krzem i jego związki

KRZEM
I
JEGO ZWIĄZKI
Opracowała:Grażyna Rdzanek
PIERWIASTEK WYIZOLOWANY W 1823
ROKU PRZEZ SZWEDZKIEGO
CHEMIKA J. J. BERZELIUSA.
Nazwa łacińska pochodzi od słowa
SILEX co znaczy krzemień.
Nazwa polska wywodzi się od
łacińskich słów lapis cremaus, co
oznacza kamień dający ogień.
Zawartość wybranych pierwiastków w
różnych formach materii (%).
Pierwiastki Litosfera Woda oceaniczna Człowiek
tlen
49,42
krzem
25,75
żelazo
85,90
62,8
Lucerna
67,9
0,0003
0,004
0,009
4,7
0,000001
0,005
0,003
wapń
3,39
0,040
1,38
0,58
wodór
0,88
10,80
9,31
8,72
węgiel
0,09
0,03
19,40
11,30
azot
0,03
0,00005
5,14
8,25
WYSTĘPOWANIE
• w stanie rodzimym nie
występuje
• w stanie związanym w postaci
krzemianów, glinokrzemianów
oraz wolnego tlenku krzemu
IV stanowi 27% litosfery
Grupa 14
Okres 3
Masa atom.28,0855
blok:p
[Ne]3s23p2
IV II
14
Elektroujemność
1,8
Si
SILICIUM
WĘGLOWCE
IZOTOPY KRZEMU
3 naturalne trwałe
28Si
29Si
92,23%
4,6%
30Si
3,1%
11 sztucznych promieniotwórczych np.
32Si
T1/2=160 lat
KONFIGURACJA ELEKTRONOWA
2
2
6
1s 2s p
M
L
K
2
2
3s p
METODY OTRZYMYWANIA KRZEMU
•redukcja SiO2 magnezem
SiO2 + 2 Mg
Si + 2 MgO
•redukcja mieszaniny piasku i rudy
żelaza węglem-żelazokrzem do celów
metalurgicznych
•termiczny rozkład SiHCl3- preparaty
o wysokiej czystości
BUDOWA KRYSZTAŁU KRZEMU
W sieci krystalicznej krzemu występują wiązania
atomowe. Atomy w sieci są rozmieszczone w takich
odległościach, że ich powłoki zachodzą na siebie.
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE
•w temperaturze pokojowej mało aktywny
•po podgrzaniu reaguje z tlenem, metalami,
zasadami
Si + O2
Si + 2Mg
SiO2
tlenek krzemu (IV)
Mg2Si
krzemek magnezu
Si + 2NaOH
Na2SiO3 + 2H2
metakrzemian sodu
KRZEM JAKO MIKROELEMENT
• występuje w gruczołach dokrewnych-grasicy,
nadnerczach i przysadce mózgowej
• odgrywa ważną rolę w gospodarce
hormonalnej ludzi starszych
• obniża poziom cholesterolu we krwi
•wpływa na elastyczność, wygląd i zdrowie
skóry, włosów i paznokci
• uczestniczy w tworzeniu tkanki łącznej i chrząstek
Dawka krzemu z pożywieniem 18-1200mg/dzień
Produkty spożywcze bogate w krzem:
otręby, fasola, groch, warzywa korzeniowe
Zioła zawierające dużą ilość
rozpuszczalnej krzemionki : skrzyp polny,
pokrzywa, perz, podbiał, rdest ptasi,
poziewnik
Przy chorobach, szczególnie skóry, zaleca się stosowanie
wewnętrzne i zewnętrzne odwarów z tych ziół.
Kryształy krzemu służą do produkcji:
• tranzystorów
• układów scalonych
• laserów
• diod emitujących światło
• ogniw słonecznych
Krzem stosowany też jest:
•jako odtleniacz do stopów miedzi
•jako dodatek do stali stopowych w celu
polepszenia ich właściwości
mechanicznych i odporności na korozje
•do wytwarzania detektorów fal
krótkich
•do wytwarzania soczewek do
promieni podczerwonych
KRZEMIONKA
tlenek krzemu (IV) SiO2
występuje w trzech odmianach polimorficznych
•kwarc
•krystobalit
•trydymit -
model
struktury
kwarcu
CYTRYN
KRYSZTAŁ GÓRSKI
DOBRZE
WYKSZTAŁCONE
KRYSZTAŁY
KWARCU
AMETYST
CZYSTA BEZPOSTACIOWA
KRZEMIONKA TO OPAL.
ODMIANA OPALU -
AGAT
REAKCJE SiO2
•z kwasem fluorowodorowym
SiO2 + 4HF
SiF4 + 2 H2O
•z wodorotlenkiem sodu
SiO2 + 2 NaOH
•z węglem
SiO2 + C
Si + CO2
Na2SiO3 + H2O
KRZEMIONKA JEST
PODSTAWOWYM SKŁADNIKIEM:
•glin
•gleb
•skał (granity, gnejsy)
•piasku
Stopiony SiO2 po szybkim oziębieniu
zastyga w sztywną bezpostaciową masę-
szkło kwarcowe.
schemat
ułożenia
atomów w
stanie
szklistym
Struktura szkła kwarcowego wg. Zachariasena
SZKŁA KRZEMIANOWE
• szkło sodowo-wapniowe Na2O . CaO . 6 SiO2
to szkło okienne
• szkło potasowo-ołowiowe to tzw. szkło
kryształowe i optyczne szkło flint
•szkło jenajskie to szkło trudnotopliwe np.
Pyrex, Duran, Supremax
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE
•krystaliczne ciało stałe o
metalicznym połysku
•pierwiastek bardzo
twardy i kruchy
•wysoka temperatura
topnienia
•półmetal i półprzewodnik
Szkła otrzymywane w technice „ zol-żel”
Technika „zol-żel”polega na syntezie szkieł poprzez reakcje
chemiczne w temperaturach zbliżonych do pokojowej.
•układ PbO2 /SiO2 stosowany jest w światłowodach
•układ ZnO/SiO2 stosowany jest w dyskach
optycznych ROM
•układ TiO2/SiO2 stosowany jest w laserach
i koncentratorach światła słonecznego
KWASY KRZEMOWE
.
SiO2 H2O
H2SiO3
Kwas metakrzemowy
.
SiO2 2H2O
H4SiO4
Kwas ortokrzemowy
2
.
SiO2 H2O
H2Si2O5
Kwas metadwukrzemowy
Ciekawe nieorganiczne związki krzemu
• azotek
krzemu Si3N4 związek
o twardości diamentu i znacznej
odporności chemicznej stosowany
do konstrukcji ceramicznych
silników samochodowych i turbin
gazowych
SiO2 + 6 C +2 N2
kat
T
Si3N4 + 6 CO
WĘGLIK KRZEMU SiC
SiO2 +3C
SiC + 2 CO
techniczny SiC KARBORUND –substancja
bardzo twarda(9,5-9,7 w skali Mohra),
należąca do beztlenkowych materiałów
ceramicznych, stosowana do wyrobu
materiałów ściernych.
Czterochlorek krzemu SiCl4
ciecz bezbarwna o ostrym zapachu,
bardzo łatwo hydrolizuje tworząc
białe dymy uwodnionego
dwutlenku krzemu SiO2 oraz kwas
solny. Stosowany jest w wojsku do
wytwarzania zasłon dymnych.
Krzem tworzy z wodorem
krzemowodory zwane silanami.
SiH4
Si2H6
MONOSILAN
DWUSILAN( krzemoetan)
Silany reagują gwałtownie z tlenem
i wybuchowo z fluorowcami.
SiH4 + 2O2
SiH4 + Cl
SiO2 + 2 H2O
SiH3Cl + HCl
chlorosilan
W wyniku kondensacji pochodnych
chlorowych silanów otrzymuje się siloksany.
2 H3SiCl + H2O
H3Si-O-SiH3 + 2 HCl
Z chlorosilanów i siloksanów otrzymuje się
polimery krzemoorganiczne (polisiloksany)
potocznie zwane silikonami.
R
Si
R
R
O
R-grupa alkilowa
lub aromatyczna
Si
R
n
n-liczba merów
Kopolimery silikonowo –organiczne
mają właściwości ciekłokrystaliczne
i stosowane są w elektrooptyce,
magnetooptyce i termooptyce.
Emulsje wodne silikonów oraz poliolefin
i różnych środków sieciujących
stosowane są do usuwania rysunków
graffiti bez niszczenia tynków.
Kompozyty organiczno-nieorganiczne
zwane silseskwioksanami mają
właściwości ciekłokrystaliczne i świecące.