Які властивості кристалічного кремнію. Кремній. Властивості кремнію. Знаходження у природі

28,0855 а. е. м. (/моль) Радіус атома 132 пм Енергія іонізації
(Перший електрон) 786,0 (8,15) кДж / моль (еВ) Електронна конфігурація 3s 2 3p 2 Хімічні властивості Ковалентний радіус 111 пм Радіус іона 42 (+4e) 271 (-4e) пм Електронегативність
(за Полінгом) 1,90 Електродний потенціал 0 Ступені окислення +4, −4, +2 Термодинамічні властивості простої речовини Щільність 2,33 /см ³ Молярна теплоємність 20,16 Дж /( · моль) Теплопровідність 149 Вт /( ·) Температура плавлення 1688 Теплота плавлення 50,6 кДж/моль Температура кипіння 2623 Теплота випаровування 383 кДж/моль Молярний обсяг 12,1 см ³/моль Кристалічні грати простої речовини Структура ґрат кубічна, алмазна Параметри решітки 5,4307 Відношення c/a — Температура Дебая 625

Si	14
28,0855
3s 2 3p 2
Кремній

Історія

У чистому вигляді кремнійбув виділений у 1811 р. французькими вченими Жозефом Луї Гей-Люссаком та Луї Жаком Тенаром.

Походження назви

У 1825 році шведський хімік Йонс Якоб Берцеліус дією металевого калію на фтористий кремній SiF 4 отримав чистий елементарний кремній. Новому елементу було названо «силіцій» (від лат. silex- Кремень). Російську назву «кремній» запроваджено у 1834 році російським хіміком Германом Івановичем Гессом. У перекладі з грецької kremnos— «скеля, гора».

Знаходження у природі

За поширеністю в земній корі кремній серед усіх хімічних елементів посідає друге місце (після кисню). Маса земної кори на 276-295% складається з кремнію. Кремній входить до складу кількох сотень різних природних силікатів та алюмосилікатів. Найбільш поширений кремнезем - численні форми діоксиду кремнію (IV) SiO2 (річковий пісок, кварц, кремінь та ін.), Що становить близько 12% земної кори (по масі). У вільному вигляді кремній у природі немає, хоча одна четверта землі складається з кремнію.

Отримання

У промисловості кремній одержують, відновлюючи розплав SiO 2 коксом при температурі близько 1800 ° C в дугових печах. Чистота одержаного таким чином кремнію становить близько 99,9%. Так як для практичного використання потрібен кремній вищої чистоти, отриманий хлорують кремній. Утворюються сполуки складу SiCl 4 і SiCl 3 H. Ці хлориди очищають далі різними способами від домішок і на заключному етапі відновлюють чистим воднем . Можливе також очищення кремнію за рахунок попереднього одержання силіциду магнію Mg 2 Si. Далі із силіциду магнію за допомогою соляної або оцтової кислот отримують леткий моносилан SiH 4 . Моносилан очищають далі ректифікацією, сорбційними та ін методами, а потім розкладають на кремній і водень при температурі близько 1000 °C. Вміст домішок в кремнії, що одержується цими методами, знижується до 10 -8 -10 -6 % за масою.

Спосіб отримання кремнію у чистому вигляді розроблений Миколою Миколайовичем Бекетовим. Найбільшим виробником кремнію в Росії є ОК Русал - кремній виробляється на заводах у м. Каменськ-Уральський (Свердловська область) та м. Шелехів (Іркутська область).

Фізичні властивості

Кристалічна структура кремнію.

Кристалічні грати кремнію кубічні гранецентровані типу алмазу , параметр а = 0,54307 нм (при високих тисках отримані й інші поліморфні модифікації кремнію), але через більшу довжину зв'язку між атомами Si-Si порівняно з довжиною зв'язку С-С твердість кремнію значно менше, ніж алмазу. Кремній крихкий, тільки при нагріванні вище 800 ° C він стає пластичною речовиною. Цікаво, що кремній прозорий до інфрачервоного випромінювання, починаючи з довжини хвилі 1.1 мікрометр.

Електрофізичні властивості

Елементарний кремній – типовий непрямозонний напівпровідник. Ширина забороненої зони при кімнатній температурі 1,12 еВ, а за Т = 0 К становить 1,21 еВ. Концентрація носіїв заряду в кремнії з власною провідністю при кімнатній температурі 1,5 10 16 м -3 . На електрофізичні властивості кристалічного кремнію великий вплив мають мікродомішки, що містяться в ньому. Для отримання монокристалів кремнію з дірковою провідністю в кремній вводять добавки елементів III групи - бору, алюмінію, галію та індія, з електронною провідністю - добавки елементів V групи - фосфору, миш'яку або сурми. Електричні властивості кремнію можна варіювати, змінюючи умови обробки монокристалів, зокрема обробляючи поверхню кремнію різними хімічними агентами.

1. Рухливість електронів: 1300-1400 см ² / (в * c).
2. Рухливість дірок: 500 см²/(в*с).
3. Ширина забороненої зони 1,205-2,84*10(^-4)*T
4. Тривалість життя електрона: 50 - 500 мксек
5. Довжина вільного пробігу електрона: 0,1 см
6. Довжина вільного пробігу дірки: 0,02 - 0,06 см

Хімічні властивості

У з'єднаннях кремній схильний виявляти ступінь окислення +4 або −4, так як для атома кремнію більш характерний стан sp-гібридизації орбіталей. Тому у всіх сполуках, крім оксиду кремнію (II) SiO, кремній чотиривалентний.

Хімічно кремній малоактивний. При кімнатній температурі реагує тільки з газоподібним фтором, при цьому утворюється леткий тетрафторид кремнію SiF4. При нагріванні до температури 400-500 ° C кремній реагує з киснем з утворенням діоксиду SiO 2 , з хлором , бромом та йодом - з утворенням відповідних легко летких тетрагалогенідів SiHal 4 .

З воднем кремній безпосередньо не реагує, з'єднання кремнію з воднем - силани із загальною формулою Si n H 2n+2 - отримують непрямим шляхом. Моносилан SiH 4 (його часто називають просто силаном) виділяється при взаємодії силіцидів металів з розчинами кислот, наприклад:

Ca 2 Si + 4HCl → 2CaCl 2 + SiH 4 .

Силан SiH 4 , що утворюється в цій реакції, містить домішок і інших силанів, зокрема, дисилану Si 2 H 6 і трисилану Si 3 H 8 , в яких є ланцюжок з атомів кремнію, пов'язаних між собою одинарними зв'язками (—Si—Si—Si—) .

З азотом кремній за нормальної температури близько 1000 °C утворює нітрид Si 3 N 4 , з бором — термічно і хімічно стійкі бориди SiB 3 , SiB 6 і SiB 12 . Сполука кремнію та його найближчого аналога за таблицею Менделєєва – вуглецю – карбід кремнію SiC (карборунд) характеризується високою твердістю та низькою хімічною активністю. Карборунд широко використовується як абразивний матеріал.

Кремній - другий за поширеністю Землі (після кисню). Він рідко зустрічається у чистому вигляді – кристалами, набагато частіше його можна бачити у складі різних сполук та мінералів – шпат, кремінь, кварцовий пісок.

Для виділення чистого кремнію хіміки проводять реакцію кварцового піску з магнієм. Також кремній виплавляють за високих температур і навіть «вирощують». Метод Чохральського дозволяє використовувати тиск, температуру та сполуки кремнію для отримання кристалів чистої речовини.

Побут

Сполуки кремнію активно використовуються в побуті та господарстві людини, в промисловості. Кварцовий пісок використовується при отриманні скла та цементу. Силікатну промисловість названо так на честь кремнію, «друге ім'я» якого «силіціум». Силікати використовуються у сільському господарстві, при удобренні ґрунту. Також на основі кремнієвих сполук одержують силікатний клей.

Радіоелектроніка

Кремній має унікальні радіоелектронні властивості. Чистий кремній є напівпровідником. Це означає, що може проводити струм за певних умов, коли зона провідності мала. Якщо область провідності велика, кремній-напівпровідник перетворюється на кремній-ізолятор.

Напівпровідникові властивості неметалу кремнію призвели до створення транзистора. Транзистор - пристрій, що дозволяє контролювати напругу та силу струму. На відміну від лінійних провідників, транзистори з кремнію мають три основні елементи - колектор, що «збирає» струм, базу і емітер, що посилюють струм. Поява транзистора викликала «електронний бум», що призвело до створення перших комп'ютерів та побутової техніки.

Комп'ютери

Успіхи кремнію в електроніці не залишилися непоміченими у комп'ютерній техніці. Спочатку процесори хотіли робити з «дорогих» типових напівпровідників, наприклад. Проте, його висока ціна не дозволила поставити виробництво германієвих плат на потік. Тоді сміливці з IBM вирішили ризикнути і спробувати як матеріал для «серця» комп'ютерної системи кремній. Результати не змусили на себе чекати.

Кремнієві плати виявилися досить дешевими, що було особливо важливо на початку зародження комп'ютерної галузі, коли було багато шлюбу і мало потенційних покупців.

Сьогодні кремнієві мікросхеми домінують у комп'ютерній галузі. Кристали чистого кремнію для процесорів та контролерів навчилися вирощувати у фабричних умовах, матеріал простий в експлуатації. І головне – кремній дозволив подвоювати кількість елементів на процесорі кожні два роки (закон Мура). Таким чином, на кремнієвій схемі того самого розміру стає все більше і більше транзисторів та інших логічних елементів. Кремній дозволив зробити інформаційні технології максимально ефективними.

2349,85 °C (2623 K)

Уд. теплота плавлення

50,6 кДж/моль

Уд. теплота випаровування

383 кДж/моль

Молярна теплоємність Кристалічні грати простої речовини Структура ґрат

кубічна, алмазна

Параметри решітки Температура Дебая Інші характеристики Теплопровідність

(300 K) 149 Вт/(м·К)

Емісійний спектр

14
3s 2 3p 2

Походження назви

Найчастіше у природі кремній зустрічається як кремнезема - сполук з урахуванням діоксиду кремнію (IV) SiO 2 (близько 12 % маси земної кори). Основні мінерали і гірські породи, що утворюються діоксидом кремнію, - це пісок (річковий та кварцовий), кварц і кварцити, кремінь, польові шпати. Другу за поширеністю в природі групу сполук кремнію складають силікати та алюмосилікати.

Відзначено поодинокі факти знаходження чистого кремнію в самородному вигляді.

Отримання

Вільний кремній виходить при прожарюванні дрібного білого піску (діоксиду кремнію) з магнієм:

$\backslash mathsf(SiO\_2+2Mg\; \backslash rightarrow\; \backslash \; 2MgO+Si)$

При цьому утворюється аморфний кремній, що має вигляд бурого порошку.

У промисловості кремній технічної чистоти одержують, відновлюючи розплав SiO 2 коксом при температурі близько 1800 °C у руднотермічних печах шахтного типу. Чистота отриманого таким чином кремнію може досягати 99,9% (основні домішки – вуглець, метали).

Можливе подальше очищення кремнію від домішок.

• Очищення в лабораторних умовах може бути проведене шляхом попереднього одержання силіциду магнію Mg 2 Si. Далі із силіциду магнію за допомогою соляної або оцтової кислот одержують газоподібний моносилан SiH 4 . Моносилан очищають ректифікацією, сорбційними та ін методами, а потім розкладають на кремній і водень при температурі близько 1000 °C.
• Очищення кремнію у промислових масштабах здійснюється шляхом безпосереднього хлорування кремнію. При цьому утворюються сполуки складу SiCl 4 , SiHCl 3 і SiH 2 Cl 2 . Їх у різний спосіб очищають від домішок (як правило, перегонкою і диспропорціонуванням) і на заключному етапі відновлюють чистим воднем при температурах від 900 до 1100 °C.
• Розробляються дешевші, чистіші та ефективніші промислові технології очищення кремнію. На 2010 р. до них можна віднести технології очищення кремнію з використанням фтору (замість хлору); технології, що передбачають дистиляцію монооксиду кремнію; технології, засновані на витравленні домішок, що концентруються на міжкристалітних межах.

Вміст домішок у доочищеному кремнії може бути знижений до 10 -8 -10 -6 % за масою. Більш докладно питання одержання надчистого кремнію розглянуті у статті Полікристалічний кремній.

Спосіб отримання кремнію в чистому вигляді розроблений Миколою Миколайовичем Бекетовим.

Фізичні властивості

Кристалічна решітка кремнію кубічна гранецентрована типу алмазу , параметр а = 0,54307 нм (при високих тисках отримані інші поліморфні модифікації кремнію), але через більшу довжину зв'язку між атомами Si-Si порівняно з довжиною зв'язку С-С твердість кремнію значно менше, ніж алмазу. Кремній крихкий, тільки при нагріванні вище 800 ° C він стає пластичною речовиною. Він прозорий для інфрачервоного випромінювання, починаючи з довжини хвилі 1,1 мкм. Власна концентрація носіїв заряду - 5,81·10 15 м-3 (для температури 300 K).

Електрофізичні властивості

Елементарний кремній у монокристалічній формі є непрямозонним напівпровідником. Ширина забороненої зони при кімнатній температурі становить 1,12 еВ, а при Т = 0 К - 1,21 еВ. Концентрація власних носіїв заряду в кремнії за нормальних умов становить близько 1,5·10 10 см -3 .

На електрофізичні властивості кристалічного кремнію великий вплив мають домішки, що містяться в ньому. Для отримання кристалів кремнію з дірковою провідністю в кремній вводять атоми елементів III групи, таких, як бор, алюміній, галій, індій. Для отримання кристалів кремнію з електронною провідністю кремній вводять атоми елементів V-ї групи, таких, як фосфор , миш'як , сурма .

При створенні електронних приладів на основі кремнію використовується переважно приповерхневий шар монокристала (товщиною до десятків мкм), тому якість поверхні кристала може істотно впливати на електрофізичні властивості кремнію і, відповідно, на властивості створеного електронного приладу. При створенні деяких приладів використовується технологія монокристалу, що модифікує поверхню, наприклад, обробка поверхні кремнію різними хімічними реагентами та її опромінення.

Хімічні властивості

Подібно до атомів вуглецю, для атомів кремнію є характерним стан sp 3 -гібридизації орбіталей. У зв'язку з гібридизацією чистий кристалічний кремній утворює алмазоподібні грати, в яких кремній чотиривалентний. У сполуках кремній зазвичай також поводиться як чотиривалентний елемент зі ступенем окислення +4 або −4. Зустрічаються двовалентні сполуки кремнію, наприклад оксид кремнію (II) - SiO.

За нормальних умов кремній хімічно малоактивний і активно реагує лише з газоподібним фтором, при цьому утворюється летючий тетрафторид кремнію SiF4. Така «неактивність» кремнію пов'язана з пасивацією поверхні нанорозмірним шаром діоксиду кремнію, що негайно утворюється в присутності кисню, повітря або води (водяної пари).

киснем з утворенням діоксиду SiO 2 процес супроводжується збільшенням товщини шару діоксиду на поверхні, швидкість процесу окислення лімітується дифузією атомарного кисню крізь плівку діоксиду.

При нагріванні до температури понад 400-500 °C кремній реагує з хлором, бромом та йодом - з утворенням відповідних легко летких тетрагалогенідів SiHal 4 і, можливо, галогенідів складнішого складу.

Сполуки металів з кремнієм - силіциди - є широко вживаними в промисловості (наприклад, електронної та атомної) матеріалами з широким спектром корисних хімічних, електричних та ядерних властивостей (стійкість до окислення, нейтронів та ін.). Силициди низки елементів є важливими термоелектричними матеріалами.

Сполуки кремнію служать основою для виробництва скла та цементу. Виробництвом скла та цементу займається силікатна промисловість. Вона також випускає силікатну кераміку - цеглу, фарфор, фаянс та вироби з них.

Широко відомий силікатний клей, застосовуваний у будівництві як сикатив, а в піротехніці та в побуті для склеювання паперу.

Набули широкого поширення силіконові олії та силікони - матеріали на основі кремнійорганічних сполук.

Біологічна роль

Для деяких організмів кремній є важливим біогенним елементом. Він входить до складу опорних утворень у рослин та скелетних – у тварин. У великих кількостях кремній концентрують морські організми – діатомові водорості, радіолярії, губки. Великі кількості кремнію концентрують хвощі та злаки, в першу чергу – підродини Бамбуків та Рисовидних, у тому числі – рис посівний. М'язова тканина людини містить (1-2) · 10 -2% кремнію, кісткова тканина - 17 · 10 -4%, кров - 3,9 мг/л. З їжею в організм людини щодня надходить до 1 г кремнію.

Норми гранично допустимих концентрацій кремнію прив'язані до вмісту пилу діоксиду кремнію в повітрі. Це з особливостями хімії кремнію:

• Чистий кремній, так само як карбід кремнію, в контакті з водою або киснем повітря утворює на поверхні непроникну плівку діоксиду кремнію (SiO 2), яка пасивує поверхню;
• Багато кремнійорганічних сполук в контакті з киснем повітря і водяними парами окислюються або гідролізуються з утворенням в кінцевому підсумку діоксиду кремнію;
• Монооксид кремнію (SiO) на повітрі здатний (іноді з вибухом) доокислюватись до високодисперсного діоксиду кремнію.

Діоксид кремнію в нормальних умовах завжди є твердою біоінертною речовиною, що не розкладається, схильною до утворення пилу, що складається з частинок з гострими ріжучими кромками. Шкідлива дія діоксиду кремнію та більшості силіцидів і силікатів заснована на дратівливій та фіброгенній дії, на накопиченні речовини в тканині легень, що викликає важку хворобу - силікоз. Для захисту органів дихання від пилових частинок використовують протипилові респіратори. Тим не менш, навіть при використанні засобів індивідуального захисту носоглотка, горло у людей, які систематично працюють в умовах запиленості сполуками кремнію і особливо монооксид кремнію, мають ознаки запальних процесів на слизових оболонках.

також

Напишіть відгук про статтю "Кремній"

Коментарі

Примітки

Література

• Самсонів. Г. Ст.Силициди та їх використання у техніці. – Київ, Вид-во АН УРСР, 1959. – 204 с. з ілл.

Посилання

Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва
																												Si
																											Uut		Uup		Uus	Uuo
	Uue	Ubn	Ubu	Уривок, що характеризує Кремній - Хороші ви будете, розгортаючи фронт у вигляді ворога, дуже гарні. - Ворог ще далеко, ваше превосходительство. За диспозицією... – Диспозиція! – жовчно скрикнув Кутузов, – а це вам хто сказав?… Дозвольте робити, що вам наказують. – Слухаю с. - Mon cher, - сказав пошепки князю Андрію Несвицький, - le vieux est d'une humeur de chien. До Кутузова підскакав австрійський офіцер із зеленим плюмажем на капелюсі, у білому мундирі, і спитав від імені імператора: чи виступила у справу четверта колона? Кутузов, не відповідаючи йому, відвернувся, і погляд його ненароком потрапив на князя Андрія, що стояв біля нього. Побачивши Болконського, Кутузов пом'якшив злий і їдкий вираз погляду, ніби усвідомлюючи, що його ад'ютант був винен у цьому, що робилося. І, не відповідаючи австрійському ад'ютанту, він звернувся до Болконського: - Allez voir, mon cher, si la troisieme division a depasse le village. Dites lui de s arreter et d attendre mes ordres. [Ідіть, мій любий, подивіться, чи пройшла через село третя дивізія. Наказуйте їй зупинитися і чекати мого наказу.] Щойно князь Андрій від'їхав, він зупинив його. - Et demandez lui, si les tirailleurs sont postes, - додав він. - Ce qu"ils font, ce qu"ils font! [І запитайте, чи розміщені стрілки. - Що вони роблять, що вони роблять!] - промовив він про себе, не відповідаючи австрійцю. Князь Андрій поскакав виконувати доручення. Обігнавши батальйони, що йшли попереду, він зупинив 3 ю дивізію і переконався, що, дійсно, попереду наших колон не було стрілецького ланцюга. Полковий командир колишнього попереду полку був дуже здивований переданим йому головнокомандувачем наказом розсипати стрільців. Полковий командир стояв тут у повній впевненості, що попереду його є ще війська, і що ворог не може бути ближчим за 10 верст. Справді, попереду нічого не було видно, крім пустельної місцевості, що схиляється вперед і застелена густим туманом. Наказавши від імені головнокомандувача виконати втрачене, князь Андрій поскакав назад. Кутузов стояв на тому самому місці і, старечо опустившись на сідлі своїм тучним тілом, важко позіхав, заплющивши очі. Війська вже не рухалися, а стояли рушниці до ноги. - Добре, добре, - сказав він князю Андрію і звернувся до генерала, який з годинником у руках казав, що настав час рухатися, бо всі колони з лівого флангу вже спустилися. - Ще встигнемо, ваше превосходительство, - крізь позіхання промовив Кутузов. – Встигнемо! – повторив він. У цей час позаду Кутузова почулися вдалині звуки полків, що здоровалися, і голоси ці стали швидко наближатися по всьому протягу лінії, що розтягнулася російських колон. Видно було, що той, з ким віталися, їхав незабаром. Коли закричали солдати того полку, перед яким стояв Кутузов, він від'їхав дещо убік і, скривившись, озирнувся. Дорогою з Працена скакав ніби ескадрон різнокольорових вершників. Два з них великим галопом скакали поряд попереду інших. Один був у чорному мундирі з білим султаном на рудому енглізованому коні, інший у білому мундирі на вороному коні. Це були два імператори зі свитою. Кутузов, з афектацією служаки, що у фронті, скомандував «смирно» військам і, салютуя, під'їхав до імператора. Вся його постать та манера раптом змінилися. Він набув вигляду підначального, нерозважливого людини. Він з афектацією шанобливості, яка, мабуть, неприємно вразила імператора Олександра, під'їхав і салютував йому. Неприємне враження, тільки як залишки туману на ясному небі, пробігло молодим і щасливим обличчям імператора і зникло. Він був, після нездоров'я, дещо худший у цей день, ніж на ольмюцькому полі, де його вперше за кордоном бачив Болконський; але те ж чарівне поєднання величності і лагідності було в його прекрасних, сірих очах, і на тонких губах та ж можливість різноманітних виразів і переважаючий вираз благодушної, невинної молодості. На ольмюцькому огляді він був величніший, тут він був веселіший і енергійніший. Він трохи розрум'янився, прогалопувавши ці три версти, і, зупинивши коня, зітхнув натхненно і озирнувся на такі ж молоді, такі ж жваві, як і його, обличчя своєї почту. Чарторизький і Новосильцев, і князь Болконський, і Строганов, та інші, всі багато одягнені, веселі, молоді люди, на прекрасних, випещених, свіжих, щойно злегка спітнілих конях, перемовляючись і посміхаючись, зупинилися позаду государя. Імператор Франц, рум'яний довголиця молодий чоловік, надзвичайно прямо сидів на гарному вороному жеребці і стурбовано і неквапливо оглядався навколо себе. Він покликав одного зі своїх білих ад'ютантів і спитав щось. «Вірно, о котрій годині вони виїхали», подумав князь Андрій, спостерігаючи свого старого знайомого, з посмішкою, яку він не міг утримати, згадуючи свою аудієнцію. У свиті імператорів були відібрані молодці ординарці, російські та австрійські, гвардійських та армійських полків. Між ними велися берейторами в розшитих попонах гарні запасні царські коні. Наче через розчинене вікно раптом пахнуло свіжим польовим повітрям у задушливу кімнату, так пахнуло на невеселий Кутузовський штаб молодістю, енергією та впевненістю в успіху від цієї блискучої молоді. - Що ж ви не починаєте, Михайле Ларіоновичу? - Поспішно звернувся імператор Олександр до Кутузова, в той же час чемно глянувши на імператора Франца. - Я чекаю, ваша величність, - відповів Кутузов, шанобливо нахиляючись уперед. Імператор пригнув вухо, трохи нахмурившись і показуючи, що він не почув. - Чекаю, ваша величність, - повторив Кутузов (князь Андрій помітив, що у Кутузова неприродно здригнулася верхня губа, коли він говорив це чекаю). - Не всі колони ще зібралися, ваша величність. Государ почув, але ця відповідь, мабуть, не сподобалася йому; він знизав сутулими плечима, глянув на Новосильцева, що стояв поруч, ніби поглядом цим скаржачись на Кутузова. - Адже ми не на Царициному лузі, Михайле Ларіоновичу, де не починають параду, поки не прийдуть усі полки, - сказав пан, знову глянувши в очі імператору Францу, ніби запрошуючи його, якщо не взяти участь, то прислухатися до того, що він каже; але імператор Франц, продовжуючи озиратися, не слухав. - Тому й не починаю, пане, - сказав звучним голосом Кутузов, ніби попереджаючи можливість не бути почутим, і в особі його ще раз щось здригнулося. - Тому й не починаю, пане, що ми не на параді і не на Царициному лузі, - вимовив він ясно і виразно. У свиті государя на всіх обличчях, що миттєво переглянулися один з одним, висловилося нарікання і докір. «Як він не старий, він не повинен би, не повинен би говорити так», висловили ці особи. Государ уважно й уважно глянув у вічі Кутузову, чекаючи, чи не скаже він чого. Але Кутузов, зі свого боку, шанобливо нахиливши голову, теж, здавалося, чекав. Мовчання тривало близько хвилини. - Втім, якщо накажете, ваша величність, - сказав Кутузов, підводячи голову і знову змінюючи тон на колишній тон тупого, нерозважливого, але підкореного генерала. Він торкнув коня і, покликавши начальника колони Милорадовича, передав йому наказ до наступу. Військо знову заворушилося, і два батальйони Новгородського полку і батальйон Апшеронського полку рушили вперед повз государя. Коли проходив цей Апшеронський батальйон, рум'яний Милорадович, без шинелі, в мундирі та орденах і з капелюхом з величезним султаном, одягнений набок і з поля, марш марш вискакав уперед і, молодецьки салютуя, обложив коня перед государем. - З Богом, генерале, - сказав йому государ. - Ma foi, sire, nous ferons ce que qui sera dans notre possibilite, sire, [Право, ваша величність, ми зробимо, що буде нам можливо зробити, ваша величність,] - відповів він весело, проте викликаючи насмішкувату посмішку у панів почти государя своєю поганою французькою доганою. Милорадович круто повернув свого коня і став дещо позаду государя. Апшеронці, збуджені присутністю государя, молодецьким, жвавим кроком відбиваючи ногу, проходили повз імператорів та його почты. - Хлопці! — крикнув гучним, самовпевненим і веселим голосом Мілорадович, мабуть, настільки збуджений звуками стрілянини, очікуванням битви і виглядом молодців апшеронців, ще своїх суворовських товаришів, що жваво проходили повз імператорів, що забув про присутність государя. - Хлопці, вам не перше село брати! – крикнув він. – Раді старатися! – прокричали солдати. Кінь государя шарахнувся від несподіваного крику. Коня ця, що носила государя ще на оглядах у Росії, тут, на Аустерлицькому полі, несла свого сідока, витримуючи його розсіяні удари лівою ногою, насторожувала вуха від звуків пострілів, так само, як вона робила це на Марсовому полі, не розуміючи значення ні цих пострілів, що чулися, ні сусідства вороного жеребця імператора Франца, ні всього того, що говорив, думав, відчував цього дня той, хто їхав на ній. Государ із посмішкою звернувся до одного зі своїх наближених, вказуючи на молодців апшеронців, і щось сказав йому. Кутузов, який супроводжував свої ад'ютанти, поїхав кроком за карабінерами. Проїхавши з півверсти у хвості колони, він зупинився біля самотнього покинутого будинку (ймовірно, колишнього корчми) біля розгалуження двох доріг. Обидві дороги спускалися під гору, і обома йшли війська. Туман починав розходитися, і невизначено, верст за дві відстані, виднілися вже ворожі війська на протилежних пагорбах. Ліворуч унизу стрілянина ставала чутнішою. Кутузов зупинився, розмовляючи з австрійським генералом. Князь Андрій, стоячи трохи позаду, вдивлявся в них і, бажаючи попросити зорову трубу в ад'ютанта, звернувся до нього. – Подивіться, подивіться, – казав цей ад'ютант, дивлячись не на дальнє військо, а вниз по горі перед собою. – Це французи! Два генерали і ад'ютанти почали хапатися за трубу, вириваючи її один в одного. Усі обличчя раптом змінилися, і на всіх виявився жах. Французів припускали за дві версти від нас, а вони раптом з'явилися, несподівано перед нами. - Це ворог? ... Ні! ... Так, дивіться, він ... напевно ... Що ж це? – почулися голоси. Князь Андрій простим оком побачив унизу густу колону французів, що піднімалася назустріч апшеронцям, не далі п'ятисот кроків від того місця, де стояв Кутузов. «Ось вона, настала рішуча хвилина! Дійшло до мене справа», подумав князь Андрій, і вдаривши коня, під'їхав до Кутузова. «Треба зупинити апшеронців, – закричав він, – ваше превосходительство!» Але в ту ж мить все застелілося димом, пролунала близька стрілянина, і наївно зляканий голос за два кроки від князя Андрія закричав: «Ну, братики, шабаш!» І начебто голос цей був команда. Цим голосом усе кинулося тікати. Змішані, натовпи, що все збільшуються, бігли назад до того місця, де п'ять хвилин тому війська проходили повз імператорів. Не тільки важко було зупинити цей натовп, але неможливо було самим не податись назад разом з натовпом. Болконський тільки намагався не відставати від неї і озирався, дивуючись і не в силах зрозуміти того, що робилося перед ним. Несвицький з озлобленим виглядом, червоний і на себе не схожий, кричав Кутузову, що якщо він не поїде зараз, його буде взято в полон напевно. Кутузов стояв тому ж місці і, не відповідаючи, діставав хустку. З його щоки текла кров. Князь Андрій протіснився до нього. – Ви поранені? - Запитав він, ледве утримуючи тремтіння нижньої щелепи. – Рани не тут, а ось де! - Сказав Кутузов, притискаючи хустку до пораненої щоки і вказуючи на біжать. – Зупиніть їх! - крикнув він і в той же час, мабуть переконаючись, що неможливо було їх зупинити, вдарив коня і поїхав праворуч. Натовп, що знову нахлинув, захопив його з собою і потяг назад. Війська бігли таким густим натовпом, що, влучивши в середину натовпу, важко було з нього вибратися. Хтось кричав: «Пішов! що забарився?» Хто одразу, обертаючись, стріляв у повітря; хтось бив коня, на якому їхав сам Кутузов. З величезним зусиллям вибравшись із потоку натовпу вліво, Кутузов зі свитою, зменшеною більш ніж удвічі, поїхав на звуки близьких гарматних пострілів. Вибравшись із натовпу біжать, князь Андрій, намагаючись не відставати від Кутузова, побачив на спуску гори, в диму, ще стріляв російську батарею і підбігаючих до неї французів. Вищі стояла російська піхота, не рухаючись ні вперед на допомогу батареї, ні назад по одному напрямку з біжучими. Генерал верхи відокремився від цієї піхоти і під'їхав до Кутузова. З почету Кутузова залишилося лише чотири людини. Всі були бліді й мовчки дивилися. - Зупиніть цих мерзотників! - задихаючись, промовив Кутузов полковому командиру, вказуючи на тих, хто біжить; але в ту ж мить, ніби в покарання за ці слова, як рій пташок, зі свистом пролетіли кулі по полку і свиті Кутузова. Французи атакували батарею і, побачивши Кутузова, вистрілили ним. З цим залпом полковий командир схопився за ногу; впало кілька солдатів, і підпрапорщик, що стояв із прапором, випустив його з рук; прапор захитався і впав, затримавшись на рушницях сусідніх солдатів. Солдати без команди почали стріляти. – Ооох! - З виразом розпачу промимрив Кутузов і озирнувся. - Болконський, - прошепотів він тремтячим від свідомості свого старечого безсилля голосом. - Болконський, - прошепотів він, вказуючи на засмучений батальйон і на ворога, - що це? Але перш ніж він договорив ці слова, князь Андрій, відчуваючи сльози сорому й злості, що підступали йому до горла, вже зіскакував з коня і біг до прапора. - Хлопці, уперед! – крикнув він по-дитячому пронизливо. «Ось воно!» думав князь Андрій, схопивши держак прапора і з насолодою чуючи свист куль, очевидно, спрямованих саме проти нього. Декілька солдатів впало. – Ура! – закричав князь Андрій, ледве утримуючи в руках важкий прапор, і побіг уперед із безперечною впевненістю, що весь батальйон побіжить за ним. Справді, він пробіг лише кілька кроків. Торкнувся один, другий солдат, і весь батальйон із криком «ура!» побіг уперед і обігнав його. Унтер офіцер батальйону, підбігши, взяв тягнучий від тяжкості в руках князя Андрія прапор, але відразу ж був убитий. Князь Андрій знову схопив прапор і, тягнучи його за держак, утік із батальйоном. Попереду він бачив наших артилеристів, з яких одні билися, інші кидали гармати і бігли до нього назустріч; він бачив і французьких піхотних солдатів, які хапали артилерійських коней та повертали гармати. Князь Андрій з батальйоном уже був за 20 кроків від гармат. Він чув над собою безперестанний свист куль, і безперестанку праворуч і ліворуч від нього охали і падали солдати. Але він не дивився на них; він дивився лише на те, що відбувалося попереду його – на батареї. Він ясно бачив уже одну фігуру рудого артилериста зі збитим на бік ківером, який тягнув з одного боку банник, тоді як французький солдат тягнув банник до себе за другий бік. Князь Андрій бачив уже ясно розгублений і разом озлоблений вираз облич цих двох людей, які, мабуть, не розуміли того, що вони робили. Що вони роблять? – думав князь Андрій, дивлячись на них: – навіщо не біжить рудий артилерист, коли він не має зброї? Навіщо не коле його француз? Не встигне добігти, як француз згадає про рушницю і заколе її». Дійсно, інший француз, з рушницею на перевагу підбіг до борців, і доля рудого артилериста, який все ще не розумів того, що чекає на нього, і з торжеством висмикнув банник, повинна була зважитися. Але князь Андрій не бачив, чим це скінчилося. Як би з усього розмаху міцною палицею хтось із найближчих солдатів, як йому здалося, вдарив його в голову. Трохи це боляче було, а головне, неприємно, бо біль цей розважав його і заважав йому бачити те, на що він дивився. Що це? я падаю? у мене ноги підкошуються», подумав він і впав на спину. Він розплющив очі, сподіваючись побачити, чим скінчилася боротьба французів з артилеристами, і бажаючи знати, чи вбитий чи ні рудий артилерист, взяті чи врятовані гармати. Але він нічого не бачив. Над ним не було нічого вже, крім неба – високого неба, не ясного, але все-таки незмірно високого, з сірими хмарами, що тихо повзуть по ньому. «Як тихо, спокійно та урочисто, зовсім не так, як я біг, – подумав князь Андрій, – не так, як ми бігли, кричали та билися; зовсім не так, як з озлобленими й переляканими обличчями тягли один у одного банник француз і артилерист, – зовсім не так повзуть хмари цим високим нескінченним небом. Як же я не бачив цього високого неба? І як я щасливий, я, що впізнав його нарешті. Так! все порожнє, все обман, окрім цього нескінченного неба. Нічого, нічого нема, крім нього. Але й того навіть немає, нічого немає, окрім тиші, заспокоєння. І слава Богу!…» На правому фланзі у Багратіона о 9-й годині справа ще не починалася. Не бажаючи погодитись на вимогу Долгорукова починати справу і бажаючи відхилити від себе відповідальність, князь Багратіон запропонував Долгорукову послати запитати про те головнокомандувача. Багратіон знав, що, на відстані майже 10 верст, що відокремлював один фланг від іншого, якщо не уб'ють того, кого пошлють (що було дуже ймовірно), і якщо він навіть і знайде головнокомандувача, що було дуже важко, посланий не встигне повернутися раніше вечора. Багратіон оглянув свою почет своїми великими, нічого невиразними, невиспавши очима, і дитяче обличчя Ростова, що мимоволі завмирало від хвилювання і надії, перше кинулося йому в очі. Він послав його. — А коли я зустріну його величність, перш ніж головнокомандувача, ваше сіятельство? - Сказав Ростов, тримаючи руку у козирка. - Можете передати його величності, - поспішно перебиваючи Багратіона, сказав Долгоруков. Змінившись із ланцюга, Ростов встиг заснути кілька годин перед ранком і почував себе веселим, сміливим, рішучим, з тою пружністю рухів, впевненістю у своє щастя і в тому настрої, в якому все здається легко, весело і можливо. Усі бажання його виконувалися цього ранку; давалося генеральний бій, він брав участь у ньому; мало того, він був ординарцем за хоробрим генералом; мало того, він їхав з дорученням до Кутузова, а можливо, і до самого государя. Ранок був ясний, кінь під ним був добрий. На душі його було радісно та щасливо. Отримавши наказ, він пустив коня і поскакав уздовж лінії. Спочатку він їхав по лінії Багратіонових військ, які ще не вступали в справу і стояли нерухомо; потім він в'їхав у простір, який займав кавалерія Уварова і тут помітив уже пересування та ознаки приготувань до справи; проїхавши кавалерію Уварова, він уже ясно почув звуки гарматної та гарматної стрілянини перед собою. Стрілянина все посилювалася.

Сполуки Кремнія, поширені землі, були відомі людині з кам'яного віку. Використання кам'яних знарядь праці та полювання тривало кілька тисячоліть. Застосування сполук Кремнію, пов'язане з їх переробкою, – виготовлення скла – почалося близько 3000 років до н. е. (Давньому Єгипті). Раніше відоме з'єднання Кремнію - оксид SiO 2 (кремнезем). У 18 столітті кремнезем вважали простим тілом і відносили до "землям" (що й відбито у його назві). Складність складу кремнезему встановив І. Я. Берцеліус. Він же вперше, в 1825, отримав елементарний кремній з фтористого кремнію SiF 4 відновлюючи останній металевим калієм. Новому елементу було названо " силіцій " (від латів. silex - кремінь). Російську назву ввів Г. І. Гесс у 1834 році.

Поширення Кремнію у природі.За поширеністю в земній корі Кремній – другий (після кисню) елемент, його середній вміст у літосфері 29,5% (за масою). У земній корі Кремній грає таку ж першорядну роль, як вуглець у тваринному та рослинному світі. Для геохімії Кремнію важливим є виключно міцний зв'язок його з киснем. Близько 12% літосфери становить кремнезем SiO 2 у формі мінералу кварцу та його різновидів. 75% літосфери складають різні силікати та алюмосилікати (польові шпати, слюди, амфіболи тощо). Загальна кількість мінералів, що містять кремнезем, перевищує 400.

При магматичних процесах відбувається слабка диференціація Кремнію: він накопичується як у гранітоїдах (32,3%), так і в ультраосновних породах (19%). При високих температурах і великому тиску розчинність SiO 2 підвищується. Можлива його міграція і з водяною парою, тому для пегматитів гідротермальних жил характерні значні концентрації кварцу, з яким нерідко пов'язані і рудні елементи (золото-кварцові, кварцово-каситеритові та інші жили).

Фізичні властивості Кремнію.Кремній утворює темно-сірі з металевим блиском кристали, що мають кубічні гранецентровані грати типу алмазу з періодом а = 5.431Å, щільністю 2,33 г/см 3 . При дуже високих тисках отримана нова (мабуть, гексагональна) модифікація щільністю 2,55 г/см 3 . Кремній плавиться за 1417 °С, кипить при 2600 °С. Питома теплоємність (при 20-100 °С) 800 Дж/(кгК), або 0,191 кал/(гград); теплопровідність навіть для найчистіших зразків не постійна і знаходиться в межах (25 ° С) 84-126 вт/(м·К), або 0,20-0,30 кал/(см·сек·град). Температурний коефіцієнт лінійного розширення 2,33 · 10 -6 К -1 нижче 120 К стає негативним. Кремній прозорий для довгохвильових ІЧ-променів; показник заломлення (для = 6 мкм) 3,42; діелектрична проникність 11,7. Кремній діамагнітний, атомна магнітна сприйнятливість -0,13-10-6. Твердість Кремнію за Моосом 7,0, за Брінеллем 2,4 Гн/м 2 (240 кгс/мм 2), модуль пружності 109 Гн/м 2 (10 890 кгс/мм 2), коефіцієнт стисливості 0,325·10 -6 см 2 / кг. Кремній тендітний матеріал; помітна пластична деформація починається за температури вище 800°С.

Кремній – напівпровідник, що знаходить велике застосування. Електричні властивості Кремнію дуже залежить від домішок. Власний питомий об'ємний електроопір Кремнію при кімнатній температурі приймається рівним 2,3·10 3 ом·м (2,3·10 5 ом·см).

Напівпровідниковий кремній з провідністю р-типу (добавки В, Al, In або Ga) та n-типу (добавки Р, Bi, As або Sb) має значно менший опір. Ширина забороненої зони за електричними вимірюваннями становить 1,21 ев при 0 До і знижується до 1,119 ев при 300 К.

Хімічні властивості Кремнію.Відповідно до положення Кремнію в періодичній системі Менделєєва 14 електронів атома Кремнію розподілено за трьома оболонками: у першій (від ядра) 2 електрони, у другій 8, у третій (валентній) 4; конфігурація електронної оболонки 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Послідовні потенціали іонізації (ЕВ): 8,149; 16,34; 33,46 та 45,13. Атомний радіус 1,ЗЗÅ, ковалентний радіус 1,17Å, іонні радіуси Si 4+ 0,39Å, Si 4- 1,98Å.

У з'єднаннях Кремній (аналогічно вуглецю) 4-валентний. Однак, на відміну від вуглецю, Кремній поряд з координаційним числом 4 виявляє координаційне число 6, що пояснюється великим об'ємом його атома (приклад таких сполук є кремнефториди, що містять групу 2-).

Хімічний зв'язок атома Кремнію з іншими атомами здійснюється зазвичай за рахунок гібридних sр 3 -орбіталей, але можливе також залучення двох з його п'яти (вакантних) 3d-орбіталей, особливо коли Кремній є шестикоординаційним. Володіючи малою величиною електронегативності, що дорівнює 1,8 (проти 2,5 у вуглецю; 3,0 у азоту і т. д.), кремній у сполуках з неметалами електропозитивний, і ці сполуки носять полярний характер. Велика енергія зв'язку з киснем Si - О, що дорівнює 464 кДж/мол (111 ккал/мол), обумовлює стійкість його кисневих сполук (SiO 2 і силікатів). Енергія зв'язку Si - Si мала, 176 кДж/мол (42 ккал/моль); на відміну від вуглецю, для Кремнію не характерне утворення довгих ланцюгів та подвійного зв'язку між атомами Si. На повітрі Кремній завдяки утворенню оксидної захисної плівки стійкий навіть при підвищених температурах. У кисні окислюється починаючи з 400 °С, утворюючи оксид кремнію (IV) SiO 2 . Відомий також оксид кремнію (II) SiO, стійкий за високих температур у вигляді газу; в результаті різкого охолодження може бути отриманий твердий продукт, що легко розкладається на тонку суміш Si і SiO 2 . Кремній стійкий до кислот і розчиняється лише у суміші азотної та фтористоводневої кислот; легко розчиняється у гарячих розчинах лугів із виділенням водню. Кремній реагує з фтором при кімнатній температурі, з рештою галогенів - при нагріванні з утворенням сполук загальної формули SiX 4 . Водень безпосередньо не реагує з Кремнієм, і кремневодні (силани) одержують розкладанням силіцидів (див. нижче). Відомі кремневодні від SiH 4 до Si 8 H 18 (за складом аналогічні граничним вуглеводням). Кремній утворює 2 групи кисневмісних силанів - силоксани та силоксени. З азотом Кремній реагує при температурі вище 1000 °С. що робить його цінним матеріалом для хімічної промисловості, для виробництва вогнетривів та інших. Високою твердістю, а також термічною та хімічною стійкістю відрізняються сполуки Кремнію з вуглецем (карбід кремнію SiC) та з бором (SiB 3 , SiB 6 , SiB 12). При нагріванні Кремній реагує (у присутності металевих каталізаторів, наприклад міді) з хлорорганічними сполуками (наприклад, СН 3 Сl) з утворенням органогалосиланів [наприклад, Si(СН 3) 3 Cl], що служать для синтезу численних кремнійорганічних сполук.

Кремній утворює сполуки майже з усіма металами – силіциди (не виявлені сполуки лише з Bi, Tl, Pb, Hg). Отримано понад 250 силіцидів, склад яких (MeSi, MeSi 2 , Me 5 Si 3 , Me 3 Si, Me 2 Si та інших) зазвичай не відповідає класичним валентностям. Силициди відрізняються тугоплавкістю та твердістю; найбільше практичне значення мають феросиліцій (відновник при виплавці спеціальних сплавів, див. Феросплави) та силіцид молібдену MoSi 2 (нагрівачі електропечей, лопатки газових турбін тощо).

Отримання Кремнію.Кремній технічної чистоти (95-98%) одержують електричної дузі відновленням кремнезему SiO 2 між графітовими електродами. У зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки розроблено методи одержання чистого і особливо чистого Кремнію.

Чистий напівпровідниковий Кремній отримують у двох видах: полікристалічний (відновленням SiCl 4 або SiHCl 3 цинком або воднем, термічним розкладанням SiI 4 і SiH 4) і монокристалічний (бестигельною зонною плавкою і "витягуванням" монокристалу з розплавленого Кремнія.

Застосування Кремнію.Спеціально легований Кремній широко застосовується як матеріал для виготовлення напівпровідникових приладів (транзистори, термістори, силові випрямлячі струму, тиристори; сонячні фотоелементи, що використовуються у космічних кораблях тощо). Оскільки Кремній прозорий для променів із довжиною хвилі від 1 до 9 мкм, його застосовують в інфрачервоній оптиці,

Кремній має різноманітні і всі області застосування, що розширюються. У металургії Кремній використовується видалення розчиненого в розплавлених металах кисню (розкислення). Кремній є складовою великої кількості сплавів заліза та кольорових металів. Зазвичай Кремній надає сплавам підвищеної стійкості до корозії, покращує їх ливарні властивості та підвищує механічну міцність; проте при більшому змісті Кремній може викликати крихкість. Найбільше значення мають залізні, мідні та алюмінієві сплави, що містять кремній. Дедалі більше Кремнію йде синтез кремнійорганічних сполук і силіцидів. Кремнезем та багато силікатів (глини, польові шпати, слюди, тальки тощо) переробляються скляною, цементною, керамічною, електротехнічною та іншими галузями промисловості.

Кремній в організмі знаходиться у вигляді різних сполук, що беруть участь головним чином у освіті твердих скелетних частин і тканин. Особливо багато Кремнію можуть накопичувати деякі морські рослини (наприклад, діатомові водорості) та тварини (наприклад, кремнерогові губки, радіолярії), що утворюють при відмиранні на дні океану потужні відкладення оксиду кремнію (IV). У холодних морях та озерах переважають біогенні мули, збагачені Кремнієм, у тропіч. морях - вапняні мули з низьким вмістом Кремнію. Серед наземних рослин багато Кремнію накопичують злаки, осоки, пальми, хвощі. У хребетних тварин вміст оксиду кремнію (IV) у зольних речовин 0,1-0,5%. У найбільших кількостях кремній виявлений у щільній сполучній тканині, нирках, підшлунковій залозі. У добовому раціоні людини міститься до 1 г Кремнію. При високому вмісті в повітрі пилу оксиду кремнію (IV) вона потрапляє в легені людини і викликає захворювання - силікоз.

Кремній в організмі.Кремній в організмі знаходиться у вигляді різних сполук, що беруть участь головним чином у освіті твердих скелетних частин і тканин. Особливо багато Кремнію можуть накопичувати деякі морські рослини (наприклад, діатомові водорості) та тварини (наприклад, кремнерогові губки, радіолярії), що утворюють при відмиранні на дні океану потужні відкладення оксиду кремнію (IV). У холодних морях та озерах переважають біогенні мули, збагачені Кремнієм, у тропіч. морях - вапняні мули з низьким вмістом Кремнію. Серед наземних рослин багато Кремнію накопичують злаки, осоки, пальми, хвощі. У хребетних тварин вміст оксиду кремнію (IV) у зольних речовин 0,1-0,5%. У найбільших кількостях кремній виявлений у щільній сполучній тканині, нирках, підшлунковій залозі. У добовому раціоні людини міститься до 1 г Кремнію. При високому вмісті в повітрі пилу оксиду кремнію (IV) вона потрапляє у легені людини та викликає захворювання – силікоз.

Кремній- дуже рідкісний мінеральний вид із класу самородних елементів. Насправді це дивно, як рідко хімічний елемент кремній, що становить у зв'язаному вигляді не менше 27,6% земної кори, зустрічається в природі в чистому вигляді. Але кремній міцно зв'язується з киснем і майже завжди знаходиться у вигляді кремнезему - діоксиду кремнію, SiO 2 (родина кварцу) або у складі силікатів (SiO 4 4-). Самородний кремній як мінерал був знайдений у продуктах вулканічних випарів та як найдрібніші включення у самородному золоті.

Дивіться також:

СТРУКТУРА

Кристалічна решітка кремнію кубічна гранецентрована типу алмазу, параметр а = 0,54307 нм (при високих тисках отримані інші поліморфні модифікації кремнію), але через більшу довжину зв'язку між атомами Si-Si порівняно з довжиною зв'язку С-С твердість кремнію значно менше, ніж алмазу. Має об'ємну структуру. Ядра атомів разом з електронами на внутрішніх оболонках мають позитивний заряд 4, який врівноважується негативними зарядами чотирьох електронів на зовнішній оболонці. Разом з електронами сусідніх атомів вони утворюють ковалентні зв'язки на кристалічній решітці. Таким чином, на зовнішній оболонці знаходяться чотири свої електрони і чотири електрони, запозичені у чотирьох сусідніх атомів. При температурі абсолютного нуля всі електрони зовнішніх оболонок беруть участь у ковалентних зв'язках. При цьому кремній є ідеальним ізолятором, тому що не має вільних електронів, що створюють провідність.

ВЛАСТИВОСТІ

Кремній крихкий, тільки при нагріванні вище 800 ° C він стає пластичною речовиною. Він прозорий для інфрачервоного випромінювання, починаючи з довжини хвилі 1,1 мкм. Власна концентрація носіїв заряду - 5,81·10 15 м -3 (для температури 300 K). Температура плавлення 1415 °C, температура кипіння 2680 °C, щільність 2,33 г/см 3 . Має напівпровідникові властивості, його опір знижується при підвищенні температури.

Аморфний кремній – порошок бурого кольору на основі сильно упорядкованої алмазоподібної структури. Має більшу реакційну здатність, ніж кристалічний кремній.

МОРФОЛОГІЯ

Найчастіше у природі кремній зустрічається як кремнезема - сполук з урахуванням діоксиду кремнію (IV) SiO 2 (близько 12 % маси земної кори). Основні мінерали та гірські породи, що утворюються діоксидом кремнію, - це пісок (річковий та кварцовий), кварц та кварцити, кремінь, польові шпати. Другу за поширеністю в природі групу сполук кремнію складають силікати та алюмосилікати.

Відзначено поодинокі факти знаходження чистого кремнію у самородному вигляді.

ПОХОДЖЕННЯ

Зміст кремнію в земній корі становить за різними даними 27,6-29,5% за масою. Таким чином, за поширеністю в земній корі кремній займає друге місце після кисню. Концентрація у морській воді 3 мг/л. Відзначено поодинокі факти знаходження чистого кремнію в самородному вигляді - найдрібніші включення (наноіндивіди) в йолітах Гарячегорського лужно-габброідного масиву (Кузнецький Алатау, Красноярський край); в Карелії та на Кольському півострові (за мат. вивчення Кольської надглибокої свердловини); мікроскопічні кристали у фумаролах вулканів Толбачик та Кучерявий (Камчатка).

ЗАСТОСУВАННЯ

Надчистий кремній переважно використовується для виробництва одиночних електронних приладів (нелінійні пасивні елементи електричних схем) та однокристальних мікросхем. Чистий кремній, відходи надчистого кремнію, очищений металургійний кремній як кристалічного кремнію є основним сировинним матеріалом для сонячної енергетики.

Монокристалічний кремній - крім електроніки та сонячної енергетики, використовується для виготовлення дзеркал газових лазерів.

Сполуки металів з кремнієм - силіциди - є широко вживаними в промисловості (наприклад, електронної та атомної) матеріалами з широким спектром корисних хімічних, електричних та ядерних властивостей (стійкість до окислення, нейтронів та ін.). Силициди низки елементів є важливими термоелектричними матеріалами.

Сполуки кремнію служать основою для виробництва скла та цементу. Виробництвом скла та цементу займається силікатна промисловість. Вона також випускає силікатну кераміку - цеглу, фарфор, фаянс та вироби з них. Широко відомий силікатний клей, що використовується в будівництві як сикатив, а в піротехніці та в побуті для склеювання паперу. Набули широкого поширення силіконові олії та силікони - матеріали на основі кремнійорганічних сполук.

Технічний кремній знаходить такі застосування:

• сировина для металургійних виробництв: компонент металу (бронзи, силумін);
• розкислювач (при виплавці чавуну та сталей);
• модифікатор властивостей металів або легуючий елемент (наприклад, добавка певної кількості кремнію при виробництві трансформаторних сталей зменшує коерцитивну силу готового продукту) тощо;
• сировину для більш чистого полікристалічного кремнію та очищеного металургійного кремнію (у літературі «umg-Si»);
• сировина для виробництва кремнію органічних матеріалів, силанів;
• іноді кремній технічної чистоти та його сплав із залізом (феросиліцій) використовується для виробництва водню в польових умовах;
• для сонячних батарей;
• антиблок (антиадгезивна добавка) у промисловості пластмас.

Кремній (англ. Silicon) - Si

КЛАСИФІКАЦІЯ

Strunz (8-е видання)	1/B.05-10
Nickel-Strunz (десяте видання)	1.CB.15
Dana (7-е видання)	1.3.6.1
Dana (8-е видання)	1.3.7.1
Hey's CIM Ref.	1.28