Silikon: karakteristik, fitur dan aplikasi. Tentang silikon dioksida amorf Bahan tambahan makanan silikon dioksida amorf

Invensi ini berkaitan dengan teknologi pemrosesan kimia bahan baku mineral, khususnya metode untuk memproduksi silikon dioksida yang sangat terdispersi - analog dengan jelaga putih, yang digunakan sebagai pengisi mineral dalam industri yang menggunakan bahan pengisi yang sangat tersebar. Cara tersebut meliputi tahapan penggilingan bahan baku awal yang mengandung silikon, yang digunakan sebagai batuan alam - diatomit dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi hingga 70-75%, pembuatan muatan dengan perbandingan L:S. 4-6:1, mengolah gelas cair untuk mendapatkan larutan, memisahkan endapan yang dihasilkan, mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang dihasilkan dengan asam mineral selangkah demi selangkah di bawah kendali pH medium, mengisolasi target yang dihasilkan produk dengan cara penyaringan, dilanjutkan dengan pencucian berulang kali dengan air dan pengeringan, sedangkan tanah diatom dihancurkan hingga diperoleh fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 0,01 mm dan dibakar terlebih dahulu pada suhu 600-900°C untuk 1-1,5 jam, dan muatan diproses dalam lingkungan kavitasi yang diciptakan dengan pulsa listrik atau metode hidrodinamik. Hasil teknis dari penemuan ini adalah untuk menyederhanakan proses dengan menciptakan proses non-autoklaf, hemat energi dan memperoleh produk dengan reaktivitas tinggi dan berbagai sifat industri. 6 gaji file, 3 tabel, 4 ilustrasi, 13 pr.

Gambar untuk paten RF 2474535

Silika amorf merupakan bahan serba guna dan digunakan di berbagai industri. Ini paling banyak digunakan untuk produksi karet silikon jenis khusus, sebagai adsorben, atau sebagai komponen campuran konstruksi kering dan dalam industri cat dan pernis, terlebih lagi, ini adalah komponen permanen untuk banyak produk dan produk dari industri cat dan pernis. industri parfum. Untuk beberapa jenis karet ban yang digunakan untuk memproduksi ban berkualitas tinggi, silika amorf dengan karakteristik teknis yang cukup ketat dapat digunakan sebagai bahan pengisi.

Silika adalah sebutan umum untuk senyawa yang mempunyai rumus kimia SiO 2 . Silika amorf (silika sangat tersebar - VDS) adalah senyawa kimia yang sangat tersebar, berupa bubuk putih lepas yang mengandung setidaknya 95-99,8% silikon dioksida. Ciri-cirinya adalah luas permukaan spesifik yang tinggi, pengepakan partikel dan agregat primer yang longgar, yang menentukan volume pori yang besar dan, karenanya, kapasitas menahan kelembapan dan minyak yang tinggi, sifat pengentalan dan pembentuk struktur yang baik.

Seluruh VDC secara konvensional dibagi menjadi dua kelas - pirogenik dan diendapkan.

VDC pirogenik diproduksi dengan membakar silikon tetraklorida dalam aliran oksigen dan hidrogen, menghasilkan silikon dioksida amorf dan hidrogen klorida yang sangat tersebar dalam bentuk gas. Produksi ini memerlukan konsumsi energi yang tinggi dan langkah-langkah keamanan ledakan yang serius. Berbeda dengan pirogenik, VDC yang diendapkan diperoleh, misalnya, dari bahan baku mineral alami - batuan seperti perlit, obsidian, diatomit, nepheline, tripoli, dari bahan baku silikat, pasir kuarsa [paten RU No. 2085488, kelas. C01B 33/18, terbitan. 27/07/97] dan dari "produk setengah jadi" - limbah ferrosilikon silikon tinggi [paten RU No. 2036836, kelas. C01B 33/12, terbitan. 06/09/95], produksi bahan boron atau borosilikat [Paten RU No. 2170211, cl. C01B 33/12, 07/10/2001], dari limbah produksi apatit [ed. tanggal SU No. 856981 30/01/93] dan produksi ferroalloy [Paten RF No. 2237015, kelas. C01B 33/18, terbitan. 27.09.2004], dari debu buang dari proses pemurnian gas produksi silikon elektrotermal di perusahaan industri aluminium [Paten RU No. 2031838, 27.03.95], dll.

Ada metode yang diketahui untuk mengisolasi silikon dioksida dari batuan vulkanik kaca, yang menggunakan perlit, obsidian, batu apung dengan kandungan silika 69-75% [Paten RU No. 1791383, C01B 33/12, 30/01/93].

Caranya meliputi penggilingan bahan baku yang mengandung silika hingga diperoleh fraksi sekitar 0,1 mm, perlakuan dengan larutan alkali pada konsentrasi Na 2 O 100-200 g/l dan perbandingan L:S 2-4 untuk 1-5 jam, diikuti dengan penghilangan sedimen dari fase cair. Yang terakhir ini dikenakan perlakuan magnetik pada kekuatan medan elektromagnetik 500-1100 kA/m dan kecepatan aliran fase cair 2-4 m/s, larutan yang diolah dipanaskan hingga mendidih, kalsium oksida dan aluminium nitrat ditambahkan dan direbus. Massa disaring, dan gelas cair yang dihasilkan diolah dengan asam mineral. Silika yang diendapkan disaring, dicuci dan dikeringkan.

Durasi keseluruhan proses 8-10 jam, rendemen produk target (berdasarkan berat bahan baku) 30-60%, kandungan SiO 2 pada produk akhir hingga 98%.

Kerugian dari metode yang diketahui ini adalah kompleksitas proses, diatur oleh bahan baku yang digunakan, rendahnya tingkat ekstraksi silikon dioksida dari bahan baku mineral dan luas permukaan spesifik produk yang dihasilkan tidak mencukupi.

Ada metode yang diketahui untuk memproduksi silikon dioksida amorf, termasuk menggiling bahan mentah yang mengandung silikon, mengolah bahan mentah dengan pereaksi basa pada suhu 150-170°C, memisahkan endapan yang terbentuk dan pengendapan silikon dioksida dari fase cair yang dihasilkan dengan asam mineral. , memisahkan silikon dioksida yang dihasilkan dengan penyaringan, pencucian dan pengeringan selanjutnya [Paten No. 2261840, kelas. C01B 33/12, C01B 33/18, terbitan. 2005.10.10].

Batuan alam - marshalite - digunakan sebagai bahan baku awal yang mengandung silika, penggilingan dilakukan dalam peralatan sentrifugal dengan kecepatan minimal 10.000 rpm dan faktor sentrifugal minimal 20 g. sampai diperoleh fraksi dengan kehalusan penggilingan 10-15 mikron, fraksi tersebut dikenai perlakuan basa pada tekanan 4,5-5,5 atm. Larutan natrium hidroksida 8-10%, diambil dengan perbandingan L:S = 4,5-5,5:1, pengendapan silikon dioksida dilakukan dengan asam nitrat 45-50% dengan perbandingan L:S = 3-3,5 :1 dengan pemberian dosis asam nitrat selama 0,5-1 jam sampai diperoleh nilai pH netral, pertama-tama produk target dicuci dengan asam nitrat 10-12%, dan kemudian dengan jumlah air panas setidaknya lima kali lipat dan dikeringkan.

Kerugian dari metode yang diketahui ini adalah terbatasnya bahan baku untuk memproduksi silikon dioksida.

Selain itu, metode yang diketahui tidak memungkinkan diperolehnya produk akhir dengan sifat yang telah ditentukan, misalnya dengan luas permukaan spesifik silikon dioksida tertentu, dan pernyataan bahwa dimungkinkan untuk memperoleh produk dengan berbagai macam permukaan spesifik. daerah tersebut belum dikonfirmasi secara eksperimental.

Solusi teknis terdekat adalah metode produksi silikon dioksida amorf, dimana batuan alam dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi hingga 70-75% digunakan sebagai bahan baku awal yang mengandung silikon, misalnya perlit, obsidian, batu apung, tufa vitroklastik, diatomit, kieselguhr, abu vulkanik dengan kandungan fase kristal minimal, tidak lebih dari 10-15%, dll. [Pat. RF No.2261840, C01B 33/12, 33/18, 18/06/2004].

Metode tersebut meliputi tahapan penggilingan bahan baku yang mengandung silikon, dilakukan di pabrik getar dengan bola keramik atau batu akik untuk memperoleh fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 10 mikron, mengolah bahan tersebut dengan bahan alkali dalam autoklaf di tekanan dan suhu tinggi (180-200°C dan 6,5 atm) untuk memperoleh larutan gelas cair, dan untuk memperoleh dioksida amorf dengan luas permukaan spesifik tertentu, perlakuan dengan zat alkali dilakukan dengan konsentrasi yang dipilih sesuai dengan nomogram, pemisahan endapan yang dihasilkan, pengendapan silikon dioksida dari fasa cair yang dihasilkan dengan asam mineral, dan pengendapan silikon dioksida dari fasa cair yang dihasilkan dilakukan dengan asam mineral dengan terlebih dahulu memuatnya dalam jumlah yang menjamin pH campuran. adalah 12, simpan campuran dengan pengadukan konstan selama 10-15 menit, lalu masukkan asam dalam jumlah yang menjamin pH campuran 10, kemudian tahan campuran dengan pengadukan konstan selama 10-15 menit.15 menit dan terakhir pemuatan asam sampai diperoleh campuran pH 7, sedangkan sebelum setiap pemasukan asam, air juga dimasukkan ke dalam fasa cair sebanyak 8-10%.

Produk target yang dihasilkan dipisahkan dengan penyaringan, dilanjutkan dengan pencucian berulang kali dengan air panas dan pengeringan.

Untuk menentukan konsentrasi zat basa, diusulkan untuk menggunakan nomogram yang terdiri dari dua sumbu ordinat, salah satunya menunjukkan luas permukaan spesifik dioksida amorf, dan yang lainnya menunjukkan nilai konsentrasi alkali, absis umum. sumbu yang menunjukkan modulus gelas cair yang dihasilkan, dan dua kurva yang diplot secara eksperimental, yang pertama menampilkan ketergantungan luas permukaan spesifik pada modulus kaca konvensional, dan yang kedua menampilkan ketergantungan modulus kaca pada konsentrasi alkali yang digunakan.

Perlakuan dengan bahan alkali dilakukan dengan perbandingan L:T 6-6,5:1 selama 1-2,5 jam pada suhu 170-200°C, tekanan 6,5-7 atm.

Cara ini memungkinkan diperolehnya suatu produk dengan sifat fisik dan teknis yang telah ditentukan, namun secara umum cara tersebut cukup rumit untuk diterapkan dan memerlukan pelaksanaan peraturan teknologi yang sangat tepat, penciptaan suhu dan tekanan yang tinggi.

Tujuan dari penemuan ini adalah untuk menyederhanakan proses dengan menciptakan metode non-autoklaf yang lebih menguntungkan secara energi untuk memproduksi silikon dioksida amorf.

Tujuan dari penemuan ini juga untuk memperoleh produk dengan reaktivitas tinggi dan sifat industri yang beragam.

Tujuan tersebut diselesaikan dengan fakta bahwa dalam metode produksi silikon dioksida amorf, yang meliputi tahapan penggilingan bahan mentah yang mengandung silikon untuk memperoleh fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 0,01 mm, menyiapkan muatan pada L: S rasio 4-6:1, mengolah yang terakhir dengan memperoleh larutan gelas cair, memisahkan endapan yang dihasilkan, mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang dihasilkan dengan asam mineral selangkah demi selangkah di bawah kendali pH medium, mengisolasi produk target yang dihasilkan dengan penyaringan, diikuti dengan pencucian berulang kali dengan air dan pengeringan, bahan baku yang mengandung silikon yang dihancurkan dibakar terlebih dahulu pada suhu 600-900° C, dan pemrosesan muatan dilakukan dalam mode lingkungan kavitasi yang diciptakan oleh pulsa listrik atau metode hidrodinamik.

Sebaiknya menggunakan batuan alam dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi, terutama diatomit, hingga 70-75%, sebagai bahan baku awal yang mengandung silikon.

Dianjurkan untuk memanggang bahan mentah yang mengandung silikon yang dihancurkan selama 1-1,5 jam.

Lebih disukai untuk memproses muatan pada suhu 80-90°C dalam reaktor pulsa listrik pada tegangan dan daya masing-masing 5-10 kV dan 1,2-1,5 kW, dan frekuensi pengulangan pulsa 2-7 Hz atau dalam dispersan kavitasi selama 2,5 -3,5 jam pada 1500-3000 rpm dan suhu 80-90°C.

Dianjurkan untuk melakukan pemrosesan dalam reaktor pulsa listrik selama 1,0-2,0 jam dengan pengadukan muatan secara berkala setiap 0,5 jam, dan menggunakan asam nitrat, sulfat atau klorida sebagai asam mineral, sebaiknya asam nitrat 40-50%, dan pencucian tambahan. obati produk target dengan larutan asam nitrat 2-5% yang lemah.

Gambar 1 menunjukkan spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas cair yang disintesis dengan metode autoklaf.

Gambar 2 - Spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas cair yang disintesis dengan metode pulsa listrik.

Gambar 3 adalah gambar mikroskopis elektron silika yang disintesis dengan metode pulsa listrik.

a) gambar mikroskop elektron silika yang disintesis dengan metode pulsa listrik,

b) gambar mikroskop elektron silika yang diperoleh dalam autoklaf.

Pelepasan bunga api yang digunakan dalam proses ini tidak hanya mempunyai daya rusak yang sangat besar, namun juga mempengaruhi sifat reaksi kimia yang terjadi dan hasil akhirnya.

Mari kita daftar secara singkat faktor-faktor yang bekerja selama pelepasan pulsa listrik:

(a) Timbul tekanan hidraulik berdenyut tinggi dan sangat tinggi, yang berhubungan dengan gelombang kejut yang bergerak dengan kecepatan sonik dan supersonik sekitar ratusan meter per detik.

(b) Selain itu, proses kavitasi berdenyut yang kuat mulai beroperasi, mampu menutupi volume cairan yang relatif besar. Pembentukan rongga kavitasi terjadi sebagai berikut. Di tempat-tempat di mana gelombang ultrasonik menembus, kompresi atau peregangan terjadi secara berkala. Gelombang ultrasonik di tempat vakum menyebabkan pecahnya cairan dengan terbentuknya rongga mikroskopis. Uap dan gas yang terlarut di dalamnya menembus cairan di sekitarnya ke dalam rongga ini. Rongga yang dihasilkan dengan cepat menutup di bawah pengaruh kompresi berikutnya. Fenomena ini disebut kavitasi. Umur gelembung kavitasi hampir sebanding dengan periode getaran suara. Dalam rentang frekuensi ultrasonik tinggi, frekuensinya sepersejuta detik. Diasumsikan timbul tegangan listrik tinggi dan suhu tinggi di rongga kavitasi. Dalam kondisi ini, molekul dan atom gas yang ada dalam rongga kavitasi mengalami proses ionisasi dan disosiasi. Dalam rongga kavitasi, misalnya, molekul H 2 O dan OH berdisosiasi. Karena kenyataan bahwa zat kaya energi (molekul terionisasi dan teraktivasi serta radikal bebas) muncul di rongga kavitasi, sejumlah fenomena ditemukan yang menunjukkan terjadinya reaksi baru yang mendasar. Sampai saat ini, bagian dari efek pulsa listrik ini belum sepenuhnya dipelajari.

(d) Sengatan pulsa listrik dapat menyebabkan delaminasi padatan pada tingkat molekuler, misalnya terkait dengan detail struktur kisi kristal mineral, termasuk polimerisasi, pemutusan serapan dan ikatan kimia serta perubahan detail lainnya pada kristal mineral. perpaduan.

Proses-proses ini berkontribusi pada disintegrasi yang lebih halus dari bahan asli selama transisi diatomit menjadi gelas cair dan memberikan impuls energi tambahan ke gelas cair. Studi tentang proses elektrokimia yang terkait dengan sintesis silika menunjukkan bahwa efek pulsa listrik mempengaruhi sifat kimia kelompok struktural SiO 4 yang merupakan bagian dari gelas cair yang disintesis di bawah pengaruhnya, mungkin hal ini memanifestasikan dirinya dalam penguatan ikatan silonol. . Pada saat yang sama, “memori kristal-kimia” khusus dipertahankan, yang mempengaruhi struktur silika yang diendapkan. Efek pulsa listrik menciptakan ikatan Si-O-Si tambahan dalam gelas cair, yang kemudian muncul dalam silika. Selain itu, silika yang disintesis dari kaca cair yang sangat reaktif memiliki muatan negatif yang lebih tinggi pada permukaan partikelnya.

Proses sintesis silika dari diatomit meliputi tahapan sebagai berikut:

1 - menggiling diatomit hingga fraksi 0-0,01 mm,

2 - pembakaran diatomit tanah dalam tungku listrik,

3 - persiapan campuran,

4 - pemrosesan muatan di reaktor EI,

5 - pendinginan dan penyaringan suspensi;

6 - presipitasi silika,

7 - filtrasi suspensi: silika + Na sulfat,

8 - pencucian silika,

Untuk melakukan proses elektrokimia yang terkait dengan sintesis silika, ketika memilih batuan, perlu diingat dua ciri: reaktivitas batuan dan komposisi kimianya. Reaktivitas mengacu pada kemampuan suatu batuan untuk bereaksi dengan larutan basa.

Ciri kedua dari batuan yang cocok untuk pembuatan kaca cair adalah kandungan silika SiO 2 pada batuan tersebut minimal 70-80%. Diatomit juga memenuhi kedua kondisi ini.

Secara makroskopis, diatomit merupakan batuan bersemen lemah berwarna abu-abu muda dengan tekstur berlapis tidak jelas.

Tabel 1 menyajikan komposisi kimia sampel diatomit alami dari deposit Akhmatovsky (wt.%), di mana 1, 2 - diatomit alami dari deposit Akhmetovsky, a - dalam bentuk alaminya, b - dalam hal bahan kering.

Tabel 1
Oksida	1	2
A	B	A	B
SiO2	78,16	85,8	79,58	87,80
TiO2	0,52	0,58	0,37	0,4
Al2O3	5,6	6,16	5,6	6,1
Fe2O3	3,07	3,38	3,11	3,43
CaO	0,42	0,47	0,27	0,29
MgO	0,80	0,89	0,79	0,87
Na2O	0,00	0,00	0,00	0,00
K2O	1,61	1,78	1,16	1,28
JADI 3	0,84	0,93	0,12	0,13
PPP	8,9	-	9,44	-
Jumlah	100	100	100	100

Batuan silika yang tidak dibakar mengandung gugus OHn berupa hidroksil, molekul air dan bahan organik berupa gugus CHn dalam jumlah yang cukup besar. Zat organik, bereaksi dengan larutan basa selama percobaan, memberikan warna hitam pada gelas cair dan mempersulit pembersihan SiO 2 yang disintesis, sehingga meningkatkan proses pencucian secara signifikan. Pada suhu 600° ke atas, bahan organik terbakar dan dengan demikian menjamin kemurnian tinggi silika amorf yang disintesis. Hasilnya adalah produk target berwarna krem muda dengan kandungan pengotor organik minimal.

Jika terdapat kebutuhan untuk mereduksi oksida besi dalam diatomit, pembakaran bubuk diatomit pada suhu sekitar 900°C mungkin direkomendasikan. Dalam hal ini, oksida besi yang ada dalam diatomit berubah menjadi bentuk mineral hematit dan mudah diekstraksi melalui pemisahan elektromagnetik tanpa mencemari produk target.

Dengan demikian, data di atas dengan jelas menunjukkan perlunya pra-pembakaran pada suhu 600-900°C.

Cara yang dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Diatomit mentah dalam keadaan bongkahan dikeringkan pada suhu 100-105°C, kemudian dihancurkan dalam gilingan hingga fraksi 0,2 mm.

2. Penembakan diatomit tanah dilakukan dalam tungku listrik dalam gerbong logam khusus dengan sisi rendah, pada suhu minimal 600°C selama 1 jam.

4. Persiapan muatan.

Muatan dapat dibuat langsung di reaktor. Tergantung pada parameter gelas cair yang dibutuhkan oleh resep (terutama modul), komponen awal dimasukkan ke dalam reaktor dalam jumlah berikut:

- air	- 4000cm3.
- diatomit	- 1000 gram,
- NaOH padat	- 500 gram.
Perbandingan	F:T=8:3

Urutan pencampuran komponennya adalah sebagai berikut: air padat NaOH tanah diatom. Selanjutnya, campuran diaduk dengan cara apapun pada suhu kamar selama 10-15 menit. Suspensi yang sudah jadi disegel dalam peralatan pulsa listrik untuk sintesis gelas cair.

4. Pemrosesan muatan di reaktor EI.

Untuk menimbulkan guncangan elektrohidraulik diperlukan sumber tenaga berupa kapasitor yang merupakan alat penyimpan energi listrik. Tegangan pada kapasitor naik ke nilai di mana terjadi kerusakan spontan pada celah pembentuk udara, dan semua energi yang tersimpan dalam kapasitor langsung disuplai ke celah kerja dalam cairan, di mana energi tersebut dilepaskan dalam bentuk arus listrik pendek. pulsa berkekuatan tinggi. Selanjutnya, proses pada kapasitansi dan tegangan tertentu diulangi dengan frekuensi tergantung pada daya sumber pulsa. Cairan, setelah menerima percepatan dari saluran pelepasan yang berkembang dengan kecepatan tinggi, bergerak menjauhinya ke segala arah, membentuk rongga signifikan di tempat pelepasan yang disebut kavitasi, dan menyebabkan kejutan hidrolik aktif (utama). Kemudian rongga tersebut juga menutup dengan kecepatan tinggi sehingga menimbulkan kejutan hidrolik kavitasi kedua. Ini melengkapi satu siklus efek elektrohidraulik, dan dapat diulangi dalam jumlah yang tidak terbatas sesuai dengan frekuensi pelepasan yang ditentukan.

Instalasi ZEVS-25 digunakan sebagai sumber pulsa elektromagnetik, yaitu alat penyimpan energi listrik kapasitif dengan energi tersimpan dalam satu pulsa maksimal 600 J. Tegangan pada kapasitor penyimpan dengan total kapasitas listrik 8 μF dapat disesuaikan dari 5 menjadi 12 kV.

Frekuensi pengulangan pulsa - 2-7 Hz. Saat instalasi beroperasi, daya yang dikonsumsi dari jaringan 220 V tidak lebih dari 1,5 kW.

Suhu di dalam reaktor tidak melebihi 80-90°C.

Waktu sintesis gelas cair adalah 1-2,0 jam.Untuk mempersingkat waktu sintesis dan mengurangi jumlah diatomit awal yang tidak bereaksi, proses dilakukan dengan penghentian berkala (setiap 0,5 jam) setelah dimulainya proses untuk mengaduk suspensi. selama 15-20 menit.

modus pertama.

Tegangan - 10 kV,

Jarak antar elektroda adalah 10 mm.

Frekuensi pulsa 7 Hz.

Daya - 1,5 kW.

Waktu sintesis - 1 jam.

modus ke-2.

Tegangan - 5 kV.

Jarak antar elektroda adalah 5 mm.

Frekuensi pulsa 4 Hz.

Daya - 1,2 kW.

Waktu sintesis - 1,5 jam.

Sebagai hasil percobaan dalam salah satu mode di atas, suspensi dihasilkan: gelas cair + tanah diatom yang tidak bereaksi dalam bentuk partikel padat.

Dalam mode pertama, semua proses yang terjadi di dalam reaktor diintensifkan, sehingga mengurangi waktu percobaan dan mengurangi jumlah diatomit yang tidak bereaksi.

Pendinginan selama 15-20 menit diperlukan untuk pembukaan reaktor yang aman.

Pemisahan gelas cair dari fasa padat dilakukan dengan menggunakan pompa vakum dan filter keramik atau dengan mendekantasi cairan secara perlahan setelah didiamkan selama 10-12 jam.

Hasil penyaringan atau dekantasi diperoleh endapan yang merupakan campuran kuarsa, zeolit jenis analsim dan besi hidroksida, serta gelas cair yang relatif homogen berwarna krem kekuningan.

6. Curah hujan silika.

Asam sulfat ditambahkan secara perlahan ke dalam wadah berisi gelas cair secara bertahap dengan dua cara yang mungkin: pengendapan: cepat dan lambat. Akibatnya, endapan silika keluar dari gelas cair. Untuk presipitasi cepat, 35% asam sulfat digunakan, untuk presipitasi lambat - 14% asam sulfat. Tidak hanya keadaan agregat silika, tetapi juga sifat-sifat seperti luas permukaan spesifik dan keberadaan pengotor mineral asing bergantung pada rezim pengendapan. Kriteria kelengkapan rezim presipitasi adalah nilai pH.

Selama netralisasi dua tahap, pengendapan silika dilakukan dengan urutan berikut.

Tahap 1. Sejumlah besar asam sulfat encer ditambahkan ke dalam larutan gelas cair. Banyaknya asam diatur oleh pH larutan dan bergantung pada volume gelas cair. PH larutan harus sekitar 8-9. Ini diikuti dengan pendiaman selama 20-30 menit dan kemudian sisa asam sulfat ditambahkan secara perlahan sambil diaduk terus-menerus dan pengukuran pH secara berkala. Proses berhenti pada pH=7-7,5.

Selama netralisasi multi-tahap, asam sulfat 14% secara bertahap ditambahkan ke volume gelas cair yang dihasilkan, sama dengan 3-3,5 liter.

Tahap 1: tambahkan 200 cm3 asam sulfat encer, lalu tunggu selama 20 menit.

Tahap 2: 50 cm3 asam sulfat ditambahkan, ditahan selama 20 menit, dan jarang terjadi pengendapan silika. Proses netralisasi selesai pada pH 7.

Prinsip umum penetralan gelas cair dan pengendapan silika adalah sebagai berikut. Sebelum pengendapan silika secara massal, perlu diciptakan kondisi untuk pengendapan yang seragam dan cepat. Oleh karena itu, diperlukan proses bertahap tertentu. Secara konvensional, dua tahap utama pengendapan dapat dibedakan. Pada tahap pertama, alkalinitas larutan gelas cair menurun dari 12-13 menjadi sekitar 9-10 pH. Dengan demikian, kita mendekati keseimbangan antara sedimen dan larutan.

Selama tahap ini, terjadi pembentukan inti silika secara masif. Agar nukleasi dapat terjadi secara sempurna, diperlukan waktu penahanan sekitar 3-0-40 menit. Tahap kedua melibatkan penambahan asam dan pengendapan besar-besaran.

Beberapa pilihan untuk netralisasi pulp telah dikembangkan: pada suhu kamar dan pada suhu 60-80°C. Jika modulus kaca tinggi, di atas 2,3, maka deposisi silika disarankan dilakukan pada suhu kamar, pada modulus yang relatif rendah (<2,3). Кремнезем более интенсивно осаждается при 60-80°C.

7. Filtrasi dilakukan pada tekanan rendah (vakum 0,01 atm). Filtrasi dilakukan dalam 2 tahap.

Tahap pertama adalah penyaringan melalui filter keramik. Setelah filtrat dipisahkan dari partikel yang relatif besar, gelas cair yang disaring disaring melalui saringan kertas kain.

8. Mencuci.

Pencucian dilakukan dengan air suling dalam 3 tahap.

9. Pengeringan dilakukan pada suhu 600°C selama 1 jam.

Penuaan silika.

Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa sifat-sifat silika dapat berubah jika endapan silika agar-agar disimpan selama beberapa waktu (1-2 hari) dalam kondisi stasioner sebelum dikeringkan.

Penelitian juga menunjukkan bahwa cara pelaksanaan proses sintesis gelas cair berikut ini sangat stabil untuk produksi gelas cair:

Untuk memperoleh silika dengan permukaan spesifik 150-200 m 2 /g

Diatomit 1000 gr

Air 4000 cm3

Tegangan V = 5 kV

Waktu 1,5 jam.

Mode: 0,5 jam (berhenti, mengaduk) 0,5 jam (berhenti, mengaduk) 0,5 jam (penyelesaian percobaan, membuka reaktor) mengalirkan ampas ke wadah lain

Frekuensi pulsa 5 Hz

Daya - 1,5W.

Waktu sintesis - 1,5 jam.

Curah hujan dalam 2 tahap. Dengan bertambahnya waktu, hasil gelas cair dari modul yang dibutuhkan meningkat secara signifikan.

Ketika konsentrasi alkali dalam gelas cair meningkat, luas permukaan spesifik silika yang diendapkan meningkat. Luas permukaan spesifik minimum silika yang diendapkan diperoleh pada konsentrasi alkali 6%.

Luas permukaan spesifik tertinggi - 700 m 2 /g - diperoleh dengan kandungan NaOH 600-700 g per 1000 g diatomit, parameter lainnya sama.

Diatomit mentah dari deposit Akhmatovsky (komposisi: SiO 2 - 78.16, TiO 2 - 0.52, Al 2 O 3 - 5.6, Fe 2 O 3 - 3.07, CaO - 0.42, MgO - 0.80, Na 2 O - 0.00, K 2 O - 1.61, SO 3 - 0.84, P.p.p. - 8.9) dalam keadaan utuh, dikeringkan pada suhu 100°C, digiling dalam gilingan hingga fraksi - 0,2 mm, diatomit tanah dibakar dalam tungku listrik pada suhu 600°C selama 1 jam.

Air - 4000 cm3,

Diatomit - 1000 g,

NaOH padat - 500 g,

Rasio F:T=8:3.

Aduk pada suhu kamar selama 10 menit. Suspensi yang sudah jadi disegel dalam peralatan pulsa listrik untuk sintesis gelas cair.

Sebagai sumber pulsa elektromagnetik digunakan instalasi ZEVS-25 dengan energi tersimpan dalam satu pulsa maksimal 600 J. Tegangan pada kapasitor penyimpan dengan kapasitansi listrik total 8 F, jarak antar elektroda 5 mm, tegangan adalah 5 kV.

Frekuensi pengulangan pulsa - 4 Hz. Saat instalasi beroperasi, daya yang dikonsumsi dari jaringan 220 V tidak lebih dari 1,2 kW.

Suhu di dalam reaktor adalah 85°C.

Waktu sintesis gelas cair adalah 1,5 jam, dengan penghentian berkala (setiap 0,5 jam) setelah dimulainya proses untuk mengaduk suspensi selama 15 menit.

Pemisahan gelas cair dari fasa padat dilakukan dengan cara dekantasi cairan secara perlahan setelah didiamkan selama 10 jam.

Asam sulfat 14% ditambahkan perlahan-lahan secara bertahap ke dalam wadah 3 liter berisi gelas cair pada suhu 75°C. Pertama tambahkan 200 cm3 asam sulfat encer, kemudian tunggu selama 20 menit, kemudian tambahkan 50 cm3 asam sulfat, diamkan selama 20 menit. Proses netralisasi selesai pada pH 7.

Filtrasi dilakukan pada tekanan rendah (vakum 0,01 atm). Filtrasi dilakukan terlebih dahulu melalui filter keramik, kemudian melalui filter kertas lap. Selanjutnya dicuci dengan air suling dalam 3 tahap.

Endapan silika agar-agar disimpan selama 24 jam dalam kondisi stasioner dan dikeringkan pada suhu 600°C selama 1 jam.

Hasilnya adalah silika dengan sifat sebagai berikut:

bubuk seputih salju, kepadatan curah 250 kg/m 3, kandungan SiO 2 - 99,93%; kandungan pengotor (Al, Fe) tidak melebihi 0,07%. Luas permukaan spesifik, menurut BET - 670 m 2 /g, partikel berbentuk bola, ukuran - diameter 8-10 nm, diameter 40% pori<2 нм, остальные 60% >2nm.

Tabel 2 menunjukkan hasil 11 percobaan menggunakan instalasi pulsa listrik (contoh 2-12). 2 yang pertama bersifat jangka pendek selama 5 dan 10 menit pada 5 dan 10 kV dan bertujuan untuk membuktikan bahwa metode ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk sintesis SiO 2. Hasilnya, natrium trisilikat diperoleh dengan kepadatan yang sangat rendah dan, karenanya, sifat reologi yang rendah. Ketika dinetralkan dengan asam sulfat, serpihan langka dan kristal silika berbentuk jarum keluar dari larutan.

Spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas cair yang disintesis dengan metode pulsa listrik diperoleh (Gbr. 2), yang menunjukkan bahwa ikatan Si-O-Si ghb 1161-1211, yang mencirikan aktivitas kimia silika, sangat jernih.

Sebagai perbandingan, spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas cair yang disintesis dengan metode autoklaf diperoleh (Gbr. 1). Ikatan Si-O-Si paling jelas terlihat pada 1084 cm -1, ikatan kedua pada 1161 cm -1 baru muncul.

Selain itu, studi mikroskop elektron dilakukan. Gambar 3 menunjukkan gambar silika yang disintesis dengan metode pulsa listrik. Partikel berbentuk bola homogen. Ukuran rata-rata adalah 6-8 nm. Mikropori terlihat, berkontribusi pada peningkatan luas permukaan spesifik. Ukuran pori ini paling menguntungkan untuk reaksi katalisis. Konten SiO 2 lebih dari 99,2%.

Selain itu, Gambar 4 menunjukkan: a) - gambar mikroskop elektron silika yang disintesis dengan metode pulsa listrik, b) gambar mikroskop elektron silika yang diperoleh dalam autoklaf. Pada Gambar 4a) terlihat jelas bahwa partikel bulat yang dihasilkan tidak melebihi diameter 6-8 nm, sedangkan pada Gambar 4b) terlihat jelas bahwa ukuran partikel tidak konstan pada orde 100-200 nm.

Efek kavitasi dalam suatu cairan dapat terjadi tidak hanya di bawah pengaruh lucutan bunga api, tetapi juga dengan penurunan tekanan lokal yang disebabkan oleh lewatnya cairan dari suatu daerah dengan potensi energi tinggi ke daerah dengan potensi energi rendah. Dalam pembentukan gelas cair, kavitasi digunakan untuk menghomogenisasi suspensi dan mengubah partikel tersuspensi menjadi cairan koloidal. Muatan tersebut diproses dalam dispersan kavitasi yang beroperasi dalam kondisi siklus tertutup.

Dari ruang kerja pendispersi, larutan alkali disuplai ke blok dengan cetakan. Dies adalah lubang silinder sempit pada blanko logam yang berputar pada suatu sumbu. Dari blok dengan cetakan, cairan memasuki ruang di mana, karena ukuran dan bentuk ejektor, tekanan yang jauh lebih rendah dapat diberikan daripada di ruang bertekanan tinggi. Antara ruang kerja dan blok dengan cetakan terdapat peredam yang berputar secara mandiri. Ini mengontrol diameter saluran masuk. Fitur mekanisme ini memungkinkan Anda untuk mengatur proses kerja di berbagai lingkungan.

Ketika ruang kerja terisi, pompa dihidupkan, dan peredam menutup sesaat. Segera setelah terbuka, larutan mengalir ke dalam ruang bertekanan rendah. Kecepatan aliran fluida melalui cetakan sangat tinggi, dengan tetap menjaga tekanan tinggi.

Tanah diatom yang digiling dengan sedikit air ditempatkan terlebih dahulu di ruang kerja. Akibat perbedaan tekanan pada ruang bertekanan tinggi dan ruang kerja, timbul rongga kavitasi sehingga menyebabkan penggilingan material. Dalam hal ini, seperti halnya pulsa listrik, gas memasuki rongga. Rongga menutup dan melakukan kerja dalam sepersekian detik karena gelombang hidrolik. Operasi ini diulangi sebanyak yang disyaratkan oleh peraturan.

Untuk percobaan diambil bongkahan diatomit dari endapan Akhmatovsky (komposisi: SiO 2 - 79,58, TiO 2 - 0,37, Al 2 O 3 - 5,6, Fe 2 O 3 - 3,11, CaO - 0,27, MgO - 0,79, Na 2 O - 0,00, K 2 O - 1,16, SO 3 - 0,12, P.p.p. - 9.44).

Dalam keadaan bongkahan, diatomit dikeringkan pada suhu 200°C dan digiling dalam gilingan hingga menjadi pecahan.<0,2 мм.

Muatan disiapkan dalam reaktor dalam jumlah berikut:

Air - 180 liter,

Diatomit - 50 kg,

NaOH padat - 20 kg,

Rasio F:T=3:1.

Campuran tersebut dicampur sebelumnya selama 15 menit pada suhu kamar dan ditempatkan dalam pendispersi kavitasi putar (kemungkinan volume pemuatan 300 l, daya - 100 kW, catu daya - 3 fase 380 V).

Campuran yang tercampur diproses dengan pemompaan siklik dalam rangkaian tertutup dengan mode kavitasi pada suhu 90°C selama 3 jam 40 menit dengan putaran rotor 3000 rpm.

Diperoleh 100 liter gelas cair berwarna merah cerah.

Pengendapan silika dilakukan sebagai berikut.

Sistem didinginkan selama 1 jam hingga suhu 35°C.

Gelas cair dipisahkan dari fasa padat dalam porsi (5 liter per porsi) menggunakan pompa vakum dan filter keramik.

Pengendapan silika dari gelas cair juga dilakukan dalam porsi yang diperoleh setelah penyaringan. Total ada 20 porsi yang diolah.

Setiap porsi menghasilkan 1,5 kg silika. Pentahapan ini semata-mata disebabkan oleh kesulitan yang timbul saat mencuci silika dalam jumlah besar.

Skema netralisasi berikut diadopsi. Tahap pertama ditambahkan 3000 cm3 asam sulfat encer, dilanjutkan dengan pendiaman selama 20 menit, kemudian ditambahkan 1000 cm3 asam sulfat, pendiaman selama 20 menit. Proses netralisasi selesai pada pH 7.

Filtrasi dilakukan pada tekanan rendah (vakum 0,01 atm).

Endapan silika agar-agar disimpan selama 24 jam dalam kondisi stasioner dan dikeringkan pada suhu 500°C selama satu jam.

Hasilnya, diperoleh 30 kg silika dengan sifat sebagai berikut:

kepadatan massal silika 250 kg/m 3, kandungan SiO 2 - 97,92%; kandungan pengotor (Al dan terutama Fe) tidak melebihi 2,17%, permukaan spesifik menurut BET adalah 512 m 2 /g, partikel silika sendiri berbentuk bola.

Silika, seperti kaca, berwarna merah dengan semburat kecoklatan.

Sebuah penelitian yang dilakukan dengan menggunakan mikroskop elektron resolusi tinggi menunjukkan bahwa pigmen utama yang bertanggung jawab atas warna merah produk sintesis adalah campuran mineral besi yang baru terbentuk seperti goetit. Goethite, menembus kristal silika, berbentuk jarum dengan panjang hingga 2-3 nm dan tebal hingga sepersepuluh nm. Kandungan jarum suntik adalah 15-20% dari total jumlah silika yang diperoleh.

Tabel 3 menyajikan contoh 14-16 metode yang menggunakan pendispersi kavitasi putar.

Dengan demikian, metode pulsa listrik dan hidrodinamik yang dikembangkan untuk memproduksi kaca cair memungkinkan untuk menghilangkan proses mahal dalam memperoleh “blok silikat” dari mana kaca cair diproduksi.

Metode yang dikembangkan jauh lebih murah dan progresif, dan penggunaan batuan silika tinggi - diatomit - memungkinkan untuk memperluas jangkauan bahan mentah yang digunakan, yang cadangannya praktis tidak terbatas di wilayah tersebut.

Penggunaan metode pulsa listrik dan hidrodinamik untuk produksi gelas cair merupakan proses yang secara energi lebih menguntungkan dibandingkan dengan proses autoklaf karena penghematan waktu, dan memungkinkan produk akhir, khususnya, peningkatan reaktivitas, yang memanifestasikan dirinya dalam industri tertentu, dan luas permukaan spesifik yang tinggi (lihat Gambar 3-4).

Pilihan varietas ditentukan oleh kebutuhan utama produksi: untuk industri ban, untuk industri cat dan pernis, produksi berbagai komposit bangunan dan produk dengan kemurnian tinggi yang digunakan dalam farmakologi dan pengobatan.

Menurut metode yang diusulkan, dimungkinkan untuk memperoleh silika dengan 3 tingkatan, berbeda dalam luas permukaan spesifik dan kandungan SiO 2:

Jenis produk pertama ditujukan untuk digunakan dalam kosmetik dan wewangian, khususnya dalam produksi pasta silikon.

Grade At-2 paling efektif dalam produksi jenis pernis dan cat khusus.

Kelas At-3 dapat berhasil digunakan dalam produksi karet silikon, perekat dan sealant, elastomer silikon dan dalam pengolahan karet untuk berbagai keperluan.

Metode yang dikembangkan memungkinkan sifat akhir silika ditetapkan pada tahap memperoleh gelas cair dan cara pengendapan dan pencucian selanjutnya dan ditentukan oleh persyaratan spesifik produksi.

MENGEKLAIM

1. Metode pembuatan silikon dioksida amorf, meliputi tahapan penggilingan bahan baku awal yang mengandung silikon, yang digunakan sebagai batuan alam dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi, hingga 70-75%, menyiapkan muatan pada rasio L:S 4-6:1 , mengolahnya untuk menghasilkan larutan gelas cair, memisahkan endapan yang dihasilkan, mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang dihasilkan dengan asam mineral selangkah demi selangkah di bawah kendali pH lingkungan, mengisolasi produk target yang dihasilkan dengan penyaringan, diikuti dengan pencucian berulang kali dengan air dan pengeringan, ditandai dengan batuan gunung tertentu menggunakan diatomit, yang dihancurkan untuk mendapatkan fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 0,01 mm, the diatomit yang dihancurkan dibakar terlebih dahulu pada suhu 600-900°C, dan muatannya diproses dalam lingkungan kavitasi yang diciptakan dengan pulsa listrik atau metode hidrodinamik.

2. Metode menurut klaim 1, ditandai dengan pembakaran diatomit selama 1-1,5 jam.

3. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa muatan diproses dalam reaktor pulsa listrik pada 80-90°C, pada tegangan dan daya masing-masing 5-10 kV dan 1,2-1,5 kW, dan pengulangan pulsa kecepatan - 2-7 Hz.

4. Metode menurut salah satu klaim 1 dan 3, dicirikan bahwa pemrosesan dalam reaktor pulsa listrik dilakukan selama 1,0-2,0 jam dengan pengadukan muatan secara berkala setiap 0,5 jam.

5. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa muatan diproses dalam pendispersi kavitasi selama 2,5-3,5 jam pada 1500-3000 rpm dan suhu 80-90°C.

6. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa asam nitrat, sulfat atau klorida digunakan sebagai asam mineral, lebih disukai asam nitrat 40-50%.

7. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa produk target juga dicuci dengan larutan asam nitrat lemah 2-5%.

Salah satu unsur yang paling umum di alam adalah silikon, atau silikon. Distribusi yang begitu luas menunjukkan pentingnya dan pentingnya zat ini. Hal ini dengan cepat dipahami dan dipelajari oleh orang-orang yang mempelajari cara menggunakan silikon dengan benar untuk tujuan mereka. Penggunaannya didasarkan pada sifat-sifat khusus, yang akan kita bahas lebih lanjut.

Silikon adalah unsur kimia

Jika kita mengkarakterisasi suatu unsur berdasarkan posisinya dalam tabel periodik, kita dapat mengidentifikasi poin-poin penting berikut:

Nomor seri - 14.
Periodenya adalah periode kecil ketiga.
Grup - IV.
Subkelompok adalah yang utama.
Struktur kulit elektron terluar dinyatakan dengan rumus 3s 2 3p 2.
Unsur silikon diwakili oleh simbol kimia Si, yang dilafalkan "silisium".
Bilangan oksidasi yang ditunjukkannya adalah: -4; +2; +4.
Valensi atom adalah IV.
Massa atom silikon adalah 28,086.
Di alam, terdapat tiga isotop stabil unsur ini dengan nomor massa 28, 29 dan 30.

Jadi, dari sudut pandang kimia, atom silikon adalah unsur yang cukup dipelajari; banyak sifat berbeda yang telah dijelaskan.

Sejarah penemuan

Karena berbagai senyawa dari unsur tersebut sangat populer dan melimpah di alam, maka sejak zaman dahulu orang telah menggunakan dan mengetahui banyak khasiatnya. Silikon murni tetap berada di luar pengetahuan manusia dalam bidang kimia untuk waktu yang lama.

Senyawa yang paling populer digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri oleh masyarakat budaya kuno (Mesir, Romawi, Cina, Rusia, Persia, dan lain-lain) adalah batu mulia dan hias yang berbahan dasar silikon oksida. Ini termasuk:

opal;
berlian buatan;
batu topas;
krisoprase;
oniks;
kalsedon dan lain-lain.

Penggunaan kuarsa dalam konstruksi juga sudah menjadi kebiasaan sejak zaman kuno. Namun, unsur silikon sendiri masih belum ditemukan hingga abad ke-19, meskipun banyak ilmuwan yang sia-sia mencoba mengisolasinya dari berbagai senyawa, menggunakan katalis, suhu tinggi, dan bahkan arus listrik. Ini adalah pikiran-pikiran cemerlang seperti:

Karl Scheele;
Gay-Lussac;
lalu;
Humphry Davy;
Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius berhasil memperoleh silikon dalam bentuk murni pada tahun 1823. Untuk melakukan ini, ia melakukan percobaan penggabungan uap silikon fluorida dan logam kalium. Hasilnya, saya memperoleh modifikasi amorf dari elemen tersebut. Ilmuwan yang sama mengusulkan nama Latin untuk atom yang ditemukan.

Beberapa saat kemudian, pada tahun 1855, ilmuwan lain - Sainte-Clair-Deville - berhasil mensintesis varietas alotropik lain - silikon kristal. Sejak itu, pengetahuan tentang unsur ini dan sifat-sifatnya mulai berkembang dengan sangat cepat. Orang-orang menyadari bahwa ia memiliki fitur unik yang dapat digunakan dengan cerdas untuk memenuhi kebutuhan mereka. Oleh karena itu, saat ini salah satu elemen yang paling populer dalam elektronik dan teknologi adalah silikon. Penggunaannya hanya memperluas batasannya setiap tahun.

Nama Rusia untuk atom diberikan oleh ilmuwan Hess pada tahun 1831. Inilah yang melekat hingga saat ini.

Dalam hal kelimpahannya di alam, silikon menempati urutan kedua setelah oksigen. Persentasenya dibandingkan dengan atom lain di kerak bumi adalah 29,5%. Selain itu, karbon dan silikon adalah dua elemen khusus yang dapat membentuk rantai dengan mengikat satu sama lain. Itulah sebabnya lebih dari 400 mineral alami berbeda diketahui, yang ditemukan di litosfer, hidrosfer, dan biomassa.

Dimana tepatnya silikon ditemukan?

Di lapisan tanah yang dalam.
Di bebatuan, endapan dan array.
Di dasar perairan, terutama laut dan samudera.
Pada tumbuhan dan kehidupan laut dari dunia hewan.
Pada tubuh manusia dan hewan darat.

Kita dapat mengidentifikasi beberapa mineral dan batuan paling umum yang mengandung silikon dalam jumlah besar. Sifat kimianya sedemikian rupa sehingga kandungan massa unsur murni di dalamnya mencapai 75%. Namun, angka spesifiknya tergantung pada jenis bahannya. Jadi, batuan dan mineral yang mengandung silikon:

feldspar;
mika;
amfibol;
opal;
kalsedon;
silikat;
batupasir;
aluminosilikat;
tanah liat dan lain-lain.

Terakumulasi di cangkang dan kerangka luar hewan laut, silikon akhirnya membentuk endapan silika yang kuat di dasar perairan. Ini adalah salah satu sumber alami dari unsur ini.

Selain itu, ditemukan bahwa silikon dapat berada dalam bentuk aslinya yang murni - dalam bentuk kristal. Namun simpanan seperti itu sangat jarang.

Sifat fisik silikon

Jika kita mengkarakterisasi unsur yang dipertimbangkan menurut totalitas sifat fisik dan kimianya, maka pertama-tama kita perlu menentukan parameter fisiknya. Berikut beberapa yang utama:

Itu ada dalam bentuk dua modifikasi alotropik - amorf dan kristal, yang berbeda dalam semua sifatnya.
Kisi kristal sangat mirip dengan berlian, karena karbon dan silikon pada dasarnya sama. Namun, jarak antar atom berbeda (silikon lebih besar), sehingga berlian jauh lebih keras dan kuat. Tipe kisi - berpusat pada muka kubik.
Zat ini sangat rapuh dan menjadi plastis pada suhu tinggi.
Titik lelehnya adalah 1415˚C.
Titik didih - 3250˚С.
Massa jenis zat tersebut adalah 2,33 g/cm3.
Warna senyawanya abu-abu keperakan, dengan ciri khas kilau metalik.
Ia memiliki sifat semikonduktor yang baik, yang dapat bervariasi dengan penambahan zat tertentu.
Tidak larut dalam air, pelarut organik dan asam.
Khususnya larut dalam alkali.

Sifat fisik silikon yang teridentifikasi memungkinkan orang untuk memanipulasinya dan menggunakannya untuk membuat berbagai produk. Misalnya, penggunaan silikon murni dalam elektronik didasarkan pada sifat semikonduktivitas.

Sifat kimia

Sifat kimia silikon sangat bergantung pada kondisi reaksi. Jika kita berbicara tentang parameter standar, maka kita perlu menunjukkan aktivitas yang sangat rendah. Silikon kristal dan amorf sangat inert. Mereka tidak berinteraksi dengan zat pengoksidasi kuat (kecuali fluor) atau dengan zat pereduksi kuat.

Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa lapisan oksida SiO 2 langsung terbentuk pada permukaan zat, yang mencegah interaksi lebih lanjut. Itu dapat terbentuk di bawah pengaruh air, udara, dan uap.

Jika Anda mengubah kondisi standar dan memanaskan silikon hingga suhu di atas 400˚C, maka aktivitas kimianya akan meningkat pesat. Dalam hal ini, ia akan bereaksi dengan:

oksigen;
semua jenis halogen;
hidrogen.

Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, pembentukan produk melalui interaksi dengan boron, nitrogen, dan karbon dimungkinkan. Carborundum - SiC - sangat penting karena merupakan bahan abrasif yang baik.

Selain itu, sifat kimia silikon terlihat jelas dalam reaksi dengan logam. Sehubungan dengan mereka, ini adalah zat pengoksidasi, sehingga produknya disebut silisida. Senyawa serupa dikenal karena:

bersifat basa;
alkali tanah;
logam transisi.

Senyawa yang diperoleh dengan menggabungkan besi dan silikon memiliki sifat yang tidak biasa. Ini disebut keramik ferrosilikon dan berhasil digunakan dalam industri.

Silikon tidak berinteraksi dengan zat kompleks, oleh karena itu, dari semua jenisnya, silikon hanya dapat larut dalam:

aqua regia (campuran asam nitrat dan asam klorida);
alkali kaustik.

Dalam hal ini, suhu larutan harus minimal 60˚C. Semua ini sekali lagi menegaskan dasar fisik zat tersebut - kisi kristal stabil seperti berlian, yang memberinya kekuatan dan kelembaman.

Metode memperoleh

Memperoleh silikon dalam bentuk murni merupakan proses yang cukup mahal secara ekonomi. Selain itu, karena sifat-sifatnya, metode apa pun hanya menghasilkan produk murni 90-99%, sedangkan pengotor berupa logam dan karbon tetap sama. Oleh karena itu, memperoleh bahan saja tidak cukup. Itu juga harus dibersihkan secara menyeluruh dari unsur asing.

Secara umum, produksi silikon dilakukan dengan dua cara utama:

Dari pasir putih yang merupakan silikon oksida murni SiO 2. Ketika dikalsinasi dengan logam aktif (paling sering magnesium), unsur bebas terbentuk dalam bentuk modifikasi amorf. Kemurnian cara ini tinggi, produk diperoleh dengan rendemen 99,9 persen.
Metode yang lebih luas dalam skala industri adalah sintering pasir cair dengan kokas di tempat pembakaran termal khusus. Metode ini dikembangkan oleh ilmuwan Rusia N. N. Beketov.

Pemrosesan lebih lanjut melibatkan memasukkan produk ke metode pemurnian. Untuk tujuan ini, asam atau halogen (klorin, fluor) digunakan.

Silikon amorf

Karakterisasi silikon tidak akan lengkap jika setiap modifikasi alotropiknya tidak dipertimbangkan secara terpisah. Yang pertama adalah amorf. Dalam keadaan ini, zat yang kita pertimbangkan adalah bubuk berwarna coklat kecoklatan, tersebar halus. Ia memiliki tingkat higroskopisitas yang tinggi dan menunjukkan aktivitas kimia yang cukup tinggi ketika dipanaskan. Dalam kondisi standar, ia hanya mampu berinteraksi dengan zat pengoksidasi terkuat - fluor.

Tidak sepenuhnya benar menyebut silikon amorf sebagai sejenis silikon kristal. Kisi-kisinya menunjukkan bahwa zat ini hanyalah suatu bentuk silikon yang terdispersi halus, yang ada dalam bentuk kristal. Oleh karena itu, modifikasi-modifikasi ini merupakan satu kesatuan yang sama.

Namun, sifat-sifatnya berbeda, oleh karena itu lazim membicarakan alotropi. Silikon amorf sendiri memiliki kapasitas penyerapan cahaya yang tinggi. Selain itu, dalam kondisi tertentu, indikator ini beberapa kali lebih tinggi dibandingkan dengan bentuk kristal. Oleh karena itu, digunakan untuk tujuan teknis. Dalam bentuk ini (bubuk), kompon mudah diaplikasikan pada permukaan apapun, baik plastik maupun kaca. Inilah sebabnya mengapa silikon amorf sangat nyaman digunakan. Aplikasi berdasarkan ukuran yang berbeda.

Meskipun baterai jenis ini cepat aus karena terkikisnya lapisan tipis bahan, penggunaan dan permintaannya terus meningkat. Lagi pula, meski dalam masa pakai yang singkat, baterai surya berbahan silikon amorf dapat menyediakan energi untuk seluruh perusahaan. Selain itu, produksi bahan tersebut bebas limbah sehingga sangat ekonomis.

Modifikasi ini diperoleh dengan mereduksi senyawa dengan logam aktif, misalnya natrium atau magnesium.

Silikon kristal

Modifikasi elemen yang dimaksud berwarna abu-abu keperakan mengkilat. Formulir ini adalah yang paling umum dan paling diminati. Hal ini dijelaskan oleh totalitas sifat kualitatif yang dimiliki zat ini.

Ciri-ciri silikon dengan kisi kristal antara lain klasifikasi jenisnya, karena ada beberapa di antaranya:

Kualitas elektronik - kualitas paling murni dan tertinggi. Jenis ini digunakan dalam elektronik untuk membuat perangkat yang sangat sensitif.
Kualitas cerah. Nama itu sendiri menentukan area penggunaannya. Ini juga merupakan silikon dengan kemurnian yang cukup tinggi, yang penggunaannya diperlukan untuk menciptakan sel surya berkualitas tinggi dan tahan lama. Konverter fotolistrik yang dibuat berdasarkan struktur kristal memiliki kualitas dan ketahanan aus yang lebih tinggi dibandingkan yang dibuat menggunakan modifikasi amorf dengan cara disemprotkan ke berbagai jenis substrat.
Silikon teknis. Variasi ini mencakup sampel zat yang mengandung sekitar 98% unsur murni. Segala sesuatu yang lain masuk ke berbagai jenis kotoran:

aluminium;
klorin;
karbon;
fosfor dan lain-lain.

Jenis zat terakhir yang dimaksud digunakan untuk memperoleh polikristal silikon. Untuk itu dilakukan proses rekristalisasi. Hasilnya, dari segi kemurnian, diperoleh produk yang dapat digolongkan sebagai kualitas solar dan elektronik.

Berdasarkan sifatnya, polisilikon merupakan produk perantara antara modifikasi amorf dan kristal. Opsi ini lebih mudah digunakan, lebih baik diproses dan dibersihkan dengan fluor dan klorin.

Produk yang dihasilkan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

multisilikon;
monokristalin;
kristal yang diprofilkan;
potongan silikon;
silikon teknis;
limbah produksi berupa pecahan dan sisa materi.

Masing-masing dari mereka menemukan aplikasi dalam industri dan digunakan sepenuhnya oleh manusia. Oleh karena itu, yang menyentuh silikon dianggap bukan limbah. Hal ini secara signifikan mengurangi biaya ekonomi tanpa mempengaruhi kualitas.

Menggunakan silikon murni

Produksi silikon industri sudah cukup mapan dan skalanya cukup besar. Hal ini disebabkan karena unsur ini, baik murni maupun dalam bentuk berbagai senyawa, tersebar luas dan diminati di berbagai cabang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Di mana silikon kristal dan amorf digunakan dalam bentuk murni?

Dalam metalurgi, sebagai bahan tambahan paduan yang mampu mengubah sifat logam dan paduannya. Jadi, digunakan dalam peleburan baja dan besi tuang.
Berbagai jenis zat digunakan untuk membuat versi yang lebih murni - polisilikon.
Senyawa silikon adalah keseluruhan industri kimia yang mendapatkan popularitas tertentu saat ini. Bahan organosilikon digunakan dalam pengobatan, pembuatan piring, peralatan dan banyak lagi.
Pembuatan berbagai panel surya. Metode memperoleh energi ini adalah salah satu yang paling menjanjikan di masa depan. Ramah lingkungan, menguntungkan secara ekonomi dan tahan aus menjadi keunggulan utama pembangkit listrik jenis ini.
Silikon telah digunakan sebagai pemantik api sejak lama. Bahkan pada zaman dahulu, orang menggunakan batu api untuk menghasilkan percikan api saat menyalakan api. Prinsip ini menjadi dasar produksi berbagai jenis korek api. Saat ini ada jenis batu api yang diganti dengan paduan komposisi tertentu, yang memberikan hasil lebih cepat (percikan).
Elektronik dan energi surya.
Pembuatan cermin pada perangkat laser gas.

Dengan demikian, silikon murni memiliki banyak keunggulan dan sifat khusus yang memungkinkannya digunakan untuk membuat produk penting dan diperlukan.

Penerapan senyawa silikon

Selain bahan sederhana, berbagai senyawa silikon juga digunakan dan sangat luas. Ada seluruh industri yang disebut silikat. Hal ini didasarkan pada penggunaan berbagai zat yang mengandung unsur luar biasa ini. Apa sajakah senyawa-senyawa tersebut dan apa yang dihasilkan darinya?

Kuarsa, atau pasir sungai - SiO 2. Digunakan untuk membuat bahan konstruksi dan dekoratif seperti semen dan kaca. Semua orang tahu di mana bahan-bahan ini digunakan. Tidak ada konstruksi yang dapat diselesaikan tanpa komponen-komponen ini, yang menegaskan pentingnya senyawa silikon.
Keramik silikat, yang meliputi bahan-bahan seperti gerabah, porselen, batu bata, dan produk berbahan dasar bahan tersebut. Komponen-komponen ini digunakan dalam pengobatan, dalam pembuatan piring, perhiasan dekoratif, barang-barang rumah tangga, dalam konstruksi dan bidang aktivitas manusia sehari-hari lainnya.
- silikon, gel silika, minyak silikon.
Lem silikat - digunakan sebagai alat tulis, kembang api dan konstruksi.

Silikon, yang harganya bervariasi di pasar dunia, tetapi tidak melampaui batas 100 rubel Rusia per kilogram (per kristal) dari atas ke bawah, adalah zat yang banyak dicari dan berharga. Secara alami, senyawa unsur ini juga tersebar luas dan dapat diterapkan.

Peran biologis silikon

Dilihat dari pentingnya bagi tubuh, silikon juga penting. Kandungan dan distribusinya di jaringan adalah sebagai berikut:

0,002% - otot;
0,000017% - tulang;
darah - 3,9 mg/l.

Sekitar satu gram silikon harus dikonsumsi setiap hari, jika tidak, penyakit akan mulai berkembang. Tak satu pun dari mereka yang berbahaya secara mematikan, tetapi kelaparan silikon yang berkepanjangan menyebabkan:

rambut rontok;
munculnya jerawat dan jerawat;
kerapuhan dan kerapuhan tulang;
permeabilitas kapiler mudah;
kelelahan dan sakit kepala;
munculnya banyak memar dan lebam.

Bagi tanaman, silikon merupakan unsur mikro penting yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan normal. Eksperimen pada hewan menunjukkan bahwa individu yang mengonsumsi silikon dalam jumlah cukup setiap hari akan tumbuh lebih baik.

Silika, dalam bahasa Latin Silicondioxide, silika adalah silikon dioksida. Apa hubungan seperti itu? Ini adalah kristal padat, tidak berwarna, tidak berbau, cukup keras, tahan lama, ulet dan tahan api. Di alam, ini adalah kuarsa yang paling umum, butiran pasir transparan kecil yang terbentuk selama oksidasi silikon (Si).

SiO₂ adalah rumus molekul (kimia) silikon dioksida.

Sifat silikon dioksida

Senyawa ini adalah silikon oksida asam tetravalen yang lebih tinggi. Ia memiliki ketahanan ideal terhadap oksigen dan berbagai asam (pada titik leleh 1.600 ºC, ia larut dengan asam fluorida dan basa). Silikon dioksida tidak larut dan bersifat dielektrik (tidak menghantarkan arus).

Siliconiumdioxide adalah penetral alkali yang ideal.

Produksi silika untuk industri makanan

Dalam industri makanan, SiO₂ digunakan sebagai bahan tambahan makanan, yang memiliki indeks sendiri dalam sistem kode Eropa - E551.

Silikon dioksida murni tidak digunakan dalam industri makanan. Ia menggunakan bubuk SilikonDioksida, dengan kata lain, “jelaga putih,” silika amorf. Produksi E551 dilakukan di pabrik khusus dengan dua metode sintesis buatan: dengan memanaskan Si dalam lingkungan oksigen pada suhu lima ratus derajat Celcius, terjadi reaksi oksidasi, menghasilkan jelaga putih, dan dalam alat sterilisasi khusus pada suhu 1.000 ºC, reaksi uap Silikon Tetraklorida terjadi dalam nyala hidrogen (metode kedua).

Silikondioksida yang disintesis termasuk dalam kelompok pengemulsi yang memberikan homogenitas pada campuran zat yang tidak dapat bercampur di alam, seperti minyak (yang berasal dari nabati dan hewani) dan lemak dengan air.

Penggunaan pengemulsi E551 dalam produksi pangan diperbolehkan di semua negara tanpa kecuali (termasuk Federasi Rusia, Belarus, Ukraina, negara-negara Eropa) dengan ketentuan kandungannya dalam produk jadi tidak melebihi batas, yaitu. 30 gram/kg. Itu tidak membahayakan kesehatan dan aman digunakan.

Persyaratan khusus dikenakan pada kondisi pengemasan dan penyimpanan bahan tambahan makanan.

Untuk pengemasan, digunakan kantong yang terbuat dari polietilen tahan lama atau kertas kado khusus (kraft), serta polipropilen (wajib adanya sisipan polietilen).

Bahan tambahan makanan E551 sebaiknya disimpan di ruangan yang kering dan tertutup dengan kondisi kelembaban tertentu dan ventilasi tertentu.

Kegunaan Silikon Dioksida

Sampai sifat unik zat tersebut dipelajari, zat ini terutama digunakan untuk pembuatan bahan bangunan seperti beton dan semen.

Namun ketika Silikon dioksida dipelajari oleh para ilmuwan, dokter, ahli fisiologi, dan ahli kimia, karakteristik lainnya menjadi diketahui. Zat tersebut mulai digunakan dalam teknik radio, dalam produksi bahan tahan api dan karet.

Karena khasiatnya, zat ini banyak digunakan di berbagai industri, termasuk makanan, farmasi, dan kosmetik.

Silikon dioksida kristal	Silikon dioksida amorf (bubuk).	Silikon dioksida koloid
Zat ini tersebar luas di alam. Ditemukan dalam batuan - mineral, batu akik, jasper, kalsedon, batu kecubung, kristal batu. Banyak digunakan dalam konstruksi, serta dalam produksi produk kaca, keramik dan beton. Dalam industri ini, kemurniannya tidak penting.	Zat ini jarang ditemukan di alam dalam bentuk murni. Ini adalah tripoli (tanah diatom), yang terbentuk di dasar laut dalam jangka waktu yang lama. Saat ini diperoleh secara sintetis di pabrik. Ini digunakan terutama untuk keperluan industri.	Zat ini banyak digunakan dalam pengobatan sebagai penyerap (koloid silikon dioksida menghilangkan zat beracun dari tubuh) dan pengental (dalam pembuatan salep, gel, petroleum jelly, suspensi). Dalam tata rias (dalam pasta gigi, sebagai bahan pemutih; dalam scrub, bedak, lotion). Ini diproduksi dalam kondisi industri dari silikon dioksida yang sangat tersebar.

Dalam industri pangan, emulsifier digunakan sebagai antikoagulan (penstabil) dan penetralisir, serta pengental. Ini membantu produk mempertahankan kemampuan mengalir, mencegah pembentukan gumpalan dan penggumpalan:

silikon dioksida ditambahkan ke produk curah jadi, seperti tepung, rempah-rempah, serta bubuk telur, berbagai bumbu dan rempah, dan lain-lain;
Dalam produk susu, dalam produksi keju (untuk menjaga strukturnya), silika juga digunakan;
Ini merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam produksi kakao;
E551 juga termasuk dalam komposisi sebagai penyerap, membantu memperjelas minuman, meningkatkan penuaannya;
Ini banyak digunakan dalam produksi kerupuk, semua jenis makanan ringan, dan meningkatkan aroma produk konsumen;
dalam produksi minuman beralkohol, silika juga digunakan untuk menstabilkan keasaman dan menetralkan kelebihan basa;
produksi produk kembang gula dan kuliner tidak lengkap tanpa penggunaan pengemulsi E551, digunakan untuk mengolah permukaan manis, kecuali permukaan yang dilapisi. Mempengaruhi waktu penjualan produk, memperpanjang waktu (menjamin kesegaran, mencegah produk saling menempel), meningkatkan rasa dan aroma.

Dampak pada tubuh manusia, manfaat dan bahaya

Para ilmuwan belum sepenuhnya mempelajari pengaruh silikon dioksida pada tubuh, namun dari penelitian mereka hingga saat ini kita dapat menyimpulkan bahwa zat tersebut tidak membahayakan kesehatan bila digunakan dengan benar.

Silikon dioksida sepenuhnya dikeluarkan dari tubuh dan tidak diserap ke dalam saluran pencernaan.

Selain itu, Silikondioksida terdapat di dalam tubuh, di dalam darah dan plasma.

Berdasarkan prakteknya, seorang ahli fisiologi Jerman membuktikan bahwa silika bermanfaat bagi manusia, mencegah dan mencegah aterosklerosis, memperkuat dan membersihkan pembuluh darah. Air silikon tidak hanya memiliki sifat penyerap, menghilangkan limbah dan zat beracun dari tubuh manusia, tetapi juga bersifat antibakteri.

Ada teori yang menyatakan bahwa zat tersebut memiliki efek positif pada tubuh manusia dan mengurangi risiko berkembangnya penyakit lebih lanjut seperti penyakit Alzheimer. Namun, hal tersebut hanyalah hipotesis yang perlu dibuktikan oleh para ilmuwan.

Satu hal yang jelas bahwa debu silikon dioksida dapat menyebabkan bahaya kesehatan yang signifikan bila terhirup (hanya dalam produksi industri). Hal ini dapat berkontribusi pada perkembangan penyakit seperti silikosis paru. Penggunaan bahan tambahan makanan E551 dalam jumlah sedang aman bagi kesehatan.

Sebagai unsur kimia yang independen, silikon baru dikenal umat manusia pada tahun 1825. Hal ini, tentu saja, tidak menghalangi penggunaan senyawa silikon di banyak area sehingga lebih mudah untuk membuat daftar di mana unsur tersebut tidak digunakan. Artikel ini akan menjelaskan sifat fisik, mekanik dan kimia yang berguna dari silikon dan senyawanya, aplikasinya, dan kita juga akan berbicara tentang bagaimana silikon mempengaruhi sifat baja dan logam lainnya.

Pertama, mari kita lihat karakteristik umum silikon. Dari 27,6 hingga 29,5% massa kerak bumi adalah silikon. Dalam air laut, konsentrasi unsur ini juga cukup besar - hingga 3 mg/l.

Dalam hal kelimpahan di litosfer, silikon menempati urutan kedua setelah oksigen. Namun, bentuknya yang paling terkenal, silika, adalah dioksida, dan sifat-sifatnya inilah yang menjadi dasar penggunaannya secara luas.

Video ini akan memberi tahu Anda apa itu silikon:

Konsep dan fitur

Silikon adalah non-logam, tetapi dalam kondisi berbeda ia dapat menunjukkan sifat asam dan basa. Ini adalah semikonduktor yang khas dan sangat banyak digunakan dalam teknik kelistrikan. Sifat fisik dan kimianya sangat ditentukan oleh keadaan alotropiknya. Paling sering mereka berurusan dengan bentuk kristal, karena kualitasnya lebih diminati dalam perekonomian nasional.

Silikon adalah salah satu unsur makro dasar dalam tubuh manusia. Kekurangannya berdampak buruk pada kondisi jaringan tulang, rambut, kulit, dan kuku. Selain itu, silikon mempengaruhi kinerja sistem kekebalan tubuh.
Dalam pengobatan, unsur, atau lebih tepatnya senyawanya, menemukan penerapan pertamanya dalam kapasitas ini. Air dari sumur yang dilapisi silikon tidak hanya bersih, tetapi juga memiliki efek positif terhadap ketahanan terhadap penyakit menular. Saat ini, senyawa dengan silikon berfungsi sebagai dasar obat melawan tuberkulosis, aterosklerosis, dan radang sendi.
Secara umum, bukan logam memiliki aktivitas rendah, namun sulit menemukannya dalam bentuk murni. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa di udara ia dengan cepat dipasivasi oleh lapisan dioksida dan berhenti bereaksi. Saat dipanaskan, aktivitas kimia meningkat. Akibatnya, umat manusia lebih akrab dengan senyawa materi dibandingkan dengan dirinya sendiri.

Jadi, silikon membentuk paduan dengan hampir semua logam - silisida. Semuanya dicirikan oleh sifat tahan api dan kekerasannya dan digunakan di area yang sesuai: turbin gas, pemanas tungku.

Non-logam ditempatkan dalam tabel D.I.Mendeleev di golongan 6 bersama dengan karbon dan germanium, yang menunjukkan kesamaan tertentu dengan zat-zat ini. Jadi, kesamaannya dengan karbon adalah kemampuannya membentuk senyawa tipe organik. Pada saat yang sama, silikon, seperti germanium, dapat menunjukkan sifat-sifat logam dalam beberapa reaksi kimia, yang digunakan dalam sintesis.

Keuntungan dan kerugian

Seperti zat lainnya dari sudut pandang kegunaannya dalam perekonomian nasional, silikon memiliki kualitas tertentu yang berguna atau tidak terlalu berguna. Mereka penting untuk menentukan area penggunaan.

Keuntungan signifikan dari zat ini adalah sifatnya ketersediaan. Di alam memang tidak ditemukan dalam bentuk bebas, namun tetap saja teknologi pembuatan silikon tidak begitu rumit, meski memakan energi.
Keuntungan terpenting kedua adalah pembentukan banyak senyawa dengan khasiat yang luar biasa bermanfaat. Ini termasuk silan, silisida, dioksida, dan, tentu saja, berbagai macam silikat. Kemampuan silikon dan senyawanya untuk membentuk larutan padat kompleks hampir tidak terbatas, sehingga memungkinkan diperolehnya berbagai macam variasi kaca, batu, dan keramik tanpa henti.
Sifat semikonduktor non-logam memberinya tempat sebagai bahan dasar dalam teknik kelistrikan dan radio.
Non-logam adalah tidak beracun, yang memungkinkan untuk digunakan dalam industri apa pun, dan pada saat yang sama tidak mengubah proses teknologi menjadi proses yang berpotensi berbahaya.

Kerugian dari bahan tersebut hanya mencakup kerapuhan relatif dengan kekerasan yang baik. Silikon tidak digunakan untuk struktur penahan beban, namun kombinasi ini memungkinkan permukaan kristal diproses dengan benar, yang penting untuk pembuatan instrumen.

Sekarang mari kita bicara tentang sifat dasar silikon.

Sifat dan karakteristik

Karena silikon kristalin paling sering digunakan dalam industri, sifat-sifatnyalah yang lebih penting, dan sifat-sifat itulah yang diberikan dalam spesifikasi teknis. Sifat fisika suatu zat adalah sebagai berikut:

titik leleh – 1417 C;
titik didih – 2600 C;
kepadatannya adalah 2,33 g/cu. cm, yang menunjukkan kerapuhan;
kapasitas panas, serta konduktivitas termal, tidak konstan bahkan pada sampel paling murni: 800 J/(kg K), atau 0,191 kal/(g derajat) dan 84-126 W/(m K), atau 0,20-0, masing-masing 30 kal/(cm·detik·derajat);
radiasi infra merah transparan hingga gelombang panjang, yang digunakan dalam optik inframerah;
konstanta dielektrik – 1,17;
kekerasan pada skala Mohs – 7.

Sifat listrik suatu bukan logam sangat bergantung pada pengotor. Dalam industri, fitur ini digunakan dengan memodulasi jenis semikonduktor yang diinginkan. Pada suhu normal, silikon rapuh, tetapi bila dipanaskan di atas 800 C, deformasi plastis dapat terjadi.

Sifat-sifat silikon amorf sangat berbeda: ia sangat higroskopis dan bereaksi lebih aktif bahkan pada suhu normal.

Struktur dan komposisi kimia, serta sifat-sifat silikon dibahas dalam video di bawah ini:

Komposisi dan struktur

Silikon terdapat dalam dua bentuk alotropik, yang sama-sama stabil pada suhu normal.

Kristal memiliki penampilan bubuk abu-abu gelap. Zat tersebut, meskipun memiliki kisi kristal seperti berlian, namun rapuh karena ikatan antar atom yang terlalu panjang. Yang menarik adalah sifat semikonduktornya.
Pada tekanan yang sangat tinggi Anda bisa mendapatkannya heksagonal modifikasi dengan kepadatan 2,55 g/cu. cm Namun, fase ini belum menemukan signifikansi praktisnya.
Amorf– bubuk coklat kecoklatan. Berbeda dengan bentuk kristalnya, ia bereaksi jauh lebih aktif. Hal ini bukan disebabkan oleh kelembaman bentuk pertama, melainkan karena fakta bahwa di udara zat tersebut ditutupi dengan lapisan dioksida.

Selain itu, perlu diperhatikan jenis klasifikasi lain yang berkaitan dengan ukuran kristal silikon, yang bersama-sama membentuk zat tersebut. Kisi kristal, seperti diketahui, mengandaikan keteraturan tidak hanya atom, tetapi juga struktur yang dibentuk oleh atom-atom ini - yang disebut keteraturan jangka panjang. Semakin besar ukurannya, semakin homogen sifat-sifat zat tersebut.

Monokristalin– sampelnya adalah satu kristal. Strukturnya tertata secara maksimal, sifat-sifatnya homogen dan dapat diprediksi dengan baik. Inilah material yang paling banyak diminati di bidang teknik elektro. Namun, ia juga merupakan salah satu spesies yang paling mahal, karena proses mendapatkannya rumit dan laju pertumbuhannya rendah.
Multikristalin– sampel terdiri dari sejumlah butiran kristal besar. Batasan di antara keduanya membentuk tingkat cacat tambahan, yang mengurangi kinerja sampel sebagai semikonduktor dan menyebabkan keausan lebih cepat. Teknologi untuk menumbuhkan multikristal lebih sederhana, sehingga bahannya lebih murah.
Polikristalin– terdiri dari sejumlah besar butir yang disusun secara acak relatif satu sama lain. Ini adalah jenis silikon industri paling murni, yang digunakan dalam mikroelektronika dan energi surya. Cukup sering digunakan sebagai bahan baku untuk menumbuhkan kristal multi dan tunggal.
Silikon amorf juga menempati posisi tersendiri dalam klasifikasi ini. Di sini urutan atom dipertahankan hanya pada jarak terpendek. Namun dalam bidang teknik elektro masih digunakan dalam bentuk film tipis.

Produksi non-logam

Memperoleh silikon murni tidaklah mudah, mengingat kelembaman senyawanya dan sebagian besar titik lelehnya tinggi. Dalam industri, mereka paling sering melakukan reduksi dengan karbon dioksida. Reaksi dilakukan dalam tungku busur pada suhu 1800 C. Dengan cara ini diperoleh non-logam dengan kemurnian 99,9%, yang tidak cukup untuk penggunaannya.

Bahan yang dihasilkan diklorinasi untuk menghasilkan klorida dan hidroklorida. Kemudian senyawa tersebut dimurnikan dengan semua metode yang memungkinkan dari pengotor dan direduksi dengan hidrogen.

Zat tersebut juga dapat dimurnikan dengan memperoleh magnesium silisida. Silisida terkena asam klorida atau asam asetat. Silana diperoleh, dan yang terakhir dimurnikan dengan berbagai metode - penyerapan, rektifikasi, dan sebagainya. Kemudian silan diurai menjadi hidrogen dan silikon pada suhu 1000 C. Dalam hal ini diperoleh zat dengan fraksi pengotor 10 -8 -10 -6%.

Penerapan substansi

Bagi industri, karakteristik elektrofisika suatu bukan logam merupakan hal yang paling menarik. Bentuk kristal tunggalnya adalah semikonduktor celah tidak langsung. Sifat-sifatnya ditentukan oleh pengotor, yang memungkinkan diperolehnya kristal silikon dengan sifat tertentu. Jadi, penambahan boron dan indium memungkinkan pertumbuhan kristal dengan konduktivitas lubang, dan penambahan fosfor atau arsenik memungkinkan pertumbuhan kristal dengan konduktivitas elektronik.

Silikon secara harfiah berfungsi sebagai dasar teknik kelistrikan modern. Transistor, fotosel, sirkuit terpadu, dioda, dan sebagainya dibuat darinya. Selain itu, fungsionalitas perangkat hampir selalu hanya ditentukan oleh lapisan kristal dekat permukaan, yang menentukan persyaratan yang sangat spesifik untuk perawatan permukaan.
Dalam metalurgi, silikon teknis digunakan baik sebagai pengubah paduan - memberikan kekuatan yang lebih besar, dan sebagai komponen - misalnya, dan sebagai zat deoksidasi - dalam produksi besi tuang.
Bahan metalurgi ultra murni dan murni membentuk dasar energi matahari.
Dioksida bukan logam terdapat di alam dalam berbagai bentuk. Varietas kristalnya - opal, batu akik, akik, batu kecubung, kristal batu - telah menemukan tempatnya dalam perhiasan. Modifikasi yang tampilannya tidak begitu menarik - batu api, kuarsa - digunakan dalam metalurgi, konstruksi, dan radio-elektronik.
Senyawa non-logam dengan karbon, karbida, digunakan dalam metalurgi, pembuatan instrumen, dan industri kimia. Ini adalah semikonduktor pita lebar, ditandai dengan kekerasan tinggi - 7 pada skala Mohs, dan kekuatan, yang memungkinkannya digunakan sebagai bahan abrasif.
Silikat - yaitu garam asam silikat. Tidak stabil, mudah terurai di bawah pengaruh suhu. Keistimewaan mereka yang luar biasa adalah bahwa mereka membentuk garam yang banyak dan beragam. Tapi yang terakhir adalah dasar untuk produksi kaca, keramik, gerabah, kristal, dll. Kita dapat dengan aman mengatakan bahwa konstruksi modern didasarkan pada berbagai silikat.
Kaca mewakili kasus paling menarik di sini. Basisnya adalah aluminosilikat, tetapi sedikit campuran zat lain - biasanya oksida - memberikan banyak sifat berbeda pada material, termasuk warna. -, gerabah, porselen sebenarnya memiliki formula yang sama, meskipun dengan perbandingan komponen yang berbeda, dan keanekaragamannya juga luar biasa.
Non-logam mempunyai satu kemampuan lagi: ia membentuk senyawa seperti karbon, dalam bentuk rantai panjang atom silikon. Senyawa yang demikian disebut senyawa organosilikon. Ruang lingkup penerapannya juga tidak kalah terkenalnya - ini adalah silikon, sealant, pelumas, dan sebagainya.

Silikon adalah elemen yang sangat umum dan sangat penting di banyak bidang perekonomian nasional. Selain itu, tidak hanya zat itu sendiri, tetapi semua senyawanya yang beragam dan banyak digunakan secara aktif.

Video ini akan memberi tahu Anda tentang sifat dan kegunaan silikon:

Silika amorf dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis:

1. Kaca kuarsa, dibuat dengan melebur kuarsa (serta hidrolisis silikon tetraklorida suhu tinggi atau oksidasinya dalam plasma suhu rendah).

2. Silika M - silika amorf yang diperoleh dengan iradiasi jenis silika amorf atau kristal dengan neutron cepat. Dalam hal ini, densitas silika amorf awal meningkat, dan densitas silika kristalin menurun. Silika M tidak stabil secara termal dan berubah menjadi kuarsa pada 930C dalam waktu 16 jam. Kepadatannya adalah 2260 kg/m3 (untuk kaca kuarsa adalah 2200).

3. Silika miroamorf, termasuk sol, gel, bubuk dan gelas berpori, yang sebagian besar terdiri dari partikel primer berukuran kurang dari satu mikrometer atau dengan luas permukaan spesifik lebih dari 3 m 2 /g.

Silika mikroamorf yang disintesis di laboratorium dapat dibagi menjadi tiga kelas:

I Varietas mikroskopis diperoleh melalui proses khusus berupa daun, pita dan ijuk.

II Bentuk amorf konvensional, terdiri dari partikel bola dasar SiO 2, berukuran lebih kecil dari 100 nm, yang permukaannya terbentuk dari SiO 2 anhidrat atau dari gugus SiOH. Partikel-partikel tersebut dapat bersifat individual atau terhubung dalam jaringan tiga dimensi: a) diskrit atau terisolasi (partikel, seperti halnya dalam sol; b) agregat tiga dimensi yang dihubungkan dalam rantai dengan ikatan siloksan pada titik kontak, seperti dalam gel ; c) agregat partikel tiga dimensi dalam jumlah besar, seperti yang diamati pada aerogel, silika trogenik, dan beberapa bubuk silika terdispersi (lihat Gambar 1.13).

III Silika amorf terhidrasi, yang strukturnya seluruh atau hampir semua atom silikon dipegang oleh satu atau lebih gugus hidroksil.

Beras. 1.13. Partikel dasar dari bentuk umum silika koloid. Gambarnya disajikan datar, namun nyatanya agregasi partikelnya bersifat tiga dimensi: a – sol, b – gel, c – bubuk silika

Silika mikroamorf dari bentuk mikro berlapis, pita dan berserat diperoleh:

1. Pembentukan partikel pada antarmuka gas-cair akibat hidrolisis SiF 4 dalam wujud gas pada suhu 100 atau hidrolisis uap SiCl 4 pada suhu 100 C. Serpihan adalah lapisan tipis gel silika yang terbentuk pada permukaan kontak uap SiF 4 yang sangat reaktif dengan tetesan air. Sifat “halus” bubuk yang dibuat dari SiF 4 tercermin dalam kepadatan nyata yang sangat rendah yaitu 25 kg/m 3 , serta “fluiditas” bubuk, mirip dengan air. Serpihan silika gel berbentuk tidak beraturan dengan diameter sekitar 1 µm dan ketebalan 1/10 µm mengandung 92,86% SiO 2 dan 7,14% H 2 O.

2. Pembentukan sol silika melalui pembekuan. Ketika larutan silika berasap atau asam polisilat dibekukan, kristal es yang tumbuh akan menggantikan silika hingga silika terakumulasi di antara kristal es sebagai sol pekat. Silika ini kemudian berpolimerisasi dan membentuk gel padat. Ketika es kemudian mencair, silika diperoleh dalam bentuk serpihan berbentuk tidak beraturan yang terbentuk di antara permukaan halus kristal es. Bubuk silika kering vakum mengandung sekitar 10% H2O.

Silika yang paling umum dalam bentuk amorf termasuk gel silika dan kaca kuarsa. Silica gel diperoleh dengan memanaskan silika gel pada suhu tidak melebihi 1000C. Gel silika teknis siap pakai adalah butiran padat bening berwarna putih atau kekuningan. Banyak digunakan sebagai penyerap kelembaban.

Lelehan silika mudah didinginkan untuk membentuk kaca kuarsa. Kaca kuarsa yang digunakan dalam teknologi adalah kaca silikat satu komponen. Ini diperoleh dengan meleburkan varietas silika kemurnian tinggi alami atau buatan.

Dengan meningkatnya tekanan, transformasi modifikasi juga telah dilakukan untuk kaca silika - kuarsa non-kristal. Ketika kaca dikompresi, ikatan Si-O-Si di dalamnya tertekuk. Dengan peningkatan tekanan hingga 3100-3300 MPa, terjadi transisi yang disertai dengan perubahan kepadatan yang tajam (transformasi orde kedua). Kaca yang diperoleh pada tekanan ini disebut kaca suprapiezo(disingkat S-P-kaca).

Ketika tekanan meningkat di atas 9000 MPa, kepadatan silika kaca mulai meningkat lagi dan pada 20000 MPa menjadi 2,61. 10 3 kg/m 3, yang mendekati kepadatan kuarsa, namun bahannya tetap amorf. Kaca seperti itu, ketika tekanannya dihilangkan, tidak kembali secara elastis ke volume aslinya, dan piringan tipis kaca kuarsa ultra-padat (kondensasi) dapat dipertahankan. Kaca kuarsa yang menebal ini disebut kental.

Karakteristik polimorf SiO 2 diberikan pada Tabel 1.1.

Silikon: karakteristik, fitur dan aplikasi. Tentang silikon dioksida amorf Bahan tambahan makanan silikon dioksida amorf - aplikasi dalam makanan