Персы, египтяне и римляне использовали драгоценные камни на основе оксида кремния. К ним относился опал, топаз, горный хрусталь и пр. Кремний в чистом виде долгое время был неизвестен человечеству. Его обнаружили только в 1823 году. В результате опыта шведскому химику удалось получить аморфную модификацию элемента, позже он же предложил латинское название.
Особенности
Кремний является неметаллом, который в зависимости от внешних факторов проявляет кислотные или основные свойства. Полупроводник регулярно используют для создания техники. Его характеристики определяются в зависимости от состояния.
В народном хозяйстве наиболее распространена кристаллическая форма кремния. В медицине его соединения используются в лекарствах от артрита, туберкулеза. У человека кремний является базовым микроэлементом, при его нехватке начинается разрушение костной ткани, ногтей, волос. В некоторых случаях ухудшается работа иммунной системы.
Чистый кремний встречается редко, на воздухе он покрывается слоем диоксида и становится неактивным. Поэтому соединения с кремнием более распространены, чем само вещество.
Основные качества кремния:
- Доступность. Кремний не встречается в свободной форме, но есть эффективные и малозатратные технологии, позволяющие получить его.
- Нетоксичность. Благодаря этому свойству материал доступен к использованию в любой отрасли, сам технологический процесс никаких опасностей не несет.
- Образование соединений. Кремний способен образовывать сплавы почти со всеми материалами. Благодаря этому создаются вариации керамики, стекла, камня и пр.
- Полупроводниковые качества. Материал регулярно используют для создания техники.
Получение
Добывают кремний лабораторным или промышленным методом. В первом случае во время нагревания его восстанавливают при помощи магния.
В промышленных масштабах для этого требуется больше усилий. Сначала в печах происходит разложение диоксида при высокой температуре и воздействием кокса, затем результат очищают от примесей, обрабатывают кислотами. В результате очистки массовая доля не должна превышать 95%. На последнем этапе иногда прибегают к хлорированию, поскольку этот метод более дешевый, но такой же эффективный.
Физические свойства
У кремния есть две аллотропные модификации, каждую из которых стоит рассматривать отдельно.
Аморфный кремний
В таком состоянии материал представляют в виде бурого порошка. Он поглощает влагу и становится химически активным при нагревании. В стандартном виде взаимодействует только с фтором.
Аморфный кремний обладает другими качествами, основное из них — высокая светопоглотительная способность, которая в несколько раз лучше, чем у материала кристаллической формы. В аморфном виде материал используют в технических целях, его наносят на пластик или стекло. В основном он используется для создания солнечных батарей.
Тонкая пленка быстро стирается, но несмотря на это, востребованность материала растет. Такие батареи обеспечивают энергией огромные предприятия, поэтому даже короткий период работы быстро окупается. Экономное и безотходное производство аморфного кремния делает этот материал достойным бюджетным вариантом.
Кристаллический кремний
Твердый серебристый материал больше ценится благодаря своим качествам. Существует несколько видов товара с кристаллической решеткой:
- Электронный. Это самый чистый материал, его используют для создания чувствительных приборов и прочей электроники.
- Солнечный. Применяется для качественных солнечных батарей. Фотоэлектрические преобразователи на основе этого материала более износостойки, чем в аморфной вариации.
- Технический. В нем содержится 98% чистого материала, остальное — примеси хлора, углерода, бора, фосфора и пр.
Технический вид подходит для получения поликристаллов. В результате этого процесса создаются продукты, которые одновременно обладают солнечными и электронными качествами. Поликремний является промежуточной формой аморфной и кристаллической модификации. Этот материал удобен в работе, он легко очищается хлором и подходит для переработки.
Применение и биологическая роль
Кремний включают в производство неорганических материалов, с его помощью создают стекло, керамику, пьезокристаллы. Он незаменим при производстве технических смазок, пластика, каучуковых материалов. В металлургии его добавляют в сплавы с медью, магнием, алюминием для повышения уровня прочности. Полупроводниковые свойства позволяют использовать его для создания микрочипов, диодов, транзисторов.
В организме человека кремний находится в гипофизе, щитовидной железе и надпочечниках. Он выполняет следующие функции:
- Предотвращает остеопороз и делает кости плотными. Дополнительный прием микроэлемента рекомендуется женщинам во время климакса, поскольку из-за гормональных изменений снижается плотностей костной ткани.
- Становится соединительным элементом коллагена и влияет на качество соединительной ткани.
- Предотвращает развитие инфекционных болезней, поскольку воздействует на иммунитет.
- Ускоряет восстановление костей после операций и переломов.
- Борется с воспалительными высыпаниями на коже.
- Выступает сорбентом, поскольку при взаимодействии с водой связывает патогенные микроорганизмы и выводит их.
- Является профилактикой развития раковых заболеваний, поскольку усиливает активность витаминов группы А, Е и С.
- В воде кремний уничтожает бактерии, а также выводит тяжелые металлы в осадок.
- Укрепляет сухожилия, связки и хрящи.
- Регулирует в организме наличие фтора, магния, калия.
- Повышает эластичность сосудов, предотвращает тромбофлебит, инфаркт, ишемическую болезнь сердца и пр.
Ежедневно человеку необходимо употреблять около 1 г кремния, в противном случае появится хроническая усталость, головная боль, сыпь, увеличится хрупкость костей.
Кремний считают незаменимым элементом во многих отраслях. Благодаря своим качествам, безотходному производству и низкой стоимости не существует аналогов, которые смогли бы его заменить.
Как вам статья?
