KRZEM

JEGO ZWIĄZKI

I

PIERWIASTEK WYIZOLOWANY W
1823 ROKU PRZEZ
SZWEDZKIEGO CHEMIKA J. J.
BERZELIUSA.

Nazwa łacińska pochodzi od
słowa SILEX co znaczy
krzemień.

Nazwa polska wywodzi
się od łacińskich słów
lapis cremaus, co
oznacza kamień dający
ogień.

Zawartość wybranych
pierwiastków w różnych formach
materii (%).

Pierwiastki Litosfera Woda oceaniczna
Człowiek Lucerna

tlen 49,42 85,90 62,8

67,9

krzem 25,75 0,0003

0,004 0,009

żelazo 4,7 0,000001 0,005
0,003

wapń 3,39 0,040 1,38
0,58

wodór 0,88 10,80 9,31
8,72

węgiel 0,09 0,03 19,40
11,30

azot 0,03 0,00005 5,14
8,25

WYSTĘPOWANIE

• w stanie rodzimym nie
występuje

• w stanie związanym w
postaci krzemianów,
glinokrzemianów oraz
wolnego tlenku krzemu
IV stanowi 27%
litosfery

Grupa 14

O

k

re

s

3

Si

14

Masa
atom.28,0855

IV II

SILICIUM

Elektroujemn
ość 1,8

Ne
3s

2

3p

2

blok:p

WĘGLOWCE

[ ]

IZOTOPY KRZEMU

3 naturalne
trwałe

11 sztucznych promieniotwórczych np.

T

1/2

=160 lat

28

Si

92,23
%

29

S

i

4,6
%

30

Si

3,1%

32

S

i

KONFIGURACJA
ELEKTRONOWA

1s

2

2s

2

p

6

3s

2

p

2

K

L

M

METODY OTRZYMYWANIA
KRZEMU

SiO

2

+ Mg Si +

MgO

2

2

•redukcja SiO

2

magnezem

•redukcja mieszaniny piasku
i rudy żelaza węglem-
żelazokrzem do celów
metalurgicznych

•termiczny rozkład SiHCl

3

-

preparaty o wysokiej
czystości

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

•półmetal i
półprzewodnik

•krystaliczne ciało
stałe o metalicznym
połysku

•pierwiastek bardzo
twardy i kruchy
•wysoka
temperatura
topnienia

BUDOWA KRYSZTAŁU
KRZEMU

W sieci krystalicznej krzemu występują
wiązania atomowe. Atomy w sieci są
rozmieszczone w takich odległościach,
że ich powłoki zachodzą na siebie.

,

WŁAŚCIWOŚCI
CHEMICZNE

•w temperaturze pokojowej mało
aktywny

•po podgrzaniu reaguje z tlenem,
metalami, zasadami

Si + O

2

SiO

2

Si + 2Mg

Mg

2

Si

Si + 2NaOH Na

2

SiO

3

+ 2H

2

tlenek krzemu
(IV)

metakrzemian
sodu

krzemek
magnezu

KRZEM JAKO
MIKROELEMENT

• występuje w gruczołach dokrewnych-
grasicy, nadnerczach i przysadce
mózgowej
• odgrywa ważną rolę w gospodarce
hormonalnej ludzi starszych

• obniża poziom cholesterolu we krwi

•wpływa na elastyczność, wygląd i
zdrowie skóry, włosów i paznokci

• uczestniczy w tworzeniu tkanki
łącznej i chrząstek

Dawka krzemu z pożywieniem 18-
1200mg/dzień

Produkty spożywcze bogate w
krzem:

otręby, fasola, groch, warzywa
korzeniowe

Zioła zawierające dużą ilość
rozpuszczalnej krzemionki :
skrzyp polny, pokrzywa, perz,
podbiał, rdest ptasi, poziewnik

Przy chorobach, szczególnie skóry, zaleca
się stosowanie wewnętrzne i zewnętrzne
odwarów z tych ziół.

Kryształy krzemu służą do
produkcji:

• tranzystorów

•

układów scalonych

• laserów

•

diod emitujących

światło

•

ogniw słonecznych

Krzem stosowany też
jest:

•jako odtleniacz do
stopów miedzi

•jako dodatek do stali
stopowych w celu polepszenia
ich właściwości
mechanicznych i odporności
na korozje

•do wytwarzania
detektorów fal krótkich

•do wytwarzania
soczewek do promieni
podczerwonych

tlenek krzemu (IV) SiO

2

KRZEMIONKA

występuje w trzech odmianach
polimorficznych

•krystobalit

•trydymit

-

•kwarc

model
struktu
ry
kwarcu

CYTRYN

DOBRZE
WYKSZTAŁCON
E KRYSZTAŁY
KWARCU

AMETYS
T

KRYSZTAŁ GÓRSKI

CZYSTA BEZPOSTACIOWA
KRZEMIONKA TO OPAL.

ODMIANA
OPALU -

AGAT

REAKCJE SiO

2

•z kwasem

fluorowodorowym

SiO

2

+ HF SiF

4

+

H

2

O

4

2

•z wodorotlenkiem sodu

SiO

2

+ NaOH Na

2

SiO

3

+ H

2

O

2

•z węglem

SiO

2

+ C Si + CO

2

KRZEMIONKA JEST
PODSTAWOWYM
SKŁADNIKIEM:

•glin
•gleb
•skał (granity, gnejsy)
•piasku

schemat
ułożenia
atomów
w stanie
szklisty
m

Stopiony SiO

2

po szybkim

oziębieniu zastyga w sztywną
bezpostaciową masę-

szkło

kwarcowe.

Struktura szkła kwarcowego wg.
Zachariasena

SZKŁA KRZEMIANOWE

• szkło sodowo-wapniowe Na

2

O

.

CaO

.

6 SiO

2

to szkło okienne

•

szkło potasowo-ołowiowe to tzw.

szkło kryształowe i optyczne szkło
flint

•szkło jenajskie to szkło
trudnotopliwe np. Pyrex, Duran,
Supremax

Szkła otrzymywane w technice
„ zol-żel”

Technika „zol-żel”polega na syntezie szkieł
poprzez reakcje chemiczne w temperaturach
zbliżonych do pokojowej.

•układ PbO

2

/SiO

2

stosowany jest w

światłowodach
•układ ZnO/SiO

2

stosowany jest w

dyskach optycznych ROM

•układ TiO

2

/SiO

2

stosowany jest w

laserach

i koncentratorach światła
słonecznego

KWASY KRZEMOWE

SiO

2

.

H

2

O H

2

SiO

3

Kwas metakrzemowy

SiO

2

.

2H

2

O H

4

SiO

4

Kwas

ortokrzemowy

2 SiO

2

.

H

2

O

H

2

Si

2

O

5

Kwas

metadwukrzemowy

Ciekawe nieorganiczne związki
krzemu

•

azotek krzemu

Si

3

N

4

związek o twardości
diamentu i znacznej
odporności chemicznej
stosowany do konstrukcji
ceramicznych silników
samochodowych i turbin
gazowych

SiO

2

+ C + N

2

Si

3

N

4

+

CO

6

2

6

kat
T

techniczny SiC

KARBORUND

–

substancja bardzo twarda(9,5-9,7
w skali Mohra), należąca do
beztlenkowych materiałów
ceramicznych, stosowana do
wyrobu materiałów ściernych.

WĘGLIK KRZEMU SiC

SiO

2

+ C SiC +

CO

3

2

Czterochlorek krzemu
SiCl

4

ciecz bezbarwna o ostrym
zapachu, bardzo łatwo
hydrolizuje tworząc białe
dymy uwodnionego
dwutlenku krzemu SiO

2

oraz kwas solny.
Stosowany jest w wojsku
do wytwarzania zasłon
dymnych.

Krzem tworzy z wodorem
krzemowodory zwane

silanami.

SiH

4

MONOSILA
N

Si

2

H

6

DWUSILAN

( krzemoet

an)

Silany

reagują gwałtownie

z tlenem i wybuchowo z
fluorowcami.

SiH

4

+ 2O

2

SiO

2

+ 2

H

2

O

SiH

4

+ Cl SiH

3

Cl +

HCl

chlorosilan

W wyniku kondensacji pochodnych
chlorowych silanów otrzymuje się
siloksany.

H

3

SiCl + H

2

O H

3

Si-O-SiH

3

+

HCl

2

2

Z chlorosilanów i siloksanów
otrzymuje się polimery
krzemoorganiczne (polisiloksany)
potocznie zwane silikonami.

Si

R

R

O

S
i

R

R

n

R

-grupa

alkilowa lub
aromatyczna

n

-liczba merów

Kopolimery silikonowo –
organiczne mają
właściwości
ciekłokrystaliczne i
stosowane są w
elektrooptyce,
magnetooptyce i

termooptyce

.

Emulsje wodne silikonów oraz
poliolefin i różnych środków
sieciujących stosowane są do
usuwania rysunków graffiti
bez niszczenia tynków.

Kompozyty organiczno-
nieorganiczne zwane
silseskwioksanami mają
właściwości ciekłokrystaliczne i
świecące.