, фотоэлементы, интегральные схемы, диоды и так далее. Причем функциональность прибора определяет практически всегда только приповерхностный слой кристалла, что обуславливает весьма специфические требования именно к обработке поверхности.
  • В металлургии технический кремний применяют и как модификатор сплавов – придает большую прочность, и как компонент – в бронзах, например, и как раскислитель – при производстве чугуна.
  • Сверхчистый и очищенный металлургический составляют основу солнечной энергетики.
  • Диоксид неметалла встречается в природе в очень разных формах. Его кристаллические разновидности – опал, агат, сердолик, аметист, горный хрусталь, нашли свое место в ювелирном деле. Не столь привлекательные внешне модификации – кремень, песок, кварц, используются и в металлургии, и в строительстве, и в радиоэлектротехнике.
  • Соединение неметалла с углеродом – карбид, применяется и в металлургии, и в приборостроении, и в химической промышленности. Он является широкозональным полупроводником, отличается высокой твердостью – 7 по шкале Мооса, и прочностью, что и позволяет применять его в качестве абразивного материала.
  • Силикаты – то есть, соли кремниевой кислоты. Неустойчивы, легко разлагаются под действием температуры. Примечательность их в том, что они образуют многочисленные и разнообразные соли. А вот последние являются основой при производстве стекла, керамики, фаянса, хрусталя, цемента и бетона. Можно смело сказать, что современное строительство зиждется на разнообразных силикатах.
  • Стекло представляет здесь наиболее интересный случай. Основой его служат алюмосиликаты, но ничтожные примеси других веществ – обычно оксидов, придают материалу массу разных свойств, в том числе и цвет. Керамика – клинкер, фаянс, фарфор, по сути, имеет ту же формулу, хотя и с другим соотношением компонентов, и ее разнообразие тоже поразительно.
  • Неметалл обладает еще одной способностью: образует соединения по типу углеродных, в виде длинной цепочки из атомов кремния. Такие соединения носят название кремнийорганических. Сфера их применения не менее известна – это силиконы, герметики, смазки и так далее.

Кремний – очень распространенный элемент и имеет необыкновенно большое значение в очень многих сферах народного хозяйства. Причем активно используется не только само вещество, но все его разнообразные и многочисленные соединения.

Данное видео расскажет о свойствах и применении кремния:

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector