Սիլիցիում

Սիլիցիում, գտնվում է տարրերի պարբերական համակարգի 4-րդ խմբի գլխավոր ենթախմբում (3րդ պարբերություն), քիմիական նշանն է Si և ատոմային թիվը՝ 14։ Արտաքին էլեկտրոնային շերտում ունի 4 վալենտային էլեկտրոն՝ ns2np2 վիճակում։ Բնորոշ են -4, +2, +4 օքսիդացման աստիճաններ։
Բնական սիլիցիումը բաղկացած է 28Si (92,27 %), 29Si (4,68 %) և 30Si (3,05 %) կայուն իզոտոպներից։ Ստացվել են 27Si (T½ = 4,5 վրկ), 31Si (T½ = 262 ժ) և 32Si (T½ = 700 տարի) արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպները։ Սիլիցիումի միացությունները, որոնք չափազանց շատ են տարածված երկրի վրա, մարդն օգտագործել է դեռ քարի դարում (քարե գործիքներ)։


== Պատմություն ==
Սիլիցիումը հայտնաբերել են ֆրանսիացի քիմիկոսներ Ժ․ Գեյ-Լյուսակը և Լ․ Թենարը (1811), անջատել և նոր տարր լինելը հաստատել է Ի․ Բերցելիուսը (1825)։ Սիլիցիումը ամենատարածված տարրերից է՝ կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 29,5 %-ը (տարածվածությամբ երկրորդն է, թթվածնից հետո)։
Մաքուր վիճակում առաջին անգամ հայտնաբերվել է 1811 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Ժոզեֆ Լուի Գեյ-Լյուսակի և Լուի Ժակ Թենարի կողմից։


== Անվան ծագում ==
1825 թվականին շվեդ քիմիկոս Յակոբ Բերցելյուսի ազդելով մետաղական կալիումով սիլիցիումի ֆտորիդի վրա SiF4 ստացավ մաքուր սիլիցիում։ Նոր ստացված տարրն վաղուց անվանել էին «սիլիցիում» (լատ.՝ silex - կայծքար)։ Թարգմանաբար հին հունարեն՝ κρημνός - «ժայռ, լեռ»։


== Բնության մեջ ==
Թթվածնից հետո սիլիցիումը բնության մեջ ամենատարածված էլեմենտն է։ Նա կազմում է երկրի կեղևի կշռի 1/4 մասը և այնպիսի կարևոր դեր է խաղում անկենդան աշխարհում, որպիսին ածխածինը կենդանի բնության մեջ։ Ի տարբերությոն ածխածնի, սիլիցիումը բնության մեջ ազատ վիճակում չի հանդիպում։ Նրա բազմաթիվ միացությունները կազմում են լեռնատեսակների (գրանիտներ, գնեյսներ, բազալտներ) և հանքերի հսկայական մեծամասնությունը (կվարց, դաշտաշպատներ, փայլար և այլն)։ Ավազը և կավը, որոնք կազմում են հողի հանքային մասը, նույնպես սիլիցիումի միացություններ են հանդիսանում։ Ծովի ջրերում կոնցենտրացիան հավասար է 3 մգ/լ։
Կենդանի օրգանիզմներում սիլիցիումի պարունակությունը փոքր է, գտնվում է հիմնականում կարծր հյուսվածքներում։ Կուտակվում է ծովային որոշ բույսերում (դիատոմային ջրիմուռներ) և կենդանիներում (սիլիցիումեղջրային սպունգներ, ճառագայթավորներ), պարունակվում է նաև երիկամներում, ենթաստամոքսային գեղձում, հացահատիկային բույսերի ցողուններում։ Մարդու մեկ օրվա սնունդը պարունակում է մինչև 1 գ սիլիցիում։ Սիլիկահողի փոշու մեծ պարունակությունն օդում վտանգավոր է՝ առաջացնում է սիլիկոզ։


== Ստացում ==
Տեխնիկական սիլիցիումը (95-98 %) ստանում են քվարցը էլեկտրական վառարաններում ածխածնով վերականգնելով։ Ստացված սիլիցումը լվանում են աղաթթվի և ծծմբական թթվի, ապա ֆտորաջրածնական և ծծմբական թթուների խառնուրդներով։ Ստացվում է մաքուր սիլիցիում (99,98 %), որը մշակում են քլորով (քլորիդները թորում են, վերականգնում ջրածնով)։ Վերջնական մաքրումն իրականացնում են Չոխրալսկու և զոնային հալման եղանակով։

Ստացվում են հատուկ մաքրության միաբյուրեղներ, որոնց ρ≥103 օհմ-սմ (խառնուրդների պարունակությունը 10−5-10−6 % է)։

«Սիլիցիումը ստանում են՝ բարձր ջերմաստիճանում փոխազդեցության մեջ դնելով քվարցային ավազը մագնեզիումի հետ.

  
    
      
         
        
          
            S
            i
            
              O
              
                2
              
            
            +
            2
            M
            g
             
            →
             
            2
            M
            g
            O
            +
            S
            i
          
        
      
    
    {\displaystyle ~{\mathsf {SiO_{2}+2Mg\ \rightarrow \ 2MgO+Si}}}
  
Այդպես է ստացվում շականակագույն փոշի ամորֆ սիլիցիում»։
Սիլիցիումը ստանում են էլեկտրական վառարաններում, բարձր ջերմաստիճաններում սիլիցիումի դիօքսիդը (ավազը) ածուխով վերականգնելով՝

  
    
      
         
        
          
            S
            i
            
              O
              
                2
              
            
            +
            2
            C
            →
             
            2
            C
            O
            +
            S
            i
          
        
      
    
    {\displaystyle ~{\mathsf {SiO_{2}+2C\rightarrow \ 2CO+Si}}}
  Առավել մաքուր սիլիցիում ստանում են սիլիցիումի քլորիդի և ցինկի գոլորշիների փոխազդեցության միջոցով.

  
    
      
         
        
          
            S
            i
            C
            
              l
              
                4
              
            
            +
            2
            Z
            n
            →
             
            S
            i
            +
            2
            Z
            n
            C
            
              l
              
                2
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle ~{\mathsf {SiCl_{4}+2Zn\rightarrow \ Si+2ZnCl_{2}}}}
  


== Ֆիզիկական հատկություններ ==

Սիլիցիումը մուգ մոխրագույն, բյուրեղական նյութ է, թույլ մետաղական փայլով, հալ․ ջերմաստիճանը՝ 1415 °C, եռմանը՝ 3250 °C, խտությունը՝ 2328 կգ/մ3։ Կիսահաղորդիչ է, էլեկտրա- և ջերմահաղորդականությունը կախված է մաքրության աստիճանից։ Սիլիցիումի սեփական ծավալային տեսակարար էլեկտրադիմադրությունը 2,3•103 օհմ է, խառնուրդներ պարունակողինը՝ շատ ավելի փոքր։
Դիամագնիսական է, բարձր ճնշումների (120-150 կբար) տակ առաջանում է սիլիցիումի մետաղական ձևափոխությունը, որը գերհաղորդիչ է (անցման կետը 6,7 K)։ Հայտնի է նաև ամորֆ ձևափոխությունը։ Սիլիցիումը p-տարր է, ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 1s2 2s2 2p63s2 Зр2։ Միացություններում քառարժեք է, կոորդինացիոն թիվը՝ 4 կամ 6։ Քիմիական կապերն իրականացվում են sp3 հիբրիդային օրբիտալների միջոցով, երբեմն մասնակցում են նաև դատարկ 3 d օրբիտալներից երկուսը։
Փոքր էլեկտրաբացասականություն (1,5) ունեցող ոչ մետաղ է։
Բյուրեղային սիլիցիումը որոշ նմանություն ունի մետաղների հետ․ նա ունի փայլ և էլէկտրահաղորդականություն․ սակայն թթուների հետ այն չի փոխազդում։ Մանրացված սիլիցիումը զգալի չափով տաքացնելիս օդի մեջ բռնկվում է, գոյացնելով սիլիցիումի դիօքսիդ (SiO2)՝

  
    
      
         
        
          
            S
            i
            +
            
              O
              
                2
              
            
            →
             
            S
            i
            
              O
              
                2
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle ~{\mathsf {Si+O_{2}\rightarrow \ SiO_{2}}}}
  


== Քիմիական հատկություններ ==

Սովորական պայմաններում քիմիապես պասիվ է (միանում է միայն ֆտորի հետ)։ Կայուն է թթուների նկատմամբ, լուծվում է ֆտորջրածնական և ազոտական թթուների խառնուրդում, հեշտությամբ՝ ալկալիների տաք լուծույթներում

  
    
      
         
        
          
            S
            i
            +
            2
            N
            a
            O
            H
            +
            2
            
              H
              
                2
              
            
            O
             
            →
             
            N
            
              a
              
                2
              
            
            S
            i
            
              O
              
                3
              
            
            +
            2
            
              H
              
                2
              
            
            ↑
          
        
      
    
    {\displaystyle ~{\mathsf {Si+2NaOH+2H_{2}O\ \rightarrow \ Na_{2}SiO_{3}+2H_{2}\uparrow }}}
  
Ջրածնի հետ անմիջականորեն չի միանում, սիլաններն ստացվում են սիլիցիդներից։ Սիիցիումը օդում պատվում է օքսիդի պաշտպանիչ շերտով։ 400 °C-ից բարձր տաքացնելիս օքսիդանում է թթվածնում, առաջացնելով սիլիցիումի երկօքսիդ՝ Si02։ Si-Օ կապը (իոնական է 50 %-ով) չափազանց ամուր է։ Սիլիցիումի երկօքսիդի հիդրատները՝ սիլիկաթթուները, ջրում վատ լուծվող, թույլ թթուներ են։ Պարզագույնը՝ H2Si03 մետասիլիկաթթուն է։ Սիլիցիումի երկօքսիդը, սիլիկաթթուները և նրանց աղերը անօրգանական պոլիմերներ են, որոնցում սիլիցիումի ատոմները իրար են միացած թթվածնի ատոմների միջոցով։

  
    
      
        
          
            S
            i
            +
            2
            H
            N
            
              O
              
                3
              
            
            =
            S
            i
            
              O
              
                2
              
            
            +
            N
            O
            +
            N
            
              O
              
                2
              
            
            +
            
              H
              
                2
              
            
            O
          
        
      
    
    {\displaystyle {\rm {Si+2HNO_{3}=SiO_{2}+NO+NO_{2}+H_{2}O}}}
  

  
    
      
        
          
            S
            i
            
              O
              
                2
              
            
            +
            4
            H
            F
            =
            S
            i
            
              F
              
                4
              
            
            +
            2
            
              H
              
                2
              
            
            O
          
        
      
    
    {\displaystyle {\rm {SiO_{2}+4HF=SiF_{4}+2H_{2}O}}}
  

  
    
      
        
          
            3
            S
            i
            
              F
              
                4
              
            
            +
            3
            
              H
              
                2
              
            
            O
            =
            2
            
              H
              
                2
              
            
            S
            i
            
              F
              
                6
              
            
            +
            
              H
              
                2
              
            
            S
            i
            
              O
              
                3
              
            
            ↓
          
        
      
    
    {\displaystyle {\rm {3SiF_{4}+3H_{2}O=2H_{2}SiF_{6}+H_{2}SiO_{3}\downarrow }}}
  Բարձր ջերմաստիճաններում ստացվում է SiO բաղադրության օքսիդ, որը կայուն է գազային ֆազում։ Սիլիցիումը միանում է ֆտորի հետ սենյակային պայմաններում, մյուս հալոգենների հետ՝ տաքացնելիս, առա ջացնելով հալոգենիդներ։ SiF4 գազ է, SiCl4-ը, SiBr4-ը՝ հեղուկներ, ՏH4-ը՝ պինդ, որոնք հիդրոլիզվում են (ստացվում է Si02 և հալոգենաջրածին, ջրի հետ SiF4 փոխազդելիս առաջացնում է H2SiF6)։
Սիլիցիումը քլորի հետ առաջացնում է նաև SinCl2n+2 (ո=1-6) քլորիդներ, մյուս հալոգենների հետ՝ Si2X6 ։ SiCl4-ն օգտագործվում է քսայուղերի, էլեկտրամեկուսիչների, ջերմակիր և այլ նյութերի ար տադրության համար։ Տաքացնելիս սիլիցիումը միանում է ազոտի (1000 °C), ֆոսֆորի (1200 °C), ածխածնի (1300 °C) և այլ ոչ մետաղների հետ։

  
    
      
         
        
          
            C
            
              a
              
                2
              
            
            S
            i
            +
            4
            H
            C
            l
             
            →
             
            2
            C
            a
            C
            
              l
              
                2
              
            
            +
            S
            i
            
              H
              
                4
              
            
            ↑
          
        
      
    
    {\displaystyle ~{\mathsf {Ca_{2}Si+4HCl\ \rightarrow \ 2CaCl_{2}+SiH_{4}\uparrow }}}
  Սիլիցիումի կարբիդը և բորիդները՝ SiB3, SiB6, SiBi2, բարձր կայունության, կարծր նյութեր են։ Կատալիզատորների առկայությամբ սիլիցիումը փոխազդում է քլորօրգանական միացությունների հետ՝ առաջացնելով սիլիցիում օրգանական միացություններ՝ սիլիցիումը լուծվում է հեղուկ մետաղներում, որոնց մեծ մասի հետ առաջացնում է սիլիցիդներ կամ տեղակալման պինդ լուծույթներ։


== Օգտագործում ==

Կիսահաղորդչային սիլիցիումը լեգիրացնում են անհրաժեշտ խառնուրդներով (սովորաբար միաբյուրեղը ձգելիս) և օգտագործում ջերմաէլեկտրական, ռադիո-լուսատեխնիկական սարքեր, ուղղիչներ և փոխարկիչներ պատրաստելու համար։ Սիլիցիումի փոշուց ստանում են համաձուլվածքներ, սիլիցիդներ և սիլիցիումի կարբիդ։
Տեխնիկական սիլիցիումը և նրա համաձուլվածքները երկաթի հետ օգտագործում են որպես թթվածնազրկողներ և լեգիրացնող հավելանյութեր։
Սիլիցիումը գործադրվում է համաձուլվածքների արտադրության մեջ։ 4% սիլիցիում պարունակող պողպատը օգտագործվում է էլեկտրական տրանսֆորմատորներ պատրաստելու համար։ Ավելի մեծ տոկոս (15% և ավելի) սիլիցիում պարունակող պողպատը թթվակայուն է և կիրառվում է քիմիական ապարատներ պատրաստելու համար։
Սիլիցիումի միացությունը ածխածնի հետ, սիլիցիումի կարբիդը (SiC), կոչվում է կարբորունդ։ Այն իր կարծրությամբ մոտենում է ալմաստին և դրա համար էլ օգտագործվում է հեսանաքարեր, հղկող շրջանակներ պատրաստելու և այլ, այսպես կոչված, հղկման նյոթերի համար։


== Տեսեք նաև ==
Պարբերական աղյուսակ
Տրանզիստոր


== Ծանոթագրություններ ==


== Գրականություն ==
Յու․ Վ․ Խոդակով, Լ․ Ա․ Ցվետկով և ուրիշներ։ «Քիմիա», Երևան, 1961։
Самсонов. Г. В. Силициды и их использование в технике. — Киев, Изд-во АН УССР, 1959. — 204 с. с илл.
Greenwood Norman N, Earnshaw Alan (1997)։ Chemistry of the Elements (2 ed.)։ Oxford: Butterworth-Heinemann։ ISBN 0-08-037941-9 


== Արտաքին հղումներ ==
Սիլիցիումը Webelements-ում
Սիլիցիումը քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում
Silicon at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
Mineral.Galleries.com – Silicon Archived 2008-10-16 at the Wayback Machine.
WebElements.com – Silicon
CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
New Semiconductor Materials - Ioffe Physicotechnical Institute St. Petersburg, Russia