シリコン: 用途、化学的および物理的特性。化学元素の名前化学元素は何と呼ばれますか

名称 - Si (シリコン);
期間 - III;
グループ - 14 (IVa);
原子量 - 28.0855;
原子番号 - 14;
原子半径 = 132pm;
共有結合半径 = 111 pm;
電子分布 - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ;
融解温度 = 1412°C;
沸点 = 2355℃;
電気陰性度 (Pauling による/Alpred および Rochow による) = 1.90/1.74。
酸化状態: +4、+2、0、-4。
密度 (号) = 2.33 g/cm3;
モル体積 = 12.1 cm 3 /mol。

シリコン化合物:

シリコンは 1811 年に初めて純粋な形で単離されました (フランスの J. L. Gay-Lussac と L. J. Tenard)。純粋な元素シリコンは 1825 年に得られました (スウェーデンの J. J. Berzelius)。この化学元素は、1834 年に「シリコン」（古代ギリシャ語で「山」という意味）という名前が付けられました（ロシアの化学者 G. I. ヘス）。

ケイ素は、地球上で（酸素に次いで）最も一般的な化学元素です（地殻中の含有量は重量で 28 ～ 29%）。自然界では、シリコンはほとんどの場合、シリカ (砂、石英、フリント、長石) の形で、またケイ酸塩やアルミノケイ酸塩の形で存在します。純粋な形のシリコンは非常に希少です。純粋な形の多くの天然ケイ酸塩は宝石です：エメラルド、トパーズ、アクアマリー - これらはすべてシリコンです。純粋な結晶性酸化ケイ素(IV)は、水晶および石英の形で生成されます。さまざまな不純物を含む酸化ケイ素は、アメジスト、メノウ、ジャスパーなどの貴石および半貴石を形成します。

米。ケイ素原子の構造。

シリコンの電子配置は 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 です (原子の電子構造を参照)。外側のエネルギー準位では、シリコンには 4 つの電子があります。2 つは 3s サブレベルで対になっており、2 つは p 軌道で対になっていません。シリコン原子が励起状態に遷移すると、s 副準位から 1 つの電子がそのペアを「離れ」、自由軌道が 1 つ存在する p 副準位に移動します。したがって、励起状態では、シリコン原子の電子配置は次の形式になります: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3。

米。シリコン原子の励起状態への遷移。

したがって、化合物中のケイ素は、4 価（ほとんどの場合）または 2 価を示すことがあります（価数を参照）。シリコン（炭素も同様）は、他の元素と反応して電子を放出したり電子を受け取ったりできる化学結合を形成しますが、シリコン原子の電子を受け取る能力は、シリコンが大きいため炭素原子よりも顕著ではありません。原子。

シリコンの酸化状態:

-4 ：ＳｉＨ４（シラン）、Ｃａ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉ（金属ケイ酸塩）。
+4 - 最も安定なもの: SiO 2 (酸化ケイ素)、H 2 SiO 3 (ケイ酸)、ケイ酸塩、ハロゲン化ケイ素。
0 ：Si（単体）

単体のシリコン

シリコンは金属光沢のある濃い灰色の結晶物質です。 結晶シリコン半導体です。

シリコンは、ダイヤモンドに似た同素体修飾を 1 つだけ形成しますが、Si-Si 結合はダイヤモンド炭素分子ほど強くないため、ダイヤモンドほど強くはありません (ダイヤモンドを参照)。

アモルファスシリコン- 茶色の粉末、融点は 1420°C。

結晶シリコンは、アモルファスシリコンから再結晶化によって得られます。かなり活性な化学物質であるアモルファスシリコンとは異なり、結晶シリコンは他の物質との相互作用に関してより不活性です。

シリコンの結晶格子の構造はダイヤモンドの構造を繰り返しており、各原子は四面体の頂点に位置する他の 4 つの原子に囲まれています。原子は共有結合によって結合されていますが、ダイヤモンドの炭素結合ほど強くはありません。このため、Noでも。結晶シリコンの一部の共有結合が壊れ、その結果、一部の電子が放出され、シリコンの電気伝導性がほとんどなくなります。光や特定の不純物が添加されるとシリコンが加熱されると、壊れた共有結合の数が増加し、その結果自由電子の数が増加し、その結果シリコンの導電率も増加します。

シリコンの化学的性質

炭素と同様に、シリコンは反応する物質に応じて、還元剤にも酸化剤にもなります。

いいえ。シリコンはフッ素とのみ相互作用しますが、これはシリコンのかなり強い結晶格子によって説明されます。

シリコンは 400°C を超える温度で塩素および臭素と反応します。

シリコンは非常に高温でのみ炭素および窒素と相互作用します。

非金属との反応では、シリコンは次のように機能します。 還元剤:
- 通常の条件下では、非金属のシリコンはフッ素とのみ反応し、ハロゲン化シリコンを形成します。
  Si + 2F 2 = SiF 4
- 高温では、シリコンは塩素 (400 °C)、酸素 (600 °C)、窒素 (1000 °C)、炭素 (2000 °C) と反応します。
  - Si + 2Cl 2 = SiCl 4 - ハロゲン化ケイ素。
  - Si + O 2 = SiO 2 - 酸化ケイ素。
  - 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - 窒化ケイ素。
  - Si + C = SiC - カーボランダム（炭化ケイ素）
金属との反応では、シリコンは 酸化剤(形成された サリシド:
Si + 2Mg = Mg 2 Si
濃縮されたアルカリ溶液との反応では、ケイ素が反応して水素を放出し、と呼ばれる可溶性のケイ酸塩を形成します。 ケイ酸塩:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
シリコンは酸（HF を除く）とは反応しません。

シリコンの調製と使用

シリコンの入手方法:

研究室で - シリカから (アルミニウム療法):
3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
産業では - 高温でコークス (技術的には純粋なシリコン) を使用して酸化ケイ素を還元することによって:
SiO 2 + 2C = Si + 2CO
最も純粋なシリコンは、四塩化ケイ素を高温で水素 (亜鉛) で還元することで得られます。
SiCl 4 +2H 2 = Si+4HCl

シリコンアプリケーション:

半導体放射性元素の製造。
耐熱性および耐酸性の化合物の製造における冶金添加剤として。
太陽電池用光電池の製造。
AC整流器として。

シリコン（ラテン語ではケイ素）、Si、周期系の短縮形の第 IV 族（長形では第 14 族）の化学元素。原子番号14、原子質量28.0855。天然シリコンは 28 Si (92.2297%)、29 Si (4.6832%)、30 Si (3.0872%) の 3 つの安定同位体で構成されています。質量数 22 ～ 42 の放射性同位体は人工的に入手されています。

歴史的参照。地球上に広く普及しているケイ素化合物は、石器時代から人類によって使用されてきました。たとえば、古代から鉄器時代まで、石器の製造にはフリントが使用されていました。ケイ素化合物の処理、つまりガラスの製造は、紀元前 4 千年紀の古代エジプトで始まりました。元素シリコンは、1824 年から 1825 年にかけて J. Berzelius によってフッ化物 SiF 4 をカリウム金属で還元することによって得られました。新しい元素には「シリコン」という名前が付けられました（ラテン語のサイレックス-フリントに由来します。1834年にG.I.ヘスによって紹介されたロシア語の「シリコン」という名前も「フリント」という言葉に由来しています）。

自然界における蔓延。地球の地殻に存在するという観点から見ると、シリコンは酸素に次ぐ 2 番目の化学元素です。リソスフェア中のシリコン含有量は 29.5 質量%です。自然界では自由な状態では見つかりません。ケイ素を含む最も重要な鉱物は、アルミノケイ酸塩および天然ケイ酸塩 (天然の角閃石、長石、雲母など)、およびシリカ鉱物 (石英および二酸化ケイ素の他の多形変化) です。

プロパティ。シリコン原子の外側電子殻の配置は 3s 2 3p 2 です。化合物では、+4、まれに +1、+2、+3、-4 の酸化状態を示します。ポーリングの電気陰性度は 1.90、イオン化ポテンシャル Si 0 → Si + → Si 2+ → Si 3+ → Si 4+ はそれぞれ 8.15、16.34、33.46、45.13 eV です。原子半径 110 pm、Si 4+ イオンの半径 40 pm (配位数 4)、54 pm (配位数 6)。

シリコンは、金属光沢のある濃い灰色の固体の脆い結晶性物質です。結晶格子は面心立方晶です。融点 1414 °C、沸点 2900 °C、密度 2330 kg/m 3 (25 °C で)。熱容量 20.1 J/(mol・K)、熱伝導率 95.5 W/(m・K)、誘電率 12。モース硬度 7。通常の状態では、シリコンは脆い材料です。 800 °C を超える温度では、顕著な塑性変形が観察されます。シリコンは、1 ミクロンを超える波長の赤外線を透過します (2 ～ 10 ミクロンの波長での屈折率は 3.45)。反磁性 (磁化率 - 3.9∙10 -6)。シリコンは半導体であり、バンドギャップは 1.21 eV (0 K) です。比電気抵抗 2.3∙10 3 Ohm∙m (25 °C)、電子移動度 0.135-0.145、正孔 - 0.048-0.050 m 2 / (V s)。シリコンの電気的特性は、不純物の存在に大きく依存します。 p 型導電性のシリコン単結晶を得るには、ドーピング添加剤 B、Al、Ga、In (アクセプタ不純物) が使用され、n 型導電性の P、As、Sb、Bi (ドナー不純物) が使用されます。

シリコンは空気中では酸化膜で覆われているため、低温では化学的に不活性です。 400℃以上に加熱すると、酸素（酸化物SiOと二酸化物SiO2が形成される）、ハロゲン（ハロゲン化ケイ素）、窒素（窒化ケイ素Si 3 N 4）、炭素（炭化ケイ素SiC）などと相互作用します。水素 - シラン - 間接的に得られます。シリコンは金属と反応してケイ化物を形成します。

微細シリコンは還元剤です。加熱すると水蒸気と反応して水素を放出し、金属酸化物を還元して遊離金属にします。非酸化性の酸は、シリコンの表面に酸に不溶な酸化膜を形成するため、シリコンを不動態化します。シリコンは濃 HNO 3 と HF の混合物に溶解し、ケイフッ化水素酸が形成されます: 3Si + 4HNO 3 + 18HF = 3H 2 + 4NO + 8H 2 O。シリコン (特に細かく分散したもの) はアルカリと反応して水素を放出します。たとえば、次のとおりです。 Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2。シリコンはさまざまな有機シリコン化合物を形成します。

生物学的な役割。シリコンは微量元素です。人間の毎日のケイ素の必要量は 20 ～ 50 mg です (この元素は骨と結合組織の適切な成長に必要です)。シリコンは食物とともに、また吸入された空気とともに塵のような SiO 2 の形で人体に入ります。遊離SiO 2 を含む粉塵を長期間吸入すると、珪肺症が発生します。

レシート。技術的純度のシリコン (95 ～ 98%) は、SiO 2 を炭素または金属で還元することによって得られます。高純度の多結晶シリコンは、1000〜1100℃の温度での水素によるSiCl 4 またはSiHCl 3 の還元、Sil 4 またはSiH 4 の熱分解によって得られます。ゾーンメルティングまたはチョクラルスキー法による高純度の単結晶シリコン。世界のシリコン生産量は年間約160万トン（2003年）。

応用。シリコンはマイクロエレクトロニクスおよび半導体デバイスの主な材料です。赤外線を透過するガラスの製造に使用されます。シリコンは鉄と非鉄金属の合金の成分です（シリコンは低濃度では合金の耐食性と機械的強度を高め、鋳造特性を改善します。高濃度では脆性を引き起こす可能性があります）。最も重要なものは、鉄、銅、アルミニウムのシリコン含有合金です。シリコンは、有機シリコン化合物やケイ化物の製造の出発原料として使用されます。

直訳：Baransky P.I.、Klochkov V.P.、Potykevich I.V. 半導体エレクトロニクス。材料のプロパティ: ディレクトリ。 K.、1975年。 Drozdov A. A.、Zlomanov V. P.、Mazo G. N.、Spiridonov F. M. 無機化学。 M.、2004.T. 2; シュライバー D.、アトキンス P. 無機化学。 M.、2004。T. 1-2; シリコンとその合金。エカテリンブルク、2005 年。

周期表の使い方は？初心者にとって、周期表を読むことは、ノームがエルフの古代のルーン文字を見るのと同じです。そして周期表は世界について多くのことを教えてくれます。

これは試験に役立つだけでなく、膨大な数の化学的および物理的問題を解決する上でもかけがえのないものです。しかし、どうやって読むのでしょうか？幸いなことに、今日では誰もがこの芸術を学ぶことができます。この記事では、周期表を理解する方法を説明します。

化学元素の周期表 (メンデレーエフの表) は、元素のさまざまな特性が原子核の電荷に依存することを確立する化学元素の分類です。

表作成の経緯

そう考える人がいるとすれば、ドミトリー・イワノビッチ・メンデレーエフは単純な化学者ではなかった。彼は化学者、物理学者、地質学者、計量学者、生態学者、経済学者、石油労働者、飛行士、機器製作者、そして教師でした。科学者は生涯を通じて、さまざまな知識分野で多くの基礎研究を行うことができました。たとえば、ウォッカの理想的な強さである40度を計算したのはメンデレーエフであると広く信じられています。

メンデレーエフがウォッカについてどう感じていたかはわかりませんが、「アルコールと水の組み合わせに関する議論」というテーマに関する彼の論文はウォッカとは何の関係もなく、70度からのアルコール濃度を考慮していたことは確かです。科学者のすべての利点とともに、自然の基本法則の1つである化学元素の周期法則の発見は、彼に最も広い名声をもたらしました。

科学者が周期表の夢を見た後、彼がしなければならなかったのは、現れたアイデアを改良することだけだったという伝説によると、しかし、すべてがとても単純だったら.. 周期表の作成に関するこのバージョンは、明らかに伝説にすぎません。どのようにしてテーブルが開かれたのかと尋ねると、ドミトリー・イワノビッチ自身はこう答えた。 私はおそらく20年間それについて考えてきましたが、あなたはこう思います：私はそこに座っていました、そして突然...それは終わった。」

19 世紀半ば、既知の化学元素 (63 個の元素が知られている) を整理する試みが数人の科学者によって並行して行われました。たとえば、1862 年にアレクサンドルエミールシャンクルトワは、らせんに沿って元素を配置し、化学的性質の周期的な繰り返しに注目しました。

化学者で音楽家のジョン・アレクサンダー・ニューランズは、1866 年に自分のバージョンの周期表を提案しました。興味深い事実は、科学者が要素の配置の中にある種の神秘的な音楽的ハーモニーを発見しようとしたということです。他の試みの中には、成功を収めたメンデレーエフの試みもありました。

1869 年に最初の表図が出版され、1869 年 3 月 1 日が周期法が制定された日とされています。メンデレーエフの発見の本質は、原子量が増加する元素の特性は単調に変化するのではなく、周期的に変化するということでした。

この表の最初のバージョンには 63 個の要素しか含まれていませんでしたが、メンデレーエフは非常に型破りな決定を多数下しました。そこで彼は、未発見の元素のために表にスペースを残すことを推測し、一部の元素の原子量も変更しました。メンデレーエフが導き出した法則の基本的な正しさは、科学者によって存在が予測されていたガリウム、スカンジウム、ゲルマニウムの発見後、すぐに確認されました。

周期表の現代的な見方

以下はテーブル自体です

現在では、原子量 (原子質量) の代わりに、原子番号 (原子核内の陽子の数) の概念が元素の順序付けに使用されています。この表には 120 個の元素が含まれており、原子番号 (陽子の数) の増加順に左から右に配置されています。

表の列はいわゆるグループを表し、行は期間を表します。テーブルには 18 のグループと 8 つの期間があります。

元素の金属特性は、周期に沿って左から右に移動すると減少し、その逆の方向に増加します。
原子のサイズは、周期に沿って左から右に移動すると減少します。
グループ内を上から下に移動すると、還元性金属の特性が増加します。
期間に沿って左から右に進むにつれて、酸化性と非金属性の特性が増加します。

表から要素について何がわかるでしょうか? たとえば、表の 3 番目の元素であるリチウムを取り上げ、詳細に検討してみましょう。

まず、元素記号自体とその下にその名前が表示されます。左上隅には元素の原子番号があり、その順序で元素が表に配置されます。すでに述べたように、原子番号は原子核内の陽子の数に等しい。正の陽子の数は通常、原子内の負の電子の数と同じです（同位体を除く）。

原子量は、(このバージョンの表では) 原子番号の下に示されています。原子質量を最も近い整数に四捨五入すると、いわゆる質量数が得られます。質量数と原子番号の差により、原子核の中の中性子の数が求められます。したがって、ヘリウム原子核の中の中性子の数は 2 であり、リチウムの中性子の数は 4 です。

「ダミーのための周期表」講座は終了しました。最後に、テーマ別のビデオをご覧いただくことをお勧めします。メンデレーエフの周期表の使用方法の問題がより明確になったことを願っています。新しい科目を一人で勉強するのではなく、経験豊富なメンターの助けを借りて勉強する方が常に効果的であることを思い出してください。だからこそ、知識と経験を喜んで共有してくれる人を決して忘れてはなりません。

自然界で最も一般的な元素の 1 つはケイ素、つまりシリコンです。このように広範囲に分布していることは、この物質の重要性と重要性を示しています。これは、シリコンを目的に応じて適切に使用する方法を学んだ人々によってすぐに理解され、習得されました。その使用は特殊なプロパティに基づいていますが、これについては後で説明します。

シリコン - 化学元素

特定の元素を周期表内の位置によって特徴付けると、次の重要な点を特定できます。

シリアル番号 - 14。
ピリオドは3番目の小ピリオドです。
グループ - IV.
サブグループがメインです。
外側の電子殻の構造は、3s 2 3p 2 という式で表されます。
ケイ素元素は化学記号 Si で表され、「シリコン」と発音されます。
それが示す酸化状態は次のとおりです。 +2; +4。
原子の価数はIVです。
シリコンの原子量は 28.086 です。
自然界には、この元素には質量数 28、29、30 の 3 つの安定同位体が存在します。

したがって、化学的な観点から見ると、シリコン原子はかなり研究されている元素であり、そのさまざまな特性が数多く説明されています。

発見の歴史

問題の元素のさまざまな化合物は非常に人気があり、自然界に豊富に存在するため、古代から人々はそれらの多くの化合物を使用し、その特性を知っていました。純粋なシリコンは、長い間化学において人類の知識を超えていました。

古代文化の人々（エジプト人、ローマ人、中国人、ロシア人、ペルシャ人など）が日常生活や産業で使用していた最も人気のある化合物は、酸化ケイ素をベースにした貴石や装飾用の石でした。これらには次のものが含まれます。

オパール;
ラインストーン。
トパーズ;
クリソプレーズ;
オニキス;
カルセドニーなど。

また、古代から建築に石英を使用するのが慣例でした。しかし、多くの科学者が触媒、高温、さらには電流を使用してさまざまな化合物からシリコンを分離しようと試みましたが、元素シリコン自体は 19 世紀まで発見されませんでした。これらは次のような聡明な心です。

カール・シェーレ;
ゲイ・リュサック。
テナール。
ハンフリー・デイビー;
アントワーヌ・ラヴォアジエ。

イェンス・ジェイコブス・ベルゼリウスは 1823 年にシリコンを純粋な形で入手することに成功しました。これを行うために、彼はフッ化ケイ素と金属カリウムの蒸気を融合する実験を実施しました。その結果、問題の要素の非晶質修飾が得られました。同じ科学者は、発見された原子にラテン語の名前を提案しました。

少し後の 1855 年に、別の科学者サントクレールデビルが、別の同素体である結晶シリコンの合成に成功しました。それ以来、この元素とその特性に関する知識は急速に広がり始めました。人々は、この製品には、自分のニーズを満たすために非常にインテリジェントに使用できる独自の機能があることに気づきました。したがって、今日エレクトロニクスとテクノロジーで最も人気のある要素の 1 つはシリコンです。その使用範囲は年々拡大するばかりです。

この原子のロシア名は、1831 年に科学者ヘスによって命名されました。これが今日まで続いていることです。

自然界の存在量では、ケイ素は酸素に次いで第 2 位です。地殻内の他の原子と比較したその割合は 29.5% です。さらに、炭素とシリコンは、互いに結合して鎖を形成できる 2 つの特別な元素です。そのため、後者については 400 種類以上の異なる天然鉱物が知られており、岩石圏、水圏、バイオマスに存在します。

シリコンは一体どこにあるのでしょうか？

土壌の深い層にあります。
岩石、堆積物、山塊に含まれます。
水域、特に海や海洋の底。
動物界の植物や海洋生物において。
人間の体や陸生動物にも。

シリコンを大量に含む最も一般的な鉱物や岩石をいくつか特定できます。それらの化学的性質は、純粋な元素の質量含有量が 75% に達するほどです。ただし、具体的な数値は材料の種類によって異なります。つまり、ケイ素を含む岩石や鉱物は次のようになります。

長石。
雲母;
角閃石。
オパール。
カルセドニー。
ケイ酸塩;
砂岩。
アルミノケイ酸塩;
粘土など。

ケイ素は海洋動物の殻や外骨格に蓄積し、最終的には水域の底に強力なシリカ堆積物を形成します。これは、この元素の天然源の 1 つです。

さらに、シリコンは純粋な自然の形、つまり結晶の形で存在できることがわかりました。しかし、そのような預金は非常にまれです。

シリコンの物性

一連の物理的および化学的特性に従って検討中の元素を特徴付ける場合、まず第一に物理的パラメーターを指定する必要があります。主なものをいくつか紹介します。

それは、すべての特性が異なる、非晶質と結晶の2つの同素体修飾の形で存在します。
この点では炭素とシリコンは実質的に同じであるため、結晶格子はダイヤモンドの格子に非常に似ています。ただし、原子間の距離が異なる（シリコンの方が大きい）ため、ダイヤモンドの方がはるかに硬く、強度が高くなります。格子タイプ - 立方体の面心。
この物質は非常に脆く、高温で可塑性になります。
融点は1415℃です。
沸点 - 3250˚С。
物質の密度は 2.33 g/cm3 です。
コンパウンドの色はシルバーグレーで、特徴的な金属光沢があります。
優れた半導体特性を持っていますが、特定の薬剤を添加すると特性が変化します。
水、有機溶剤、酸に不溶。
特にアルカリに溶けます。

特定されたシリコンの物理的特性により、人々はそれを操作し、それを使用してさまざまな製品を作成することができます。たとえば、エレクトロニクスにおける純粋なシリコンの使用は、半導体の特性に基づいています。

化学的特性

シリコンの化学的特性は反応条件に大きく依存します。標準パラメータについて話す場合は、非常に低い活性を示す必要があります。結晶シリコンとアモルファスシリコンはどちらも非常に不活性です。これらは、強力な酸化剤 (フッ素を除く) や強力な還元剤とは相互作用しません。

これは、物質の表面に瞬時に SiO 2 の酸化膜が形成され、それ以上の相互作用が妨げられるためです。水、空気、蒸気の影響下で形成されることがあります。

標準条件を変更してシリコンを 400 ℃以上の温度に加熱すると、その化学活性は大幅に増加します。この場合、次のように反応します。

酸素;
あらゆる種類のハロゲン。
水素。

さらに温度が上昇すると、ホウ素、窒素、炭素との相互作用による生成物の形成が可能になります。カーボランダム (SiC) は優れた研磨材であるため、特に重要です。

また、シリコンの化学的性質は金属との反応ではっきりと現れます。これらに関して、それは酸化剤であるため、製品はシリサイドと呼ばれます。同様の化合物としては、次のものが知られています。

アルカリ性;
アルカリ土類;
遷移金属。

鉄とケイ素を融合して得られる化合物は珍しい性質を持っています。これはフェロシリコンセラミックスと呼ばれ、産業で使用されています。

シリコンは複雑な物質とは相互作用しないため、あらゆる種類の物質の中で以下のものにのみ溶解します。

王水（硝酸と塩酸の混合物）。
苛性アルカリ。

この場合、溶液の温度は少なくとも60℃でなければなりません。これらすべてが、物質の物理的基盤、つまり強度と不活性を与えるダイヤモンドのような安定した結晶格子であることを改めて裏付けています。

入手方法

シリコンを純粋な形で入手することは、経済的にかなり高価なプロセスです。さらに、その特性により、どの方法でも純度 90 ～ 99% の製品しか得られず、金属や炭素などの不純物はすべてそのまま残ります。したがって、単に物質を入手するだけでは十分ではありません。また、異物を完全に除去する必要があります。

一般に、シリコンの生産は主に 2 つの方法で行われます。

純粋な酸化ケイ素SiO 2 である白い砂から。活性金属（ほとんどの場合マグネシウム）と一緒に焼成すると、遊離元素がアモルファス変態の形で形成されます。この方法の純度は高く、生成物は99.9パーセントの収率で得られます。
工業規模でより広く普及している方法は、特殊な熱窯で溶融砂をコークスと焼結することです。この方法は、ロシアの科学者 N. N. ベケトフによって開発されました。

さらなる処理には、生成物を精製方法にかけることが含まれます。この目的には、酸またはハロゲン（塩素、フッ素）が使用されます。

アモルファスシリコン

シリコンの各同素体修飾を個別に考慮しないと、シリコンの特性評価は不完全になります。それらの最初のものは非晶質です。この状態では、私たちが考えている物質は、細かく分散した茶色がかった茶色の粉末です。吸湿性が高く、加熱するとかなり高い化学活性を示します。標準的な条件下では、最も強力な酸化剤であるフッ素とのみ相互作用することができます。

アモルファスシリコンを結晶シリコンの一種と呼ぶのは完全に正しいわけではありません。その格子は、この物質が微細に分散したシリコンの形態にすぎず、結晶の形で存在していることを示しています。したがって、これらの修飾自体は 1 つの同じ化合物です。

ただし、それらの特性は異なるため、同素性について話すのが通例です。アモルファスシリコン自体は高い光吸収能力を持っています。さらに、特定の条件下では、この指標は結晶形の指標よりも数倍高くなります。したがって、技術的な目的で使用されます。この形態（粉末）では、コンパウンドはプラスチックでもガラスでも、あらゆる表面に簡単に塗布できます。アモルファスシリコンが非常に使いやすいのはこのためです。さまざまなサイズに基づいたアプリケーション。

このタイプの電池は、物質の薄膜の摩耗に伴って非常に早く消耗しますが、その使用と需要は高まるばかりです。結局のところ、耐用年数が短くても、アモルファスシリコンをベースにした太陽電池は企業全体にエネルギーを供給できます。さらに、このような物質の製造は無駄がなく、非常に経済的です。

この修飾は、ナトリウムやマグネシウムなどの活性金属で化合物を還元することによって得られます。

結晶シリコン

問題の要素のシルバーグレーの光沢のある変更。この形式は最も一般的であり、最も需要があります。これは、この物質が持つ一連の定性的特性によって説明されます。

結晶格子を持つシリコンの特性には、その種類がいくつかあるため、その分類が含まれます。

電子品質 - 最も純粋で最高の品質。このタイプは、特に敏感なデバイスを作成するために電子機器で使用されます。
晴れの品質。名前自体が使用領域を決定します。これはかなり高純度のシリコンでもあり、高品質で長持ちする太陽電池を作るためにはその使用が必要です。結晶構造に基づいて作成された光電変換装置は、さまざまな種類の基板上にスパッタリングによってアモルファス改質を使用して作成された光電変換装置よりも高品質で耐摩耗性があります。
テクニカルシリコン。この品種には、約 98% の純粋な元素を含む物質のサンプルが含まれます。他のすべてはさまざまな種類の不純物になります。

アルミニウム;
塩素;
炭素;
リンなど。

問題の最後のタイプの物質は、シリコンの多結晶を得るために使用されます。この目的のために、再結晶プロセスが実行されます。その結果、純度の観点から、ソーラー品質と電子品質に分類できる製品が得られます。

その性質上、ポリシリコンはアモルファスと結晶の中間生成物です。このオプションは作業が簡単で、フッ素と塩素でより適切に処理および洗浄できます。

得られた製品は次のように分類できます。

マルチシリコン。
単結晶。
プロファイルされた結晶。
シリコンスクラップ。
テクニカルシリコン。
物質の破片やスクラップの形での生産廃棄物。

それらはそれぞれ産業で応用され、人間によって完全に使用されています。したがって、シリコンに触れたものは廃棄物ではないと考えられます。これにより、品質に影響を与えることなく、経済コストが大幅に削減されます。

純粋なシリコンを使用

シリコンの工業生産はかなり確立されており、その規模は非常に大きい。これは、この元素が純粋なものでもさまざまな化合物の形でも広く普及しており、科学技術のさまざまな分野で需要があるという事実によるものです。

結晶シリコンとアモルファスシリコンは純粋な形でどこで使用されますか?

冶金学において、金属およびその合金の特性を変えることができる合金添加剤として。したがって、鋼や鋳鉄の製錬に使用されます。
より純粋なバージョンであるポリシリコンを作成するには、さまざまな種類の物質が使用されます。
シリコン化合物は、今日特に人気を集めている化学産業全体です。有機シリコン素材は、医療、食器、道具の製造などに使用されています。
各種太陽光パネルの製造。このエネルギー取得方法は、将来最も有望な方法の 1 つです。このタイプの発電の主な利点は、環境に優しく、経済的に有益で、耐摩耗性であることです。
シリコンは古くからライターに使われてきました。古代でも、人々は火をつけるときに火花を出すために火打石を使用していました。この原理はさまざまなタイプのライターの製造の基礎となっています。現在では、フリントの代わりに特定の組成の合金を使用したタイプもあり、これによりさらに早い結果（スパーク）が得られます。
エレクトロニクスと太陽エネルギー。
ガスレーザー装置のミラーの製造。

このように、純粋なシリコンには、重要で必要な製品の作成に使用できる多くの有利で特別な特性があります。

シリコン化合物の応用

単体の他に様々なケイ素化合物が使用されており、非常に広範囲に使用されています。ケイ酸塩と呼ばれる業界全体があります。それは、この驚くべき元素を含むさまざまな物質の使用に基づいています。これらの化合物は何ですか?またそこから何が生成されるのでしょうか?

石英、または川砂 - SiO 2。セメントやガラスなどの建築材料や装飾材料の製造に使用されます。これらの材料がどこで使用されているかは誰もが知っています。これらのコンポーネントなしでは建設を完了することはできず、シリコン化合物の重要性が裏付けられます。
珪酸塩セラミックスとは、陶器、磁器、レンガなどの素材およびそれらをベースとした製品を指します。これらの部品は、医療、食器、装飾宝石、家庭用品の製造、建設、その他人間の日常活動の分野で使用されています。
- シリコーン、シリカゲル、シリコーンオイル。
ケイ酸塩接着剤 - 火工品や建設で文房具として使用されます。

シリコンの価格は世界市場によって異なりますが、上から下までキログラムあたり（結晶あたり）100ロシアルーブルのマークを超えることはなく、人気があり、価値のある物質です。当然のことながら、この元素の化合物も広く普及しており、応用可能です。

ケイ素の生物学的役割

身体にとっての重要性の観点から、ケイ素は重要です。その含有量と組織内での分布は次のとおりです。

0.002% - 筋肉;
0.000017% - 骨。
血液 - 3.9 mg/l。

毎日約1グラムのケイ素を摂取しなければ、病気が発症し始めます。どれも致命的な危険性はありませんが、シリコン欠乏状態が長引くと次のような症状が発生します。

脱毛;
ニキビや吹き出物の出現。
骨のもろさともろさ。
容易な毛細管透過性。
疲労と頭痛。
多数の打撲傷や打撲傷の出現。

植物にとって、ケイ素は正常な成長と発育に必要な重要な微量元素です。動物実験では、毎日十分な量のケイ素を摂取する個体の成長が良好であることが示されています。

周期表を理解するのが難しいと感じているのは、あなただけではありません。原理を理解するのは難しいかもしれませんが、使い方を覚えておくと理科の勉強に役立ちます。まず、表の構造と、そこから各化学元素についてどのような情報が学べるかを調べます。その後、各要素の特性の研究を開始できます。そして最後に、周期表を使用して、特定の化学元素の原子の中の中性子の数を決定できます。

ステップ

パート1

テーブル構造

周期表、または化学元素の周期表は、左上隅から始まり、表の最後の行の終わり (右下隅) で終わります。

表内の元素は、原子番号の昇順に左から右に配置されています。原子番号は、1 つの原子にいくつの陽子が含まれているかを示します。さらに、原子番号が増加すると、原子質量も増加します。したがって、周期表内の元素の位置によって、その原子質量が決定されます。ご覧のとおり、後続の各要素には、その前の要素よりも 1 つ多い陽子が含まれています。
- これは原子番号を見れば明らかです。左から右に進むにつれて原子番号は 1 ずつ増加します。要素はグループに配置されているため、表の一部のセルは空のままになっています。
たとえば、表の最初の行には、原子番号 1 の水素と原子番号 2 のヘリウムが含まれています。ただし、これらは異なるグループに属しているため、反対側に位置します。同様の物理的および化学的特性を持つ元素を含むグループについて学びます。
- 各グループの要素は、対応する垂直列に配置されます。通常、これらは同じ色で識別されるため、同様の物理的および化学的特性を持つ元素を識別し、その動作を予測するのに役立ちます。特定のグループのすべての元素は、その外殻に同じ数の電子を持っています。
- 水素はアルカリ金属とハロゲンの両方に分類できます。一部の表では、両方のグループで示されています。
- ほとんどの場合、グループには 1 から 18 までの番号が付けられ、その番号はテーブルの上部または下部に配置されます。数字はローマ数字 (例: IA) またはアラビア数字 (例: 1A または 1) で指定できます。
列に沿って上から下に移動することを、「グループを参照している」と言います。元素は、原子番号だけでなく、グループ別にも並べられます (同じグループ内の元素は同様の物理的および化学的特性を持ちます)。このおかげで、特定の要素がどのように動作するかを理解しやすくなります。ただし、原子番号が大きくなるにつれて、対応するグループに分類される元素が必ずしも見つかるとは限らず、表には空のセルが生じます。
- たとえば、遷移金属は原子番号 21 からのみ見つかるため、最初の 3 行には空のセルがあります。
- 原子番号 57 ～ 102 の元素は希土類元素として分類され、通常は表の右下隅の独自のサブグループに配置されます。
表の各行は期間を表します。同じ周期のすべての元素は、原子内の電子が位置する原子軌道の数が同じです。軌道の数は周期数に対応します。テーブルには 7 行、つまり 7 つの期間が含まれています。
- たとえば、第 1 周期の元素の原子は 1 つの軌道を持ち、第 7 周期の元素の原子は 7 つの軌道を持ちます。
- 原則として、期間は表の左側の 1 から 7 までの番号で指定されます。
- 線に沿って左から右に移動すると、「期間をスキャンする」と言われます。
金属、半金属、非金属を区別する方法を学びます。要素のタイプを判断できれば、要素のプロパティをより深く理解できるようになります。便宜上、ほとんどの表では、金属、半金属、非金属が異なる色で示されています。表の左側が金属、右側が非金属です。半金属はそれらの間に位置します。

パート2
要素の指定
1. 各要素は 1 つまたは 2 つのラテン文字で指定されます。元素記号は原則として対応するセルの中央に大きな文字で表示されます。シンボルは要素の短縮名で、ほとんどの言語で同じです。元素記号は実験や化学方程式を扱うときによく使われるので、覚えておくと役立ちます。
  - 通常、元素記号はラテン語名の略称ですが、一部の元素、特に最近発見された元素の場合は、一般名に由来しています。たとえば、ヘリウムは He という記号で表され、これはほとんどの言語での一般名に近いものです。同時に、鉄はそのラテン語名の略語である Fe と呼ばれます。
2. 表に要素の完全名が記載されている場合は、その完全名に注意してください。この要素「name」は通常のテキストで使用されます。たとえば、「ヘリウム」や「炭素」は元素の名前です。常にではありませんが、通常、元素の完全名は化学記号の下にリストされます。
  - 表には元素名が示されておらず、化学記号のみが示されている場合があります。
3. 原子番号を調べます。通常、元素の原子番号は、対応するセルの上部、中央または隅にあります。要素のシンボルまたは名前の下に表示されることもあります。元素には 1 から 118 までの原子番号があります。
  - 原子番号は常に整数です。
4. 原子番号は原子内の陽子の数に対応することに注意してください。元素のすべての原子には、同じ数の陽子が含まれています。電子とは異なり、元素の原子内の陽子の数は一定のままです。そうしないと、別の化学元素が得られてしまうでしょう。
  - 元素の原子番号によって、原子内の電子と中性子の数も決まります。
5. 通常、電子の数は陽子の数に等しい。原子がイオン化している場合は例外です。陽子は正の電荷を持ち、電子は負の電荷を持ちます。原子は通常中性であるため、同じ数の電子と陽子が含まれています。ただし、原子は電子を獲得したり失ったりすることがあり、その場合はイオン化されます。
  - イオンは電荷を持っています。イオンがより多くの陽子を持っている場合、そのイオンは正電荷を持ちます。この場合、元素記号の後にプラス記号が付けられます。イオンに多くの電子が含まれている場合、そのイオンは負の電荷を持ち、マイナス記号で示されます。
  - 原子がイオンでない場合、プラス記号とマイナス記号は使用されません。