Silicio gamyba ir naudojimas
Silicį galima pagaminti elektrinėse krosnyse redukuojant kvarcą arba smėlį (SiO2) koksu.SiO2 + 2 C Si + 2 CO(d)
Saulės elementų gamybai reikia ypatingai gryno silicio, kurį galima pagaminti redukuojant natriu fosforinių trąšų gamybos šalutinį produktą – Na2SiF6. Tranzistorių ir kitokių puslaidininkinių prietaisų gamybai irgi reikia labai gryno silicio.
Silicio oksidai
Silicis sudaro tik vieną stabilų oksidą – SiO2. Tai kristalinė medžiaga, kurioje kiekvienas Si atomas yra susijungęs su keturiais O atomais, o kiekvienas O atomas – su dviem silicio atomais. Kovalentinės jungtys silicio diokside veikia ne tarp kelių atomų, bet apima milžinišką skaičių Si ir O atomų. SiO2 savo sandara ir savybėmis primena deimantą. Pavyzdžiui kvarcas (viena iš SiO2 formų) yra labai kietas (kietumas Mohs’o skalėje 7), lydosi maždaug 1700°C temperatūroje.
SiO2 yra stiklo ir keraminių medžiagų gamybos žaliava. Labai svarbi silicio junginių klasė – silikatai. Visų silikatų struktūrinis elementas yra teraedro formos SiO44- jonas. SiO44- tetraedrai įvairiausiais būdais gali būti sujungti tarpusavyje. Mineralą asbestą sudaro ilgos šių tetraedrų grandinėlės. Žėrutį sudaro tie patys silikato tetraedrai, bet jau sujungti į dvimatį tinklą.
SiO2 yra silpnai rūgštinis oksidas, lėtai reaguojantis su stipriomis bazėmis ir sudarantis įvairius silikatus, pavyzdžiui Na2SiO3 (natrio metasilikatas) ir Na4SiO4 (natrio ortosilikatas). Natrio silikatai tirpsta vandenyje. Jų tirpalai vadinami skystu stiklu.
Silikatų anijonai yra bazės, todėl parūgštinus sudaro nepatvarias silicio rūgštis, kurios skyla į SiO2. Skilimo produktai, priklausomai nuo tirpalo rūgštumo gali susidaryti koloidinę dispersiją, žele pavidalo nuosėdas arba į kietą medžiagą panašų gelį, kuriame „užrakinamas“ visas vanduo. Visi išvardinti produktai yra silicio rūgščių polimerai, susidarantys atskylant po vieną vandens molekulę nuo dviejų gretimų silicio rūgšties molekulių. Procesą pradeda reakcija SiO44-(aq) + 4 H+(aq) Si(OH)4 po to prasideda polimerizacija.Verta žinoti …
Kodėl silicis nesudaro SiO2 molekulių, panašių į CO2 molekules? Anglis ir silicis yra periodinės sistemos 4A grupės elementai, todėl logiška būtų tikėtis panašių savybių oksidų susidarymo. CO2 molekulėje yra palankios sąlygos C ir O atomų 2p orbitalių persiklojimui šonais. Todėl dvigubos jungties tarp C ir O energija yra didesnė (736 kJ/mol), nei dviejų viengubų jungčių energija (kiekviena po 360 kJ/mol).
Silicis, būdamas trečiojo periodo elementas, galėtų sudaryti dvigubas jungtis, panaudodamas 3p orbitales persiklojimui su deguonies 2p orbitalėmis. Galimybės persikloti šonais 3p orbitalėms su 2p orbitalėmis yra gana ribotos. Tai rodo jungčių energijos. Sudaryti keturias viengubas Si-O jungtis (jungties energija 464 kJ/mol) yra energetiškai naudingiau, nei dvi dvigubas (jungties energija 640 kJ/mol). Savo ruoštu deguonis turi būti sujungtas su dviem Si atomais, todėl susidaro erdvinis Si-O-Si jungčių tinklas, o ne atskiros molekulės.
Keraminės medžiagos
Hidratuotų silikatinių polimerų susidarymas yra labai svarbus keraminių medžiagų gamybos technologijoje. Tirpale susidaranti koloidinė dispersija vadinama zoliu. Pašalinus dalį skysčio zolis paverčiamas geliu. Iš gelio suformuojamas galutinis produktas – keramika. Zolių – gelių metodas taikomas kai kurių lengvų keraminių medžiagų gamybai.