Об элементе

Кре́мний — элемент четырнадцатой группы (по старой классификации — главной подгруппы четвёртой группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Атомная масса 28,086 Обозначается символом Si (лат. Silicium), неметалл.

 

Впервые в чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учёными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром.

В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF4получил чистый элементарный кремний. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе c др.-греч. κρημνός — «утёс, гора».

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Таким образом, по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л.
Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около 12 % массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния, — это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.
Отмечены единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде.

Физические свойства

Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Он прозрачен для инфракрасного излучения начиная с длины волны 1,1 мкм. Собственная концентрация носителей заряда — 5,81·1015 м−3 (для температуры 300 K).

Химические свойства

Подобно атомам углерода, для атомов кремния является характерным состояние sp3-гибридизации орбиталей. В связи с гибридизацией чистый кристаллический кремний образует алмазоподобную решётку, в которой кремний четырёхвалентен. В соединениях кремний обычно также проявляет себя как четырёхвалентный элемент со степенью окисления +4 или −4. Встречаются двухвалентные соединения кремния, например, оксид кремния (II) — SiO.
При нормальных условиях кремний химически малоактивен и активно реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния SiF4. Такая «неактивность» кремния связана с пассивацией поверхности наноразмерным слоем диоксида кремния, немедленно образующегося в присутствии кислорода, воздуха или воды (водяных паров).
При нагревании до температуры свыше 400—500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SiO2, процесс сопровождается увеличением толщины слоя диоксида на поверхности, скорость процесса окисления лимитируется диффузией атомарного кислорода сквозь плёнку диоксида.
При нагревании до температуры свыше 400—500 °C кремний реагирует с хлором, бромом и иодом — с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов SiHal4 и, возможно, галогенидов более сложного состава.
С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны с общей формулой SinH2n+2 — получают косвенным путём. Моносилан SiH4 (его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами кислот.

Применение

Технический кремний находит следующие применения:

сырьё для металлургических производств: компонент сплава (бронзы, силумин); раскислитель (при выплавке чугуна и сталей); модификатор свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка определённого количества кремния при производстве трансформаторных сталей уменьшает коэрцитивную силу готового продукта) и т. п.;
сырьё для производства более чистого поликристаллического кремния и очищенного металлургического кремния (в литературе «umg-Si»);
сырьё для производства кремнийорганических материалов, силанов;
иногда кремний технической чистоты и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях;
для производства солнечных батарей;
антиблок (антиадгезивная добавка) в промышленности пластмасс.

Монокристалл кремния, выращенный по методу Чохральского
Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (нелинейные пассивные элементы электрических схем) и однокристальных микросхем. Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде кристаллического кремния являются основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.
Монокристаллический кремний — помимо электроники и солнечной энергетики, используется для изготовления зеркал газовых лазеров.
Соединения металлов с кремнием — силициды — являются широко употребляемыми в промышленности (например, электронной и атомной) материалами с широким спектром полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.). Силициды ряда элементов являются важными термоэлектрическими материалами.
Соединения кремния служат основой для производства стекла и цемента. Производством стекла и цемента занимается силикатная промышленность. Она также выпускает силикатную керамику — кирпич, фарфор, фаянс и изделия из них.
Широко известен силикатный клей, применяемый в строительстве как сиккатив, а в пиротехнике и в быту для склеивания бумаги.
Получили широкое распространение силиконовые масла и силиконы — материалы на основе кремнийорганических соединений.

Стихи про кремний

Кремний,
Скажем так,
Ты видел.
Только видел
Лишь оксидом
Лишь оксидом SiO2.
Это, скажем так – песок.

Сам же кремний
Неметалл
Темный
Серый
Если кристалл.

Порошок –
Коричнев цветом.
Сыпется легко в руках.

Образует кислоту он,
Но она не хороша.
H2SiO3 – вот она.
Кремниевая, так называемая.
Не растворима в воде.
Ток тоже
Не слишком
Хорошо проводит.

Он в скелете
Нашем входит.
Он в крови,
В мозгу.
Везде.

У растений
Тоже в тканях.
Для них он важен,
Для опоры.

А в земле он
На втором месте
После кислорода.
Вот!

*****

Ох, трудился целый день
Человек в пещере древней!
Для работы брал кремень,
От него и слово «кремний».
Много Кремния в камнях,
В скалах, почвах и в горах.
Летом, жаркою порою,
Пляж песчаный всех манит,
А песок, я вам открою, –
Это кремния оксид.
Кремний – полупроводник,
Главный житель микросхем.
Без него бы сразу сник
И компьютер, и модем.
Без него бы – так и знайте! –
Нас бы не было на сайте!
С нами миллионы лет
Верный Кремний прошагал,
Из пещеры в Интернет
С человеком он попал!

*****

Сосед углерода привык к работе,
Замену ему нигде не найдете.
Если бы этот пропал элемент,
Где бы мы взяли кирпич и цемент,
Чем бы стеклили окно, и куда
Делись бы кварц, и фарфор, и слюда?
Пляжи песчаные, толщи подземные –
Где бы все это было без кремния?

*****

Он с тобой в любое время,
Лишь нагнись, возьми кусок…
На Земле содержит кремний
Камни, глина и песок.
Друг, проверенный веками,-
В нем история сама,
Подружился кремний с нами,
Стал полезным, и весьма.
Чтоб огнем согреть жилище
Среди холода и скал,
Чтобы приготовить пищу,
Кремень искры высекал.
Не нальешь воды в корзину…
Было трудно до поры.
Обожгли случайно глину –
Появились гончары.
Черепицу и кувшины.
Крынки и горшки для щей…
Люди делают из глины
Много нужных им вещей.
Как хорош хрусталь лучистый:
В нем прохлада и тепло.
Научились люди чисто
Плавить из песка стекло.
Кирпичи дает нам глина.
Краски, прочные вполне,
И подошва для ботинок
Космонавтам на Луне.

Шабалина Н.

*****

Пляж посещали мы летом,
Но было нам всем невдомёк,
Сколько содержит секретов
Обыкновенный песок.

Кремний – его основа,
Сказочный элемент,
Хоть на Земле его, к слову,
Очень большой процент.

Многое значат для строек
Цемент, кирпич, бетон.
Прочен и к времени стоек
Их содержащий дом.

Если зимой в квартире
Вашей тепло и светло,
Значит, Вам не забыли
Вставить в окно стекло.

Что поражает сильнее
Из кремниевых чудес:
Солнечные батареи
В космосе на МКС?

Кремнистых сталей прочность?
Или, в наш век НТР,
Суперкомпьютеров мощность,
Точность и малый размер?

Что для искусства значат
Глина, хрусталь, фарфор?
Был бы ответом начат
Очень большой разговор.

Но, подводя итоги
Кремния всех заслуг,
Скажем, как про немногих:
Он – Человечеству друг!

Валентинов С.

*****

Кремний о кремний удар, другой,
Искры взлетают трут возгорается,
Мысль за мыслью, строка за строкой,
Музыка песни из ритма рождается.

Встречи, разлуки,признания в любви,
Силою чувства любовь проверяется,
Кремний о кремний искрою взлети,
Самозабвенность в любви проявляется.

Кремний о кремний удар,другой,
Искры взлетают и трут разгорается.
Только задумайтесь силой какой,
Песни сердец и души исполняются.

Поросенкова М.