История открытия кремния, принципы его распространения в природе и способы получения. Свойства и аллотропные видоизменения, способ восстановления тетрохлорида кремния цинком, характеристика реакций взаимодействия с другими химическими элементами.
Аннотация к работе
В элементарном виде кремний в природе не встречается и распространен в основном в виде кремнезема SIO2 и силикатов. Кремнезем образует прекрасные кристаллы чистого кварца (горного хрусталя), аметиста (голубого благодаря примесям марганца), розового кварца (его окраска обусловлена небольшими количествами титана) и дымчатого (изза органических примесей) кварца.Кремний - элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. В чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учеными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром. В 1825 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SIF4 получил чистый элементарный кремний. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex - кремень).Таким образом по распространенности в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезема-соединений на основе диоксида кремния (IV) SIO2 (около 12 % массы земной коры). Вторую по распространенности в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты (рис. Свободный кремний может быть получен прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который по химическому составу является почти чистым окислом кремния, SIO2 2Mg=2MGO Si , образующийся при этом аморфный кремний имеет вид бурого порошка, плотность которого равна 2,0 г/см? На 2010 г. к таковым можно отнести технологии очистки кремния с использованием фтора (вместо хлора); технологии предусматривающие дистилляцию монооксида кремния; технологии, основанные на вытравливании примесей, концентрирующихся на межкристаллитных границах.Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но изза большей длины связи между атомами Si-Si по сравнению с длиной связи С-С твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному излучению, начиная с длины волны 1.1 микрометр. В соединениях кремний склонен проявлять степень окисления 4 или-4, так как для атома кремния более характерно состояние sp3 - гибридизации орбиталей. При нагревании до температуры 400-500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SIO2 , с хлором, бромом и йодом - с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов SIHALOGEN4 . С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом - силаны с общей формулой Sin H2n 2 - получают косвенным путем.Первый промышленный процесс получения кремния полупроводниковой степени чистоты заключался в восстановлении тетрахлорида кремния цинком [3]. Цинк является весьма подходящим восстановителем, так как может быть получен высокой степени чистоты, не образует силицидов, относительно устойчив к коррозии и не возгорается на воздухе. Поскольку растворимость цинка в кремнии очень мала, а продукт реакции - хлорид цинка и сам цинк хорошо растворяются во многих растворителях, не действующих на кремний, содержание в конечном продукте примесей очень мало. Цинк и тетрахлорид кремния испаряются в отдельных испарителях; далее пары примерно в стехиометрическом соотношении поступают в реактор. Для протекания реакции восстановления с достаточной эффективностью температура в реакторе должна быть достаточно высокой; с другой стороны, возможность возникновения побочных реакций с материалом контейнера требует ограничения нагрева.[12] Подобно углероду, кремний с кислородом образует два соединения: SIO и . Получить SIO можно восстановлением при 1350-1500°С: Быстрым охлаждением (закалкой) паров SIO получают его в твердом состоянии. [4] Кристалл кварца представляет собой гигантскую полимерную молекулу, состоящую из отдельных тетраэдров, в которых каждый атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода осуществляет мостиковую трехцентровую связь, являясь общим угловым атомом для двух тетраэдров. Схематически в плоскостном изображении можно представить как: Наряду с обычными-связями между атомами Si и O возникают еще и нелокализованные-связи, которые образуются по донорно-акцепторному механизму за счет свободных 3d-орбиталей атомов кремния, неподеленных 2р-электронных пар атомов кислорода. В щелочных растворах, особенно при нагревании, легко растворяется: Обычно реакцию получения силикатов проводят не в растворе, а путем спекания со щелочами, карбонатами и оксидами металлов: Все эти реакции доказывают кислотную природу диоксида кремния.Благодаря этому, он и его соединения получили широкое применение: изготовление полупроводниковых устройств, производство волокнистой оптики и устройств для глубокой очистки веществ, солнечных батарей. Кварцевый песок используют для изготовления стекольных изделий, строительных растворов, формовочной земли в металлургии.
План
Содержание тетрохлорид кремний цинк аллотропный
Введение
1. История открытия кремния
2. Кремний в природе и способы его получения
3. Кремний, его свойства и аллотропные видоизменения
4. Способ получения кремния путем восстановления тетрохлорида кремния цинком