Введение

В вашей квартире ремонт, и необходимо купить керамическую плитку. В магазине, долго перебирая различные варианты форм и расцветок, вы нашли подходящую и, направляясь к кассе, мельком взглянули на ту часть упаковки с плиткой, где написан ее состав. Почти все ингредиенты знакомы, но один из них вызвал у вас удивление - оксид кремния. Естественно, вы захотите узнать о нем побольше. Сегодня я постараюсь удовлетворить ваш интерес.

Определение

Кремний имеет переменную валентность, и из-за этого в химии известно два его соединения с кислородом. Сегодня мы рассмотрим высший оксид кремния, в котором последний имеет валентность IV.

Название

В разных источниках его могут обозвать диоксидом кремния, кремнезёмом или оксидом силиция.

Свойства

Он является кислотным оксидом, которому присущи твердость и прочность. Если нагреть его и любую щелочь/основный оксид, то они будут взаимодействовать друг с другом. Это соединение кремния - стеклообразующее, т. е. из него может получиться переохлажденный расплав - стекло.

Также (в чистом виде) он не пропускает электрический ток (является диэлектриком). У оксида кремния атомная кристаллическая решетка. Он является стойким к воздействию кислот, однако исключение составляют плавиковая и газообразный фтороводород. Продукты реакции с последним - фторид кремния и вода. Если же второй реагент - раствор фтороводорода, то ее продуктами будут гексафторкремниевая кислота и та же вода. Если оксид кремния (IV) сплавить с щелочью/основным оксидом/карбонатом любого активного металла, продуктом реакции станет соль кремниевых кислот - силикат, из них растворимы только силикаты калия и натрия. Продукты взаимодействия любого из последних с водой носят название жидкого стекла. У них сильно щелочная среда, причина этому - гидролиз. Гидролизованные силикаты образуют не истинные, а коллоидные растворы. Если растворы силикатов калия или натрия немного окислить, произойдет выпадение студенистого белого осадка, который составляют гидратированные кремниевые кислоты.

Получение

В промышленности оксид кремния получают, нагревая кремний в кислородной среде. Он окисляется и образует искомый продукт. Также его добывают при помощи термического оксидирования. В лаборатории оксид кремния получают при действии любых кислот на растворимый силикат, для этого подходит даже слабая уксусная. К примеру, если соединить ее и силикат натрия, продуктом реакции станет ацетат натрия и кремниевая кислота. Тут же произойдет разложение последней, и продуктами ее распада станут вода и искомый оксид.

Применение

С помощью оксида кремния производят стекло, керамику, абразивы, бетонные изделия, а также получают сам кремний. Еще он выполняет роль наполнителя в отрасли производства резины. Кристаллы аморфной модификации оксида кремния - кварцевого стекла - имеют пьезоэлектрические свойства, и этим пользуются создатели радиотехники, ультразвуковых установок и зажигалок. Силикаты и кремнезёмы - почти 90% массы литосферы. Также оксид кремния известен как пищевая добавка E551. Это его аморфная непористая разновидность. Она предотвращает слеживание и комкование пищи, в фармацевтике используется как вспомогательное вещество и лекарственный препарат-энтеросорбент. Пленки данного оксида служат изолятором, когда производят микросхемы и другие электронные компоненты. Также с их помощью создают волоконно-оптические кабели. А нагревательные элементы электронной сигареты были бы невозможны без кремнезёмной нити.

Заключение

Вот как широко используется данный оксид. И чтобы увидеть его, не нужно бежать в магазин и любопытства ради рассматривать цемент и бетон. Природный оксид кремния находится у нас под ногами - это обыкновенный песок. Оказывается, и он может быть полезным.

Изобретение направлено на получение кремния из его оксида в виде сплава кремния с железом путем восстановления твердым углеродом оксидов кремния и железа из сыпучей шихты с низким содержанием кремнезема при температурах, незначительно превышающих температуру плавления кремния. Способ включает формирование реакционного объема печи на основе фторида натрия, создание рудно-термического режима плавки в реакционном объеме, загрузку в реакционной объем шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, плавку шихты при 1450 - 1550°С и удаление продукта плавки из реакционного объема. В качестве углеродистого восстановителя используют графитовые отходы футеровки алюминиевых электролизеров. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к получению кремния из его оксида, и может быть использовано для производства ферросилиция. Известна реакция восстановления оксида кремния углеродом:

SiO 2 +2C--->Si+2CO {1}

По данным работ и изменение термодинамического потенциала Гиббса может быть рассчитано по уравнению:

G 0 T = 697390-359,07T,

Отсюда G 0 T = 0, а Kр = 1 при 1943 K (1670 o C). Это означает, что теоретически для начала восстановления кремнезема твердым углеродом по реакции {1} требуется температура 1670 o C. Известен электротермический способ получения кремния в виде его соединения с углеродом (карбида кремния) путем восстановления оксида кремния углеродом в мощных электрических печах . В известном способе шихта для получения карбида кремния состоит из оксида кремния в виде кварцевого песка и нефтяного кокса. Восстановление оксида кремния углеродом кокса осуществляют при температурах 2200-2500 o C, при этом нагревательным элементом печи является керн, выполненный из крупнокускового углеродистого материала. При восстановлении SiO 2 углеродом карбид кремния в качестве целевого продукта образуется в твердом виде по реакции:

SiO 2 +3C--->SiC+2CO {2}

G 0 T = 555615-322,11T кал,

Отсюда G 0 T = 0, а Kр = 1 при 1725 K (1452 o C). Недостатком известного способа получения кремния в виде карбида кремния является высокая температура процесса. Известен электротермический способ получения кремния в виде его сплава с алюминием (силикоалюминия) путем совместного восстановления углеродом оксидов кремния и алюминия . В известном способе шихта для получения силикоалюминия состоит из кварцита (SiO 2), глинозема (Al 2 O 3) и муллита (3Al 2 O 3 2SiO 2), в качестве восстановителя используют газовый уголь и нефтяной кокс. Восстановление муллита описывается уравнением:

2/13(3Al 2 O 3 2SiO 2)+ 2C--->4/13Si+12/13Al+2CO {3}

G 0 T = 810828-365,1T кал,

Отсюда G 0 T = 0, а Kр = 1 при 2221 K (1947 o C). Недостатком электротермического способа получения кремния в виде силикоалюминия является высокая температура процесса и связанная с этим необходимость использования рудовосстановительных печей. Известен способ получения металлов и сплавов, в том числе кремния в виде его сплава с железом, выбранный в качестве ближайшего аналога. (Патент РФ N 2130500, C 22 B 5/10, 1999 г.). Способ включает формирование реакционного объема печи на основе галогенида щелочного металла, создание руднотермического режима плавки в реакционном объеме печи, загрузку в реакционный объем шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, восстановительную плавку шихты и удаление продукта плавки из реакционного объема. Задачей изобретения является получение кремния из его оксида в виде сплава кремния с железом (ферросилиция), путем восстановления твердым углеродом оксидов кремния и железа из сыпучей шихты с низким содержанием кремнезема и высоким содержанием глинозема при температурах, незначительно превышающих температуру плавления кремния. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кремния из его оксида, включающем формирование реакционного объема печи на основе галогенида щелочного металла, создание руднотермичекого режима плавки в реакционном объеме печи, загрузку в реакционный объем печи шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, востановительную плавку шихты и удаление продукта плавки из реакционного объема, в качестве галогенида щелочного металла используют фторид натрия, а плавку ведут при температуре 1450-1550 o C, при этом в качестве восстановителя используют графитовые отходы футеровки алюминиевых электролизеров. Способ осуществляется следующим образом. В ванну рудовосстановительной электропечи, футерованную углеродистой массой или представляющую водоохлаждаемый металлический кожух, загружают фторид натрия, расплавляют его в дуговом режиме и в руднотермическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния. Затем в ванну печи загружают сыпучую шихту, содержащую оксиды кремния и железа (содержание глинозема может достигать нескольких процентов). После этого в ванну печи загружают стехиометрическое количество углеродистого восстановителя. Твердый углерод, плавающий на поверхности расплава, восстанавливает растворенные в расплаве фторида натрия оксиды кремния и железа, при этом образующийся металлический сплав опускается на подину печи. Цикл загрузка шихты в расплав - восстановление многократно повторяется, при этом образующийся ферросилиций остается в печи (плавка на блок), либо удаляется через выпускное отверстие печи. Использование фторида натрия, имеющего температуру плавления 996 o C, объясняется тем, что его плотность в расплавленном виде составляет 1,961 г/см 3 . Кремний, имеющий плотность 2,42 г/см 3 , восстанавливаясь из кремнезема, растворенного во фториде натрия, опускается на подину печи. (Попытки восстановления кремния из его оксида, растворенного в расплаве плавикового шпата CaF 2 , приводили к тому, что восстановленный кремний всплывал на поверхность расплава фторида кальция, имеющего плотность 2,599 г/см 3 , и окислялся - сгорал). Пример осуществления предлагаемого способа. В опыте использовалась дуговая электропечь РКЗ-2ФС-Н1, имеющая ванну диаметром 1435 мм, футерованную графитом и оборудованную выпускным отверстием в средней части кожуха. Подача напряжения на печь осуществлялась через три графитовых электрода диаметром 150 мм, запитанных на трехфазный трансформатор мощностью 2000 кВА. В ванну печи загрузили фторид натрия (содержание NaF - 80%) в количестве 1000 кг и 50 кг металлизованных окатышей для розжига дуги. Фторид натрия расплавили в дуговом режиме и в руднотермическом режиме довели до жидкотекучего состояния. Высота расплава фторида натрия составила 180 мм. По достижении расплавом температуры 1370 o C, в расплав загрузили 1000 кг руды крупностью 0,1-5,0 мм следующего химического состава (%): SiO 2 - 70,3; Al 2 O 3 - 4,46; CaO - 4,39; Fe 2 O 3 - 3,52; MgO - 0,84; V 2 O 3 - 0,67; Pb - 0,05; Zn - 0,05; Cu - 0,03; C орг - 7,64; S общ - 1,12. По достижении расплавом температуры 1550 o C в расплав загрузили 500 кг прокатной окалины крупностью 5-20 мм, практически целиком состоящей из оксида железа FeO. В качестве восстановителя использовался металлургический кокс крупностью 10-50 мм, содержащий 80% углерода, в количестве 300 кг. Процесс восстановления фиксировался по горению оксида углерода над ванной печи. Продолжительность плавки с начала загрузки шихты составила 4 час. 20 мин, после чего металл и шлак через выпускное отверстие печи перелили в шлаковню.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения кремния из его оксида, включающий формирование реакционного объема печи на основе галогена щелочного металла, создание рудно-термического режима плавки в реакционном объеме электропечи, загрузку в реакционный объем шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, восстановительную плавку шихты и удаление продукта плавки из реакционного объема, отличающийся тем, что в качестве галогенида щелочного металла используют фторид натрия, а плавку ведут при 1450 - 1550 o C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют графитовые отходы футеровки алюминиевых электролизеров.

Процессор? Песок? А какие у вас с этим словом ассоциации? А может Кремниевая долина?
Как бы там ни было, с кремнием мы сталкиваемся каждый день и если вам интересно узнать что такое Si и с чем его едят, прошу под кат.

Введение

Будучи студентом, одного из московских вузов, с специальностью «Наноматериалы», я хотел познакомить тебя, дорогой читатель, с самыми важными химическими элементами нашей планеты. Я долго выбирал с чего начать, углерод или кремний, и все таки решил остановиться именно на Si, потому что сердце любого современного гаджета основано именно на нем, если можно так выразиться конечно. Излагать мысли постараюсь предельно просто и доступно, написав этот материал я рассчитывал, в основном на новичков, но и более продвинутые люди смогут почерпнуть что-то интересное, так же хотелось бы сказать, что статья написана исключительно для расширения кругозора заинтересовавшихся. И так приступим.

Silicium

Кремний (лат. Silicium), Si, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 14, атомная масса 28,086.
В природе элемент представлен тремя стабильными изотопами: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%).
Плотность (при н.у.) 2,33 г/см?
Температура плавления 1688 K


Порошковый Si

Историческая справка

Соединения Кремния, широко распространенные на земле, были известны человеку с каменного века. Использование каменных орудий для труда и охоты продолжалось несколько тысячелетий. Применение соединений Кремния, связанное с их переработкой, - изготовление стекла - началось около 3000 лет до н. э. (в Древнем Египте). Раньше других известное соединение Кремния - оксид SiO2 (кремнезем). В 18 веке кремнезем считали простым телом и относили к «землям» (что и отражено в его названии). Сложность состава кремнезема установил И. Я. Берцелиус. Он же впервые, в 1825, получил элементарный Кремний из фтористого кремния SiF4, восстанавливая последний металлическим калием. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex - кремень). Русское название ввел Г. И. Гесс в 1834.

Кремний очень распространен в природе в составе обыкновенного песка

Распространение Кремния в природе

По распространенности в земной коре Кремний - второй (после кислорода) элемент, его среднее содержание в литосфере 29,5% (по массе). В земной коре Кремний играет такую же первостепенную роль, как углерод в животном и растительном мире. Для геохимии Кремния важна исключительно прочная связь его с кислородом. Около 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 в форме минерала кварца и его разновидностей. 75% литосферы слагают различные силикаты и алюмосиликаты (полевые шпаты, слюды, амфиболы и т. д.). Общее число минералов, содержащих кремнезем, превышает 400.

Физические свойства Кремния

Думаю тут останавливаться особо не стоит, все физические свойства имеются в свободном доступе, а я же перечислю самые основные.
Температура кипения 2600 °С
Кремний прозрачен для длинноволновых ИК-лучей
Диэлектрическая проницаемость 11,7
Твердость Кремния по Моосу 7,0
Хотелось бы сказать, что кремний хрупкий материал, заметная пластическая деформация начинается при температуре выше 800°С.
Кремний - полупроводник, именно поэтому он находить большое применение. Электрические свойства кремния очень сильно зависят от примесей.

Химические свойства Кремния

Тут много конечно можно сказать, но остановлюсь на самом интересном. В соединениях Si (аналогично углероду) 4-валентен.
На воздухе кремний благодаря образованию защитной оксидной пленки устойчив даже при повышенных температурах. В кислороде окисляется начиная с 400 °С, образуя оксид кремния (IV) SiO2.
Кремний устойчив к кислотам и растворяется только в смеси азотной и фтористоводородной кислот, легко растворяется в горячих растворах щелочей с выделением водорода.
Кремний образует 2 группы кислородсодержащих силанов - силоксаны и силоксены. С азотом Кремний реагирует при температуре выше 1000 °С, Важное практическое значение имеет нитрид Si3N4, не окисляющийся на воздухе даже при 1200 °С, стойкий по отношению к кислотам (кроме азотной) и щелочам, а также к расплавленным металлам и шлакам, что делает его ценным материалом для химической промышленности, а так же для производства огнеупоров. Высокой твердостью, а также термической и химической стойкостью отличаются соединения Кремния с углеродом (карбид кремния SiC) и с бором (SiB3, SiB6, SiB12).

Получение Кремния

Я думаю это самая интересная часть, тут остановимся поподробнее.
В зависимости от предназначения различают:
1. Кремний электронного качества (т. н. «электронный кремний») - наиболее качественный кремний с содержанием кремния свыше 99,999 % по весу, удельное электрическое сопротивление кремния электронного качества может находиться в интервале примерно от 0,001 до 150 Ом см, но при этом величина сопротивления должна быть обеспечена исключительно заданной примесью т. е. попадание в кристалл других примесей, хотя бы и обеспечивающих заданное удельное электрическое сопротивление, как правило, недопустимо.
2. Кремний солнечного качества (т. н. «солнечный кремний») - кремний с содержанием кремния свыше 99,99 % по весу, используемый для производства фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей).


3. Технический кремний - блоки кремния поликристаллической структуры, полученного методом карботермического восстановления из чистого кварцевого песка; содержит 98 % кремния, основная примесь - углерод, отличается высоким содержанием легирующих элементов - бора, фосфора, алюминия; в основном используется для получения поликристаллического кремния.

Кремний технической чистоты (95-98%) получают в электрической дуге восстановлением кремнезема SiO2 между графитовыми электродами. В связи с развитием полупроводниковой техники разработаны методы получения чистого и особо чистого кремния. Это требует предварительного синтеза чистейших исходных соединений кремния, из которых кремний извлекают путем восстановления или термического разложения.
Поликристаллический кремний («поликремний») - наиболее чистая форма промышленно производимого кремния - полуфабрикат, получаемый очисткой технического кремния хлоридными и фторидными методами и используемый для производства моно- и мультикристаллического кремния.
Традиционно поликристаллический кремний получают из технического кремния путём перевода его в летучие силаны (моносилан, хлорсиланы, фторсиланы) с последующими разделением образующихся силанов, ректификационной очисткой выбранного силана и восстановлением силана до металлического кремния.
Чистый полупроводниковый кремний получают в двух видах: поликристаллический (восстановлением SiCl4 или SiHCl3 цинком или водородом, термическим разложением SiI4 и SiH4) и монокристаллический (бестигельной зонной плавкой и «вытягиванием» монокристалла из расплавленного кремния - метод Чохральского).

Тут можно увидеть процесс выращивания кремния, методом Чохральского.

Метод Чохральского - метод выращивания кристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла (или нескольких кристаллов) заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.

Применение Кремния

Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, тиристоры; солнечные фотоэлементы, используемые в космических кораблях, а так же много всякой всячины).
Поскольку кремний прозрачен для лучей с длиной волны от 1 до 9 мкм, его применяют в инфракрасной оптике.
Кремний имеет разнообразные и все расширяющиеся области применения. В металлургии Si
используется для удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода (раскисления).
Кремний является составной частью большого числа сплавов железа и цветных металлов.
Обычно Кремний придает сплавам повышенную устойчивость к коррозии, улучшает их литейные свойства и повышает механическую прочность; однако при большем его содержании Кремний может вызвать хрупкость.
Наибольшее значение имеют железные, медные и алюминиевые сплавы, содержащие rремний.
Кремнезем перерабатываются стекольной, цементной, керамической, электротехнической и других отраслями промышленности.
Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (например процессор твоего компьютера) и однокристальных микросхем.
Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде кристаллического кремния являются основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.
Монокристаллический кремний - помимо электроники и солнечной энергетики используется для изготовления зеркал газовых лазеров.

Сверхчистый кремний и продукт его производства

Кремний в организме

Кремний в организме находится в виде различных соединений, участвующих главным образом в образовании твердых скелетных частей и тканей. Особенно много кремния могут накапливать некоторые морские растения (например, диатомовые водоросли) и животные (например, кремнероговые губки, радиолярии), образующие при отмирании на дне океана мощные отложения оксида кремния (IV). В холодных морях и озерах преобладают биогенные илы, обогащенные кремнием, в тропических морях - известковые илы с низким содержанием кремния. Среди наземных растений много кремния накапливают злаки, осоки, пальмы, хвощи. У позвоночных животных содержание оксида кремния (IV) в зольных веществах 0,1-0,5%. В наибольших количествах кремний обнаружен в плотной соединительной ткани, почках, поджелудочной железе. В суточном рационе человека содержится до 1 г кремния. При высоком содержании в воздухе пыли оксида кремния (IV) она попадает в легкие человека и вызывает заболевание - силикоз.

Заключение

Ну вот и все, если вы дочитали до конца и немного вникли, то вы на шаг ближе к успеху. Надеюсь писал я не зря и пост понравился хоть кому-то. Спасибо за внимание.

Кремний открыл и получил в 1823 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.

Второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода (27,6% по массе). Встречается в соединениях.

Строениеатома кремния в основном состоянии 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Строение атома кремния в возбуждённомсостоянии 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Степени окисления: +4, -4.

Аллотропия кремния

Известен аморфный и кристаллический кремний.

Поликристаллический кремний

Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см 3 , t°пл. =1415°C; t°кип. = 2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи. Инертен.

Аморфный - бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см 3 , более реакционноспособен.

Получение кремния

1) Промышленность – нагревание угля с песком:

2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO

2) Лаборатория – нагревание песка с магнием :

2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Опыт

Химические свойства

Типичный неметалл, инертен.

Как восстановитель:

1) С кислородом

Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2

2) С фтором (без нагревания)

Si 0 + 2F 2 →SiF 4 ­

3) С углеродом

Si 0 + C t ˚ → Si +4 C

(SiC - карборунд - твёрдый; используется для точки и шлифовки)

4) С водородом не взаимодействует.

Силан (SiH 4) получают разложением силицидов металлов кислотой:

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 ­ + 2MgSO 4

5) С кислотами не реагирует (т олько с плавиковой кислотой Si +4 HF = SiF 4 +2 H 2 )

Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO 3 + 18HF →3H 2 + 4NO­ + 8H 2 O

6) Со щелочами (при нагревании):

Как окислитель:

7) С металлами (образуются силициды):

Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4

Кремний широко используется в электронике как полупроводник. Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость. Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности.
Кремний в технике
Применение кремния и его соединений

Силан - SiH 4

Физические свойства: Бесцветный газ, ядовит, t°пл. = -185°C, t°кип. = -112°C.

Получение кремниевой кислоты

Действие сильных кислот на силикаты - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

Химические свойства:

При нагревании разлагается: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

Соли кремниевой кислоты - силикаты .

1) с кислотами

Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3

2) с солями

Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓

3) Силикаты, входящие в состав минералов, в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV) - выветривание горных пород:

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2)(полевой шпат) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(каолинит (глина)) + 4SiO 2 (кремнезём (песок)) + K 2 CO 3

Применение соединений кремния

Природные соединения кремния - песок (SiO 2) и силикаты используются для производства керамики, стекла и цемента.

Керамика
Фарфор = каолин+ глина + кварц + полевой шпат. Родина фарфора – Китай, где фарфор известен уже в 220г. В 1746 г – налажено производство фарфора в России	Фаянс - от названия итальянского города Фаэнца. Где в 14-15веках было развито керамическое ремесленничество. Фаянс – отличается от фарфора большим содержанием глины (85%), более низкой температурой обжига.

Оксид кремния (II)

Монооксид кремния получают обычно при нагревании SiO 2 или силикатов с такими восстановителями, как водород, кремний или уголь, до температуры свыше ~1100°С в вакууме; при этом лучший выход достигается при использования кремния в качестве восстановителя. Образующийся газообразный мономерный SiO конденсируется в полимерной форме на частях реакционного прибора, которые нагреты не выше 400°С - температуры диспропорционирования SiO. На более горячих частях прибора осаждается бурая смесь из кремния и SiO 2 , которые являются продуктами диспропорционирования.

Si + SiO 2 > SiO

Тесную смесь тонкоизмельченного кремния (>98,5% кремния) с прокаленным и тонкоизмельченным кварцем наивысшей чистоты (целесообразно спрессовать в таблетки) помещают в закрытую с одной стороны трубку из пифагоровой массы или спеченного корунда (ближе к закрытому концу). Трубка присоединена к высоковакуумному насосу. В трубке создают вакуум 10 -3 --10 -4 мм рт. ст., а затем медленно нагревают закрытый конец трубки в электрической печи приблизительно до 1250°С, примерно через 4 ч процесс заканчивается. В той части трубки, которая во время нагревания имела более низкую температуру, находится SiO в виде черной хрупкой массы, а в переходной зоне трубки, имевшей в процессе нагревания температуру 400 - 700°С, - объемистая бурая смесь SiO 2 и кремния. SiO легко отделяется от стенок трубки с помощью шпателя из нержавеющей стали. Окисление SiO на воздухе обычно начинается уже при ~1000°С (хотя он может самопроизвольно тлеть), поэтому трубку после охлаждения следует заполнить азотом или аргоном. Извлечение SiO проводят также в среде инертного газа.

Особенно важно, чтобы нагревающаяся до 400--700°С переходная зона трубки, где образовавшийся SiO снова распадается на кремний и SiO 2 , была как можно короче. Это имеет место в случае использования плохо проводящих тепло керамических трубок. Напротив, в хорошо проводящих тепло металлических трубках, которые тоже рекомендуются для получения SiO, эта переходная зона длиннее, и выход из-за этого чрезвычайно низкий.

Газообразный SiO можно также конденсировать прямо в горячей зоне на охлаждаемом водой «пальце» из железа или меди. При этом он осаждается в волокнистой форме.

Оксид кремния (IV)

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

Na 2 SiO 3 + 2CH 3 COOH > 2CH 3 COONa + H 2 SiO 3

Кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO 2 , выпадающий в осадок.

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400--500°C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO 2 . А также термическим оксидированием при больших температурах.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

В настоящее время ведутся работы по получению диоксида кремния с наибольшим выходом. Опишем, один из новейших экологически безопасный и практически безотходный способ получения высокочистого диоксида кремния сорта белая сажа или аэросил. Этот метод выполняется по следующей схеме:

Схема очистки от примесей кварцевого концентрата.

Расплавленный фторид аммония, который при нормальных условиях представляют собой неагрессивное, твердое, кристаллическое вещество, - более энергичный фторирующий реагент, чем газообразный фтороводород. Достоинством фторида аммония является энергичное взаимодействие его расплава с оксидом кремния, при этом образуется кремнефториды аммония, в частности - гексафторосиликат аммония (NH 4) 2 SiF 6 , который в нормальных условиях является неагрессивным, хорошо растворимым в воде порошком. При нагревании (NH 4) 2 SiF 6 возгоняется без разложения, а при охлаждении десублимируется - данное свойство используется для очистки от примесей кварцевого концентрата.

На стадии осаждения гидратированного оксида кремния используется регенерированная аммиачная вода, которая образуется в результате взаимодействия исходного оксида кремния (кварцевого песка) с фторидом аммония. Таким образом, разработанная фтороаммонийная технология получения оксида кремния является практически безотходной, так как использует реагенты, регенерирующиеся в ходе технологического цикла.