Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Silicij, Maja Kuzminski 3F - Coggle Diagram
Silicij
općenito
četvervalentni prijelazni metal
manje reaktivan od ugljika u istoj skupini
Drugi je najzastupljeniji element na Zemlji (25.7% zemljine mase, iza kisika)
najčešće se pronalazi u obliku kremena, odnosno silicijevog dioksida
internacionalni naziv je Silicium
u prirodi
ne nalazi se u elementarnom stanju, već u obliku silicijeva(IV) oksida (kvarc) i mnogobrojnih silikata
ima ga u stabljikama i lišću žitarica, u dlakama, perju i zubima, u ljušturama alga kremenjašica (diatomeja)
Pustinjski pijesak uglavnom se sastoji od kvarca
Plinoviti spojevi silicija dokazani su u međuzvjezdanim plinovima, a čvrsti silikati pronađeni su na meteoritima i u zvjezdanoj prašini
Dobivanje silicija
Elementarni se silicij može proizvesti na više načina, a procesi su dosta složeni
Jedna od važnijih metoda je redukcija silicijeva(IV) oksida (kvarca) koksom pri temperaturi oko 2100°C
SiO2(s) + 2 C(s) --> Si(I) + 2 CO(g)
Dobiveni silicij sadrži oko 2% nečistoća
Silicij visoke čistoće proizvodi se iz plinovitog triklorsilana (SiHCl3) koji se dobiva reakcijom nečistog silicija s klorovodikom pri 600°C
Si(s) + 3 HCl(g) --> SiHCl3(g) + H2(g)
Plinoviti triklorsilan, pročišćen frakcijskom destilacijom, reducira se s vodikom, a nastali elementarni silicj se taloži na šiške vrlo čistog i zagrijanog silicija u samom reaktoru.
dio atoma nečistoća u siliciju je svega 30 ppb, što znači 3 atoma dodatnog elementa na 100 000 000 atoma silicija.
SiHCl3(g) + H2(g) --> Si(g) + 3 HCl(g)
Kad je izdvojen, najčišći silicij sastoji se iz mnogo malih kristala. Da bi se dobili veliki monokristali silicija, kakvi su npr. potrebni za proizvodnju čipova, silicij se rastali pri 1440°C. U taljevinu se uroni jedan mali kristal za cijepljenje pričvršćen na dršci. On se dalje uz stalnu vrtnju polagano izvlači iz silicijeve taljevine, pri čemu se na njemu kristalizira ostali silicij. Tim postupkom se može dobiti kristal promjera do 20cm i mase do 70kg. Iz tog kristala u obliku šipke može se izrezati oko tisuću ploča debljine 1mm. Iz svake takve ploče može se načiniti do sto čipova.
Čisti silicij
ima dijamantnu strukturu, tvrd je i krt
ima visoko talište i vrelište
Poluvodič je i vodljivost mu se povećava s porastom temperature, ali i prisutnošću malih količina drugih atoma u njegovoj strukturi. Tada govorimo o poluvodičima s nečistoćama (dopirani poluvodiči). Ako su nečistoće atomi elemenata 13. Skupine, radi se o poluvodičima p-tipa, a ako su to atomi 15. Skupine, o poluvodičima n-tipa.
Atomi nečistoća zamjenjuju u strukturi atome silicija, a sama se struktura pri tome ne mijenja. Budući da atomi nečistoća i atomi silicija imaju različiti broj valentnih elektrona, vodljivost se znatno povećava.
ne reagira s kiselinama, a s lužinama tvori silikate oslobađajući vodik.
Si + 2 NaOH + H2O --> Na2SiO3 + 2 H2
spojevi
Silicij stvara spojeve u kojima ima oksidacijski broj -4 i +4. U spojeve s negativnim stupnjem oksidacije pripadaju silani i silicidi, a u spojeve s pozitivnim stupnjem oksidacije pripadaju halogenidi, karbidi, nitridi, oksidi, kiseline, soli silicijevih kiselina i silikoni.
Silicijevi hidridi (silani) spojevi su silicija s vodikom opće formule SinH2n+2 koji su analogni ugljikovodicima. Od homolognog niza poznati su samo niži članovi od monosilana (SiH4) do heksasilana (Si6HI4), a mogu se dobiti djelovanjem klorovodične kiseline na magnezijev silicid. Pri standardnim uvjetima monosilan i disilan su plinovi, a ostali članovi niza su tekućine neugodna mirisa. Bez prisutnosti drugih tvari, silani su relativno stabilni. Zagrijavanjem se viši silani raspadaju na niže silane. Svi se lako oksidiraju, a disilan se na zraku spontano zapali. Voda na njih ne djeluje, ali s razrijeđenim lužinama hidroliziraju uz razvijanje vodika i stvaranje silikata. Silani se upotrebljavaju u sintezi organosilicijevih spojeva
Silicidi su spojevi silicija s metalima. S metalima manje elektronegativnosti silicij daje silicide pretežno ionskog karaktera, a ostali imaju strukturu koja je karakteristična za legure. Najvažniji je kalcijev silicid čija formula i struktura ovise o omjeru silicija i kalcija, npr. Ca2Si2, CaSi2 i Ca2Si, a koriste se u metalurgiji kao snažno sredstvo za dezoksidaciju rastaljenih metala.
Silicijevi halogenidi su spojevi silicija s halogenim elementima. Iako silicij stvara niz halogenih spojeva općeg sastava SinX2n+2 (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 25 itd.), tehnički su važni (IV)-fluorid (SiF4) i (IV)-klorid (SiCl4)
Silicijev(IV)-fluorid (SiF4, tetrafluorsilan) bezbojan je plin oštra i zagušljiva mirisa koji se na vlažnom zraku jako dimi. Veoma je stabilan spoj. S vodom lako hidrolizira
Silicijev(IV)- klorid (SiCI4, tetraklorsilan) bistra je, bezbojna tekućina koja se na zraku dimi. S vodom jako hidrolizira i stvara gel SiO2. Otapa se u benzenu, eteru, kloroformu i benzinu. Jako nagriza kožu i stvara teško zacjeljive rane. Upotrebljava se za dobivanje veoma čistog elementarnog silicija i visokodisperznog amorfnog SiO2 te za prevlačenje metala silicijem radi zaštite od korozije
struktura silicija
Maja Kuzminski 3F
