Кремний (si)

[silicon, silicium] - эл-нт IV группы Периодич. системы; ат. н. 14; ат. м. 28,086. В природе эл-т представлен тремя стабильными изотопами: 2 Si (92,27 %), 29Si (4,68 %), 3"Si (3,05 %). Впервые эл-тарный Si получил в 1825 г. швед, химик И. Я. Берцели-ус восстановл. SiF4 металлич. калием. По распространен, в земной коре Si — второй (после О2). эл-т, его ср. содерж. в литосфере 29,5 мае. % Ок. 12 % литосферы составляет кремнезем в форме минерала кварцита и его разновидностей. 75 % литосферы слагают силикаты и алюмосиликаты (полевые шпаты, слюды, амфиболы и т.д.). Общее число минералов, содержащих кремнезем, > 400. Si образует темно-серые с металлич. блеском кристаллы с ГЦК решеткой, а = 543,1 пм; у = 2,33 г/см3; Г, = 1417 'С; /кш| = 2600 °С; «м-.оо-с = 80° ДЖ/(КГ • К), Х25.с = 84+126 Вт/ /(м • К); <х = 2,33 • 10^ К"1 (ниже 120 К а < < 0); Si диамагнитен, ат. магн. восприимчивость - 0,13 • 10~6; ИВ = 2,4 ГПа, Е = 1,089 Па. Si хрупкий материал; заметная пластичность проявл. при деформации,выше 800 °С. Si — полупроводник; уд. объемное электросопротивление р2(гс = 2,3 кОм • м. В соединениях Si (аналогично С) 4-валентен. Однако в отличие от углерода Si наряду с КЧ 4 имеет тж. КЧ = 6. Большая энергия связи с кислородом Si—О, равная 464 кДж/моль, обус-ловлив. стойкость его кислородных соедин. (SiO2 и силикатов). На воздухе Si благодаря образованию защ. оксидной пленки устойчив даже при повыш. темп-pax. В кислороде окисляется при нагрев. > 400 °С, образуя SiO2. Известен тж. SiO, устойч. при вые. темп-pax в виде газа. Si устойчив к кислотам и р-ряется только в смеси HNO3 + HF; легко р-ряется в горячих р-рах щелочей с выделением водорода. Н2 непосред. не реагирует с Si. С азотом Si реагирует при > 500 °С, образуя нитрид Si3N4, не окисляющийся даже при 1200 °С, стойкий по отнош. к кислотам (кроме HNO3) и щелочам, а тж. к расплавл. металлам и шлакам, что делает его ценным материалом для химич. промышл-ти, произ-ва огнеупоров и др. Высокой тв., термич. и химич. стойкостью отлич. соединения Si с углеродом (карбид SiC) и с бором (SiB3, SiB6, SiB12). Si образует соединения почти со всеми металлами — силициды (не обнаружены соединения только с Bi, Tl, Pb, Hg). Силициды отличаются вые. тв. и тугоплавкостью; наиб, практич. значение из полученных > 250 силицидов имеет ферросилиций (раскисли-тель и легир. добавка при выплавке сталей и сплавов) и MoSi2 (нагреватели электропечей, лопатки газовых турбин и т.д.). Si тех-нич. чистоты (95—98 %) получают в элект-рич. дуговых печах восстановл. SiO2. Чистый полупроводник. Si получают в двух видах: по-ликристаллич. (восстановлением SiCl4 или SiHCL, цинком или водородом, термич. разложением SiI4 и SiH4) и монокристаллич. (бестигельной зонной плавкой и вытягиванием монокристалла из расплава Si — метод Чох-ральского).
Si широко примем, в разных отраслях промышл-ти, осн. из к-рых — ЧМ и ЦМ, стекольная, электротехнич. и др. В металлургии Si используется как одна из осн. раскисл, и легир. добавок (преимущ. в виде ферросплавов) при выплавке сталей и сплавов на основе Fe и цв. металлов, а тж. в кач-ве осн. сырья (в виде кремнезема и силикатов) в огнеупорной промышл-ти. Обычно легир. Si повышает прочность, корроз. стойкость, литейные и нек-рые др. свойства сталей и сплавов. Однако при большом содержании Si может вызвать их хрупкость. Наиб, широко ис-польз. сплавы на основе Fe, Си и А1, содержащие Si. Спец. легир. Si широко применяется как материал для полупроводник, приборов (транзисторы, силовые выпрямители тока, диоды и т.п.). Все большее кол-во Si идет на синтез кремнийорганич. соединений и силицидов. Кремнезем и многие силикаты (глины, полевые шпаты, гальки и др.) перерабатываются в стекольной, цементной, кера-мич., электротехнич. и др. отраслях промышл-сти):
кристаллический кремний [silicon metal] — к. технич. чистоты (96—99 % Si), получаемый в рудовосстановит. электропечах мощностью
от 7,0 до 23 МВА восстановл. кварцита углеродистыми восстановителями (древесный уголь, нефтяной кокс, угольные электроды и др.):