सिलिकॉन का विवरण और गुण
सिलिकॉन - तत्व, चौथा समूह, तत्वों की तालिका में तीसरा आवर्त। परमाणु संख्या 14. सिलिकॉन फार्मूला- 3एस2 3पी2. इसे 1811 में एक तत्व के रूप में परिभाषित किया गया था, और 1834 में इसे पिछले "सिसिली" के बजाय रूसी नाम "सिलिकॉन" प्राप्त हुआ। 1414ºC पर पिघलता है, 2349ºC पर उबलता है।
यह आणविक संरचना जैसा दिखता है, लेकिन कठोरता में इससे कमतर है। काफी नाजुक, गर्म करने पर (कम से कम 800º C) प्लास्टिक बन जाता है। अवरक्त विकिरण के साथ पारदर्शी. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में अर्धचालक गुण होते हैं। कुछ विशेषताओं के अनुसार सिलिकॉन परमाणुकार्बन की परमाणु संरचना के समान। सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनइनकी संयोजकता संख्या कार्बन संरचना के समान ही होती है।
कर्मी सिलिकॉन के गुणइसमें मौजूद कुछ सामग्रियों की सामग्री पर निर्भर करता है। सिलिकॉन में विभिन्न प्रकार की चालकता होती है। विशेष रूप से, ये "छेद" और "इलेक्ट्रॉनिक" प्रकार हैं। पहले प्राप्त करने के लिए, बोरान को सिलिकॉन में जोड़ा जाता है। यदि आप जोड़ते हैं फास्फोरस, सिलिकॉनदूसरे प्रकार की चालकता प्राप्त करता है। यदि सिलिकॉन को अन्य धातुओं के साथ गर्म किया जाता है, तो "सिलिसाइड्स" नामक विशिष्ट यौगिक बनते हैं, उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में " मैग्नीशियम सिलिकॉन«.
इलेक्ट्रॉनिक्स जरूरतों के लिए उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन का मूल्यांकन मुख्य रूप से इसकी ऊपरी परतों की विशेषताओं से किया जाता है। इसलिए, उनकी गुणवत्ता पर विशेष रूप से ध्यान देना आवश्यक है, क्योंकि इसका सीधा प्रभाव समग्र प्रदर्शन पर पड़ता है। निर्मित उपकरण का संचालन उन पर निर्भर करता है। सिलिकॉन की ऊपरी परतों की सबसे स्वीकार्य विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, उन्हें विभिन्न रासायनिक तरीकों से उपचारित किया जाता है या विकिरणित किया जाता है।
मिश्रण "सल्फर-सिलिकॉन"सिलिकॉन सल्फाइड बनाता है, जो पानी और ऑक्सीजन के साथ आसानी से संपर्क करता है। 400º C से ऊपर के तापमान की स्थिति में, ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते समय, यह निकलता है सिलिका.एक ही तापमान पर, क्लोरीन और आयोडीन, साथ ही ब्रोमीन के साथ प्रतिक्रियाएं संभव हो जाती हैं, जिसके दौरान अस्थिर पदार्थ बनते हैं - टेट्राहैलाइड्स।
सिलिकॉन और हाइड्रोजन को सीधे संपर्क से जोड़ना संभव नहीं होगा; इसके लिए अप्रत्यक्ष तरीके हैं। 1000º C पर, नाइट्रोजन और बोरॉन के साथ प्रतिक्रिया संभव है, जिसके परिणामस्वरूप सिलिकॉन नाइट्राइड और बोराइड बनता है। एक ही तापमान पर सिलिकॉन को कार्बन के साथ मिलाकर उत्पादन करना संभव है सिलिकन कार्बाइड, तथाकथित "कार्बोरंडम"। इस संरचना में एक ठोस संरचना है, रासायनिक गतिविधि सुस्त है। अपघर्षक के रूप में उपयोग किया जाता है।
के सिलसिले में लोहा, सिलिकॉनएक विशेष मिश्रण बनाता है, इससे इन तत्वों को पिघलने की अनुमति मिलती है, जिससे फेरोसिलिकॉन सिरेमिक का उत्पादन होता है। इसके अलावा, इसका गलनांक इन्हें अलग-अलग पिघलाने की तुलना में बहुत कम होता है। 1200º C से ऊपर के तापमान पर, तत्व का निर्माण शुरू हो जाता है सिलिकॉन ऑक्साइड, कुछ शर्तों के तहत भी यह पता चलता है सिलिकॉन हाइड्रॉक्साइड. सिलिकॉन की नक़्क़ाशी करते समय, क्षारीय जल-आधारित समाधान का उपयोग किया जाता है। उनका तापमान कम से कम 60º C होना चाहिए.
सिलिकॉन जमा और खनन
यह तत्व ग्रह पर दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है पदार्थ। सिलिकॉनपृथ्वी की पपड़ी के आयतन का लगभग एक तिहाई भाग बनाता है। केवल ऑक्सीजन ही अधिक सामान्य है। यह मुख्य रूप से सिलिका द्वारा व्यक्त किया जाता है, एक यौगिक जिसमें अनिवार्य रूप से सिलिकॉन डाइऑक्साइड होता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड के मुख्य व्युत्पन्न चकमक पत्थर, विभिन्न रेत, क्वार्ट्ज और क्षेत्र हैं। इनके बाद सिलिकॉन के सिलिकेट यौगिक आते हैं। सिलिकॉन के लिए नैसर्गिकता एक दुर्लभ घटना है।
सिलिकॉन अनुप्रयोग
सिलिकॉन, रासायनिक गुणजो इसके अनुप्रयोग के दायरे को निर्धारित करता है, कई प्रकारों में विभाजित है। धातु संबंधी आवश्यकताओं के लिए कम शुद्ध सिलिकॉन का उपयोग किया जाता है: उदाहरण के लिए, एडिटिव्स के लिए एल्यूमीनियम, सिलिकॉनसक्रिय रूप से इसके गुणों, डीऑक्सीडाइज़र आदि को बदलता है। यह धातुओं को जोड़कर उनके गुणों को सक्रिय रूप से संशोधित करता है मिश्रण। सिलिकॉनउन्हें मिश्रित करता है, कार्यप्रणाली बदलता है विशेषताएँ, सिलिकॉनबहुत छोटी मात्रा ही पर्याप्त है.
इसके अलावा, कच्चे सिलिकॉन से उच्च गुणवत्ता वाले डेरिवेटिव का उत्पादन किया जाता है, विशेष रूप से, मोनो और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, साथ ही कार्बनिक सिलिकॉन - ये सिलिकॉन और विभिन्न कार्बनिक तेल हैं। इसका उपयोग सीमेंट उत्पादन और कांच उद्योगों में भी पाया गया है। इसने ईंट उत्पादन को नजरअंदाज नहीं किया; चीनी मिट्टी के बर्तन बनाने वाली फैक्टरियां भी इसके बिना नहीं चल सकतीं।
सिलिकॉन प्रसिद्ध सिलिकेट गोंद का हिस्सा है, जिसका उपयोग मरम्मत कार्य के लिए किया जाता है, और पहले इसका उपयोग कार्यालय की जरूरतों के लिए किया जाता था जब तक कि अधिक व्यावहारिक विकल्प सामने नहीं आए। कुछ आतिशबाज़ी उत्पादों में सिलिकॉन भी होता है। इससे तथा इसकी लौह मिश्रधातुओं से खुली हवा में हाइड्रोजन का उत्पादन किया जा सकता है।
बेहतर गुणवत्ता का उपयोग किस लिए किया जाता है? सिलिकॉन? प्लेटेंसौर बैटरियों में सिलिकॉन भी होता है, जो स्वाभाविक रूप से गैर-तकनीकी है। इन आवश्यकताओं के लिए, आदर्श शुद्धता के सिलिकॉन या कम से कम शुद्धता की उच्चतम डिग्री के तकनीकी सिलिकॉन की आवश्यकता होती है।
तथाकथित "इलेक्ट्रॉनिक सिलिकॉन"जिसमें लगभग 100% सिलिकॉन होता है, इसका प्रदर्शन काफी बेहतर होता है। इसलिए, इसे अति-सटीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और जटिल माइक्रो-सर्किट के उत्पादन में प्राथमिकता दी जाती है। इनके उत्पादन के लिए उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादन की आवश्यकता होती है सर्किट, सिलिकॉनजिसके लिए केवल उच्चतम श्रेणी को ही जाना चाहिए। इन उपकरणों का संचालन कितना पर निर्भर करता है सिलिकॉन शामिल हैअवांछित अशुद्धियाँ.
सिलिकॉन प्रकृति में एक महत्वपूर्ण स्थान रखता है और अधिकांश जीवित प्राणियों को इसकी लगातार आवश्यकता होती है। उनके लिए यह एक प्रकार की भवन रचना है, क्योंकि यह मस्कुलोस्केलेटल प्रणाली के स्वास्थ्य के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। प्रतिदिन एक व्यक्ति 1 ग्राम तक का अवशोषण करता है सिलिकॉन यौगिक.
क्या सिलिकॉन हानिकारक हो सकता है?
हाँ, इस कारण से कि सिलिकॉन डाइऑक्साइड से धूल बनने की अत्यधिक संभावना होती है। इसका शरीर की श्लेष्म सतहों पर चिड़चिड़ापन प्रभाव पड़ता है और यह सक्रिय रूप से फेफड़ों में जमा हो सकता है, जिससे सिलिकोसिस हो सकता है। इस प्रयोजन के लिए सिलिकॉन तत्वों के प्रसंस्करण से संबंधित उत्पादन में श्वासयंत्रों का उपयोग अनिवार्य है। जब सिलिकॉन मोनोऑक्साइड की बात आती है तो उनकी उपस्थिति विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है।
सिलिकॉन की कीमत
जैसा कि आप जानते हैं, दूरसंचार से लेकर कंप्यूटर प्रौद्योगिकी तक सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक तकनीक, सिलिकॉन के उपयोग, उसके अर्धचालक गुणों पर आधारित है। इसके अन्य एनालॉग्स का उपयोग बहुत कम सीमा तक किया जाता है। सिलिकॉन और उसके डेरिवेटिव के अद्वितीय गुण आने वाले कई वर्षों तक अभी भी बेजोड़ हैं। 2001 में कीमतों में गिरावट के बावजूद सिलिकॉन, बिक्रीजल्दी ही सामान्य स्थिति में लौट आया। और पहले से ही 2003 में, व्यापार कारोबार प्रति वर्ष 24 हजार टन था।
नवीनतम प्रौद्योगिकियों के लिए जिनके लिए सिलिकॉन की लगभग क्रिस्टल शुद्धता की आवश्यकता होती है, इसके तकनीकी एनालॉग उपयुक्त नहीं हैं। और इसकी जटिल सफाई व्यवस्था के कारण कीमत काफी बढ़ जाती है। सिलिकॉन का पॉलीक्रिस्टलाइन प्रकार अधिक सामान्य है; इसके मोनोक्रिस्टलाइन प्रोटोटाइप की मांग कुछ कम है। साथ ही, सेमीकंडक्टर्स के लिए उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन का हिस्सा व्यापार कारोबार का बड़ा हिस्सा लेता है।
उत्पाद की कीमतें शुद्धता और उद्देश्य के आधार पर भिन्न होती हैं सिलिकॉन, खरीदोजो कच्चे कच्चे माल के लिए 10 सेंट प्रति किलोग्राम से शुरू हो सकता है और "इलेक्ट्रॉनिक" सिलिकॉन के लिए 10 डॉलर और उससे अधिक तक हो सकता है।
परिभाषा
सिलिकॉन- आवर्त सारणी का चौदहवाँ तत्व। पदनाम - सी लैटिन "सिलिकियम" से। तीसरी अवधि, समूह IVA में स्थित है। गैर-धातुओं को संदर्भित करता है। परमाणु चार्ज 14 है.
सिलिकॉन पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम तत्वों में से एक है। यह हमारे अध्ययन के लिए सुलभ पृथ्वी की पपड़ी के 27% (वजन) हिस्से का निर्माण करता है, जो ऑक्सीजन के बाद प्रचुर मात्रा में दूसरे स्थान पर है। प्रकृति में, सिलिकॉन केवल यौगिकों में पाया जाता है: सिलिकॉन डाइऑक्साइड SiO2 के रूप में, जिसे सिलिकॉन एनहाइड्राइड या सिलिका कहा जाता है, सिलिकिक एसिड (सिलिकेट्स) के लवण के रूप में। एलुमिनोसिलिकेट्स प्रकृति में सबसे व्यापक हैं, अर्थात्। एल्यूमीनियम युक्त सिलिकेट। इनमें फेल्डस्पार, माइकास, काओलिन आदि शामिल हैं।
कार्बन की तरह, जो सभी कार्बनिक पदार्थों का हिस्सा है, सिलिकॉन पौधे और पशु साम्राज्य का सबसे महत्वपूर्ण तत्व है।
सामान्य परिस्थितियों में, सिलिकॉन एक गहरे भूरे रंग का पदार्थ है (चित्र 1)। यह धातु जैसा दिखता है। दुर्दम्य - गलनांक 1415 o C है। उच्च कठोरता की विशेषता।
चावल। 1. सिलिकॉन. उपस्थिति।
सिलिकॉन का परमाणु और आणविक भार
किसी पदार्थ का सापेक्ष आणविक द्रव्यमान (M r) एक संख्या है जो दर्शाती है कि किसी दिए गए अणु का द्रव्यमान कार्बन परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 से कितनी गुना अधिक है, और किसी तत्व का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (A r) है किसी रासायनिक तत्व के परमाणुओं का औसत द्रव्यमान कार्बन परमाणु के 1/12 द्रव्यमान से कितनी गुना अधिक है।
चूँकि मुक्त अवस्था में सिलिकॉन एकपरमाण्विक Si अणुओं के रूप में मौजूद होता है, इसलिए इसके परमाणु और आणविक द्रव्यमान का मान मेल खाता है। वे 28.084 के बराबर हैं।
सिलिकॉन की एलोट्रॉपी और एलोट्रोपिक संशोधन
सिलिकॉन दो एलोट्रोपिक संशोधनों के रूप में मौजूद हो सकता है: हीरे जैसा (घन) (स्थिर) और ग्रेफाइट जैसा (अस्थिर)। हीरे जैसा सिलिकॉन ठोस समुच्चय अवस्था में होता है, और ग्रेफाइट जैसा सिलिकॉन अनाकार अवस्था में होता है। वे दिखने और रासायनिक गतिविधि में भी भिन्न होते हैं।
क्रिस्टलीय सिलिकॉन धात्विक चमक वाला एक गहरे भूरे रंग का पदार्थ है, और अनाकार सिलिकॉन एक भूरे रंग का पाउडर है। दूसरा संशोधन पहले की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील है।
सिलिकॉन के आइसोटोप
यह ज्ञात है कि प्रकृति में सिलिकॉन तीन स्थिर आइसोटोप 28 Si, 29 Si और 30 Si के रूप में पाया जा सकता है। उनकी द्रव्यमान संख्याएँ क्रमशः 28, 29 और 30 हैं। सिलिकॉन आइसोटोप 28 Si के एक परमाणु के नाभिक में चौदह प्रोटॉन और चौदह न्यूट्रॉन होते हैं, और आइसोटोप 29 Si और 30 Si में क्रमशः प्रोटॉन, पंद्रह और सोलह न्यूट्रॉन की समान संख्या होती है।
22 से 44 तक द्रव्यमान संख्या वाले सिलिकॉन के कृत्रिम आइसोटोप हैं, जिनमें से सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला 32 Si है, जिसका आधा जीवन 170 वर्ष है।
सिलिकॉन आयन
सिलिकॉन परमाणु के बाहरी ऊर्जा स्तर पर चार इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो वैलेंस होते हैं:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2।
रासायनिक संपर्क के परिणामस्वरूप, सिलिकॉन अपने वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को छोड़ सकता है, अर्थात। उनके दाता बनें और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन में बदल जाएं, या किसी अन्य परमाणु से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करें, यानी। एक स्वीकर्ता बनें, और एक नकारात्मक चार्ज आयन में बदल जाता है:
सी 0 -4ई → सी 4+ ;
सी 0 +4ई → सी 4- .
सिलिकॉन अणु और परमाणु
मुक्त अवस्था में, सिलिकॉन मोनोएटोमिक सी अणुओं के रूप में मौजूद होता है। यहां सिलिकॉन परमाणु और अणु की विशेषता वाले कुछ गुण दिए गए हैं:
सिलिकॉन मिश्र धातु
सिलिकॉन का उपयोग धातुकर्म में किया जाता है। यह कई मिश्रधातुओं के एक घटक के रूप में कार्य करता है। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण लोहा, तांबा और एल्यूमीनियम पर आधारित मिश्र धातु हैं।
समस्या समाधान के उदाहरण
उदाहरण 1
| व्यायाम | 6.1 ग्राम सोडियम सिलिकेट प्राप्त करने के लिए 0.2 द्रव्यमान अशुद्धियों वाले कितने सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड की आवश्यकता होती है। |
| समाधान | आइए सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड से सोडियम सिलिकेट के उत्पादन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें: SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O. आइए सोडियम सिलिकेट की मात्रा ज्ञात करें: n(Na 2 SiO 3) = m (Na 2 SiO 3) / M(Na 2 SiO 3); n(Na 2 SiO 3) = 6.1 / 122 = 0.05 मोल। प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार n(Na 2 SiO 3) : n(SiO 2) = 1:1, यानी. n(Na 2 SiO 3) = n(SiO 2) = 0.05 मोल। सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड का द्रव्यमान (अशुद्धियों के बिना) बराबर होगा: एम(SiO2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 ग्राम/मोल। m शुद्ध (SiO 2) = n(SiO 2) ×M(SiO 2) = 0.05 × 60 = 3 ग्राम। तब प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड का द्रव्यमान बराबर होगा: m(SiO2) =m शुद्ध (SiO2)/w अशुद्धता = 3 / 0.2 = 15 ग्राम। |
| उत्तर | 15 ग्रा |
उदाहरण 2
| व्यायाम | 64.2 ग्राम सोडा के साथ सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड को मिलाकर सोडियम सिलिकेट का कितना द्रव्यमान प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें अशुद्धियों का द्रव्यमान अंश 5% है? |
| समाधान | आइए हम सोडा और सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड को संलयन द्वारा सोडियम सिलिकेट के उत्पादन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें: SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2 -। आइए सोडा का सैद्धांतिक द्रव्यमान निर्धारित करें (प्रतिक्रिया समीकरण का उपयोग करके गणना की गई): n(Na 2 CO 3) = 1 मोल। M(Na 2 CO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 g/mol। m(Na 2 CO 3) = n(Na 2 CO 3) ×M(Na 2 CO 3) = 1 × 106 = 106 ग्राम। आइए सोडा का व्यावहारिक द्रव्यमान ज्ञात करें: डब्ल्यू शुद्ध (ना 2 सीओ 3) = 100% - डब्ल्यू अशुद्धता = 100% - 5% = 95% = 0.95। m शुद्ध (Na 2 CO 3) = m (Na 2 CO 3) ×w शुद्ध (Na 2 CO 3); मी शुद्ध (Na 2 CO 3) = 64.2 × 0.95 = 61 ग्राम। आइए सोडियम सिलिकेट के सैद्धांतिक द्रव्यमान की गणना करें: n(Na 2 SiO 3) = 1 मोल। M(Na 2 SiO 3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 g/mol। m(Na 2 SiO 3) = n(Na 2 SiO 3) ×M(Na 2 SiO 3) = 1 × 122 = 122g. मान लीजिए सोडियम सिलिकेट का व्यावहारिक द्रव्यमान x g है, आइए अनुपात बनाएं: 61 ग्राम Na 2 CO 3 - x g Na 2 SiO 3; 106 ग्राम Na 2 CO 3 - 122 ग्राम Na 2 SiO 3। अत: x इसके बराबर होगा: x = 122 × 61/106 = 70.2 ग्राम। इसका मतलब है कि जारी सोडियम सिलिकेट का द्रव्यमान 70.2 ग्राम है। |
| उत्तर | 70.2 ग्राम |
अर्ध-धात्विक सिलिकॉन पर एक नज़र डालें!
सिलिकॉन धातु एक भूरे और चमकदार अर्धचालक धातु है जिसका उपयोग स्टील, सौर पैनल और माइक्रोचिप्स बनाने के लिए किया जाता है।
सिलिकॉन पृथ्वी की पपड़ी में दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है (केवल ऑक्सीजन के बाद) और ब्रह्मांड में आठवां सबसे प्रचुर तत्व है। वास्तव में, पृथ्वी की पपड़ी के वजन का लगभग 30 प्रतिशत सिलिकॉन को जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
परमाणु संख्या 14 वाला तत्व प्राकृतिक रूप से सिलिकेट खनिजों में पाया जाता है, जिसमें सिलिका, फेल्डस्पार और अभ्रक शामिल हैं, जो क्वार्ट्ज और बलुआ पत्थर जैसी सामान्य चट्टानों के मुख्य घटक हैं।
सेमीमेटैलिक (या मेटलॉइड) सिलिकॉन में धातु और अधातु दोनों के कुछ गुण होते हैं।
पानी की तरह, लेकिन अधिकांश धातुओं के विपरीत, सिलिकॉन तरल अवस्था में फंसा रहता है और जमने पर फैलता है। इसमें अपेक्षाकृत उच्च पिघलने और क्वथनांक होते हैं, और जब क्रिस्टलीकृत होता है, तो यह एक क्रिस्टलीय हीरे की क्रिस्टल संरचना बनाता है।
अर्धचालक के रूप में सिलिकॉन की भूमिका और इलेक्ट्रॉनिक्स में इसके उपयोग के लिए महत्वपूर्ण तत्व की परमाणु संरचना है, जिसमें चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन शामिल हैं जो सिलिकॉन को अन्य तत्वों के साथ आसानी से बंधने की अनुमति देते हैं।
स्वीडिश रसायनज्ञ जोन्स जैकब बेर्सरलियस को 1823 में पहले इंसुलेटिंग सिलिकॉन का श्रेय दिया जाता है। बर्ज़ेरलियस ने पोटेशियम धातु (जिसे केवल दस साल पहले अलग किया गया था) को पोटेशियम फ्लोरोसिलिकेट के साथ एक क्रूसिबल में गर्म करके इसे पूरा किया।
परिणाम अनाकार सिलिकॉन था.
हालाँकि, क्रिस्टलीय सिलिकॉन प्राप्त करने में अधिक समय लगा। अगले तीन दशकों तक क्रिस्टलीय सिलिकॉन का इलेक्ट्रोलाइटिक नमूना तैयार नहीं किया जाएगा।
सिलिकॉन का पहला व्यावसायिक उपयोग फेरोसिलिकॉन के रूप में हुआ था।
19वीं शताब्दी के मध्य में हेनरी बेसेमर द्वारा इस्पात उद्योग के आधुनिकीकरण के बाद, धातुकर्म धातु विज्ञान और इस्पात प्रौद्योगिकी में अनुसंधान में बहुत रुचि थी।
1880 के दशक में जब पहली बार फेरोसिलिकॉन का व्यावसायिक उत्पादन किया गया था, तब तक कच्चा लोहा और डीऑक्सीडाइजिंग स्टील में लचीलापन में सुधार करने में सिलिकॉन के महत्व को काफी अच्छी तरह से समझा गया था।
फेरोसिलिकॉन का प्रारंभिक उत्पादन चारकोल के साथ सिलिकॉन युक्त अयस्कों को कम करके ब्लास्ट फर्नेस में किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप 20 प्रतिशत तक सिलिकॉन सामग्री के साथ सिल्वर कास्ट आयरन, फेरोसिलिकॉन प्राप्त हुआ।
20वीं सदी की शुरुआत में इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों के विकास ने न केवल स्टील उत्पादन में वृद्धि की, बल्कि फेरोसिलिकॉन उत्पादन में भी वृद्धि की।
1903 में, फेरोलॉयज़ (कॉम्पैनी जेनरेट डी'इलेक्ट्रोचिमी) के निर्माण में विशेषज्ञता वाले एक समूह ने जर्मनी, फ्रांस और ऑस्ट्रिया में परिचालन शुरू किया और 1907 में संयुक्त राज्य अमेरिका में पहला वाणिज्यिक सिलिकॉन संयंत्र स्थापित किया गया।
19वीं सदी के अंत तक सिलिकॉन यौगिकों का व्यावसायीकरण केवल इस्पात निर्माण ही नहीं किया गया था।
1890 में कृत्रिम हीरे का उत्पादन करने के लिए, एडवर्ड गुडरिच एचेसन ने एलुमिनोसिलिकेट को पाउडर कोक के साथ गर्म किया और संयोग से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का उत्पादन किया।
तीन साल बाद, एचेसन ने अपनी उत्पादन विधि का पेटेंट कराया और अपघर्षक उत्पादों के निर्माण और बिक्री के लिए कार्बोरंडम कंपनी की स्थापना की।
20वीं सदी की शुरुआत तक, सिलिकॉन कार्बाइड के प्रवाहकीय गुणों को भी महसूस किया गया था, और इस यौगिक का उपयोग शुरुआती समुद्री रेडियो में डिटेक्टर के रूप में किया गया था। सिलिकॉन क्रिस्टल डिटेक्टरों के लिए एक पेटेंट 1906 में जी. डब्ल्यू. पिकार्ड को दिया गया था।
1907 में, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल पर वोल्टेज लगाकर पहला प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) बनाया गया था।
1930 के दशक में, सिलेन और सिलिकॉन सहित नए रासायनिक उत्पादों के विकास के साथ सिलिकॉन का उपयोग बढ़ गया।
पिछली सदी में इलेक्ट्रॉनिक्स का विकास भी सिलिकॉन और इसके अद्वितीय गुणों से अटूट रूप से जुड़ा हुआ है।
जबकि 1940 के दशक में पहले ट्रांजिस्टर - आधुनिक माइक्रोचिप्स के अग्रदूत - का निर्माण जर्मेनियम पर निर्भर था, लेकिन अधिक टिकाऊ अर्धचालक सब्सट्रेट सामग्री के रूप में सिलिकॉन ने अपने धातु चचेरे भाई को प्रतिस्थापित करने में ज्यादा समय नहीं लगाया था।
बेल लैब्स और टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने 1954 में सिलिकॉन ट्रांजिस्टर का व्यावसायिक उत्पादन शुरू किया।
पहला सिलिकॉन एकीकृत सर्किट 1960 के दशक में बनाया गया था, और 1970 के दशक तक सिलिकॉन प्रोसेसर विकसित किए गए थे।
यह देखते हुए कि सिलिकॉन सेमीकंडक्टर तकनीक आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटिंग का आधार है, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि हम इस उद्योग के केंद्र को "सिलिकॉन वैली" कहते हैं।
(सिलिकॉन वैली प्रौद्योगिकी और माइक्रोचिप्स के इतिहास और विकास पर गहराई से नज़र डालने के लिए, मैं "सिलिकॉन वैली" नामक अमेरिकी अनुभव वृत्तचित्र की अत्यधिक अनुशंसा करता हूं)।
पहले ट्रांजिस्टर की खोज के तुरंत बाद, सिलिकॉन के साथ बेल लैब्स के काम से 1954 में दूसरी बड़ी सफलता मिली: पहला सिलिकॉन फोटोवोल्टिक (सौर) सेल।
इससे पहले, पृथ्वी पर बिजली बनाने के लिए सूर्य की ऊर्जा का उपयोग करने का विचार अधिकांश लोगों द्वारा असंभव माना जाता था। लेकिन ठीक चार साल बाद, 1958 में, सिलिकॉन सौर पैनलों वाले पहले उपग्रह ने पृथ्वी की कक्षा में परिक्रमा की।
1970 के दशक तक, सौर प्रौद्योगिकी के लिए व्यावसायिक अनुप्रयोग भूमि-आधारित अनुप्रयोगों तक बढ़ गए थे, जैसे कि अपतटीय तेल प्लेटफार्मों और रेलमार्ग क्रॉसिंग पर बिजली की रोशनी।
पिछले दो दशकों में सौर ऊर्जा का उपयोग तेजी से बढ़ा है। आज, सिलिकॉन फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों का वैश्विक सौर ऊर्जा बाजार में लगभग 90 प्रतिशत हिस्सा है।
उत्पादन
प्रत्येक वर्ष अधिकांश परिष्कृत सिलिकॉन - लगभग 80 प्रतिशत - लौह और इस्पात उत्पादन में उपयोग के लिए फेरोसिलिकॉन के रूप में उत्पादित किया जाता है। स्मेल्टर की आवश्यकताओं के आधार पर फेरोसिलिकॉन में 15 से 90% तक सिलिकॉन हो सकता है।
लोहे और सिलिकॉन के मिश्र धातु को एक सबमर्सिबल इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस का उपयोग करके रिडक्शन स्मेल्टिंग द्वारा उत्पादित किया जाता है। सिलिका जेल-ग्राउंड अयस्क और कोकिंग कोयला (धातुकर्म कोयला) जैसे कार्बन स्रोत को कुचल दिया जाता है और स्क्रैप धातु के साथ भट्ठी में लोड किया जाता है।
1900 डिग्री सेल्सियस (3450 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर के तापमान पर, कार्बन अयस्क में मौजूद ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन मोनोऑक्साइड गैस बनाता है। इस बीच, बचे हुए लोहे और सिलिकॉन को पिघला हुआ फेरोसिलिकॉन बनाने के लिए मिलाया जाता है, जिसे भट्ठी के आधार को टैप करके एकत्र किया जा सकता है।
एक बार ठंडा और सख्त हो जाने पर, फेरोसिलिकॉन को फिर भेजा जा सकता है और सीधे लौह और इस्पात उत्पादन में उपयोग किया जा सकता है।
धातुकर्म ग्रेड सिलिकॉन प्राप्त करने के लिए लोहे को शामिल किए बिना उसी विधि का उपयोग किया जाता है, जो 99 प्रतिशत से अधिक शुद्ध होता है। मेटलर्जिकल सिलिकॉन का उपयोग स्टील निर्माण के साथ-साथ एल्यूमीनियम कास्ट मिश्र धातु और सिलेन रसायनों के उत्पादन में भी किया जाता है।
धातुकर्म सिलिकॉन को मिश्र धातु में मौजूद लौह, एल्यूमीनियम और कैल्शियम की अशुद्धता के स्तर के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। उदाहरण के लिए, 553 सिलिकॉन धातु में 0.5 प्रतिशत से कम लोहा और एल्यूमीनियम और 0.3 प्रतिशत से कम कैल्शियम होता है।
दुनिया हर साल लगभग 8 मिलियन मीट्रिक टन फेरोसिलिकॉन का उत्पादन करती है, जिसमें चीन की हिस्सेदारी लगभग 70 प्रतिशत है। प्रमुख उत्पादकों में एर्दोस मेटलर्जी ग्रुप, निंग्ज़िया रोंगशेंग फेरोलॉय, ग्रुप ओएम मैटेरियल्स और एल्केम शामिल हैं।
अन्य 2.6 मिलियन मीट्रिक टन धातुकर्म सिलिकॉन - या कुल परिष्कृत सिलिकॉन धातु का लगभग 20 प्रतिशत - सालाना उत्पादित किया जाता है। चीन, फिर से, इस उत्पादन का लगभग 80 प्रतिशत हिस्सा है।
कई लोगों के लिए आश्चर्य की बात यह है कि सिलिकॉन के सौर और इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड सभी परिष्कृत सिलिकॉन उत्पादन की केवल एक छोटी मात्रा (दो प्रतिशत से कम) के लिए जिम्मेदार हैं।
सौर ग्रेड सिलिकॉन धातु (पॉलीसिलिकॉन) में अपग्रेड करने के लिए, शुद्धता को 99.9999% शुद्ध शुद्ध सिलिकॉन (6N) तक बढ़ाना होगा। यह तीन तरीकों में से एक में किया जाता है, सबसे आम है सीमेंस प्रक्रिया।
सीमेंस प्रक्रिया में ट्राइक्लोरोसिलेन नामक एक वाष्पशील गैस का रासायनिक वाष्प जमाव शामिल होता है। 1150 डिग्री सेल्सियस (2102 डिग्री फारेनहाइट) पर, ट्राइक्लोरोसिलेन को रॉड के अंत में लगे उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन बीज पर उड़ाया जाता है। जैसे ही यह गुजरता है, गैस से उच्च शुद्धता वाला सिलिकॉन बीजों पर जमा हो जाता है।
फोटोवोल्टिक उद्योग के लिए उपयुक्त धातु को पॉलीसिलिकॉन में अपग्रेड करने के लिए द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टर (एफबीआर) और उन्नत धातुकर्म ग्रेड (यूएमजी) सिलिकॉन तकनीक का भी उपयोग किया जाता है।
2013 में, 230,000 मीट्रिक टन पॉलीसिलिकॉन का उत्पादन किया गया था। अग्रणी निर्माताओं में जीसीएल पॉली, वेकर-केमी और ओसीआई शामिल हैं।
अंत में, सेमीकंडक्टर उद्योग और कुछ फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स-ग्रेड सिलिकॉन को उपयुक्त बनाने के लिए, पॉलीसिलिकॉन को Czochralski प्रक्रिया के माध्यम से अल्ट्रा-शुद्ध मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में परिवर्तित किया जाना चाहिए।
ऐसा करने के लिए, पॉलीसिलिकॉन को एक निष्क्रिय वातावरण में 1425 डिग्री सेल्सियस (2597 डिग्री फारेनहाइट) पर क्रूसिबल में पिघलाया जाता है। फिर जमा किए गए बीज क्रिस्टल को पिघली हुई धातु में डुबोया जाता है और धीरे-धीरे घुमाया जाता है और हटा दिया जाता है, जिससे बीज सामग्री पर सिलिकॉन बढ़ने का समय मिल जाता है।
परिणामी उत्पाद मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन धातु की एक छड़ (या बाउल) है जो 99.999999999 (11N) प्रतिशत तक शुद्ध हो सकता है। आवश्यकतानुसार क्वांटम यांत्रिक गुणों को संशोधित करने के लिए यदि आवश्यक हो तो इस छड़ को बोरॉन या फॉस्फोरस के साथ डोप किया जा सकता है।
मोनोक्रिस्टलाइन रॉड को ग्राहकों को वैसे ही आपूर्ति की जा सकती है, या वेफर्स में काटा जा सकता है और विशिष्ट उपयोगकर्ताओं के लिए पॉलिश या बनावट की जा सकती है।
आवेदन
जबकि लगभग 10 मिलियन मीट्रिक टन फेरोसिलिकॉन और सिलिकॉन धातु को हर साल परिष्कृत किया जाता है, विपणन किए गए अधिकांश सिलिकॉन वास्तव में सिलिकॉन खनिज होते हैं, जिनका उपयोग सीमेंट, मोर्टार और सिरेमिक से लेकर कांच और पॉलिमर तक सब कुछ बनाने के लिए किया जाता है।
जैसा कि उल्लेख किया गया है, फेरोसिलिकॉन, सिलिकॉन धातु का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला रूप है। लगभग 150 साल पहले इसके पहले उपयोग के बाद से, फेरोसिलिकॉन कार्बन और स्टेनलेस स्टील के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण डीऑक्सीडाइजिंग एजेंट बना हुआ है। आज इस्पात निर्माण, फेरोसिलिकॉन का सबसे बड़ा उपभोक्ता बना हुआ है।
हालाँकि, स्टील निर्माण से परे फेरोसिलिकॉन के कई लाभ हैं। यह फेरोसिलिकॉन मैग्नीशियम के उत्पादन में एक पूर्व-मिश्र धातु है, एक नोड्यूलेटर जिसका उपयोग निंदनीय लोहे के उत्पादन के लिए किया जाता है, और उच्च शुद्धता वाले मैग्नीशियम को परिष्कृत करने के लिए पिजियन प्रक्रिया के दौरान भी किया जाता है।
फेरोसिलिकॉन का उपयोग थर्मल और संक्षारण प्रतिरोधी लौह मिश्र धातु के साथ-साथ सिलिकॉन स्टील बनाने के लिए भी किया जा सकता है, जिसका उपयोग इलेक्ट्रिक मोटर्स और ट्रांसफार्मर कोर के उत्पादन में किया जाता है।
धातुकर्म सिलिकॉन का उपयोग स्टील उत्पादन में और एल्यूमीनियम कास्टिंग में मिश्र धातु एजेंट के रूप में भी किया जा सकता है। एल्यूमीनियम-सिलिकॉन (अल-सी) ऑटोमोटिव हिस्से शुद्ध एल्यूमीनियम से बने घटकों की तुलना में हल्के और मजबूत होते हैं। ऑटोमोटिव पार्ट्स जैसे इंजन ब्लॉक और टायर सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले कास्ट एल्यूमीनियम भागों में से कुछ हैं।
सभी धातुकर्म सिलिकॉन का लगभग आधा हिस्सा रासायनिक उद्योग द्वारा धूआं सिलिका (गाढ़ा और सुखाने वाला एजेंट), सिलेन (बाइंडर) और सिलिकॉन (सीलेंट, चिपकने वाले और स्नेहक) का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है।
फोटोवोल्टिक ग्रेड पॉलीसिलिकॉन का उपयोग मुख्य रूप से पॉलीसिलिकॉन सौर कोशिकाओं के निर्माण में किया जाता है। एक मेगावाट सौर मॉड्यूल का उत्पादन करने के लिए लगभग पांच टन पॉलीसिलिकॉन की आवश्यकता होती है।
वर्तमान में, वैश्विक स्तर पर उत्पादित सौर ऊर्जा का आधे से अधिक हिस्सा पॉलीसिलिकॉन सौर प्रौद्योगिकी का है, जबकि मोनोसिलिकॉन प्रौद्योगिकी का लगभग 35 प्रतिशत हिस्सा है। कुल मिलाकर, मनुष्यों द्वारा उपयोग की जाने वाली 90 प्रतिशत सौर ऊर्जा सिलिकॉन प्रौद्योगिकी का उपयोग करके एकत्र की जाती है।
मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन भी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में पाया जाने वाला एक महत्वपूर्ण अर्धचालक पदार्थ है। क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एफईटी), एलईडी और एकीकृत सर्किट के उत्पादन में उपयोग की जाने वाली सब्सट्रेट सामग्री के रूप में, सिलिकॉन लगभग सभी कंप्यूटर, मोबाइल फोन, टैबलेट, टीवी, रेडियो और अन्य आधुनिक संचार उपकरणों में पाया जा सकता है।
यह अनुमान लगाया गया है कि सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में से एक तिहाई से अधिक में सिलिकॉन-आधारित अर्धचालक तकनीक शामिल है।
अंत में, कार्बाइड सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक और गैर-इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें सिंथेटिक गहने, उच्च तापमान अर्धचालक, कठोर सिरेमिक, काटने के उपकरण, ब्रेक डिस्क, अपघर्षक, बुलेटप्रूफ वेस्ट और हीटिंग तत्व शामिल हैं।
तत्व विशेषताएँ
14 सी 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 2
आइसोटोप: 28 सी (92.27%); 29 सी (4.68%); 30 सी (3.05%)
सिलिकॉन पृथ्वी की पपड़ी में ऑक्सीजन (द्रव्यमान के अनुसार 27.6%) के बाद दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है। यह प्रकृति में स्वतंत्र अवस्था में नहीं पाया जाता है; यह मुख्यतः SiO2 या सिलिकेट के रूप में पाया जाता है।
सी यौगिक विषैले होते हैं; SiO2 और अन्य सिलिकॉन यौगिकों (उदाहरण के लिए, एस्बेस्टस) के छोटे कणों के साँस लेने से एक खतरनाक बीमारी होती है - सिलिकोसिस
जमीनी अवस्था में, सिलिकॉन परमाणु की संयोजकता = II होती है, और उत्तेजित अवस्था में = IV होती है।
Si की सबसे स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था +4 है। धातुओं के साथ यौगिकों में (सिलिसाइड्स) एस.ओ. -4.
सिलिकॉन प्राप्त करने की विधियाँ
सबसे आम प्राकृतिक सिलिकॉन यौगिक सिलिका (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) SiO2 है। यह सिलिकॉन उत्पादन के लिए मुख्य कच्चा माल है।
1) 1800'C पर चाप भट्टियों में कार्बन के साथ SiO2 की कमी: SiO2 + 2C = Si + 2CO
2) किसी तकनीकी उत्पाद से उच्च शुद्धता वाली सी योजना के अनुसार प्राप्त की जाती है:
ए) सी → सीसीएल 2 → सी
बी) सी → एमजी 2 सी → सीएच 4 → सी
सिलिकॉन के भौतिक गुण. सिलिकॉन के एलोट्रोपिक संशोधन
1) क्रिस्टलीय सिलिकॉन - धात्विक चमक वाला एक सिल्वर-ग्रे पदार्थ, एक हीरे के प्रकार की क्रिस्टल जाली; एमपी। 1415"C, क्वथनांक 3249"C, घनत्व 2.33 ग्राम/सेमी3; एक अर्धचालक है.
2) अनाकार सिलिकॉन - भूरा पाउडर।
सिलिकॉन के रासायनिक गुण
अधिकांश प्रतिक्रियाओं में, Si एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है:
कम तापमान पर, सिलिकॉन रासायनिक रूप से निष्क्रिय होता है, गर्म होने पर इसकी प्रतिक्रियाशीलता तेजी से बढ़ जाती है।
1. 400°C से अधिक तापमान पर ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है:
Si + O 2 = SiO 2 सिलिकॉन ऑक्साइड
2. कमरे के तापमान पर पहले से ही फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है:
Si + 2F 2 = SiF 4 सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड
3. अन्य हैलोजन के साथ अभिक्रिया = 300 - 500°C तापमान पर होती है
Si + 2Hal 2 = SiHal 4
4. 600°C पर सल्फर वाष्प के साथ यह डाइसल्फ़ाइड बनाता है:
5. नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया 1000°C से ऊपर होती है:
3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 सिलिकॉन नाइट्राइड
6. तापमान = 1150°C पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है:
SiO 2 + 3С = SiС + 2СО
कार्बोरंडम कठोरता में हीरे के करीब है।
7. सिलिकॉन हाइड्रोजन के साथ सीधे प्रतिक्रिया नहीं करता है।
8. सिलिकॉन एसिड के प्रति प्रतिरोधी है। केवल नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरिक (हाइड्रोफ्लोरिक) एसिड के मिश्रण के साथ परस्पर क्रिया करता है:
3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O
9. क्षार विलयन के साथ प्रतिक्रिया करके सिलिकेट बनाता है और हाइड्रोजन छोड़ता है:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2
10. सिलिकॉन के अपचायक गुणों का उपयोग धातुओं को उनके ऑक्साइड से अलग करने के लिए किया जाता है:
2MgO = Si = 2Mg + SiO 2
धातुओं के साथ प्रतिक्रियाओं में, Si एक ऑक्सीकरण एजेंट है:
सिलिकॉन एस-धातुओं और अधिकांश डी-धातुओं के साथ सिलिकाइड बनाता है।
किसी धातु के सिलिसाइड्स की संरचना भिन्न हो सकती है। (उदाहरण के लिए, FeSi और FeSi 2; Ni 2 Si और NiSi 2।) सबसे प्रसिद्ध सिलिकाइड्स में से एक मैग्नीशियम सिलिसाइड है, जिसे सरल पदार्थों के सीधे संपर्क से प्राप्त किया जा सकता है:
2एमजी + सी = एमजी 2 सी
सिलेन (मोनोसिलेन) SiH 4
सिलेन्स (हाइड्रोजन सिलिकस) Si n H 2n + 2, (cf. अल्केन्स), जहां n = 1-8। सिलेन अल्केन्स के एनालॉग हैं; वे -सी-सी-श्रृंखला की अस्थिरता में उनसे भिन्न होते हैं।
मोनोसिलेन SiH 4 एक अप्रिय गंध वाली रंगहीन गैस है; इथेनॉल, गैसोलीन में घुलनशील।
प्राप्त करने की विधियाँ:
1. हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ मैग्नीशियम सिलिसाइड का अपघटन: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4
2. लिथियम एल्यूमीनियम हाइड्राइड के साथ Si हैलाइडों की कमी: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3
रासायनिक गुण।
सिलाने एक प्रबल अपचायक है।
1.SiH 4 बहुत कम तापमान पर भी ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होता है:
SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O
2. SiH 4 आसानी से हाइड्रोलाइज्ड हो जाता है, खासकर क्षारीय वातावरण में:
SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2
SiH 4 + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 4H 2
सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड (सिलिका) SiO2
सिलिका विभिन्न रूपों में मौजूद है: क्रिस्टलीय, अनाकार और कांचयुक्त। सबसे आम क्रिस्टलीय रूप क्वार्ट्ज है। जब क्वार्ट्ज चट्टानें नष्ट हो जाती हैं, तो क्वार्ट्ज रेत का निर्माण होता है। क्वार्ट्ज एकल क्रिस्टल पारदर्शी, रंगहीन (रॉक क्रिस्टल) या विभिन्न रंगों (नीलम, एगेट, जैस्पर, आदि) की अशुद्धियों से रंगे होते हैं।
अनाकार SiO 2 ओपल खनिज के रूप में पाया जाता है: सिलिका जेल कृत्रिम रूप से उत्पादित होता है, जिसमें SiO 2 के कोलाइडल कण होते हैं और यह एक बहुत अच्छा अवशोषक होता है। ग्लासी SiO2 को क्वार्ट्ज ग्लास के रूप में जाना जाता है।
भौतिक गुण
SiO2 पानी में बहुत कम घुलता है, और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में भी व्यावहारिक रूप से अघुलनशील है। सिलिका एक परावैद्युत पदार्थ है।
रासायनिक गुण
1. SiO2 एक अम्लीय ऑक्साइड है, इसलिए अनाकार सिलिका क्षार के जलीय घोल में धीरे-धीरे घुल जाता है:
SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O
2. SiO2 गर्म होने पर मूल ऑक्साइड के साथ भी परस्पर क्रिया करता है:
SiO 2 + K 2 O = K 2 SiO 3;
SiO2 + CaO = CaSiO3
3. एक गैर-वाष्पशील ऑक्साइड होने के कारण, SiO 2 कार्बन डाइऑक्साइड को Na 2 CO 3 (संलयन के दौरान) से विस्थापित करता है:
SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2
4. सिलिका हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे हाइड्रोफ्लोरोसिलिकिक एसिड H 2 SiF 6 बनता है:
SiO 2 + 6HF = H 2 SiF 6 + 2H 2 O
5. 250 - 400°C पर, SiO 2 गैसीय HF और F 2 के साथ परस्पर क्रिया करता है, जिससे टेट्राफ्लोरोसिलेन (सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड) बनता है:
SiO 2 + 4HF (गैस) = SiF 4 + 2H 2 O
SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + O 2
सिलिकिक एसिड
ज्ञात:
ऑर्थोसिलिकिक एसिड H 4 SiO 4 ;
मेटासिलिकॉन (सिलिकिक) एसिड H 2 SiO 3 ;
डि- और पॉलीसिलिक एसिड।
सभी सिलिकिक एसिड पानी में थोड़ा घुलनशील होते हैं और आसानी से कोलाइडल घोल बनाते हैं।
प्राप्ति के तरीके
1. क्षार धातु सिलिकेट्स के घोल से एसिड के साथ वर्षा:
Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl
2. क्लोरोसिलेन का हाइड्रोलिसिस: SiCl 4 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4HCl
रासायनिक गुण
सिलिकिक एसिड बहुत कमजोर एसिड (कार्बोनिक एसिड से कमजोर) होते हैं।
गर्म होने पर, वे अंतिम उत्पाद के रूप में सिलिका बनाने के लिए निर्जलित होते हैं।
H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2
सिलिकेट्स - सिलिकिक एसिड के लवण
चूंकि सिलिकिक एसिड बेहद कमजोर होते हैं, जलीय घोल में उनके लवण अत्यधिक हाइड्रोलाइज्ड होते हैं:
Na 2 SiO 3 + H 2 O = NaHSiO 3 + NaOH
SiO 3 2- + H 2 O = HSiO 3 - + OH - (क्षारीय माध्यम)
इसी कारण से, जब कार्बन डाइऑक्साइड को सिलिकेट समाधानों से गुजारा जाता है, तो सिलिकिक एसिड उनसे विस्थापित हो जाता है:
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
इस प्रतिक्रिया को सिलिकेट आयनों की गुणात्मक प्रतिक्रिया माना जा सकता है।
सिलिकेट्स में केवल Na 2 SiO 3 और K 2 SiO 3 अत्यधिक घुलनशील होते हैं, जिन्हें घुलनशील ग्लास कहा जाता है, और उनके जलीय घोल को तरल ग्लास कहा जाता है।
काँच
साधारण खिड़की के शीशे की संरचना Na 2 O CaO 6 SiO 2 है, यानी यह सोडियम और कैल्शियम सिलिकेट का मिश्रण है। यह Na 2 CO 3 सोडा, CaCO 3 चूना पत्थर और SiO 2 रेत को मिलाकर प्राप्त किया जाता है;
Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2СO 2
सीमेंट
एक पाउडर जैसा बंधनकारी पदार्थ, जो पानी के साथ क्रिया करके एक प्लास्टिक द्रव्यमान बनाता है जो समय के साथ एक ठोस, पत्थर जैसे शरीर में बदल जाता है; मुख्य निर्माण सामग्री.
सबसे आम पोर्टलैंड सीमेंट की रासायनिक संरचना (वजन के अनुसार % में) 20 - 23% SiO 2 है; 62 - 76% सीएओ; 4 - 7% अल 2 ओ 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1-5% एमजीओ.
सिलिकॉन रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली की तीसरी अवधि के चौथे समूह के मुख्य उपसमूह का एक तत्व है, जिसका परमाणु क्रमांक 14 है। इसे प्रतीक Si (अव्य. सिलिकियम) द्वारा दर्शाया गया है।
सिलिकॉन को उसके शुद्ध रूप में 1811 में फ्रांसीसी वैज्ञानिकों जोसेफ लुईस गे-लुसाक और लुईस जैक्स थेनार्ड द्वारा अलग किया गया था।
नाम की उत्पत्ति
1825 में, स्वीडिश रसायनज्ञ जॉन्स जैकब बर्ज़ेलियस ने सिलिकॉन फ्लोराइड SiF 4 पर पोटेशियम धातु की क्रिया द्वारा शुद्ध मौलिक सिलिकॉन प्राप्त किया। नए तत्व को "सिलिकॉन" नाम दिया गया (लैटिन सिलेक्स - फ्लिंट से)। रूसी नाम "सिलिकॉन" 1834 में रूसी रसायनज्ञ जर्मन इवानोविच हेस द्वारा पेश किया गया था। प्राचीन ग्रीक से अनुवादित. κρημνός - "चट्टान, पहाड़।"
रसीद
उद्योग में, तकनीकी शुद्धता वाला सिलिकॉन शाफ्ट-प्रकार की अयस्क-थर्मल भट्टियों में लगभग 1800 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर कोक के साथ पिघले हुए SiO 2 को कम करके प्राप्त किया जाता है। इस तरह से प्राप्त सिलिकॉन की शुद्धता 99.9% तक पहुंच सकती है (मुख्य अशुद्धियाँ कार्बन और धातु हैं)।
अशुद्धियों से सिलिकॉन का और अधिक शुद्धिकरण संभव है।
1. प्रयोगशाला स्थितियों में शुद्धिकरण पहले मैग्नीशियम सिलिसाइड एमजी 2 सी प्राप्त करके किया जा सकता है। इसके बाद, हाइड्रोक्लोरिक या एसिटिक एसिड का उपयोग करके मैग्नीशियम सिलिसाइड से गैसीय मोनोसिलेन SiH 4 प्राप्त किया जाता है। मोनोसिलेन को परिशोधन, सोखना और अन्य तरीकों से शुद्ध किया जाता है, और फिर लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर सिलिकॉन और हाइड्रोजन में विघटित किया जाता है।
2. औद्योगिक पैमाने पर सिलिकॉन का शुद्धिकरण सिलिकॉन के सीधे क्लोरीनीकरण द्वारा किया जाता है। इस मामले में, संरचना SiCl 4 और SiCl 3 H के यौगिक बनते हैं। इन क्लोराइडों को विभिन्न तरीकों से अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है (आमतौर पर आसवन और अनुपातहीन द्वारा) और अंतिम चरण में उन्हें 900 से 1100 के तापमान पर शुद्ध हाइड्रोजन के साथ कम किया जाता है। डिग्री सेल्सियस.
3. सिलिकॉन शुद्धिकरण के लिए सस्ती, स्वच्छ और अधिक कुशल औद्योगिक प्रौद्योगिकियां विकसित की जा रही हैं। 2010 तक, इनमें फ्लोरीन (क्लोरीन के बजाय) का उपयोग करके सिलिकॉन शुद्धिकरण प्रौद्योगिकियां शामिल हैं; सिलिकॉन मोनोऑक्साइड के आसवन से जुड़ी प्रौद्योगिकियां; इंटरक्रिस्टलाइन सीमाओं पर केंद्रित अशुद्धियों की नक़्क़ाशी पर आधारित प्रौद्योगिकियाँ।
शुद्धिकरण के बाद सिलिकॉन में अशुद्धता सामग्री को वजन के अनुसार 10 -8 -10 -6% तक कम किया जा सकता है।
भौतिक गुण
सिलिकॉन का क्रिस्टल जाली हीरे की तरह घन फलक-केंद्रित है, पैरामीटर ए = 0.54307 एनएम (सिलिकॉन के अन्य बहुरूपी संशोधन उच्च दबाव पर प्राप्त किए गए हैं), लेकिन लंबाई की तुलना में सी-सी परमाणुओं के बीच लंबी बंधन लंबाई के कारण सी-सी बांड, सिलिकॉन की कठोरता हीरे की तुलना में काफी कम है। सिलिकॉन नाजुक होता है; केवल 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म करने पर यह प्लास्टिक पदार्थ बन जाता है। दिलचस्प बात यह है कि सिलिकॉन 1.1 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य से शुरू होने वाले अवरक्त विकिरण के लिए पारदर्शी है। आवेश वाहकों की स्वयं की सांद्रता - 5.81 × 10 15 m -3 (300 K के तापमान के लिए)
प्रकृति में होना
विभिन्न स्रोतों के अनुसार, पृथ्वी की पपड़ी में सिलिकॉन की मात्रा द्रव्यमान के हिसाब से 27.6-29.5% है। इस प्रकार, पृथ्वी की पपड़ी में प्रचुरता की दृष्टि से सिलिकॉन ऑक्सीजन के बाद दूसरे स्थान पर है। समुद्री जल में सांद्रता 3 मिलीग्राम/लीटर है।
प्रकृति में, सिलिकॉन अक्सर सिलिका के रूप में पाया जाता है - सिलिकॉन डाइऑक्साइड (IV) SiO 2 (पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान का लगभग 12%) पर आधारित यौगिक। सिलिकॉन डाइऑक्साइड द्वारा निर्मित मुख्य खनिज रेत (नदी और क्वार्ट्ज), क्वार्ट्ज और क्वार्टजाइट, चकमक पत्थर हैं। प्रकृति में सिलिकॉन यौगिकों का दूसरा सबसे आम समूह सिलिकेट्स और एल्युमिनोसिलिकेट्स हैं।