คาร์บอนและซิลิกอนในธรรมชาติ คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของซิลิกอนและคาร์บอนและสารประกอบ

ถ่านหินมีมากที่สุดในธรรมชาติ มักพบการสะสมของกราไฟท์ เป็นการดัดแปลงแบบ allotropic ที่เสถียรกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเพชร ดังนั้นจึงมีอยู่ในเปลือกโลกมากกว่าเพชร กราไฟต์เกิดขึ้นในพื้นดินในรูปของเกล็ดและมวลแผ่น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามันถูกสร้างขึ้นจากถ่านหินภายใต้อิทธิพลของความดันสูง เพชรเป็นของหายาก เชื่อกันว่าเกิดจากสารคาร์บอนที่อุณหภูมิและความดันสูงที่ระดับความลึกประมาณ 100 กม.

การใช้คาร์บอนและสารประกอบ

1) ในตอนแรก เพชรถูกใช้เพื่อผลิตเพชรเท่านั้น ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องประดับที่แพงที่สุดมาโดยตลอด

เพชรที่มีความแข็งสูงทำให้สามารถใช้สำหรับการผลิตเครื่องมือเจาะและตัด การแปรรูปหินอื่นๆ โลหะ และวัสดุแข็ง ดอกสว่านเพชรใช้สำหรับเจาะแผ่นคอนกรีต ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือเพชร ทำให้สามารถประมวลผลหินที่ใช้ในการเคลื่อนไหวของนาฬิกาได้อย่างแม่นยำ แผ่นเพชรบาง ๆ ถูกนำไปใช้กับเครื่องมือผ่าตัด การใช้เพชรในเทคโนโลยีช่วยลดต้นทุนและเพิ่มความเร็วในกระบวนการผลิต

กราไฟท์ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมและอุตสาหกรรม การทนความร้อนและความเฉื่อยของสารเคมีทำให้เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟ เช่นเดียวกับท่อและอุปกรณ์ที่ทนต่อสารเคมี

ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า การนำไฟฟ้าของกราไฟท์ถูกนำมาใช้ อิเล็กโทรด, เซลล์กัลวานิก, หน้าสัมผัสของเครื่องจักรไฟฟ้าทำจากมัน กราไฟท์มีความต้านทานสูง ดังนั้นเครื่องทำความร้อนสำหรับเตาไฟฟ้าจึงทำมาจากมัน

กราไฟท์บริสุทธิ์มากถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

กราไฟท์ทำหน้าที่เป็นแกนดินสอ เนื่องจากการลอกของตาชั่ง แท่งจึงทิ้งรอยไว้บนกระดาษ

ถ่านหินใช้เป็นเชื้อเพลิง มันถูกแปรรูปเป็นโค้กซึ่งมีสิ่งสกปรกน้อยกว่าถ่านหิน

โค้กเป็นสารรีดิวซ์ที่ดีซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมโลหะเพื่อผลิตโลหะ

2) คาร์บอนไดออกไซด์ใช้เป็นสารทำความเย็น ใช้ในการดับเพลิง ใช้ในทางการแพทย์ มันถูกเพิ่มเข้าไปในออกซิเจนที่ผู้ป่วยหนักหายใจเข้า คาร์บอนไดออกไซด์ถูกใช้เพื่อทำโซดาและเครื่องดื่มอื่นๆ

3) แคลเซียมคาร์บอเนตมีการใช้งานมากที่สุด ได้ปูนขาวซึ่งใช้ในการก่อสร้าง โซเดียมคาร์บอเนต (โซดา) และโพแทสเซียม (โปแตช) ใช้ในการผลิตสบู่ สำหรับการผลิตแก้ว ในอุตสาหกรรมยา และสำหรับปุ๋ย

ซิลิคอน

ซิลิคอนมีความสำคัญในธรรมชาติและชีวิตมนุษย์ไม่น้อยไปกว่าคาร์บอน หากคาร์บอนก่อตัวขึ้นในสสารของธรรมชาติที่มีชีวิต ซิลิกอนก็เป็นพื้นฐานของสารที่ประกอบขึ้นเป็นโลกทั้งใบ

การใช้ซิลิกอนและสารประกอบต่างๆ

1) เนื่องจากซิลิกอนเป็นสารรีดิวซ์ที่ดี จึงใช้เพื่อให้ได้โลหะในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา

ซิลิคอนถูกใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากสามารถนำไฟฟ้าได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ซิลิคอนใช้ทำโฟโตเซลล์ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับการผลิตวิทยุ โทรทัศน์ และคอมพิวเตอร์

คาร์บอนสามารถสร้างการดัดแปลงแบบ allotropic ได้หลายอย่าง เหล่านี้คือเพชร (การปรับเปลี่ยน allotropic เฉื่อยที่สุด), กราไฟท์, ฟูลเลอรีนและปืนสั้น

ถ่านและเขม่าเป็นคาร์บอนอสัณฐาน คาร์บอนในสถานะนี้ไม่มีโครงสร้างที่เป็นระเบียบ และจริงๆ แล้วประกอบด้วยเศษชั้นกราไฟต์ที่เล็กที่สุด คาร์บอนอสัณฐานที่บำบัดด้วยไอน้ำร้อนเรียกว่าถ่านกัมมันต์ ถ่านกัมมันต์ 1 กรัม เนื่องจากมีรูพรุนจำนวนมาก มีพื้นผิวรวมมากกว่าสามร้อยตารางเมตร! เนื่องจากความสามารถในการดูดซับสารต่างๆ ถ่านกัมมันต์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารตัวเติมของตัวกรอง เช่นเดียวกับตัวดูดซับสำหรับพิษประเภทต่างๆ

จากมุมมองทางเคมี คาร์บอนอสัณฐานเป็นรูปแบบที่มีการเคลื่อนไหวมากที่สุด กราไฟต์แสดงกิจกรรมปานกลาง และเพชรเป็นสารเฉื่อยอย่างยิ่ง ด้วยเหตุผลนี้ คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอนที่กล่าวถึงด้านล่างควรมาจากคาร์บอนอสัณฐานเป็นหลัก

ลดคุณสมบัติของคาร์บอน

ในฐานะที่เป็นตัวรีดิวซ์ คาร์บอนทำปฏิกิริยากับอโลหะ เช่น ออกซิเจน ฮาโลเจน และกำมะถัน

ขึ้นอยู่กับส่วนเกินหรือขาดออกซิเจนในระหว่างการเผาไหม้ถ่านหินการก่อตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ CO หรือคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 เป็นไปได้:

เมื่อคาร์บอนทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน จะเกิดคาร์บอนเตตระฟลูออไรด์:

เมื่อคาร์บอนถูกทำให้ร้อนด้วยกำมะถัน จะเกิดคาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2:

คาร์บอนสามารถลดโลหะหลังจากอะลูมิเนียมในชุดกิจกรรมจากออกไซด์ของพวกมัน ตัวอย่างเช่น:

คาร์บอนยังทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะแอคทีฟอย่างไรก็ตามในกรณีนี้ตามกฎแล้วไม่ได้สังเกตการลดลงของโลหะ แต่การก่อตัวของคาร์ไบด์:

ปฏิกิริยาของคาร์บอนกับออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ

คาร์บอนเข้าสู่ปฏิกิริยาสัดส่วนร่วมกับคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2:

หนึ่งในกระบวนการที่สำคัญที่สุดจากมุมมองของอุตสาหกรรมคือสิ่งที่เรียกว่า การปฏิรูปไอน้ำของถ่านหิน. กระบวนการนี้ดำเนินการโดยส่งไอน้ำผ่านถ่านหินร้อน ในกรณีนี้ จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ที่อุณหภูมิสูง คาร์บอนสามารถลดแม้กระทั่งสารประกอบเฉื่อยเช่นซิลิกอนไดออกไซด์ ในกรณีนี้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข การก่อตัวของซิลิกอนหรือซิลิกอนคาร์ไบด์ได้ ( กากเพชร):

นอกจากนี้ คาร์บอนในฐานะตัวรีดิวซ์จะทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กรดซัลฟิวริกเข้มข้นและกรดไนตริก:

คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของคาร์บอน

คาร์บอนขององค์ประกอบทางเคมีนั้นไม่มีอิเลคโตรเนกาติตีสูง ดังนั้นสารธรรมดาที่ก่อตัวขึ้นจึงไม่ค่อยแสดงคุณสมบัติในการออกซิไดซ์เมื่อเทียบกับอโลหะอื่นๆ

ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวคือปฏิกิริยาของคาร์บอนอสัณฐานกับไฮโดรเจนเมื่อถูกให้ความร้อนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา:

เช่นเดียวกับซิลิกอนที่อุณหภูมิ 1200-1300 ประมาณ C:

คาร์บอนแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่สัมพันธ์กับโลหะ คาร์บอนสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะออกฤทธิ์และโลหะบางชนิดที่มีฤทธิ์ปานกลาง ปฏิกิริยาดำเนินไปเมื่อถูกความร้อน:

คาร์ไบด์โลหะที่ใช้งานถูกไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำ: เช่นเดียวกับสารละลายของกรดที่ไม่ออกซิไดซ์: ในกรณีนี้ ไฮโดรคาร์บอนจะก่อตัวขึ้นโดยประกอบด้วยคาร์บอนในสถานะออกซิเดชันเดียวกันกับคาร์ไบด์ดั้งเดิม

คุณสมบัติทางเคมีของซิลิกอน

ซิลิคอนสามารถมีอยู่ได้ เช่นเดียวกับคาร์บอนในสถานะผลึกและอสัณฐาน และเช่นเดียวกับในกรณีของคาร์บอน ซิลิคอนอสัณฐานจะมีปฏิกิริยาทางเคมีมากกว่าซิลิกอนผลึกอย่างมีนัยสำคัญ

บางครั้งซิลิคอนอสัณฐานและผลึกเรียกว่าการดัดแปลงแบบ allotropic ซึ่งพูดอย่างเคร่งครัดไม่เป็นความจริงทั้งหมด ซิลิคอนอสัณฐานเป็นกลุ่มก้อนของอนุภาคที่เล็กที่สุดของผลึกซิลิกอนที่จัดเรียงแบบสุ่มโดยสัมพันธ์กัน

ปฏิกิริยาของซิลิกอนกับสารอย่างง่าย

อโลหะ

ภายใต้สภาวะปกติซิลิกอนเนื่องจากความเฉื่อยทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเท่านั้น:

ซิลิคอนทำปฏิกิริยากับคลอรีน โบรมีน และไอโอดีนเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น เป็นลักษณะเฉพาะที่ต้องใช้อุณหภูมิที่แตกต่างกันไปตามกิจกรรมของฮาโลเจน:

ดังนั้นสำหรับคลอรีน ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่ 340-420 o C:

ด้วยโบรมีน - 620-700 o C:

ด้วยไอโอดีน - 750-810 o C:

ปฏิกิริยาของซิลิกอนกับออกซิเจนจะเกิดขึ้น แต่ต้องใช้ความร้อนสูงมาก (1200-1300 ° C) เนื่องจากฟิล์มออกไซด์ที่แรงทำให้ปฏิสัมพันธ์ทำได้ยาก:

ที่อุณหภูมิ 1200-1500 ° C ซิลิกอนค่อย ๆ ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในรูปของกราไฟท์เพื่อสร้างคาร์บอรันดัม SiC - สารที่มีโครงผลึกอะตอมคล้ายกับเพชรและแทบไม่ด้อยกว่าในด้านความแข็งแรง:

ซิลิคอนไม่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน

โลหะ

เนื่องจากมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำ ซิลิคอนจึงสามารถแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์เฉพาะในส่วนที่เกี่ยวกับโลหะเท่านั้น ของโลหะ ซิลิกอนทำปฏิกิริยากับแอคทีฟ (อัลคาไลน์และอัลคาไลน์เอิร์ ธ) รวมถึงโลหะที่มีฤทธิ์ปานกลาง อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้เกิดซิลิไซด์:

ปฏิกิริยาของซิลิกอนกับสารที่ซับซ้อน

ซิลิคอนไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำแม้ในขณะที่เดือด อย่างไรก็ตาม ซิลิกอนอสัณฐานทำปฏิกิริยากับไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่อุณหภูมิประมาณ 400-500 ° C ทำให้เกิดไฮโดรเจนและซิลิกอนไดออกไซด์:

ในบรรดากรดทั้งหมด ซิลิกอน (ในสถานะอสัณฐาน) ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริกเข้มข้นเท่านั้น:

ซิลิคอนละลายในสารละลายด่างเข้มข้น ปฏิกิริยานี้มาพร้อมกับวิวัฒนาการของไฮโดรเจน

ในสารประกอบไบนารีของซิลิกอนกับคาร์บอน อะตอมของซิลิกอนแต่ละอะตอมจะถูกผูกมัดโดยตรงกับอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียงสี่อะตอม ซึ่งอยู่ที่จุดยอดของจัตุรมุข ซึ่งศูนย์กลางของอะตอมคืออะตอมของซิลิกอน ในเวลาเดียวกัน อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะถูกผูกมัดกับอะตอมซิลิกอนที่อยู่ใกล้เคียงสี่อะตอม ซึ่งอยู่ที่จุดยอดของจัตุรมุขซึ่งเป็นศูนย์กลางของอะตอมของคาร์บอน การจัดเรียงอะตอมของซิลิกอนและคาร์บอนร่วมกันดังกล่าวขึ้นอยู่กับพันธะซิลิกอนคาร์บอนของ Si-C และก่อให้เกิดโครงสร้างผลึกที่หนาแน่นและแข็งแรงมาก

ปัจจุบันรู้จักสารประกอบไบนารีของซิลิกอนที่มีคาร์บอนเพียงสองชนิดเท่านั้น นี่คือแร่หายากมาก มอยซาไนต์ ซึ่งยังไม่มีการใช้งานจริง และได้รับ carborundum SiC เทียม ซึ่งบางครั้งเรียกว่า silund, refrax, carbofrax, kristolane เป็นต้น

ในห้องปฏิบัติการและในเทคโนโลยี คาร์บอรันดัมได้มาจากการลดซิลิกากับคาร์บอนตามสมการปฏิกิริยา

SiO 2 + 3C \u003d 2CO + SiC

นอกจากแร่ควอทซ์บดละเอียดหรือสายเบ็ดตกปลาควอทซ์บริสุทธิ์และโค้ก เกลือแกงและขี้เลื่อยยังถูกเพิ่มเข้าไปในองค์ประกอบของประจุเพื่อให้ได้คาร์บอรันดัม ขี้เลื่อยคลายส่วนผสมในระหว่างการเผาและเกลือแกงที่ทำปฏิกิริยากับสารเจือปนที่เป็นเหล็กและอลูมิเนียมเปลี่ยนเป็น le: คลอไรด์ทึบแสง FeCl 3 และ AlCl 3 ซึ่งถูกกำจัดออกจากโซนปฏิกิริยาที่ 1,000-1200 ° C อันที่จริงปฏิกิริยา ระหว่างซิลิกาและโค้กเริ่มต้นที่ 1150 องศาเซลเซียส แต่ดำเนินการช้ามาก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 1220 ° C ความเร็วจะเพิ่มขึ้น ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1220 ถึง 1340 °C จะกลายเป็นคายความร้อนและดำเนินการอย่างรุนแรง อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา ส่วนผสมจะเกิดขึ้นก่อน ซึ่งประกอบด้วยผลึกที่เล็กที่สุดและ carborundum ที่หลากหลาย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 1800-2000 ° C ส่วนผสมจะเกิดการตกผลึกใหม่และเปลี่ยนเป็นสีที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดี เป็นตาราง ไม่มีสี มักเป็นสีเขียว สีเทา และแม้กระทั่งสีดำด้วยความแวววาวของเพชรและการเล่นสีรุ้ง คริสตัลหกเหลี่ยมมีประมาณ 98- คาร์บอรันดัม 99.5% กระบวนการรับคาร์บอรันดัมจากประจุนั้นดำเนินการในเตาเผาไฟฟ้าที่เผาไหม้ 2,000-2200 ° C เพื่อให้ได้คาร์บอรันดัมที่บริสุทธิ์ทางเคมี ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการยิงประจุจะได้รับการบำบัดด้วยด่างซึ่งละลายซิลิกาที่ยังไม่ได้เข้าไป เข้าไปในปฏิกิริยา

ผลึกคาร์บอรันดัมเป็นสารที่แข็งมาก ความแข็งของมันคือ 9 ความต้านทานโอห์มมิกของพอลิคริสตัลลีนคาร์บอรันดัมลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและไม่มีนัยสำคัญที่ 1500 0 C

ในอากาศที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 0 C คาร์บอรันดัมเริ่มออกซิไดซ์อย่างช้าๆในตอนแรก และจากนั้นอย่างแรงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสูงกว่า 1700 ° C ในกรณีนี้จะเกิดซิลิกาและคาร์บอนมอนอกไซด์:

2SiC + 3O 2 = 2SiO 2 + 2CO

ซิลิคอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของคาร์บอรันดัมเป็นฟิล์มป้องกัน ซึ่งค่อนข้างจะชะลอการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอรันดัมต่อไป ในสภาพแวดล้อมของไอน้ำ การเกิดออกซิเดชันของคาร์บอรันดัมภายใต้สภาวะเดียวกันจะดำเนินไปอย่างแข็งแกร่งยิ่งขึ้น

กรดแร่ยกเว้นออร์โธฟอสฟอริกไม่ส่งผลกระทบต่อคาร์บอรันดัม คลอรีนที่ 100 ° C จะสลายตัวตามสมการปฏิกิริยา

SiC + 2Cl 2 = SiCl 4 + C

และที่ 1,000 ° C แทนที่จะเป็นคาร์บอน CC1 4 จะถูกปล่อยออกมา:

SiC + 4C1 2 = SiCl + CC1 4

โลหะหลอมเหลว ทำปฏิกิริยากับคาร์บอรันดัม ก่อให้เกิดซิลิไซด์ที่เกี่ยวข้อง:

SiC + Fe = FeSl + C

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 810 ° C คาร์บอรันดัมจะลดออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทให้เป็นโลหะ สูงกว่า 1,000 ° C จะช่วยลดเหล็กออกไซด์ (III) Fe 2 O 3 และสูงกว่า 1300-1370 ° C เหล็กออกไซด์ (II) FeO, นิกเกิลออกไซด์ (II ) NiO และ MnO แมงกานีสออกไซด์

ด่างกัดกร่อนหลอมเหลวและคาร์บอเนตของพวกมันในที่ที่มีออกซิเจนในบรรยากาศจะย่อยสลายคาร์บอรันดัมอย่างสมบูรณ์ด้วยการก่อตัวของซิลิเกตที่เกี่ยวข้อง:

SiC + 2KOH + 2O 2 \u003d K 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2

SiC + นา 2 CO 3 + 2O 2 \u003d นา 2 SiO 3 + 2CO 2

คาร์บอรันดัมยังสามารถทำปฏิกิริยากับโซเดียมเปอร์ออกไซด์ ตะกั่ว (II) ออกไซด์และกรดฟอสฟอริก

เนื่องจากคาร์บอรันดัมมีความแข็งสูงจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะผงขัดสำหรับการเจียรโลหะเช่นเดียวกับการผลิตล้อขัดคาร์บอรันดัม แท่งและกระดาษทราย การนำไฟฟ้าของคาร์บอรันดัมที่อุณหภูมิสูงทำให้สามารถใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตแท่งซิลิเกตที่เรียกว่า ซึ่งเป็นองค์ประกอบต้านทานในเตาไฟฟ้า เพื่อจุดประสงค์นี้ส่วนผสมของคาร์บอรันดัมกับซิลิกอนจะถูกปิดด้วยกลีเซอรีนหรือสารประสานอินทรีย์อื่น ๆ และแท่งจะเกิดขึ้นจากมวลที่เกิดขึ้นซึ่งถูกเผาที่อุณหภูมิ 1,400-1500 ° C ในบรรยากาศของคาร์บอนมอนอกไซด์หรือไนโตรเจน ในระหว่างการเผา สารอินทรีย์ที่เชื่อมประสานจะสลายตัว คาร์บอนที่ปล่อยออกมา รวมกับซิลิกอน จะเปลี่ยนให้เป็นคาร์บอรันดัมและทำให้แท่งมีความแข็งแรงตามที่ต้องการ

ถ้วยใส่ตัวอย่างทนไฟพิเศษทำจาก carborundum
สำหรับการหลอมโลหะที่ได้จากการกดร้อน
carborundum ที่ 2500 ° C ภายใต้ความดัน 42-70 MPa มีชื่อเสียงมากขึ้น
วัสดุทนไฟที่ทำจากส่วนผสมของคาร์บอรันดัมกับไนไตรด์
โบรอน สตีไทต์ พันธะที่มีโมลิบดีนัมและอื่น ๆ
หน่วยงาน

SILICON HYDRIDES หรือ SILANES

สารประกอบไฮโดรเจนของซิลิกอนมักเรียกว่าซิลิกอนไฮไดรด์หรือไซเลน เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว ซิลิกอนไฮไดรด์สร้างอนุกรมคล้ายคลึงกันซึ่งอะตอมของซิลิกอนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว

Si-Si-Si-Si-Si- ฯลฯ

ตัวแทนที่ง่ายที่สุด

ของอนุกรมคล้ายคลึงกันนี้คือ monosilane หรือเรียกง่ายๆ ว่า silane, SiH 4 ซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายกับของมีเทน จากนั้น

disilane H 3 Si-SiH 3 ซึ่งมีลักษณะคล้ายกันในโครงสร้างโมเลกุลกับอีเทน แล้วก็ trisilane H 3 Si-SiH 2 -SiH 3

เตตระซิเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 3,

เพนตาซิเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 ^--SiH 3 และไซเลนสุดท้ายที่ได้รับของอนุกรมคล้ายคลึงกันนี้

เฮกซะซิเลน H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 3 ไซเลนไม่พบในธรรมชาติในรูปแบบที่บริสุทธิ์ รับพวกเขาเทียม:

1. การสลายตัวของโลหะซิลิไซด์ด้วยกรดหรือด่างตามสมการปฏิกิริยา

Mg 2 Si + 4HCI \u003d 2MgCl 2 + SiH 4

ทำให้เกิดส่วนผสมของไซเลน ซึ่งแยกจากการกลั่นแบบเศษส่วนที่อุณหภูมิต่ำมาก

2. การลดฮาโลซิเลนด้วยลิเธียมไฮไดรด์หรือลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์:

SiCl 4 + 4 LiH = 4LiCl + SiH 4

วิธีการรับ Silals นี้อธิบายไว้ครั้งแรกในปี 1947

3. การลดฮาโลไซเลนด้วยไฮโดรเจน ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ 300 - 400 ° C ในหลอดปฏิกิริยาที่เต็มไปด้วยส่วนผสมสัมผัสที่ประกอบด้วยซิลิกอน ทองแดงของโลหะ และอะลูมิเนียมเฮไลด์ 1 - 2% เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

แม้จะมีความคล้ายคลึงกันในโครงสร้างโมเลกุลของซิเตนและไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว แต่คุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันก็ต่างกัน

ไซเลนมีความเสถียรน้อยกว่าเมื่อเทียบกับไฮโดรคาร์บอน เสถียรที่สุดคือ monosilane SiH4 ซึ่งสลายตัวเป็นซิลิกอนและไฮโดรเจนที่ความร้อนสีแดงเท่านั้น ไซเลนอื่นๆ ที่มีปริมาณซิลิกอนสูงจะก่อให้เกิดอนุพันธ์ต่ำกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก ตัวอย่างเช่น disilane Si 2 H 6 ให้ไซเลนและโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็งที่ 300 ° C ในขณะที่ hexasilane Si 6 H 14 สลายตัวช้าแม้ที่อุณหภูมิปกติ เมื่อสัมผัสกับออกซิเจน ไซเลนจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย และบางส่วนเช่น monosilane SiH 4 จะติดไฟได้เองที่ -180 ° C ไซเลนถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่ายเป็นซิลิคอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน:

SiH 4 + 2H 2 0 \u003d SiO 2 + 4H 2

สำหรับไซเลนที่สูงขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการแยกตัว

พันธะ - Si - Si - Si - ระหว่างอะตอมของซิลิกอน ตัวอย่างเช่น สาม-

ไซเลน Si 3 H 8 ให้ SiO 2 สามโมเลกุลและก๊าซไฮโดรเจนสิบโมเลกุล:

H 3 Si - SiH 2 - SiH 3 + 6H 3 O \u003d 3SiO 2 + 10H 2

ในที่ที่มีด่างกัดกร่อนอันเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสของไซเลนจะเกิดซิลิเกตของโลหะอัลคาไลและไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้อง:

SiH 4 + 2NaOH + H 2 0 = นา 2 Si0 3 + 4H 2

ซิลิคอนเฮไลด์

Halosilanes ยังเป็นของสารประกอบซิลิกอนไบนารี เช่นเดียวกับซิลิกอนไฮไดรด์ - ไซเลน - พวกมันก่อตัวเป็นสารประกอบทางเคมีที่คล้ายคลึงกันซึ่งอะตอมของเฮไลด์เชื่อมต่อโดยตรงกับอะตอมของซิลิกอนที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเดี่ยว

ฯลฯ เป็นโซ่ยาวตามความเหมาะสม เนื่องจากความคล้ายคลึงกันนี้ ฮาโลซิเลนจึงถือได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์ของการแทนที่ไฮโดรเจนในไซเลนสำหรับฮาโลเจนที่สอดคล้องกัน ในกรณีนี้ การเปลี่ยนอาจสมบูรณ์และไม่สมบูรณ์ ในกรณีหลังจะได้อนุพันธ์ของฮาโลเจนของไซเลน ฮาโลเจนไซเลนที่รู้จักกันมากที่สุดคือ คลอโรซิเลน Si 25 Cl 52 ฮาโลจิโนซิเลนและอนุพันธ์ของฮาโลเจนไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์และสามารถได้รับเทียมเท่านั้น

1. การเชื่อมต่อโดยตรงของธาตุซิลิกอนกับฮาโลเจน ตัวอย่างเช่น SiCl 4 ได้มาจากเฟอร์โรซิลิคอนที่มีซิลิกอน 35 ถึง 50% โดยการบำบัดที่ 350-500 องศาเซลเซียสด้วยคลอรีนแห้ง ในกรณีนี้ จะได้ SiCl 4 เป็นผลิตภัณฑ์หลักในส่วนผสมกับ halosilanes ที่ซับซ้อนมากขึ้น Si 2 C1 6, Si 3 Cl 8 เป็นต้น ตามสมการปฏิกิริยา

ศรี + 2Cl 2 \u003d SiCl 4

สารประกอบเดียวกันนี้สามารถหาได้โดยคลอรีนส่วนผสมของซิลิกาและโค้กที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาดำเนินไปตามแบบแผน

SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

ศรี + 2C1 2 \u003d SiС1 4

SiO 2 + 2C + 2Cl 2 \u003d 2CO + SiCl 4

เตตระโบรโมซิเลนได้มาจากโบรมีนที่ความร้อนแดงของธาตุซิลิกอนด้วยไอโบรมีน:

Si + 2Br 2 = SiBr 4

หรือส่วนผสมของซิลิกากับโค้ก:

SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

Si + 2Br 3 = SiBi 4

SiO 2 + 2C + 2Br 2 \u003d 2CO + SiBr 4

ในกรณีนี้ การก่อตัวของไซเลนในระดับสูงเป็นไปได้พร้อมๆ กันกับเตตราซิเลน ตัวอย่างเช่นเมื่อคลอรีนแมกนีเซียมซิลิไซด์ได้รับ 80% SiCI 4 , 20% SiCl 6 และ 0.5-1% Si 3 Cl 8; ในระหว่างการคลอรีนของแคลเซียมซิลิไซด์องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะแสดงดังนี้: 65% SiCl 4 ; 30% ศรี 2 Cl 6 ; 4% ศรี 3 Cl 8 .

2. การทำฮาโลเจนของไซเลนด้วยไฮโดรเจนเฮไลด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา AlBr 3 ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100°C ปฏิกิริยาดำเนินไปตามแบบแผน

SiH 4 + HBr = SiH 3 Br + H 2

SiN 4 + 2НВг = SiH 2 ห้องนอน 2 + 2H 2

3. ฮาโลเจนของไซเลนด้วยคลอโรฟอร์มต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา AlCl 3:

ศรี 3 H 8 + 4CHS1 3 \u003d ศรี 3 H 4 Cl 4 + 4CH 2 C1 3

ศรี 3 H 8 + 5CHCl 3 \u003d ศรี 3 H 3 C1 5 + 5CH 2 C1 2

4. ซิลิคอนเตตระฟลูออไรด์ได้มาจากการกระทำของกรดไฮโดรฟลูออริกบนซิลิกา:

SiO 2 + 4HF \u003d SiF 4 + 2H 2 0

5. polyhalogenosilanes บางชนิดสามารถหาได้จาก halosilanes ที่ง่ายที่สุดโดย halogenation กับ halide ที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น tetraiodosilane ในหลอดที่ปิดสนิทที่อุณหภูมิ 200-300 ° C ทำปฏิกิริยากับเงินปล่อย hexaiododisilane ที่

สามารถรับไอโอโดซิเลนได้โดยการทำปฏิกิริยาไอโอดีนกับไซเลนในคาร์บอนเตตระคลอไรด์หรือคลอโรฟอร์ม ในการปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา AlI 3 ในปฏิกิริยาของไซเลนกับไฮโดรเจนไอโอไดด์

ฮาโลเจนโนซิเลนมีความทนทานน้อยกว่าอนุพันธ์ของฮาโลเจนของไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน พวกมันถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่ายทำให้เกิดซิลิกาเจลและกรดไฮโดรฮาลิก:

SiCl 4 + 2H 2 O \u003d Si0 2 + 4HCl

ตัวแทนที่ง่ายที่สุดของ halosilanes คือ SiF 4 , SiCl 4 , SiBr 4 และ SiI 4 ส่วนใหญ่ใช้ tetrafluorosilane และ tetrachlorosilane ในงานวิศวกรรม Tetrafluorosilane SiF 4 เป็นก๊าซไม่มีสีที่มีกลิ่นฉุน ควันในอากาศ ไฮโดรไลซ์เป็นกรดฟลูออโรซิลิกและซิลิกาเจล SiF 4 ได้มาจากการกระทำของกรดไฮโดรฟลูออริกกับซิลิกาตามสมการปฏิกิริยา

SiO 2 + 4HF \u003d SlF 4 + 2H 2 0

สำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรม SiF 4 ใช้ฟลูออร์สปา CaF 2 , ซิลิกา SiO 2 และกรดซัลฟิวริก H 2 SO 4 ปฏิกิริยาดำเนินไปในสองขั้นตอน:

2CaF 2 + 2H 3 SO 4 \u003d 2СаSO 4 + 4HF

SiO 2 + 4HF \u003d 2H 2 O + SiF 4

2CaF 2 + 2H 2 S0 4 + SiO 2 = 2CaSO 4 + 2H 2 O + SiF 4

สถานะก๊าซและความผันผวนของเตตระฟลูออโรซิเลนใช้สำหรับการแกะสลักแก้วโซเดียมไลม์ซิลิเกตด้วยไฮโดรเจนฟลูออไรด์ เมื่อไฮโดรเจนฟลูออไรด์ทำปฏิกิริยากับแก้ว จะเกิดเตตระฟลูออโรซิเลน แคลเซียมฟลูออไรด์ โซเดียมฟลูออไรด์ และน้ำ Tetrafluorosilane ซึ่งเป็นสารระเหยทำให้เกิดชั้นแก้วใหม่ลึกขึ้นเพื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ CaF 2 และ NaF ยังคงอยู่ที่บริเวณที่เกิดปฏิกิริยา ซึ่งละลายในน้ำและทำให้เข้าถึงไฮโดรเจนฟลูออไรด์ได้ฟรีสำหรับการแทรกซึมเพิ่มเติมไปยังพื้นผิวกระจกที่เพิ่งเปิดใหม่ พื้นผิวที่แกะสลักอาจเป็นแบบด้านหรือแบบโปร่งใส การกัดแบบทึบแสงได้มาจากการกระทำของก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์บนกระจก โปร่งใส - โดยการกัดด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของกรดไฮโดรฟลูออริก หากผ่านเตตระฟลูออโรซิเลนลงไปในน้ำ จะได้ H 2 SiF 6 และซิลิกาในรูปของเจล:

3SiF 4 + 2H 2 O \u003d 2H 2 SiF 6 + Si0 2

กรดไฮโดรฟลูออโรซิลิซิกเป็นกรดไดบาซิกที่แรงชนิดหนึ่ง ไม่ได้รับในสถานะอิสระ เมื่อระเหย จะสลายตัวเป็น SiF 4 และ 2HF ซึ่งระเหยได้ ด้วยด่างกัดกร่อนทำให้เกิดเกลือที่เป็นกรดและเกลือปกติ:

H 2 SlF 6 + 2NaOH.= Na 2 SiF 6 + 2H 2 O

ด้วยอัลคาไลที่มากเกินไปให้ฟลูออไรด์โลหะอัลคาไลซิลิกาและน้ำ:

H 2 SiF 6 + 6NaOH \u003d 6NaF + SiO 2 + 4H 2 O

ซิลิกาที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้ทำปฏิกิริยากับโซดาไฟ
ข้อศอกและนำไปสู่การก่อตัวของซิลิเกต:

SiO 2 + 2NaOH \u003d นา 2 SiO 3 + H 2 O

เกลือของกรดฟลูออโรซิลิกเรียกว่าซิลิโคฟลูออไรด์หรือฟลูเอต ในปัจจุบัน ซิลิโคฟลูออไรด์ Na, H, Rb, Cs, NH 4 , Cu, Ag, Hg, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn, Mn, Ni, Co, Al, Fe, Cr, Pb และอื่นๆ

ซิลิคอนฟลูออไรด์ของโซเดียม Na 2 SiF 6 , แมกนีเซียม MgSiF 6 * 6HgO, สังกะสี ZnSiF 6 * 6H 2 O, อลูมิเนียม Al 2 (SiF 6) 3 , ตะกั่ว PbSiF 6 , แบเรียม BaSiF 6 และอื่น ๆ ถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ซิลิคอน ฟลูออไรด์มีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อและการปิดผนึก ในขณะเดียวกันก็เป็นสารหน่วงไฟ ด้วยเหตุนี้จึงใช้ชุบไม้เพื่อป้องกันการผุกร่อนก่อนเวลาอันควรและป้องกันการจุดไฟในกรณีเกิดไฟไหม้ ซิลิคอนฟลูออไรด์ยังชุบด้วยหินเทียมและหินธรรมชาติเพื่อวัตถุประสงค์ในการสร้างเพื่อปิดผนึก สาระสำคัญของการทำให้ชุ่มอยู่ในความจริงที่ว่าสารละลายของซิลิกอนฟลูออไรด์ที่เจาะเข้าไปในรูขุมขนและรอยแตกของหิน ทำปฏิกิริยากับแคลเซียมคาร์บอเนตและสารประกอบอื่น ๆ และก่อตัวเป็นเกลือที่ไม่ละลายน้ำที่สะสมอยู่ในรูพรุนและปิดผนึกไว้ สิ่งนี้จะเพิ่มความต้านทานของหินต่อการผุกร่อนอย่างมาก วัสดุที่ไม่มีแคลเซียมคาร์บอเนตเลยหรือมีเพียงเล็กน้อยจะได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยพรีฟลูเอต กล่าวคือ สารที่มีเกลือแคลเซียมละลาย ซิลิเกตของโลหะอัลคาไล และสารอื่นๆ ที่สามารถสร้างตะกอนที่ไม่ละลายน้ำด้วยฟลูเอต แมกนีเซียม สังกะสี และอะลูมิเนียมซิลิโคฟลูออไรด์ใช้เป็นฟลูเอต กระบวนการร่องสามารถแสดงได้ดังนี้:

MgSiF 6 + 2СаСО 3 = MgF 2 + 2CaF 2 + SiO 2 + 2СО 2

ZnSiF 6 + ZCaS0 3 \u003d 3CaF 6 + ZnCO 3 + SiO 2 + 2CO 2

อัล 2 (SiF 6) 3 + 6CaCO 3 \u003d 2A1F 3 + 6CaF 2 + 3SiO 2 + 6CO 2

โลหะอัลคาไลซิลิโคฟลูออไรด์ได้มาจากการทำปฏิกิริยากรดฟลูออโรซิลิกกับสารละลายเกลือของโลหะเหล่านี้:

2NaCl + H 2 SiF 6 = Na 2 SlF 6 + 2HC1

เหล่านี้เป็นตะกอนเจลาตินที่ละลายในน้ำและไม่ละลายในแอลกอฮอล์แน่นอน ดังนั้นจึงใช้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณในการกำหนดซิลิกาโดยวิธีปริมาตร เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค ใช้โซเดียมซิลิโคฟลูออไรด์ ซึ่งได้มาในรูปของผงสีขาวเป็นผลพลอยได้ในการผลิตซูเปอร์ฟอสเฟต จากส่วนผสมของ Na 2 SiF 6 และ A1 2 O 3 ที่ 800 ° C ทำให้เกิด cryolite 3NaF٠AlF 3 ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตซีเมนต์ทันตกรรมและเป็นตัวเก็บเสียงที่ดีทั้งในการทำแก้วและในการผลิตเคลือบทึบแสง และเคลือบฟัน

โซเดียมซิลิโคฟลูออไรด์เป็นส่วนประกอบหนึ่งถูกนำมาใช้ในองค์ประกอบของสีโป๊วที่ทนต่อสารเคมีที่ผลิตบนแก้วเหลว:

นา 2 SiF 6 + 2Na 2 SiO 3 \u003d 6NaF + 3SiO 2

ซิลิกาที่ปลดปล่อยจากปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดความเสถียรทางเคมีแก่ผงสำหรับอุดรูชุบแข็ง ในเวลาเดียวกัน Na 2 SiF 6 เป็นตัวเร่งความแข็ง โซเดียมซิลิกอนฟลูออไรด์ยังถูกนำมาใช้เป็นตัวแร่ในส่วนผสมดิบในการผลิตซีเมนต์

Tetrachlorosilane SiCl 4 - ไม่มีสี, มีควันในอากาศ, ของเหลวที่ไฮโดรไลซ์ได้ง่ายที่ได้จากคลอรีนของคาร์บอรันดัมหรือเฟอร์โรซิลิกอนโดยการกระทำของไซเลนที่อุณหภูมิสูง

Tetrachlorosilane เป็นผลิตภัณฑ์เริ่มต้นหลักสำหรับการผลิตสารประกอบออร์กาโนซิลิกอนหลายชนิด

Tetrabromosilane SiBr 4 เป็นของเหลวไม่มีสี มีควันในอากาศ ไฮโดรไลซ์ได้ง่ายเป็นของเหลว SiO 2 และ HBr ได้มาที่อุณหภูมิร้อนแดง เมื่อไอโบรมีนถูกส่งผ่านเหนือซิลิกอนธาตุร้อน

Tetraiodsilane SiI 4 เป็นสารผลึกสีขาวที่ได้จากการส่งผ่านส่วนผสมของไอโอดีนกับคาร์บอนไดออกไซด์บนซิลิกอนธาตุร้อน

ซิลิคอนบอไรด์และไนไตรด์

ซิลิคอนบอไรด์เป็นสารประกอบของซิลิกอนกับโบรอน ปัจจุบันรู้จักซิลิคอน 2 บอร์ด ได้แก่ ซิลิกอนไตรโบไรด์ B 3 Si และซิลิกอนเฮกซาโบไรด์ B 6 Si เหล่านี้เป็นสารที่แข็งมาก ทนต่อสารเคมี และทนไฟ พวกมันได้มาจากการรวมกระแสของผสมที่แบ่งอย่างประณีตซึ่งประกอบด้วย 5 wt ชั่วโมงของธาตุซิลิกอนและ 1 wt. ชั่วโมงโบรอน มวลที่รั่วไหลจะถูกทำความสะอาดด้วยโพแทสเซียมคาร์บอเนตที่หลอมละลาย G. M. Samsonov และ V. P. Latyshev ได้รับซิลิกอนไตรโบไรด์โดยการกดร้อนที่ 1600-1800 0 C

ซิลิกอนไตรโบไรด์กับสี่เหลี่ยม 2.52 g / cm 3 สร้างแผ่นสีดำ -
โครงสร้างช่างพูด ผลึกขนมเปียกปูนโปร่งแสง
ในชั้นบาง ๆ ในโทนสีเหลืองน้ำตาล ซิลิคอนเฮกซาโบไรด์กับ pl.
2.47 g / cm 3 ได้มาในรูปแบบของเม็ดทึบแสงทึบแสง
รูปร่างส้อม

ซิลิกอนบอไรด์ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 2000 องศาเซลเซียส แต่ออกซิไดซ์ได้ช้ามากแม้ในอุณหภูมิสูง ทำให้สามารถใช้เป็นวัสดุทนไฟพิเศษได้ ความแข็งของซิลิกอนบอไรด์นั้นสูงมาก และในแง่นี้พวกมันเข้าใกล้คาร์บอรันดัม

สารประกอบซิลิกอนที่มีไนโตรเจนเรียกว่าซิลิกอนไนไตรด์ รู้จักไนไตรด์ต่อไปนี้: Si 3 N 4 , Si 2 N 3 และ SIN ซิลิคอนไนไตรด์ได้มาจากการเผาธาตุซิลิกอนในบรรยากาศของไนโตรเจนบริสุทธิ์ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1300 ถึง 1500 ° C ซิลิคอนไนไตรด์ปกติ Si 3 N 4 สามารถหาได้จากส่วนผสมของซิลิกาและโค้กที่เผาในบรรยากาศของไนโตรเจนบริสุทธิ์ ที่ 1,400-1500 ° C:

6С + 3Si0 2 + 2N 3 ͢ ศรี 3 N 4 + 6CO

Si 3 N 4 เป็นผงทนไฟสีเทาอมเทาและทนกรดที่ระเหยได้สูงกว่า 1900 ° C เท่านั้น ซิลิคอนไนไตรด์จะไฮโดรไลซ์ด้วยการปล่อยซิลิกาและแอมโมเนีย:

ศรี 3 N 4 + 6H 2 O \u003d 3SiO 2 + 4NH3

กรดซัลฟิวริกเข้มข้นเมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวช้าๆ Si 3 N 4 ในขณะที่กรดฟลูออโรซิลิกที่เจือจางจะสลายตัวอย่างรุนแรงกว่า

ซิลิคอนไนไตรด์ขององค์ประกอบ Si 2 N 3 ยังได้มาจากการกระทำของไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงบนธาตุซิลิกอนหรือกรดซิลิกอนคาร์บอกซิลิก C 2 Si 2 N + N 2 \u003d 2C + Si2N 3 .

นอกจากสารประกอบไบนารีของซิลิกอนกับไนโตรเจนแล้ว ยังมีสารประกอบที่ซับซ้อนอื่น ๆ อีกมากมายที่เป็นที่รู้จัก ซึ่งอิงจากพันธะโดยตรงระหว่างอะตอมของซิลิกอนและอะตอมไนโตรเจน เช่น 1) อะมิโนไซเลน SiH 3 NH 2 , SiH 2 (NH 2) 2 , SiH (NH 2 ) 3, Si(NH 2) 4 ; 2) ซิลิลามีน NH 2 (SiH 3), NH (SiH 3) 2, N(SiH 3) 3; 3) สารประกอบซิลิกอนที่ประกอบด้วยไนโตรเจนซึ่งมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น

มุมมองทั่วไป

ซิลิคอนในรูปแบบอิสระถูกแยกออกในปี พ.ศ. 2354 โดย J. Gay-Lussac และ L. Tenard โดยการส่งผ่านไอระเหยของซิลิคอนฟลูออไรด์เหนือโพแทสเซียมที่เป็นโลหะ แต่ไม่ได้อธิบายว่าเป็นองค์ประกอบ นักเคมีชาวสวีเดน J. Berzelius ในปี ค.ศ. 1823 ได้บรรยายถึงซิลิกอนที่เขาได้รับจากการบำบัดเกลือโพแทสเซียม K 2 SiF 6 ด้วยโพแทสเซียมโลหะที่อุณหภูมิสูง องค์ประกอบใหม่นี้มีชื่อว่า "ซิลิกอน" (จากภาษาละติน silex - flint) ชื่อรัสเซีย "ซิลิกอน" ถูกนำมาใช้ในปี พ.ศ. 2377 โดยนักเคมีชาวรัสเซียชื่อ Ivanovich Hess แปลจากภาษากรีกอื่น ๆ เครมโนซ- "หน้าผาภูเขา"

อยู่ในธรรมชาติได้รับ:

โดยธรรมชาติแล้ว ซิลิคอนจะพบได้ในรูปของไดออกไซด์และซิลิเกตขององค์ประกอบต่างๆ ซิลิกอนไดออกไซด์ตามธรรมชาติส่วนใหญ่อยู่ในรูปของควอตซ์ แม้ว่าจะมีแร่ธาตุอื่นๆ เช่น คริสโตบาไลต์ ไตรไดไมต์ ไคไทต์ คูไซต์ พบซิลิกาอสัณฐานในตะกอนไดอะตอมที่ด้านล่างของทะเลและมหาสมุทร - แหล่งสะสมเหล่านี้เกิดขึ้นจาก SiO 2 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไดอะตอมและซิลิเอตบางชนิด
สามารถรับซิลิกอนได้ฟรีโดยการเผาทรายละเอียดสีขาวกับแมกนีเซียม ซึ่งเกือบจะเป็นซิลิกอนออกไซด์ที่บริสุทธิ์ในองค์ประกอบทางเคมี SiO 2 +2Mg=2MgO+Si ซิลิคอนเกรดอุตสาหกรรมได้มาจากการลด SiO 2 ที่หลอมเหลวด้วยโค้กที่อุณหภูมิประมาณ 1800 องศาเซลเซียสในเตาหลอมอาร์ค ความบริสุทธิ์ของซิลิกอนที่ได้จากวิธีนี้สามารถเข้าถึง 99.9% (สิ่งเจือปนหลักคือคาร์บอนและโลหะ)

คุณสมบัติทางกายภาพ:

ซิลิคอนอสัณฐานมีลักษณะเป็นผงสีน้ำตาลซึ่งมีความหนาแน่น 2.0 ก./ซม. 3 ผลึกซิลิกอน - สารสีเทาเข้ม ผลึกมันวาว เปราะและแข็งมาก ตกผลึกในตาข่ายเพชร เป็นสารกึ่งตัวนำทั่วไป (นำไฟฟ้าได้ดีกว่าฉนวนแบบยาง และแย่กว่าตัวนำไฟฟ้า - ทองแดง) ซิลิคอนจะเปราะ เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 800 °C เท่านั้นจึงจะกลายเป็นพลาสติก สิ่งที่น่าสนใจคือ ซิลิคอนมีความโปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรด โดยเริ่มต้นที่ความยาวคลื่น 1.1 ไมโครเมตร

คุณสมบัติทางเคมี:

ในทางเคมี ซิลิกอนไม่ทำงาน ที่อุณหภูมิห้อง จะทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนที่เป็นก๊าซเท่านั้นเพื่อสร้างซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ SiF 4 ที่ระเหยได้ เมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิ 400-500 ° C ซิลิคอนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างไดออกไซด์ กับคลอรีน โบรมีน และไอโอดีน - เพื่อสร้าง tetrahalides SiHal 4 ที่ระเหยง่ายที่สอดคล้องกัน ที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียส ซิลิกอนทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนเพื่อสร้างไนไตรด์ Si 3 N 4 โดยมีโบรอน - ทางความร้อนและความเสถียรทางเคมีโบไรด์ SiB 3 , SiB 6 และ SiB 12 ซิลิคอนไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจน
สำหรับการกัดด้วยซิลิกอนนั้นมีการใช้ส่วนผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดไนตริกอย่างกว้างขวางที่สุด
ทัศนคติต่อด่าง ...
ซิลิคอนมีลักษณะเป็นสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +4 หรือ -4

การเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุด:

ซิลิคอนไดออกไซด์ SiO2- (ซิลิซิก แอนไฮไดรด์) ...
...
กรดซิลิซิก- อ่อนแอ ไม่ละลายน้ำ เกิดจากการเติมกรดลงในสารละลายซิลิเกตในรูปของเจล (สารเจลาติน) H 4 SiO 4 (ออร์โธซิลิกอน) และ H 2 SiO 3 (เมตาซิซิลิกอน หรือซิลิกอน) มีอยู่ในสารละลายเท่านั้น และเปลี่ยนเป็น SiO 2 อย่างกลับไม่ได้เมื่อถูกความร้อนและทำให้แห้ง ผลลัพธ์ของผลิตภัณฑ์ที่มีรูพรุนที่เป็นของแข็ง - ซิลิกาเจลมีพื้นผิวที่พัฒนาแล้วและถูกใช้เป็นตัวดูดซับก๊าซ สารดูดความชื้น ตัวเร่งปฏิกิริยา และตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา
ซิลิเกต- เกลือของกรดซิลิซิกส่วนใหญ่ (ยกเว้นโซเดียมและโพแทสเซียมซิลิเกต) จะไม่ละลายในน้ำ คุณสมบัติ....
สารประกอบไฮโดรเจน- ความคล้ายคลึงของไฮโดรคาร์บอน ไซเลน, สารประกอบที่อะตอมของซิลิกอนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว Silenesถ้าอะตอมของซิลิกอนมีพันธะคู่ เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอน สารประกอบเหล่านี้ก่อตัวเป็นลูกโซ่และวงแหวน ไซเลนทั้งหมดสามารถจุดไฟได้เอง สร้างสารผสมที่ระเบิดได้กับอากาศ และทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่าย

แอปพลิเคชัน:

ซิลิคอนพบว่ามีการใช้งานมากที่สุดในการผลิตโลหะผสมเพื่อให้มีความแข็งแรงแก่อลูมิเนียม ทองแดง และแมกนีเซียม และสำหรับการผลิตเฟอร์โรซิลิไซด์ ซึ่งมีความสำคัญในการผลิตเหล็กและเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ คริสตัลซิลิคอนใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ - ทรานซิสเตอร์และไดโอด ซิลิคอนยังทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตสารประกอบออร์กาโนซิลิกอนหรือไซลอกเซน ซึ่งได้มาในรูปของน้ำมัน สารหล่อลื่น พลาสติก และยางสังเคราะห์ สารประกอบซิลิกอนอนินทรีย์ใช้ในเทคโนโลยีเซรามิกและแก้ว เป็นวัสดุฉนวนและคริสตัลเพียโซคริสตัล

สำหรับสิ่งมีชีวิตบางชนิด ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพที่สำคัญ เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างรองรับในพืชและโครงกระดูกในสัตว์ ในปริมาณมาก ซิลิกอนจะกระจุกตัวโดยสิ่งมีชีวิตในทะเล เช่น ไดอะตอม เรดิโอลาเรียน ฟองน้ำ ซิลิกอนจำนวนมากกระจุกตัวอยู่ในหางม้าและซีเรียล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลุ่มย่อยของไผ่และข้าว รวมถึงข้าวธรรมดา เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อมนุษย์ประกอบด้วย (1-2) ซิลิกอน 10 -2% เนื้อเยื่อกระดูก - 17 10 -4% เลือด - 3.9 มก. / ล. ด้วยอาหาร ซิลิกอนถึง 1 กรัมเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ทุกวัน

Antonov S.M. , Tomilin K.G.
KhF Tyumen State University 571 กลุ่ม

ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของตารางธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ. เปิดในปี 1811 โดย J. Gay-Lusac และ L. Ternard หมายเลขซีเรียลคือ 14 มวลอะตอม 28.08 ปริมาตรอะตอม 12.04 10 -6 m 3 /mol ซิลิคอนเป็นโลหะที่อยู่ในกลุ่มย่อยคาร์บอน ความจุออกซิเจนของมันคือ +2 และ +4 ในแง่ของความอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ ซิลิกอนเป็นอันดับสองรองจากออกซิเจนเท่านั้น เศษส่วนมวลในเปลือกโลกคือ 27.6% เปลือกโลกตาม V.I. Vernadsky มากกว่า 97% ประกอบด้วยซิลิกาและซิลิเกต ออกซิเจนและสารประกอบซิลิกอนอินทรีย์ยังพบได้ในพืชและสัตว์

ซิลิกอนที่ได้จากการประดิษฐ์สามารถเป็นได้ทั้งอสัณฐานและผลึก ซิลิกอนอสัณฐานเป็นผงสีน้ำตาลที่กระจายตัวอย่างประณีตและดูดความชื้นสูง ตามข้อมูลการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ซึ่งประกอบด้วยผลึกซิลิกอนขนาดเล็ก สามารถรับได้โดยการลดอุณหภูมิสูงของ SiCl 4 ด้วยไอสังกะสี

ผลึกซิลิกอนมีสีเทาเหล็กและเงาโลหะ ความหนาแน่นของผลึกซิลิกอนที่ 20°C คือ 2.33 g/cm3 ของซิลิคอนเหลวที่ 1723-2.51 และที่ 1903K จะเท่ากับ 2.445 g/cm3 จุดหลอมเหลวของซิลิคอนคือ 1690 K จุดเดือดคือ 3513 K ตามข้อมูล ความดันไอของซิลิคอนที่ T = 2500÷4000 K อธิบายโดยสมการ lg p Si = -20130/ T + 7.736 กิโลปาสคาล ความร้อนของการระเหิดของซิลิกอน 452610 การหลอม 49790 การระเหย 385020 J/โมล

ซิลิคอนโพลีคริสตัลมีลักษณะเฉพาะด้วยความแข็งสูง (ที่อุณหภูมิ 20°C HRC = 106) อย่างไรก็ตาม ซิลิกอนมีความเปราะบางมาก ดังนั้นจึงมีกำลังรับแรงอัดสูง (σ СЖ В690 MPa) และความต้านทานแรงดึงต่ำมาก (σ В ≈ 16.7 MPa)

ที่อุณหภูมิห้อง ซิลิคอนจะเฉื่อย โดยจะทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเท่านั้น ทำให้เกิดสารระเหย 81P4 ของกรดจะทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกผสมกับกรดไฮโดรฟลูออริกเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ด้วยด่าง ซิลิกอนทำปฏิกิริยาได้ค่อนข้างง่าย หนึ่งในปฏิกิริยาของเขากับด่าง

Si + NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2

ใช้ในการผลิตไฮโดรเจน ในขณะเดียวกัน ซิลิคอนก็สามารถผลิตสารประกอบที่แข็งแรงทางเคมีกับอโลหะได้เป็นจำนวนมาก สารประกอบเหล่านี้จำเป็นต้องสังเกตเฮไลด์ (จาก SiX 4 ถึง Si n X 2n + 2 โดยที่ X เป็นฮาโลเจนและ n ≤ 25) สารประกอบผสมของพวกมัน SiCl 3 B, SiFCl 3 เป็นต้น oxychlorides Si 2 OCl 3, ศรี 3 O 2 Cl 3 และอื่น ๆ ไนไตรด์ Si 3 N 4 , Si 2 N 3 , SiN และไฮไดรด์ที่มีสูตรทั่วไป Si n H 2n + 2 และจากสารประกอบที่พบในการผลิตเฟอร์โรอัลลอย, ซัลไฟด์ระเหย SiS และ SiS 2 และคาร์ไบด์ทนไฟ SiC

ซิลิคอนยังสามารถสร้างสารประกอบด้วยโลหะ - ซิลิไซด์ ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือซิลิไซด์ของเหล็ก โครเมียม แมงกานีส โมลิบดีนัม เซอร์โคเนียม เช่นเดียวกับ REM และ ACH คุณสมบัติของซิลิกอน - ความสามารถในการผลิตสารประกอบและสารละลายที่แข็งแรงมากทางเคมีกับโลหะ - ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเฟอร์โรอัลลอยที่มีคาร์บอนต่ำ เช่นเดียวกับการลดอัลคาไลน์เอิร์ ธ ที่มีจุดเดือดต่ำ (Ca, Mg, Ba) และ โลหะที่กู้คืนได้ยาก (Zr, Al, ฯลฯ )

โลหะผสมของซิลิกอนกับเหล็กได้รับการศึกษาโดย P.V. Geld และโรงเรียนของเขาให้ความสนใจเป็นพิเศษกับระบบ Fe-Si ที่เกี่ยวข้องกับโลหะผสมที่มีเนื้อหาสูง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่า ดังที่เห็นได้จากแผนภาพ Fe-Si (รูปที่ 1) การเปลี่ยนแปลงจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นในโลหะผสมขององค์ประกอบนี้ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพของเฟอร์โรซิลิกอนในเกรดต่างๆ ดังนั้น FeSi 2 disilicide จึงมีความเสถียรที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น (< 918 или 968 °С, см. рисунок 1). При высоких температурах устойчива его высокотемпературная модификация - лебоит. Содержание кремния в этой фазе колеблется в пределах 53-56 %. В дальнейшем лебоит будем обозначать химической формулой Fe 2 Si 5 , что практически соответствует максимальной концентрации кремния в лебоите.

เมื่อหล่อเย็นโลหะผสมที่มี > 55.5% Si จะอยู่ที่ T< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции

เฟ 2 ศรี 5 → เฟซิ 2 + ศรี (2)

และโลหะผสม 33.86-50.07% Si at T< 1255 К - по перитектоидной реакции

Fe 2 Si 5 + FeSi = ZFeSi 2 (3)

โลหะผสมขององค์ประกอบระดับกลาง (50.15-75.5% Si) ก่อนได้รับการเปลี่ยนแปลงในช่องท้อง (3) ที่ 1255 K และการเปลี่ยนแปลงที่ 1213 K - ยูเทคตอยด์ (2) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ของ Fe 2 Si 5 ตามปฏิกิริยา (2) และ (3) จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของซิลิไซด์ การเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยา (2) ดังกล่าวมีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ - ประมาณ 14% ดังนั้นโลหะผสมที่มีเลอบอยต์สูญเสียความต่อเนื่อง การแตกร้าว และแม้กระทั่งการพังทลาย ด้วยการตกผลึกที่สมดุลและช้า (ดูรูปที่ 1) leboite สามารถตกตะกอนระหว่างการตกผลึกของโลหะผสม FS75 และ FS45

อย่างไรก็ตาม การแตกร้าวที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของยูเทคตอยด์ของเลอบัวต์เป็นเพียงหนึ่งในสาเหตุของการแตกตัว เหตุผลประการที่สองที่เห็นได้ชัดคือ การก่อตัวของรอยแตกตามแนวขอบของเกรนทำให้ของเหลวที่ปล่อยออกมาตามขอบเขตเหล่านี้เป็นไปได้ เช่น ฟอสฟอรัส สารหนู อะลูมิเนียมซัลไฟด์ และคาร์ไบด์ เป็นต้น - เพื่อทำปฏิกิริยากับความชื้นในอากาศตามปฏิกิริยา เป็นผลมาจากการที่ H 2 , PH 3 , PH 4 , AsH 4 ฯลฯ ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศและออกไซด์ของ Al 2 O 3 , SiO 2 และสารประกอบอื่น ๆ ที่ระเบิดออกในรอยแตก สามารถป้องกันการแพร่กระจายของโลหะผสมได้โดยการดัดแปลงพวกมันด้วยแมกนีเซียม การผสมด้วยสารเติมแต่งขององค์ประกอบที่ปรับแต่งเกรน (V, Ti, Zg เป็นต้น) หรือทำให้มีความเหนียวมากขึ้น การปรับแต่งเกรนจะลดความเข้มข้นของสิ่งเจือปนและสารประกอบที่ขอบเขต และส่งผลต่อคุณสมบัติของโลหะผสมในลักษณะเดียวกับการลดลงของความเข้มข้นของสิ่งสกปรก (P, Al, Ca) ในโลหะผสม ซึ่งทำให้เกิดการบี้ มีการศึกษาคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของโลหะผสม Fe-Si (ความร้อนของการผสม กิจกรรม การละลายคาร์บอน) อย่างละเอียด ซึ่งสามารถพบได้ในผลงาน ข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถในการละลายของคาร์บอนในโลหะผสม Fe-Si แสดงในรูปที่ 2 เกี่ยวกับกิจกรรมของซิลิคอน - ในตารางที่ 1

รูปที่ 1. แผนภาพสถานะของระบบ Fe-Si

ศึกษาคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของสารประกอบซิลิกอนออกซิเจนโดย P.V. เจิดจรัสกับพนักงาน แม้ว่าระบบ Si-O จะมีความสำคัญ แต่ไดอะแกรมยังไม่ถูกสร้างขึ้น ปัจจุบันรู้จักสารประกอบออกซิเจนสองชนิดของซิลิกอน - ซิลิกา SiO 2 และมอนอกไซด์ SiO นอกจากนี้ยังมีข้อบ่งชี้ในวรรณคดีเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของสารประกอบออกซิเจนอื่น ๆ ของซิลิกอน - Si 2 O 3 และ Si 3 O 4 อย่างไรก็ตามไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของพวกมัน

โดยธรรมชาติแล้ว ซิลิกอนจะถูกแสดงโดยซิลิกา SiO 2 เท่านั้น สารประกอบซิลิกอนนี้แตกต่างกัน:

1) ความแข็งสูง (ในระดับ Mohs 7) และการหักเหของแสง (T pl = 1996 K);

2) จุดเดือดสูง (T KIP = 3532 K) ความดันไอของซิลิกาสามารถอธิบายได้ด้วยสมการ (Pa):

3) การก่อตัวของการปรับเปลี่ยนจำนวนมาก:

คุณลักษณะของการแปลงแบบ allotropic ของ SiO 2 คือการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นและปริมาตรของสารอย่างมีนัยสำคัญซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกร้าวและการบดของหิน

4) มีแนวโน้มสูงที่จะเกิดภาวะอุณหภูมิต่ำ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะแก้ไขโครงสร้างของทั้งการหลอมเหลว (แก้ว) และการดัดแปลงที่อุณหภูมิสูงของ β-cristobalite และ tridymite เนื่องจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม ด้วยการให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว ควอตซ์สามารถละลายได้ โดยผ่านโครงสร้างของไตรไดไมต์และคริสโตบาไลต์ จุดหลอมเหลวของ SiO 2 ในกรณีนี้ลดลงประมาณ 100 ° C

5) ความต้านทานไฟฟ้าสูง ตัวอย่างเช่น ที่ 293 K เท่ากับ 1 10 12 Ohm*m อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าของ SiO 2 จะลดลง และในสถานะของเหลว ซิลิกาเป็นตัวนำที่ดี

6) ความหนืดสูง ดังนั้นที่ 2073 K ความหนืดคือ 1 10 4 Pa ​​​​s และที่ 2273 K คือ 280 Pa s

หลังตาม N.V. โซโลมินอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่า SiO 2 เช่นเดียวกับโพลีเมอร์อินทรีย์สามารถสร้างสายโซ่ซึ่งที่ 2073 K ประกอบด้วย 700 และที่ 2273 K - 590 SiO 2 โมเลกุล

7) เสถียรภาพทางความร้อนสูง พลังงานกิ๊บส์ของการก่อตัวของ SiO 2 จากองค์ประกอบโดยคำนึงถึงสถานะของการรวมตัวตามข้อมูลนั้นอธิบายด้วยสมการที่มีความแม่นยำสูง:

ข้อมูลเหล่านี้สามารถเห็นได้จากตารางที่ 2 ค่อนข้างแตกต่างจากข้อมูลของผู้เขียน สมการสองเทอมยังสามารถใช้สำหรับการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ได้อีกด้วย:

ซิลิคอนมอนอกไซด์ SiO ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2438 โดยพอตเตอร์ในเฟสก๊าซของเตาไฟฟ้า ตอนนี้เป็นที่ยอมรับอย่างน่าเชื่อถือว่า SiO ยังมีอยู่ในเฟสย่อ อ้างอิงจาก P.V. เจลออกไซด์มีความหนาแน่นต่ำ (2.15 g / cm 3) ความต้านทานไฟฟ้าสูง (10 5 -10 6 Ohm * m) ออกไซด์ควบแน่นมีความเปราะ ความแข็งในระดับ Mohs คือ ∼ 5 เนื่องจากมีความผันผวนสูง จึงไม่สามารถกำหนดจุดหลอมเหลวในการทดลองได้ ตามข้อมูลของ O. Kubashevsky มันคือ 1875 K ตาม Berezhnoy มันคือ 1883 K ความร้อนของการหลอมรวมของ SiO นั้นสูงกว่า ΔH 0 SiO2 หลายเท่า ตามข้อมูลคือ 50242 J/mol เห็นได้ชัดว่าเนื่องจากความผันผวนจึงมีการประเมินค่าสูงเกินไป มีรอยแตกคล้ายแก้ว สีของมันจะเปลี่ยนจากสีขาวเป็นช็อกโกแลต ซึ่งอาจเกิดจากการออกซิเดชันโดยออกซิเจนในบรรยากาศ การแตกหักของ SiO ใหม่มักจะมีสีอัญชันที่มีเงามันเยิ้ม ออกไซด์มีความคงตัวทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิสูงในรูปของ SiO(G) เท่านั้น เมื่อเย็นตัว ออกไซด์จะแปรผันตามปฏิกิริยา

2SiO (G) \u003d SiO (L) + SiO 2 (6)

จุดเดือดของ SiO สามารถประมาณได้จากสมการดังนี้

ก๊าซซิลิกอนออกไซด์มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มาก พลังงานกิ๊บส์ของการก่อตัวสามารถอธิบายได้ด้วยสมการ (ดูตารางที่ 2):

จากที่จะเห็นได้ว่าความแรงทางเคมีของ SiO เช่น CO เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เป็นตัวรีดิวซ์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับสารหลายชนิด

สมการสองเทอมยังสามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ได้อีกด้วย:

องค์ประกอบของก๊าซเหนือ SiO 2 ถูกประเมินโดย I.S. คูลิคอฟ. ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เนื้อหาของ SiO เหนือ SiO 2 อธิบายโดยสมการ:

ซิลิคอนคาร์ไบด์ เช่น SiO เป็นหนึ่งในสารประกอบขั้นกลางที่เกิดขึ้นระหว่างการลด SiO 2 คาร์ไบด์มีจุดหลอมเหลวสูง

ทนได้ถึง 3033-3103 K (รูปที่ 3) ขึ้นอยู่กับแรงดัน ที่อุณหภูมิสูง ซิลิกอนคาร์ไบด์จะระเหิด อย่างไรก็ตามความดันไอของ Si (G), Si 2 C (G), SiC 2 (G) เหนือคาร์ไบด์ที่ T< 2800К невелико, что следует из уравнения

คาร์ไบด์มีอยู่ในรูปแบบของการดัดแปลงสองแบบ - ลูกบาศก์อุณหภูมิต่ำ β-SiC และ α-SiC อุณหภูมิสูงหกเหลี่ยม ในเตาหลอมโลหะผสม มักพบเพียง β-SiC จากการคำนวณโดยใช้ข้อมูลที่แสดงให้เห็น พลังงานกิ๊บส์ของการก่อตัวถูกอธิบายโดยสมการ:

ซึ่งแตกต่างจากข้อมูลอย่างเห็นได้ชัด จากสมการเหล่านี้พบว่าคาร์ไบด์มีความทนทานต่อความร้อนสูงถึง 3194 K ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ คาร์ไบด์มีความโดดเด่นด้วยความแข็งสูง (~ 10) ความต้านทานไฟฟ้าสูง (ที่ 1273 K p≈0.13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m ) ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น (3.22 g /cm 3) และความต้านทานสูงทั้งในบรรยากาศลดและออกซิไดซ์

ในลักษณะที่ปรากฏ คาร์ไบด์บริสุทธิ์ไม่มีสี มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งยังคงรักษาไว้แม้ในอุณหภูมิสูง ซิลิกอนคาร์ไบด์ทางเทคนิคมีสิ่งเจือปนดังนั้นจึงเป็นสีเขียวหรือสีดำ ดังนั้นคาร์ไบด์สีเขียวจึงมีสิ่งเจือปน 0.5-1.3% (0.1-0.3% C, 0.2-1.2% Si + SiO 2, 0.05-0.20% Fe 2 O 3 , 0.01-0.08% Al 2 O 3 เป็นต้น) ในคาร์ไบด์สีดำ เนื้อหาของสิ่งเจือปนจะสูงกว่า (1-2%)

คาร์บอนถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ในการผลิตโลหะผสมซิลิกอน นอกจากนี้ยังเป็นสารหลักที่ใช้ทำอิเล็กโทรดและวัสดุบุผิวของเตาไฟฟ้าที่หลอมซิลิกอนและโลหะผสม คาร์บอนเป็นเรื่องธรรมดาในธรรมชาติเนื้อหาในเปลือกโลกคือ 0.14% โดยธรรมชาติแล้วจะเกิดขึ้นทั้งในสภาวะอิสระและในรูปแบบของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ (ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอเนต)

คาร์บอน (กราไฟต์) มีลูกบาศก์ตาข่ายหกเหลี่ยม ความหนาแน่นของเอ็กซ์เรย์ของกราไฟท์คือ 2.666 g/cm3 ความหนาแน่นของพิคโนเมตริกคือ 2.253 g/cm3 มีความโดดเด่นด้วยจุดหลอมเหลวสูง (~ 4000 °C) และจุดเดือด (~ 4200 °C) ความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (ที่ 873 K p≈9.6 μΩ⋅m ที่ 2273 K p≈ 15.0 μΩ⋅m) ,สวยทน. ความต้านทานชั่วคราวของหนวดสามารถอยู่ที่ 480-500 MPa อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรดกราไฟต์มี σ ใน = 3.4÷17.2 MPa ความแข็งของกราไฟต์ในระดับ Mohs คือ ~ 1

คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดีเยี่ยม เนื่องจากความแรงของสารประกอบออกซิเจน (CO) ตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สามารถเห็นได้จากพลังงานกิ๊บส์ของการก่อตัว ซึ่งแสดงโดยการคำนวณของเราโดยใช้ข้อมูล อธิบายไว้อย่างดีเป็นสามเทอม

และสมการสองเทอม:

คาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 มีความแรงทางเทอร์โมไดนามิกเพียง 1300 K พลังงานกิ๊บส์ของการเกิด CO 2 อธิบายโดยสมการ: