Силиций

химичен елемент с атомен номер 14

Силиций (на латински: Silicium), Si е химичен елемент от група 14, период 3. Атомният му номер е 14 и е с атомна маса 28,0855 u.

Силиций
Силиций – кристален металоид със синкаво-сив отблясък
Кристален металоид със синкаво-сив отблясък
Спектрални линии на силиций
АлуминийСилицийФосфор
C

Si

Ge
Периодична система
Общи данни
Име, символ, ZСилиций, Si, 14
Група, период, блок143p
Химическа серияметалоид
Електронна конфигурация[Ne] 3s2 3p2
e- на енергийно ниво2, 8, 4
CAS номер7440-21-3
Свойства на атома
Атомна маса28,085 u
Атомен радиус (изч.)110 (111) pm
Ковалентен радиус111 pm
Радиус на ван дер Ваалс210 pm
Степен на окисление4, 3, 2, 1[1], −1, −2, −3, −4 ​
ОксидSiO2 (слабо киселинен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,90
Йонизационна енергияI: 786,5 kJ/mol
II: 1577,1 kJ/mol
III: 3231,6 kJ/mol
IV: 4355,5 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояниетвърдо вещество
Кристална структуракубична октаедрична
Плътност2329 kg/m3
Температура на топене1687 K (1414 °C)
Температура на кипене3538 K (3265 °C)
Моларен обем12,06×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене50,21 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение383 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Скорост на звука8433 m/s при 20 °C
Специф. електропроводимост2,52×10-4 S/m
Специф. ел. съпротивление2,3×109 Ω.mm2/m [2]
Топлопроводимост149 W/(m·K)
Магнетизъмдиамагнитен[3]
Модул на еластичност130 – 188 GPa [4]
Модул на срязване51 – 80 GPa [4]
Модул на свиваемост97,6 GPa [4]
Коефициент на Поасон0,064 – 0,28 [4]
Твърдост по Моос6,5
История
Наименуванот латинското silex, silicis – „кремък“
ОткритиеЙонс Берцелиус[5][6] (1823 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
28Si 92,2 % стабилен
29Si 4,7 % стабилен
30Si 3,1 % стабилен
31Si радио 2,62 ч. β- 31P
32Si радио 153 г. β- 32P

Силицият е вторият по разпространение химичен елемент в земната кора след кислорода. Той не съществува в свободно състояние, а под формата на силициев диоксид (в пясъка, кварц) или като силикат (каолин).

Името му произлиза от латинските думи silex, silicis и означава кремък.

ИсторияРедактиране

Силицият бил познат още в древността под формата на кремък и бил изолиран за първи път в чиста форма от Берцелиус през 1823 г.

ИзотопиРедактиране

Съществуват три естествени изотопа на силиция 28Si (92,18%), 29Si (4,71%) и 30Si (3,12%) и няколко получени по изкуствен път 25Si, 26Si, 27Si, 31Si, 32Si

СвойстваРедактиране

Физични свойстваРедактиране

 
Нанокристален силиций

Силицият в чист вид, при нормална температура, е твърдо вещество с кристална структура, със сиво-черен цвят и метален блясък. В тази форма в природата се среща рядко – като кристали в златната руда и във вулканичните изпарения. Елементът е разпространен на Земята най-често като силициев диоксид (SiO2) под формата на кварц или кремък (основна съставна част на пясъка). Има температура на топене 1414 °C, температура на кипене 3265 °C и плътност 2330 kg/m3. Не се разтваря във вода. Силицият е полупроводник, има отрицателен температурен коефициент на съпротивлението. Единичен кристал силиций притежава пиезорезистивен ефект, а кварцовите кристали – пиезоелектричен ефект.

Химични свойстваРедактиране

Силицият е сравнително инертен към киселини – не взаимодейства, освен със смес от азотна (HNO3) и флуороводородна киселина (HF). Взаимодейства с основи и халогени.

Взаимодействие с въздухаРедактиране

Повърхността на кристалите на силиция са покрити от тънък слой силициев диоксид (SiO2), което не позволява на останалата част от атомите, които се намират под този слой, да реагират с въздуха при температури до 900 °C. При по-високи температури се получава реакция с кислорода и се образува силициев диоксид, а при температури над 1400 °C силицият реагира с азота във въздуха и образува силициевите нитриди SiN и Si3N4.

Si + O2 → SiO2

2Si + N2 → 2SiN

3Si + 2N2 → Si3N4

Взаимодействие с халогенни елементиРедактиране

Силицият взаимодейства енергично с халогенните елементи и образува силициеви тетрахалогениди. Реакцията с флуора протича при нормална температура, докато с други халогенни елементи е необходимо температура над 300 °C.

Si + 2F2 → SiF4 (силициев тетрафлуорид)

Si + 2Cl2 → SiCl4 (силициев тетрахлорид)

Si + 2Br2 → SiBr4 (силициев тетрабромид)

Si + 2I2 → SiI4 (силициев тетрайодид)

Взаимодействие с киселиниРедактиране

Силицият не реагира с повечето киселини при нормални условия. Изключение прави флуороводорода и азотната киселина.

Si + 6HF → [SiF6]2- + 2H+ + 2H2

Взаимодействие с основиРедактиране

Si(s) + 4NaOH → [SiO4]4- + 4Na+ + 2H2

Разпространение и употребаРедактиране

Основен материал в съвременната електроника (производство на транзистори и интегрални схеми). Използва се също за производство на слънчеви батерии. Кварцът служи за направа на кварцови резонатори.

Биологични ефектиРедактиране

Техника на безопасностРедактиране

ИзточнициРедактиране

  1. Ram, R. S.. Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD. // J. Mol. Spectr. 190. 1998. p. 341 – 352. Архивиран от оригинала на 2012-02-09. Посетен на 2018-01-20. (на английски)
  2. Eranna, Golla. Crystal Growth and Evaluation of Silicon for VLSI and ULSI. CRC Press, 2014. ISBN 978-1-4822-3281-3. p. 7. (на английски)
  3. ((en)) Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Архив на оригинала от 2011-03-03 в Wayback Machine.
  4. а б в г Hopcroft, Matthew A. et al. What is the Young's Modulus of Silicon?. // Journal of Microelectromechanical Systems 19 (2). 2010. DOI:10.1109/JMEMS.2009.2039697. p. 229. (на английски)
  5. Weeks, Mary Elvira. The discovery of the elements: XII. Other elements isolated with the aid of potassium and sodium: beryllium, boron, silicon, and aluminum. // Journal of Chemical Education 9 (8). 1932. DOI:10.1021/ed009p1386. p. 1386 – 1412. (на английски)
  6. Voronkov, M. G.. Silicon era. // Russian Journal of Applied Chemistry 80 (12). 2007. DOI:10.1134/S1070427207120397. p. 2190. (на английски)