Кремний

Кремний является элементом (неметаллом), находящимся в главной подгруппе четвёртой группы, третьем периоде. Имеет четырнадцатый атомный номер. А также имеет свой собственный символ - Si (Silicium).

История

В начале восемнадцатого века французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак и его коллега Луи Жак Тенар получили кремний в чистом виде. Позже, шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус также вывел элементарный кремний и назвал его «силиций» (в переводе с латыни silex – кремень). В России официальное название «кремний» ввёл Г.И. Гесс в тридцатых годах 18 века, что в переводе с древнегреческого (κρημνός) означает «гора, утёс».

Получение

Свободный кремний образуется при нагреве свыше 400 °С белого песка (SiO2) с магнием (Mg): [SiO]+ 2Mg=2MgO + Si, где кремний представляет собой коричневый порошок.

КремнийВ металлургической промышленности кремний получают следующим способом:

восстанавливают расплав диоксида кремния при помощи кокса при температуре примерно тысяча восемьсот градусов по Цельсию в рудотермических шахтных печах. После такого процесса чистота кремния бывает 99,9 % (основными примесями являются металл и углерод). В дальнейшем кремний могут снова очистить от примесей.

В лабораториях очистка кремния происходит следующим образом: сперва получают Mg2Si, потом при помощи уксусной или соляной кислоты из силицида магния делают газообразный SiH4. Полученный моносилан подвергается чистке, например, сорбционной или же ректификационной, либо другими методами. В завершении SiH4 разлагают на водород и кремний при температуре примерно в тысячу градусов по Цельсию.

В промышленности кремний очищают с помощью процесса хлорирования. Благодаря этому, появляются два составных соединения - SiCl3, а также SiCl4H. Такие хлориды могут производить чистку от примесей различными способами. А самый последний этап - это восстановление чистого водорода - температура при этом должна быть примерно девятьсот или тысяча сто градусов по Цельсию.

Разрабатывают кремниевые очистки, являющиеся более эффективными, чистыми, недорогими. К 2010 году была произведена кремниевая очистка, в которой использовался фтор (хлор поменяли на фтор); были разработаны технологии, которые предусматривают монооксидную кремниевую дистилляцию; были изобретены технологии, которые берут основу на вытравливании примесей, которые, как правило, концентрируются на границах между зёрен (кристаллитов).

В неочищенном состоянии кремниевые примеси имеют массу, сниженную на 10-8 – 10-6 %.

Кремний (технический) изготавливают в некоторых Российских городах, таких как Каменск-Уральский и Шелехов. На Усолье-Сибирском заводе по технологии (хлоридной) кремний доочищенный изготавливает группа - "Nitol Solar".

Применение

Технический кремний применяют:

1. В металлургическом производстве как:
   - один из компонентов сплава бронзы, силумина;
   - раскислитель при выплавке стали и чугуна;
   - легирующий элемент, модификатор;
2. Как сырьё для получения поликремния (материал, состоящий из мелких кристаллитов кремния).
3. При изготовлении силанов, а также кремнийорганических материалов.
4. В полевых условиях при производстве водорода.
5. При изготовлении солнечных батарей.
6. В пластмассовой промышленности как антиблок (добавка).

Ещё кремний применяют для того, чтобы произвести пассивные элементы электро-схем, а также для производства монолитных микросхем. Главными компонентами производства солнечных батарей помимо чистого кремния являются его отходы, а также кристаллический кремний.

Кремний монокристаллический используется в производстве электроники и зеркал газовых лазеров.

Силициды (соединения кремния с металлами), часто используются в атомной и электронной промышленности. Они обладают большим количеством полезных свойств, например устойчивостью к окислению, нейтронам и др. Для термоэлектричесва силициды ряда элементов - это один из важнейших материалов.

Кремниевые соединения - это основа в производстве цемента и стекла. Их производством, а также изготовлением керамики и других вещей, произведённых из кирпича, фарфора и др. занимается силикатная промышленность.

В мире очень популярен клей, произведённый из силиката, его используют как «высушиватель» при строительстве и в пиротехническом производстве, чтобы приклеивать бумагу.

Возврат к списку