12 серпня о 18:00Вебінар: Краще раз побачити: універсальні інтернет-ресурси для унаочнення навчального матеріалу

Стаття "Другий за поширеністю хімічний елемент – хто він?"

Про матеріал

У даній статі зібрані цікаві факти про елемент силіцій. Вона буде корисна вчителям предметникам природничого циклу при проведенні уроків, позакласних заходів, при читанні інтегрованого курсу.

Перегляд файлу

Другий за поширеністю хімічний елемент – хто він?

 

Елемент Силіцій – основа всього мінерального світу нашої планети, він

становить 27 % у земній корі і є головним елементом у царстві мінералів та гірських порід.

У чистому вигляді кремній був виділений в 1811 році французькими ученими Жозефом Луї Гей-Люссаком і Луї Жаком Тенаром. У 1825 шведський хімік Йєнс Якоб Берцеліус дією металевого калію на фтористий кремній SiF4 отримав чистий елементарний кремній. Новому елементу було дано назву «силіцій» (від лат. silex — кремінь).

Історія силіцію – дуже  цікава. У епоху палеоліту, тобто 800-1000 тисячоліть тому, силіцій допоміг людині в боротьбі за життя. Цей твердий камінь, від якого легко відбити шматок з гострими краями, послужив матеріалом для першої зброї (наконечником копій і стріл) і перших знарядь праці (сокир, ножів і так далі). Пізніше, коли на зміну каменю пришли мідь, бронза, залізо, кремінь знайшов використання у вигляді кресала. При ударі твердого кремнію об залізо від нього відриваються дрібні осколки, нагріті до високої температури, унаслідок швидкого переходу механічної енергії удару в теплову. А розжарене залізо легко спалахує на повітрі і запалює трут. До винаходу сірників такий спосіб добування вогню був широко поширений. За цим же принципом влаштована старовинна зброя - кременевий пістолет, тільки в нім замість труту запалав порох.

Щоб сталося, якби зник елемент Силіцій?   Сполуки Силіцію з Оксисеном і Алюмінієм складають 82% земної кори. З них складаються пісок, глина, граніт, слюда, польовий шпат. Якби він зник, то зникло б скло, не було б будинків з цегли, глини, граніту, зникли б усі гірські породи.

Яке значення має Силіцій в організмі людей , тварин і рослин?

Він входить  до складу шкіри, волосся, нігтів, зубів, кісток. Порівняно з рослинами організми тварин містять менше  Силіцію. Так стебла бамбуку, вівса, ячменю, жита, пшениці є міцними незважаючи на тонкість і висоту, бо Силіцій відіграє роль кістяка.

Надчистий Силіцій – напівпровідник . Його використовують у радіотехніці, електротехнічній промисловості, у сонячних батареях.

Силіцій малоактивній при кімнатній температурі сполучається лише з фтором. При нагріванні реагує з киснем, галоґенами, сіркою, металами:

       Si + O2 → SiO2  

      Si + 2F2 → SiF4 

       Si + С → SiС 

       2Si + 2СаО → Са2Si + SiO2 

Сполуки Силіцію:

Відомий монооксид Силіцію SіО, пари якого утворюються при нагріванні кремнезему з кремнієм при 13000С та потім конденсуються в чорно-коричневий порошок, який на повітрі окислюється до SiO2. Твердий SiO хімічно стійкій, має сильні відновні властивості, практично не розчиняється у кислотах, крім НF, однак легко розчиняється у лугах:

SiO + 2NaOH → Na2SiO3 + Н2

Найбільш поширеною сполукою Силіцію є SiO2 – кремнезем. За звичайної температури та тиску існує три кристалічні модифікації: кварц, тридиміт, кристобаліт, кожна з яких стійка в певному інтервалі температур. Для кожної модифікації відомі низькотемпературні α- та високотемпературні β-форми, які складаються з тетраедрів SіО4.

 SіО2 – харчова добавка Е551 (запобігає злежуванню); силікати – Е500, Е552, Е553, Е557, Е560; тальк – Е553, алюмосилікати – Е554 –Е556, 559

 

За високотемпературного (більше 10000С) відновлення SiO2 простими речовинами (металами, воднем, вуглецем) утворюється кремній:

2Mg + SiO2 → Si + 2MgO

Кислотний оксид SiO2 – ангідрид кремнієвих кислот. У водних розчинах доведена присутність ортосилікатної Н4SiO4,  піросилікатної Н6Si2O7, метасилікатоої Н2SiO3 та дисилікатної Н2SiO5 кислот.

Солі силікатних кислот називаються силікатами. Розчиняються у воді лише силікати калію та натрію. Їх отримують сплавлянням SiO2 з лугами або карбонатами натрію та калію, наприклад:

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O;

       SiO2 + Nа2CO3 → Nа2SiO3 + CO2.

 Концентровані розчини Nа2SiO3 називаються "рідким склом" та використовуються як канцелярський клей. 

Карборунд – сполука Силіцію з Карбоном (SiC) має вигляд чорних чорних або зелених зерен, які утворюються внаслідок нагрівання суміші кварцового піску з коксом:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO

Він має алмазоподібну кристалічну решітку, в якій кожен атом силіцію оточений чотирма атомами карбону і навпаки, а ковалентні звязки дуже міцні, як у алмазі. Тому за твердістю він близький до алмазу. З карбіду силіцію виготовляють точильні камені та шліфувальні круги. Його використовують як абразивний і конструктивний матеріал.

Силіцій і кераміка:

Кераміка (від грец. керамон — глина). Сировиною для виробництва керамічних виробів (цегли, кахлю, порцеляни, фаянсу) є глина та мінеральні добавки. Основна складова глини — мінерал каолін Al2O3  2SiO2  2H2O.

Силіцій і скло:

Кольорове скло. Для його виготовлення у скло вносять солі різних металів або їх оксидів. Якщо додати у розчинене скло небагато срібла, утворюється жовте забарвлення, додаючи сполуки Купру му – червоне, Хрому – яскраво-зелене, Мангану – червоно-фіолетовий, Кобальту – синє.

Кварцове скло має багато переваг. Воно пропускає ультрафіолетове проміння, тугоплавке ( точка плавлення кварцу – близько 1500 С), при нагріванні або охолодженні об’єм майже  не змінюється.  Кварцове скло застосовують для виготовлення лабораторного посуду, в хімічній промисловості, атомній енергетиці, металургії.

Сонцезахисне скло – відбиває теплові промені, а пропускає сватлові. Будинок Ашхабадського банку на дві третини складається із скла, але, незважаючи на пекуче сонце Туркменії, в приміщені прохолодно. Скло покрите плівкою оксиду Кобальту .

Із скляної кульки діаметром 20 мм можна витягнути волокно довжиною 200 км. Із скла виготовляють найтонші нитки, які в 20 разів тонші за людську волосину, та значно міцніші бавовняних ниток. Скляні нитки можна фарбувати у різні кольори, виготовляти тканини, які використовують як електроізоляційний, звукоізоляційний та фільтрувальний матеріал.

Силіцій та сплави: залізо з добавкою 4% силіцію має здатність швидко намагнічуватись і розмагнічуватись. З нього виготовляють електричні трансформатори. Сталь з вмістом 15—20% силіцію є кислотостійкою і йде на виготовлення хімічної апаратури. Сплав міді з 4—5% силіцію застосовується у машинобудуванні. Силіцій широко застосовують як напівпровідниковий матеріал в електронній та радіотехнічній промисловості. Але для цього він повинен бути найвищої чистоти.

Силіцій і будівельні матеріали:

Цемент являє собою сірий порошок, який складається із силікатів та алюмінатів кальцію, що під час змішування з водою швидко висихає і твердне, перетворюючись на каменеподібну масу. Для добування цементу як сировину використовують вапняк, глину та інші речовини. Сировина завантажується у піч, перемішується і спікається за температури у межах 1400 — 1600 °С. Одержану масу, основними компонентами якої є СаО, SiO2 і Аl2О3, охолоджують і перемелюють на порошок. Добувають цемент різних сортів: морозовитривалий, такий, що швидко твердне, та ін. Цемент — важливий будівельний матеріал. Із суміші цементу, піску й води готують будівельні розчини. Цемент, змішаний з водою і наповнювачами (піском, щебенем, гравієм, шлаком), утворює суміш, з тужавінням якої утворюється бетон. Якщо бетоном залити сталевий каркас, дістанемо залізобетон. Із нього роблять балки, панелі, труби, мости, перекриття, шпали.

Силіцій у дорогоцінних каміннях: яшма, гірський кришталь, топаз, опал, аметист (гірський кришталь, забарвлений домішками у ліловий колір).

Опал – за хімічним складом SiO2. Він містить дуже дрібні краплини води, які надають йому матово-молочного відтінку. У вологому повітрі або на шкірі людини він зберігає свій красивий вигляд, але в сухому повітрі при тривалому зберіганні опал втрачає воду і розсипається на пісок.

Сполуки Силіцію є нетоксичними, але небезпечним є вдихання як високодисперсних частинок силікатів, так і Сіліцій оксиду – це призводить до виникнення небезпечної хвороби силікозу (руйнування легеневої тканини).

Домашній хімічний експеримент:

У склянку наливаємо силікатний клей, занурюємо олівець і доливаємо оцтову (лимонну) кислоту. Спостерігаємо застигання розчину, а олівець під час перевертання склянки догори дном міцно тримається в цій масі. Це пояснюється утворенням драглеподібної колоїдної силікатної кислоти.

Негорюча тканина:

Невеликий кусок тканини просочіть силікатним клеєм і висушіть на повітрі при кімнатній температурі. Внесіть її за допомогою щипців у полум’я . Вона  не загориться.

 

 

                                                       Вчитель хімії Паращак Наталія Миколаївна м.Трускавець                          

 

 

 

doc
Додано
10 липня 2018
Переглядів
875
Оцінка розробки
Відгуки відсутні
Безкоштовний сертифікат
про публікацію авторської розробки
Щоб отримати, додайте розробку

Додати розробку