Физические и химические свойства кремния и его важная роль в природе

Второй по значимости элемент, который входит в состав земной поверхности – кремний. Из него состоит больше вещей, чем мы думаем. Ювелирные украшение, строительные материалы, стекло и многое другое. В нашей статье вы сможете узнать много нового об этом химическом элементе.

История открытия

Впервые чистый кремний был получен в 1811 г. Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенором. 

Но появление этого элемента было предсказано еще Йенсом Якобом Берцелиусом. Позднее, он восстановил калием фторид кремния. В ходе эксперимента образовался аморфный неметалл. Ученый впервые описал его свойства.

Кремний в таблице Менделеева

В таблице Д. И. Менделеева элемент находится под 14 номером. Занимает III период, 4 группу, главную подгруппу. Относительная атомная масса равна 28.

У него множество изотопов: 28Si, 29Si, 30Si, 31Si и 32Si. Большинство из них радиоактивные. Как правило, это b-излучение. В нейтронно-активационном анализе используется изотоп 30Si. 

Строение атома кремния

Количество электронов кремния (e) равно количеству протонов (p) и порядковому номеру в таблице Д. И. Менделеева: 14. Разность между относительной атомной массой и номером равна количеству нейтронов (n): 28-14=14.

Все протоны находятся в ядре атома, которое соответственно имеет заряд +14. Электроны распределены на 3 электронных слоях: 

• на первом – 2; 
• на втором – 8;
• на третьем – 4. 

Электронная формула элемента представлена на рисунке ниже.

Физические свойства

Данный элемент принимает 2 формы: кристаллическую и аморфную. Свойства атома кремния напрямую зависят от вида.

Кристаллическое вещество серовато-стального цвета с металлическим блеском. Аморфный элемент имеет коричнево-бурую окраску и является порошком. 

В таблице Менделеева его ближайший сосед – углерод, строение их кристаллических решеток сходно. Поэтому кремний достаточно прочен, но все равно уступает алмазу. Точные характеристики приведены в списке:

• температура плавления равняется 1415˚С; 
• плотность – 2.33 г/куб. см;
• температура кипения – 3250˚С.

Химические свойства

При обычных условиях элемент малоактивен, т. к. на его поверхности образуется пленка оксида кремния. Он реагирует только с фтором. При создании специальных условий вещество может реагировать с кислородом и углеродом.

• Si + 2F2 = SiF4
• Si + O2 =t= SiO2
• Si + C = SiC

Также существует кислота кремния H2SiO3. Несмотря на то что она является не растворимой, все равно проявляет типичные свойства кислот и взаимодействует:

• с основными оксидами;
• с основаниями;
• с солями.

Кремний в природе

По распространенности в земле соединения кремния занимают второе место. Существует множество его видов: кремнезем, силикаты, алюмосиликаты и т. д. Оксиды кремния существуют в виде различных минералов: 

• агат;
• халцедон;
• опал;
• яшма и др. 

Кремень – один из самых известных видов минералов. Он обладает неравномерным окрасом, от черного до оранжевого цвета. Это связано с формированием камня из залежей различных земных пород. На его сколе можно видеть разные цвета, что также свидетельствует о его неоднородном составе. Камню присущ блеск. 

Кремень достаточно прочный, из-за этого появилось выражение «твердый как кремень», относящееся к человеку с сильным характером, не поддающемуся на уговоры. Но легко можно расколоть камень при помощи какого либо инструмента. 

Одно из самых известных и полезных свойств минерала является то, что с его помощью можно добыть огонь. При ударении обычного камня о кремень появляется искра, которая с легкостью может поджечь сухую траву или что-то другое. 

Применение

Преимущественно соединения кремния применяются как добавка при производстве различных сплавов. Чистое вещество пригодно для создания электрических приборов, их деталей. Альтернативные источники электроэнергии, солнечные батареи, также не обошлись без этого элемента.

Одним из основных строительных материалов является цемент. При его изготовлении применяются оксиды кремния, также как при производстве стекла.

Элемент используется в ювелирном деле, ведь его оксиды имеют очень красивый вид, поэтому несомненно ценятся на международном рынке. Проходя должную обработку, они становятся драгоценными камнями. 

Существуют минеральные породы камней кремния, которые используются не только ювелирным делом. Издревле он использовался для очищения воды колодца и создания лечебной воды. Иногда люди делали обереги. Сейчас применяется для изготовления лезвий и при создании этнических украшений. Как поджигающий элемент его можно встретить в зажигалке или наборе для розжига костра в полевых условиях.

Сохраняйте статью, комментируйте и пользуйтесь, мы будем рады, если она вам поможет!

Видео рассказ дополнит статью о химическом элементе:

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кремний.