Křemík – prezentace

Téma prezentace: Křemík

Typ souboru: prezentace PPTX

Přidal(a): memorary

 

 

Popis materiálu:

Tato prezentace popisuje křemík, nechybí jeho charakteristika, vlastnosti, výskyt, výroba, využití a sloučeniny.

 

Osnova:

  • 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〗_2SiO〗_3 + H2SO4 + H2O → H4SiO4 + Na〗_2SO〗_4

  • Soli

oKřemičitan sodný

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

SiO〗_2 + 2NaOH → Na〗_2SiO〗_3+ H2O

SiO〗_2 + K_2CO〗_(3 )K_2SiO〗_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