Кремний

низкофосфористый шлак) применяется в производстве металлического марганца.

Силикохром

Силикохром, ферросиликохром, ферросплав, основные компоненты которого —

кремний и хром; выплавляется в рудно-термической печи углевосстановительным

процессом из кварцита и гранулированного передельного феррохрома или

хромовой руды. С. с 10—46% Si (остальное Cr, Fe и примеси) используется при

выплавке низколегированной стали, а также для получения феррохрома с

пониженным содержанием углерода силикотермическим процессом. С. с 43—55% Si

применяется в производстве безуглеродистого феррохрома и при выплавке

нержавеющей стали.

Сильхром

Сильхром (от лат. Silicium — кремний и Chromium — хром), общее название

группы жаростойких и жаропрочных сталей, легированных Cr (5—14%) и Si

(1—3%). В зависимости от требуемого уровня эксплуатационных свойств С.

дополнительно легируют Mo (до 0,9%) или Al (до 1,8%). С. устойчивы против

окисления на воздухе и в содержащих серу средах до 850—950 °С; применяются

главным образом для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания,

а также деталей котельных установок, колосников и др. При повышенных

механических нагрузках детали из С. надёжно работают в течение длительного

срока при температурах до 600—800 °С. В СССР выпускается С. марок 4Х9С2,

4X10C2M и др.

Кремния галогениды

Кремния галогениды, соединения кремния с галогенами. Известны К. г.

следующих типов (Х-галоген): SiX4, SiHnX4-n (галогенсиланы), SinX2n+2 и

смешанные галогениды, например SiClBr3. При обычных условиях SiF4 — газ,

SiCl4 и SiBr4 — жидкости (tпл — 68,8 и 5°С), SiI4 — твёрдое тело (tnл

124°С). Соединения SiX4 легко подвергаются гидролизу: SiX4+2H2O=SiO2+4HX;

на воздухе дымят вследствие образования очень мелких частиц SiO2;

тетрафторид кремния реагирует иначе: 3SiF4+2H2O=SiO2+2H2SiF6. Хлорсиланы

(SiHnX4-n), например SiHCl3 (получается действием газообразного HCl на Si),

при действии воды образуют полимерные соединения с прочной силоксановой

цепью Si—O—Si. Отличаясь большой реакционной способностью, хлорсиланы

служат исходными веществами для получения кремнийорганических соединений.

Соединения типа SinX2n+2, содержащие цепи атомов Si, при Х — хлор, дают

ряд, включая Si6Cl14 (tnл 320°С); остальные галогены образуют только Si2X6.

Получены соединения типов (SiX2) n и (SiX) n. Молекулы SiX2 и SiX

существуют при высокой температуре в виде газа и при резком охлаждении

(жидким азотом) образуют твёрдые полимерные вещества, нерастворимые в

обычных органических растворителях.

Тетрахлорид кремния SiCl4 используется при производстве смазочных масел,

электроизоляций, теплоносителей, гидрофобизирующих жидкостей и т. д.

Карбид кремния.

Кремния карбид, карборунд, SiC, соединение кремния с углеродом; один из

важнейших карбидов, применяемых в технике. В чистом виде К. к. — бесцветный

кристалл с алмазным блеском; технический продукт зелёного или сине-чёрного

цвета. К. к. существует в двух основных кристаллических модификациях —

гексагональной (a-SiC) и кубической (b-SiC), причём гексагональная является

«гигантской молекулой», построенной по принципу своеобразной структурно-

направленной полимеризации простых молекул. Слои из атомов углерода и

кремния в a-SiC размещены относительно друг друга по-разному, образуя много

структурных типов. Переход b-SiC в a-SiC происходит при температуре

2100—2300°С (обратный переход обычно не наблюдается). К. к. тугоплавок

(плавится с разложением при 2830°С), имеет исключительно высокую твёрдость

(микротвёрдость 33400 Мн/м2 или 3,34 тс/мм2), уступая только алмазу и бора

карбиду B4C; хрупок; плотность 3,2 г/см3. К. к. устойчив в различных

химических средах, в том числе при высоких температурах.

К. к. получают в электропечах при 2000—2200°С из смеси кварцевого песка

(51—55%), кокса (35—40%) с добавкой NaCI (I—5%) и древесных опилок (5—10%).

Благодаря высокой твёрдости, химической устойчивости и износостойкости К.

к. широко применяется как абразивный материал (при шлифовании), для резания

твёрдых материалов, точки инструментов, а также для изготовления различных

деталей химической и металлургической аппаратуры, работающей в сложных

условиях высоких температур. К. к., легированный различными примесями,

используется в технике полупроводников, особенно при повышенных

температурах. Интересно использование К. к. в электротехнике — для

изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления

(силитовые стержни), грозоразрядников для линий передачи электрического

тока, нелинейных сопротивлений, в составе электроизолирующих устройств и т.

д.

Кремния Диоксид

КРЕМНИЯ ДИОКСИД (кремнезем), SiO2, кристаллы. Наиболее распространенный

минерал — кварц; обычный песок — также кремния диоксид. Используют в

производстве стекла, фарфора, фаянса, бетона, кирпича, керамики, как

наполнитель резины, адсорбент в хроматографии, в электронике, акустооптике

и др. Кремнезёма минералы, ряд минеральных видов, представляющих собой

полиморфные модификации двуокиси кремния; устойчивы при определённых

интервалах температуры в зависимости от давления.

|Название | |Система |Давление, |Темпера-|Плотнос|

|минерала | | |ам* | |ть, |

| | | | |тура, °С|кг/м» |

|b-кристобали| |кубическая |1 |1728—147|2190 |

|т | | | |0 | |

|b-тридимит | |Гексагональ|1 |1470-870|2220 |

| | |ная | | | |

|a-кварц | |гексагональ|1 |870—573 |2530 |

| | |ная | | | |

|b-кварц | |тригональна|1 |ниже 573|2650 |

| | |я | | | |

|b1-тридимит | |гексагональ|1 |163-117 |ок. |

| | |ная | | |2260 |

|a-тридимит |метастабильны|ромбическая|1 |ниже 117|ок. |

| |й | | | |2260 |

|a-кристобали| |Тетрагональ|1 |ниже 200|2320 |

|т | |ная | | | |

|Коэсит |Метастабильны|моноклинная|35 тыс. |1700—500|2930 |

| |е при низких | | | | |

| |темпе- | | | | |

| |ратурах и | | | | |

| |давлениях | | | | |

|Стишовит | |тетрагональ|100—180 |1400—600|4350 |

| | |ная |тыс | | |

|Китит | |тетрагональ|350—1260 |585-380 |2500 |

| | |ная | | | |

* 1 am = 1 кгс/см2 @ 0,1 Мн/м2.

Основу кристаллической структуры К. м. составляет трёхмерный каркас,

построенный из соединяющихся через общие кислороды тетраэдров (5104).

Однако симметрия их расположения, плотность упаковки и взаимная

ориентировка различны, что отражается на симметрии кристаллов отдельных

минералов и их физических свойствах. Исключение представляет стишовит,

основу структуры которого составляют октаэдры (SiO6), образующие структуру,

подобную рутилу. Все К. м. (за исключением некоторых разновидностей кварца)

обычно бесцветны. Твердость по минералогической шкале различна: от 5,5 (a-

тридимит) до 8—8,5 (стишовит).

К. м. обычно встречаются в виде очень мелких зёрен, скрытокристаллических

волокнистых (a-кристобалит, т. н. люссатит) и иногда сфероидальных

образований. Реже — в виде кристалликов таблитчатого или пластинчатого

облика (тридимит), октаэдрического, дипирамидального (a- и b-кристобалит),

тонкоигольчатого (коэсит, стишовит). Большинство К. м. (кроме кварца) очень

редки и в условиях поверхностных зон земной коры неустойчивы.

Высокотемпературные модификации SiO2 — b-тридимит, b-кристобалит —

образуются в мелких пустотах молодых эффузивных пород (дациты, базальты,

липариты и др.). Низкотемпературный a-кристобалит, наряду с a-тридимитом,

является одной из составных частей агатов, халцедонов, опалов; отлагается

из горячих водных растворов, иногда из коллоидного SiO2. Стишовит и коэсит

встречены в песчаниках метеорного кратера Каньон Дьявола в Аризоне (США),

где они образовались за счёт кварца при мгновенном сверхвысоком давлении и

при повышении температуры во время падения метеорита. В природе также

встречаются: кварцевое стекло (т. н. лешательерит), образующееся в

результате плавления кварцевого песка от удара молний, и меланофлогит — в

виде мелких кубических кристалликов и корочек (псевдоморфозы, состоящие из

опаловидного и халцедоновидного кварца), наросших на самородную серу в

месторождениях Сицилии (Италия). Китит в природе не встречен.

Кварц (нем. Quarz), минерал; под названием К. известны две кристаллической

модификации двуокиси кремния SiO2: гексагональный К. (или a-К.), устойчивый

при давлении в 1 атм (или 100 кн/м2) в интервале температур 870—573 °С, и

тригональный (b-К.), устойчивый при температуре ниже 573 °С. b-К. наиболее

широко встречается в природе. Он кристаллизуется в классе тригонального

трапецоэдра тригональной системы. Кристаллическая структура каркасного типа

построена из кремне-кислородных тетраэдров, расположенных винтообразно (с

правым или левым ходом винта) по отношению к главной оси кристалла. В

зависимости от этого различают правые и левые структурно-морфологические

формы кристаллов, различающиеся внешне по симметрии расположения некоторых

граней (например, трапецоэдра и др.). Отсутствие плоскостей и центра

симметрии у кристаллов К. обусловливает наличие пьезоэлектрических и

пироэлектрических свойств.

Наиболее часто кристаллы К. имеют удлиненно-призматический облик с

преимущественным развитием граней гексагональной призмы и двух ромбоэдров

(головка кристалла). Реже кристаллы принимают облик псевдогексагональной

дипирамиды. Внешне правильные кристаллы К. обычно сложно сдвойникованы,

образуя наиболее часто двойниковые участки по т. н. бразильскому или

дофинейскому законам. Последние возникают не только при росте кристаллов,

но и в результате внутренней структурной перестройки при термических a — b

переходах, сопровождаемых сжатием, а также при механических деформациях.

Цвет кристаллов, зёрен, агрегатов К. самый разнообразный: наиболее обычны

бесцветные, молочно-белые или серые К. Прозрачные или полупрозрачные

красивоокрашенные кристаллы, называются особо: бесцветные, прозрачные —

горный хрусталь; фиолетовые — аметист; дымчатые — раухтопаз; чёрные

—морион; золотисто-жёлтые — цитрин. Различные окраски обычно обусловлены

структурными дефектами при замене Si4+ на Fe3+ или Al3+ с одновременным

вхождением в решётку Na1+, Li1+ или (ОН)1-. Встречаются также сложно

окрашенные К. за счёт микровключений посторонних минералов: зелёный празем

— включения микрокристалликов актинолита или хлорита; золотистый мерцающий

авантюрин— включения слюды или гематита, и др. Скрытокристаллические

разновидности К.— агат и халцедон — состоят из тончайших волокнистых

образований. К. оптически одноосный, положительный. Показатели преломления

(для дневного света l = 589,3): ne = 1,553; no = = 1,544. Прозрачен для

ультрафиолетовых и частично инфракрасных лучей. При пропускании светового

плоскополяризованного луча по направлению оптической оси левые кристаллы К.

вращают плоскость поляризации влево, а правые — вправо. В видимой части

спектра значение угла вращения (на толщину пластинки К. в 1 мм) меняется от

32,7 (для l 486 нм) до 13,9° (728 нм). Значение диэлектрической

проницаемости (eij), пьезоэлектрического модуля (djj) и упругих

коэффицентов (Sij) следующие (при комнатной температуре): e11 = 4,58; e33 =

4,70; d11= —6,76*10-8; d14 = 2,56*10-8; S11= 1,279; S12 = — 0,159; S13 =

—0,110; S14 = —0,446; S33 = 0,956; S44 = 1,978. Коэффиценты линейного

расширения составляют: перпендикулярно оси 3-го порядка 13,4*10-6 и

параллельно оси 8*10-6. Теплота превращения b — a К. равна 2,5 ккал/моль

(10,45 кдж/моль). Твёрдость по минералогической шкале 7; плотность 2650

кг/м3. Плавится при температуре 1710 °С и застывает при охлаждении в т. н.

кварцевое стекло. Плавленный К.— хороший изолятор; сопротивление кубика с

ребром в 1 см при 18 °С равно 5*1018 ом/см, коэффицент линейного расширения

0,57*10-6 см/ °С. Разработана экономически выгодная технология выращивания

монокристаллов синтетический К., который получают из водных растворов SiO2

при повышенных давлениях и температурах (гидротермальный синтез). Кристаллы

синтетического К. обладают стабильными пьезоэлектрическими свойствами,

радиационной устойчивостью, высокой оптической однородностью и др. ценными

техническими свойствами.

Природный К.— очень широко распространённый минерал, является существенной

составной частью многих горных пород, а также месторождений полезных

ископаемых самого разнообразного генезиса. Наиболее важные для

промышленности кварцевые материалы— кварцевые пески, кварциты и

кристаллический монокристальный К. Последний встречается редко и очень

высоко ценится. В СССР главнейшие месторождения кристаллов К.— на Урале, в

УССР (Волынь), на Памире, в бассейне р. Алдан; за рубежом — месторождения в

Бразилии и Малагасийской Республике. Кварцевые пески — важное сырьё для

керамической и стекольной промышленности. Монокристаллы К. находят

применение в радиотехнике (пьезоэлектрические стабилизаторы частоты,

фильтры, резонаторы, пьезопластинки в ультразвуковых установках и т.д.); в

оптическом приборостроении (призмы для спектрографов, монохроматоров, линзы

для ультрафиолетовой оптики и т.д.). Плавленый К. применяют для

изготовления специальной химической посуды. К. также используется для

получения химически чистого кремния. Прозрачные, красивоокрашенные

разновидности К. являются полудрагоценными камнями и широко применяются в

ювелирном деле.

Кварцевое стекло, однокомпонентное силикатное стекло, получаемое плавлением

природных разновидностей кремнезёма — горного хрусталя, жильного кварца и

кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния. Различают два

вида промышленного К. с.: прозрачное (оптическое и техническое) и

непрозрачное. Непрозрачность К. с. Придает большое количество

распределенных в нем мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3

мкм), рассеивающих свет. Оптическое прозрачное К. с., получаемое плавлением

горного хрусталя, совершенно однородно, не содержит видимых газовых

пузырьков; обладает наименьшим среди силикатных стекол показателем

преломления (nD = 1,4584) и наибольшим свето-пропусканием, особенно для

ультрафиолетовых лучей. Для К. с. характерна высокая термическая и

химическая стойкость; температура размягчения К. с. 1400 °С. К. с. хороший

диэлектрик, удельная электрическая проводимость при 20 °С—10-14 — 10-16ом-

1м-1, тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °С и частоте

106 гц — 0,0025—0,0006. К. с. применяют для изготовления лабораторной

посуды, тиглей, оптических приборов, изоляторов (особенно для высоких

температур), изделий, стойких к температурным колебаниям.

Силаны

Силаны (от лат. Silicium — кремний), соединения кремния с водородом общей

формулы SinH2n+2. Получены силаны вплоть до октасилана Si8H18. При

комнатной температуре первые два К. — моносилан SiH4 и дисилан Si2H6 —

газообразны, остальные — летучие жидкости. Все К. имеют неприятный запах,

ядовиты. К. гораздо менее устойчивы, чем алканы, на воздухе

самовоспламеняются, например 2Si2H6+7O2=4SiO2+6H2O. Водой разлагаются:

Si3H8+6H2O=3SiO2+10H2. В природе К. не встречаются. В лаборатории действием

разбавленных кислот на силицид магния получают смесь различных К., её

сильно охлаждают и разделяют (путём дробной перегонки при полном отсутствии

воздуха).

Кремниевые кислоты

Кремниевые кислоты, производные кремниевого ангидрида SiO2; очень слабые

кислоты, мало растворимые в воде. В чистом виде были получены

метакремниевая кислота H2SiO3 (точнее её полимерная форма H8Si4O12) и

H2Si2O5. Аморфная двуокись кремния (аморфный кремнезём) в водном растворе

(растворимость около 100 мг в 1 л) образует преимущественно ортокремниевую

кислоту H4SiO4. В полученных разными способами пересыщенных растворах К. к.

изменяются с формированием коллоидных частиц (молярная масса до 1500), на

поверхности которых находятся группы OH. Образованный т. о. золь в

зависимости от водородного показателя pH может быть устойчивым (pH около 2)

или может агрегировать, переходя в гель (pH 5—6). Устойчивые

высококонцентрированные золи К. к., содержащие специальные вещества —

стабилизаторы, применяют при производстве бумаги, в текстильной

промышленности, для очистки воды. Кремнефтористоводородная кислота, H2SiF6,

сильная неорганическая кислота. Существует лишь в водном растворе; в

свободном виде распадается на тетрафторид кремния SiF4 и фтористый водород

HF. Применяется как сильно дезинфицирующее средство, но главным образом —

для получения солей К. к. — кремнефторидов.

Силикаты

СИЛИКАТЫ, соли кислот кремния. Наиболее широко распространены в земной коре

(80% по массе); известно более 500 минералов, среди них – драгоценные

камни, например изумруд, берилл, аквамарин. Силикаты – основа цементов,

керамики, эмалей, силикатного стекла; сырье в производстве многих металлов,

клеев, красок и др.; материалы радиоэлектроники и т.д. Кремнефториды,

фторсиликаты, соли кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6. При нагревании

распадаются, например CaSiF6 = CaF2 + SiF4. Соли Na, К, Rb, Cs и Ba трудно

растворимы в воде и образуют характерные кристаллы, что используется в

количественном и микрохимическом анализе. Наибольшее практическое значение

имеет кремнефторид натрия Na2SiF6 (в частности, в производстве

кислотоупорных цементов, эмалей и т. д.). Значительную долю Na2SiF6

перерабатывают на NaF. Получают Na2SiF6 из содержащих SiF4 отходов

суперфосфатных заводов. Хорошо растворимые в воде кремнефториды Mg, Zn и Al

(техническое название флюаты) применяют для придания водонепроницаемости

строительному камню. Все К. (а также H2SiF6) ядовиты.

Приложения.

Рис.1 Правый и левый кварц.

Рис.2 Кремнезёма минералы.

Рис.3 Кварц (структура)

-----------------------

[pic]

Страницы: 1, 2