Opracowała:Grażyna Rdzanek

KRZEM

JEGO ZWIĄZKII

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

Ok

res

3

Si14

Masa atom.28,0855

IV IISILICIUM

Elektroujemność 1,8

Ne 3s23p2blok:p

WĘGLOWCE

[ ]

IZOTOPY KRZEMU3 naturalne trwałe

11 sztucznych promieniotwórczych np.

T1/2=160 lat

28Si92,23%

29Si4,6%

30Si3,1%

32Si

KONFIGURACJA ELEKTRONOWA

1s2 2s2p6 3s2p2

KLM

METODY OTRZYMYWANIA KRZEMU

SiO2 + Mg Si + MgO2 2

•redukcja SiO2 magnezem

•redukcja mieszaniny piasku i rudy żelaza węglem-żelazokrzem do celów metalurgicznych

•termiczny rozkład SiHCl3- preparaty o wysokiej czystości

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

•półmetal i półprzewodnik

•krystaliczne ciało stałe o metalicznym połysku

•pierwiastek bardzo twardy i kruchy

•wysoka temperatura topnienia

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 + O2 SiO2

Si + 2Mg Mg2Si

Si + 2NaOH Na2SiO3 + 2H2

tlenek krzemu (IV)

metakrzemian sodu

krzemek magnezu

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

tlenek krzemu (IV) SiO2

KRZEMIONKA

występuje w trzech odmianach polimorficznych

•krystobalit

•trydymit -

•kwarcmodel struktury kwarcu

CYTRYNDOBRZE WYKSZTAŁCONE KRYSZTAŁY KWARCU

AMETYST

KRYSZTAŁ GÓRSKI

CZYSTA BEZPOSTACIOWA KRZEMIONKA TO OPAL.

ODMIANA OPALU -AGAT

REAKCJE SiO2

•z kwasem fluorowodorowymSiO2 + HF SiF4 + H2O4 2

•z wodorotlenkiem sodu

SiO2 + NaOH Na2SiO3 + H2O2

•z węglem

SiO2 + C Si + CO2

KRZEMIONKA JEST PODSTAWOWYM SKŁADNIKIEM:

•glin•gleb•skał (granity, gnejsy)

•piasku

schemat ułożenia atomów w stanie szklistym

Stopiony SiO2 po szybkim oziębieniu zastyga w sztywną bezpostaciową masę-

szkło kwarcowe.

Struktura szkła kwarcowego wg. Zachariasena

SZKŁA KRZEMIANOWE

• szkło sodowo-wapniowe Na2O . CaO . 6 SiO2 to szkło okienne

• szkło potasowo-ołowiowe to tzw. szkło kryształowe i optyczne szkło flint

•szkło jenajskie to szkło trudnotopliwe np. Pyrex, Duran, Supremax

Szkła otrzymywane w technice „ zol-żel”

Technika „zol-żel”polega na syntezie szkieł poprzez reakcje chemiczne w temperaturach zbliżonych do pokojowej.

•układ PbO2 /SiO2 stosowany jest w światłowodach

•układ ZnO/SiO2 stosowany jest w dyskach optycznych ROM

•układ TiO2/SiO2 stosowany jest w laserach

i koncentratorach światła słonecznego

KWASY KRZEMOWE

SiO2.H2O H2SiO3

Kwas metakrzemowy

SiO2 . 2H2O H4SiO4

Kwas ortokrzemowy

2 SiO2 .H2O H2Si2O5

Kwas metadwukrzemowy

Ciekawe nieorganiczne związki krzemu

• azotek krzemu Si3N4 związek

o twardości diamentu i znacznej odporności chemicznej stosowany do konstrukcji ceramicznych silników samochodowych i turbin gazowych

SiO2 + C + N2 Si3N4 + CO6 2 6kat

T

techniczny SiC KARBORUND –substancja bardzo twarda(9,5-9,7 w skali Mohra), należąca do beztlenkowych materiałów ceramicznych, stosowana do wyrobu materiałów ściernych.

WĘGLIK KRZEMU SiC

SiO2 + C SiC + CO3 2

Czterochlorek krzemu SiCl4

ciecz bezbarwna o ostrym zapachu, bardzo łatwo hydrolizuje tworząc białe dymy uwodnionego dwutlenku krzemu SiO2 oraz kwas solny. Stosowany jest w wojsku do wytwarzania zasłon dymnych.

Krzem tworzy z wodorem

krzemowodory zwane silanami.

SiH4MONOSILAN

Si2H6 DWUSILAN( krzemoetan)Silany reagują gwałtownie z tlenem i wybuchowo z fluorowcami.

SiH4 + 2O2 SiO2 + 2 H2O

SiH4 + Cl SiH3Cl + HClchlorosilan

W wyniku kondensacji pochodnych chlorowych silanów otrzymuje się siloksany.

H3SiCl + H2O H3Si-O-SiH3 + HCl2 2

Z chlorosilanów i siloksanów otrzymuje się polimery krzemoorganiczne (polisiloksany) potocznie zwane silikonami.

Si

R

R

O Si

R

R

n

R-grupa alkilowa lub aromatyczna

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.