§ 55. Кремний

Химический знак - Si. Порядковый номер - 14

Атомный вес - 28. Строение атома:

Кремний - второй по распространенности в земной природе элемент, после кислорода. На долю кислорода приходится около ¹/₂ массы земной коры, на долю кремния - почти половина другой половины. Земная кора слагается в основном из соединений кремния с кислородом, в состав которых включаются и другие элементы.

Во внешнем слое атома кремния, как и в атоме углерода, 4 электрона, но они более удалены от ядра и слабее связаны. В периодической таблице химических элементов кремний граничит с металлами: слева - с алюминием, снизу - с германием. Поэтому у кремния, хотя и преобладают свойства неметалла, проявляются и металлические свойства.

Кремний кристаллизуется в такой же кристаллической решетке, как алмаз. Но в кремнии, как в металлах, не все валентные электроны закреплены за атомами, всегда содержатся блуждающие электроны, придающие кремнию электропроводность: кремний относится к полупроводникам. Легко принять свободный кремний за металл и по внешнему виду - по блеску, сходному с металлическим.

Порошкообразный кремний при сильном нагревании сгорает в двуокись кремния SiO₂:

Соединения кремния с водородом, например SiH₄, летучи, но они менее устойчивы, чем углеводороды. На воздухе они сами собой загораются и сгорают с треском, разбрасывая яркие искры - раскаленные частицы двуокиси кремния:

Соединяясь с углеродом, кремний образует карбид кремния, или карборунд SiC. Его кристаллическая решетка такая же, как у алмаза и кремния, но в ней каждый атом кремния связан с 4 атомами углерода, и наоборот. Карборунд очень твердое вещество, приближающееся по твердости к алмазу. Из карборунда изготовляют точильные камни и шлифовальные круги.

Свободный кремний применяют в производстве кремнистых сталей, отличающихся высокой жаропрочностью и кислотоупорностью. В эти стали кремний вводится в виде сплава с железом - ферросилиция.

Искусственно выращенные кристаллы чистого кремния используют как полупроводники в "солнечных батареях", преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Солнечные батареи служат источником энергии для космических ракет, а в будущем - межпланетных станций.

1. Каково положение кремния в периодической системе элементов и как оно отражается на свойствах кремния?
2. Опишите физические и химические свойства кремния и применение его в свободном состоянии.
3. Составьте структурную формулу карборунда, охарактеризуйте его свойства и практическое применение.