Pii ja sen yhdisteet. Pii luonnossa. Piin käyttö

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:25

Pii on yksi tekniikan ja teollisuuden kysytyimmistä elementeistä. Se johtuu tämän epätavallisista ominaisuuksistaan. Nykyään on olemassa monia erilaisia tämän alkuaineen yhdisteitä, joilla on tärkeä rooli teknisten tuotteiden, astioiden, lasin, laitteiden, rakennus- ja viimeistelymateriaalien, korujen ja muiden teollisuudenalojen synteesissä ja luomisessa.

Piin yleiset ominaisuudet

Jos tarkastelemme piin sijaintia jaksollisessa järjestelmässä, voimme sanoa tämän:

1. Sijaitsee pääalaryhmän ryhmässä IV.
2. Järjestysnumero 14.
3. Atomimassa 28, 086.
4. Kemiallinen symboli Si.
5. Nimi - pii, tai latinaksi - silicium.
6. Ulkokerroksen 4e:2e:8e elektroninen kokoonpano.

Pin kidehila on samanlainen kuin timantin. Atomit sijaitsevat solmuissa, sen tyyppi on kasvokeskeinen kuutio. Pitemmän sidospituuden vuoksi piin fysikaaliset ominaisuudet ovat kuitenkin hyvin erilaiset kuin hiilen allotrooppisen muunnelman ominaisuudet.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

On kaksitämän alkuaineen allotrooppiset modifikaatiot: amorfinen ja kiteinen. Ne ovat hyvin samank altaisia. Kuitenkin, kuten muidenkin aineiden, tärkein ero niiden välillä on piin kidehila.

Tässä tapauksessa molemmat modifikaatiot ovat erivärisiä jauheita.

1. Kiteinen pii on tummanharmaa kiiltävä metallimainen jauhe. Sen rakenne vastaa timanttia, mutta ominaisuudet ovat erilaiset. Hänellä on:

• hauraus;
• matala kovuus;
• puolijohteiden ominaisuudet;
• sulamispiste 1415⁰C;
• 2,33g/cm³;
• kiehumispiste 2700⁰C.

Sen kemiallinen aktiivisuus on alhainen verrattuna muihin allotrooppisiin muotoihin.

2. Amorfinen pii - ruskeanruskea jauhe, jonka rakenne on erittäin epäjärjestynyt timantti. Kemiallinen aktiivisuus on melko korkea.

Yleisesti on huomattava, että pii ei halua reagoida. Jotta se reagoi, tarvitset lämpötilan vähintään 400-500⁰C. Näissä olosuhteissa muodostuu erilaisia piin kemiallisia yhdisteitä. Kuten:

• oksidit;
• halogenidit;
• silikit;
• nitridit;
• borides;
• karbidit.

Piin mahdollinen vuorovaikutus typpihapon tai alkalin kanssa, jota kutsutaan etsausprosessiksi. Orgaaniset piiyhdisteet ovat yleisiä ja yleistyvät nykyään yhä enemmän.

Luonnossa oleminen

Piitä löytyy luonnosta melko merkittävä määrä. Se on toisella sijalla hapen jälkeen esiintyvyyden suhteen. Sen massaosuus on noin 30 %. Merivesi sisältää myös tätä alkuainetta noin 3 mg/l pitoisuutena. Siksi ei voida sanoa, että pii on harvinainen alkuaine luonnossa.

Päinvastoin, on olemassa monia erilaisia kiviä ja mineraaleja, joissa sitä esiintyy ja joista sitä voidaan louhia. Yleisimmät luonnolliset piiyhdisteet ovat seuraavat:

1. Pii. Kemiallinen kaava on SiO₂. Siihen perustuvia mineraaleja ja kiviä on melko laaja valikoima: hiekka, piikivi, maasälpä, kvartsi, vuorikristalli, ametisti, kalsedoni, karneoli, opaali, jaspis ja muut.
2. Silikaatit ja alumiinisilikaatit. Kaoliini, sparrit, kiille, piihapposuolat, asbesti, talkki.

Siten pii on laajalle levinnyt luonnossa, ja sen yhdisteet ovat suosittuja ja kysyttyjä teknisissä sovelluksissa.

Pii ja sen yhdisteet

Koska kyseinen alkuaine ei voi olla olemassa puhtaassa muodossaan, siksi sen erilaiset yhdisteet ovat tärkeitä. Kemiallisesti sillä voi olla kolme hapetustilaa: +2, +4, -4. Tästä johtuen, samoin kuin inertisyydestään, mutta kidehilan rakenteeltaan erityinen, se muodostaa seuraavat pääasialliset aineet:

• binääriyhdisteet ei-metallien kanssa (silaani, karbidi, nitridi, fosfidi ja niin edelleen);
• oksidit;
• piihappo;
• metallisilikaatit.

Katsotaanpa tarkemmin piin ja sen yhdisteiden merkitystä, sillä ne ovat yleisimpiä ja kysytyimpiä ihmisille.

Piioksidit

Tätä ainetta on kahta lajiketta, jotka ilmaistaan kaavoilla:

• SiO;
• SiO₂.

Kaikkein yleisin on dioksidi. Se esiintyy luonnossa erittäin kauniina puolijalokiveinä:

• agate;
• kalsedoni;
• opaali;
• karneoli;
• jaspis;
• ametisti;
• strassikivi.

Piin käyttö tässä muodossa on löytänyt sovelluksensa korujen valmistuksessa. Näistä puolijalokiveistä ja puolijalokiveistä valmistetaan uskomattoman kauniita kulta- ja hopeakoruja.

Muutama muunnelma piidioksidista:

• kvartsi;
• joki ja kvartsihiekka;
• flint;
• maasälpää.

Tällaisten piin käyttöä toteutetaan rakennustöissä, suunnittelussa, radioelektroniikassa, kemianteollisuudessa ja metallurgiassa. Yhdessä luetellut oksidit kuuluvat yhteen aineeseen - piidioksidiin.

Piikarbidi ja sen sovellukset

Pii ja sen yhdisteet ovat tulevaisuuden ja nykyisyyden materiaaleja. Yksi näistä materiaaleista on karborundi tai tämän alkuaineen karbidi. SiC:n kemiallinen kaava. Esiintyy luonnossa mineraalina moissanite.

Puhtaassa muodossaan hiilen ja piin yhdiste on kaunisläpinäkyviä kiteitä, jotka muistuttavat timanttirakenteita. Vihreitä ja mustia aineita käytetään kuitenkin teknisiin tarkoituksiin.

Tämän aineen tärkeimmät ominaisuudet, jotka mahdollistavat sen käytön metallurgiassa, konepajateollisuudessa ja kemianteollisuudessa, ovat seuraavat:

• leveärakoinen puolijohde;
• erittäin luja (7 Mohsin asteikolla);
• korkean lämpötilan kestävä;
• erinomainen sähkövastus ja lämmönjohtavuus.

Kaikki tämä mahdollistaa karborundin käytön hiomamateriaalina metallurgiassa ja kemiallisessa synteesissä. Ja myös sen perusteella valmistaa laaja-alaisia LED-valoja, lasinsulatusuunien osia, suuttimia, taskulamppuja, koruja (moissaniittia arvostetaan enemmän kuin kuutiosirkoniumoksidia).

Silan ja sen merkitys

Piin vetyyhdistettä kutsutaan silaaniksi, eikä sitä voida saada suoraan synteesillä lähtöaineista. Sen saamiseksi käytetään eri metallien silidejä, jotka käsitellään hapoilla. Tämän seurauksena vapautuu kaasumaista silaania ja muodostuu metallisuolaa.

Mielenkiintoista kyllä, kyseinen yhteys ei koskaan muodostu yksin. Aina reaktion tuloksena saadaan mono-, di- ja trisilaanin seos, jossa piiatomit liittyvät toisiinsa ketjuina.

Nämä yhdisteet ovat ominaisuuksiltaan vahvoja pelkistäviä aineita. Samaan aikaan ne itse hapettuvat helposti hapen vaikutuksesta, joskus räjähdyksellä. Halogeeneilla reaktiot ovat aina rajuja ja suuria päästöjäenergiaa.

Silaanien käyttökohteet ovat seuraavat:

1. Orgaanisen synteesin reaktiot, jotka johtavat tärkeiden orgaanisten piiyhdisteiden muodostumiseen - silikonit, kumit, tiivisteet, voiteluaineet, emulsiot ja muut.
2. Mikroelektroniikka (LCD-näytöt, integroidut tekniset piirit jne.).
3. Ultrapuhtaan polypiin saaminen.
4. Hammashoito proteesien kanssa.

Siaanien merkitys nykymaailmassa on siis suuri.

Piihappo ja silikaatit

Kyseisen alkuaineen hydroksidi on erilaisia piihappoja. Korosta:

• meta;
• orto;
• polypiihappo ja muut hapot.

Niitä kaikkia yhdistävät yhteiset ominaisuudet - äärimmäinen epävakaus vapaassa tilassa. Ne hajoavat helposti lämpötilan vaikutuksesta. Normaaleissa olosuhteissa ne eivät ole olemassa pitkään, muuttuen ensin sooliksi ja sitten geeliksi. Kuivauksen jälkeen tällaisia rakenteita kutsutaan silikageeleiksi. Niitä käytetään adsorbentteina suodattimissa.

Teollisuuden kann alta tärkeitä ovat piihappojen suolat - silikaatit. Ne ovat seuraavien aineiden tuotannon taustalla:

• lasi;
• betoni;
• sementti;
• zeoliitti;
• kaoliini;
• posliini;
• fajanssi;
• kristalli;
• keramiikka.

Alkalimetallisilikaatit ovat liukenevia, kaikki muut eivät. Siksi natrium- ja kaliumsilikaattia kutsutaan nestemäiseksi lasiksi. Tavallinen toimistoliima - tämä on natriumiapiihapposuola.

Mutta mielenkiintoisimmat yhdisteet ovat silti lasit. Ei ole väliä kuinka monta muunnelmaa tästä aineesta he keksivät! Nykyään he saavat väri-, optisia- ja mattavaihtoehtoja. Lasitavarat ovat silmiinpistäviä loistossaan ja monipuolisuudessaan. Lisäämällä seokseen tiettyjä metalli- ja ei-metallioksideja voidaan valmistaa monenlaisia lasityyppejä. Joskus jopa sama koostumus, mutta erilainen prosenttiosuus komponenteista johtaa eroon aineen ominaisuuksissa. Esimerkkinä posliini ja fajanssi, joiden kaava on SiO₂AL₂O₃ K 2_O.

Kvartsilasi on erittäin puhdas tuote, jonka koostumusta kuvataan piidioksidiksi.

Löydöt piiyhdisteistä

Viime vuosien tutkimuksessa on todistettu, että pii ja sen yhdisteet ovat tärkeimpiä osallistujia elävien organismien normaalitilassa. Tämän elementin puutteen tai ylimäärän vuoksi sairaudet, kuten:

• syöpä;
• tuberkuloosi;
• niveltulehdus;
• kaihi;
• pitaali;
• dysenteria;
• reuma;
• hepatiitti ja muut.

Ikääntymisprosessi itsessään liittyy myös piipitoisuuden määrään. Lukuisat nisäkkäillä tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että alkuaineen puutteessa syntyy sydänkohtauksia, aivohalvauksia, syöpää ja hepatiittivirus aktivoituu.