История открытия кремния и его роль в природе, физические и химические свойства

Кремний – самый распространенный после кислорода химический элемент, занимающий почти четверть состава земной коры. Его относят к промежуточным веществам, способным в одинаковой степени реагировать с металлами и с неметаллами.

История открытия

Несмотря на то, что соединения кремния использовались людьми с незапамятных времен, чистое вещество было выявлено только в начале ХІХ века. Первыми, кому удалось его получить, стали химики Тенар и Гей-Люссак. Они обратили внимание на то, что при нагревании смеси металлического калия с фторидом кремния, появлялось новое вещество, имеющее темно-коричневый оттенок. Однако они не смогли понять, что им удалось совершить важное открытие.

Открыт кремний, как химический элемент, был в 1824 году шведским ученым Берцелиусом, который дал ему название «силиций».

Химический элемент в таблице Менделеева

В периодической системе Менделеева этот химический элемент имеет 14-й порядковый номер. Он занимает главную подгруппу 4 группы, ІІІ период. Силиций – типичный неметалл, способный выступать как окислителем, так и восстановителем. Его относительная атомная масса – 28.

На внешней оболочке расположено 4 собственных, а также 4 заимствованных у других атомов электрона, которые принимают участие в ковалентных связях. А так как свободных электронов, способных создавать проводимость, у силиция нет, его называют идеальным изолятором.

Строение атома

Положительно заряженное ядро атома силиция состоит из 14 нейтронов и такого же количества протонов. Вокруг ядра на 3 орбитах размещены электроны кремния:

2 на первой;
8 на второй;
4 на третей.

Физические свойства

Существует 2 аллотропные формы, от которых зависят свойства атома кремния:

Аморфная. Представляет собой порошок темно-коричневого оттенка. Такой силиций активно реагирует со многими веществами.
Кристаллическая. Отличается темно-серым оттенком. Вещество достаточно хрупкое, несмотря на алмазоподобную кристаллическую решетку. Это связано с тем, что связь между двумя атомами слишком длинная. Эта форма силиция признана отличным полупроводником.

К основным физическим свойствам этого химического элемента стоит отнести:

твердость – 7 по шкале Мооса;
плотность – 2,33 г/см³ при нормальных условиях;
температура плавления – на уровне 1414 градусов по Цельсию;
температура кипения – равняется 3265 градусов по Цельсию;
удельная теплоемкость — 800 Дж/(кг·К) при температуре не превышающей 100 градусов по Цельсию.

Этот химический элемент является полупроводником, сопротивление которого снижается при увеличении температуры. На его электрические свойства способны оказывать влияние примеси.

Химические свойства

Из-за того, что на открытом воздухе на поверхности вещества образуется тонкая оксидная пленка (оксид кремния), при обычных условиях этот элемент инертный. Лучше всего он реагирует с фтором, также может быстро прореагировать с углеродом и кислородом.

Известно также вещество H2SiO3 или кислота кремния. Ее особенность заключается в том, что она не растворимая, но при этом проявляется все свойства, характерные для других кислот.

Кислота силиция способна реагировать с:

различными солями;
основаниями;
основными оксидами.

Кремний в природе

Около 25% литосферы Земли состоит из этого химического элемента и его соединений (кремень, песок, слюда и т. д.). В морской воде содержится около 3 мг/л кремния. Так же известно более 400 различных минералов, которые его содержат. Самые распространенные из них:

яшма;
агат;
халцедон.

В человеческом организме силиций также присутствует в костях, лимфоузлах, трахее, коже, волосах, аорте. Этот химический элемент принимает активное участие в процессе роста костной, соединительной тканей, придает кровеносным сосудам эластичность.

Применение

Кремний и его соединения нашли широкое применение в различных отраслях промышленности:

Электротехника, где из него делают диоды, фотоэлементы, транзисторы.
Металлургия. Здесь технический кремний используют в качестве модификатора сплавов (для придания прочности), раскислителя (при производстве чугуна) или компонента (при производстве бронзы).
Солнечная энергетика, где используют очищенный или сверхчистый металлургический силиций.
Ювелирное дело. Используют кристаллические разновидности – аметист, агат и другие.
Строительство, где активно применяют песок, силикаты, герметики на основе этого вещества.
Приборостроение, где используется карбид – соединение кремния с углеродом. Здесь же соединения с этим химическим элементом используют вместо абразива, благодаря его плотности, высокой прочности.
Производство стекла, фаянса, керамики.

Кремний – химический элемент, который нашел широкое использование в разных отраслях. Начиная от электротехники и солнечной энергетики, заканчивая ювелирным делом и производством посуды. Этим он обязан своим уникальным физическим и химическим свойствам.

Может вы знаете еще какие-то интересные факты о кремние? Напишите о них в комментариях. Поделитесь статьей в социальных сетях и сохраните ее в закладках, чтобы не потерять.

Также рекомендуем посмотреть подобранные видео по нашей теме.

Органическая химия просто и понятно — эксперименты с кремнием, химические реакции и лайфхаки в видео.

Кремний — самый умный элемент на земле!

Химические свойства кремния – ЕГЭ по химии.

Источники:

http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/vspomogatelnyie-veshhestva/kremniy.html#i-4
http://www.mining-enc.ru/k/kremnij-/
https://сезоны-года.рф/кремний.html