Räni ja süsiniku ning nende ühendite füüsikalised ja keemilised omadused. Süsiniku ja räni keemilised omadused

Räni kirjeldus ja omadused

Räni on element, neljas rühm, kolmas periood elementide tabelis. Aatomnumber 14. räni valem— 3s2 3p2. Määratleti elemendina 1811. aastal ja 1834. aastal sai endise "sitsiilia" asemel venekeelse nime "räni". Sulab temperatuuril 1414 °C, keeb temperatuuril 2349 °C.

See sarnaneb molekulaarstruktuuriga, kuid on sellest madalam kõvaduse poolest. Üsna rabe, kuumutatud olekus (vähemalt 800ºC) omandab plastilisuse. Valgustatud infrapunavalgusega. Monokristallilisel ränil on pooljuhtomadused. Mõne tunnuse järgi räni aatom sarnane süsiniku aatomistruktuuriga. räni elektronid neil on sama valentsinumber kui süsiniku struktuuris.

töölised räni omadused sõltuvad selles sisalduva teatud sisu sisust. Ränil on erinevat tüüpi juhtivus. Eelkõige on see "auk" ja "elektrooniline" tüüp. Esimese saamiseks lisatakse ränile boori. Kui lisada fosfor, räni omandab teist tüüpi juhtivuse. Kui räni kuumutatakse koos teiste metallidega, tekivad reaktsioonis näiteks spetsiifilised ühendid, mida nimetatakse "silitsiidideks". magneesium-räni«.

Elektroonika vajadusteks kasutatavat räni hinnatakse eelkõige selle ülemiste kihtide omaduste järgi. Seetõttu on vaja pöörata tähelepanu nende kvaliteedile, see kajastub otseselt üldises jõudluses. Valmistatud seadme töö sõltub neist. Ülemiste ränikihtide kõige vastuvõetavama toimivuse saavutamiseks töödeldakse neid erinevate keemiliste meetoditega või kiiritatakse.

Ühend "väävel-räni", moodustab ränisulfiidi, mis suhtleb kergesti vee ja hapnikuga. Hapnikuga reageerimisel temperatuuritingimustel üle 400ºC selgub ränidioksiid. Samal temperatuuril saavad võimalikuks reaktsioonid kloori ja joodi, aga ka broomiga, mille käigus tekivad lenduvad ained - tetrahalogeniidid.

Räni ja vesiniku ühendamine otsese kontakti teel ei toimi, selleks on kaudsed meetodid. Temperatuuril 1000 ºC on võimalik reaktsioon lämmastikuga, aga ka booriga, mille tulemuseks on räninitriid ja räniboriid. Samal temperatuuril saab räni süsinikuga kombineerides toota ränikarbiid, nn karborund. Sellel kompositsioonil on tahke struktuur, keemiline aktiivsus on aeglane. Kasutatakse abrasiivina.

Seoses raud, räni moodustab spetsiaalse segu, mis võimaldab nende elementide sulamist, mis moodustab ferrosilikoonkeraamika. Pealegi on selle sulamistemperatuur palju madalam kui siis, kui need sulatatakse eraldi. Temperatuuril üle 1200ºC hakkab element moodustuma ränioksiid, ka teatud tingimustel selgub ränihüdroksiid. Räni söövitamisel kasutatakse leeliselisi veepõhiseid lahuseid. Nende temperatuur peab olema vähemalt 60ºC.

Maardlad ja räni kaevandamine

Element on planeedil levinumalt teine aine. Räni moodustab ligi kolmandiku maakoore mahust. Ainult hapnik on tavalisem. Seda väljendab valdavalt ränidioksiid – ühend, mille südamikus on ränidioksiidi. Ränidioksiidi peamised derivaadid on tulekivi, erinevad liivad, kvarts ja ka põldliivad. Neile järgnevad räni silikaatühendid. Räni omapära on haruldane nähtus.

Räni pealekandmine

Räni, keemilised omadused mis määravad selle kohaldamisala, jaguneb mitut tüüpi. Vähem puhast räni kasutatakse metallurgilisteks vajadusteks: näiteks lisandite jaoks alumiinium, räni muudab aktiivselt oma omadusi, desoksüdeerijaid jne. See muudab aktiivselt metallide omadusi, lisades neile ühend. Räni sulamid neid, muutes töö omadused, räniüsna väikesest kogusest piisab.

Samuti toodetakse toorränist kõrgema kvaliteediga derivaate, eelkõige mono- ja polükristallilist räni, aga ka räni orgaanilist ainet - need on silikoonid ja erinevad orgaanilised õlid. Samuti leidis see rakendust tsemendi tootmisel ja klaasitööstuses. Ta ei läinud mööda telliste tootmisest, portselani tootvatest tehastest ega saa ka ilma selleta hakkama.

Räni kuulub tuntud silikaatliimi hulka, mida kasutatakse remonditöödel ja varem kasutati seda kontorivajadustes, kuni tekkis praktilisemaid asendusi. Mõned pürotehnilised tooted sisaldavad ka räni. Sellest ja selle rauasulamitest saab vabas õhus vesinikku.

Mis on parem kvaliteet räni? taldrikud päikesepatareide hulka kuulub ka räni, loomulikult mitte tehniline. Nende vajaduste jaoks on vaja ideaalse puhtusastmega räni või vähemalt kõrgeima puhastusastmega tehnilist räni.

nn "elektrooniline räni", mis sisaldab peaaegu 100% räni, on palju parema jõudlusega. Seetõttu eelistatakse seda ülitäpsete elektroonikaseadmete ja keeruliste mikroskeemide tootmisel. Nende valmistamisel on vaja kvaliteetset toodangut. vooluahel, räni mille jaoks peaks minema ainult kõrgeim kategooria. Nende seadmete töö sõltub sellest, kui palju sisaldab räni soovimatud lisandid.

Ränil on looduses oluline koht ja enamik elusolendeid vajab seda pidevalt. Nende jaoks on see omamoodi ehitusühend, sest see on luu- ja lihaskonna tervise seisukohalt äärmiselt oluline. Iga päev neelab inimene kuni 1 g räniühendid.

Kas räni võib olla kahjulik?

Jah, sel põhjusel, et ränidioksiid on väga altid tolmule. Sellel on ärritav toime keha limaskestadele ja see võib aktiivselt koguneda kopsudesse, põhjustades silikoosi. Selleks on ränielementide töötlemisega seotud tootmises respiraatorite kasutamine kohustuslik. Nende olemasolu on eriti oluline ränimonooksiidi puhul.

räni hind

Nagu teate, põhinevad kõik kaasaegsed elektroonikaseadmed telekommunikatsioonist arvutitehnoloogiani räni kasutamisel, kasutades selle pooljuhtomadusi. Selle teisi analooge kasutatakse palju vähemal määral. Räni ja selle derivaatide ainulaadsed omadused on veel palju aastaid konkurentsist väljas. Vaatamata hindade langusele 2001. aastal räni, müük põrkas kiiresti tagasi. Ja juba 2003. aastal ulatus kaubavahetuse käive 24 tuhande tonnini aastas.

Uusimate tehnoloogiate jaoks, mis nõuavad peaaegu kristallselget räni, ei sobi selle tehnilised vasted. Ja tänu oma keerukale puhastussüsteemile tõuseb hind vastavalt oluliselt. Levinud on polükristalliline ränitüüp, selle ühekristalliline prototüüp on mõnevõrra vähem nõutud. Samas moodustab lõviosa käibest räni kasutamise osa pooljuhtides.

Toodete hinnad sõltuvad puhtusest ja otstarbest. räni, osta mis võib alata 10 sendist toortooraine kilogrammi kohta ja kuni 10 dollarist ja rohkem "elektroonilise" räni eest.

Sissejuhatus

2.1.1 +2 oksüdatsiooniaste

2.1.2 +4 oksüdatsiooniaste

2.3 Metallkarbiidid

Peatükk 3. Räniühendid

Bibliograafia

Sissejuhatus

Keemia on üks loodusteaduse harudest, mille teemaks on keemilised elemendid (aatomid), nendest moodustuvad lihtsad ja keerulised ained (molekulid), nende muundumised ja seadused, millele need muundumised alluvad.

Definitsiooni järgi on D.I. Mendelejev (1871), "võib keemiat selle praeguses olekus ... nimetada elementide õpetuseks."

Sõna "keemia" päritolu pole päris selge. Paljud teadlased usuvad, et see pärineb iidsest Egiptuse nimest - Hemia (kreeka keeles Chemia, leitud Plutarchos), mis on tuletatud sõnast "hem" või "hame" - must ja tähendab "must maa teadust" (Egiptus), " Egiptuse teadus".

Kaasaegne keemia on tihedalt seotud nii teiste loodusteadustega kui ka kõigi rahvamajanduse harudega.

Aine liikumise keemilise vormi kvalitatiivne tunnus ja selle üleminekud teistele liikumisvormidele määravad keemiateaduse mitmekülgsuse ja seose teadmiste valdkondadega, mis uurivad nii madalamaid kui ka kõrgemaid liikumisvorme. Aine liikumise keemilise vormi tundmine rikastab üldist õpetust looduse arengust, mateeria evolutsioonist Universumis ning aitab kaasa tervikliku materialistliku maailmapildi kujunemisele. Keemia kokkupuude teiste teadustega tekitab nende vastastikuse läbitungimise konkreetseid valdkondi. Seega on keemia ja füüsika üleminekualad esindatud füüsikalise keemia ja keemilise füüsikaga. Keemia ja bioloogia, keemia ja geoloogia vahele tekkisid erilised piirialad - geokeemia, biokeemia, biogeokeemia, molekulaarbioloogia. Keemia olulisemad seadused on sõnastatud matemaatilises keeles ja teoreetiline keemia ei saa areneda ilma matemaatikata. Keemia on avaldanud ja avaldab mõju filosoofia arengule ning on ise kogenud ja kogeb selle mõju.

Ajalooliselt on välja kujunenud kaks peamist keemiaharu: anorgaaniline keemia, mis uurib eelkõige keemilisi elemente ning nendest tekkivaid lihtsaid ja keerulisi aineid (va süsinikuühendid) ning orgaaniline keemia, mille teemaks on süsiniku ühendid teiste elementidega (orgaanilised). ained).

Kuni 18. sajandi lõpuni tähistasid mõisted "anorgaaniline keemia" ja "orgaaniline keemia" ainult seda, millisest loodus "kuningriigist" (mineraal-, taim- või loom-) teatud ühendeid saadi. Alates 19. sajandist. need terminid on hakanud näitama süsiniku olemasolu või puudumist antud aines. Siis omandasid nad uue, laiema tähenduse. Anorgaaniline keemia puutub kokku eelkõige geokeemiaga ning seejärel mineraloogia ja geoloogiaga, s.o. anorgaanilise looduse teadustega. Orgaaniline keemia on keemia haru, mis uurib mitmesuguseid süsinikuühendeid kuni kõige keerukamate biopolümeersete aineteni. Orgaanilise ja bioorgaanilise keemia kaudu piirneb keemia biokeemiaga ja edasi bioloogiaga, s.t. eluslooduse teaduste tervikuga. Anorgaanilise ja orgaanilise keemia ristmikul on orgaaniliste elementide ühendite ala.

Keemias kujunesid järk-järgult ette ideed aine organiseerituse struktuuritasandite kohta. Aine komplikatsioon, alustades madalaimast, aatomist, läbib molekulaarsete, makromolekulaarsete või kõrgmolekulaarsete ühendite (polümeer), seejärel molekulidevahelise (kompleks, klatraat, kateenan) ja lõpuks mitmekesiste makrostruktuuride (kristall, mitsell) etapi. ) kuni ebamääraste mittestöhhiomeetriliste moodustisteni. Tasapisi tekkisid ja eraldusid ka vastavad erialad: kompleksühendite keemia, polümeerid, kristallkeemia, hajutatud süsteemide ja pinnanähtuste, sulamite uurimine jne.

Füüsikalise keemia aluseks on keemiliste objektide ja nähtuste uurimine füüsikaliste meetoditega, keemiliste muundumiste mustrite kehtestamine, lähtudes füüsika üldpõhimõtetest. See keemiavaldkond hõlmab mitmeid üksteisest sõltumatuid teadusharusid: keemiline termodünaamika, keemiline kineetika, elektrokeemia, kolloidkeemia, kvantkeemia ning molekulide, ioonide, radikaalide struktuuri ja omaduste uurimine, kiirguskeemia, fotokeemia, katalüüs, keemiline tasakaal, lahused jt Analüütiline keemia omandas iseseisva iseloomu , mille meetodeid kasutatakse laialdaselt kõigis keemia ja keemiatööstuse valdkondades. Keemia praktilise rakendamise valdkondades tekkisid sellised teadused ja teadusharud nagu keemiatehnoloogia oma paljude harudega, metallurgia, põllumajanduskeemia, meditsiinikeemia, kohtuekspertiisi keemia jne.

Nagu eespool mainitud, arvestab keemia keemilisi elemente ja nendest moodustunud aineid ning neid muundumisi reguleerivaid seadusi. Ühte neist aspektidest (nimelt ränil ja süsinikul põhinevaid keemilisi ühendeid) käsitlen selles artiklis.

Peatükk 1. Räni ja süsinik – keemilised elemendid

1.1 Süsiniku ja räni tutvustus

Süsinik (C) ja räni (Si) kuuluvad IVA rühma.

Süsinik ei ole väga levinud element. Sellest hoolimata on selle tähtsus tohutu. Süsinik on maapealse elu alus. See on osa looduses väga levinud karbonaatidest (Ca, Zn, Mg, Fe jt), eksisteerib atmosfääris CO 2 kujul, esineb loodusliku söe (amorfse grafiidi), nafta ja loodusliku kujul. gaas, aga ka lihtsad ained (teemant, grafiit).

Räni on maakoores (hapniku järel) suuruselt teine element. Kui süsinik on elu alus, siis räni on maakoore alus. Seda leidub väga erinevates silikaatides (joonis 4) ja aluminosilikaatides, liivas.

Amorfne räni on pruun pulber. Viimast on lihtne saada kristallilises olekus hallide kõvade, kuid üsna rabedate kristallidena. Kristalliline räni on pooljuht.

Tabel 1. Üldised keemilised andmed süsiniku ja räni kohta.

Tavatemperatuuril stabiilse süsiniku modifikatsioon – grafiit – on läbipaistmatu hall rasvane mass. Teemant – kõige kõvem aine maa peal – on värvitu ja läbipaistev. Grafiidi ja teemandi kristallstruktuurid on näidatud joonisel 1.

Joonis 1. Teemandi struktuur (a); grafiidi struktuur (b)

Süsinikul ja ränil on oma spetsiifilised derivaadid.

Tabel 2. Süsiniku ja räni iseloomulikumad derivaadid

1.2 Lihtainete valmistamine, keemilised omadused ja kasutamine

Räni saadakse oksiidide redutseerimisel süsinikuga; et saada pärast redutseerimist eriti puhtas olekus, viiakse aine tetrakloriidiks ja redutseeritakse uuesti (vesinikuga). Seejärel sulatatakse see valuplokkideks ja puhastatakse tsoonisulatamise teel. Metallist valuplokki kuumutatakse ühest otsast nii, et sellesse tekib sulametalli tsoon. Kui tsoon liigub valuploki teise otsa, eemaldatakse sulas metallis paremini kui tahkes lahustuv lisand ja seeläbi metall puhastatakse.

Süsinik on inertne, kuid väga kõrgel temperatuuril (amorfses olekus) interakteerub enamiku metallidega, moodustades tahkeid lahuseid või karbiide (CaC 2, Fe 3 C jne), aga ka paljude metalloididega, näiteks:

2C + Ca \u003d CaC 2, C + 3Fe \u003d Fe 3 C,

Räni on reaktiivsem. See reageerib fluoriga juba tavalisel temperatuuril: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Ränil on ka väga kõrge afiinsus hapniku suhtes:

Reaktsioon kloori ja väävliga kulgeb umbes 500 K juures. Väga kõrgel temperatuuril interakteerub räni lämmastiku ja süsinikuga:

Räni ei suhtle otseselt vesinikuga. Räni lahustub leelistes:

Si + 2NaOH + H20 \u003d Na2Si03 + 2H2.

Muud happed peale vesinikfluoriidhappe ei mõjuta seda. HF-ga tekib reaktsioon

Si+6HF=H2+2H2.

Süsinik mitmesuguste söe, nafta, looduslike (peamiselt CH4) ja kunstlikult saadud gaaside koostises on meie planeedi kõige olulisem kütusebaas

Grafiiti kasutatakse laialdaselt tiiglite valmistamiseks. Elektroodidena kasutatakse grafiitvardaid. Palju grafiiti läheb pliiatsite tootmiseks. Süsinik ja räni kasutatakse erinevat tüüpi malmi tootmiseks. Metallurgias kasutatakse süsinikku redutseerijana ja räni, kuna see on kõrge hapnikuafiinsusega, desoksüdeerijana. Eriti puhtas olekus (mitte üle 10 -9 at.% lisandit) kristalset räni kasutatakse pooljuhina erinevates seadmetes ja seadmetes, sh transistoride ja termistoritena (seadmed temperatuuri väga peeneks mõõtmiseks), samuti fotoelementides, mille töö põhineb pooljuhi võimel juhtida valgustatuna voolu.

Peatükk 2. Süsiniku keemilised ühendid

Süsinikku iseloomustavad tugevad kovalentsed sidemed tema enda aatomite (C-C) ja vesinikuaatomiga (C-H) vahel, mis väljendub orgaaniliste ühendite rohkuses (mitusada miljonit). Lisaks tugevatele C-H, C-C sidemetele erinevates orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite klassides on laialdaselt esindatud süsiniksidemed lämmastiku, väävli, hapniku, halogeenide ja metallidega (vt tabel 5). Sellised suured sidemete moodustumise võimalused on tingitud süsinikuaatomi väiksusest, mis võimaldab selle valentsorbitaalidel 2s 2, 2p 2 võimalikult palju kattuda. Olulisemaid anorgaanilisi ühendeid on kirjeldatud tabelis 3.

Anorgaaniliste süsinikuühendite hulgas on oma koostiselt ja struktuurilt ainulaadsed lämmastikku sisaldavad derivaadid.

Anorgaanilises keemias on laialdaselt esindatud äädikhappe CH3COOH ja oksaalhappe H 2 C 2 O 4 derivaadid - atsetaadid (tüüp M "CH3COO) ja oksalaadid (tüüp M I 2 C 2 O 4).

Tabel 3. Süsiniku olulisemad anorgaanilised ühendid.

2.1 Süsiniku hapniku derivaadid

2.1.1 +2 oksüdatsiooniaste

Süsinikmonooksiid CO (süsinikmonooksiid): vastavalt molekulaarorbitaalide struktuurile (tabel 4).

CO on sarnane N2 molekuliga. Sarnaselt lämmastikuga on CO-l kõrge dissotsiatsioonienergia (1069 kJ/mol), madal Tsulamistemperatuur (69 K) ja Tbp (81,5 K), vees halvasti lahustuv ja keemiliselt inertne. CO reageerib ainult kõrgetel temperatuuridel, sealhulgas:

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (fosgeen),

CO + Br 2 \u003d SOVg 2, Cr + 6CO \u003d Cr (CO) 6 - kroomkarbonüül,

Ni + 4CO \u003d Ni (CO) 4 - nikkelkarbonüül

CO + H 2 0 paarid \u003d HCOOH (sipelghape).

Samal ajal on CO molekulil kõrge afiinsus hapniku suhtes:

CO +1/202 \u003d C02 +282 kJ / mol.

Suure hapnikuafiinsuse tõttu kasutatakse süsinikmonooksiidi (II) paljude raskmetallide (Fe, Co, Pb jt) oksiidide redutseerijana. Laboris saadakse CO oksiidi sipelghappe dehüdraatimisel.

Tehnoloogias saadakse süsinikmonooksiid (II) CO 2 redutseerimisel kivisöega (C + CO 2 \u003d 2CO) või metaani oksüdeerimisel (2CH 4 + 3O 2 \u003d \u003d 4H 2 0 + 2CO).

CO derivaatide hulgas pakuvad metalli karbonüülid suurt teoreetiliselt ja teatud praktilist huvi (puhaste metallide saamiseks).

Keemilised sidemed karbonüülides tekivad peamiselt doonor-aktseptor mehhanismi kaudu vabade orbitaalide tõttu d- element ja CO molekuli elektronpaar, esineb ka n-kattuvus daatiivse mehhanismi (metall CO) poolt. Kõik metallide karbonüülid on diamagnetilised ained, mida iseloomustab madal tugevus. Nagu süsinikmonooksiid (II), on metallide karbonüülid mürgised.

Tabel 4. Elektronide jaotus CO molekuli orbitaalidel

2.1.2 +4 oksüdatsiooniaste

Süsinikdioksiid CO 2 (süsinikdioksiid). CO 2 molekul on lineaarne. CO 2 molekuli orbitaalide moodustamise energiaskeem on näidatud joonisel 2. Süsinikmonooksiid (IV) võib reaktsiooni käigus reageerida ammoniaagiga.

Selle soola kuumutamisel saadakse väärtuslik väetis - karbamiid CO (MH 2) 2:

Karbamiid laguneb vee toimel

CO (NH 2) 2 + 2HaO \u003d (MH 4) 2COz.

Joonis 2. CO 2 molekulaarorbitaalide tekke energiadiagramm.

Tehnoloogias saadakse CO 2 oksiid kaltsiumkarbonaadi või naatriumvesinikkarbonaadi lagunemisel:

Laboritingimustes saadakse see tavaliselt reaktsiooni teel (Kippi aparaadis)

CaCO3 + 2HC1 = CaC12 + CO2 + H20.

Olulisemad CO 2 derivaadid on nõrgad süsihapped H 2 CO s ja selle soolad: M I 2 CO 3 ja M I HC 3 (vastavalt karbonaadid ja vesinikkarbonaadid).

Enamik karbonaate on vees lahustumatud. Vees lahustuvad karbonaadid hüdrolüüsivad olulisel määral:

COz 2- + H 2 0 COz- + OH - (I etapp).

Täieliku hüdrolüüsi tõttu ei saa vesilahustest eraldada karbonaate Cr 3+, ai 3+, Ti 4+, Zr 4+ jt.

Praktiliselt olulised on Ka 2 CO3 (sooda), K 2 CO3 (kaaliumkloriid) ja CaCO3 (kriit, marmor, lubjakivi). Bikarbonaadid lahustuvad erinevalt karbonaatidest vees. Bikarbonaatidest leiab praktilist rakendust NaHCO 3 (söögisooda). Olulised aluselised karbonaadid on 2CuCO3-Cu (OH) 2, PbCO 3 X XPb (OH) 2 .

Süsinikhalogeniidide omadused on toodud tabelis 6. Süsinikhalogeniididest on olulisim värvitu, üsna mürgine vedelik. Normaaltingimustes on CCI 4 keemiliselt inertne. Seda kasutatakse mittesüttiva ja mittesüttiva lahustina vaikude, lakkide, rasvade jaoks, samuti freooni CF 2 CI 2 (T bp = 303 K) saamiseks:

Teine praktikas kasutatav orgaaniline lahusti on süsinikdisulfiid CSa (värvitu, lenduv vedelik, mille Tbp = 319 K) - reaktiivne aine:

CS 2 +30 2 \u003d C0 2 + 2S0 2 +258 kcal / mol,

CS 2 + 3Cl 2 \u003d CCl 4 -S 2 Cl 2, CS 2 + 2H 2 0 \u003d\u003d C0 2 + 2H 2 S, CS 2 + K 2 S \u003d K 2 CS 3 (vesinikkarbonaathappe sool 2 CSz).

Süsinikdisulfiidi aurud on mürgised.

Vesiniktsüaanhape (vesiniktsüaniidhape) HCN (H-C = N) on värvitu, kergesti liikuv vedelik, keeb temperatuuril 299,5 K. Temperatuuril 283 K see tahkub. HCN ja selle derivaadid on äärmiselt mürgised. HCN-i võib saada reaktsiooni teel

Vesiniktsüaniidhape lahustub vees; samal ajal dissotsieerub nõrgalt

HCN=H++CN-, K=6,2,10-10.

Vesiniktsüaniidhappe soolad (tsüaniidid) meenutavad mõnes reaktsioonis kloriide. Näiteks CH - -ioon koos Ag + ioonidega annab hõbetsüaniidi AgCN valge sademe, mis lahustub mineraalhapetes halvasti. Leelis- ja leelismuldmetallide tsüaniidid lahustuvad vees. Hüdrolüüsi tõttu lõhnavad nende lahused tsüaniidhappe järele (mõru mandli lõhn). Raskmetallide tsüaniidid lahustuvad vees halvasti. CN on tugev ligand, olulisemad kompleksühendid on K 4 ja Kz [Re (CN) 6].

Tsüaniidid on haprad ühendid, pikaajalisel kokkupuutel õhus sisalduva CO 2 -ga, tsüaniidid lagunevad.

2KCN+CO2+H20=K2CO3+2HCN.

(CN) 2 – tsüanogeen (N=C-C=N) –

värvitu mürgine gaas; interakteerub veega, moodustades tsüaanhappeid (HOCN) ja vesiniktsüaniidhappeid (HCN):

(HCN) happed:

(CN) 2 + H 2 0 \u003d\u003d HOCN + HCN.

Selles, nagu alltoodud reaktsioonis, on (CN) 2 sarnane halogeeniga:

CO + (CN) 2 \u003d CO (CN) 2 (fosgeeni analoog).

Tsüaanhapet tuntakse kahes tautomeerses vormis:

H-N=C=O==H-0-C=N.

Isomeeriks on hape H-0=N=C (plahvatusohtlik hape). HONC-soolad plahvatavad (kasutatakse detonaatoritena). Rodovesinikhape HSCN on värvitu, õline, lenduv, kergesti tahkuv vedelik (Tm=278 K). Puhtal kujul on see väga ebastabiilne, lagunedes vabaneb HCN. Erinevalt vesiniktsüaniidhappest on HSCN üsna tugev hape (K=0,14). HSCN-i iseloomustab tautomeerne tasakaal:

H-N \u003d C \u003d S = H-S-C = N.

SCN - verepunane ioon (reaktiiv Fe 3+ iooni jaoks). HSCN-st saadud rodaniidisoolad – kergesti saadavad tsüaniididest väävli lisamisega:

Enamik tiotsüanaate on vees lahustuvad. Hg, Au, Ag, Cu soolad on vees lahustumatud. SCN- ioon, nagu ka CN-, kipub andma M3 tüüpi komplekse 1 M "(SCN) 6, kus M" "Cu, Mg ja mõned teised. Dirodaan (SCN) 2 - helekollased kristallid, sulamistemperatuur - 271 K Saada (SCN) 2 reaktsiooni teel

2AgSCN+Br2 ==2AgBr+ (SCN)2.

Teistest lämmastikku sisaldavatest ühenditest tuleks märkida tsüaanamiid.

ja selle derivaat - kaltsiumtsüaanamiid CaCN 2 (Ca=N-C=N), mida kasutatakse väetisena.

2.3 Metallkarbiidid

Karbiidid on süsiniku ja metallide, räni ja boori interaktsiooni saadused. Lahustuvuse järgi jaotatakse karbiidid kahte klassi: vees (või lahjendatud hapetes) lahustuvad karbiidid ja vees (või lahjendatud hapetes) lahustumatud karbiidid.

2.3.1 Vees ja lahjendatud hapetes lahustuvad karbiidid

A. Karbiidid, mis lahustatuna moodustavad C 2 H 2 Sellesse rühma kuuluvad kahe esimese põhirühma metallide karbiidid; neile lähedased on karbiidid Zn, Cd, La, Ce, Th koostisega MC 2 (LaC 2 , CeC 2 , ТhC 2 .)

CaC 2 + 2H 2 0 \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2, ThC 2 + 4H 2 0 \u003d Th (OH) 4 + H 2 C 2 + H 2.

ANSz + 12H 2 0 \u003d 4Al (OH) s + ZSN 4, Be 2 C + 4H 2 0 \u003d 2Be (OH) 2 + CH 4. Nende omaduste järgi on Mn z C neile lähedane:

Mn s C + 6H 2 0 \u003d ZMn (OH) 2 + CH 4 + H 2.

B. Karbiidid, mis lahustumisel moodustavad süsivesinike ja vesiniku segu. Nende hulka kuuluvad enamik haruldaste muldmetallide karbiide.

2.3.2 Vees ja lahjendatud hapetes lahustumatud karbiidid

Sellesse rühma kuuluvad enamik siirdemetallide karbiide (W, Mo, Ta jne), aga ka SiC, B 4 C.

Need lahustuvad oksüdeerivas keskkonnas, näiteks:

VC + 3HN0 3 + 6HF \u003d HVF 6 + CO 2 + 3NO + 4H 2 0, SiC + 4KOH + 2C0 2 \u003d K 2 Si0 3 + K 2 C0 3 + 2H 2 0.

Joonis 3. Ikosaeeder B 12

Praktiliselt olulised on siirdemetallide karbiidid, samuti ränikarbiidid SiC ja boor B 4 C. SiC - karborund - teemantvõrega värvitud kristallid, kõvaduselt lähenevad teemandile (tehniline SiC on lisandite tõttu tumedat värvi). SiC on väga tulekindel, soojust ja kõrgel temperatuuril elektrit juhtiv, keemiliselt äärmiselt inertne; seda saab hävitada ainult õhus leelistega sulandumisel.

B 4 C - polümeer. Boorkarbiidi võre on ehitatud lineaarselt paiknevast kolmest süsinikuaatomist ja rühmadest, mis sisaldavad 12 B-aatomit, mis on paigutatud ikosaeedri kujul (joonis 3); B4C kõvadus on kõrgem kui SiC kõvadus.

Peatükk 3. Räniühendid

Räni ja süsiniku keemia erinevus tuleneb peamiselt selle aatomi suurest suurusest ja vabade 3D-orbitaalide kasutamise võimalusest. Tänu täiendavale sidumisele (vastavalt doonor-aktseptormehhanismile) on räni sidemed hapniku Si-O-Si ja fluori Si-F-ga tugevamad kui süsiniku omad ning võrreldes Si aatomi suurema suurusega. aatomile Si-H ja Si-Si sidemed on vähem tugevad kui süsiniku omad. Räni aatomid ei ole praktiliselt võimelised ahelaid moodustama. Ränivesinike SinH2n+2 (silaanid) homoloogne seeria, mis on analoogne süsivesinikega, saadi ainult kuni koostiseni Si4Hio. Suurema suuruse tõttu on Si aatomil ka nõrgalt väljendunud n-kattumise võime, seetõttu pole mitte ainult kolmik-, vaid ka kaksiksidemetel tema jaoks vähe iseloomu.

Räni interaktsioonis metallidega tekivad silitsiidid (Ca 2 Si, Mg 2 Si, BaSi 2, Cr 3 Si, CrSi 2 jne), mis on paljuski sarnased karbiididega. Silitsiidid ei ole iseloomulikud I rühma elementidele (v.a Li). Ränihalogeniidid (tabel 5) on tugevamad ühendid kui süsinikhalogeniidid; need aga lagunevad vee toimel.

Tabel 5. Mõnede süsiniku ja räni sidemete tugevus

Kõige vastupidavam ränihalogeniid on SiF 4 (laguneb ainult elektrilahenduse toimel), kuid nagu teisedki halogeniidid, läbib see hüdrolüüsi. Kui SiF 4 interakteerub HF-ga, moodustub heksafluorränihape:

SiF4 +2HF=H2.

H 2 SiF 6 on tugevuselt lähedane H 2 S0 4-le. Selle happe derivaadid - fluorosilikaadid on reeglina vees lahustuvad. Leelismetallide fluorosilikaadid (va Li ja NH 4) lahustuvad halvasti. Fluorosilikaate kasutatakse pestitsiididena (insektitsiididena).

Praktiliselt oluline halogeniid on SiCO 4 . Seda kasutatakse räniorgaaniliste ühendite saamiseks. Seega interakteerub SiCL 4 kergesti alkoholidega, moodustades ränihappeestreid HaSiO 3:

SiCl 4 + 4C 2 H 5 OH \u003d Si (OC 2 H 5) 4 + 4 HCl 4

Tabel 6. Süsinik- ja ränihalogeniidid

Ränihappe estrid hüdrolüüsivad, moodustavad silikoone - ahelstruktuuriga polümeerseid aineid:

(R-orgaaniline radikaal), mis on leidnud rakendust kummide, õlide ja määrdeainete tootmisel.

Ränisulfiid (SiS 2) n-polümeerne aine; stabiilne normaalsel temperatuuril; laguneb vee toimel:

SiS 2 + ZN 2 O \u003d 2H 2 S + H 2 SiO 3.

3.1 Hapniku räniühendid

Räni kõige olulisem hapnikuühend on ränidioksiid SiO 2 (ränidioksiid), millel on mitu kristallilist modifikatsiooni.

Madala temperatuuriga modifikatsiooni (kuni 1143 K) nimetatakse kvartsiks. Kvartsil on piesoelektrilised omadused. Kvartsi looduslikud sordid: mäekristall, topaas, ametüst. Ränidioksiidi sordid on kaltsedon, opaal, ahhaat,. jaspis, liiv.

Ränidioksiid on keemiliselt vastupidav; sellele mõjuvad ainult fluori, vesinikfluoriidhappe ja leeliselahused. See läheb kergesti klaasjaks (kvartsklaas). Kvartsklaas on rabe, keemiliselt ja termiliselt üsna vastupidav. SiO 2-le vastaval ränihappel ei ole kindlat koostist. Ränihape kirjutatakse tavaliselt kui xH 2 O-ySiO 2 . Ränihapped on eraldatud: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - metaräni (tri-oksosilicon), H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - ortosilicon (tetra-oksosilicon), H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - dimetosilicon.

Ränihapped on halvasti lahustuvad ained. Räni vähem metalloidse olemuse kohaselt võrreldes süsinikuga on H 2 SiO 3 elektrolüüdina nõrgem kui H 2 CO3.

Ränihapetele vastavad silikaatsoolad on vees lahustumatud (v.a leelismetallide silikaadid). Lahustuvad silikaadid hüdrolüüsitakse vastavalt võrrandile

2SiOz 2 - + H 2 0 \u003d Si 2 O 5 2 - + 20H-.

Lahustuvate silikaatide kontsentreeritud lahuseid nimetatakse vedelaks klaasiks. Tavaline aknaklaas, naatrium- ja kaltsiumsilikaat, on koostisega Na 2 0-CaO-6Si0 2. See saadakse reaktsioonist

Tuntud on väga erinevaid silikaate (täpsemalt oksosilikaate). Oksosilikaatide struktuuris on täheldatav teatud muster: need kõik koosnevad Si0 4 tetraeedritest, mis on omavahel seotud hapnikuaatomi kaudu. Levinumad tetraeedrite kombinatsioonid on (Si 2 O 7 6 -), (Si 3 O 9) 6 -, (Si 4 0 l2) 8-, (Si 6 O 18 12 -), mis struktuuriüksustena võivad ühendada kettideks, lintideks, võrkudeks ja raamideks (joonis 4).

Olulisemad looduslikud silikaadid on näiteks talk (3MgO * H 2 0-4Si0 2) ja asbest (SmgO*H 2 O*SiO 2). Sarnaselt SiO 2-le iseloomustab silikaate klaasjas (amorfne) olek. Klaasi kontrollitud kristalliseerimisega on võimalik saada peenkristalliline olek (sitallid). Sitalle iseloomustab suurenenud tugevus.

Looduses on lisaks silikaatidele laialt levinud ka alumosilikaadid. Alumosilikaadid – raamoksosilikaadid, milles osa räni aatomeid on asendatud kolmevalentse Al-ga; näiteks Na 12 [(Si, Al) 0 4] 12.

Ränihappele on kolloidne olek iseloomulik, kui see puutub kokku selle hapete sooladega. H 2 SiO 3 ei sadestu kohe välja. Ränihappe kolloidsed lahused (soolid) võivad teatud tingimustel (näiteks kuumutamisel) muutuda läbipaistvaks, homogeenseks želatiinseks ränihappe massigeeliks. Geelid on Si0 2 molekulidest moodustunud ruumilise, väga lõdva struktuuriga kõrgmolekulaarsed ühendid, mille tühimikud täidetakse H 2 O molekulidega.Ränihappegeelide veetustamisel saadakse silikageel – suure adsorptsiooniga poorne toode mahutavus.

Joonis 4. Silikaatide struktuur.

leiud

Olles oma töös uurinud ränil ja süsinikul põhinevaid keemilisi ühendeid, jõudsin järeldusele, et süsinik, olles kvantitatiivselt vähelevinud element, on maise elu kõige olulisem komponent, selle ühendeid leidub õhus, õlis ja ka sellistes. lihtsad ained nagu teemant ja grafiit. Süsiniku üks olulisemaid omadusi on tugevad kovalentsed sidemed aatomite ja ka vesinikuaatomi vahel. Olulisemad süsiniku anorgaanilised ühendid on: oksiidid, happed, soolad, halogeniidid, lämmastikku sisaldavad derivaadid, sulfiidid, karbiidid.

Ränist rääkides tuleb ära märkida selle suured varud maa peal, see on maakoore alus ja seda leidub väga erinevates silikaatides, liivas jne. Praegu on räni kasutamine selle pooljuhtomaduste tõttu tõusuteel. Seda kasutatakse elektroonikas arvutiprotsessorite, mikroskeemide ja kiipide valmistamisel. Räniühendid metallidega moodustavad silitsiide, räni tähtsaim hapnikuühend on ränioksiid SiO 2 (ränidioksiid) Looduses leidub väga erinevaid silikaate - levinud on ka talk, asbest, alumosilikaadid.

Bibliograafia

1. Suur Nõukogude Entsüklopeedia. Kolmas väljaanne. T.28. - M.: Nõukogude entsüklopeedia, 1970.

2. Žirjakov V.G. Orgaaniline keemia, 4. väljaanne. - M., "Keemia", 1971.

3. Lühikeemiline entsüklopeedia. - M. "Nõukogude entsüklopeedia", 1967.

4. Üldine keemia / Toim. SÖÖMA. Sokolovskaja, L.S. Guzeya, 3. väljaanne - M.: Moskva kirjastus. un-ta, 1989.

5. Eluta looduse maailm. - M., "Teadus", 1983.

6. Potapov V.M., Tatarinchik S.N. Orgaaniline keemia. Õpik.4. väljaanne. - M.: "Keemia", 1989.

Üks looduses levinumaid elemente on räni ehk räni. Selline lai levik räägib selle aine tähtsusest ja tähtsusest. Sellest said kiiresti aru ja võtsid omaks inimesed, kes õppisid räni oma eesmärkidel õigesti kasutama. Selle rakendus põhineb eriomadustel, millest räägime hiljem.

Räni - keemiline element

Kui iseloomustame seda elementi perioodilise süsteemi positsiooni järgi, saame tuvastada järgmised olulised punktid:

Seerianumber on 14.
Periood on kolmas väike.
Rühm - IV.
Alarühm on peamine.
Välise elektronkihi ehitust väljendatakse valemiga 3s 2 3p 2 .
Elementi räni tähistab keemiline sümbol Si, mida hääldatakse "räni".
Selle oksüdatsiooniastmed on: -4; +2; +4.
Aatomi valents on IV.
Räni aatommass on 28,086.
Looduses on selle elemendi kolm stabiilset isotoopi massinumbritega 28, 29 ja 30.

Seega on räni aatom keemilisest vaatenurgast piisavalt uuritud element, palju selle erinevaid omadusi on kirjeldatud.

Avastamise ajalugu

Kuna vaadeldava elemendi erinevad ühendid on looduses väga populaarsed ja massilise sisaldusega, kasutasid ja teadsid inimesed iidsetest aegadest vaid paljude nende omadusi. Puhas räni jäi pikka aega keemiaalasest teadmistest kaugemale.

Kõige populaarsemad ühendid, mida muistsete kultuuride rahvad (egiptlased, roomlased, hiinlased, venelased, pärslased jt) kasutasid igapäevaelus ja tööstuses, olid ränioksiidil põhinevad vääris- ja dekoratiivkivid. Need sisaldavad:

opaal;
kivikivi;
topaas;
krüsopraas;
oonüks;
kaltsedoon ja teised.

Alates iidsetest aegadest on ehitusäris tavaks olnud kvartsi kasutada. Elementaarne räni ise jäi aga avastamata kuni 19. sajandini, kuigi paljud teadlased püüdsid seda tulutult isoleerida erinevatest ühenditest, kasutades selleks katalüsaatoreid, kõrgeid temperatuure ja isegi elektrivoolu. Need on sellised helged pead nagu:

Carl Scheele;
Gay-Lussac;
Thenar;
Humphrey Davy;
Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzeliusel õnnestus 1823. aastal saada puhas räni. Selleks viis ta läbi ränifluoriidi ja metallilise kaaliumi aurude liitmise katse. Selle tulemusena sai ta kõnealuse elemendi amorfse modifikatsiooni. Sama teadlane pakkus avastatud aatomile välja ladinakeelse nime.

Veidi hiljem, 1855. aastal, õnnestus teisel teadlasel - Saint Clair-Deville'il - sünteesida veel üks allotroopne sort - kristalne räni. Sellest ajast alates hakkasid teadmised selle elemendi ja selle omaduste kohta väga kiiresti kasvama. Inimesed mõistsid, et sellel on ainulaadsed omadused, mida saab väga arukalt kasutada nende enda vajaduste rahuldamiseks. Seetõttu on tänapäeval elektroonikas ja tehnoloogias üks nõutumaid elemente räni. Selle kasutamine ainult laiendab selle piire igal aastal.

Aatomile venekeelse nime andis teadlane Hess 1831. aastal. See on see, mis on jäänud tänapäevani.

Räni on looduses hapniku järel suuruselt teine. Selle protsent võrreldes teiste aatomitega maakoore koostises on 29,5%. Lisaks on süsinik ja räni kaks erilist elementi, mis võivad üksteisega ühendades ahelaid moodustada. Seetõttu on viimaste kohta teada üle 400 erineva loodusliku mineraali, mille koostises see sisaldub litosfääris, hüdrosfääris ja biomassis.

Kust räni täpsemalt leidub?

Sügavates mullakihtides.
Kivimites, ladestudes ja massiivides.
Veekogude, eriti merede ja ookeanide põhjas.
Loomariigi taimedes ja mereelanikes.
Inimestel ja maismaaloomadel.

Võimalik on nimetada mitmeid levinumaid mineraale ja kivimeid, milles räni esineb suurtes kogustes. Nende keemia on selline, et puhta elemendi massisisaldus neis ulatub 75% -ni. Konkreetne näitaja sõltub aga materjali tüübist. Niisiis, räni sisaldavad kivimid ja mineraalid:

päevakivid;
vilgukivi;
amfiboolid;
opaalid;
kaltsedoon;
silikaadid;
liivakivid;
Alumosilikaadid;
savi ja teised.

Mereloomade kestadesse ja välisskelettidesse kogunev räni moodustab lõpuks veekogude põhjas võimsaid ränidioksiidi ladestusi. See on selle elemendi üks looduslikke allikaid.

Lisaks leiti, et räni võib eksisteerida puhtal looduslikul kujul – kristallidena. Kuid sellised hoiused on väga haruldased.

Räni füüsikalised omadused

Kui iseloomustame vaadeldavat elementi füüsikalis-keemiliste omaduste kogumiga, siis tuleks esiteks määrata füüsikalised parameetrid. Siin on mõned peamised:

See eksisteerib kahe allotroopse modifikatsiooni kujul - amorfne ja kristalne, mis erinevad kõigi omaduste poolest.
Kristallvõre on väga sarnane teemandi omaga, sest süsinik ja räni on selles osas peaaegu samad. Aatomite vaheline kaugus on aga erinev (räni on rohkem), seega on teemant palju kõvem ja tugevam. Võre tüüp - kuupkujuline näokeskne.
Aine on väga rabe, kõrgel temperatuuril muutub see plastiliseks.
Sulamistemperatuur on 1415˚С.
Keemistemperatuur - 3250˚С.
Aine tihedus on 2,33 g / cm3.
Ühendi värvus on hõbehall, väljendub iseloomulik metalliline läige.
Sellel on head pooljuhtomadused, mis võivad teatud ainete lisamisel muutuda.
Ei lahustu vees, orgaanilistes lahustites ja hapetes.
Lahustub eriti leelistes.

Ränile määratud füüsikalised omadused võimaldavad inimestel seda kontrollida ja kasutada seda erinevate toodete loomiseks. Näiteks puhta räni kasutamine elektroonikas põhineb pooljuhtivuse omadustel.

Keemilised omadused

Räni keemilised omadused sõltuvad suuresti reaktsioonitingimustest. Kui me räägime standardparameetritest, siis peame määrama väga madala aktiivsuse. Nii kristalne kui ka amorfne räni on väga inertsed. Nad ei interakteeru tugevate oksüdeerivate ainetega (va fluor) ega tugevate redutseerivate ainetega.

Selle põhjuseks on asjaolu, et aine pinnale moodustub koheselt SiO 2 oksiidkile, mis takistab edasisi koostoimeid. See võib tekkida vee, õhu, aurude mõjul.

Kui aga muuta standardtingimusi ja kuumutada räni temperatuurini üle 400˚С, suureneb selle keemiline aktiivsus oluliselt. Sel juhul reageerib see järgmiselt:

hapnik;
igasugused halogeenid;
vesinik.

Temperatuuri edasise tõusuga on boori, lämmastiku ja süsinikuga kokkupuutel võimalik toodete moodustumine. Eriti oluline on karborund - SiC, kuna see on hea abrasiivne materjal.

Samuti on räni keemilised omadused selgelt näha reaktsioonides metallidega. Nendega seoses on see oksüdeeriv aine, seetõttu nimetatakse tooteid silitsiidideks. Sarnased ühendid on tuntud:

aluseline;
leelismuldmuld;
siirdemetallid.

Raua ja räni sulatamisel saadud ühendil on ebatavalised omadused. Seda nimetatakse ferrosilikoonkeraamikaks ja seda kasutatakse edukalt tööstuses.

Räni ei interakteeru keeruliste ainetega, seetõttu võib see kõigist nende sortidest lahustuda ainult:

aqua regia (lämmastik- ja vesinikkloriidhappe segu);
söövitavad leelised.

Sel juhul peaks lahuse temperatuur olema vähemalt 60 ° C. Kõik see kinnitab veel kord aine füüsikalist alust – teemantilaadset stabiilset kristallvõre, mis annab sellele tugevuse ja inertsuse.

Kuidas saada

Räni saamine puhtal kujul on majanduslikult üsna kulukas protsess. Lisaks annab mis tahes meetod oma omaduste tõttu ainult 90-99% puhtust, samas kui metallide ja süsiniku kujul esinevad lisandid jäävad samaks. Nii et ainult aine hankimisest ei piisa. Samuti tuleks see kvalitatiivselt puhastada võõrelementidest.

Üldiselt toimub räni tootmine peamiselt kahel viisil:

Valgest liivast, mis on puhas ränioksiid SiO 2 . Kui seda kaltsineeritakse aktiivsete metallidega (kõige sagedamini magneesiumiga), moodustub vaba element amorfse modifikatsiooni kujul. Selle meetodi puhtus on kõrge, saadus saadakse 99,9% saagisega.
Tööstuslikus mastaabis laialdasemalt levinud meetod on sulaliiva paagutamine koksiga spetsiaalsetes termoahjudes. Selle meetodi töötas välja vene teadlane N. N. Beketov.

Edasine töötlemine seisneb toodete allutamises puhastusmeetoditele. Selleks kasutatakse happeid või halogeene (kloor, fluor).

Amorfne räni

Räni iseloomustus on puudulik, kui iga selle allotroopset modifikatsiooni ei käsitleta eraldi. Esimene neist on amorfne. Selles olekus on aine, mida me kaalume, pruunikaspruuni peeneks hajutatud pulbrina. Sellel on kõrge hügroskoopsus, kuumutamisel on sellel piisavalt kõrge keemiline aktiivsus. Standardtingimustes on see võimeline suhtlema ainult tugevaima oksüdeeriva ainega - fluoriga.

Amorfse räni nimetamine lihtsalt mingiks kristalseks ei ole päris õige. Selle võre näitab, et see aine on vaid peeneks hajutatud räni vorm, mis eksisteerib kristallidena. Seetõttu on need modifikatsioonid üks ja sama ühend.

Nende omadused on aga erinevad ja seetõttu on kombeks rääkida allotroopiast. Amorfsel ränil on iseenesest kõrge valguse neeldumisvõime. Lisaks on see indikaator teatud tingimustel mitu korda kõrgem kui kristallilise vormi näitaja. Seetõttu kasutatakse seda tehnilistel eesmärkidel. Vaadeldaval kujul (pulbrina) kantakse segu kergesti igale pinnale, olgu see siis plastik või klaas. Seetõttu on nii mugav kasutada just amorfset räni. Rakendus põhineb erinevatel suurustel.

Kuigi seda tüüpi akude kulumine on üsna kiire, mis on seotud aine õhukese kihi hõõrdumisega, siis kasutus ja nõudlus ainult kasvavad. Tõepoolest, isegi lühikese kasutusea jooksul on amorfsel ränil põhinevad päikesepatareid võimelised varustama energiat tervetele ettevõtetele. Lisaks on sellise aine tootmine jäätmevaba, mis teeb selle väga ökonoomseks.

See modifikatsioon saadakse ühendite redutseerimisel aktiivsete metallidega, näiteks naatriumi või magneesiumiga.

Kristalliline räni

Kõnealuse elemendi hõbehall läikiv modifikatsioon. Just see vorm on kõige levinum ja kõige nõudlikum. Selle põhjuseks on selle aine kvalitatiivsed omadused.

Kristallvõrega räni omadus hõlmab selle tüüpide klassifikatsiooni, kuna neid on mitu:

Elektrooniline kvaliteet – puhtaim ja kõrgeim kvaliteet. Just seda tüüpi kasutatakse elektroonikas eriti tundlike seadmete loomiseks.
Päikese kvaliteet. Nimi ise määrab kasutusala. Samuti on tegemist ülipuhta räniga, mille kasutamine on vajalik kvaliteetsete ja kauakestvate päikesepatareide loomiseks. Kristallilise struktuuri baasil loodud fotogalvaanilised muundurid on kvaliteetsemad ja kulumiskindlamad kui need, mis on loodud amorfse modifikatsiooni abil, sadestades erinevat tüüpi substraatidele.
Tehniline räni. See sort hõlmab neid aine proove, mis sisaldavad umbes 98% puhast elementi. Kõik muu läheb mitmesuguste lisanditega:

alumiinium;
kloor;
süsinik;
fosfor ja teised.

Räni polükristallide saamiseks kasutatakse vaadeldava aine viimast sorti. Selleks viiakse läbi ümberkristallimisprotsessid. Selle tulemusel saadakse puhtuse osas tooteid, mida saab omistada päikese- ja elektroonikakvaliteedi rühmadele.

Oma olemuselt on polüräni vaheprodukt amorfse ja kristalse modifikatsiooni vahel. Selle valikuga on lihtsam töötada, seda on parem töödelda ja puhastada fluori ja klooriga.

Saadud tooted võib liigitada järgmiselt:

multiräni;
monokristalliline;
profileeritud kristallid;
räni jäägid;
tehniline räni;
tootmisjäätmed ainekildude ja -jääkide kujul.

Igaüks neist leiab rakendust tööstuses ja seda kasutab inimene täielikult. Seetõttu peetakse räniga seonduvat jäätmevabaks. See vähendab oluliselt selle majanduslikke kulusid, ilma et see mõjutaks kvaliteeti.

Puhta räni kasutamine

Ränitootmine on tööstuses üsna hästi välja kujunenud ja selle ulatus on üsna mahukas. See on tingitud asjaolust, et see element, nii puhas kui ka erinevate ühendite kujul, on laialt levinud ja nõutud erinevates teaduse ja tehnoloogia valdkondades.

Kus kasutatakse kristalset ja amorfset räni puhtal kujul?

Metallurgias legeeriva lisandina, mis on võimeline muutma metallide ja nende sulamite omadusi. Niisiis kasutatakse seda terase ja raua sulatamisel.
Puhtama versiooni – polüräni – tootmiseks kasutatakse erinevat tüüpi aineid.
Räniühendid koos on terve keemiatööstus, mis on tänapäeval eriti populaarseks saanud. Silikoonmaterjale kasutatakse meditsiinis, nõude, tööriistade ja palju muu valmistamisel.
Erinevate päikesepaneelide valmistamine. See energia hankimise viis on tulevikus üks paljutõotavamaid. Keskkonnasõbralik, kulutõhus ja vastupidav – sellise elektritootmise peamised eelised.
Tulemasinate jaoks mõeldud räni on kasutatud väga pikka aega. Juba iidsetel aegadel kasutati tulekiviga tule süütamisel sädemeid. See põhimõte on erinevate tulemasinate tootmise aluseks. Tänapäeval leidub liike, mille puhul tulekivi asendatakse kindla koostisega sulamiga, mis annab veelgi kiirema tulemuse (sädeme).
Elektroonika ja päikeseenergia.
Peeglite valmistamine gaasilaserseadmetes.

Seega on puhtal ränil palju soodsaid ja erilisi omadusi, mis võimaldavad seda kasutada oluliste ja vajalike toodete loomiseks.

Räniühendite kasutamine

Lisaks lihtsale ainele kasutatakse ka erinevaid räniühendeid ja seda väga laialdaselt. Seal on terve tööstusharu, mida nimetatakse silikaadiks. Just tema põhineb erinevate ainete kasutamisel, mis sisaldavad seda hämmastavat elementi. Mis need ühendid on ja mida neist toodetakse?

Kvarts ehk jõeliiv - SiO 2. Seda kasutatakse ehitus- ja dekoratiivmaterjalide (nt tsemendi ja klaasi) valmistamiseks. Kus neid materjale kasutatakse, teavad kõik. Ükski konstruktsioon pole täielik ilma nende komponentideta, mis kinnitab räniühendite tähtsust.
Silikaatkeraamika, mis hõlmab selliseid materjale nagu fajanss, portselan, tellis ja nende baasil valmistatud tooted. Neid komponente kasutatakse meditsiinis, nõude, dekoratiivkaunistuste, majapidamistarvete valmistamisel, ehituses ja muudes inimtegevuse majapidamisvaldkondades.
- silikoonid, silikageelid, silikoonõlid.
Silikaatliim – kasutatakse kirjatarvetena, pürotehnikas ja ehituses.

Räni, mille hind maailmaturul kõigub, kuid ei ületa ülalt alla piiri 100 Vene rubla kilogrammi kohta (kristalli kohta), on nõutud ja väärtuslik aine. Loomulikult on selle elemendi ühendid samuti laialt levinud ja rakendatavad.

Räni bioloogiline roll

Keha jaoks tähtsuse seisukohalt on räni oluline. Selle sisaldus ja jaotumine kudedes on järgmine:

0,002% - lihased;
0,000017% - luu;
veri - 3,9 mg / l.

Iga päev peaks sisse sattuma umbes üks gramm räni, muidu hakkavad arenema haigused. Nende hulgas pole surmavaid, kuid pikaajaline räni nälg põhjustab:

juuste väljalangemine;
akne ja vistrike ilmumine;
luude haprus ja haprus;
lihtne kapillaaride läbilaskvus;
väsimus ja peavalud;
arvukate verevalumite ja verevalumite ilmnemine.

Taimede jaoks on räni oluline normaalseks kasvuks ja arenguks vajalik mikroelement. Loomkatsed on näidanud, et need isendid, kes tarbivad igapäevaselt piisavas koguses räni, kasvavad paremini.

Süsiniku ja räni elementide võrdlev lühikirjeldus on toodud tabelis 6.

Tabel 6

Süsiniku ja räni võrdlusomadused

Võrdluskriteeriumid	Süsinik - C	Räni - Si
positsioon keemiliste elementide perioodilisuse tabelis	, 2. periood, IV rühm, põhialagrupp	, 3. periood, IV rühm, põhialagrupp
aatomite elektrooniline konfiguratsioon
valentsi võimalused	II - statsionaarses olekus IV - ergastatud olekus
võimalikud oksüdatsiooniastmed	, , , , ,	,
kõrgem oksiid	, happeline	, happeline
kõrgem hüdroksiid	- nõrk ebastabiilne hape	() või - nõrk hape, on polümeerse struktuuriga
vesinikside	- metaan (süsivesinik)	– silaan, ebastabiilne

Süsinik. Allotroopia on süsinikelemendile iseloomulik. Süsinik eksisteerib järgmiste lihtsate ainete kujul: teemant, grafiit, karabiin, fullereen, millest ainult grafiit on termodünaamiliselt stabiilne. Kivisütt ja tahma võib pidada grafiidi amorfseteks sortideks.

Grafiit on tulekindel, kergelt lenduv, tavatemperatuuril keemiliselt inertne, läbipaistmatu pehme aine, mis juhib nõrgalt voolu. Grafiidi struktuur on kihiline.

Alamaze on äärmiselt kõva, keemiliselt inertne (kuni 900 °C) aine, mis ei juhi voolu ja juhib halvasti soojust. Teemandi struktuur on tetraeedriline (iga aatomit tetraeedris ümbritseb neli aatomit jne). Seetõttu on teemant kõige lihtsam polümeer, mille makromolekul koosneb ainult süsinikuaatomitest.

Karbüünil on lineaarne struktuur (-karabiin, polüeen) või (-karbiin, polüeen). See on must pulber, millel on pooljuhtomadused. Valguse mõjul suureneb karbiini elektrijuhtivus ja temperatuuril Karabiin muutub grafiidiks. Keemiliselt aktiivsem kui grafiit. See sünteesiti 1960. aastate alguses ja leiti hiljem mõnest meteoriidist.

Fullereen on süsiniku allotroopne modifikatsioon, mille moodustavad "jalgpalli" tüüpi struktuuriga molekulid. Sünteesiti molekule ja muid fullereene. Kõik fullereenid on hübriidseisundis süsinikuaatomite suletud struktuurid. Hübridiseerimata sideme elektronid delokaliseeritakse nagu aromaatsetes ühendites. Fullereeni kristallid on molekulaarset tüüpi.

Räni. Räni ei iseloomusta sidemed, see ei ole tüüpiline eksisteerida hübriidseisundis. Seetõttu on ränil ainult üks stabiilne allotroopne modifikatsioon, mille kristallvõre on sarnane teemandi omaga. Räni on kõva (Mohsi skaalal kõvadus 7), tulekindel ( ), väga habras tumehalli värvi standardtingimustes metallilise läikega aine – pooljuht. Keemiline aktiivsus sõltub kristallide suurusest (jämekristalliline on vähem aktiivne kui amorfne).

Süsiniku reaktsioonivõime sõltub allotroopsest modifikatsioonist. Süsinik teemandi ja grafiidi kujul on üsna inertne, vastupidav hapetele ja leelistele, mis võimaldab valmistada grafiidist tiigleid, elektroode jne. Süsinikul on suurem reaktsioonivõime söe ja tahma kujul.

Kristalne räni on pigem inertne, amorfsel kujul aktiivsem.

Peamised süsiniku ja räni keemilisi omadusi kajastavad reaktsioonide tüübid on toodud tabelis 7.

Tabel 7

Süsiniku ja räni keemilised põhiomadused

reaktsioon koos	süsinik	reaktsioon koos	räni
lihtsad ained	hapnikku		hapnikku
halogeenid		halogeenid
hall		süsinik
vesinik		vesinik	ei reageeri
metallid		metallid
komplekssed ained	metallioksiidid		leelised
aur		happed	ei reageeri
happed

Sideainematerjalid

Sideainematerjalid – mineraalsed või orgaanilised ehitusmaterjalid, mida kasutatakse betooni valmistamiseks, ehituskonstruktsioonide üksikute elementide kinnitamiseks, hüdroisolatsiooniks jne..

Mineraalsed sideained(MVM) – peeneks pulbristatud materjalid (tsement, kips, lubi jne), mis veega segamisel (mõnel juhul soolade, hapete, leeliste lahustega) moodustavad plastilise töödeldava massi, mis kivistub tugevaks kivitaoliseks kehaks. ning seob tahkete täiteainete ja armatuuri osakesed monoliitseks tervikuks.

MVM-i kõvenemine toimub lahustumisprotsesside, üleküllastunud lahuse ja kolloidse massi moodustumise tulemusena; viimane osaliselt või täielikult kristalliseerub.

MVM klassifikatsioon:

1. hüdraulilised sideained:

Veega segamisel (segamisel) need kõvastuvad ja jätkavad vees oma tugevuse säilitamist või suurendamist. Nende hulka kuuluvad erinevad tsemendid ja hüdrauliline lubi. Hüdraulilise lubja kõvenemisel interakteerub CaO vee ja õhus leiduva süsihappegaasiga ning tekkiv toode kristalliseerub. Neid kasutatakse maapealsete, maa-aluste ja hüdrotehniliste ehitiste ehitamisel, mis puutuvad pidevalt kokku veega.

2. õhusideained:

Veega segades need kõvastuvad ja säilitavad oma tugevuse ainult õhu käes. Nende hulka kuuluvad õhklubi, kips-anhüdriit ja magneesiumoksiidi õhusideained.

3. happekindlad sideained:

Need koosnevad peamiselt happekindlast tsemendist, mis sisaldab peeneks jahvatatud kvartsliiva segu ja; need on reeglina suletud naatrium- või kaaliumsilikaadi vesilahustega; hapetega kokkupuutel säilitavad nad oma tugevuse pikka aega. Kõvenemise ajal tekib reaktsioon. Neid kasutatakse happekindlate pahtlite, mörtide ja betoonide tootmiseks keemiaettevõtete ehituses.

4. sideained autoklaavis kõvenemiseks:

Need koosnevad lubi-ränidioksiid ja lubi-nefeliin sideainetest (lubi, kvartsliiv, nefeliinsete) ning kivistuvad autoklaavimisel (6-10 tundi, aururõhk 0,9-1,3 MPa). Nende hulka kuuluvad ka liivased portlandtsemendid ja muud lubjal, tuhal ja madala tasemega mudal põhinevad sideained. Neid kasutatakse silikaatbetoonist toodete (plokid, silikaattellised jne) tootmisel.

5. fosfaadi sidujad:

Koosneb spetsiaalsetest tsementidest; need suletakse fosforhappega, moodustades plastilise massi, kõvenedes järk-järgult monoliitseks kehaks ja säilitades oma tugevuse temperatuuril üle 1000 ° C. Tavaliselt kasutatakse titaanfosfaati, tsinkfosfaati, aluminofosfaati ja muid tsemente. Neid kasutatakse tulekindla vooderdimassi ja hermeetikute valmistamiseks metallosade ja -konstruktsioonide kõrge temperatuuriga kaitsmiseks tulekindla betooni tootmisel jne.

Orgaanilised sideained(OBM) – orgaanilise päritoluga ained, mis on polümerisatsiooni või polükondensatsiooni tulemusena võimelised muutuma plastilisest olekust tahkeks või väheplastseks.

Võrreldes MVM-iga on need vähem rabedad ja suurema tõmbetugevusega. Nende hulka kuuluvad nafta rafineerimisel tekkinud tooted (asfalt, bituumen), puidu termilise lagunemise saadused (tõrv), aga ka sünteetilised termoreaktiivsed polüester-, epoksü-, fenoolformaldehüüdvaigud. Neid kasutatakse teede, sildade, tööstusruumide põrandate, valtskattematerjalide, asfaltpolümeerbetooni jms ehitamisel.

Räni keemiline märk on Si, aatommass on 28,086, tuumalaeng +14. , samuti , asub IV grupi põhialagrupis, kolmandal perioodil. See on analoogne süsinikuga. Räni aatomi elektronkihtide elektrooniline konfiguratsioon on ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Välise elektroonilise kihi struktuur

Välise elektronkihi struktuur sarnaneb süsinikuaatomi struktuuriga.
esineb kahe allotroopse modifikatsiooni - amorfse ja kristalse - kujul.
Amorfne – pruunikas pulber, mille keemiline aktiivsus on veidi suurem kui kristalne. Tavatemperatuuril reageerib see fluoriga:
Si + 2F2 = SiF4 400° juures - hapnikuga
Si + O2 = SiO2
sulatis - metallidega:
2Mg + Si = Mg2Si
Kristalne räni on kõva habras metallilise läikega aine. Sellel on hea soojus- ja elektrijuhtivus, see lahustub kergesti sulametallides, moodustades. Räni sulamit alumiiniumiga nimetatakse silumiiniumiks, räni sulamit rauaga nimetatakse ferrosiliitsiks. Räni tihedus 2,4. Sulamistemperatuur 1415°, keemistemperatuur 2360°. Kristalne räni on üsna inertne aine ja siseneb raskustega keemilistesse reaktsioonidesse. Vaatamata hästi märgatavatele metallilistele omadustele ei reageeri räni hapetega, vaid reageerib leelistega, moodustades ränihappe sooli ja:
Si + 2KOH + H2O = K2SiO2 + 2H2

■ 36. Millised on räni ja süsinikuaatomite elektronstruktuuride sarnasused ja erinevused?
37. Kuidas seletada räni aatomi elektronstruktuuri seisukohalt, miks on metallilised omadused iseloomulikumad ränile kui süsinikule?
38. Loetlege räni keemilised omadused.

Räni looduses. Ränidioksiid

Räni on looduses laialt levinud. Umbes 25% maakoorest on räni. Märkimisväärse osa looduslikust ränist moodustab ränidioksiid SiO2. Väga puhtas kristalses olekus esineb ränidioksiid mineraalina, mida nimetatakse mäekristallideks. Ränidioksiid ja süsinikdioksiid on keemiliselt analoogsed, kuid süsinikdioksiid on gaas ja ränidioksiid on tahke aine. Erinevalt CO2 molekulaarkristallvõrest kristalliseerub ränidioksiid SiO2 aatomkristallvõre kujul, mille iga rakk on tetraeeder, mille keskel on räni aatom ja nurkades hapnikuaatomid. Seda seletatakse sellega, et räni aatomi raadius on suurem kui süsinikuaatomil ja selle ümber saab paigutada mitte 2, vaid 4 hapnikuaatomit. Kristallvõre struktuuri erinevus seletab nende ainete omaduste erinevust. Joonisel fig. 69 näitab puhtast ränidioksiidist koosneva loodusliku kvartskristalli välimust ja selle struktuurivalemit.

Riis. 60. Ränidioksiidi (a) ja looduslike kvartskristallide (b) struktuurivalem

Kristallilist ränidioksiidi leidub kõige sagedamini liivana, mis on valge, välja arvatud juhul, kui see on saastunud kollase savise lisandiga. Lisaks liivale leidub ränidioksiidi sageli ka väga kõva mineraalina, räni (hüdraatunud ränidioksiid). Kristalliline ränidioksiid, mis on värvitud erinevates lisandites, moodustab vääris- ja poolvääriskive - ahhaati, ametüsti, jaspist. Peaaegu puhast ränidioksiidi leidub ka kvartsi ja kvartsiidi kujul. Vaba ränidioksiid maakoores on 12%, erinevate kivimite koostises - umbes 43%. Kokku moodustab üle 50% maakoorest ränidioksiid.
Räni on osa väga erinevatest kivimitest ja mineraalidest – savi, graniit, süeniit, vilgukivid, päevakivid jne.

Tahke süsinikdioksiid, sulamata, sublimeerub temperatuuril -78,5 °. Ränidioksiidi sulamistemperatuur on umbes 1,713°. Ta on väga karm. Tihedus 2,65. Ränidioksiidi paisumiskoefitsient on väga väike. See on kvartsist klaasnõude kasutamisel väga oluline. Ränidioksiid ei lahustu vees ega reageeri sellega, vaatamata sellele, et see on happeline oksiid ja see vastab ränihappele H2SiO3. Süsinikdioksiid on teadaolevalt vees lahustuv. Hapetega, välja arvatud vesinikfluoriidhape HF, ränidioksiid ei reageeri, leelistega moodustab see soolasid.

Riis. 69. Ränidioksiidi (a) ja looduslike kvartskristallide (b) struktuurivalem.
Kui ränidioksiidi kuumutatakse kivisöega, siis räni redutseeritakse ja seejärel ühendatakse see süsinikuga ja moodustub karborund vastavalt võrrandile:
SiO2 + 2C = SiC + CO2. Karborund on suure kõvadusega, hapetele vastupidav ja leelised hävitavad.

■ 39. Milliste ränidioksiidi omaduste põhjal saab hinnata selle kristallvõre?
40. Milliste mineraalide kujul ränidioksiid looduses esineb?
41. Mis on karborund?

Ränihape. silikaadid

Ränihape H2SiO3 on väga nõrk ja ebastabiilne hape. Kuumutamisel laguneb see järk-järgult veeks ja ränidioksiidiks:
H2SiO3 = H2O + SiO2

Ränihape on vees praktiliselt lahustumatu, kuid võib kergesti anda.
Ränihape moodustab sooli, mida nimetatakse silikaatideks. leidub looduses laialdaselt. Looduslikud on üsna keerulised. Nende koostist kujutatakse tavaliselt mitme oksiidi kombinatsioonina. Kui looduslike silikaatide koostis sisaldab alumiiniumoksiidi, nimetatakse neid alumosilikaatideks. Need on valge savi, (kaoliin) Al2O3 2SiO2 2H2O, päevakivi K2O Al2O3 6SiO2, vilgukivi
K2O Al2O3 6SiO2 2H2O. Paljud looduslikud vääriskivid nende kõige puhtamal kujul, nagu akvamariin, smaragd jne.
Tehissilikaatidest tuleb ära märkida naatriumsilikaat Na2SiO3 – üks väheseid vees lahustuvaid silikaate. Seda nimetatakse lahustuvaks klaasiks ja lahust nimetatakse vedelaks klaasiks.

Silikaate kasutatakse laialdaselt inseneritöös. Lahustuv klaas on immutatud kangaste ja puiduga, et kaitsta neid süttimise eest. Vedelik on osa tulekindlatest pahtlitest klaasi, portselani, kivi liimimiseks. Silikaadid on aluseks klaasi, portselani, fajansi, tsemendi, betooni, tellise ja erinevate keraamikatoodete valmistamisel. Lahuses silikaadid kergesti hüdrolüüsivad.

■ 42. Mis see on? Mille poolest need silikaatidest erinevad?
43. Mis on vedelik ja milleks seda kasutatakse?

Klaas

Klaasitootmise tooraineks on Na2CO3 sooda, CaCO3 lubjakivi ja SiO2 liiv. Kõik klaasisegu komponendid puhastatakse hoolikalt, segatakse ja sulatatakse temperatuuril umbes 1400 °. Sulamisprotsessi käigus toimuvad järgmised reaktsioonid:
Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2

CaCO3 + SiO2 = CaSiO 3 + CO2
Tegelikult sisaldab klaasi koostis naatriumi- ja kaltsiumsilikaate, samuti SO2 liig, seega on tavalise aknaklaasi koostis: Na2O · CaO · 6SiO2. Klaasisegu kuumutatakse temperatuuril 1500°, kuni süsinikdioksiid on täielikult eemaldatud. Seejärel jahutatakse temperatuurini 1200 °, mille juures see muutub viskoosseks. Nagu iga amorfne aine, pehmeneb ja kõveneb ka klaas järk-järgult, seega on see hea plastmaterjal. Läbi pilu lastakse viskoosne klaasimass, mille tulemusena moodustub klaasleht. Kuum klaasleht tõmmatakse rullides, viiakse teatud suuruseni ja jahutatakse järk-järgult õhuvooluga. Seejärel lõigatakse see mööda servi ja lõigatakse teatud formaadiga lehtedeks.

■ 44. Esitage klaasi valmistamisel toimuvate reaktsioonide võrrandid ja aknaklaasi koostis.

Klaas- aine on amorfne, läbipaistev, vees praktiliselt lahustumatu, kuid kui see purustada peeneks tolmuks ja segada väikese koguse veega, saab fenoolftaleiini abil tuvastada saadud segus leelist. Leeliste pikaajalisel hoidmisel klaasnõudes reageerib liigne SiO2 klaasis leelisega väga aeglaselt ja klaas kaotab järk-järgult oma läbipaistvuse.
Klaas sai inimestele tuntuks rohkem kui 3000 aastat enne meie ajastut. Iidsetel aegadel saadi klaasi peaaegu sama koostisega kui praegu, kuid muistsed meistrid juhtisid ainult oma sisetunnet. 1750. aastal õnnestus M. V.-l välja töötada klaasitootmise teaduslikud alused. 4 aasta jooksul kogus M.V. palju retsepte erinevate, eriti värviliste klaaside valmistamiseks. Tema ehitatud klaasitehases valmistati hulgaliselt klaasinäidiseid, mis on säilinud tänapäevani. Praegu kasutatakse erineva koostisega ja erinevate omadustega klaase.

Kvartsklaas koosneb peaaegu puhtast ränidioksiidist ja on sulatatud mäekristallidest. Selle väga oluline omadus on see, et selle paisumistegur on ebaoluline, peaaegu 15 korda väiksem kui tavalisel klaasil. Sellisest klaasist nõusid saab põleti leegis kuumaks lasta ja seejärel külma vette lasta; klaasil muudatusi ei toimu. Kvartsklaas ei hoia ultraviolettkiirgust kinni ja kui see värvida mustaks niklisooladega, siis säilitab see kõik spektri nähtavad kiired, kuid jääb ultraviolettkiirte suhtes läbipaistvaks.
Happed kvartsklaasile ei mõju, kuid leelised söövitavad seda märgatavalt. Kvartsklaas on tavalisest klaasist hapram. Laboriklaas sisaldab umbes 70% SiO2, 9% Na2O, 5% K2O 8% CaO, 5% Al2O3, 3% B2O3 (klaaside koostis ei ole meeldejätmiseks).

Tööstuses kasutatakse Jena ja Pyrexi klaasi. Jena klaas sisaldab umbes 65% Si02, 15% B2O3, 12% BaO, 4% ZnO, 4% Al2O3. See on vastupidav, mehaanilisele pingele vastupidav, madala paisumisteguriga, leeliste suhtes vastupidav.
Pyrex klaas sisaldab 81% SiO2, 12% B2O3, 4% Na2O, 2% Al2O3, 0,5% As2O3, 0,2% K2O, 0,3% CaO. Sellel on samad omadused nagu Jena klaasil, kuid veelgi suuremal määral, eriti pärast karastamist, kuid see on leeliste suhtes vähem vastupidav. Pyrex-klaasist valmistatakse majapidamistarbeid, mis puutuvad kokku kuumusega, aga ka mõnede madalatel ja kõrgetel temperatuuridel töötavate tööstusseadmete osade valmistamiseks.

Mõned lisandid annavad klaasile erinevaid omadusi. Näiteks vanaadiumoksiidide lisandid annavad klaasi, mis blokeerib täielikult ultraviolettkiired.
Saadakse ka klaasi, mis on värvitud erinevates värvides. M.V valmistas oma mosaiikmaalide jaoks ka mitu tuhat erinevat värvi ja tooni värvilist klaasi näidist. Praegu on klaasi värvimise meetodid üksikasjalikult välja töötatud. Mangaaniühendid värvivad klaasist lillat, koobaltsinist. , pritsitakse klaasi massis kolloidsete osakeste kujul, annab sellele rubiinvärvi jne. Pliiühendid annavad klaasile mäekristallile sarnase läike, mistõttu seda nimetatakse kristalliks. Sellist klaasi saab kergesti töödelda ja lõigata. Sellest valmistatud tooted murravad valgust väga kaunilt. Selle klaasi värvimisel erinevate lisanditega saadakse värviline kristallklaas.

Kui sulaklaas segatakse ainetega, mis lagunemisel moodustavad suurel hulgal gaase, siis viimased eraldudes vahustavad klaasi, moodustades vahtklaasi. Selline klaas on väga kerge, hästi töödeldud ning suurepärane elektri- ja soojusisolaator. Selle sai esmakordselt prof. I. I. Kitaygorodsky.
Klaasist niite tõmmates saab nn klaaskiud. Kui kihtidena laotud klaaskiud immutatakse sünteetiliste vaikudega, siis saadakse väga vastupidav, mädanemiskindel, täiuslikult töödeldud ehitusmaterjal nn klaaskiud. Huvitav on see, et mida õhem on klaaskiud, seda suurem on selle tugevus. Klaaskiust kasutatakse ka töörõivaste valmistamiseks.
Klaasvill on väärtuslik materjal, mille kaudu saab filtreerida tugevaid happeid ja leeliseid, mida ei saa läbi paberi filtreerida. Lisaks on klaasvill hea soojusisolaator.

■ 44. Mis määrab erinevat tüüpi klaaside omadused?

Keraamika

Alumosilikaatidest on eriti oluline valge savi - kaoliin, mis on portselani ja fajansi valmistamise aluseks. Portselani tootmine on äärmiselt iidne majandusharu. Hiina on portselani sünnikoht. Venemaal saadi portselani esimest korda 18. sajandil. D. I. Vinogradov.
Portselani ja fajansi tootmise tooraineks on lisaks kaoliinile liiv ja. Kaoliini, liiva ja vee segu jahvatatakse kuulveskis põhjalikult peeneks, seejärel filtreeritakse liigne vesi välja ja hästi segunenud plastmass suunatakse toodete vormimisse. Pärast vormimist tooted kuivatatakse ja põletatakse pidevates tunnelahjudes, kus need esmalt kuumutatakse, seejärel põletatakse ja lõpuks jahutatakse. Pärast seda töödeldakse tooteid edasi - klaasitakse, joonistatakse keraamiliste värvidega muster. Pärast iga etappi tooted põletatakse. Tulemuseks on valge, sile ja läikiv portselan. Õhukeste kihtidena kumab läbi. Fajanss on poorne ega paista läbi.

Punasest savist voolitakse telliseid, plaate, savinõusid, keraamilisi rõngaid erinevate keemiatööstuse absorptsiooni- ja pesutornide paigaldamiseks, lillepotid. Samuti põletatakse, et need veega ei pehmeneks ega muutuks mehaaniliselt tugevaks.

Tsement. Betoon

Räniühendid on ehituses asendamatu sideaine, tsemendi tootmise aluseks. Tsemendi tootmise tooraineks on savi ja lubjakivi. Seda segu põletatakse tohutus kaldega torukujulises pöördahjus, kuhu laaditakse pidevalt toorainet. Pärast ahju teises otsas asuvast august 1200-1300 ° põletamist väljub paagutatud mass - klinker - pidevalt. Pärast jahvatamist muutub klinker sisse. Tsement sisaldab peamiselt silikaate. Kui segada veega kuni paksu suspensiooni moodustumiseni ja seejärel mõneks ajaks õhku jättes, reageerib see tsemendi ainetega, moodustades kristalseid hüdraate ja muid tahkeid ühendeid, mis viib tsemendi kõvenemiseni (“kivistumiseni”). See ei kandu enam oma varasemasse olekusse, seetõttu püütakse tsementi enne kasutamist vee eest kaitsta. Tsemendi kõvenemisprotsess on pikk ja tõelise tugevuse omandab see alles kuu aja pärast. Tõsi, tsementi on erinevaid. Tavalist tsementi, mida oleme kaalunud, nimetatakse silikaattsemendiks või portlandtsemendiks. Alumiiniumoksiidist, lubjakivist ja ränidioksiidist valmistatakse kiiresti kivistuv alumiiniumtsement.

Kui segate tsementi killustiku või killustikuga, saate betooni, mis on juba iseseisev ehitusmaterjal. Killustikku ja killustikku nimetatakse täiteaineteks. Betoonil on kõrge tugevus ja see talub suuri koormusi. See on veekindel ja tulekindel. Kuumutamisel ei kaota see peaaegu tugevust, kuna selle soojusjuhtivus on väga madal. Betoon on külmakindel, nõrgendab radioaktiivset kiirgust, seetõttu kasutatakse seda hüdrokonstruktsioonide ehitusmaterjalina, tuumareaktorite kaitsekestade jaoks. Katlad on vooderdatud betooniga. Kui segada tsementi vahuainega, moodustub paljudest rakkudest läbi imbunud vahtbetoon. Selline betoon on hea heliisolaator ja juhib soojust isegi vähem kui tavaline betoon.