Производством материалов из соединений кремния занимается силикатная промышленность. Основные направления – изготовление стекла, цемента и керамики.
Кремний образует сложные вещества:
- оксиды SiO и SiO2;
- простые соли – хлорид (SiCl4), нитрид (Si3N4), карбид SiC, силициды (Mg2Si, CsSi8, Cu8Si);
- кислородные соли (Na2SiO3).
Взаимодействуя с углеродом, кремний образует карборунд или карбид. Это вещество близкое по твёрдости алмазу. В промышленности используются силикаты – соли кремниевых кислот. Кремниевые кислоты весьма слабые и неустойчивые. Водород легко вытесняется металлами. В результате образуются прочные кристаллические вещества.
Из кислот кремний реагирует только с плавиковой кислотой HF. Кроме того, элемент не реагирует непосредственно с водородом. Гидроксид Si(OH)4 в свободном виде неустойчив и быстро превращается в кислоту за счёт потери воды.
Виды производства
Кремний используют в составе песка (SiO2), глины и других природных материалов для изготовления прочных материалов – цемента, стекла, керамики. В таблице кратко описаны изготовление и использование материалов.
|
Материал |
Сырьё |
Использование |
|
Стекло (Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2) |
Сода, известняк, белый песок. Сырьё спекают в специальных печах. Процесс состоит из трёх этапов: – SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2↑; – SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2↑; – Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 → Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2. Могут добавляться дополнительные соединения для придания прочности или, наоборот, пластичности и хрупкости. Например, поташ К2СО3, добавленный вместо соды, делает стекло жаропрочным. Добавление оксидов придаёт стеклу окраску: CoO – синюю, Cr2O3 – зелёную, MnO2 – красную |
Изготовление стеклянных листов для окон, нитей для оптоволокна, посуды |
|
Керамика |
Глина, состоящая из кристаллов каолинита Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2Н2О. Сначала глину готовят для формовки, смешивая её с водой. Затем придают форму изделиям, обсушивают и обжигают |
Производство кафеля, кирпичей, посуды |
|
Цемент |
Глина, известняк. Получившуюся после спекания массу размалывают в порошок, который при смешивании с водой образует цемент |
Изготовление строительного материала – щебня, бетона, железобетона |
Кремний используется в производстве фотоэлементов, транзисторов, диодов, микросхем. Элемент добавляют при производстве стали для повышения прочности.
Что мы узнали?
Из урока химии 9 класса узнали об особенностях кремния и его соединений, а также о производстве материалов на основе кремния. Кремний в природе находится в составе песка, глины, известняка. Эти природные материалы используются в качестве сырья для изготовления стекла, цемента, керамики. Кремний также применяется в производстве электроники и электротехники.
