El silicio es uno de los elementos más demandados en la tecnología y la industria. Esto se debe a sus propiedades inusuales. Hoy en día, hay muchos compuestos diferentes de este elemento que juegan un papel importante en la síntesis y creación de productos técnicos, platos, vidrio, equipos, materiales de construcción y acabado, joyería y otras industrias.
Características generales del silicio
Si consideramos la posición del silicio en el sistema periódico, podemos decir esto:
- Ubicado en el grupo IV del subgrupo principal.
- Número ordinal 14.
- Masa atómica 28, 086.
- Símbolo químico Si.
- Nombre - silicio, o en latín - silicium.
- Configuración electrónica de la capa exterior 4e:2e:8e.
La red cristalina de silicio es similar a la del diamante. Los átomos se ubican en los nodos, su tipo es cúbico centrado en las caras. Sin embargo, debido a la mayor longitud del enlace, las propiedades físicas del silicio son muy diferentes de las de la modificación alotrópica del carbono.
Propiedades físicas y químicas
Hay dosmodificaciones alotrópicas de este elemento: amorfo y cristalino. Ellos son muy similares. Sin embargo, como ocurre con otras sustancias, la principal diferencia entre ellas es la red cristalina de silicio.
En este caso, ambas modificaciones son polvos de diferentes colores.
1. El silicio cristalino es un polvo similar al metal gris oscuro brillante. Su estructura corresponde al diamante, pero las propiedades son diferentes. El tiene:
- fragilidad;
- baja dureza;
- propiedades de los semiconductores;
- punto de fusión 14150C;
- 2,33 g/cm3;
- punto de ebullición 27000C.
Su actividad química es baja en comparación con otras formas alotrópicas.
2. Silicio amorfo - polvo marrón-marrón, tiene la estructura de un diamante muy desordenado. La actividad química es bastante alta.
En general, cabe señalar que al silicio no le gusta reaccionar. Para que reaccione, necesita una temperatura de al menos 400-5000C. Bajo estas condiciones, se forman varios compuestos químicos de silicio. Tales como:
- óxidos;
- haluros;
- siliciuros;
- nitruros;
- boruros;
- carburos.
Posible interacción del silicio con ácido nítrico o álcali, lo que se denomina proceso de grabado. Los compuestos orgánicos de silicio están muy extendidos y son cada vez más comunes en la actualidad.
Estar en la naturaleza
El silicio se encuentra en la naturaleza en una cantidad bastante significativa. Ocupa el segundo lugar después del oxígeno en términos de prevalencia. Su fracción de masa es de alrededor del 30%. El agua de mar también contiene este elemento en una concentración aproximada de 3 mg/l. Por lo tanto, no se puede decir que el silicio sea un elemento raro en la naturaleza.
Por el contrario, hay muchas rocas y minerales diferentes en los que se encuentra y de los que se puede extraer. Los compuestos de silicio natural más comunes son los siguientes:
- Sílice. La fórmula química es SiO2. Hay una variedad bastante grande de formas de minerales y rocas a base de él: arena, pedernal, feldespato, cuarzo, cristal de roca, amatista, calcedonia, cornalina, ópalo, jaspe y otros.
- Silicatos y aluminosilicatos. Caolín, espatos, mica, sales de ácido silícico, amianto, talco.
Por lo tanto, el silicio está ampliamente distribuido en la naturaleza, y sus compuestos son populares y demandados entre las personas para aplicaciones técnicas.
Silicio y sus compuestos
Dado que el elemento en cuestión no puede existir en su forma pura, sus diversos compuestos son importantes. Desde un punto de vista químico, puede presentar tres estados de oxidación: +2, +4, -4. Partiendo de esto, así como de su inercia, pero especial en la estructura de la red cristalina, forma los siguientes tipos principales de sustancias:
- compuestos binarios con no metales (silano, carburo, nitruro, fosfuro, etc.;
- óxidos;
- silicioácido;
- silicatos metálicos.
Echemos un vistazo más de cerca a la importancia del silicio y sus compuestos, que son los más comunes y demandados por las personas.
Óxidos de silicio
Hay dos variedades de esta sustancia, expresadas por las fórmulas:
- SiO;
- SiO2.
Sin embargo, el más difundido es el dióxido. Existe en la naturaleza en forma de piedras semipreciosas muy hermosas:
- ágata;
- calcedonia;
- ópalo;
- cornalina;
- jaspe;
- amatista;
- pedrería.
El uso del silicio en esta forma ha encontrado su aplicación en la fabricación de joyas. Se hacen joyas de oro y plata increíblemente hermosas con estas piedras semipreciosas y semipreciosas.
Algunas variaciones más del dióxido de silicio:
- cuarzo;
- arena de río y cuarzo;
- pedernal;
- feldespatos.
El uso de silicio en estos tipos se implementa en trabajos de construcción, ingeniería, radioelectrónica, industria química y metalurgia. Juntos, los óxidos enumerados pertenecen a una sola sustancia: sílice.
El carburo de silicio y sus aplicaciones
El silicio y sus compuestos son los materiales del futuro y del presente. Uno de estos materiales es el carborundo o el carburo de este elemento. Fórmula química de SiC. Ocurre naturalmente como el mineral moissanite.
En su forma pura, el compuesto de carbono y silicio es hermosocristales transparentes que se asemejan a estructuras de diamante. Sin embargo, las sustancias de color verde y negro se utilizan con fines técnicos.
Las principales características de esta sustancia, que permiten su uso en metalurgia, ingeniería, industria química, son las siguientes:
- semiconductor de gran separación;
- muy alta resistencia (7 en la escala de Mohs);
- resistente a altas temperaturas;
- excelente resistencia eléctrica y conductividad térmica.
Todo esto hace posible el uso del carborundo como material abrasivo en metalurgia y síntesis química. Y también sobre esta base para producir LED de amplio espectro, piezas para hornos de fundición de vidrio, boquillas, antorchas, joyas (la moissanita se valora más que la zirconia cúbica).
Silan y su significado
El compuesto de hidrógeno del silicio se llama silano y no se puede obtener por síntesis directa a partir de materiales de partida. Para su obtención se utilizan siliciuros de varios metales, que se tratan con ácidos. Como resultado, se libera silano gaseoso y se forma una sal metálica.
Curiosamente, la conexión en cuestión nunca se forma sola. Siempre como resultado de la reacción, se obtiene una mezcla de mono-, di- y trisilano, en la que los átomos de silicio están interconectados en cadenas.
Por sus propiedades, estos compuestos son fuertes agentes reductores. Al mismo tiempo, ellos mismos se oxidan fácilmente con oxígeno, a veces con una explosión. Con los halógenos, las reacciones son siempre violentas, con una gran emisiónenergía.
Las aplicaciones de los silanos son las siguientes:
- Reacciones de síntesis orgánica, que dan como resultado la formación de importantes compuestos orgánicos de silicio: siliconas, cauchos, selladores, lubricantes, emulsiones y otros.
- Microelectrónica (monitores LCD, circuitos técnicos integrados, etc.).
- Obtención de polisilicio ultrapuro.
- Odontología con prótesis.
Por lo tanto, la importancia de los silanos en el mundo moderno es alta.
Ácido silícico y silicatos
El hidróxido del elemento en cuestión son diferentes ácidos silícicos. Destacar:
- meta;
- orto;
- ácidos polisilícicos y otros.
Todos ellos están unidos por propiedades comunes: extrema inestabilidad en el estado libre. Se descomponen fácilmente bajo la influencia de la temperatura. En condiciones normales, no existen por mucho tiempo, convirtiéndose primero en un sol y luego en un gel. Después del secado, tales estructuras se denominan geles de sílice. Se utilizan como adsorbentes en filtros.
Importantes, desde el punto de vista de la industria, son las sales de ácidos silícicos - silicatos. Subyacen a la producción de sustancias como:
- vaso;
- hormigón;
- cemento;
- zeolita;
- caolín;
- porcelana;
- loza;
- cristal;
- cerámica.
Los silicatos de metales alcalinos son solubles, todos los demás no lo son. Por lo tanto, el silicato de sodio y potasio se llama vidrio líquido. Pegamento de oficina común: esto es sodiosal de ácido silícico.
Pero los compuestos más interesantes siguen siendo los vidrios. ¡No importa cuántas variantes de esta sustancia se les ocurrieran! Hoy obtienen opciones de color, ópticas, mate. La cristalería llama la atención por su esplendor y variedad. Al agregar ciertos óxidos metálicos y no metálicos a la mezcla, se puede producir una amplia variedad de tipos de vidrio. A veces, incluso la misma composición, pero un porcentaje diferente de los componentes conduce a una diferencia en las propiedades de la sustancia. Un ejemplo es la porcelana y loza, cuya fórmula es SiO2AL2O3 K 2O.
El vidrio de cuarzo es una forma de producto muy puro cuya composición se describe como dióxido de silicio.
Descubrimientos en compuestos de silicio
Durante los últimos años de investigación, se ha demostrado que el silicio y sus compuestos son los participantes más importantes en el estado normal de los organismos vivos. Con carencia o exceso de este elemento, enfermedades como:
- cáncer;
- tuberculosis;
- artritis;
- catarata;
- lepra;
- disentería;
- reumatismo;
- hepatitis y otros.
El proceso de envejecimiento en sí también está asociado con el contenido cuantitativo de silicio. Numerosos experimentos en mamíferos han demostrado que con la f alta de un elemento, se producen infartos, derrames cerebrales, cáncer y se activa el virus de la hepatitis.
