Цахиур: хэрэглээ, химийн болон физик шинж чанар

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Байгалийн хамгийн түгээмэл элементүүдийн нэг бол цахиур буюу цахиур юм. Ийм өргөн тархалт нь энэ бодисын ач холбогдол, ач холбогдлын талаар ярьдаг. Үүнийг цахиурыг өөрийн зорилгоор хэрхэн зөв ашиглаж сурсан хүмүүс хурдан ойлгож, хүлээн зөвшөөрсөн. Үүний хэрэглээ нь тусгай шинж чанарууд дээр суурилсан бөгөөд бид үүнийг дараа ярих болно.

Цахиур бол химийн элемент

Хэрэв бид өгөгдсөн элементийг үечилсэн систем дэх байрлалаар нь тодорхойлох юм бол дараах чухал цэгүүдийг тодорхойлж болно:

1. Эхлэх дугаар - 14.
2. Үе нь гурав дахь жижиг үе юм.
3. Бүлэг - IV.
4. Дэд бүлэг - үндсэн.
5. Гадна электрон бүрхүүлийн бүтцийг 3s²3p² томъёогоор илэрхийлнэ.
6. Цахиур элементийг Si химийн тэмдгээр тэмдэглэсэн бөгөөд үүнийг "цахиур" гэж дууддаг.
7. Исэлдүүлэх төлөв нь: -4; +2; +4.
8. Атомын валент нь IV.
9. Цахиурын атомын масс 28.086.
10. Байгаль дээр энэ элементийн массын тоо 28, 29, 30-тай тогтвортой гурван изотоп байдаг.

Тэгэхээр атомХимийн үүднээс авч үзвэл цахиур бол маш сайн судлагдсан элемент бөгөөд түүний олон янзын шинж чанарыг тодорхойлсон болно.

Нээлтийн түүх

Энэ нь авч үзэж буй элементийн төрөл бүрийн нэгдлүүд нь байгалиасаа маш их алдартай, агуулгыг агуулсан байдаг тул эрт дээр үеэс хүмүүс тэдгээрийн ихэнхийг нь ашиглаж, шинж чанарыг нь мэддэг байсан. Цэвэр цахиур удаан хугацааны туршид химийн чиглэлээр хүний мэдлэгээс давсан хэвээр байв.

Эртний соёл иргэншлийн ард түмний (Египет, Ром, Хятад, Орос, Перс болон бусад) өдөр тутмын амьдрал, үйлдвэрлэлд ашигладаг хамгийн алдартай нэгдлүүд нь цахиурын исэлд суурилсан үнэт болон гоёл чимэглэлийн чулуунууд байв. Үүнд:

• опал;
• rhinestone;
• топаз;
• хризопраз;
• оникс;
• халцедон болон бусад.

Мөн эрт дээр үеэс кварц, кварцын элсийг барилгын ажилд ашигладаг заншил бий. Гэсэн хэдий ч олон эрдэмтэд катализатор, өндөр температур, тэр ч байтугай цахилгаан гүйдлийг ашиглан янз бүрийн нэгдлүүдээс тусгаарлахыг дэмий хоосон оролдсон ч элементийн цахиур өөрөө 19-р зууныг хүртэл нээгдээгүй байв. Эдгээр нь:

гэх мэт тод оюун ухаанууд юм.

• Карл Шееле;
• Гэй-Луссак;
• Тэнар;
• Хамфри Дэви;
• Антуан Лавуазье.

Йенс Жейкобс Берзелиус 1823 онд цэвэр цахиурыг амжилттай гаргаж чадсан. Үүний тулд тэрээр цахиурын фтор ба металл калийн уурыг нэгтгэх туршилт хийсэн. Үүний үр дүнд тэрээр тухайн элементийн аморф өөрчлөлтийг хүлээн авсан. Тэр эрдэмтэн нээсэн атомын латин нэрийг санал болгосон.

Хэсэг хугацааны дараа 1855 онд өөр нэг эрдэмтэн Сент Клэр-Девиль өөр нэг аллотропик төрөл болох талст цахиурыг нэгтгэж чаджээ. Түүнээс хойш энэ элемент болон түүний шинж чанаруудын талаархи мэдлэг маш хурдан хөгжиж эхэлсэн. Энэ нь өөрийн хэрэгцээг хангахын тулд маш ухаалаг ашиглаж болох өвөрмөц онцлогтой гэдгийг хүмүүс ойлгосон. Тиймээс өнөөдөр электроник, технологийн хамгийн эрэлттэй элементүүдийн нэг бол цахиур юм. Түүний хэрэглээ жил бүр зөвхөн хил хязгаараа өргөжүүлдэг.

Атомын орос нэрийг 1831 онд эрдэмтэн Гесс өгсөн. Энэ бол өнөөдрийг хүртэл гацсан зүйл юм.

Байгальд агуулагддаг

Цахиур нь байгальд хүчилтөрөгчийн дараа ордог хамгийн элбэг байдаг. Дэлхийн царцдасын найрлага дахь бусад атомуудтай харьцуулахад түүний эзлэх хувь 29.5% байна. Нэмж дурдахад нүүрстөрөгч ба цахиур нь бие биетэйгээ холбогдож гинж үүсгэдэг хоёр онцгой элемент юм. Тийм ч учраас литосфер, гидросфер, биомасс зэрэгт агуулагддаг 400 гаруй байгалийн эрдэс бодисыг мэддэг.

Цахиур яг хаанаас олддог вэ?

1. Хөрсний гүн давхаргад.
2. Чулуулаг, орд, массивуудад.
3. Усны ёроолд, ялангуяа далай, далайд.
4. Амьтны ертөнцийн ургамал, далайн амьдралд.
5. Хүн ба хуурай газрын амьтад.

Их хэмжээний агуулсан хамгийн түгээмэл ашигт малтмал, чулуулгийг нэрлэж болно.цахиур. Тэдний химийн найрлага нь цэвэр элементийн массын агууламж 75% хүрдэг. Гэсэн хэдий ч тодорхой тоо нь материалын төрлөөс хамаарна. Тэгэхээр цахиур агуулсан чулуулаг, эрдэс:

• хээрийн жонш;
• гялтгануур;
• амфиболууд;
• опал;
• халцедон;
• силикатууд;
• элсэн чулуу;
• алюминосиликатууд;
• шавар болон бусад.

Далайн амьтдын хясаа болон гадна араг ясанд хуримтлагддаг цахиур нь эцэстээ усны савны ёроолд цахиурын хүчтэй ордуудыг үүсгэдэг. Энэ бол энэ элементийн байгалийн эх сурвалжуудын нэг юм.

Үүнээс гадна цахиур нь цэвэр уугуул хэлбэрээр буюу талст хэлбэрээр байж болохыг тогтоосон. Гэхдээ ийм хадгаламж маш ховор байдаг.

Цахиурын физик шинж чанар

Хэрэв та авч үзэж буй элементийг физик, химийн шинж чанарын багцаар тодорхойлдог бол юуны түрүүнд физик үзүүлэлтүүдийг зааж өгөх ёстой. Энд хэд хэдэн гол зүйл байна:

1. Бүх шинж чанараараа ялгаатай аморф ба талст гэсэн хоёр аллотроп өөрчлөлтийн хэлбэрээр байдаг.
2. Болор тор нь алмазтай маш төстэй, учир нь нүүрстөрөгч болон цахиур нь энэ талаараа бараг ижил байдаг. Гэсэн хэдий ч атомуудын хоорондох зай өөр (цахиур нь илүү их байдаг) учраас алмаз нь илүү хатуу, хүчтэй байдаг. Торны төрөл - куб нүүр төвтэй.
3. Энэ бодис нь маш хэврэг, өндөр температурт хуванцар болдог.
4. Хайлах цэг нь 1415˚C.
5. Температурбуцлах цэг - 3250˚С.
6. Бодисын нягт - 2.33 г/см³.
7. Холболтын өнгө нь мөнгөн саарал, өвөрмөц металл гялбаатай.
8. Тодорхой бодис нэмсэнээр өөрчлөгдөж болох хагас дамжуулагч шинж чанартай.
9. Ус, органик уусгагч болон хүчилд уусдаггүй.
10. Шүлтэнд тусгайлан уусдаг.

Цахиурын тодорхой физик шинж чанарууд нь хүмүүст үүнийг хянах, төрөл бүрийн бүтээгдэхүүн бүтээхэд ашиглах боломжийг олгодог. Жишээлбэл, электроникийн салбарт цэвэр цахиур ашиглах нь хагас дамжуулалтын шинж чанарт суурилдаг.

Химийн шинж чанар

Цахиурын химийн шинж чанар нь урвалын нөхцлөөс ихээхэн хамаардаг. Хэрэв бид стандарт үзүүлэлтээр цэвэр бодисын тухай ярих юм бол маш бага үйл ажиллагааг тодорхойлох шаардлагатай. Кристал болон аморф цахиур хоёулаа маш идэвхгүй байдаг. Хүчтэй исэлдүүлэгч бодис (фтороос бусад) болон хүчтэй бууруулагч бодисуудтай харьцаж болохгүй.

Энэ нь бодисын гадаргуу дээр SiO₂ оксидын хальс агшин зуур үүсч, цаашид харилцан үйлчлэхээс сэргийлдэгтэй холбоотой юм. Энэ нь ус, агаар, уурын нөлөөн дор үүсч болно.

Хэрэв та стандарт нөхцлийг өөрчилж, цахиурыг 400˚С-ээс дээш температурт халаавал түүний химийн идэвхжил ихээхэн нэмэгдэнэ. Энэ тохиолдолд дараах хариу үйлдэл үзүүлнэ:

• хүчилтөрөгч;
• бүх төрлийн галоген;
• устөрөгч.

Цаашид температур нэмэгдэх тусам бүтээгдэхүүн үүсэх боломжтойбор, азот, нүүрстөрөгчийн харилцан үйлчлэл. Карборунд - SiC нь сайн зүлгүүрийн материал учраас онцгой ач холбогдолтой.

Мөн цахиурын химийн шинж чанар нь металлтай урвалд ороход тодорхой харагддаг. Тэдгээрийн хувьд энэ нь исэлдүүлэгч бодис тул бүтээгдэхүүнийг силицид гэж нэрлэдэг. Ижил төстэй нэгдлүүдийг мэддэг:

• шүлтлэг;
• шүлтлэг дэлхий;
• шилжилтийн металл.

Ер бусын шинж чанар нь төмөр, цахиурыг хайлуулж гаргаж авсан нэгдэл юм. Үүнийг ферросиликон керамик гэж нэрлэдэг бөгөөд үйлдвэрлэлд амжилттай хэрэглэгдэж байна.

Цахиур нь нарийн төвөгтэй бодисуудтай харилцан үйлчлэлцдэггүй тул тэдгээрийн бүх сортуудын дотроос зөвхөн уусдаг:

• хааны архи (азот болон давсны хүчлийн холимог);
• идэмхий шүлт.

Энэ тохиолдолд уусмалын температур хамгийн багадаа 60˚С байх ёстой. Энэ бүхэн нь тухайн бодисын физик үндэс болох алмааз шиг тогтвортой болор торыг бат бөх, идэвхгүй байдлыг нь дахин баталж байна.

Олгох арга

Цэвэр цахиур олж авах нь эдийн засгийн хувьд нэлээд өндөр өртөгтэй процесс юм. Үүнээс гадна, шинж чанараараа ямар ч арга нь зөвхөн 90-99% цэвэр бүтээгдэхүүнийг өгдөг бол металл, нүүрстөрөгчийн хольц нь ижил хэвээр байна. Тиймээс зөвхөн бодисыг авах нь хангалтгүй юм. Мөн гадны элементүүдээс чанарын хувьд цэвэрлэгдэх ёстой.

Ер нь цахиурын үйлдвэрлэлийг хоёр үндсэн аргаар явуулдаг:

1. Цагаан элсээсЭнэ нь цэвэр цахиурын исэл SiO₂. Идэвхтэй металлаар (ихэнхдээ магнийн хамт) шохойжсон үед аморф өөрчлөлт хэлбэрээр чөлөөт элемент үүсдэг. Энэхүү аргын цэвэршилт өндөр, 99.9 хувийн гарцтай бүтээгдэхүүн гаргаж авдаг.
2. Үйлдвэрийн хэмжээнд илүү өргөн тархсан арга бол хайлсан элсийг тусгай дулааны зууханд коксоор задлах явдал юм. Энэ аргыг Оросын эрдэмтэн Бекетов Н. Н

боловсруулсан.

Цаашдын боловсруулалт нь бүтээгдэхүүнийг цэвэрлэх аргад хамруулахаас бүрдэнэ. Үүний тулд хүчил эсвэл галоген (хлор, фтор) ашигладаг.

Аморф цахиур

Цахиурын аллотропик өөрчлөлт тус бүрийг тусад нь авч үзэхгүй бол түүний шинж чанар бүрэн бус болно. Эхнийх нь аморф юм. Энэ төлөвт бидний авч үзэж буй бодис нь бор хүрэн нунтаг, нилээд тархсан байна. Энэ нь өндөр гигроскопитой, халах үед хангалттай өндөр химийн идэвхжилтэй байдаг. Стандарт нөхцөлд энэ нь зөвхөн хамгийн хүчтэй исэлдүүлэгч бодис болох фтортой харилцан үйлчилж чадна.

Аморф цахиурыг янз бүрийн талст цахиур гэж нэрлэх нь тийм ч зөв биш. Түүний тор нь энэ бодис нь талст хэлбэрээр орших нарийн тархсан цахиурын нэг хэлбэр гэдгийг харуулж байна. Иймээс эдгээр өөрчлөлтүүд нь ижил нэгдэл юм.

Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн шинж чанар өөр өөр байдаг тул аллотропийн тухай ярих нь заншилтай байдаг. Аморф цахиур нь өөрөө байдаггэрэл шингээх чадвар өндөр. Үүнээс гадна тодорхой нөхцөлд энэ үзүүлэлт нь талст хэлбэрийнхээс хэд дахин их байдаг. Тиймээс үүнийг техникийн зорилгоор ашигладаг. Тооцоолж буй хэлбэрээр (нунтаг) нэгдэл нь хуванцар эсвэл шил гэх мэт ямар ч гадаргуу дээр амархан түрхдэг. Тиймээс аморф цахиур нь хэрэглэхэд маш тохиромжтой. Энэхүү програм нь янз бүрийн хэмжээтэй нарны хавтан үйлдвэрлэхэд суурилдаг.

Хэдийгээр энэ төрлийн батерейны элэгдэл нь маш хурдан бөгөөд энэ нь бодисын нимгэн хальс элэгдэлд орсонтой холбоотой боловч хэрэглээ, эрэлт хэрэгцээ улам бүр нэмэгдсээр байна. Богино хугацаанд ч гэсэн аморф цахиур дээр суурилсан нарны зай нь бүх аж ахуйн нэгжийг эрчим хүчээр хангах боломжтой юм. Үүнээс гадна ийм бодисыг үйлдвэрлэхэд хог хаягдалгүй байдаг нь маш хэмнэлттэй байдаг.

Натри эсвэл магни зэрэг идэвхтэй металлын нэгдлүүдийг багасгаж энэ өөрчлөлтийг аваарай.

Болор цахиур

Алдаатай элементийн мөнгөн саарал гялалзсан өөрчлөлт. Энэ бол хамгийн түгээмэл бөгөөд хамгийн эрэлт хэрэгцээтэй хэлбэр юм. Энэ нь энэ бодисыг эзэмшдэг чанарын шинж чанаруудтай холбоотой юм.

Болор тортой цахиурын шинж чанар нь түүний төрлүүдийн ангиллыг агуулдаг, учир нь тэдгээрийн хэд хэдэн төрөл байдаг:

1. Цахим чанар - хамгийн цэвэр, дээд зэргийн чанар. Энэ төрөл нь электроникид онцгой эмзэг төхөөрөмжүүдийг бүтээхэд ашиглагддаг.
2. Нарлаг чанар. Нэр нь өөрөөашиглалтын талбайг тодорхойлдог. Энэ нь мөн өндөр цэвэршилттэй цахиур бөгөөд түүний хэрэглээ нь өндөр чанартай, удаан эдэлгээтэй нарны зайг бий болгоход зайлшгүй шаардлагатай. Кристал бүтцийн үндсэн дээр бүтээгдсэн фотоволтайк хувиргагч нь янз бүрийн субстрат дээр тунадасжуулах замаар аморф өөрчлөлтийг ашиглан бүтээгдсэнээс илүү чанартай, илүү бат бөх байдаг.
3. Техникийн цахиур. Энэ төрөлд 98 орчим хувийг цэвэр элемент агуулсан бодисын дээж орно. Бусад бүх зүйл нь янз бүрийн бохирдолд ордог:

• бор;
• хөнгөн цагаан;
• хлор;
• нүүрстөрөгч;
• фосфор болон бусад.

Сүүлчийн төрлийн бодисыг цахиурын поликристал авахад ашигладаг. Үүний тулд дахин талстжих процессыг явуулдаг. Үүний үр дүнд цэвэр байдлын хувьд нарны болон электрон чанарын бүлэгт хамаарах бүтээгдэхүүнүүд гарч ирдэг.

Угаасаа полисиликон нь аморф болон талст өөрчлөлтийн хоорондох завсрын бүтээгдэхүүн юм. Энэ сонголттой ажиллахад илүү хялбар, дахин боловсруулж, фтор, хлороор цэвэрлэнэ.

Үйлдвэрлэсэн бүтээгдэхүүнийг дараах байдлаар ангилж болно:

• multicilicon;
• монокристал;
• профайлтай талстууд;
• цахиурын хаягдал;
• техникийн цахиур;
• үйлдвэрлэлийн хаягдал материалын хэлтэрхий болон хаягдал.

Тэд тус бүр нь үйлдвэрлэлд хэрэглэгдэхүүнээ олж, ашигладагбүрэн хүн. Тиймээс цахиуртай холбоотой үйлдвэрлэлийн процессыг хаягдалгүй гэж үздэг. Энэ нь чанарт нөлөөлөхгүйгээр эдийн засгийн зардлыг эрс бууруулдаг.

Цэвэр цахиур ашиглах

Цахиурын үйлдвэрлэл энэ салбарт нэлээд сайн тогтсон бөгөөд цар хүрээ нь нэлээд том юм. Энэ нь цэвэр болон төрөл бүрийн нэгдлүүдийн хэлбэрт орсон энэхүү элемент нь шинжлэх ухаан, технологийн янз бүрийн салбарт өргөн тархаж, эрэлт хэрэгцээтэй байгаатай холбоотой юм.

Цэвэр талст болон аморф цахиурыг хаана хэрэглэдэг вэ?

1. Металлургид метал ба тэдгээрийн хайлшийн шинж чанарыг өөрчлөх чадвартай хайлшийн нэмэлт болгон ашигладаг. Тэгэхээр ган, төмөр хайлуулахад ашигладаг.
2. Янз бүрийн төрлийн бодисыг илүү цэвэрхэн болгоход ашигладаг - полисиликон.
3. Цахиурын органик бодистой нэгдлүүд - энэ бол өнөөдөр онцгой алдартай болсон химийн бүхэл бүтэн салбар юм. Силикон материалыг анагаах ухаан, аяга таваг, багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэх зэрэгт ашигладаг.
4. Төрөл бүрийн нарны хавтан үйлдвэрлэл. Эрчим хүч олж авах энэ арга нь ирээдүйд хамгийн ирээдүйтэй аргуудын нэг юм. Байгаль орчинд ээлтэй, хэмнэлттэй, удаан эдэлгээтэй - ийм цахилгаан үйлдвэрлэлийн гол давуу тал.
5. Цахиурыг асаагуурт маш удаан хэрэглэж ирсэн. Эрт дээр үед ч хүмүүс гал асаахдаа цахиур чулуугаар оч үүсгэдэг байжээ. Энэ зарчим нь янз бүрийн төрлийн асаагуур үйлдвэрлэх үндэс суурь юм. Өнөөдөр ийм зүйлүүд байдагцахиур чулууг тодорхой найрлагатай хайлшаар сольсон бөгөөд энэ нь илүү хурдан үр дүнг өгдөг (очлуур).
6. Цахим ба нарны эрчим хүч.
7. Хийн лазер төхөөрөмжид толь үйлдвэрлэх.

Тиймээс цэвэр цахиур нь маш их давуу талтай, онцгой шинж чанартай бөгөөд үүнийг чухал, хэрэгцээтэй бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжийг олгодог.

Цахиурын нэгдлүүдийн хэрэглээ

Энгийн бодисоос гадна төрөл бүрийн цахиурын нэгдлүүдийг мөн маш өргөн хэрэглэдэг. Силикат гэдэг аж үйлдвэрийн бүхэл бүтэн салбар бий. Тэр бол энэхүү гайхалтай элементийг агуулсан янз бүрийн бодисыг ашиглахад үндэслэсэн хүн юм. Эдгээр нэгдлүүд юу вэ, тэд юу үүсгэдэг вэ?

1. Кварц, эсвэл голын элс - SiO₂. Энэ нь цемент, шил зэрэг барилгын болон гоёл чимэглэлийн материал үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Эдгээр материалыг хаана ашиглаж байгааг хүн бүр мэддэг. Цахиурын нэгдлүүдийн ач холбогдлыг баталж байгаа эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдгүйгээр ямар ч барилгын ажил дуусдаггүй.
2. Силикат керамик, үүнд фаянс, шаазан, тоосго, тэдгээрт суурилсан бүтээгдэхүүн зэрэг материалууд орно. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг анагаах ухаан, аяга таваг үйлдвэрлэх, гоёл чимэглэлийн зүйлс, гэр ахуйн эд зүйлс, барилга байгууламж болон хүний үйл ажиллагааны бусад салбарт ашигладаг.
3. Силикон нэгдлүүд - силикон, цахиур гель, силикон тос.
4. Силикат цавуу - бичгийн хэрэгсэл, пиротехник, барилгын ажилд ашигладаг.

Цахиур, дэлхийн зах зээл дээр үнэ нь харилцан адилгүй байдаг ч давдаггүйдээрээс доошоо, ОХУ-ын нэг кг тутамд 100 рублийн тэмдэг (талст тутамд) нь эрэлт хэрэгцээтэй, үнэ цэнэтэй бодис юм. Мэдээжийн хэрэг, энэ элементийн нэгдлүүд бас өргөн тархсан бөгөөд хэрэглэх боломжтой.

Цахиурын биологийн үүрэг

Биеийн ач холбогдлын үүднээс цахиур чухал. Түүний агуулга, эд эсийн тархалт дараах байдалтай байна:

• 0, 002% - булчинлаг;
• 0, 000017% - яс;
• цус - 3.9 мг/л.

Өдөр бүр нэг грамм цахиур дотогшоо орох ёстой, эс тэгвээс өвчин үүсч эхэлнэ. Тэдний дунд үхлийн аюултай зүйл байхгүй ч удаан хугацааны цахиурын өлсгөлөн нь:

• үс унах;
• батга, батга гарах;
• ясны хэврэг, эмзэг байдал;
• хялгасан судасны нэвчилт;
• ядрах, толгой өвдөх;
• олон тооны хөхөрсөн болон хөхөрсөн харагдах байдал.

Ургамлын хувьд цахиур нь хэвийн өсөлт хөгжилтөд зайлшгүй шаардлагатай ул мөр элемент юм. Амьтанд хийсэн туршилтууд өдөр бүр хангалттай хэмжээний цахиур хэрэглэдэг хүмүүс хамгийн сайн ургадаг болохыг харуулсан.