Силиций

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 Спектрални линии
Алуминий ← Силиций → Фосфор C ↑ Si ↓ Ge H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z	Силиций, Si, 14
Група, период, блок	14, 3, p
Химическа серия	металоид
Електронна конфигурация	[Ne] 3s2 3p2
e- на енергийно ниво	2, 8, 4
CAS номер	7440-21-3
Свойства на атома
Атомна маса	28,085 u
Атомен радиус (изч.)	110 (111) pm
Ковалентен радиус	111 pm
Радиус на ван дер Ваалс	210 pm
Степен на окисление	4, 3, 2, 1[1], −1, −2, −3, −4 ​
Оксид	SiO2 (слабо киселинен)
Електроотрицателност (Скала на Полинг)	1,90
Йонизационна енергия	I: 786,5 kJ/mol II: 1577,1 kJ/mol III: 3231,6 kJ/mol IV: 4355,5 kJ/mol (още)
Физични свойства
Агрегатно състояние	твърдо вещество
Кристална структура	кубична октаедрична
Плътност	2329 kg/m3
Температура на топене	1687 K (1414 °C)
Температура на кипене	3538 K (3265 °C)
Моларен обем	12,06×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене	50,21 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	383 kJ/mol
Налягане на парата P (Pa) 1 10 102 103 104 105 T (K) 1908 2102 2339 2636 3021 3537
Скорост на звука	8433 m/s при 20 °C
Специф. електропроводимост	2,52×10-4 S/m
Специф. ел. съпротивление	2,3×109 Ω.mm2/m [2]
Топлопроводимост	149 W/(m·K)
Магнетизъм	диамагнитен[3]
Модул на еластичност	130 – 188 GPa [4]
Модул на срязване	51 – 80 GPa [4]
Модул на свиваемост	97,6 GPa [4]
Коефициент на Поасон	0,064 – 0,28 [4]
Твърдост по Моос	6,5
История
Наименуван	от латинското silex, silicis – „кремък“
Откритие	Йонс 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
Силиций в Общомедия

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.

История

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

Изотопи

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

Свойства

Физични свойства

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 свойства

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 въздуха

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 елементи

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 киселини

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

Si + 6HF → [SiF₆]^2- + 2H⁺ + 2H₂

Взаимодействие с основи

Si + 4NaOH → [SiO4]^4- + 4Na⁺ + 2H₂

Разпространение и употреба

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 ефекти

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Техника на безопасност

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Източници

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. 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)