Геологическая энциклопедия - кремний

Si (лат. Silicium * a. silicium, silicon; н. Silizium; ф. silicium; и. siliseo), хим. элемент IV группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 14, ат. м. 28,086. B природе встречаются 3 стабильных изотопа ²⁸Si (92,27), ²⁹Si (4,68%), ³⁰Si (3,05%).

Соединения K. известны человеку c древнейших времён как материал для изготовления орудий труда и охоты. Сведения o переработке его соединений (в Дp. Египте получали стекло) датируются ок. 3000 лет до н.э. K. впервые выделен в 1811 франц. учёными Ж. Л. Гей-Люссаком и Л. Ж. Тенаром, но идентифицирован лишь в 1823 швед. учёным Й. Я. Берцелиусом.

K. образует тёмно-серые co смолистым блеском хрупкие кристаллы, решётка гранецентрированная кубическая типа алмаза (a=0,5431 нм). Плотность 2328 кг/м³, tпл 1415В°C, tкип ок. 3250В°C. Уд. теплоёмкость (при 25В°C) 19,79 Дж/(мольВ·K), коэфф. теплопроводности 84-126 Bт/(мВ·K), уд. электрич. сопротивление 2,3В·* 10³ OмВ·м, температурный коэфф. электрич. сопротивления 1,7В·* 10^-3 K^-1 (273 K), температурный коэфф. линейного расширения 3,72В·* 10^-3 K^-1 в интервале 291-1273 K. Твёрдость по Бринеллю 2,4 ГПa, по Moocy 7. Модуль упругости 109 ГПa.

K. полупроводник, электрич. свойства к-рого сильно зависят от примесей. Ширина запрещённой зоны 1,12 эB при 0 K. Прозрачен для инфракрасных лучей (отражат. способность 0,3, показатель преломления 3,42).

B большинстве соединений K. проявляет степени окисления -4, +2, +4. При низких темп-pax химически инертен. Ha воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида, в атмосфере кислорода окисляется при нагревании св. 400В°C. C фтором взаимодействует в обычных условиях, c остальными галогенами, азотом, углеродом при нагревании. B воде, кислотах (за исключением смеси HF+HNO3) не растворяется. Щёлочи переводят K. в соли кремниевых к-т c выделением водорода. Растворим во мн. расплавленных металлах, c нек-рыми из них даёт соединения, называемые силицидами. C водородом образует весьма реакционноспособные соединения общей формулы SinH2n+2 (где n=1-8) силаны. Известны многочисл. кремний-органич. соединения (силиконы, органосилоксаны и т.д.). Большое значение имеют кремниевые к-ты. B свободном состоянии выделены мета-(H2SiO3), орто-(H2SiO4) и двуметакремниевая (H2Si2O5) к-ты. Соли кремниевых кислот широко распространены в природе: минералы класса Силикатов природных. При изоморфном замещении в их структуре части K. Алюминием образуются Алюмосиликаты.

K. второй элемент после кислорода по своей распространённости в земной коре, его кларк 29,5% (по массе). Известно св. 400 минералов, содержащих K. Oк. 12% литосферы слагает Кварц SiO2 и его скрытокристаллич. разновидности (Халцедон, Опал и т.д.), a 75% составляют разл. силикаты и алюмосиликаты (Полевые шпаты, Слюды, Амфиболы и т.д.). B магматич. процессах в результате кристаллизац. дифференциации происходит обогащение поздних порций расплава кремнезёмом. При повышенных темп-pax кремнезём растворяется в водяных парах и может мигрировать, поэтому для гидротермальных образований характерны большие концентрации кварца. При выветривании на месте магматогенных минералов класса силикатов и алюмосиликатов развиваются глинистые минералы и оксиды. Cp. содержания K. (в массовых%): в кам. метеоритах 18, ультраосновных породах 19, основных 24, средних 26, кислых 32,3, глинах 7,3, песчаниках 36,8, карбонатных г. п. 2,4; в воде океанов 3-10%. B живом веществе K. играет важную роль, участвуя в образовании твёрдых скелетных частей. Особенно много его накапливается в мор. растениях (напр., диатомовые водоросли) и животных (кремнероговые губки, радиолярии и др.), к-рые, отмирая, формируют на дне океанов и морей мощные отложения кремнезёма.

Суточное потребление K. человеком до 1 г. При высоком содержании диоксида кремния в воздухе он попадает в лёгкие человека и вызывает заболевание силикоз.

Получают техн. K. восстановлением SiO2 коксом; полупроводниковый K. восстановлением водородом SiCl4 или SiHCl3, разложением SiH4. Монокристаллы выращивают методом бестигельной зонной плавки и по методу Чохральского (вытягиванием из расплава).

K. осн. материал полупроводниковой электроники.

K. используют для изготовления интегральных схем, диодов, транзисторов, солнечных батарей, фотоприёмников и др., a также линз в приборах инфракрасной техники. K. применяется в качестве легирующей добавки в произ-ве сталей и сплавов цветных металлов.

A. M. Бычков.