KRZEM I JEGO ZWIĄZKI Opracowała:Grażyna Rdzanek
PIERWIASTEK WYIZOLOWANY W 1823 ROKU PRZEZ SZWEDZKIEGO CHEMIKA J. J. BERZELIUSA. Nazwa łacińska pochodzi od słowa SILEX co znaczy krzemień. Nazwa polska wywodzi się od łacińskich słów lapis cremaus, co oznacza kamień dający ogień.
Zawartość wybranych pierwiastków w różnych formach materii (%). Pierwiastki Litosfera Woda oceaniczna Człowiek Lucerna tlen 49,42 85,90 62,8 67,9 krzem 25,75 0,0003 0,004 0,009 żelazo 4,7 0,000001 0,005 0,003 wapń 3,39 0,040 1,38 0,58 wodór 0,88 10,80 9,31 8,72 węgiel 0,09 0,03 19,40 11,30 azot 0,03 0,00005 5,14 8,25
WYSTĘPOWANIE w stanie rodzimym nie występuje w stanie związanym w postaci krzemianów, glinokrzemianów oraz wolnego tlenku krzemu IV stanowi 27% litosfery
Grupa 14 Masa atom.28,0855 Okres 3 Ne 3s 2 3p 2 [ ] IV II 14Si blok:p Elektroujemność 1,8 SILICIUM WĘGLOWCE
IZOTOPY KRZEMU 3 naturalne trwałe 28 Si 92,23% 29 Si 4,6% 30 Si 3,1% 11 sztucznych promieniotwórczych np. 32 Si T 1/2 =160 lat
KONFIGURACJA ELEKTRONOWA M L K 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 2
METODY OTRZYMYWANIA KRZEMU redukcja SiO 2 magnezem SiO 2 + 2 Mg Si + 2 MgO redukcja mieszaniny piasku i rudy żelaza węglem-żelazokrzem do celów metalurgicznych termiczny rozkład SiHCl 3 - preparaty o wysokiej czystości
BUDOWA KRYSZTAŁU KRZEMU W sieci krystalicznej krzemu występują wiązania atomowe. Atomy w sieci są rozmieszczone w takich odległościach, że ich powłoki zachodzą na siebie.
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE w temperaturze pokojowej mało aktywny po podgrzaniu reaguje z tlenem, metalami, zasadami Si + O 2 SiO 2 tlenek krzemu (IV) Si + 2Mg Mg 2 Si krzemek magnezu Si + 2NaOH Na 2 SiO 3 + 2H 2 metakrzemian sodu
KRZEM JAKO MIKROELEMENT występuje w gruczołach dokrewnych-grasicy, nadnerczach i przysadce mózgowej odgrywa ważną rolę w gospodarce hormonalnej ludzi starszych obniża poziom cholesterolu we krwi wpływa na elastyczność, wygląd i zdrowie skóry, włosów i paznokci uczestniczy w tworzeniu tkanki łącznej i chrząstek
Dawka krzemu z pożywieniem 18-1200mg/dzień Produkty spożywcze bogate w krzem: otręby, fasola, groch, warzywa korzeniowe Zioła zawierające dużą ilość rozpuszczalnej krzemionki : skrzyp polny, pokrzywa, perz, podbiał, rdest ptasi, poziewnik Przy chorobach, szczególnie skóry, zaleca się stosowanie wewnętrzne i zewnętrzne odwarów z tych ziół.
Kryształy krzemu służą do produkcji: tranzystorów układów scalonych laserów diod emitujących światło ogniw słonecznych
Krzem stosowany też jest: jako odtleniacz do stopów miedzi jako dodatek do stali stopowych w celu polepszenia ich właściwości mechanicznych i odporności na korozje do wytwarzania detektorów fal krótkich do wytwarzania soczewek do promieni podczerwonych
KRZEMIONKA tlenek krzemu (IV) SiO 2 występuje w trzech odmianach polimorficznych kwarc model struktury kwarcu krystobalit trydymit -
CYTRYN DOBRZE WYKSZTAŁCONE KRYSZTAŁY KWARCU AMETYST KRYSZTAŁ GÓRSKI
CZYSTA BEZPOSTACIOWA KRZEMIONKA TO OPAL. ODMIANA OPALU - AGAT
REAKCJE SiO 2 z kwasem fluorowodorowym SiO 2 + 4HF SiF 4 + 2H 2 O z wodorotlenkiem sodu SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O z węglem SiO 2 + C Si + CO 2
KRZEMIONKA JEST PODSTAWOWYM SKŁADNIKIEM: glin gleb skał (granity, gnejsy) piasku
Stopiony SiO 2 po szybkim oziębieniu zastyga w sztywną bezpostaciową masęszkło kwarcowe. schemat ułożenia atomów w stanie szklistym Struktura szkła kwarcowego wg. Zachariasena
SZKŁA KRZEMIANOWE szkło sodowo-wapniowe Na 2 O. CaO. 6 SiO 2 to szkło okienne szkło potasowo-ołowiowe to tzw. szkło kryształowe i optyczne szkło flint szkło jenajskie to szkło trudnotopliwe np. Pyrex, Duran, Supremax
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE krystaliczne ciało stałe o metalicznym połysku pierwiastek bardzo twardy i kruchy wysoka temperatura topnienia półmetal i półprzewodnik
Szkła otrzymywane w technice zol-żel Technika zol-żel polega na syntezie szkieł poprzez reakcje chemiczne w temperaturach zbliżonych do pokojowej. układ PbO 2 /SiO 2 stosowany jest w światłowodach układ ZnO/SiO 2 stosowany jest w dyskach optycznych ROM układ TiO 2 /SiO 2 stosowany jest w laserach i koncentratorach światła słonecznego
KWASY KRZEMOWE SiO 2. H 2 O H 2 SiO 3 Kwas metakrzemowy SiO 2. 2H 2 O H 4 SiO 4 Kwas ortokrzemowy 2 SiO 2. H 2 O H 2 Si 2 O 5 Kwas metadwukrzemowy
Ciekawe nieorganiczne związki krzemu azotek krzemu Si 3 N 4 związek o twardości diamentu i znacznej odporności chemicznej stosowany do konstrukcji ceramicznych silników samochodowych i turbin gazowych kat 6 2 6 SiO 2 + C + N 2 Si 3 N 4 + T CO
WĘGLIK KRZEMU SiC SiO 2 + 3C SiC + 2CO techniczny SiC KARBORUND substancja bardzo twarda(9,5-9,7 w skali Mohra), należąca do beztlenkowych materiałów ceramicznych, stosowana do wyrobu materiałów ściernych.
Czterochlorek krzemu SiCl 4 ciecz bezbarwna o ostrym zapachu, bardzo łatwo hydrolizuje tworząc białe dymy uwodnionego dwutlenku krzemu SiO 2 oraz kwas solny. Stosowany jest w wojsku do wytwarzania zasłon dymnych.
Krzem tworzy z wodorem krzemowodory zwane silanami. SiH 4 Si 2 H 6 MONOSILAN DWUSILAN( krzemoetan) Silany reagują gwałtownie z tlenem i wybuchowo z fluorowcami. SiH 4 + 2O 2 SiO 2 + 2 H 2 O SiH 4 + Cl SiH 3 Cl + HCl chlorosilan
W wyniku kondensacji pochodnych chlorowych silanów otrzymuje się siloksany. 2H 3 SiCl + H 2 O H 3 Si-O-SiH 3 + 2 HCl Z chlorosilanów i siloksanów otrzymuje się polimery krzemoorganiczne (polisiloksany) potocznie zwane silikonami. R Si O R Si R-grupa alkilowa lub aromatyczna R R n n-liczba merów
Kopolimery silikonowo organiczne mają właściwości ciekłokrystaliczne i stosowane są w elektrooptyce, magnetooptyce i termooptyce. Emulsje wodne silikonów oraz poliolefin i różnych środków sieciujących stosowane są do usuwania rysunków graffiti bez niszczenia tynków. Kompozyty organiczno-nieorganiczne zwane silseskwioksanami mają właściwości ciekłokrystaliczne i świecące.