Monet nykyaikaiset teknologiset laitteet ja laitteet luotiin luonnossa esiintyvien aineiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta. Ihmiskunta modernisoi jatkuvasti omia keksintöjään kokeilemalla ja huolellisesti tutkimalla ympärillämme olevia elementtejä - tätä prosessia kutsutaan tekniseksi edistykseksi. Se perustuu alkeellisiin, kaikkien saatavilla oleviin asioihin, jotka ympäröivät meitä jokapäiväisessä elämässä. Esimerkiksi hiekka: mikä siinä voi olla yllättävää ja epätavallista? Tiedemiehet pystyivät eristämään siitä piitä - kemiallisen alkuaineen, jota ilman tietokonetekniikkaa ei olisi olemassa. Sen käyttöalue on monipuolinen ja laajenee jatkuvasti. Tämä saavutetaan piiatomin ainutlaatuisten ominaisuuksien, sen rakenteen ja yhdisteiden mahdollisuuksien ansiosta muiden yksinkertaisten aineiden kanssa.

Ominaista

D. I. Mendelejevin kehittämässä piitä on merkitty symbolilla Si. Se kuuluu ei-metalleihin, sijaitsee kolmannen jakson neljännessä pääryhmässä, sen atominumero on 14. Sen läheisyys hiileen ei ole sattumaa: niiden ominaisuudet ovat monessa suhteessa vertailukelpoisia. Sitä ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan, koska se on aktiivinen alkuaine ja sillä on melko vahvat sidokset happeen. Pääaine on piidioksidi, joka on oksidi, ja silikaatit (hiekka). Samaan aikaan pii (sen luonnolliset yhdisteet) on yksi yleisimmistä kemiallisista alkuaineista maapallolla. Tekijä: valtaosa se on toisella sijalla hapen jälkeen (yli 28 %). Ylempi kerros Maankuori sisältää piitä dioksidin (tämä on kvartsin) muodossa, erilaisia ​​savea ja hiekkaa. Toiseksi yleisin ryhmä ovat sen silikaatit. Noin 35 kilometrin syvyydessä pinnasta on graniitti- ja basalttikerroksia, jotka sisältävät piiyhdisteitä. Maan ytimen pitoisuuden prosenttiosuutta ei ole vielä laskettu, mutta pintaa lähinnä olevat vaipan kerrokset (jopa 900 km) sisältävät silikaatteja. Meriveden koostumuksessa piin pitoisuus on 3 mg / l, 40% koostuu sen yhdisteistä. Ihmiskunnan tähän mennessä tutkimat avaruuden laajuudet sisältävät tätä kemiallista alkuainetta suuria määriä. Esimerkiksi meteoriitit, jotka lähestyivät Maata tutkijoiden ulottuvilla olevalla etäisyydellä, osoittivat, että ne koostuvat 20 prosentista piistä. Tämän elementin pohjalta on olemassa mahdollisuus elämän muodostumiseen galaksissamme.

Tutkimusprosessi

Kemiallisen alkuaineen piin löytämisen historiassa on useita vaiheita. Ihmiskunta on käyttänyt monia Mendelejevin systematoimia aineita vuosisatojen ajan. Samalla alkuaineet olivat luonnollisessa muodossaan, ts. yhdisteissä, joita ei ole käsitelty kemiallisesti, ja kaikki niiden ominaisuudet eivät olleet ihmisten tiedossa. Tutkittaessa kaikkia aineen ominaisuuksia, sille ilmestyi uudet käyttöohjeet. Piin ominaisuuksia ei ole toistaiseksi tutkittu täysin - tämä elementti, jolla on melko laaja ja monipuolinen sovellusalue, jättää tilaa uusille löydöille tuleville tutkijasukupolville. Nykyaikainen teknologia nopeuttaa tätä prosessia merkittävästi. 1800-luvulla monet kuuluisat kemistit yrittivät saada puhdasta piitä. Ensimmäistä kertaa L. Tenar ja J. Gay-Lussac onnistuivat tekemään tämän vuonna 1811, mutta alkuaineen löytö kuuluu J. Berzeliukselle, joka ei vain pystynyt eristämään ainetta, vaan myös kuvailemaan sitä. Ruotsalainen kemisti sai piitä vuonna 1823 käyttämällä kaliummetallia ja kaliumsuolaa. Reaktio tapahtui katalyytin kanssa korkean lämpötilan muodossa. Saatu yksinkertainen harmaanruskea aine oli amorfista piitä. Kiteisen puhtaan alkuaineen hankki vuonna 1855 St. Clair Deville. Eristyksen monimutkaisuus liittyy suoraan atomisidosten korkeaan lujuuteen. Molemmissa tapauksissa kemiallinen reaktio on suunnattu puhdistamiseen epäpuhtauksista, kun taas amorfisella ja kiteisellä mallilla on erilaiset ominaisuudet.

Kemiallisen alkuaineen pii ääntäminen

Tuloksena olevan jauheen etunimeä - kiseliä - ehdotti Berzelius. Isossa-Britanniassa ja Yhdysvalloissa piitä kutsutaan edelleen vain piiksi (Silicium) tai silikoniksi (Silicon). Termi tulee latinan sanasta "flint" (tai "kivi"), ja useimmissa tapauksissa se on sidottu käsitteeseen "maa" sen laajan levinneisyyden vuoksi luonnossa. Tämän kemikaalin venäjänkielinen ääntäminen on erilainen, kaikki riippuu lähteestä. Sitä kutsuttiin piidioksidiksi (Zakharov käytti tätä termiä vuonna 1810), sisiliaksi (1824, Dvigubsky, Solovjov), piidioksidiksi (1825, Strahov), ja vasta vuonna 1834 venäläinen kemisti saksalainen Ivanovitš Hess otti käyttöön edelleenkin käytössä olevan nimen. useimmat lähteet - pii. Siinä on merkitty symbolilla Si. Miten kemiallinen alkuaine pii luetaan? Monet englanninkielisten maiden tutkijat lausuvat sen nimen "si" tai käyttävät sanaa "silikoni". Sieltä tulee laakson maailmankuulu nimi, joka on tietotekniikan tutkimus- ja tuotantopaikka. Venäjänkielinen väestö kutsuu elementtiä piiksi (muinaisen kreikan sanasta "kallio, vuori").

Löytö luonnosta: esiintymät

koko vuoristojärjestelmät koostuvat piiyhdisteistä, joita ei löydy puhtaassa muodossaan, koska kaikki tunnetut mineraalit ovat dioksidia tai silikaatteja (aluminosilikaatteja). Ihmiset käyttävät hämmästyttävän kauniita kiviä koristemateriaalina - näitä ovat opaalit, ametistit, erilaiset kvartsityypit, jaspis, kalsedoni, akaatti, vuorikristalli, karneoli ja monet muut. Ne muodostuivat piin koostumukseen sisällyttämisen vuoksi erilaisia ​​aineita, joka määritti niiden tiheyden, rakenteen, värin ja käyttösuunnan. Koko epäorgaaninen maailma voidaan yhdistää tähän kemialliseen alkuaineeseen, joka on luonnollinen ympäristö muodostaa vahvoja sidoksia metallien ja ei-metallien (sinkki, magnesium, kalsium, mangaani, titaani jne.) kanssa. Muihin aineisiin verrattuna piitä on helposti saatavilla louhintaan teollisessa mittakaavassa: sitä löytyy useimmista malmeista ja mineraaleista. Siksi aktiivisesti kehittyneet esiintymät on sidottu saatavilla oleviin energialähteisiin pikemminkin kuin alueellisiin ainekertymiin. Kvartsiitteja ja kvartsihiekkaa löytyy kaikista maailman maista. Suurimmat piin valmistajat ja toimittajat ovat: Kiina, Norja, Ranska, USA (Länsi-Virginia, Ohio, Alabama, New York), Australia, Etelä-Afrikka, Kanada, Brasilia. Kaikki valmistajat käyttävät erilaisia ​​menetelmiä, jotka riippuvat valmistettavan tuotteen tyypistä (tekninen, puolijohde, korkeataajuinen pii). Kemiallisella alkuaineella, joka on lisäksi rikastettu tai päinvastoin puhdistettu kaikenlaisista epäpuhtauksista, on yksilöllisiä ominaisuuksia, joista sen jatkokäyttö riippuu. Tämä koskee myös tätä ainetta. Piin rakenne määrää sen käyttöalueen.

Käyttöhistoria

Hyvin usein nimien samankaltaisuuden vuoksi ihmiset sekoittavat piin ja piikiven, mutta nämä käsitteet eivät ole identtisiä. Tuodaan selkeyttä. Kuten jo mainittiin, piitä puhtaassa muodossaan ei esiinny luonnossa, mitä ei voida sanoa sen yhdisteistä (sama piidioksidi). Tärkeimmät tarkastelemamme aineen dioksidin muodostamat mineraalit ja kivet ovat hiekka (joki ja kvartsi), kvartsi ja kvartsiitit sekä piikivi. Kaikkien on täytynyt kuulla jälkimmäisestä, koska se on annettu hyvin tärkeä ihmisen kehityksen historiassa. Ensimmäiset työkalut, jotka ihmiset loivat kivikaudella, liittyvät tähän kiveen. Sen terävät reunat, jotka muodostuivat pääkivestä irtautuessaan, helpottivat suuresti muinaisten kotiäitien työtä ja teroitusmahdollisuutta - metsästäjiä ja kalastajia. Flintillä ei ollut metallituotteiden lujuutta, mutta epäonnistuneet työkalut oli helppo vaihtaa uusiin. Sen käyttö piikinä ja teräksenä jatkui vuosisatojen ajan - kunnes vaihtoehtoiset lähteet keksittiin.

Mitä tulee nykyaikaiset realiteetit, piin ominaisuudet mahdollistavat aineen käytön sisustukseen tai keraamisten astioiden luomiseen, kun taas kauniin esteettisen ulkonäön lisäksi sillä on monia erinomaisia ​​toiminnallisia ominaisuuksia. Sen erillinen käyttösuunta liittyy lasin keksimiseen noin 3000 vuotta sitten. Tämä tapahtuma mahdollisti peilien, astioiden, mosaiikkilasimaalausten luomisen piitä sisältävistä yhdisteistä. Alkuperäisen aineen kaavaa täydennettiin tarvittavilla komponenteilla, mikä mahdollisti tuotteelle vaaditun värin ja vaikutti lasin lujuuteen. Ihminen teki hämmästyttävän kauniita ja monipuolisia taideteoksia mineraaleista ja piitä sisältävistä kivistä. Muinaiset tiedemiehet kuvailivat tämän elementin parantavia ominaisuuksia, ja niitä on käytetty koko ihmiskunnan historian ajan. He asettivat kaivoja juomavedelle, ruokakomeroja ruoan varastointiin, joita käytettiin sekä jokapäiväisessä elämässä että lääketieteessä. Hionnan tuloksena saatu jauhe levitettiin haavoille. Erityistä huomiota annettiin veteen, joka infusoitiin piitä sisältävistä yhdisteistä valmistettuihin astioihin. Kemiallinen alkuaine oli vuorovaikutuksessa sen koostumuksen kanssa, mikä mahdollisti useiden patogeenisten bakteerien ja mikro-organismien tuhoamisen. Ja tämä ei ole kaukana kaikista aloista, joilla harkitsemamme aine on erittäin, erittäin kysytty. Piin rakenne määrää sen monipuolisuuden.

Ominaisuudet

Aineen ominaisuuksien yksityiskohtaisempaa tutustumista varten on otettava huomioon kaikki mahdolliset ominaisuudet. Piin kemiallisen alkuaineen karakterisointisuunnitelma sisältää fysikaaliset ominaisuudet, sähköfysikaaliset indikaattorit, yhdisteiden, reaktioiden ja niiden kulkeutumisolosuhteiden tutkimisen jne. Kiteisessä muodossa oleva pii on väriltään tummanharmaa ja metallinhohtoinen. Kasvokeskeinen kuutiohila on samanlainen kuin hiilihila (timantti), mutta pidempien sidosten vuoksi se ei ole niin vahva. Kuumentaminen 800 °C:seen tekee siitä muovia, muissa tapauksissa se jää hauraaksi. Piin fysikaaliset ominaisuudet tekevät tästä aineesta todella ainutlaatuisen: se on läpinäkyvä infrapunasäteily. Sulamispiste - 1410 0 C, kiehumispiste - 2600 0 C, tiheys normaaleissa olosuhteissa - 2330 kg / m3. Lämmönjohtavuus ei ole vakio, eri näytteille se otetaan likimääräisenä arvona 25 0 C. Piiatomin ominaisuudet mahdollistavat sen käytön puolijohteena. Tämä sovellussuunta on kysytyin nykymaailmassa. Piin ja sen kanssa yhdistettyjen alkuaineiden koostumus vaikuttaa sähkönjohtavuuden suuruuteen. Joten elektronisen johtavuuden lisäämiseksi käytetään antimonia, arseenia, fosforia, rei'itettyyn - alumiinia, galliumia, booria, indiumia. Luotaessa laitteita, joissa on pii johtimena, käytetään pintakäsittelyä tietyllä aineella, mikä vaikuttaa laitteen toimintaan.

Piin ominaisuuksia erinomaisena johtimena käytetään laajasti nykyaikaisessa instrumentaatiossa. Sen käyttö monimutkaisten laitteiden (esimerkiksi nykyaikaisten laskentalaitteiden, tietokoneiden) valmistuksessa on erityisen tärkeää.

Pii: kemiallisen alkuaineen ominaisuudet

Useimmissa tapauksissa pii on neliarvoinen, on myös sidoksia, joissa sen arvo voi olla +2. Normaaleissa olosuhteissa se on inaktiivinen, sisältää vahvoja yhdisteitä ja voi huoneenlämpötilassa reagoida vain fluorin kanssa, joka on aggregoituneena kaasumaisessa tilassa. Tämä johtuu pinnan peittämisestä dioksidikalvolla, mikä havaitaan vuorovaikutuksessa ympäröivän hapen tai veden kanssa. Reaktioiden stimuloimiseksi on käytettävä katalyyttiä: lämpötilan nostaminen on ihanteellinen aineelle, kuten piille. Kemiallinen alkuaine on vuorovaikutuksessa hapen kanssa 400-500 0 C:ssa, minkä seurauksena dioksidikalvo kasvaa ja hapetusprosessi tapahtuu. Kun lämpötila nousee 50 0 C:een, havaitaan reaktio bromin, kloorin ja jodin kanssa, mikä johtaa haihtuvien tetrahalogenidien muodostumiseen. Pii ei ole vuorovaikutuksessa happojen kanssa, lukuun ottamatta fluorivety- ja typpihapon seosta, kun taas mikä tahansa emäs kuumennetussa tilassa on liuotin. Piivetyjä muodostuu vain silidien hajoamisen seurauksena, se ei reagoi vedyn kanssa. Boorin ja hiilen yhdisteet erottuvat suurimmasta lujuudesta ja kemiallisesta passiivisuudesta. Korkealla alkalien ja happojen kestävyydellä on yhteys typen kanssa, jota esiintyy yli 1000 0 C lämpötiloissa. Silikidejä saadaan reaktiolla metallien kanssa, ja tässä tapauksessa lisäelementti riippuu piin osoittamasta valenssista. Siirtymämetallin mukana muodostetun aineen kaava kestää happoja. Piiatomin rakenne vaikuttaa suoraan sen ominaisuuksiin ja kykyyn olla vuorovaikutuksessa muiden alkuaineiden kanssa. Sidosten muodostumisprosessi luonnossa ja aineeseen kohdistuvissa vaikutuksissa (laboratorio-, teollisissa olosuhteissa) vaihtelee merkittävästi. Piin rakenne viittaa sen kemialliseen aktiivisuuteen.

Rakenne

Piillä on omat ominaisuutensa. Ydinlataus +14, mikä vastaa sarjanumero jaksollisessa järjestelmässä. Varautuneiden hiukkasten lukumäärä: protonit - 14; elektronit - 14; neutronit - 14. Piiatomin rakenteen kaaviolla on seuraava muoto: Si +14) 2) 8) 4. Viimeisellä (ulkoisella) tasolla on 4 elektronia, joka määrittää hapetusasteen "+" " tai "-" merkki. Piioksidin kaava on SiO 2 (valenssi 4+), haihtuva vetyyhdiste on SiH 4 (valenssi -4). Piiatomin suuri tilavuus mahdollistaa joissakin yhdisteissä koordinaatioluvun 6, kun se yhdistetään fluoriin. Moolimassa - 28, atomisäde - 132 pm, elektronikuorikonfiguraatio: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 2.

Sovellus

Pinta- tai täysin seostettua piitä käytetään puolijohteena monien, mukaan lukien erittäin tarkkojen laitteiden (esim. aurinkokennojen, transistorien, virran tasasuuntaajien jne.) luomisessa. Ultrapuhdasta piitä käytetään aurinkokennojen (energian) luomiseen. Yksikiteistä tyyppiä käytetään peilien ja kaasulaserin valmistukseen. Piiyhdisteistä saadaan lasia, keraamisia laattoja, astioita, posliinia, fajanssia. Vastaanotettujen tavaroiden monimuotoisuutta on vaikea kuvailla, niiden toiminta tapahtuu kotitaloustasolla, taiteessa ja tieteessä sekä tuotannossa. Tuloksena oleva sementti toimii raaka-aineena rakennusseosten ja tiilien, viimeistelymateriaalien luomiseen. Voiteluaineisiin perustuva öljyjen jakautuminen voi merkittävästi vähentää kitkavoimaa monien mekanismien liikkuvissa osissa. Silikidejä käytetään laajalti teollisuudessa niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi, jotka kestävät aggressiivisia aineita (hapot, lämpötilat). Monimutkaisten teollisuudenalojen asiantuntijat ottavat huomioon niiden sähkö-, ydin- ja kemialliset ominaisuudet, ja piiatomin rakenteella on tärkeä rooli.

Olemme listanneet tähän mennessä tietointensiivisimmät ja edistyneimmät sovellusalueet. Yleisintä kaupallista piitä, jota valmistetaan suuria määriä, käytetään useilla aloilla:

1. Raaka-aineena puhtaamman aineen valmistukseen.
2. Metallurgisen teollisuuden seostettaessa: piin läsnäolo lisää tulenkestävyyttä, lisää korroosionkestävyyttä ja mekaanista lujuutta (jos tätä elementtiä on liikaa, seos voi olla liian hauras).
3. Hapettumisenestoaineena ylimääräisen hapen poistamiseen metallista.
4. Raaka-aineet silaanien (piiyhdisteet orgaanisten aineiden kanssa) valmistukseen.
5. Vedyn tuotantoon piin ja raudan seoksesta.
6. Aurinkopaneelien valmistus.

Tämän aineen arvo on myös suuri ihmiskehon normaalille toiminnalle. Piin rakenne, sen ominaisuudet ovat ratkaisevia tässä tapauksessa. Samalla sen liiallinen tai puute johtaa vakaviin sairauksiin.

Ihmiskehossa

Lääketieteessä on pitkään käytetty piitä bakteereja tappavana ja antiseptisenä aineena. Mutta kaikilla ulkoisen käytön eduilla tämä elementti on jatkuvasti uusittava ihmiskehossa. Normaali sen sisällön taso parantaa elämää yleensä. Sen puutteen tapauksessa keho ei imeydy yli 70 hivenaineeseen ja vitamiiniin, mikä vähentää merkittävästi vastustuskykyä useille sairauksille. Suurin prosenttiosuus piistä havaitaan luissa, ihossa ja jänteissä. Se toimii rakenteellisena elementtinä, joka ylläpitää lujuutta ja antaa joustavuutta. Kaikki luuston kovat kudokset muodostuvat sen yhdisteistä. Tuloksena uusin tutkimus löysi piipitoisuuden munuaisissa, haimassa ja sidekudoksissa. Näiden elinten rooli kehon toiminnassa on melko suuri, joten sen sisällön väheneminen vaikuttaa haitallisesti moniin elämän tukemisen perusindikaattoreihin. Elimistön tulee saada 1 gramma piitä päivässä ruuan ja veden kanssa - tämä auttaa välttämään mahdollisia sairauksia, kuten ihotulehdusta, luiden pehmenemistä, kivien muodostumista maksassa, munuaisissa, näkövammaisuutta, hiuksia ja kynsiä. , ateroskleroosi. klo riittävä taso tämän elementin sisältö lisää immuniteettia, normalisoi aineenvaihduntaprosesseja, parantaa monien ihmisten terveydelle välttämättömien elementtien imeytymistä. Suurin määrä piitä on viljassa, retiisissä, tattarissa. Piivesi tuo merkittäviä etuja. Sen käytön määrän ja tiheyden määrittämiseksi on parempi kääntyä asiantuntijan puoleen.

Katso puolimetallista piitä!

Piimetalli on harmaa ja kiiltävä puolijohtava metalli, jota käytetään teräksen, aurinkokennojen ja mikrosirujen valmistukseen.

Pii on maankuoren toiseksi yleisin alkuaine (vain hapen jälkeen) ja kahdeksanneksi yleisin alkuaine universumissa. Itse asiassa lähes 30 prosenttia maankuoren painosta johtuu piistä.

Alkuaine, jonka atominumero on 14, esiintyy luonnollisesti silikaattimineraaleissa, mukaan lukien piidioksidi, maasälpä ja kiille, jotka ovat yleisten kivien, kuten kvartsin ja hiekkakiven, pääainesosia.

Puolimetallisella (tai metalloidisella) piillä on joitain sekä metallien että ei-metallien ominaisuuksia.

Kuten vesi, mutta toisin kuin useimmat metallit, pii tiivistyy nestemäisessä tilassa ja laajenee jähmettyessään. Sillä on suhteellisen korkeat sulamis- ja kiehumispisteet, ja kiteytyessä muodostuu kiteinen timanttikiderakenne.

Kriittistä piin roolille puolijohteena ja sen käytölle elektroniikassa on alkuaineen atomirakenne, joka sisältää neljä valenssielektronia, jotka mahdollistavat piin helpon sitoutumisen muihin alkuaineisiin.

Ruotsalainen kemisti Jones Jacob Berzerlius on saanut ensimmäisen eristävän piin vuonna 1823. Berzerlius saavutti tämän kuumentamalla kaliummetallia (joka oli eristetty vain kymmenen vuotta aiemmin) upokasessa yhdessä kaliumfluorisilikaatin kanssa.

Tuloksena oli amorfinen pii.

Kiteisen piin saaminen kesti kuitenkin enemmän aikaa. Kiteisen piin elektrolyyttistä näytettä ei valmisteta kolmeen vuosikymmeneen.

Piin ensimmäinen kaupallinen käyttö tapahtui ferrosiin muodossa.

Henry Bessemerin terästeollisuuden modernisoinnin jälkeen 1800-luvun puolivälissä oli suurta kiinnostusta metallurgiseen metallurgiaan ja tutkimukseen terästeknologian alalla.

Ensimmäisen aikaan teollisuustuotanto ferrosipiin 1880-luvulla, piin merkitys valuraudan sitkeyden parantamisessa ja hapettumisenestoteräksessä ymmärrettiin melko hyvin.

Alkuvaiheessa ferropiin tuotanto tehtiin masuuneissa pelkistämällä piipitoisia malmeja puuhiilellä, jolloin saatiin hopeavalurautaa, ferrosilikonia, jonka piipitoisuus oli jopa 20 prosenttia.

Valokaariuunien kehitys 1900-luvun alussa mahdollisti paitsi teräksen tuotannon lisäämisen, myös ferropiin tuotannon lisäämisen.

Vuonna 1903 ferroseosten valmistukseen erikoistunut ryhmä (Compagnie Generate d'Electrochimie) aloitti toimintansa Saksassa, Ranskassa ja Itävallassa, ja vuonna 1907 perustettiin ensimmäinen kaupallinen piitehdas Yhdysvaltoihin.

Teräksen valmistus ei ollut ainoa sovellus piiyhdisteille, jotka kaupallistettiin ennen 1800-luvun loppua.

Keinotekoisten timanttien tuottamiseksi vuonna 1890 Edward Goodrich Acheson kuumensi alumiinisilikaattia jauhetulla koksilla ja satunnaisesti valmistetulla piikarbidilla (SiC).

Kolme vuotta myöhemmin Acheson patentoi tuotantomenetelmänsä ja perusti Carborundum Companyn (carborundum oli tuolloin piikarbidin yleinen nimi) valmistamaan ja markkinoimaan hiomatuotteita.

1900-luvun alkuun mennessä piikarbidin johtavat ominaisuudet olivat myös toteutuneet, ja yhdistettä käytettiin ilmaisimena varhaisissa laivaradioissa. Patentti piikideilmaisimille myönnettiin G. W. Pickardille vuonna 1906.

Vuonna 1907 luotiin ensimmäinen valodiodi (LED) kohdistamalla jännite piikarbidikiteeseen.

1930-luvulla piin käyttö kasvoi uusien kemiallisten tuotteiden, kuten silaanien ja silikonien, kehityksen myötä.

Elektroniikan kasvu kuluneen vuosisadan aikana liittyy myös erottamattomasti piin ja sen ainutlaatuisiin ominaisuuksiin.

Vaikka ensimmäiset transistorit – nykyisten mikrosirujen edelläkävijät – luottivat germaniumiin 1940-luvulla, ei kestänyt kauan, kun pii syrjäytti metalliserkkunsa vahvempanaa.

Bell Labs ja Texas Instruments aloittivat piitransistorien kaupallisen tuotannon vuonna 1954.
Ensimmäiset integroidut piipiirit valmistettiin 1960-luvulla ja 1970-luvulla kehitettiin piiprosessoreja.

Ottaen huomioon, että piipuolijohdeteknologia on nykyaikaisen elektroniikan ja tietojenkäsittelyn selkäranka, ei ole ihme, että kutsumme alan toimintakeskusta "Piilaaksoksi".

(Piilaakson teknologioiden ja mikrosirujen historian ja kehityksen yksityiskohtaiseen tutkimukseen suosittelen American Experience -dokumenttia nimeltä "Silicon Valley").

Pian ensimmäisten transistorien löytämisen jälkeen Bell Labsin työ piin kanssa johti toiseen suureen läpimurtoon vuonna 1954: ensimmäiseen piin aurinkokennoon.

Ennen tätä ajatusta auringon energian valjastamisesta voiman luomiseen maan päällä piti useimmat mahdottomaksi. Mutta vain neljä vuotta myöhemmin, vuonna 1958, ensimmäinen aurinkoenergialla toimiva piisatelliitti kiersi maata.

1970-luvulle mennessä aurinkoteknologian kaupalliset sovellukset olivat kasvaneet maanpäällisiin sovelluksiin, kuten öljynporauslauttojen ja rautatien risteyksien valojen sytyttämiseen.

Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana aurinkoenergian käyttö on kasvanut eksponentiaalisesti. Nykyään pii-aurinkosähköteknologian osuus maailman aurinkoenergiamarkkinoista on noin 90 prosenttia.

Tuotanto

Suurin osa jalostetusta piistä joka vuosi - noin 80 prosenttia - tuotetaan ferrosiina käytettäväksi raudan ja teräksen tuotannossa. Ferrosilikoni voi sisältää 15-90 % piitä sulaton vaatimuksista riippuen.

Raudan ja piin seos valmistetaan käyttämällä upotettua sähkökaariuunia vähentämällä sulatusta. Silikageelimurskattu malmi ja hiililähde, kuten koksihiili (metallurginen kivihiili), murskataan ja syötetään uuniin metalliromun mukana.

Yli 1900 °C:n (3450 °F) lämpötiloissa hiili reagoi malmissa olevan hapen kanssa muodostaen hiilimonoksidikaasua. Loput raudasta ja piistä yhdistetään sitten sulaksi ferropiin, joka voidaan kerätä talteen napauttamalla uunin pohjaa.

Kun ferrosilikon on jäähtynyt ja sammutettu, se voidaan kuljettaa ja käyttää suoraan raudan ja teräksen tuotannossa.

Samalla menetelmällä, ilman rautaa, valmistetaan metallurgista piitä, jonka puhtaus on yli 99 prosenttia. Metallurgista piitä käytetään myös teräksen valmistuksessa sekä alumiinivaluseosten ja silaanikemikaalien valmistuksessa.

Metallurginen pii luokitellaan lejeeringissä olevan raudan, alumiinin ja kalsiumin epäpuhtauksien mukaan. Esimerkiksi 553-metallinen pii sisältää alle 0,5 prosenttia kutakin rautaa ja alumiinia ja alle 0,3 prosenttia kalsiumia.

Maailmassa tuotetaan vuosittain noin 8 miljoonaa tonnia ferropiitä, josta Kiinan osuus on noin 70 prosenttia. Suurimmat valmistajat ovat Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Group OM Materials ja Elkem.

Toiset 2,6 miljoonaa tonnia metallurgista piitä - eli noin 20 prosenttia puhdistetun piimetallin kokonaismäärästä - tuotetaan vuosittain. Kiinan osuus tästä tuotannosta on taas noin 80 prosenttia.

Monille on yllättävää, että aurinko- ja elektroniikkalaatuja on vain vähän suuri määrä(alle kaksi prosenttia) puhdistetun piin kokonaistuotannosta.

Päivittääksesi aurinkolaatuiseen piimetalliin (polypii), puhtauden on nostettava 99,9999 %:iin puhdasta puhdasta piitä (6N). Tämä tehdään yhdellä kolmesta tavasta, joista yleisin on Siemens-prosessi.

Siemensin prosessi sisältää trikloorisilaanina tunnetun haihtuvan kaasun kemiallisen höyrypinnoituksen. Trikloorisilaani puhalletaan 1150 °C:ssa (2102 °F) sauvan päähän kiinnitetylle erittäin puhtaalle piisiemenelle. Kun se kulkee, kaasun erittäin puhdas pii kerrostuu siementen päälle.

Leijupetireaktoria (FBR) ja päivitettyä metallurgisen laadun (UMG) piiteknologiaa käytetään myös metallin jalostukseen aurinkosähköteollisuuteen sopivaksi polypiiksi.

Vuonna 2013 polypiitä valmistettiin 230 000 tonnia. Johtavia valmistajia ovat GCL Poly, Wacker-Chemie ja OCI.

Lopuksi, jotta elektroniikkaluokan piistä soveltuisi puolijohdeteollisuuteen ja joihinkin aurinkosähkötekniikoihin, polypii on muutettava ultrapuhdaksi yksikiteiseksi piiksi Czochralski-prosessin avulla.

Tätä varten polypii sulatetaan upokkaassa 1425 °C:ssa (2597 °F) inertissä ilmakehässä. Saostunut siemenkide upotetaan sitten sulaan metalliin ja hitaasti pyöritetään ja poistetaan, jolloin piille annetaan aikaa kasvaa siemenmateriaalin päällä.

Tuloksena oleva tuote on yksikiteistä piimetallia oleva sauva (tai boule), jonka puhtausaste voi olla 99,999999999 (11N) prosenttia. Tämä sauva voidaan haluttaessa seostaa boorilla tai fosforilla kvanttimekaanisten ominaisuuksien muokkaamiseksi tarpeen mukaan.

Yksikiteinen sauva voidaan toimittaa asiakkaille sellaisenaan tai leikata kiekoiksi ja kiillotettu tai teksturoitu tietyille käyttäjille.

Sovellus

Vaikka noin 10 miljoonaa tonnia ferropiitä ja piimetallia jalostetaan vuosittain, suurin osa markkinoilla käytetystä piistä on itse asiassa piimineraaleja, joita käytetään kaiken valmistukseen sementistä, laastista ja keramiikasta lasiin ja polymeereihin.

Ferrosilicon, kuten todettiin, on yleisimmin käytetty piimetallin muoto. Ensimmäisestä käytöstä, noin 150 vuotta sitten, ferrosilikoni on ollut tärkeä hapettumisenestoaine hiilen ja ruostumattoman teräksen tuotannossa. Nykyään terästeollisuus on edelleen suurin ferropiin kuluttaja.

Ferrosilikolla on kuitenkin useita etuja teräksen valmistuksen lisäksi. Se on esiseos magnesiumferrosipiin valmistuksessa, nodulaattorina, jota käytetään takorautaraudan valmistuksessa ja myös Pidgeon-prosessissa erittäin puhtaan magnesiumin jalostukseen.

Ferrosipistä voidaan valmistaa myös lämpöä ja korroosiota kestäviä rautaseoksia sekä piiterästä, jota käytetään sähkömoottoreiden ja muuntajasydämien valmistuksessa.

Metallurgista piitä voidaan käyttää terästuotannossa ja myös seosaineena alumiinivaluissa. Alumiini-pii (Al-Si) autonosat ovat kevyempiä ja vahvempia kuin puhtaasta alumiinista valetut komponentit. Autojen osat, kuten moottorilohkot ja renkaat, ovat yleisimmin käytettyjä alumiinivaluosia.

Lähes puolet kaikesta metallurgisesta piistä kemianteollisuus käyttää höyrystetyn piidioksidin (sakeutusaine ja kuivausaine), silaanien (sideaine) ja silikonin (tiivisteet, liimat ja voiteluaineet) valmistukseen.

Aurinkosähkölaatuista polypiitä käytetään pääasiassa polypiistä valmistettujen aurinkokennojen valmistuksessa. Yhden megawatin aurinkomoduulien tuottamiseen tarvitaan noin viisi tonnia polypiitä.

Tällä hetkellä polypii-aurinkoteknologian osuus aurinkoenergiasta tuotetaan yli puolet globaalissa mittakaavassa, kun taas monosilikoniteknologian osuus on noin 35 prosenttia. Yhteensä 90 prosenttia ihmisten käyttämästä aurinkoenergiasta saadaan piiteknologialla.

Yksikiteinen pii on myös kriittinen puolijohdemateriaali, jota löytyy nykyaikaisesta elektroniikasta. Kenttätransistoreiden (FET:ien), LEDien ja integroitujen piirien valmistuksessa käytettävänä substraattimateriaalina piitä löytyy lähes kaikista tietokoneista, matkapuhelimet, tabletit, televisiot, radiot ja muut nykyaikaiset viestintälaitteet.

On arvioitu, että yli kolmannes kaikista elektronisista laitteista sisältää piipohjaista puolijohdeteknologiaa.

Lopuksi kovametallipiikarbidia käytetään monissa elektronisissa ja ei-elektronisissa sovelluksissa, mukaan lukien synteettiset korut, korkean lämpötilan puolijohteet, kova keramiikka, leikkaustyökalut, jarrulevyt, hankausaineet, luodinkestävät liivit ja lämmityselementit.

Piin kemiallinen merkki on Si, atomipaino on 28,086, ydinvaraus +14. , sekä , sijaitsee ryhmän IV pääalaryhmässä, kolmannella jaksolla. Se on analoginen hiilen kanssa. Piiatomin elektronikerrosten elektronikonfiguraatio on ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Ulkoisen elektronikerroksen rakenne

Ulkoisen elektronikerroksen rakenne on samanlainen kuin hiiliatomin rakenne.
esiintyy kahden allotrooppisen muunnelman - amorfisen ja kiteisen - muodossa.
Amorfinen - ruskehtava jauhe, jolla on hieman korkeampi kemiallinen aktiivisuus kuin kiteisellä. Normaalissa lämpötilassa se reagoi fluorin kanssa:
Si + 2F2 = SiF4 400°:ssa - hapella
Si + O2 = Si02
sulatuksissa - metallien kanssa:
2Mg + Si = Mg2Si
Kiteinen pii on kova hauras aine, jolla on metallinen kiilto. Sillä on hyvä lämmön- ja sähkönjohtavuus, liukenee helposti sulaan metalliin muodostaen. Piin ja alumiinin seosta kutsutaan silumiiniksi, piin ja raudan seosta kutsutaan ferrosiiksi. Piin tiheys 2.4. Sulamispiste 1415°, kiehumispiste 2360°. Kiteinen pii on melko inertti aine ja sisään kemialliset reaktiot menee sisään vaikeesti. Selkeistä metalliominaisuuksista huolimatta pii ei reagoi happojen kanssa, vaan reagoi alkalien kanssa muodostaen piihapon suoloja ja:
Si + 2KOH + H2O = K2Si02 + 2H2

■ 36. Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja pii- ja hiiliatomien elektronisten rakenteiden välillä on?
37. Miten selittää piiatomin elektronisen rakenteen näkökulmasta, miksi metalliset ominaisuudet ovat tyypillisempiä piille kuin hiilelle?
38. Luettelo Kemiallisia ominaisuuksia piitä.

Pii luonnossa. Piidioksidi

Pii on laajalle levinnyt luonnossa. Noin 25 % maankuoresta on piitä. Merkittävää osaa luonnonpiistä edustaa piidioksidi SiO2. Erittäin puhtaassa kiteisessä tilassa piidioksidi esiintyy mineraalina, jota kutsutaan vuorikiteeksi. Piidioksidi ja hiilidioksidi ovat kemiallisesti analogisia, mutta hiilidioksidi on kaasu ja piidioksidi kiinteä aine. Toisin kuin CO2-molekyylikidehila, piidioksidi SiO2 kiteytyy atomikidehilan muodossa, jonka jokainen solu on tetraedri, jonka keskellä on piiatomi ja kulmissa happiatomit. Tämä selittyy sillä, että piiatomilla on suurempi säde kuin hiiliatomilla, eikä sen ympärille voi sijoittaa 2, vaan 4 happiatomia. Ero kidehilan rakenteessa selittää näiden aineiden ominaisuuksien eron. Kuvassa 69 esitetty ulkomuoto Luonnollinen kvartsikide, joka koostuu puhtaasta piidioksidista, ja sen rakennekaava.

Riisi. 60. Piidioksidin (a) ja luonnonkvartsikiteiden (b) rakennekaava

Kiteinen piidioksidi esiintyy yleisimmin hiekkana, joka on valkoista, ellei se ole saastunut keltaisilla saviepäpuhtauksilla. Hiekan lisäksi piidioksidia esiintyy usein erittäin kovana mineraalina, piinä (hydratoitu piidioksidi). Erilaisilla epäpuhtauksilla värjätty kiteinen piidioksidi muodostaa jalo- ja puolijalokivet - akaattia, ametistia, jaspista. Lähes puhdasta piidioksidia löytyy myös kvartsin ja kvartsiitin muodossa. Ilmaista piidioksidia maankuorta 12%, eri kivien koostumuksessa - noin 43%. Kaiken kaikkiaan yli 50 % maankuoresta koostuu piidioksidista.
Pii on osa monenlaisia ​​kiviä ja mineraaleja - savea, graniittia, syeniittiä, kiillettä, maasälpää jne.

Kiinteä hiilidioksidi, ilman sulamista, sublimoituu -78,5 °:ssa. Piidioksidin sulamispiste on noin 1,713°. Hän on erittäin kova. Tiheys 2,65. Piidioksidin laajenemiskerroin on hyvin pieni. Tämä on erittäin tärkeää käytettäessä kvartsilasitavaroita. Piidioksidi ei liukene veteen eikä reagoi sen kanssa huolimatta siitä, että se on hapan oksidi ja se vastaa piihappoa H2SiO3. Hiilidioksidin tiedetään liukenevan veteen. Piidioksidi ei reagoi happojen, paitsi fluorivetyhapon HF, kanssa, mutta muodostaa suoloja alkalien kanssa.

Riisi. 69. Piidioksidin (a) ja luonnonkvartsikiteiden (b) rakennekaava.
Kun piidioksidia kuumennetaan hiilellä, pii pelkistyy, ja sitten se yhdistetään hiilen kanssa ja muodostuu karborundia yhtälön mukaisesti:
SiO2 + 2C = SiC + CO2. Karborundumilla on korkea kovuus, se kestää happoja ja emäkset tuhoavat sen.

■ 39. Mitä piidioksidin ominaisuuksia voidaan käyttää sen kidehilan arvioimiseen?
40. Minkälaisina mineraaleina piidioksidia esiintyy luonnossa?
41. Mikä on karborundum?

Piihappo. silikaatit

Piihappo H2SiO3 on erittäin heikko ja epästabiili happo. Kuumennettaessa se hajoaa vähitellen vedeksi ja piidioksidiksi:
H2SiO3 = H2O + SiO2

Piihappo on veteen käytännöllisesti katsoen liukenematonta, mutta sitä voi helposti luovuttaa.
Piihappo muodostaa suoloja, joita kutsutaan silikaateiksi. tavataan laajasti luonnossa. Luonnolliset ovat melko monimutkaisia. Niiden koostumus kuvataan yleensä useiden oksidien yhdistelmänä. Jos luonnonsilikaattien koostumus sisältää alumiinioksidia, niitä kutsutaan alumiinisilikaateiksi. Näitä ovat valkoinen savi, (kaoliini) Al2O3 2SiO2 2H2O, maasälpä K2O Al2O3 6SiO2, kiille
K2O Al2O3 6SiO2 2H2O. Monet luonnolliset puhtaassa muodossaan ovat jalokivet kuten akvamariini, smaragdi jne.
Keinotekoisista silikaateista tulee huomioida natriumsilikaatti Na2SiO3 - yksi harvoista vesiliukoisista silikaateista. Sitä kutsutaan liukoiseksi lasiksi ja liuosta kutsutaan nestemäiseksi lasiksi.

Silikaatteja käytetään laajasti tekniikassa. Liukoinen lasi on kyllästetty kankailla ja puulla suojaamaan niitä syttymiseltä. Neste on osa tulenkestäviä kittejä lasin, posliinin, kiven liimaamiseen. Silikaatit ovat lasin, posliinin, fajanssin, sementin, betonin, tiilen ja erilaisten keraamisten tuotteiden tuotannon perusta. Liuoksessa silikaatit hydrolysoituvat helposti.

■ 42. Mikä se on? Miten ne eroavat silikaateista?
43. Mikä on neste ja mihin tarkoituksiin sitä käytetään?

Lasi

Lasin valmistuksen raaka-aineet ovat Na2CO3 sooda, CaCO3 kalkkikivi ja SiO2 hiekka. Kaikki lasiseoksen komponentit puhdistetaan huolellisesti, sekoitetaan ja sulatetaan noin 1400 °:n lämpötilassa. Seuraavat reaktiot tapahtuvat sulamisprosessin aikana:
Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2

CaCO3 + SiO2 = CaSiO 3 + CO2
Itse asiassa lasin koostumus sisältää natrium- ja kalsiumsilikaatteja sekä ylimäärä SO2:ta, joten tavallisen ikkunalasin koostumus on: Na2O · CaO · 6SiO2. Lasiseosta kuumennetaan 1500°:n lämpötilassa, kunnes hiilidioksidi on kokonaan poistunut. Jäähdytetään sitten 1200 °:n lämpötilaan, jossa siitä tulee viskoosi. Kuten mikä tahansa amorfinen aine, lasi pehmenee ja kovettuu vähitellen, joten se on hyvä muovimateriaali. Raon läpi johdetaan viskoosi lasimassa, jolloin muodostuu lasilevy. Kuuma lasilevy vedetään rullina, saatetaan tiettyyn kokoon ja jäähdytetään vähitellen ilmavirralla. Sitten se leikataan reunoja pitkin ja leikataan tietyn muodon arkeiksi.

■ 44. Esitä yhtälöt lasin valmistuksen aikana tapahtuvista reaktioista ja ikkunalasin koostumuksesta.

Lasi- aine on amorfinen, läpinäkyvä, käytännöllisesti katsoen veteen liukenematon, mutta jos se murskataan hienoksi pölyksi ja sekoitetaan pieneen määrään vettä, emäs voidaan havaita saadusta seoksesta fenolftaleiinilla. Alkalien pitkäaikaisessa varastoinnissa lasitavaroissa ylimääräinen SiO2 reagoi hyvin hitaasti alkalin kanssa ja lasi menettää vähitellen läpinäkyvyytensä.
Lasi tuli ihmisille tutuksi yli 3000 vuotta ennen aikakauttamme. Muinaisina aikoina lasia saatiin lähes samalla koostumuksella kuin nykyään, mutta muinaiset mestarit ohjasivat vain omaa intuitiota. Vuonna 1750 M. V. onnistui kehittämään lasituotannon tieteellisen perustan. M.V. keräsi neljän vuoden ajan monia reseptejä erilaisten lasien, erityisesti värillisten, valmistukseen. Hänen rakentamassaan lasitehtaassa valmistettiin suuri määrä lasinäytteitä, jotka ovat säilyneet tähän päivään asti. Tällä hetkellä käytetään eri koostumuksilla varustettuja laseja, joilla on erilaiset ominaisuudet.

Kvartsilasi koostuu lähes puhtaasta piidioksidista ja sulatetaan vuorikiteestä. Sen erittäin tärkeä ominaisuus on, että sen laajenemiskerroin on merkityksetön, lähes 15 kertaa pienempi kuin tavallisen lasin. Tällaisesta lasista valmistetut astiat voivat olla kuumat polttimen liekissä ja laskea sitten kylmään veteen; lasiin ei tule muutosta. Kvartsilasi ei pidätä ultraviolettisäteitä, ja jos se maalataan mustaksi nikkelisuoloilla, se säilyttää kaikki spektrin näkyvät säteet, mutta pysyy läpinäkyvänä ultraviolettisäteille.
Hapot eivät vaikuta kvartsilasiin, mutta emäkset syövyttävät sitä huomattavasti. Kvartsilasi on hauraampaa kuin tavallinen lasi. Laboratoriolasi sisältää noin 70 % SiO2, 9 % Na2O, 5 % K2O 8 % CaO, 5 % Al2O3, 3 % B2O3 (lasien koostumus ei ole tarkoitettu muistiin).

Teollisuudessa käytetään Jena- ja Pyrex-lasia. Jena-lasi sisältää noin 65 % Si02, 15 % B2O3, 12 % BaO, 4 % ZnO, 4 % Al2O3. Se on kestävä, kestää mekaanista rasitusta, sillä on alhainen laajenemiskerroin, kestää alkaleja.
Pyrex-lasi sisältää 81 % SiO2, 12 % B2O3, 4 % Na2O, 2 % Al2O3, 0,5 % As2O3, 0,2 % K2O, 0,3 % CaO. Sillä on samat ominaisuudet kuin Jena-lasilla, mutta sitäkin enemmän, varsinkin karkaisun jälkeen, mutta se on vähemmän kestävää alkaleja. Pyrex-lasia käytetään lämmölle alttiina olevien kotitaloustuotteiden valmistukseen sekä joidenkin alhaisissa ja korkeissa lämpötiloissa toimivien teollisuuslaitosten osien valmistukseen.

Jotkut lisäaineet antavat lasille erilaisia ​​ominaisuuksia. Esimerkiksi vanadiinioksidien epäpuhtaudet antavat lasin, joka estää täysin ultraviolettisäteet.
Myös lasia saadaan, maalattu eri väreillä. M.V. teki myös useita tuhansia näytteitä erivärisistä ja -sävyisistä värillisistä lasista mosaiikkimaalauksiinsa. Tällä hetkellä lasin värjäysmenetelmiä on kehitetty yksityiskohtaisesti. Mangaaniyhdisteet värjäävät lasia violetti, koboltti - sinisenä. , ruiskutettuna lasimassaan kolloidisten hiukkasten muodossa, antaa sille rubiinivärin jne. Lyijyyhdisteet antavat lasille samanlaista kiiltoa kuin vuorikristalle, minkä vuoksi sitä kutsutaan kristalliksi. Tällainen lasi voidaan helposti käsitellä ja leikata. Sen tuotteet taittavat valoa erittäin kauniisti. Kun tätä lasia värjätään erilaisilla lisäaineilla, saadaan värillistä kristallilasia.

Jos sulaa lasia sekoitetaan aineiden kanssa, jotka hajoaessaan muodostavat suuren määrän kaasuja, viimeksi mainitut karkaavat vaahdottavat lasia muodostaen vaahtolasia. Tällainen lasi on erittäin kevyttä, hyvin prosessoitua ja erinomainen sähkö- ja lämpöeriste. Sen sai ensimmäisenä prof. I. I. Kitaygorodsky.
Vetämällä lankoja lasista saat ns. lasikuitua. Jos kerroksittain asetettu lasikuitu kyllästetään synteettisillä hartseilla, saadaan erittäin kestävä, lahoamaton, täydellisesti käsitelty rakennusmateriaali, niin kutsuttu lasikuitu. Mielenkiintoista on, että mitä ohuempi lasikuitu on, sitä suurempi on sen lujuus. Lasikuitua käytetään myös työvaatteiden valmistukseen.
Lasivilla on arvokas materiaali, jonka läpi suodatetaan vahvoja happoja ja alkalit, joita ei suodateta paperin läpi. Lisäksi lasivilla on hyvä lämmöneriste.

■ 44. Mikä määrittää erityyppisten lasien ominaisuudet?

Keramiikka

Aluminosilikaateista erityisen tärkeä on valkoinen savi - kaoliini, joka on posliinin ja fajanssin valmistuksen perusta. Posliinin valmistus on erittäin vanha talouden ala. Kiina on posliinin syntymäpaikka. Venäjällä posliinia hankittiin ensimmäisen kerran 1700-luvulla. D. I. Vinogradov.
Posliinin ja fajanssin valmistuksen raaka-aineena ovat kaoliinin lisäksi hiekka ja. Kaoliinin, hiekan ja veden seos jauhetaan perusteellisesti hienoksi kuulamyllyissä, sitten ylimääräinen vesi suodatetaan pois ja hyvin sekoitettu muovimassa lähetetään tuotteiden muovaukseen. Muotin jälkeen tuotteet kuivataan ja poltetaan jatkuvatoimisissa tunneliuuneissa, joissa ne ensin lämmitetään, sitten poltetaan ja lopuksi jäähdytetään. Tämän jälkeen tuotteille tehdään jatkokäsittely - lasitus, kuvion piirtäminen keraamisilla maaleilla. Jokaisen vaiheen jälkeen tuotteet poltetaan. Tuloksena on valkoista, sileää ja kiiltävää posliinia. Ohuissa kerroksissa se paistaa läpi. Fajansi on huokoista eikä kiiltoa läpi.

Punaisesta savesta muovataan tiilet, laatat, keramiikka, keraamiset renkaat eri kemianteollisuuden absorptio- ja pesutorneihin, kukkaruukut. Ne myös poltetaan, jotta ne eivät pehmene veden vaikutuksesta eivätkä tule mekaanisesti vahvoiksi.

Sementti. Betoni

Piiyhdisteet toimivat perustana rakentamisessa välttämättömän sideaineen, sementin valmistuksessa. Sementin valmistuksen raaka-aineet ovat savi ja kalkkikivi. Tämä seos poltetaan valtavassa kaltevassa putkimaisessa pyörivässä uunissa, jossa raaka-aineita ladataan jatkuvasti. Kun poltto on 1200-1300 ° uunin toisessa päässä olevasta reiästä, sintrattu massa - klinkkeri - poistuu jatkuvasti. Jauhamisen jälkeen klinkkeri muuttuu. Sementti sisältää pääasiassa silikaatteja. Jos sitä sekoitetaan veteen, kunnes muodostuu paksu liete, ja jätetään sitten jonkin aikaa ilmaan, se reagoi sementtiaineiden kanssa muodostaen kiteisiä hydraatteja ja muita kiinteitä yhdisteitä, mikä johtaa sementin kovettumiseen ("kovettumiseen"). Tämä ei enää siirry aiempaan tilaan, joten sementtiä yritetään suojata vedeltä ennen käyttöä. Sementin kovettumisprosessi on pitkä, ja se saavuttaa todellisen lujuuden vasta kuukauden kuluttua. On totta, että sementtityyppejä on erilaisia. Tavallista sementtiä, jota olemme tarkastelleet, kutsutaan silikaattiksi tai portlandsementiksi. Alumiinioksidista, kalkkikivestä ja piidioksidista valmistetaan nopeasti kovettuva alumiinisementti.

Jos sekoitat sementtiä murskattuun kiveen tai soraan, saat betonin, joka on jo itsenäinen rakennusmateriaali. Murskattua kiveä ja soraa kutsutaan täyteaineiksi. Betonilla on korkea lujuus ja se kestää raskaita kuormia. Se on vedenpitävä ja palonkestävä. Kuumennettaessa se ei melkein menetä lujuutta, koska sen lämmönjohtavuus on erittäin alhainen. Betoni on pakkasenkestävää, heikentää radioaktiivista säteilyä, joten sitä käytetään hydraulisten rakenteiden rakennusmateriaalina, suojakuorissa ydinreaktorit. Kattilat on vuorattu betonilla. Jos sekoitat sementtiä vaahdotusaineeseen, muodostuu vaahtobetoni, joka on läpäissyt monia soluja. Tällainen betoni on hyvä äänieriste ja johtaa lämpöä jopa vähemmän kuin tavallinen betoni.

Pii

PII- minä; m.[kreikasta. krēmnos - Cliff, Rock] Kemiallinen alkuaine (Si), tummanharmaita kiteitä metallin kiillolla, jotka ovat osa useimpia kiviä.

◁ Pii, th, th. K suolat. Piipitoinen (katso 2.K .; 1 merkki).

piitä

(lat. Silicium), jaksollisen järjestelmän ryhmän IV kemiallinen alkuaine. Tummanharmaita kiteitä metallisilla kiilloilla; tiheys 2,33 g / cm3, t pl 1415 ºC. Kestää kemiallista hyökkäystä. Se muodostaa 27,6% maankuoren massasta (2. sija alkuaineiden joukossa), tärkeimmät mineraalit ovat piidioksidi ja silikaatit. Yksi tärkeimmistä puolijohdemateriaaleista (transistorit, termistorit, valokennot). Monien terästen ja muiden metalliseosten olennainen osa (lisää mekaanista lujuutta ja korroosionkestävyyttä, parantaa valuominaisuuksia).

PII

PII (lat. Silicium silexistä - piikivi), Si (lue "pii", mutta nykyään melko usein "si"), kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 14, atomimassa 28.0855. venäläinen nimi tulee kreikan sanasta kremnos - kallio, vuori.
Luonnonpii koostuu kolmen stabiilin nuklidin seoksesta (cm. NUCLIDE) massanumeroilla 28 (vallitsee seoksessa, se on 92,27 massa-%), 29 (4,68 %) ja 30 (3,05 %). Neutraalin virittymättömän piiatomin ulomman elektronikerroksen konfiguraatio 3 s 2 R 2 . Yhdisteissä sen hapetusaste on yleensä +4 (valenssi IV) ja hyvin harvoin +3, +2 ja +1 (valenssit III, II ja I). Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä pii sijaitsee IVA-ryhmässä (hiiliryhmässä), kolmannessa jaksossa.
Neutraalin piiatomin säde on 0,133 nm. Piiatomin peräkkäiset ionisaatioenergiat ovat 8,1517, 16,342, 33,46 ja 45,13 eV, elektronien affiniteetti on 1,22 eV. Si 4+ -ionin, jonka koordinaatioluku on 4 (yleisin piin tapauksessa), säde on 0,040 nm, koordinaatioluvulla 6 - 0,054 nm. Paulingin asteikolla piin elektronegatiivisuus on 1,9. Vaikka pii luokitellaan tavallisesti ei-metalliksi, sillä on useissa ominaisuuksissa väliasema metallien ja ei-metallien välillä.
Vapaassa muodossa - ruskea jauhe tai vaaleanharmaa kompakti materiaali, jossa on metallinen kiilto.
Löytöhistoria
Piiyhdisteet ovat olleet ihmisen tiedossa ammoisista ajoista lähtien. Mutta yksinkertaisen aineen piin kanssa mies tapasi vasta noin 200 vuotta sitten. Itse asiassa ensimmäiset piitä saaneet tutkijat olivat ranskalainen J. L. Gay-Lussac (cm. GAY LUSSAC Joseph Louis) ja L. J. Tenard (cm. TENAR Louis Jacques). He havaitsivat vuonna 1811, että piifluoridin kuumentaminen metallisen kaliumin kanssa johtaa ruskeanruskean aineen muodostumiseen:
SiF 4 + 4K = Si + 4KF, mutta tutkijat eivät itse tehneet oikeaa johtopäätöstä uuden yksinkertaisen aineen saamisesta. Uuden alkuaineen löytämisen kunnia kuuluu ruotsalaiselle kemistille J. Berzeliukselle (cm. BERZELIUS Jens Jacob), joka myös kuumensi koostumuksen K 2 SiF 6 yhdistettä metallisen kaliumin kanssa piin saamiseksi. Hän sai saman amorfisen jauheen kuin ranskalaiset kemistit ja julkaisi vuonna 1824 uuden alkuaineaineen, jota hän kutsui "piiksi". Kiteisen piin sai vasta vuonna 1854 ranskalainen kemisti A. E. St. Clair Deville (cm. SAINT CLAIR DEVILLE Henri Etienne) .
Luonnossa oleminen
Pii on maankuoressa esiintyvyyden mukaan toisella sijalla kaikkien alkuaineiden joukossa (hapen jälkeen). Piin osuus maankuoren massasta on 27,7 %. Pii on osa useita satoja erilaisia ​​luonnonsilikaatteja (cm. SILIKAATIT) ja alumiinisilikaatit (cm. ALUMOSILIKAATIT). Piidioksidia tai piidioksidia on myös laajalti (cm. PIIDIOKSIDI) SiO 2 (jokihiekka (cm. HIEKKA), kvartsi (cm. KVARTSI), piikivi (cm. FLINT) ja muut), joka muodostaa noin 12 % maankuoresta (massasta). Piitä ei esiinny luonnossa vapaassa muodossa.
Kuitti
Teollisuudessa piitä saadaan pelkistämällä Si02-sulaa koksilla noin 1800°C:n lämpötilassa kaariuuneissa. Näin saadun piin puhtaus on noin 99,9 %. Koska käytännön käyttöön tarvitaan puhtaampaa piitä, saatu pii kloorataan. Muodostuu yhdisteitä, joiden koostumus on SiCl 4 ja SiCl 3 H. Nämä kloridit puhdistetaan edelleen eri menetelmillä epäpuhtauksista ja loppuvaiheessa pelkistetään puhtaalla vedyllä. On myös mahdollista puhdistaa piitä hankkimalla alustavasti magnesiumsilidi Mg2Si. Lisäksi haihtuvaa monosilaani SiH 4 saadaan magnesiumsilidistä käyttämällä suola- tai etikkahappoa. Monosilaani puhdistetaan edelleen tislaamalla, sorptiolla ja muilla menetelmillä ja hajotetaan sitten piiksi ja vedyksi noin 1000 °C:n lämpötilassa. Näillä menetelmillä saadun piin epäpuhtauspitoisuus pienennetään 10-8-10-6 painoprosenttiin.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Piin kidehila on kuution pintakeskittyneen timantin parametri a = 0,54307 nm (korkeissa paineissa saatiin myös muita polymorfisia piin modifikaatioita), mutta johtuen Si-Si-atomien välisestä sidoksen pituudesta sidoksen pituuteen verrattuna C-C kovuus pii on paljon vähemmän kuin timantti.
Piin tiheys on 2,33 kg/dm3. Sulamispiste 1410°C, kiehumispiste 2355°C. Pii on hauras, vain yli 800°C kuumennettaessa siitä tulee muovia. Mielenkiintoista on, että pii on läpinäkyvä infrapunasäteilylle (IR).
Alkuainepii on tyypillinen puolijohde (cm. PUOLIJOHTEET). Kaistaväli huoneenlämmössä on 1,09 eV. Virran kantajien pitoisuus piiissä, jonka sisäinen johtavuus on huoneenlämpötilassa, on 1,5·10 16 m -3. Kiteisen piin sähköisiin ominaisuuksiin vaikuttavat suuresti sen sisältämät mikroepäpuhtaudet. Yksittäisten piin kiteiden saamiseksi, joilla on reikäjohtavuus, piihin lisätään III-ryhmän alkuaineiden - boorin - lisäaineita. (cm. BOR (kemiallinen alkuaine)), alumiinia (cm. ALUMIINI), gallium (cm. GALLIUM) ja Intia (cm. INDIUM), elektronisella johtavuudella - elementtien lisäaineet V-ryhmä-fosfori (cm. FOSFORI), arseeni (cm. ARSENIKKI) tai antimonia (cm. ANTIMONI). Piin sähköisiä ominaisuuksia voidaan vaihdella muuttamalla yksittäiskiteiden käsittelyn olosuhteita, erityisesti käsittelemällä piin pintaa erilaisilla kemiallisilla aineilla.
Kemiallisesti pii on inaktiivinen. Huoneenlämpötilassa se reagoi vain kaasumaisen fluorin kanssa muodostaen haihtuvaa piitetrafluoridia SiF 4 . Kuumennettaessa 400-500 °C:n lämpötilaan pii reagoi hapen kanssa muodostaen dioksidia SiO 2 , kloorin, bromin ja jodin kanssa muodostaen vastaavia helposti haihtuvia tetrahalogenideja SiHal 4 .
Pii ei reagoi suoraan vedyn kanssa, piiyhdisteet vedyn kanssa ovat silaaneja (cm. SILANIT) yleisellä kaavalla Si n H 2n+2 - saatu epäsuorasti. Monosilaani SiH 4 (jota kutsutaan usein yksinkertaisesti silaaniksi) vapautuu metallisilidien vuorovaikutuksessa happoliuosten kanssa, esimerkiksi:
Ca 2 Si + 4HCl \u003d 2CaCl 2 + SiH 4
Tässä reaktiossa muodostunut silaani SiH 4 sisältää seoksen muita silaaneja, erityisesti disilaani Si 2 H 6 ja trisilaani Si 3 H 8, joissa piiatomien ketju on yhdistetty toisiinsa yksittäisillä sidoksilla (-Si-Si-Si). -) .
Typen kanssa pii muodostaa noin 1000°C:n lämpötilassa nitridiä Si 3 N 4 ja boori-termisesti ja kemiallisesti stabiileja borideja SiB 3 , SiB 6 ja SiB 12 . Piin yhdiste ja sen lähin analogi jaksollisen taulukon mukaan - hiili - piikarbidi SiC (karborundi (cm. CARBORUNDUM)) on ominaista korkea kovuus ja alhainen kemiallinen aktiivisuus. Carborundumia käytetään laajalti hiomamateriaalina.
Kun piitä kuumennetaan metallien kanssa, muodostuu silisidejä (cm. SILISIDIT). Silisidit voidaan jakaa kahteen ryhmään: ionis-kovalenttiset (alkalien, maa-alkalimetallien ja magnesiumin, kuten Ca2Si, Mg2Si jne.) silisidit ja metallimaiset (siirtymämetallisilikidit). Aktiivisten metallien silisidit hajoavat happojen vaikutuksesta, siirtymämetallien silisidit ovat kemiallisesti stabiileja eivätkä hajoa happojen vaikutuksesta. Metallimaisilla silisideillä on korkeat sulamispisteet (jopa 2000 °C). Yleisimmin muodostuu metallin kaltaisia ​​koostumusten MSi, M3Si2, M2Si3, M5Si3 ja MSi2 silisidejä. Metallin kaltaiset silisidit ovat kemiallisesti inerttejä, kestävät happea jopa korkeissa lämpötiloissa.
Piidioksidi SiO 2 on hapan oksidi, joka ei reagoi veden kanssa. Esiintyy useiden polymorfisten muunnelmien muodossa (kvartsi (cm. KVARTSI), tridymiitti, kristobaliitti, lasimainen SiO 2). Näistä muunnelmista kvartsilla on suurin käytännön arvo. Kvartsilla on pietsosähköisiä ominaisuuksia (cm. PIEZOSÄHKÖMATERIAALIT), se on läpinäkyvä ultraviolettisäteilylle (UV). Sille on ominaista erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin, joten kvartsista valmistetut astiat eivät halkeile jopa 1000 asteen lämpötilassa.
Kvartsi kestää kemiallisesti happoja, mutta reagoi fluorivetyhapon kanssa:
SiO 2 + 6HF \u003d H2 + 2H 2O
ja kaasumainen fluorivety HF:
SiO 2 + 4HF \u003d SiF 4 + 2H 2 O
Näitä kahta reaktiota käytetään laajasti lasin etsaukseen.
Kun SiO 2 fuusioidaan alkalien ja emäksisten oksidien sekä aktiivisten metallien karbonaattien kanssa, muodostuu silikaatteja (cm. SILIKAATIT)- erittäin heikkojen, veteen liukenemattomien piihappojen suolat, joiden koostumus ei ole vakio (cm. PIIHAPOT) yleinen kaava xH 2 O ySiO 2 (melko usein kirjallisuudessa he eivät kirjoita kovin tarkasti piihapoista, vaan piihaposta, vaikka itse asiassa puhumme samasta asiasta). Esimerkiksi natriumortosilikaattia voidaan saada:
SiO 2 + 4NaOH \u003d (2Na 2 O) SiO 2 + 2H 2 O,
kalsiummetasilikaatti:
SiO 2 + CaO \u003d CaO SiO 2
tai sekoitettu kalsium- ja natriumsilikaatti:
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2
Ikkunalasi on valmistettu Na 2 O CaO 6SiO 2 -silikaatista.
On huomattava, että useimmilla silikaateilla ei ole jatkuvaa koostumusta. Kaikista silikaateista vain natrium- ja kaliumsilikaatit liukenevat veteen. Näiden silikaattien vesiliuoksia kutsutaan liukoiseksi lasiksi. Hydrolyysin ansiosta näille liuoksille on ominaista voimakkaasti emäksinen ympäristö. Hydrolysoiduille silikaateille on ominaista ei todellisten, vaan kolloidisten liuosten muodostuminen. Natrium- tai kaliumsilikaattiliuoksia hapotettaessa saostuu hydratoituneiden piihappojen hyytelömäinen valkoinen sakka.
Sekä kiinteän piidioksidin että kaikkien silikaattien päärakenneelementti on ryhmä, jossa piiatomia Si ympäröi neljän happiatomin tetraedri O. Tässä tapauksessa jokainen happiatomi on kytketty kahteen piiatomiin. Fragmentit voidaan linkittää toisiinsa eri tavoin. Silikaateista, niissä olevien sidosten luonteen mukaan, fragmentit jaetaan saarekkeisiin, ketjuihin, nauhaan, kerrostettuihin, runkoon ja muihin.
Kun Si02 pelkistetään piillä korkeissa lämpötiloissa, muodostuu SiO-koostumuksen piimonoksidia.
Piille on ominaista organopiiyhdisteiden muodostuminen (cm. PIIYHDISTEET), jossa piiatomit ovat liittyneet pitkiksi ketjuiksi silloittavien happiatomien -O- vuoksi, ja jokaiseen piiatomiin kahta O-atomia lukuun ottamatta kaksi muuta orgaanista radikaalia R1 ja R2 \u003d CH 3, C 2 H 5, C6 on kiinnittynyt H5, CH2CH2CF3 ja muut.
Sovellus
Piitä käytetään puolijohdemateriaalina. Kvartsia käytetään pietsosähköisenä materiaalina, materiaalina lämpöä kestävien kemiallisten (kvartsi) astioiden ja UV-säteilylamppujen valmistukseen. Silikaatteja käytetään laajalti rakennusmateriaaleina. Ikkunalasit ovat amorfisia silikaatteja. Silikonimateriaaleille on ominaista korkea kulutuskestävyys, ja niitä käytetään laajasti käytännössä silikoniöljyinä, liimoina, kumeina ja lakkoina.
Biologinen rooli
Joillekin organismeille pii on tärkeä biogeeninen alkuaine. (cm. BIOGEENISET ELEMENTIT). Se on osa tukirakenteita kasveissa ja luustorakenteita eläimissä. Suuria määriä piitä väkevöivät meren eliöt - piilevät. (cm. PIATOMILEVÄ), radiolaariat (cm. RADIOLARIA), sienet (cm. SIENI). Ihmisen lihaskudos sisältää (1-2) 10 -2% piitä, luukudos - 17 10 -4%, veri - 3,9 mg / l. Ruoan mukana jopa 1 g piitä pääsee ihmiskehoon päivittäin.
Piiyhdisteet eivät ole myrkyllisiä. Mutta on erittäin vaarallista hengittää voimakkaasti dispergoituneita sekä silikaattien että piidioksidin hiukkasia, joita muodostuu esimerkiksi räjäytystyössä, kaivoksissa kiviä talttattaessa, hiekkapuhalluskoneiden jne. aikana. Keuhkoihin joutuvat SiO 2 -mikrohiukkaset kiteytyvät. niissä, ja tuloksena olevat kiteet tuhoavat keuhkokudoksen ja aiheuttavat vakavan sairauden - silikoosin (cm. SILIKOOSI). Jotta tätä vaarallista pölyä ei pääse keuhkoihin, on käytettävä hengityssuojainta.

tietosanakirja. 2009 .

Synonyymit:

Katso, mitä "pii" on muissa sanakirjoissa:

- (symboli Si), jaksollisen järjestelmän ryhmän IV laajalle levinnyt harmaa kemiallinen alkuaine, ei-metalli. Sen eristi ensimmäisen kerran Jens BERZELIUS vuonna 1824. Piitä löytyy vain sellaisista yhdisteistä kuin PII (piidioksidi) tai ... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

Pii- saadaan lähes yksinomaan piidioksidin karbotermiselle pelkistykselle käyttämällä valokaariuuneja. Se on huono lämmön- ja sähkönjohdin, lasia kovempi, yleensä jauheena tai useammin muodottomia paloja ... ... Virallinen terminologia

PII- kemia. elementti, ei-metalli, symboli Si (lat. Silicium), at. n. 14, klo. m 28,08; tunnetaan amorfinen ja kiteinen pii (joka on rakennettu samantyyppisistä kiteistä kuin timantti). Amorfinen K. ruskea jauhe, joka on kuutiorakenne hyvin dispergoituneessa ... ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

- (Pii), Si, jaksollisen järjestelmän ryhmän IV kemiallinen alkuaine, atominumero 14, atomimassa 28,0855; ei-metallinen, sp. 1415 astetta. Pii on hapen jälkeen maan toiseksi yleisin alkuaine, sen pitoisuus maankuoressa on 27,6 massaprosenttia. ... ... Nykyaikainen tietosanakirja

Si (lat. Silicium * a. silicium, pii; n. Silizium; f. silicium; ja. siliseo), chem. elementti IV ryhmä jaksollinen. Mendelejevin järjestelmät, osoitteessa. n. 14, klo. m. 28,086. Luonnossa on kolme stabiilia isotooppia: 28Si (92,27), 29Si (4,68 %), 30Si (3 ... Geologinen tietosanakirja

Piiyhdisteet, jotka ovat levinneet laajalti maan päällä, ovat olleet ihmisen tiedossa kivikaudelta lähtien. Kivityökalujen käyttö työssä ja metsästyksessä jatkui useita vuosituhansia. Niiden käsittelyyn – lasin valmistukseen – liittyvien piiyhdisteiden käyttö alkoi noin vuonna 3000 eaa. e. (muinaisessa Egyptissä). Varhaisin tunnettu piiyhdiste on SiO 2 -oksidi (piidioksidi). 1700-luvulla piidioksidia pidettiin yksinkertaisena kappaleena ja siihen viitattiin "mailla" (mikä näkyy sen nimessä). Piidioksidin koostumuksen monimutkaisuuden totesi I. Ya. Berzelius. Hän sai ensimmäisenä vuonna 1825 alkuainepiitä piifluoridista SiF 4 , jolloin jälkimmäinen pelkistettiin metallilla kaliumilla. Uudelle elementille annettiin nimi "pii" (latinan sanasta silex - flint). Venäläisen nimen otti käyttöön G.I. Hess vuonna 1834.

Piin leviäminen luonnossa. Maankuoressa mitattuna pii on toinen (hapen jälkeen) alkuaine, sen keskimääräinen pitoisuus litosfäärissä on 29,5 % (massasta). Maankuoressa piillä on sama päärooli kuin hiilellä eläimissä ja kasvisto. Piin geokemian kannalta sen poikkeuksellisen vahva sidos hapen kanssa on tärkeä. Noin 12 % litosfääristä on piidioksidia SiO 2:ta mineraalikvartsin ja sen lajikkeiden muodossa. 75 % litosfääristä koostuu erilaisista silikaateista ja alumiinisilikaateista (maasälpät, kiillet, amfibolit jne.). Piidioksidia sisältävien mineraalien kokonaismäärä on yli 400.

Pii erottuu heikosti magmaattisten prosessien aikana: sitä kertyy sekä granitoideihin (32,3 %) että ultramafisiin kiviin (19 %). Korkeissa lämpötiloissa ja korkeissa paineissa SiO 2:n liukoisuus kasvaa. Se voi myös kulkeutua vesihöyryn mukana; siksi hydrotermisten suonien pegmatiiteille on ominaista merkittävät kvartsipitoisuudet, joka usein liittyy malmielementteihin (kultakvartsi, kvartsi-kasiteriitti ja muut suonet).

Piin fysikaaliset ominaisuudet. Pii muodostaa tummanharmaita metallinhohtavia kiteitä, joissa on kuutiopintainen timanttityyppinen hila, jonka jakso a = 5,431Å, tiheys 2,33 g/cm 3 . Erittäin korkeilla paineilla saatiin uusi (todennäköisesti kuusikulmainen) modifikaatio, jonka tiheys oli 2,55 g/cm3. Pii sulaa 1417°C:ssa ja kiehuu 2600°C:ssa. Ominaislämpö(20-100 °C:ssa) 800 J/(kg K) tai 0,191 cal/(g astetta); lämmönjohtavuus, edes puhtaimmilla näytteillä, ei ole vakio ja on välillä (25 °C) 84-126 W / (m K) tai 0,20-0,30 cal / (cm s deg). Lineaarilaajenemisen lämpötilakerroin 2,33·10 -6 K -1 alle 120 K muuttuu negatiiviseksi. Pii on läpinäkyvä pitkäaaltoisille infrapunasäteille; taitekerroin (λ = 6 μm) 3,42; dielektrisyysvakio 11.7. Pii on diamagneettinen, atomimagneettinen susceptibiliteetti -0,13-10 -6. Piin kovuus Mohsin mukaan 7,0, Brinellin mukaan 2,4 Gn / m 2 (240 kgf / mm 2), kimmokerroin 109 Gn / m 2 (10 890 kgf / mm 2), puristuvuuskerroin 0,325 10 -6 cm 2 /kg . Pii on hauras materiaali; havaittava plastinen muodonmuutos alkaa yli 800°C:n lämpötiloissa.

Pii on puolijohde, jolla on laaja valikoima sovelluksia. Piin sähköiset ominaisuudet riippuvat suuresti epäpuhtauksista. Piin ominaistilavuuden sähköisen resistanssin oletetaan huoneenlämpötilassa olevan 2,3·103 ohm·m (2,3·105 ohm·cm).

Puolijohde Piin p-tyypin johtavuudella (lisäaineet B, Al, In tai Ga) ja n-tyypin (lisäaineet P, Bi, As tai Sb) resistanssi on paljon pienempi. Kaistaväli on sähkömittausten mukaan 1,21 eV 0 K:ssa ja pienenee 1,119 eV:iin 300 K lämpötilassa.

Piin kemialliset ominaisuudet. Piin sijainnin mukaisesti Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä piiatomin 14 elektronia on jakautunut kolmelle kuorelle: ensimmäisessä (ytimestä) 2 elektronia, toisessa 8, kolmannessa (valenssi) 4; elektronikuoren konfiguraatio 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Peräkkäiset ionisaatiopotentiaalit (eV): 8,149; 16,34; 33.46 ja 45.13. Atomisäde 1,33Å, kovalenttinen säde 1,17Å, ionisäteet Si 4+ 0,39Å, Si 4-1,98Å.

Yhdisteissä Pii (samanlainen kuin hiili) on 4-arvoinen. Toisin kuin hiilellä, Piin koordinaatioluvun 4 kanssa on koordinaatioluku 6, mikä selittyy sen atomin suurella tilavuudella (esimerkki tällaisista yhdisteistä ovat piifluoridit, jotka sisältävät 2-ryhmän).

Piiatomin kemiallinen sitoutuminen muihin atomeihin tapahtuu yleensä hybridi-sp 3 -orbitaalien kautta, mutta on myös mahdollista ottaa mukaan kaksi sen viidestä (vapaasta) 3d-orbitaalista, varsinkin kun pii on kuusikoordinoitu. Alhainen elektronegatiivisuusarvo 1,8 (vastaan ​​2,5 hiilelle; 3,0 typelle jne.), pii yhdisteissä ei-metallien kanssa on sähköpositiivista, ja nämä yhdisteet ovat luonteeltaan polaarisia. Korkea sitoutumisenergia hapella Si - O, joka on 464 kJ / mol (111 kcal / mol), määrää sen happiyhdisteiden (SiO 2 ja silikaatit) stabiilisuuden. Si-Si-sidosenergia on alhainen, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); Toisin kuin hiilelle, piille ei ole ominaista pitkien ketjujen muodostuminen ja kaksoissidos Si-atomien välillä. Suojaavan oksidikalvon muodostumisen ansiosta pii on vakaa jopa korkeissa lämpötiloissa ilmassa. Hapessa se hapettuu alkaen 400 °C:sta, jolloin muodostuu piioksidia (IV) SiO 2. Tunnetaan myös piioksidi (II) SiO, joka on stabiili korkeissa lämpötiloissa kaasun muodossa; nopean jäähdytyksen tuloksena saadaan kiinteä tuote, joka hajoaa helposti ohueksi Si:n ja SiO 2:n seokseksi. Pii kestää happoja ja liukenee vain typpi- ja fluorivetyhapon seokseen; liukenee helposti kuumiin alkaliliuoksiin vetyä kehittäen. Pii reagoi fluorin kanssa huoneenlämpötilassa, muiden halogeenien kanssa - kuumennettaessa muodostaen yhdisteitä, joilla on yleinen kaava SiX 4 . Vety ei reagoi suoraan piin kanssa, ja piihydridejä (silaaneja) saadaan silisideja hajottamalla (katso alla). Piivetyjä tunnetaan SiH4:stä Si 8H18:aan (koostumukseltaan samanlainen kuin tyydyttyneillä hiilivedyillä). Pii muodostaa 2 ryhmää happea sisältäviä silaaneja - siloksaaneja ja siloseeneja. Pii reagoi typen kanssa yli 1000 °C:n lämpötiloissa. Si 3 N 4 -nitridillä on suuri käytännön merkitys, se ei hapetu ilmassa edes 1200 °C:ssa, se kestää happoja (paitsi typpeä) ja emäksiä sekä sulat metallit ja kuonat, mikä tekee siitä arvokkaan materiaalin kemianteollisuudelle, tulenkestävän materiaalin valmistukseen ja muille. Piiyhdisteille, joissa on hiiltä (piikarbidi SiC) ja booria (SiB 3 , SiB 6 , SiB 12), on tunnusomaista korkea kovuus sekä lämpö- ja kemiallinen kestävyys. Kuumennettaessa pii reagoi (metallikatalyyttien, kuten kuparin, läsnä ollessa) orgaanisten klooriyhdisteiden kanssa (esimerkiksi CH 3 Cl:n kanssa) muodostaen organohalosilaaneja [esimerkiksi Si(CH 3) 3 Cl], joita käytetään lukuisten organopiiyhdisteiden synteesi.

Pii muodostaa yhdisteitä lähes kaikkien metallien kanssa - silisidejä (yhdisteitä ei löytynyt vain Bi:n, Tl:n, Pb:n, Hg:n kanssa). On saatu yli 250 silisidiä, joiden koostumus (MeSi, MeSi 2, Me 5 Si 3, Me 3 Si, Me 2 Si ja muut) ei yleensä vastaa klassisia valensseja. Silisidit erottuvat tulenkestävyydestään ja kovuudestaan; Suurin käytännön merkitys on ferrosilikonilla (pelkistysaine erikoismetalliseosten sulatuksessa, katso ferroseokset) ja molybdeenisilikidillä MoSi 2 (sähköuunin lämmittimet, kaasuturbiinien siivet jne.).

Piin hankkiminen. Teknisesti puhdasta piitä (95-98 %) saadaan kaaressa pelkistämällä piidioksidi SiO 2 grafiittielektrodien välissä. Puolijohdeteknologian kehityksen yhteydessä on kehitetty menetelmiä puhtaan ja erityisen puhtaan piin saamiseksi, mikä edellyttää alustavaa synteesiä puhtaimmista piiyhdisteistä, joista pii uutetaan pelkistämällä tai lämpöhajoamalla.

Puhdasta puolijohdepiitä saadaan kahdessa muodossa: monikiteinen (pelkistämällä SiCl 4 tai SiHCl 3 sinkillä tai vedyllä, SiI 4:n ja SiH 4:n termisellä hajoamisella) ja yksikiteisenä (upokkaattoman vyöhykkeen sulattamalla ja "vetämällä" yksikide sula pii - Czochralskin menetelmä).

Piin käyttö. Erityisesti seostettua piitä käytetään laajalti materiaalina puolijohdelaitteiden valmistukseen (transistorit, termistorit, tasasuuntaajat, tyristorit; avaruusaluksissa käytettävät aurinkovalokennot jne.). Koska pii on läpinäkyvä 1-9 mikronin aallonpituuksille, sitä käytetään infrapunaoptiikassa,

Piillä on monipuolisia ja jatkuvasti laajenevia sovelluksia. Metallurgiassa piitä käytetään sulaan metalliin liuenneen hapen poistamiseen (deoksidaatio). Pii on olennainen osa monia rauta- ja ei-rautametalliseoksia. Pii yleensä lisää seoksien korroosionkestävyyttä, parantaa niiden valuominaisuuksia ja lisää mekaanista lujuutta; korkeammilla tasoilla pii voi kuitenkin aiheuttaa haurautta. Korkein arvo niissä on piitä sisältäviä rauta-, kupari- ja alumiiniseoksia. Kasvava määrä piitä käytetään orgaanisten piiyhdisteiden ja silidien synteesiin. Piidioksidia ja monia silikaatteja (savet, maasälpät, kiillet, talkit jne.) käsitellään lasi-, sementti-, keramiikka-, sähkö- ja muilla teollisuudenaloilla.

Piitä löytyy kehosta erilaisten yhdisteiden muodossa, jotka osallistuvat pääasiassa kiinteiden luuston osien ja kudosten muodostumiseen. Jotkut meren kasvit (esim. piilevät) ja eläimet (esimerkiksi piisarvilliset sienet, radiolaariat) voivat kerätä erityisen paljon piitä, jolloin kuollessaan muodostuu paksuja piioksidikerrostumia (IV) valtameren pohjaan. Kylmillä merillä ja järvillä trooppisella alueella vallitsee piillä rikastettu biogeeninen liete. meret - kalkkipitoiset lieteet, joissa on alhainen piipitoisuus. Maan kasveista ruoho, sara, palmut ja korte keräävät paljon piitä. Selkärankaisilla piioksidin (IV) pitoisuus tuhka-aineissa on 0,1-0,5 %. Piitä löytyy suurimmat määrät tiheässä sidekudoksessa, munuaisissa ja haimassa. Ihmisen päivittäinen ruokavalio sisältää jopa 1 g piitä. Ilmassa olevan korkean piioksidin (IV) pölypitoisuuden ansiosta se joutuu ihmisen keuhkoihin ja aiheuttaa sairauden - silikoosin.

Piitä rungossa. Piitä löytyy kehosta erilaisten yhdisteiden muodossa, jotka osallistuvat pääasiassa kiinteiden luuston osien ja kudosten muodostumiseen. Jotkut meren kasvit (esim. piilevät) ja eläimet (esimerkiksi piisarvilliset sienet, radiolaariat) voivat kerätä erityisen paljon piitä, jolloin kuollessaan muodostuu paksuja piioksidikerrostumia (IV) valtameren pohjaan. Kylmillä merillä ja järvillä trooppisella alueella vallitsee piillä rikastettu biogeeninen liete. meret - kalkkipitoiset lieteet, joissa on alhainen piipitoisuus. Maan kasveista ruoho, sara, palmut ja korte keräävät paljon piitä. Selkärankaisilla piioksidin (IV) pitoisuus tuhka-aineissa on 0,1-0,5 %. Piitä löytyy suurimmat määrät tiheässä sidekudoksessa, munuaisissa ja haimassa. Ihmisen päivittäinen ruokavalio sisältää jopa 1 g piitä. Ilmassa olevan korkean piioksidin (IV) pölypitoisuuden ansiosta se joutuu ihmisen keuhkoihin ja aiheuttaa sairauden - silikoosin.