Silīcijs

SILĪCIJS

1. Silīcija vieta periodiskajā tabulā un tā atomu uzbūve.
Silīcijs. Tāpat kā ogleklis, atrodas IVA grupā. Tātad arī silīcija atomos ārējie elektroni ir s un p elektroni.
Elektronu izvietojumu silīcija atoma orbitālēs var attēlot šādi:
3s2 3p2 3d0
+14Si…
Silīcija elektronformula ir
+14Si 1s2 2s22p6 3s23p2
Ierosinātā stāvoklī silīcija atomā elektronu izvietojumu attelo tā:
3s1 3p3 3d0
+14Si…
Savienojumos silīcija maksimālā pozitīvā oksidēšanās pakāpe ir +4.

Šāda oksidēšanās pakāpe silīcijam ir silīcija (IV) oksīdā SiO2 un arī

silānā SiH4, turpretī metānā CH4 oglekļa oksidēšanas pakāpe ir -4. Tāda tā ir

arī magnija silicīdā Mg2Si.

2. Silīcija atrašanās dabā, iegūšana, īpašības un izmantošana.

Silīcijs dabā.

Dabā sastopami savienojumi: 1. Smilis un kvarcs ( SiO2 ). Izmanto tīra silīcija iegūšanai, stikla ražošanai un celtniecībā (silikātķieģeļiem u.c.)
2. Kaolinīts ( Al2O3*2SiO2*2H2O – māla galvenā sastāvdaļa). Plaši izmanto keramiskaja rūpniecībā, cementa un alumīnija ražošanā. 3. Laukšpats (ortoklazs) (K2O*Al2O3*6SiO2). Izmanto celtniecībā. Dabā sastopama arī vizla un azbests. Vizlu dažkārt izmanto par elektroizolācijas materiālu. Tā kā azbesta putekļu ieelpošana izraisa saslimšanu ar vēzi, tad tā izmantošana elektroizolācijā vai siltumizolācijā ir aizliegta.

Iegūšana.

Laboratorijā silīciju iegūst, karsējot magniju kopā ar tīrām smiltīm:

2MgSiO2 2MgO + Si
Rūpniecībā silīciju iegūst, elektriskajās krāsnīs reducējot silīcija (IV) oksīdu ar oglekli:

2C + SiO2 2CO + Si
Silīcijs, kas šajās reakcijās izdalās, daļēji reaģē ar oglekli un veido karborundu SiC, ka sir gandrīz tikpat ciets kā dimants.

Fizikālās īpašības.

Ir pazīstams amorfais un kristāliskais silīcijs. Amorfais silīcijs ir brūna, higroskopiska pulverveida viela. To iegūst, silīcija (IV) oksīdam reaģējot ar magniju. Izdalot silīciju no izkausetiem metaliem (Zn, Al), kuros tas ir izšķīdis, iegūst tā kristālisko veidu, kam ir raksturīgs tāds pats kristālrežģis, kāds ir dimantam. Kristāliskais silīcijs ir ļoti ciets un trausls. Tam ir tēraudam līdzīgs metaliskais spīdums. Tā kristālrežģī ir nedaudz brīvu elektronu, tādēļ tas pieder pie pusvadītājiem.

Ķīmiskās īpašības.

Spriežot pēc silīcija fizikālajām īpašībām, tam daļēji piemīt arī metāliskās īpašības. Silīcijs ir mazaktīvs nemetāls.

1. Oksidējošās īpašības.paaugstinātā temperatūrā silīcijs kļūst aktīvs un reaģē ar dažiem aktīviem metāliem, piemēram, tas reaģē ar magniju:

Si + 2Mg Mg2Si

3. Reducējošās īpašības.
• Parastajā temperatūrā silīcijs reaģē tikai ar fluoru:

Si + 2F2 SiF4
• Paaugstinātā temperatūrā silīcijs reaģē ar skābekli un sēru:

Si + O2 SiO2
• Silīcijs reaģē arī ar sārmiem ūdens šķīdumā:

Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2

Ar skabēm silīcijs nereaģē ( izņēmums ir HNO3 maisījumā ar
Fluorūdeņražskābi HF).

Izmantošana.

Silīcijs ir viens no svarīgākajiem pusvadītāju materiāliem. To izmanto
Integrālo shēmu, diožu, tranzistoru, saules bateriju, fotoelementu
Izgatavošanā. Silīcijs ir components karborunda, elektrotehnisko tēraudu,
čugunu, bronzu, silumīnu un silīcijorganisko savienojumu iegūšanā.
Silīcijs aizvien vairāk tiek izmantots jauna veida elektrostacojās, kurās
izmanto Saules enerģiju.

3.Silīcija savienojumi.

Silīcija (IV) oksīds jeb silīcija dioksīds.

Tā kristālrežģī nav SiO2 molekulu.
Viss kristāls veido it kā Ļoti lielu molekulu, ko var attēlot ar formulu
(SiO2)n. Taču vienkāršoti silīcija (IV) oksīdu attēlo ar formulu SiO2.
Silīcija (IV) oksīds dabā sastopams galvenokārt smilšu un kvarca
Veidā. Smiltīm parasti piemaisījumā ir dzelzs oksīdi, kas tām piešķir
dzeltenu nokrāsu. Tīrus silīcija dioksīda kristālus sauc par kvarcu. Kvarca
kristāliņi ieslēgumu veidā ir granītos un citos minerālos, kuriem sairstot
veidojas smiltis.
Silīcija (IV) oksīds tīrā veidā ir ļoti cieta, grūti kūstoša kristāliska
Viela.
Silīcija (IV) oksīds ir skābais oksīds. Atšķirībā no daudziem citiem
skābajiem oksīdiem tas ar ūdeni nereaģē. Paaugstinātā temperatūrā reaģē ar
sārmiem un bāziskajiem oksīdiem, veidojot silikātus, piemēram:

SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
Karsējot tas no sāļiem izspiež vairāk gaistošos skābos oksīdus, piemēram:

SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2
Silīcija (IV) oksīds reaģē ar fluorūdeņražskābi:

SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O

Ilgstoši ieelpojot silīcija (IV) oksīda vai silikatu putekļus, var
izveidoties plaušu slimība – silikoze.
Silīcija (IV) oksīdu izmanto stikla ražošanā, radiotehnikā, optiskajās ierīcēs, juvelierizstradājumos, keramiskajā rūpniecībā, kvarca audumu izgatavošanā ( aizsardzībai prêt augstām temperatūrām), gaismas vados sakaru vajadzībām.

Silīcijskābe.

Silīcijskābes sastāvu nosacīti attēlo ar formulu H2SiO3. Patiesībā silīcijskābes sastāvs ir sarežģītaks, un to var attēlot saīsinātā veidā šādi: (H2SiO3)n.
Silīcijskābe rodas, ja uz ūdenī šķīstošiem silikātiem iedarbojas ar skābēm.
2H+ + SiO32- H2SiO3
Silīcijskābe veido recekļainas nogulsnes.
Atšķirībā no daudzām citām neorganiskajām skābēm silīcijskābe ūdenī gandrīz nemaz nešķīst. Ar ūdeni tā veido koloidalos šķīdumus.
Tā kā silīcijskābe ir ūdenī praktiski nešķīstoša, tad ūdeņraža joni no tās molekulām gandrīz nemaz neatšķeļas. Tāpēc silīcijskābei nav raksturīga skābēm kopīga īpašība – iedarbība uz indikātoriem. Silīcijskābe ir nestabila – tā sadalās, pat nedaudz karsējot:

H2SiO3 H2O + SiO2
Silīcijskābju koloidālos šķīdumus izmanto papīra ražošanā un tekstilrūpniecībā, keramisko izstradājumu un katalizatoru ražošanā, fotomaterialu gaismas jutīgo kārtiņu izveidē, ūdens eļļu attīrīšanas filtru izgatavošanā.

Silīcijskābes sāļi.

Tāpat kā silīcijskābes attēlošanai pieņemtā formula, arī tās sāļu attēlošanai pieņemtās formulas ( Na2SiO3, CaSiO3 u.c.) ir neprecīzas. Eksistē ļoti daudz dažādu silikātu.
Pazīstami apmēram 500 minerāli un ieži, kuru sastavā ir SiO2. Silikātu kopējā masas daļa Zemes garozā ir aptuveni 75%.
Dabā visbiežāk izplatīti ir alumosilikāti. Latvijā izplatītākie alumosilikāti ir laukšpets Na2O*Al2O3*6SiO2 ( granīta sastāvdaļa) un māls, kas satur kaolinītu Al2O3*2SiO2*2H2O. Parastajā mālā ir Fe2O3 piemaisījums.
Gandrīz visi silikati kūst augstās temperatūrās. No praktiski nenozīmīgākajiem silīcijskābes sāļiem ūdenī šķīst tikai nātrija un kālija silikāti.
Silikāti reaģē gandrīz ar visām skābem (pat ar ogļskābi). Šķīstošie silikāti reaģē ar citiem sāļiem, piemēram:
Na2SiO3 + CaCl2 CaSiO3 + 2NaCl
Tā kā nātrija un kālija silikāti ir līdzīgi stiklam, bet šķīst ūdenī, tad tos sauc par šķīstošo stiklu (arī par silikātlīmi). Ar to piesūcina audumus, koksni un citus materiālus, lai tos padarītu ūdensnecaurlaidīgus un ugunsdrošus. To izmanto arī skābes izturīga cementa ražošanai.
Silikāti ir izejmateriāls silikātu rūpniecībā, cementa, stikla, glazūru, emalju, silikātlīmes, krāsu, ziepju, keramikas izstrādājumu ražošanā. Cilvēka organismā elements silīcijs ir nepieciešams kaulaudu veidošanā un štiprināšanā. Samērā daudz silīciju saturošu savienojumu ir sīpolos un puravos. To izmantošana uzturā stiprina organismu prêt ļaundabigo audzēju veidošanos.