Силициевите съединения, широко разпространени на земята, са познати на човека още от каменната ера. Използването на каменни инструменти за работа и лов продължило няколко хилядолетия. Използването на силициеви съединения, свързано с тяхната обработка - производството на стъкло - започва около 3000 г. пр.н.е. д. (в Древен Египет). Най-ранното известно силициево съединение е SiO 2 оксид (силициев диоксид). През 18-ти век силициевият диоксид е смятан за просто твърдо вещество и е наричан „земи“ (както е отразено в името му). Сложността на състава на силициевия диоксид е установена от И. Я. Берцелиус. За първи път през 1825 г. той получава елементарен силиций от силициев флуорид SiF 4, редуцирайки последния с метален калий. Новият елемент е наречен "силиций" (от латински silex - кремък). Руското име е въведено от Г. И. Хес през 1834 г.
Разпространение на силиция в природата.Силицият е вторият най-разпространен елемент в земната кора (след кислорода), средното му съдържание в литосферата е 29,5% (по маса). В земната кора силицият играе същата основна роля като въглерода в животинския и растителния свят. За геохимията на силиция е важна неговата изключително силна връзка с кислорода. Около 12% от литосферата е силициев диоксид SiO 2 под формата на минерала кварц и неговите разновидности. 75% от литосферата е съставена от различни силикати и алумосиликати (фелдшпати, слюди, амфиболи и др.). Общият брой на минералите, съдържащи силициев диоксид, надхвърля 400.
По време на магмените процеси се наблюдава слаба диференциация на силиций: той се натрупва както в гранитоиди (32,3%), така и в ултраосновни скали (19%). При високи температури и високо налягане разтворимостта на SiO 2 се увеличава. Възможна е и неговата миграция с водна пара, поради което пегматитите от хидротермални вени се характеризират със значителни концентрации на кварц, който често се свързва с рудни елементи (злато-кварц, кварц-каситерит и други вени).
Физични свойства на силиция.Силицият образува тъмносиви кристали с метален блясък, имащи лицево-центрирана решетка от кубичен диамант с период a = 5,431 Å и плътност 2,33 g/cm 3 . При много високи налягания се получава нова (очевидно шестоъгълна) модификация с плътност 2,55 g/cm 3 . Силицият се топи при 1417 °C и кипи при 2600 °C. Специфичен топлинен капацитет (при 20-100 °C) 800 J/(kg K), или 0,191 cal/(g deg); топлопроводимостта дори за най-чистите проби не е постоянна и е в диапазона (25 °C) 84-126 W/(m K), или 0,20-0,30 cal/(cm sec deg). Температурният коефициент на линейно разширение е 2,33·10 -6 K -1, под 120 K става отрицателен. Силицият е прозрачен за дълговълновите инфрачервени лъчи; коефициент на пречупване (за λ = 6 µm) 3,42; диелектрична константа 11.7. Силицият е диамагнитен, атомната магнитна чувствителност е -0,13-10 -6. Твърдост на силиций по Mohs 7.0, по Brinell 2.4 Gn/m2 (240 kgf/mm2), модул на еластичност 109 Gn/m2 (10,890 kgf/mm2), коефициент на свиваемост 0.325·10 -6 cm2 /kg. Силицият е крехък материал; забележимата пластична деформация започва при температури над 800°C.
Силицият е полупроводник с много приложения. Електрическите свойства на силиция са силно зависими от примесите. Собственото специфично обемно електрическо съпротивление на силиций при стайна температура се приема за 2,3·10 3 ohm·m (2,3·10 5 ohm·cm).
Полупроводниковият силиций с p-тип проводимост (B, Al, In или Ga добавки) и n-тип (P, Bi, As или Sb добавки) има значително по-ниско съпротивление. Електрически измерената ширина на забранената зона е 1,21 eV при 0 K и намалява до 1,119 eV при 300 K.
Химични свойства на силиция.В съответствие с позицията на силиция в периодичната таблица на Менделеев, 14 електрона на атома на силиций са разпределени в три обвивки: в първата (от ядрото) 2 електрона, във втората 8, в третата (валентност) 4; конфигурация на електронна обвивка 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Потенциали на последователна йонизация (eV): 8.149; 16,34; 33.46 и 45.13. Атомен радиус 1.33Å, ковалентен радиус 1.17Å, йонни радиуси Si 4+ 0.39Å, Si 4- 1.98Å.
В съединенията силицият (подобен на въглерода) е 4-валентен. Въпреки това, за разлика от въглерода, силицийът, заедно с координационно число 4, показва координационно число 6, което се обяснява с големия обем на неговия атом (пример за такива съединения са силикофлуоридите, съдържащи 2-група).
Химическата връзка на силициевия атом с други атоми обикновено се осъществява чрез хибридни sp 3 орбитали, но също така е възможно да се включат две от неговите пет (вакантни) 3d орбитали, особено когато силицийът е шесткоординиран. Имайки ниска стойност на електроотрицателност от 1,8 (срещу 2,5 за въглерод; 3,0 за азот и т.н.), силицийът в съединения с неметали е електроположителен и тези съединения са полярни по природа. Високата енергия на свързване на Si - O с кислорода, равна на 464 kJ/mol (111 kcal/mol), определя стабилността на неговите кислородни съединения (SiO 2 и силикати). Енергията на връзката Si - Si е ниска, 176 kJ/mol (42 kcal/mol); За разлика от въглерода, силицийът не се характеризира с образуването на дълги вериги и двойни връзки между Si атомите. Във въздуха силицият е стабилен дори при повишени температури поради образуването на защитен оксиден филм. В кислород се окислява, започвайки от 400 °C, образувайки силициев оксид (IV) SiO 2. Известен е и силициев (II) оксид SiO, стабилен при високи температури под формата на газ; в резултат на бързо охлаждане може да се получи твърд продукт, който лесно се разлага в рядка смес от Si и SiO 2. Силицият е устойчив на киселини и се разтваря само в смес от азотна и флуороводородна киселина; лесно се разтваря в горещи алкални разтвори с отделяне на водород. Силицият реагира с флуор при стайна температура и с други халогени при нагряване, за да образува съединения с обща формула SiX 4 . Водородът не реагира директно със силиция, а хидросиликатите (силаните) се получават чрез разлагане на силициди (виж по-долу). Водородните силикони са известни от SiH 4 до Si 8 H 18 (съставът е подобен на наситените въглеводороди). Силицият образува 2 групи кислородсъдържащи силани - силоксани и силоксени. Силицият реагира с азот при температури над 1000 °C Нитридът Si3N4, който не се окислява на въздух дори при 1200 °C, е устойчив на киселини (с изключение на азотна киселина) и основи, както и на разтопени метали и шлаки. значение, което го прави ценен материал за химическата промишленост, за производство на огнеупори и др. Силициевите съединения с въглерод (силициев карбид SiC) и бор (SiB 3, SiB 6, SiB 12) се характеризират с висока твърдост, както и с термична и химическа устойчивост. При нагряване силицият реагира (в присъствието на метални катализатори, като мед) с органохлорни съединения (например CH 3 Cl), за да образува органохалосилани [например Si(CH 3) 3 Cl], които се използват за синтеза на множество органосилициеви съединения.
Силицият образува съединения с почти всички метали - силициди (съединения само с Bi, Tl, Pb, Hg не са открити). Получени са повече от 250 силицида, чийто състав (MeSi, MeSi 2, Me 5 Si 3, Me 3 Si, Me 2 Si и други) обикновено не отговаря на класическите валентности. Силицидите са огнеупорни и твърди; От голямо практическо значение са феросилиций (редуциращ агент при топенето на специални сплави, вижте Феросплави) и молибденов силицид MoSi 2 (нагреватели на електрически пещи, лопатки на газови турбини и др.).
Получаване на силиций.Силицият с техническа чистота (95-98%) се получава в електрическа дъга чрез редукция на силициев диоксид SiO 2 между графитни електроди. Във връзка с развитието на полупроводниковата технология са разработени методи за производство на чист и много чист силиций. Това изисква предварителен синтез на най-чистите изходни силициеви съединения, от които силицийът се извлича чрез редукция или термично разлагане.
Чистият полупроводников силиций се получава в две форми: поликристален (чрез редукция на SiCl 4 или SiHCl 3 с цинк или водород, термично разлагане на SiI 4 и SiH 4) и монокристален (зоново топене без тигел и „издърпване“ на единичен кристал от разтопен силиций - методът на Чохралски).
Приложение на силиций.Специално легираният силиций се използва широко като материал за производството на полупроводникови устройства (транзистори, термистори, токоизправители, тиристори; слънчеви фотоклетки, използвани в космически кораби и др.). Тъй като силиконът е прозрачен за лъчи с дължина на вълната от 1 до 9 микрона, той се използва в инфрачервената оптика,
Силицият има разнообразни и разширяващи се приложения. В металургията силицийът се използва за отстраняване на кислорода, разтворен в разтопени метали (дезоксидация). Силицият е компонент на голям брой сплави на желязо и цветни метали. Обикновено силиконът придава на сплавите повишена устойчивост на корозия, подобрява техните леярски свойства и увеличава механичната якост; обаче, при по-високи нива, силицият може да причини чупливост. Най-важни са железните, медните и алуминиевите сплави, съдържащи силиций. Все по-голямо количество силиций се използва за синтеза на силициеви органични съединения и силициди. Силицият и много силикати (глини, фелдшпати, слюда, талк и др.) се обработват от стъкларската, циментовата, керамичната, електрическата и други индустрии.
Силицият се намира в тялото под формата на различни съединения, участващи главно в образуването на твърди скелетни части и тъкани. Някои морски растения (например диатомеи) и животни (например силициеви гъби, радиоларии) могат да натрупват особено големи количества силиций, образувайки дебели отлагания от силициев (IV) оксид, когато умрат на океанското дъно. В студените морета и езера в тропиците преобладават биогенни тини, обогатени със силиций; морета - варовити тини с ниско съдържание на силиций. Сред сухоземните растения много силиций натрупват зърнени култури, острица, палми и хвощ. При гръбначните животни съдържанието на силициев (IV) оксид в пепелните вещества е 0,1-0,5%. Силицият се намира в най-големи количества в плътната съединителна тъкан, бъбреците и панкреаса. Ежедневната човешка диета съдържа до 1 g силиций. Когато във въздуха има високо съдържание на прах от силициев (IV) оксид, той навлиза в белите дробове на човека и причинява заболяване - силикоза.
Силиций в тялото.Силицият се намира в тялото под формата на различни съединения, участващи главно в образуването на твърди скелетни части и тъкани. Някои морски растения (например диатомеи) и животни (например силициеви гъби, радиоларии) могат да натрупват особено големи количества силиций, образувайки дебели отлагания от силициев (IV) оксид, когато умрат на океанското дъно. В студените морета и езера в тропиците преобладават биогенни тини, обогатени със силиций; морета - варовити тини с ниско съдържание на силиций. Сред сухоземните растения много силиций натрупват зърнени култури, острица, палми и хвощ. При гръбначните животни съдържанието на силициев (IV) оксид в пепелните вещества е 0,1-0,5%. Силицият се намира в най-големи количества в плътната съединителна тъкан, бъбреците и панкреаса. Ежедневната човешка диета съдържа до 1 g силиций. Когато във въздуха има високо съдържание на прах от силициев (IV) оксид, той навлиза в белите дробове на човека и причинява заболяването силикоза.
Физични свойства. Силицият е крехък. При нагряване над 800° C неговата пластичност се увеличава. Устойчив е на киселини. В кисела среда се покрива с неразтворим оксиден филм и се пасивира.
Микроелементът е прозрачен за инфрачервено лъчение, започвайки от дължина на вълната от 1,1 микрона.
Химични свойства. Силицият взаимодейства:
- с халогени (флуор) с проява на редуциращи свойства: Si + 2F2 = SiF4. Реагира с хлороводород при 300° С, с бромоводород – при 500° С;
- с хлор при нагряване до 400–600 ° C: Si + 2Cl2 = SiCl4;
- с кислород при нагряване до 400–600° C: Si + O2 = SiO2;
- с други неметали. При температура от 2000° C той реагира с въглерод (Si + C = SiC) и бор (Si + 3B = B3Si);
- с азот при температура 1000° C: 3Si + 2N2 = Si3N4;
- с метали за образуване на силициди: 2Ca + Si = Ca2Si;
- с киселини - само със смес от флуороводородна и азотна киселини: 3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O;
- с алкали. Силицият се разтваря и се образуват силикат и водород: Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2.
Не взаимодейства с водород.
Взаимодействие в организма с витамини и минерали
Силицият взаимодейства с витамините и. За най-здравословна се смята комбинацията от зърнени храни с цитрусови плодове и зелени зеленчуци.
Силицият участва в борбата срещу свободните радикали. Взаимодействайки с тежки метали (олово), микроелементът образува стабилни съединения. Те се екскретират от пикочно-половата система. Същото се случва и с отпадъците и токсичните вещества.
Силицият подобрява усвояването на желязо (Fe) и калций (Ca), кобалт (Cb), манган (Mn), флуор (F).
Намаляването на концентрацията на силиций в съединителната тъкан води до увреждане на съдовете, атеросклероза и нарушена здравина на костната тъкан.
Ролята на силиция във възникването и протичането на различни заболявания
При липса на силиций в организма концентрацията на холестерол в кръвта се повишава. Поради това се образуват холестеролни плаки и изтичането се влошава.
При консумация на силиций под 20 mg на ден имунната система отслабва. Появяват се алергични обриви, кожата става суха и лющеща се, развиват се гъбички.
Косата изтънява, скалпът се лющи и сърби. Нокътните плочи се деформират.
Работоспособността и психическото състояние се влошават поради нарушен кръвен поток и насищане на мозъка с кислород.
Когато количеството на силиций в тялото намалява до 1,2-1,6%, това е изпълнено с появата на инсулт, инфаркт, диабет, вирусен хепатит и онкология.
Излишъкът от силиций води до отлагане на соли в пикочните пътища и ставите, фиброза и патологии на кръвоносните съдове. В най-лошия случай черният дроб се увеличава, крайниците се подуват, кожата посинява и се появява задух.
Функционален потенциал на силиция
Основната задача на силиция в организма е образуването на костна, хрущялна тъкан и съдови стени. 90% от минерала се намира в съединителната и костната тъкан, лимфните възли, щитовидната жлеза, косата и кожата. Функционалният потенциал на химичния елемент обаче не се ограничава до това. Благодарение на силиция:
- костите и връзките са подсилени. Колкото повече минерали има в първия, толкова по-силен е той. Намаляването на концентрацията на силиций в костната тъкан е изпълнено с остеопороза и атеросклероза. За хрущялната тъкан е важен синтезът на гликозаминогликани;
- предотвратява се дегенерацията на междупрешленните дискове. Последните се състоят от плочи от хрущялна тъкан. Колкото по-малко силиций, толкова по-бързо се износва плочата. Ако в него се образува пукнатина, ще започне да изтича цереброспинална течност. Това е изпълнено с издатини и херния;
- костната тъкан се възстановява. Костите, връзките и сухожилията растат заедно много трудно и отнема много време;
- подобрява се състоянието на кожата, ноктите и косата. Те съдържат най-висока концентрация на химичния елемент. Суха и лющеща се кожа, чуплива и матова коса, белещи се нокти са признаци на дефицит на силиций;
- метаболизмът се стабилизира. Благодарение на силиция се усвояват три четвърти от 70% от химичните елементи. Минералът участва в метаболизма на протеините и въглехидратите;
- имунитетът се засилва. Благодарение на силиция се ускорява фагоцитозата - образуването на специални клетки на имунната система. Основната им функция е разграждането на чужди протеинови структури. Ако вирусна инфекция навлезе в тялото, фагоцитите обгръщат врага и го унищожават;
- Премахват се тежките метали и токсините. Силициевият оксид реагира с тях, превръща ги в неутрални за организма съединения, които се изхвърлят с урината;
- укрепват се стените на кръвоносните съдове, сърдечните клапи и лигавицата на стомашно-чревния тракт. Основата на съдовата стена е еластинът, който се синтезира с помощта на силиций;
- пропускливостта на съдовите стени намалява, признаците на разширени вени, тромбофлебит и васкулит намаляват;
- предотвратяват се ракови заболявания. Антиоксидантните свойства на витамините С, А, Е се засилват при взаимодействие със силиций. Тялото по-лесно се бори със свободните радикали;
- мозъчните заболявания са предотвратени. При липса на силиций стените на кръвоносните съдове стават по-меки и лошо транспортират кръвта към мозъка, което води до хипоксия - кислороден глад, поради което мозъкът не функционира с пълен капацитет. Мозъчните неврони не могат да дават и получават команди без силиций. В резултат на това двигателните умения се нарушават, кръвоносните съдове се свиват, появяват се главоболие и световъртеж, здравето се влошава.
Източници на силиций
| Категория | Продукт | Приблизително съдържание на силиций |
| Растително масло | Кедър, сусам, горчица, бадем, маслина, фъстък, тиква, лен, соя | |
| Животински масла | Агнешка, телешка, свинска мазнина, сланина, маргарин, масло Риба: камбала, камбала | Малък, без силиций след обработка |
| Сок | Грозде, круша, червена боровинка | В чаша – 24% от дневната нужда от микроелемент |
| Ядки | Орехи, лешници, шамфъстък, слънчогледови семки | Една шепа ядки съдържа от 12 до 100% от дневната норма. Най-много силиций има в орехите и лешниците (100% в 50 г), най-малко в шам фъстъка (25% в 50 г) |
| Зърнени храни | Кафяв ориз, овесени ядки, просо, пшенични трици, царевица, ечемик | Една порция каша (200 g) съдържа дневната нужда от силиций |
| Зеленчуци | Бяло зеле, лук, целина, краставици, моркови, спанак, картофи, репички, цвекло. А също и домати, чушки, ревен; боб, зелен фасул и соя | |
| Плодове и горски плодове | Кайсии, банани, ябълки; ягода, череша, слива | 200 г плодове съдържат до 40% от дневната нужда от силиций, а същото количество плодове съдържа до 30% |
| Сушени плодове | Фурми, смокини, стафиди | |
| Млечни продукти | Кисело мляко, кефир, яйца | |
| Месо и морски дарове | Пилешко, телешко; водорасли, водорасли |
- кафяв ориз – 1240;
- овесени ядки – 1000;
- просо – 754;
- ечемик – 600;
- соя – 177;
- елда – 120;
- боб – 92;
- Грах – 83;
- Ерусалимски артишок – 80;
- Царевица – 60;
- Лешници – 51;
- Спанак – 42;
- Ряженка – 34;
- магданоз – 31;
- Карфиол – 24;
- Зеленолистна салата – 18;
- Праскова – 10;
- Орлови нокти – 10.
съвет! Искате ли бързо да попълните резервите от силиций в тялото си? Забравете за месото с гарнитурата. Самото месо, въпреки че съдържа достатъчно количество силиций (30-50 mg на 100 g), пречи на усвояването му от други продукти. Разделното хранене е обратното. Комбинирайте кафяв ориз, ечемик, просо, просо, елда със зеленчуци и плодове. Организирайте „постни“ дни на кайсии, круши и череши
Комбинация с други хранителни вещества
Избягвайте комбинирането на силиций с алуминий. Действието на последния е противоположно на действието на силиция.
Силицият, заедно с други микроелементи, участва в химични реакции при синтеза на колаген и еластин, които са част от съединителната тъкан на кожата, косата и ноктите.
Силицият засилва антиоксидантните свойства на витамините С, А, Е. Последните се борят със свободните радикали, причиняващи рак.
За да се предпазите от рак, консумирайте заедно следните храни (описани в таблицата)
| Храни, богати на витамин А: | Храни, богати на витамин С: | Храни, богати на витамин Е: |
|
|
|
Силициевият оксид взаимодейства в тялото с тежки метали (олово) и токсини. В резултат на химическата реакция се образуват стабилни съединения, които се отделят от тялото чрез бъбреците.
Дневна норма
Дневният прием на силиций (посочен по-долу) е изчислен само за възрастни. Горно допустимото ниво на прием на силиций за деца и юноши не е установено.
- Деца до 6 месеца и след 7 месеца – отсъстват.
- От 1 до 13 години – отсъстващи.
- Юноши (мъже и жени) – липсват.
- Възрастни - 20-50 mg.
При използване на силикон-съдържащи лекарства (Atoxil) дневната доза при деца над 7 години и възрастни е 12 g. Максималната доза на лекарството е 24 g на ден. За деца от една година до 7 години - 150-200 mg от лекарството на килограм телесно тегло.
Недостиг и излишък на силиций
Недостигът на силиций може да бъде причинен от:
Липсата на силиций в организма е опасна поради следните състояния:
- висока концентрация на холестерол в кръвта. Холестеролът запушва кръвоносните съдове (образуват се золестеролни „плаки“), кръвта става по-вискозна и изтичането й се влошава;
- предразположение към гъбични заболявания. Колкото по-малко силиций, толкова по-слаба е имунната система. Когато вирусна инфекция навлезе в тялото, фагоцитите (специални клетки на имунната система) се произвеждат в недостатъчни количества;
- пърхот, косопад и изтъняване. Еластичността на косата и кожата е заслуга на еластина и колагена, които се синтезират благодарение на силиция. Недостигът му се отразява на състоянието на кожата, косата и ноктите;
- промени в настроението. Не само работата, но и психическото състояние на човек зависи от насищането на мозъка с кислород. Поради отслабени съдови стени кръвта тече лошо към мозъка. Няма достатъчно кислород за извършване на обичайните мисловни операции. Промените в настроението и влошаването на работоспособността са резултат от липсата на силиций. Същото се случва, когато времето се промени;
- сърдечно-съдови заболявания. Причината е същата - отслабени съдови стени;
- захарен диабет Причината е повишаване на концентрацията на глюкоза в кръвта и неспособността на организма да я намали.
- от 1,2 до 4,7% – инсулт и инфаркт;
- 1,4% или по-малко - захарен диабет;
- 1,6% или по-малко – вирусен хепатит;
- 1,3% - рак.
съвет! Силицият участва във всички видове обмен. Съхранява се в стените на кръвоносните съдове, микроелементът ги предпазва от проникване на мазнини в кръвната плазма и блокира кръвния поток.
Увеличете количеството храни, съдържащи силиций, във вашата диета по време на:
- физическа и емоционална умора. Порция зърнени храни за закуска, голяма чиния зелена салата за обяд и чаша ферментирало печено мляко или кефир преди лягане гарантират прилив на енергия;
- бременност и кърмене Имунитетът на бебето и майката зависи от правилното хранене. 20-50 mg силиций на ден ще направят костите здрави и кожата еластична;
- подготовка за състезания. Колкото повече енергия се консумира, толкова повече продукти, съдържащи силиций, трябва да бъдат в диетата. Те ще предотвратят чупливост на костите и изкълчени връзки и сухожилия;
- пубертет. Болката в коленете (болест на Schlatter) е често срещана. Костните клетки се делят по-бързо от клетките на съединителната тъкан. Последният не само поддържа костта в анатомично правилна позиция, но и предпазва от механични повреди. Червените боровинки, орехите и крушите са чудесни закуски за тийнейджъри.
Ако състоянието на кожата, косата и ноктите ви е незадоволително, заложете на зърнени храни и сокове. Гроздов сок за утре, сок от червена боровинка за обяд и сок от круши за вечеря е първата стъпка към еластична и стегната кожа.
Какви са опасностите от излишния силиций?
Невъзможно е да се разболеете поради излишък на силиций в храната, но жителите на райони с високо съдържание на силиций в почвата или водата са изложени на риск.
Поради високата концентрация на силиций в тялото:
- соли се отлагат в пикочните пътища, ставите и други органи;
- Фиброзата се развива в кръвоносните съдове и в цялото тяло като цяло. Симптоми: учестено дишане с леко усилие, намален жизнен капацитет, ниско кръвно налягане;
- дясната камера се разширява и хипертрофира (“cor pulmonale”);
- черният дроб се увеличава, крайниците се подуват, кожата става синя;
- раздразнителността се увеличава, развива се астеничен синдром;
- рискът от заболявания на горните дихателни пътища се увеличава. Най-честата от тях е силикозата. Заболяването се развива поради вдишване на прах, съдържащ силициев диоксид, и протича в хронична форма. С напредването на заболяването съединителната тъкан нараства в белите дробове на пациента. Нормалният газообмен е нарушен и на фона му се развиват туберкулоза, емфизем или рак на белия дроб.
В риск са работниците в мини, леярни и производителите на огнеупорни материали и керамични изделия. Заболяването се проявява чрез затруднено дишане, задух и кашлица. Симптомите се влошават при физическа активност. Порцелан и фаянс, производство на стъкло, находища на руди на цветни и благородни метали, пясъкоструене на отливки са потенциално опасни обекти.
Излишъкът на силиций се проявява чрез намаляване и повишаване на телесната температура, депресия, обща умора и сънливост.
При такива симптоми включете в диетата си моркови, цвекло, картофи, йерусалимски артишок, както и кайсии, череши, банани и ягоди.
Препарати, съдържащи силиций
Въпреки факта, че тялото на възрастен съдържа 1-2 g силиций, допълнителна порция няма да навреди. Един възрастен консумира около 3,5 mg силиций на ден, с храна и вода. Възрастният харчи три пъти повече за основния метаболизъм - около 9 мг. Причините за повишеното потребление на силиций са лошата екология, окислителните процеси, които провокират образуването на свободни радикали и стресът. Не можете да се справите само с продукти, съдържащи силиций – запасете се с лекарства или лечебни растения.
Рекордьори по съдържание на силиций са хвойна, хвощ, вратига, пелин и гинко билоба. А също и полска лайка, мащерка, китайски орех и евкалипт.
Можете да попълните дефицита на силиций със силициева вода. Едно от свойствата на микроелемента е структурирането на водните молекули. Такава вода не е подходяща за живота на патогенни микроорганизми, протозои, гъбички, токсини и чужди химични елементи.
Силициевата вода наподобява стопена вода по вкус и свежест.
За да пречистите и обогатите водата със силиций у дома, трябва:
- купете камъчета от кремък в аптека - колкото по-малки, толкова по-добре (колкото по-голяма е площта на контакт между кремъка и водата);
- поставете във вода в размер на 50 g камъни на 3 литра вода;
- Запарете вода в стъклен съд при стайна температура на тъмно място за 3-4 дни. Колкото по-дълго се влива водата, толкова по-изразен е терапевтичният ефект;
- изсипете готовата вода в друг съд, оставяйки долен слой с дълбочина 3–4 cm (не може да се използва поради натрупване на токсини).
- В херметически затворен контейнер водата се съхранява до година и половина.
- Можете да пиете силициева вода във всякакви количества за профилактика на атеросклероза, хипертония и уролитиаза, кожна патология и диабет, инфекциозни и онкологични заболявания, разширени вени и дори нервно-психични заболявания.
Атоксил. Активната съставка на Атоксил е силициев диоксид.
Форма за освобождаване:
- прах за приготвяне на суспензия;
- бутилки от 12 g от лекарството;
- бутилки от 10 mg от лекарството;
- сашета от 2 гр. по 20 сашета в опаковка.
Фармакологичен ефект. Действа като ентеросорбент, има ранозаздравяващо, антиалергично, антимикробно, бактериостатично и детоксикиращо действие.
В органите на стомашно-чревния тракт лекарството абсорбира екзогенни и ендогенни токсини (бактериални и хранителни алергени, ендотоксини на микроорганизми, токсични вещества) и ги отстранява.
Ускорява транспортирането на токсините от кръвта, лимфата и тъканите в храносмилателния тракт.
Показания: диария, салмонелоза, вирусен хепатит А и В, алергични заболявания (диатеза, атопичен дерматит), изгаряния, трофични язви, гнойни рани.
Използва се при бъбречни заболявания, ентероколит, токсичен хепатит, цироза на черния дроб, хепатохолецистит, лекарствена и алкохолна интоксикация, кожни заболявания (екзема, дерматит, невродермит), интоксикация при гнойно-септични процеси и изгаряния.
Как да използвам:
- Бутилка. Отворете бутилката (флакона) с праха, добавете до марката 250 ml в чиста питейна вода, разклатете до гладкост.
- Саше чанта. Разтворете 1-2 сашета в 100-150 ml чиста питейна вода. Приемайте един час преди хранене или лекарства.
Продължителността на лечението при остри чревни инфекции е 3-5 дни. Курсът на лечение е до 15 дни. При лечение на вирусен хепатит - 7-10 дни.
Странични ефекти ефекти: запек.
Противопоказания: обостряне на дуоденална и стомашна язва, ерозии и язви на лигавицата на дебелото и тънкото черво, чревна непроходимост, свръхчувствителност към силициев диоксид.
Лекарството не се предписва на деца под една година, бременни и кърмещи жени.
Взаимодействия с лекарства:
- с ацетилсалицилова киселина (аспирин) – повишена дезагрегация на тромбоцитите;
- със симвастатин и никотинова киселина - намаляване на атерогенните фракции на показателите на липидния спектър в кръвта и повишаване на нивото на липопротеините VP и холестерола;
- с антисептици (трифуран, фурацилин, хлорхексидин, бифуран и др.) – повишаване на ефективността на терапията при гнойно-възпалителни процеси.
Силиций (Si) –стои в период 3, група IV от основната подгрупа на периодичната система. Физични свойства:Силицият съществува в две модификации: аморфен и кристален. Аморфният силиций е кафяв прах с плътност 2,33 g/cm3, разтворим в метални стопилки. Кристалният силиций представлява тъмносиви кристали със стоманен блясък, твърди и крехки, с плътност 2,4 g/cm3. Силицият се състои от три изотопа: Si (28), Si (29), Si (30).
Химични свойства:електронна конфигурация: 1s22s22p63 s23p2 . Силицият е неметал. На външно енергийно ниво силицийът има 4 електрона, което определя неговите степени на окисление: +4, -4, -2. Валентност – 2.4 Аморфният силиций има по-голяма реактивност от кристалния силиций. При нормални условия той взаимодейства с флуор: Si + 2F2 = SiF4. При 1000 °C Si реагира с неметали: CL2, N2, C, S.
От киселините силицият реагира само със смес от азотна и флуороводородна киселина:
Той се държи различно по отношение на металите: в разтопен Zn, Al, Sn, Pb се разтваря добре, но не реагира с тях; Силицият взаимодейства с други метални стопилки - с Mg, Cu, Fe - за образуване на силициди: Si + 2Mg = Mg2Si. Силицият гори в кислород: Si + O2 = SiO2 (пясък).
Силициев диоксид или силициев диоксид– стабилна връзка Si, широко разпространени в природата. Той реагира чрез сливане с основи и основни оксиди, образувайки соли на силициева киселина - силикати. Касова бележка:в промишлеността силицийът в неговата чиста форма се получава чрез редуциране на силициев диоксид с кокс в електрически пещи: SiO2 + 2C = Si + 2CO?.
В лабораторията силицийът се получава чрез калциниране на бял пясък с магнезий или алуминий:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO2 + 4Al = Al2O3 + 3Si.
Силицият образува киселини: H2 SiO3 – мета-силициева киселина; H2 Si2O5 е диметасилициева киселина.
Намиране в природата:кварцов минерал – SiO2. Кварцовите кристали имат формата на шестоъгълна призма, безцветни и прозрачни и се наричат планински кристал. Аметистът е скален кристал, оцветен в лилаво с примеси; опушеният топаз е кафеникав на цвят; ахатът и ясписът са кристални разновидности на кварца. Аморфният силициев диоксид е по-рядко срещан и съществува под формата на опалния минерал – SiO2 nH2O. Диатомит, трипол или кизелгур (диатомит) са земни форми на аморфен силиций.
42. Концепцията за колоидни разтвори
Колоидни разтвори– високодисперсни двуфазни системи, състоящи се от дисперсна среда и дисперсна фаза. Размерите на частиците са междинни между истинските разтвори, суспензии и емулсии. U колоидни частицимолекулен или йонен състав.
Има три вида вътрешна структура на първичните частици.
1. Суспензоиди (или необратими колоиди)– хетерогенни системи, чиито свойства могат да се определят от развитата междуфазна повърхност. В сравнение със суспензиите те са по-силно диспергирани. Те не могат да съществуват дълго време без дисперсионен стабилизатор. Те се наричат необратими колоидипоради факта, че техните утайки не образуват отново золи след изпаряване. Концентрацията им е ниска - 0,1%. Те се различават леко от вискозитета на дисперсната среда.
Суспензоидите могат да бъдат получени:
1) методи на дисперсия (раздробяване на големи тела);
2) методи на кондензация (производство на неразтворими съединения чрез обменни реакции, хидролиза и др.).
Спонтанното намаляване на дисперсността в суспензиите зависи от свободната повърхностна енергия. За да се получи дълготрайна суспензия, са необходими условия за нейното стабилизиране.
Стабилни дисперсни системи:
1) дисперсионна среда;
2) дисперсна фаза;
3) стабилизатор на дисперсната система.
Стабилизаторът може да бъде йонен, молекулен, но най-често високомолекулен.
Защитни колоиди– високомолекулни съединения, които се добавят за стабилизиране (протеини, пептиди, поливинилалкохол и др.).
2. Асоциативни (или мицеларни колоиди) –полуколоиди, които възникват, когато има достатъчна концентрация на молекули, състоящи се от въглеводородни радикали (дифилни молекули) на вещества с ниско молекулно тегло, когато те се свързват в агрегати от молекули (мицели). Мицелисе образуват във водни разтвори на детергенти (сапуни), органични багрила.
3. Молекулярни колоиди (обратими или лиофилни колоиди) –естествени и синтетични високомолекулни вещества с високо молекулно тегло. Техните молекули имат размер на колоидни частици (макромолекули).
Разредените разтвори на колоиди на съединения с високо молекулно тегло са хомогенни разтвори. Когато са силно разредени, тези разтвори се подчиняват на законите за разредените разтвори.
Неполярните макромолекули се разтварят във въглеводороди, полярните - в полярни разтворители.
Обратими колоиди– вещества, чийто сух остатък при добавяне на нова част от разтворителя се връща обратно в разтвора.
Силицият е открит и получен през 1823 г. от шведския химик Йенс Якоб Берцелиус.
Вторият най-разпространен елемент в земната кора след кислорода (27,6% от масата). Намира се в съединения.
|
Структура на силициев атом в основно състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
Структура на силициев атом във възбудено състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Степени на окисление: +4, -4. |
Алотропия на силиций
Известни са аморфен и кристален силиций.
Поликристален силиций
Кристал – тъмносиво вещество с метален блясък, висока твърдост, крехко, полупроводниково; ρ = 2,33 g/cm3, t°pl. =1415°С; заври. = 2680°C.
Има диамантена структура и образува силни ковалентни връзки. Инертен.
Аморфен - кафяв прах, хигроскопичен, диамантена структура, ρ = 2 g/cm 3, по-реактивен.
Получаване на силиций
1) Индустрия – въглища за отопление с пясък:
2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO
2) лаборатория – нагряване на пясък с магнезий:
2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Експеримент
Химични свойства
Типичен неметал, инертен.
Като редуциращ агент:
1) С кислород
Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2
2) С флуор (без нагряване)
Si 0 + 2F 2 → SiF 4
3) С въглерод
Si 0 + C t ˚ → Si +4 C
(SiC - карборунд - твърд; използва се за заостряне и шлайфане)
4) Не взаимодейства с водород.
Силан (SiH 4) се получава чрез разлагане на метални силициди с киселина:
Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4
5) Не реагира с киселини (Tсамо с флуороводородна киселина Si+4 HF= SiF 4 +2 з 2 )
Разтваря се само в смес от азотна и флуороводородна киселина:
3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2 + 4NO + 8H2O
6) С алкали (при нагряване):
Като окислител:
7) С метали (образуват се силициди):
Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4
Силицият се използва широко в електрониката като полупроводник. Добавянето на силиций към сплавите повишава тяхната устойчивост на корозия. Силикатите, алумосиликатите и силициевият диоксид са основните суровини за производството на стъкло и керамика, както и за строителната индустрия.Силицият в технологиите
Приложение на силиций и неговите съединения
Силан - SiH 4
Физични свойства: Безцветен газ, отровен, т.т. = -185°C, t°кип. = -112°C.
Получаване на силициева киселина
Ефектът на силните киселини върху силикатите - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Химични свойства:
При нагряване се разлага: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
Соли на силициева киселина - силикати.
1) с киселини
Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3
2) със соли
Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓
3) Силикатите, които съставляват минералите, се разрушават в естествени условия под въздействието на вода и въглероден оксид (IV) - изветряне на скалите:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (фелдшпат) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (каолинит (глина)) + 4SiO 2 (силициев диоксид (пясък)) + K2CO3
Приложение на силициеви съединения
Естествените силициеви съединения - пясък (SiO 2) и силикати се използват за производството на керамика, стъкло и цимент.
|
Керамика |
|
|
Порцелан= каолин + глина + кварц + фелдшпат. Родното място на порцелана е Китай, където порцеланът е известен още през 220 г. През 1746 г. в Русия е създадено производство на порцелан.
|
фаянс -от името на италианския град Фаенца. Където през 14-ти и 15-ти век е развито керамичното майсторство. Фаянсът се различава от порцелана по по-високото съдържание на глина (85%) и по-ниската температура на изпичане. |
Характеристики на елемента
14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
Изотопи: 28 Si (92,27%); 29 Si (4,68%); 30 Si (3,05%)
Силицият е вторият най-разпространен елемент в земната кора след кислорода (27,6% от масата). В природата не се среща в свободно състояние, намира се главно под формата на SiO 2 или силикати.
Si съединенията са токсични; вдишването на малки частици SiO 2 и други силициеви съединения (например азбест) причинява опасно заболяване - силикоза
В основно състояние силициевият атом има валентност = II, а във възбудено състояние = IV.
Най-стабилното състояние на окисление на Si е +4. В съединения с метали (силициди) S.O. -4.
Методи за получаване на силиций
Най-разпространеното естествено силициево съединение е силициев диоксид (силициев диоксид) SiO 2 . Той е основната суровина за производство на силиций.
1) Редукция на SiO 2 с въглерод в дъгови пещи при 1800 °C: SiO 2 + 2C = Si + 2CO
2) Si с висока чистота от технически продукт се получава по схемата:
а) Si → SiCl 2 → Si
б) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si
Физични свойства на силиция. Алотропни модификации на силиций
1) Кристален силиций - сребристо-сиво вещество с метален блясък, кристална решетка от диамантен тип; т.т. 1415"С, точка на кипене 3249"С, плътност 2,33 g/cm3; е полупроводник.
2) Аморфен силиций - кафяв прах.
Химични свойства на силиция
В повечето реакции Si действа като редуциращ агент:
При ниски температури силицийът е химически инертен; при нагряване неговата реактивност рязко нараства.
1. Реагира с кислород при температури над 400°C:
Si + O 2 = SiO 2 силициев оксид
2. Реагира с флуор още при стайна температура:
Si + 2F 2 = SiF 4 силициев тетрафлуорид
3. Реакциите с други халогени протичат при температура = 300 - 500°C
Si + 2Hal 2 = SiHal 4
4. Със серни пари при 600°C образува дисулфид:
5. Реакцията с азот протича над 1000°C:
3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 силициев нитрид
6. При температура = 1150°C реагира с въглерод:
SiO 2 + 3С = SiС + 2СО
Карборундът е близо до диаманта по твърдост.
7. Силицият не реагира директно с водорода.
8. Силицият е устойчив на киселини. Взаимодейства само със смес от азотна и флуороводородна (флуороводородна) киселини:
3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O
9. реагира с алкални разтвори за образуване на силикати и освобождаване на водород:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
10. Редукционните свойства на силиция се използват за изолиране на металите от техните оксиди:
2MgO = Si = 2Mg + SiO 2
При реакции с метали Si е окислител:
Силицият образува силициди с s-метали и повечето d-метали.
Съставът на силицидите на даден метал може да варира. (Например FeSi и FeSi 2 ; Ni 2 Si и NiSi 2 .) Един от най-известните силициди е магнезиевият силицид, който може да се получи чрез директно взаимодействие на прости вещества:
2Mg + Si = Mg 2 Si
Силан (моносилан) SiH 4
Силани (водородни силициеви диоксиди) Si n H 2n + 2, (срв. алкани), където n = 1-8. Силаните са аналози на алканите; те се различават от тях по нестабилността на -Si-Si- веригите.
Monosilane SiH 4 е безцветен газ с неприятна миризма; разтворим в етанол, бензин.
Методи за получаване:
1. Разлагане на магнезиев силицид със солна киселина: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4
2. Редукция на Si халиди с литиево-алуминиев хидрид: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3
Химични свойства.
Силанът е силен редуциращ агент.
1.SiH 4 се окислява от кислород дори при много ниски температури:
SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O
2. SiH 4 лесно се хидролизира, особено в алкална среда:
SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2
SiH 4 + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 4H 2
Силициев (IV) оксид (силициев диоксид) SiO 2
Силицият съществува в различни форми: кристална, аморфна и стъкловидна. Най-често срещаната кристална форма е кварцът. Когато кварцовите скали се разрушават, се образуват кварцови пясъци. Монокристалите на кварца са прозрачни, безцветни (планински кристал) или оцветени с примеси в различни цветове (аметист, ахат, яспис и др.).
Аморфният SiO 2 се намира под формата на минерала опал: силикагелът е изкуствено произведен, състоящ се от колоидни частици SiO 2 и е много добър адсорбент. Стъкленият SiO 2 е известен като кварцово стъкло.
Физични свойства
SiO 2 се разтваря много слабо във вода и също е практически неразтворим в органични разтворители. Силицият е диелектрик.
Химични свойства
1. SiO 2 е киселинен оксид, следователно аморфният силициев диоксид се разтваря бавно във водни разтвори на основи:
SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O
2. SiO 2 също взаимодейства с основни оксиди при нагряване:
SiO 2 + K 2 O = K 2 SiO 3;
SiO 2 + CaO = CaSiO 3
3. Тъй като е нелетлив оксид, SiO 2 измества въглеродния диоксид от Na 2 CO 3 (по време на синтез):
SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2
4. Силициевият диоксид реагира с флуороводородна киселина, образувайки флуоросилициева киселина H 2 SiF 6:
SiO 2 + 6HF = H 2 SiF 6 + 2H 2 O
5. При 250 - 400°C SiO 2 взаимодейства с газообразен HF и F 2, образувайки тетрафлуоросилан (силициев тетрафлуорид):
SiO 2 + 4HF (газ.) = SiF 4 + 2H 2 O
SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + O 2
Силициеви киселини
Известен:
Ортосилициева киселина H 4 SiO 4 ;
Метасилициева (силициева) киселина H 2 SiO 3 ;
Ди- и полисилициеви киселини.
Всички силициеви киселини са слабо разтворими във вода и лесно образуват колоидни разтвори.
Методи за получаване
1. Утаяване с киселини от разтвори на силикати на алкални метали:
Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl
2. Хидролиза на хлоросилани: SiCl 4 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4HCl
Химични свойства
Силициевите киселини са много слаби киселини (по-слаби от въглеродната киселина).
При нагряване те се дехидратират, за да образуват силициев диоксид като краен продукт.
H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2
Силикати - соли на силициеви киселини
Тъй като силициевите киселини са изключително слаби, техните соли във водни разтвори са силно хидролизирани:
Na 2 SiO 3 + H 2 O = NaHSiO 3 + NaOH
SiO 3 2- + H 2 O = HSiO 3 - + OH - (алкална среда)
По същата причина, когато въглеродният диоксид преминава през силикатни разтвори, силициевата киселина се измества от тях:
K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + K 2 CO 3
SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 ↓ + CO 3
Тази реакция може да се разглежда като качествена реакция към силикатни йони.
Сред силикатите само Na 2 SiO 3 и K 2 SiO 3 са силно разтворими, които се наричат разтворимо стъкло, а техните водни разтвори се наричат течно стъкло.
Стъклена чаша
Обикновеното прозоречно стъкло има състав Na 2 O CaO 6 SiO 2, т.е. това е смес от натриеви и калциеви силикати. Получава се чрез сливане на Na 2 CO 3 сода, CaCO 3 варовик и SiO 2 пясък;
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2СO 2
Цимент
Прахообразен свързващ материал, който при взаимодействие с вода образува пластична маса, която с течение на времето се превръща в твърдо, подобно на камък тяло; основен строителен материал.
Химичният състав на най-разпространения портланд цимент (в% от теглото) е 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1-5% MgO.