Силиций

от Уикипедия, свободната енциклопедия
(пренасочване от Si)
Jump to navigation Jump to search
Силиций
Силиций – кристален металоид със синкаво-сив отблясък
Кристален металоид със синкаво-сив отблясък
Спектрални линии на силиций
АлуминийСилицийФосфор
C

Si

Ge
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Силиций, Si, 14
Група, период, блок 143p
Химическа серия металоид
Електронна конфигурация [Ne] 3s2 3p2
e- на енергийно ниво 2, 8, 4
CAS номер 7440-21-3
Свойства на атома
Атомна маса 28,085 u
Атомен радиус (изч.) 110 (111) pm
Ковалентен радиус 111 pm
Радиус на ван дер Ваалс 210 pm
Степен на окисление 4, 3, 2, 1[1], −1, −2, −3, −4 ​
Оксид SiO2 (слабо киселинен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,90
Йонизационна енергия I: 786,5 kJ/mol
II: 1577,1 kJ/mol
III: 3231,6 kJ/mol
IV: 4355,5 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Кристална структура кубична октаедрична
Плътност 2329 kg/m3
Температура на топене 1687 K (1414 °C)
Температура на кипене 3538 K (3265 °C)
Моларен обем 12,06×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене 50,21 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 383 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Скорост на звука 8433 m/s при 20 °C
Специф. електропроводимост 2,52×10-4 S/m
Специф. ел. съпротивление 2,3×109 Ω.mm2/m [2]
Топлопроводимост 149 W/(m·K)
Магнетизъм диамагнитен[3]
Модул на еластичност 130 – 188 GPa [4]
Модул на срязване 51 – 80 GPa [4]
Модул на свиваемост 97,6 GPa [4]
Коефициент на Поасон 0,064 – 0,28 [4]
Твърдост по Моос 6,5
История
Наименован от латинското silex, silicis – „кремък“
Откритие Йонс Берцелиус[5][6] (1823 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
28Si 92,2 % стабилен
29Si 4,7 % стабилен
30Si 3,1 % стабилен
31Si радио 2,62 ч. β- 31P
32Si радио 153 г. β- 32P

Силиций (на латински: Silicium), Si е химичен елемент от група 14, период 3. Атомният му номер е 14 и е с атомна маса 28,0855 u.

Силицият е вторият по разпространение химичен елемент в Земната кора след кислорода. Той не съществува в свободно състояние, а под формата на силициев диоксид (в пясъка, кварц) или като силикат (каолин).

Името му произлиза от латинските думи silex, silicis и означава кремък.

История[редактиране | редактиране на кода]

Силицият бил познат още в древността под формата на кремък и бил изолиран за първи път в чиста форма от Берцелиус през 1823 г.

Изотопи[редактиране | редактиране на кода]

Съществуват три естествени изотопа на силиция 28Si (92,18%), 29Si (4,71%) и 30Si (3,12%) и няколко получени по изкуствен път 25Si, 26Si, 27Si, 31Si, 32Si

Свойства[редактиране | редактиране на кода]

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Нанокристален силиций

Силицият в чист вид, при нормална температура, е твърдо вещество с кристална структура, със сиво-черен цвят и метален блясък. В тази форма в природата се среща рядко – като кристали в златната руда и във вулканичните изпарения. Елементът е разпространен на Земята най-често като силициев диоксид (SiO2) под формата на кварц или кремък (основна съставна част на пясъка). Има температура на топене 1414 °C, температура на кипене 3265 °C и плътност 2330 kg/m3. Не се разтваря във вода. Силицият е полупроводник, има отрицателен температурен коефициент на съпротивлението. Единичен кристал силиций притежава пиезорезистивен ефект, а кварцовите кристали – пиезоелектричен ефект.

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Силицият е сравнително инертен към киселини – не взаимодейства, освен със смес от азотна (HNO3) и флуороводородна киселина (HF). Взаимодейства с основи и халогени.

Взаимодействие с въздуха[редактиране | редактиране на кода]

Повърхността на кристалите на силиция са покрити от тънък слой силициев диоксид (SiO2), което не позволява на останалата част от атомите, които се намират под този слой, да реагират с въздуха при температури до 900 °C. При по-високи температури се получава реакция с кислорода и се образува силициев диоксид, а при температури над 1400 °C силицият реагира с азота във въздуха и образува силициевите нитриди SiN и Si3N4.

Si + O2 → SiO2

2Si + N2 → 2SiN

3Si + 2N2 → Si3N4

Взаимодействие с халогенни елементи[редактиране | редактиране на кода]

Силицият взаимодейства енергично с халогенните елементи и образува силициеви тетрахалогениди. Реакцията с флуора протича при нормална температура, докато с други халогенни елементи е необходимо температура над 300 °C

Si + 2F2 → SiF4 (силициев тетрафлуорид)

Si + 2Cl2 → SiCl4 (силициев тетрахлорид)

Si + 2Br2 → SiBr4 (силициев тетрабромид)

Si + 2I2 → SiI4 (силициев тетрайодид)

Взаимодействие с киселини[редактиране | редактиране на кода]

Силицият не реагира с повечето киселини при нормални условия. Изключение прави флуороводорода и азотната киселина

Si + 6HF → [SiF6]2- + 2H+ + 2H2

Взаимодействие с основи[редактиране | редактиране на кода]

Si(s) + 4NaOH → [SiO4]4- + 4Na+ + 2H2

Разпространение и употреба[редактиране | редактиране на кода]

Основен материал в съвременната електроника (производство на транзистори и интегрални схеми). Използва се също за производство на слънчеви батерии. Кварцът служи за направа на кварцови резонатори.

Биологични ефекти[редактиране | редактиране на кода]

Техника на безопасност[редактиране | редактиране на кода]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. ((en)) Ram, R. S.. Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD. // J. Mol. Spectr. 190. 1998. с. 341 – 352.
  2. ((en)) Eranna, Golla. Crystal Growth and Evaluation of Silicon for VLSI and ULSI. CRC Press, 2014. ISBN 978-1-4822-3281-3. с. 7.
  3. ((en)) Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds
  4. а б в г ((en)) Hopcroft, Matthew A. и др. What is the Young's Modulus of Silicon?. // Journal of Microelectromechanical Systems 19 (2). 2010. DOI:10.1109/JMEMS.2009.2039697. с. 229.
  5. ((en)) Weeks, Mary Elvira. The discovery of the elements: XII. Other elements isolated with the aid of potassium and sodium: beryllium, boron, silicon, and aluminum. // Journal of Chemical Education 9 (8). 1932. DOI:10.1021/ed009p1386. с. 1386 – 1412.
  6. ((en)) Voronkov, M. G.. Silicon era. // Russian Journal of Applied Chemistry 80 (12). 2007. DOI:10.1134/S1070427207120397. с. 2190.