სილიციუმი

სილიციუმი, ₁₄Si

ზოგადი თვისებები
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Si)	[28.084, 28.086] 28.085±0.001 (დამრგვალებული)
სილიციუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი C ↑ Si ↓ Ge ალუმინი ← სილიციუმი → ფოსფორი
ატომური ნომერი (Z)	14
ჯგუფი	14
პერიოდი	3 პერიოდი
ბლოკი	p-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Ne] 3s2 3p2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 4
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	1414 °C ​(1687 K, ​​2577 °F)
დუღილის ტემპერატურა	3265 °C ​(3538 K, ​​5909 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	2.3290 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	2.57 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	50.21 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	383 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	19.789 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 1908 2102 2339 2636 3021 3537
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	−4, −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4
ელექტროდული პოტენციალი
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.90
იონიზაციის ენერგია	1: 786.5 კჯ/მოლ 2: 1577.1 კჯ/მოლ 3: 3231.6 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 111 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	111 პმ
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი	210 პმ
სილიციუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
მესრის სტრუქტურა	აჟურული
ბგერის სიჩქარე	8433 m/s (ო. ტ.)
თერმული გაფართოება	2.6 µმ/(მ·K) (25 °C)
თბოგამტარობა	149 ვტ/(მ·K)
მაგნეტიზმი	დიამაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა	−3.9·10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	130–188 გპა
წანაცვლების მოდული	51–80 გპა
დრეკადობის მოდული	97.6 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.064–0.28
მოოსის მეთოდი	6.5
ვიკერსის მეთოდი	160–350 მპა
ბრინელის მეთოდი	160–550 მპა
CAS ნომერი	7440-21-3
ისტორია
აღმომჩენია	Jöns Jacob Berzelius (1823)
სილიციუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 28Si 92.2% სტაბილური 29Si 4.7% სტაბილური 30Si 3.1% სტაბილური 31Si trace 7003943200000000000♠2.62 h β− 31P 32Si trace 7009482831280000000♠153 y β− 32P
სილიციუმი ვიკისაწყობში •

სილიციუმი^[1][2] (ლათ. Silicium; ქიმიური სიმბოლო — ${\displaystyle {\ce {Si}}}$), კაჟი — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მესამე პერიოდის, მეთოთხმეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეოთხე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, IVა) ქიმიური ელემენტი. ატომური ნომერია — 14, ატომური მასა — 28.085. იგი ტეტრავალენტური მეტალოიდია და გაცილებით ნაკლებად რეაქტიულია, ვიდრე მისი ქიმიური ანალოგი – ნახშირბადი.

სილიციუმი მერვე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია სამყაროში, მაგრამ იშვიათად გვხვდება თავისუფალის სახით – უფრო ხშირია მისი ნაერთები სილიციუმის დიოქსიდის ან სილიკატების სახით ქვიშებში, კვარცებში, კვარციტებში და კაჟებში. დედამიწის ქერქში სილიციუმი მეორე ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ელემენტია ჟანგბადის შემდეგ და შეადგენს დედამიწის ქერქის 27.7%-ს მასის მიხედვით.^[3]

სილიციუმის პირველი იდენტიფიცირება, როგორც კაჟის (ლათინურად "silex") კომპონენტის, მოახდინა ანტუან ლავუაზიემ 1787 წელს.

სილიციუმს მრავალი სახის სამრეწველო გამოყენება აქვს. ის ნახევარგამტარული ინტეგრალური სქემებისა და მიკროჩიპების ძირითადი შემადგენელი მასალაა.

სილიციუმის ატომის ელექტრონული ფორმულაა :

1s²2s²2p⁶3s²3p²

მშვიდ მდგომარეობაში სილიციუმის ატომს სავალენტო შრეზე აქვს 2 გაწყვილებული და 2 გაუწყვილებელი ელექტრონი, მაგრამ მისთვის უფრო დამახასიათებელია აგზნებულ მდგომარეობაში გადასვლა, როცა წყვილი s ელექტრონი ითიშება და ერთ-ერთი მათგანი გადადის თავისუფალ p-ორბიტალზე ე.ი ოთხივე ელექტრონი ხდება გაუწყვილებელი, შედეგად მის ატომს შეუძლია წარმოქმნას 4 ქიმიური ბმა, ე.ი იქნება +4 და -4. ბუნებაში მისი ნაერთებიდან გავრცელებულია:

SiO₂-ქვიშა;

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂-მინდვრის შპატი;

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O-კაოლინიტი;

K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O-ქარსი;

3MgO·4SiO₂·CaO-აზბესტი და სხვა მრავალი.

ალუმინის ოქსიდის შემცველ სილიკატებს ალუმინსილიკატები ეწოდება. ბუნებაში ხშირად ხდება ალუმინსილიკატების გარდაქმნა. მაგალითად: მინდვრის შპატები ჰაერის სინესტისა და ნახშირორჟანგის მოქმედებით განიცდიან გამოფიტვას, რომლის შედეგად წარმოიქმნება თიხის, ქვიშის და მარილების ბუდობები. გამოფიტვის პროცესი შეიძლება ასეთი რეაქციით გამოვსახოთ :

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂+2H₂O+CO₂→K₂CO₃+4SiO₂+Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

ტექნიკაში სილიციუმს ღებულობენ ელექტროღუმელებში სილიციუმის ოქსიდიდან კოქსით

SiO₂+C→Si+CO₂

ამ დროს მიიღება კრისტალური სილიციუმი, რომელიც მუქი ნაცრისფერია და ფოლადივით ბზინავს, მისი კრისტალური მესერი ალმასის ტიპისაა, ამის გამო დიდი სიმაგრე აქვს, მინასაც კი ფხაჭნის. სუფთა სილიციუმს იყენებენ ნახევარგამტარად ლაბორატორიაში. სილიციუმის მიღება ხდება სილიციუმის ოქსიდიდან მაგნიუმის ან ალუმინის აღდგენით:

SiO₂+2Mg→Si+2MgO

3SiO₂+4Al→3Si+2Al₂O₃

ამ დროს მიღებული სილიციუმი ამორფულია, ის აგურისფერი ფხვნილია.

სილიციუმი მაღალ ტემპერატურაზე იწვის

Si+O₂→SiO₂

მაღალ ტემპერატურაზე უერთდება ნახშირბადს კარბორუნდის წარმოქმნით

Si+C→SiC

კარბონული სიმაგრით ძალიან ჰგავს ალმასს და გამოიყენება ქარგოლების და წისქვილების დოლაბების დასამზადებლად. მაღალ ტემპერატურაზე უერთება მეტალებს, მაგ: მაგნიუმს და წარმოქმნის მაგნიუმის სილიციდს.

Si+2Mg→Mg₂Si

წყალბადს უშუალოდ არ უერთდება, მაგრამ წარმოქმნის წყალბადნაერთს - SiH₄ (ყველაზე მარტივად), რომელიც მიიღება მაგნიუმის სილიციდზე მარილმჟავას მოქმედებით

Mg₂Si+4HCl→2MgCl₂+SiH₄↑

წარმოქმნილი წყალბადნაერთი - სილანი იწვის ტკაცანით

SiH₄+2O₂→SiO₂+2H₂O

რთული ნივთიერებებიდან სილიციუმზე რეაგირებს ფტორწყალბადმჟავას აზოტმჟავასთან ნარევი (სხვა მჟავები მასთან არ მოქმედებენ)

Si+4HF→SiF₄+2H₂

მიღებული სილიციუმის ფტორიდის ჭარბ HF-თან ურთიერთქმედებისას მიიღება სილიციუმფთორწყალბადმჟავა

SiF₄+2HF→H₂SiF₆

სილიციუმი რეაგირებს გახსნილ ან გამღვალ ტუტესთან

Si+2NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+2H₂↑

პორტალი ქიმია