|  |  |
| --- | --- |
| 14 | Սիլիցիում |
| Si28,086 |
| 3s23p2 |

**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» (լատին․՝ *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։

Բյուրեղային սիլիցիում
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.
> 
> 
> {\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՝

{\displaystyle ~{\mathsf {SiO\_{2}+2C\rightarrow \ 2CO+Si}}}
Առավել մաքուր սիլիցիում ստանում են սիլիցիումի քլորիդի և ցինկի գոլորշիների փոխազդեցության միջոցով.

{\displaystyle ~{\mathsf {SiCl\_{4}+2Zn\rightarrow \ Si+2ZnCl\_{2}}}}

Ֆիզիկական հատկություններ
------------------------

Սիլիցիումի բյուրեղացանցի կառուցվածքը
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)՝

{\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

{\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։

{\displaystyle {\rm {Si+2HNO\_{3}=SiO\_{2}+NO+NO\_{2}+H\_{2}O}}}
{\displaystyle {\rm {SiO\_{2}+4HF=SiF\_{4}+2H\_{2}O}}}
{\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։

{\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
-----------

Սիլիցիումի գերմաքուր կտոր։
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
------------------

1. ↑  *Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.* Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)(անգլ.) // *Pure and Applied Chemistry*. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
2. ↑  Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 508. — 671 с. — 100 000 экз.
3. ↑  При температуре 0 К. Баранский П. И. Клочков В. П. Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Справочник. - Киев, «Наукова думка», 1975 г. 704 с. ил.
4. ↑  J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
5. ↑  *Глинка Н.Л.* Общая химия. — 24-е изд. испр. — Л.: Химия, 1985. — С. 492. — 702 с.

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

| * դ
* ք
* խ
 Պարբերական աղյուսակ |
| --- |
| H |   | He |
| Li | Be |   | B | C | N | O | F | Ne |
| Na | Mg |   | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
| K | Ca |   | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
| Rb | Sr |   | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
| Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |