სილიციუმი

სილიციუმი (ქიმიური სიმბოლო — Si), კაჟი — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მესამე პერიოდის, მეთოთხმეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეოთხე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, IVა) ქიმიური ელემენტი. ატომური ნომერია — 14, ატომური მასა — 28.085. იგი ტეტრავალენტური მეტალოიდია და გაცილებით ნაკლებად რეაქტიულია, ვიდრე მისი ქიმიური ანალოგი – ნახშირბადი.
სილიციუმი მერვე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია სამყაროში, მაგრამ იშვიათად გვხვდება თავისუფალის სახით – უფრო ხშირია მისი ნაერთები სილიციუმის დიოქსიდის ან სილიკატების სახით ქვიშებში, კვარცებში, კვარციტებში და კაჟებში. დედამიწის ქერქში სილიციუმი მეორე ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ელემენტია ჟანგბადის შემდეგ და შეადგენს დედამიწის ქერქის 27.7%-ს მასის მიხედვით.
სილიციუმის პირველი იდენტიფიცირება, როგორც კაჟის (ლათინურად "silex") კომპონენტის, მოახდინა ანტუან ლავუაზიემ 1787 წელს.
სილიციუმს მრავალი სახის სამრეწველო გამოყენება აქვს. ის ნახევარგამტარული ინტეგრალური სქემებისა და მიკროჩიპების ძირითადი შემადგენელი მასალაა.
ქიმიური ელემენტი
სილიციუმის ატომის ელექტრონული ფორმულაა :
1s22s22p63s23p2
მშვიდ მდგომარეობაში სილიციუმის ატომს სავალენტო შრეზე აქვს 2 გაწყვილებული და 2 გაუწყვილებელი ელექტრონი, მაგრამ მისთვის უფრო დამახასიათებელია აგზნებულ მდგომარეობაში გადასვლა, როცა წყვილი s ელექტრონი ითიშება და ერთ-ერთი მათგანი გადადის თავისუფალ p-ორბიტალზე ე.ი ოთხივე ელექტრონი ხდება გაუწყვილებელი, შედეგად მის ატომს შეუძლია წარმოქმნას 4 ქიმიური ბმა, ე.ი იქნება +4 და -4.
ბუნებაში მისი ნაერთებიდან გავრცელებულია:
SiO2-ქვიშა;
K2O·Al2O3·6SiO2-მინდვრის შპატი;
Al2O3·2SiO2·2H2O-კაოლინიტი;
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O-ქარსი;
3MgO·4SiO2·CaO-აზბესტი და სხვა მრავალი.
ალუმინის ოქსიდის შემცველ სილიკატებს ალუმინსილიკატები ეწოდება. ბუნებაში ხშირად ხდება ალუმინსილიკატების გარდაქმნა. მაგალითად: მინდვრის შპატები ჰაერის სინესტისა და ნახშირორჟანგის მოქმედებით განიცდიან გამოფიტვას, რომლის შედეგად წარმოიქმნება თიხის, ქვიშის და მარილების ბუდობები. გამოფიტვის პროცესი შეიძლება ასეთი რეაქციით გამოვსახოთ :
K2O·Al2O3·6SiO2+2H2O+CO2→K2CO3+4SiO2+Al2O3·2SiO2·2H2O
მიღება
ტექნიკაში სილიციუმს ღებულობენ ელექტროღუმელებში სილიციუმის ოქსიდიდან კოქსით
SiO2+C→Si+CO2
ამ დროს მიიღება კრისტალური სილიციუმი, რომელიც მუქი ნაცრისფერია და ფოლადივით ბზინავს, მისი კრისტალური მესერი ალმასის ტიპისაა, ამის გამო დიდი სიმაგრე აქვს, მინასაც კი ფხაჭნის. სუფთა სილიციუმს იყენებენ ნახევარგამტარად ლაბორატორიაში. სილიციუმის მიღება ხდება სილიციუმის ოქსიდიდან მაგნიუმის ან ალუმინის აღდგენით:
SiO2+2Mg→Si+2MgO
3SiO2+4Al→3Si+2Al2O3
ამ დროს მიღებული სილიციუმი ამორფულია, ის აგურისფერი ფხვნილია.
ქიმიური თვისებები
სილიციუმი მაღალ ტემპერატურაზე იწვის
Si+O2→SiO2
მაღალ ტემპერატურაზე უერთდება ნახშირბადს კარბორუნდის წარმოქმნით
Si+C→SiC
კარბონული სიმაგრით ძალიან ჰგავს ალმასს და გამოიყენება ქარგოლების და წისქვილების დოლაბების დასამზადებლად.
მაღალ ტემპერატურაზე უერთება მეტალებს, მაგ: მაგნიუმს და წარმოქმნის მაგნიუმის სილიციდს.
Si+2Mg→Mg2Si
წყალბადს უშუალოდ არ უერთდება, მაგრამ წარმოქმნის წყალბადნაერთს - SiH4 (ყველაზე მარტივად), რომელიც მიიღება მაგნიუმის სილიციდზე მარილმჟავას მოქმედებით
Mg2Si+4HCl→2MgCl2+SiH4↑
წარმოქმნილი წყალბადნაერთი - სილანი იწვის ტკაცანით
SiH4+2O2→SiO2+2H2O
რთული ნივთიერებებიდან სილიციუმზე რეაგირებს ფტორწყალბადმჟავას აზოტმჟავასთან ნარევი (სხვა მჟავები მასთან არ მოქმედებენ)
Si+4HF→SiF4+2H2
მიღებული სილიციუმის ფტორიდის ჭარბ HF-თან ურთიერთქმედებისას მიიღება სილიციუმფთორწყალბადმჟავა
SiF4+2HF→H2SiF6
სილიციუმი რეაგირებს გახსნილ ან გამღვალ ტუტესთან
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑
სქოლიო