Křemík

Téma prezentace: Křemík
Typ souboru: prezentace PPTX
Přidal(a): memorary
 

• KŘEMÍK (Silicium)
• Charakteristika
• P2 – prvky – Křemík, Germanium, Cín, Olovo
• chemická značka Si
• 14. skupina (IV.A)
• elektronová konfigurace: [Ne] 3s23p2
• oxidační čísla: -IV, O, IV
• má vlastnosti nekovů – je velice dobrý polovodič → bere se jako polokov, s ostatními prvky se slučuje až za vysokých teplot

• Vlastnosti
• modrošedý, krystalický, velmi tvrdý, ale křehký polokov
• málo reaktivní, částečně kovový lesk
• jeho struktura je velmi podobná diamantu (tvoří kovalentní krystaly)
• základem molekuly křemíku je čtyřstěn SiO4, který se může spojovat do řetězců, cyklů, vrstev a do 3D struktury.
• vazba křemík – kyslíkje velmi pevná, a proto jsou jeho kyslíkaté sloučeniny hodně stálé a tudíž hodně rozšířené.
• Snadno se rozpouští v zásaditých roztocích za vzniku křemičitanového aniontu (SiO_3 )^(2-)
• Je polovodičem typu n – používá se křemík s příměsí jiného prvku → dochází ke snížení elektrického odporu

• Výskyt Křemíku
• Po kyslíku druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře
• Výskyt pouze ve sloučeninách
• V přírodě v minerálech a horninách: nejvýznamnější nerost – křemen 〖SiO〗_2 – přítomnost jiných prvků způsobuje zabarvení

• Rozlišujeme několik druhů, např. :

            Křišťál – čistý oxid křemičitý, čirý
      Ametyst – fialový
      Citrín – žlutý
      Růženín – růžový
      Záhněda – hnědý
      Jaspis – více barevnývh variant
Tygří oko – žlutohnědá barva

• Výroba

• Redukcí taveniny čistého oxidu křemičitého v obloukové peci na grafitové elektrodě, která se při reakci zplyňuje na oxid uhličitý

〖SiO〗_2+C →Si+ 〖CO〗_2

• Reakcí křemene a hlinikuu – tzv. aluminotermií

3SiO2+ 4Al → 3Si + 2Al2O3

• Využití
• Základ polovodičových součástek – diody, tranzistory, fotovoltaické články
• Výroba skla:
• Sklo – nemá krystalickou strukturu (amorfní) je to podchlazená tekutina, teče velice pomalu (můžeme pozorovat na styrých okenních tabulkách, dole jsou silnější než nahoře
• Základní suroviny pro výrobu skla: křemenný písek (50%), soda (uhličitan sodný 16%), vápenec (uhličitan vápenatý 12%), odpadní sklo (drcené střepy 18%) + další příměsi podle druhů skla → tyto suroviny se taví pří teplotě okolo 1500°C a dále se zpracovávají litím nebo foukáním

• Druhy skla
• Stovky druhů, např.
• Tabulové sklo – na výrobu oken, výkladních skříní, sklo tuhne na vrstvě roztaveného cínu → vzniklé sklo má hladký povrch
• Olovnaté sklo (křášťálové) – má vysoký index lomu (vyšší lesk), velmi těžké, výroba lustrů, bižuterie, ozdobné sklenice,náročnější na zpracování
• Flintové sklo – pro optické přístroje – výroba čoček, hranolů, optických filtrů, obsahuje olovo, baryum, zinek, titan

• Borosilikátové sklo – část SiO_2 nahrazen oxidem boritým, žáruvzdorné, chemicky odolné sklo, využívá se jako varné sklo, laboratorní sklo
• Křemenné sklo – obsahuje čistý SiO_2, taví se při vyšší teplotě okolo 1800°C, odolné proti změnám teplot, snese prudké ochlazení, použítí – laboratorní sklo, speciální žárovky
• Sloučeniny

 
1)BEZKYSLÍKATÉ
oSILANY = podobné alkanům

• sloučeniny křemíku s vodíkem, synteticky vyrobené
• SiH4 – monosilan; Si2H6 – disilan; Si_3 H_8,…
• Nestálé, velmi reaktivní
• Na vzduchu samozápalné
• Působením vody se rozkládají a uvolní vodík:

〖SiH〗_4 + 〖2H〗_2 O  → 〖SiO〗_2+ 〖4H〗_2 O

• Při kontaktu s halogeny vybuchují už za běžné teploty:

〖SiH〗_4 + HCl → 〖SiH〗_3 Cl+ H_2
〖PH〗_3+ 〖Cl〗_2  → 〖PCl〗_5+ HCl
oSiC karbid křemíku

• sloučeniny křemíku s vodíkem, synteticky vyrobené
• Krystalická struktura podobná diamantu → patří mezi nejtvrdší látky
• Výroba: reakcí uhlíku s oxidem křemičitým za vysoké teploty (2000°C-2500°C)

SiO2 + 3C → SiC + 2CO

• tepelně stálý, velmi tvrdý
• používá se na brusný materiál

 
oHalogenidy

• lze je považovat za substituční deriváty silanů (halogensilany)
• v přítomnosti HX tvoří ve vodném roztoku kyseliny
• Př. halogenidy s vodou hydrolyzují na kyselinu tetrahydrogenkřemičitou

                                   SiCl4 + 4 H2O → H4SiO4 + 4HCl

• Fluorid křemičitý
• plyn, tvořící se při leptání skla

                                   SiO2 + 4HF →  SiF4 + 2H2O

• Chlorid křemičitý
• vzniká přímou syntézou
• je to důležitá surovina pro výrobu křemíku o polovodičové čistotě

                                    SiCl4 + 2 Zn → 2ZnCl2 + Si
 
2)KYSLÍKATÉ SLOUČENINY
oSiO2 oxid křemičitý

• Základ křemene
• Pevná, těžko tavitelná látka s polymerní strukturou
• po vodě nejstudovanější chemická sloučenina
• vysoká teplota tání (1705°C), jedna z nejstálejší látek
• odolný vůči vodě a kyselinám (s vyjímkou HF)
• základní jednotkou této struktury je křemíko-kyslíkový čtyřstěn (tetraedr) – SIO4 – nejstálejší forma sloučenín křemíku
• tvoří 3 základní modifikace, které vznikají zahříváním křemene: křemen → tridymit → cristobalit
• roztavením SiO2 se získá křemenné sklo
• výroba skla, porcelánu, součást malty, betonu

 
kyseliny
oKyselina křemičitá  SiO2·nH2O

• vznikají například hydrolýzou chloridu křemičitého

                                  SiCl4 + 4 H2O →  H4SiO4 + 4 HCl

• vylučuje se jako gel
• v roztoku kyseliny – dekahydrodikřemičitá (H10Si2O9), tetrahydrokřemičitá (H4SiO4), hexahydrodikřemičitá (H6Si2O7), (H2SiO3) prakticky neexistuje

 
oKyselina tetrahydrogenkřemičitá

• rosolovitá hmota, vyžíháním vznikne gel (vysoušedlo)
• vzniká hydrolýzou halogenidů křemičitých nebo vytěsněním minerálními kyselinami z vodných roztoků křemičitanů alkalických kovů

〖Na〗_2 〖SiO〗_3 + H2SO4 + H2O → H4SiO4 + 〖Na〗_2 〖SO〗_4

• Soli

oKřemičitan sodný

• Jsou základem vodního skla a vznikají tavením uhličitanů alkalických kovů nebo hydroxidů

〖SiO〗_2 + 2NaOH → 〖Na〗_2 〖SiO〗_3+ H2O
〖SiO〗_2 + K_2 〖CO〗_(3 ) → K_2 〖SiO〗_3 + 〖CO〗_(2 )

• Vodný roztok křemičitanu sodného – vodní sklo – využívá se jako lepidlo (reaguje se vzdušným oxidem uhličitým a tvrdne), ve stavebnictví k urychlení tuhnutí cementových směsí , ve slévárenství

 
oHlinitokřemičitany (živec)

• vznikají nahrazením některých atomů křemíku ve struktuře křemičitanů hliníku
• hlinitokřemičitan vápenatý je hlavní složkou cementu
• zvětráním živců vzniká kaolinit (obsahuje kaolin – surovinu na výrobu porcelánu)

 
Silikony
   – O – Si – O – Si – O –

• polymerní organokřemičité sloučeniny
• kapalné nebo pastovité, termicky velmi stálé, relativně nehořlavé, dobré elektroizolační vlastnosti, dlouhodobá odolnost vůči UV záření a povětrnostním podmínkám, vodoodpudivost (hydrofobnost)
• využití: hydrofobní nátěry, impregnace, výroba maziv, koupací čepice, pěny (těsnění), prsní implantáty, kuchyňské náčiní,..

Děkuji za pozornost J