Химические особенности кремния

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

5. Соединения кремния и их свойства

Заключение

Литература



Введение

Кремний является вторым по распространенности?элементом, содержание его в земной коре составляет более 20%. 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 (из-за органических примесей) кварца. Среди вулканических отложений иногда встречаются кристаллы тридимита и кристобалита, являющихся высокотемпературными модификациями кремнезема. SiO₂ в изобилии встречается в виде массивных?образований кварцита, агата, яшмы, халцедона, опала?и кремня.

Целью этой работы является изучить свойства кремния и его природных соединений. Определить строение кремния, значение кремния и его соединений и их практическое применение. Рассмотреть один из способов получения кремния.



1. История открытия кремния

Кремний - элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Обозначается символом Si (лат. Silicium).

В чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учеными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром.

В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF₄ получил чистый элементарный кремний. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex - кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе c др. греч. ксзмньт - «утес, гора». (от лат. silicis - кремень; русское название от греческого - kremnos - утёс) Si - открыт Й. Берцелиусом (Стокгольм, Швеция) в 1824 г. А вот кремний (Silicium - лат.) химический элемент, атомный номер 14, IV группа периодической системы.

2. Кремний в природе и способы его получения

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6-29,5 % по массе. Таким образом по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л.

Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма -соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO₂ (около 12 % массы земной коры). Основные минералы, образуемые диоксидом кремния - это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты (рис. 1).



Рисунок 1. Соединения кремния в природе

Отмечены единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде: металлический кремний в ионитах Горячегорского массива, Петрология обыкновенных хондритов.

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/смі

В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO₂ коксом при температуре около 1800 °C в дуговых печах. Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9 % (основные примеси - углерод, металлы).

Возможна дальнейшая очистка кремния от примесей.

Очистка в лабораторных условиях может быть проведена путём предварительного получения силицида магния Mg₂ Si. Далее из силицида магния с помощью соляной или уксусной кислот получают газообразный моносилан SiH₄ . Моносилан очищают ректификацией, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на кремний и водород при температуре около 1000 °C.

Очистка кремния в промышленных масштабах осуществляется путём непосредственного хлорирования кремния. При этом образуются соединения состава SiCl₄ и SiCl₃ H. Эти хлориды различными способами очищают от примесей (как правило перегонкой и диспропорционированием) и на заключительном этапе восстанавливают чистым водородом при температурах от 900 до 1100 °C.

Разрабатываются более дешёвые, чистые и эффективные промышленные технологии очистки кремния. 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.

Содержание примесей в доочищенном кремнии может быть снижено до 10^?8-10^?6 % по массе.

Способ получения кремния в чистом виде разработан Николаем Николаевичем Бекетовым.

Крупнейшим производителем кремния в России является ОКРусал -- кремний производится на заводах в г. Каменск-Уральский (Свердловская область) и г. Шелехов (Иркутская область).

3. Кремний, его свойства и аллотропные видоизменения

Кристаллический кремний - это вещество темно-серого цвета со стальным блеском. Структура кремния аналогична структуре алмаза: кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, но из-за большей длины связи между атомами Si-Si по сравнению с длиной связи C-C твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний очень хрупок, его плотность 2,33 г/см³ .

Как и уголь, относится к тугоплавким веществам.

Кристаллическая структура кремния (рис. 2).

Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si-Si по сравнению с длиной связи С-С твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному излучению, начиная с длины волны 1.1 микрометр. Собственная концентрация носителей заряда - 13,1Ч10²⁸ м^?3

Рисунок 2. Кристаллическая решетка кремния и схема ковалентиой связи: а - ковалентная связь; б - общий вид

Химические свойства

В соединениях кремний склонен проявлять степень окисления +4 или ?4, так как для атома кремния более характерно состояние sp³ - гибридизации орбиталей. Поэтому во всех соединениях, кроме оксида кремния (II) SiO, кремний четырёхвалентен.

Химически кремний малоактивен. При комнатной температуре реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучийтетрафторид кремния SiF₄ . 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 Si_n H_2n+2 - получают косвенным путем. Моносилан SiH₄ (его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами кислот, например:

Ca₂ Si + 4HCl > 2CaCl₂ + SiH₄ ^

Образующийся в этой реакции силан SiH₄ содержит примесь и других силанов, в частности, дисилана Si₂ H₆ и трисилана Si₃ H₈, в которых имеется цепочка из атомов кремния, связанных между собой одинарными связями (-Si-Si-Si-).

С азотом кремний при температуре около 1000 °C образует нитрид Si₃ N₄ , с бором - термически и химически стойкие бориды SiB₃ , SiB₆ и SiB₁₂ . Соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева - углерода - карбид кремния SiC (карборунд) характеризуется высокой твердостью и низкой химической активностью. Карборунд широко используется как абразивный материал.

При нагревании кремния с металлами возникают силициды. Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния типа Ca₂ Si, Mg₂ Si и др.) и металлоподобные (силициды переходных металлов). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются. Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до 2000 °C). Наиболее часто образуются металлоподобные силициды составов MeSi, Me₃ Si₂ , Me₂ Si₃ , Me₅ Si₃ и MeSi₂ . Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах.

При восстановлении SiO₂ кремнием при высоких температурах образуется оксид кремния (II) SiO.

Для кремния характерно образование кремнийорганических соединений, в которых атомы кремния соединены в длинные цепочки за счет мостиковых атомов кислорода -О-, а к каждому атому кремния, кроме двух атомов О, присоединены еще два органических радикала R₁ и R₂ = CH₃ , C₂ H₅ , C₆ H₅ , CH₂ CH₂ CF₃ и др.

Для травления кремния наиболее широко используют смесь плавиковой и азотной кислот. Некоторые специальные травители предусматривают добавку хромового ангидрида и иных веществ. При травлении кислотный травильный раствор быстро разогревается до температуры кипения, при этом скорость травления многократно возрастает.

Si+2HNO₃ =SiO₂ +NO+NO₂ +H₂ O

SiO₂ +4HF=SiF₄ +2H₂ O

3SiF₄ +3H₂ O=2H₂ SiF₆ +vH₂ SiO₃

Для травления кремния могут использоваться водные растворы щелочей. Травление кремния в щелочных растворах начинается при температуре раствора более 60°С.

Si+2KOH+H₂ O=K₂ SiO₃ +2H₂ ^

K₂ SiO₃ +2H₂ O-H₂ SiO₃ +2KOH

Физические свойства

Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si-Si по сравнению с длиной связи С-С твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному излучению, начиная с длины волны 1.1 микрометр. Собственная концентрация носителей заряда - 13,1·10²⁸ м^?3

Электрофизические свойства

Элементарный кремний в монокристаллической форме является не прямозонным полупроводником. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре составляет 1,12 эВ, а при Т = 0 К составляет 1,21 эВ. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при нормальных условиях составляет порядка 1,5·10¹⁰ см^?3.

На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем примеси. Для получения кристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят атомы элементов III-й группы, таких как бор, алюминий, галлий, индий). Для получения кристаллов кремния с электронной проводимостью в кремний вводят атомы элементов V-й группы, таких как фосфор, мышьяк, сурьма. (рис. 3)

Рисунок 3. Кристаллы и пластины кремния для производства полупроводниковых приборов

При создании электронных приборов на основе кремния задействуется преимущественно приповерхностный слой материала (до десятков микрон), поэтому качество поверхности кристалла может оказывать существенное влияние на электрофизические свойства кремния и, соответственно свойства готового прибора. При создании некоторых приборов используются приёмы связанные с модификацией поверхности, например, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами.

1. Диэлектрическая проницаемость: 12

2. Подвижность электронов: 1300-1450 смІ/(в·c).

3. Подвижность дырок: 500 смІ/(в·c).

4. Ширина запрещенной зоны 1,205-2,84·10^-4 ·T

5. Продолжительность жизни электрона: 5 нс - 10 мс

6. Длина свободного пробега электрона: порядка 0,1 см

7. Длина свободного пробега дырки: порядка 0,02 - 0,06 см

4. Способ получения кремния путем восстановления тетрохлорида кремния цинком

Первый промышленный процесс получения кремния полупроводниковой степени чистоты заключался в восстановлении тетрахлорида кремния цинком [3].

Рисунок 4. Схема аппарата для получения высокочистого кремния цинкотермическим методом: 1 - испаритель SiCl4; 2 - испаритель цинка; 3 - кварцевый реактор; 4 - силитовая печь; 5 - конденсатор ZnCl2

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. Схема установки, используемой для этого процесса, показана на?рис. 4.

Цинк и тетрахлорид кремния испаряются в отдельных испарителях; далее пары примерно в стехиометрическом соотношении поступают в реактор. Поскольку тетрахлорид кремния при комнатной температуре находится в жидком состоянии, его количество?может контролироваться обычными расходомерами и?регулироваться кранами. Регулирование расхода цинка,?имеющего высокую точку плавления, представляет?более сложную задачу. Один из способов заключается?в подаче жидкого цинка в капельный испаритель. 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. Обычно температура?процесса лежит в пределах 900-И00°С, наиболее?предпочтительна 950-1000°С.

Реактор и подводящие?трубопроводы изготовляются из плавленого кварца. Выделяющийся кремний осаждается в форме дендритовили игл на стенках реактора

Продукты реакции и непрореагировавшие компоненты конденсируются, из них?извлекается цинк. Кремниевые иглы травятся в соляной кислоте для удаления оставшегося цинка. По окончании процесса испарители и трубопроводы?очищаются от цинка продувкой азотом. Поскольку полученный цинкотермическим процессом порошок кремния имеет игольчатые частицы и обладает большой удельной поверхностью, необходимо перед загрузкой?порошка в установку для вытягивания кристаллов привести его в компактную форму.

Некоторые технологические данные процесса:



Размеры реактора, мм:	Диаметр длина	200 2000
Температура, °С:	стенок реактора газовой смеси	950 950
Продолжительность цикла, 40 ч. ?40
Расход на цикл, кг:	цинка тетрахлорида кремния	66 128
Выход кремния за цикл, 7 кг.

Полагают, что основная причина, уменьшающая выход кремния в цинкотермическом процессе, -- восстановление тетрахлорида в газовом потоке, а не на стенках реактора. В таких условиях выделяющийся порошкообразный кремний уносится потоком газа из реактора?и теряется. Чтобы устранить это явление, необходимо?вводить реагенты в реактор в направлении вдоль стенок?так, чтобы турбулентное движение газов было сведено?до минимума 1. Несмотря на тщательную очистку исходных материалов перед подачей их в реактор, в них все-таки остаются примеси, переходящие в осаждаемый кремний.?Однако, пользуясь тем, что температура восстановления?или термического разложения многих хлоридов лежит?ниже температуры процесса восстановления тетрахлорида кремния, установку обнажают дополнительными?реакторами, в которых происходит выделение примесей.

В одном из таких устройств основной реактор разделен на две половины, размеры и температура в которых подобраны таким образом, что около 10% кремния осаждается в первой камере. В другом варианте исходные реагенты поступают в два параллельных дополнительных реактора, в одном из которых по отношению к стехиометрии имеется избыток цинка, а в другом --?тетрахлорида 2. Для повышения чистоты кремния, получаемого цинкотермическим процессом, предлагалось?пропускать тетрахлорид кремния над нагретым кремнием или расплавленным цинком.

В США цинкотермический процесс полностью выяснен различными методами водородного восстановления.

5. Соединения кремния и их свойства

Самая выдающаяся черта химии кремния - это преобладание в ней очень стойких кислородных соединений. [18] Все другие его соединения не только нестойки, но и редки в земных условиях; вообще они образуются и бывают устойчивы лишь при совершенно особых условиях: при отсутствии кислорода и воды. До сих пор в лабораториях получено не больше нескольких сотен таких кремневых соединений [19], много меньше числа природных силикатов. [12] Подобно углероду, кремний с кислородом образует два соединения: SiO и . Монооксид SiO в природе не встречается. Область термодинамической стабильности этого соединения лежит при высоких температурах, когда он находится в парообразном состоянии. Получить SiO можно восстановлением при 1350-1500°С:

Быстрым охлаждением (закалкой) паров SiO получают его в твердом состоянии. При медленном охлаждении SiO диспропорционирует.

Твердый оксид SiO представляет собой порошок темно-желтого цвета. Он не проводит электрического тока и является прекрасным изоляционным материалом. SiO медленно окисляется кислородом воздуха и легко растворяется в щелочах:

т.е. проявляет восстановительные свойства. Диоксид - наиболее характерное и устойчивое кислородное соединение кремния. Он образует три кристаллические модификации: кварц, тридимит и кристобалит. [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 2p-электронных пар атомов кислорода. [20]

Недавно были получены новые модификации - стишовит и коусит. Последние получаются только под высоким давлением, а при нормальных условиях в метастабильном состоянии могут существовать неограниченно долго (как алмаз). Часто встречающаяся разновидность кварца в природе - горный хрусталь. Окрашенные разновидности кварца: марион (черный), топаз (дымчатый), аметист (фиолетовый), цитрин (желтый). Описаны также волокнистые модификации (халцедон и кварцин). Кроме того, на дне морей и океанов из водорослей и инфузорий образуется аморфный . В целом диоксид кремния - самый распространенный оксид в земной коре. Кварц, тридимит и кристобалит могут превращаться друг в друга, однако эти переходы сильно заторможены. Вследствие этого тридимит и кристобалит, несмотря на свою термодинамическую нестабильность, могут неограниченное время сохраняться при комнатной температуре и существовать в природе в виде самостоятельных минералов. Каждая из этих кристаллических модификаций, в свою очередь, может находиться в виде двух или большего числа взаимно превращающихся форм, из которых б-форма устойчива при комнатной, а в-форма - при более высокой температуре. Устойчивая при высокой температуре модификация - в-кристобалит - плавится при 1723°С. При быстром охлаждении расплавленного кремнезема образуется стекло.

Различные кристаллические модификации , как и безводный аморфный кремнезем, представляют собой неорганические гетероцепные полимеры. Во всех формах (кроме стешовита) структурным мотивом является кремнекислородный тетраэдр. Несмотря на одинаковый способ сочленения структурных мотивов [], их пространственное расположение для различных модификаций различно. Поэтому, например, в-кристобалит имеет кубическую решетку, а в-тридимит - гексагональную. Между этими структурами такая же разница, как между сфалеритом и вюрцитом. Наиболее плотная модификация (стишовит) характеризуется необычной для кислородных соединений кремния координацией атомов. Здесь каждый атом кремния окружен шестью атомами кислорода. Поэтому структура стишовита образована сочетанием кремнекислородных октаэдров [].

Химическая активность модификаций возрастает от кварца к кристобалиту и особенно кремнезему, полученному обезвоживанием геля кремниевой кислоты. Фтор, газообразный HF и плавиковая кислота энергично взаимодействуют с :

В первой реакции фтор вытесняет кислород из оксида кремния. Обе реакции протекают потому, что тетрафторид кремния - более прочное соединение, чем диоксид. Энтальпия образования последнего -910,9, а для Д=-1614,9 кДж/моль.

Кроме того, эти процессы сопровождаются возрастанием энтропии (слева - твердое вещество и газ, а справа - два газа). Поэтому свободная энергия Гиббса в результате этих взаимодействий сильно уменьшается.

В воде практически нерастворим. Не действуют на него кислоты и царская водка. 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. Химические свойства кварцевого стекла практически такие же, как и кристаллического .

Поскольку нерастворим в воде, кремниевую кислоту получают косвенным путем:

Образующаяся кремниевая кислота выделяется из раствора в виде студенистого осадка или остается в растворе в коллоидном состоянии. Состав ее отвечает со значениями и , меняющимися в зависимости от условий. Кислота с =1 и =1 называется метакремниевой , а у ортокремниевой =2. Все кислоты, для которых >1, называются поликремниевыми. В свободном состоянии эти кислоты выделить не удается. Их состав определяется по солям - силикатам. Все кремниевые кислоты очень слабые. Так, имеет 10. Поэтому растворимые в воде силикаты сильно гидролизованы:



Частично обезвоженная студнеобразная кремниевая кислота представляет собой твердую белую очень пористую массу, называемую силикагелем. Он обладает высокой адсорбционной способностью и энергично поглощает воду, масла, эфиры и т.д.

Водородные соединения кремния - кремневодороды или силаны - получают действием кислот на силициды активных металлов, например

Наряду с моносиланом выделяются водород и полисиланы, вплоть до гексасилана. Содержание других кремневодородов в продуктах разложения силицида магния закономерно увеличивается по мере уменьшения их молекулярной массы.

По структуре и физическим свойствам силаны похожи на углеводороды гомологического ряда метана. Известны все гомологи моносилана, вплоть до октасилана . Для получения практически наиболее важного моносилана используют реакции восстановления галогенидов кремния водородом или алюмогидридом лития:

Все силаны имеют характерный неприятный запах и токсичны. По сравнению с углеводородами силаны характеризуются большей плотностью и более высокими температурами плавления и кипения, но термически менее стойки. По химическим свойствам сильно резко отличаются от представителей гомологического ряда метана и напоминают бораны (диагональное сходство с бором).

Они легко окисляются на воздухе, т.е. являются восстановителями:

Силаны восстанавливают до , производные Fe(+3) до Fe(+2). Кроме того, что для силанов характерен гидролиз. В присутствии следов кислот и особенно щелочей силаны разрушаются:

Образование в процессе гидролиза силанов кремнезема или силикатов указывает на кислотную природу силанов.

Для кремния известны также немногие представители непредельных кремневодородов типа полисиленовиполисилинов. Все они - твердые вещества, неустойчивые к нагреванию и исключительно реакционноспособные. Они самовоспламеняются на воздухе и нацело разлагаются водой.

Галогениды кремния могут быть получены синтезом из простых веществ. Все они энергично взаимодействуют с водой:

Для фторида реакция обратима (поэтому растворяется в HF), а для остальных галогенидов - практически полностью смещена вправо. При нагревании галогенидов с кремнием выше 1000°С протекает реакция образования дигалогенидов: , которые при охлаждении диспропорционируют с выделением кремния. Эту реакцию можно использовать как транспортную для получения кремния высокой чистоты.

Из галогенидов кремния наибольшее значение имеют ,и . Тетрахлорид кремния получают при хлорировании смеси угля и кварцевого песка (600-700°С):

Значительные количества в качестве побочного продукта улавливаются на суперфосфатных производствах, работающих на апатитовом сырье. Кроме того, он может быть получен нагреванием смеси кварцевого песка, фторида кальция и серной кислоты:

Тетрафторид кремния, присоединяя две формульные единицы HF, переходит в кремнефтористоводородную (гексафторкремниевую) кислоту:

В индивидуальном состоянии не выделена, по силе близка к серной кислоте. Соли ее - гексафторосиликаты - при нагревании разлагаются на и фториды металлов. В октаэдрической структуре ионов кремний находится в состоянии -гибридизации и его координационное число 6. Для других галогенов соединения аналогично состава неизвестны.

Трихлорсилан (или силикохлороформ) получают пропусканием тока сухого хлороводорода над кремнием (400-500°С). На воздухе он не воспламеняется, но горит при поджигании. Аналогичные трихлорсилану соединения кремния известны и для других галогенов. При восстановлении трихлорсилана получают кремний высокой чистоты. [4]

Соединения с другими неметаллами

Дисульфид кремния получается при непосредственном взаимодействии компонентов. Образуется дисульфид также вытеснением кремнием водорода из в отсутствие воздуха при 1300°С:

Дисульфид кремния - белые шелковистые кристаллы. Водой дисульфид кремния разлагается на и . Известны также моносульфид кремния SiS. Он получается восстановлением дисульфида в вакууме при 900°С. Моносульфид представляет собой полимерные игольчатые кристаллы, разлагающиеся водой:

Нитрид кремния получают либо взаимодействием компонентов (при температуре выше 1300°С), либо из и . В последнем случае в качестве промежуточного продукта образуется имид кремния , который в процессе термического разложения превращается в нитрид:

Бесцветные кристаллы отличаются большой химической стойкостью. До 1000°С на него не действуют кислород, водород и водяной пар. Он не растворяется в кислотах и растворах щелочей. Только расплавы щелочей и горячая концентрированная плавиковая кислота медленно его разлагают.

Из соединений кремния с фосфором наиболее известны моно- и дифосфид: SiP и . Они получаются непосредственным взаимодействием компонентов в нужных стехиометрических количествах, отличаются химической стойкостью. Аналогичный состав имеют и арсениды кремния. [4]



Заключение

Кремний - это один из наиболее распространенных элементов на нашей планете. 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. Горный хрусталь применяют при изготовлении ювелирных изделий. Кристаллы кварца используют в кварцевых резонаторах, в электронных часах. Кремнийорганические соединения используются в медицине в качестве протезов и различных наполнителей, при производстве эластичных материалов и изделий, в том числе и бытового назначения.

В промышленности для получения особо чистого кремния технический кремний переводят в летучие производные, которые легко очищаются перегонкой, ректификацией, глубоким охлаждением. Такими соединениями кремния являются тетрахлорид , трихлорсилан и моносилан. На втором этапе очищенные соединения кремния восстанавливают водородом или используют термический распад.

При осуществлении синтеза кремния восстановлением оксида кремния магнием в лаборатории, был получен аморфный кремний в виде серого порошка.

Таким образом, путь от первого порошкообразного кремния до современного особо чистого монокристалла с ничтожной концентрацией дефектов - это революция в химии гомоатомных соединений кремния, стимулированная развитием техники.



Список используемой литературы

1. Гринвуд Н. Химия элементов: в 2 томах - М.: БИНОМ, 2008.c.310

2. Реми Г. Курс неорганической химии. - М., 1963. с.512,513-514

3. Рохов Е.Д. Мир кремния. - М.: Химия,1990. с.31

4. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 2000.

с.369-377

5. Химический энциклопедический словарь. Под ред. Кнунянц И.Л. - М.: Советская энциклопедия, 1983. с.283

6. F.Clarke a. H.Washington. The composition of the Earth's crust, W., 1924 (“U.S.Geol. Surv. Prof. Paper”, 127)

7. A.Lacroix. Les tektites, “Archives du Museum d'Hist.Nat.”, P., 1932

8. Вернадский В. Биосфера. - Л., 1926. с. 13

9. C.Payne. “Proc. Nat. Acad. Washington”, XI, p. 192, W., 1922.

10. Ферсман А. Химические элементы Земли и космоса. - Л., 1924. с.146

11. Вернадский В.И. Труды по геохимии. - М.: Наука, 1994.с.237

12. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 2000. с.375,382-384

13. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Часть I. - М.: МГУ, 1991. с.177,173

14. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ. - М.: Химия, 2000. с.110

15. Некрасов Б.В. Основы общей химии. - М.: Химия, 1973. с.583

16. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. - С.-Петербург: Химия, 1995. с.385

17. Руководство к лабораторным работам по общей и неорганической химии. Под ред. проф. Ф.Я.Кульба. - Л.: Химия, 1976. с.200

18. A.Stock. “Zeitschr. f. Electroch.”, 32, S. 347, B., 1926.

19. J.Mellor. A compr. treatise on inorgan. Chemistry, VI, 1, 19.

20. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высшая школа, 2000. с.401

21. Lyon D. W., Olson С. М., Lewis Е. D. J. Electrochem.?Soc., 1949, v. 96, p. 359--363.

Размещено на Allbest.ru

...