Кремний.
Этот
элемент занимает второе место по распространенности в земной коре. Выделение
кремния из его природных источников, таких, как силикаты, – очень
сложная задача. Химическая связь кремния с кислородом очень прочная благодаря
малому ионному радиусу кремния и большой зарядовой плотности иона Si4+.
Зарядовая плотность кремния значительно больше, чем у углерода, т.к. электроны
кремния сильнее оттянуты к кислороду, создавая больший положительный заряд
у кремния. В результате образуется связь Si–O с остаточным отрицательным
зарядом у кислорода и положительным – у кремния, что не проявляется
в заметной степени у углерода и кислорода в соединении типа CO2.
Такое зарядовое распределение способствует образованию тетраэдрической
сетки связей Si–O вместо молекулярной структуры SiO2.
Схема силикатного тетраэдрического строения такова:
Свободные
связи (отмеченные отрицательным зарядом) могут соединяться или ассоциировать
с металлическими ионами типа ионов щелочных (подгруппа IA) и щелочноземельных
(подгруппа IIA) элементов, с ионами алюминия, водорода. Если же имеются
только Si–O-связи,
то получается кремнезем (SiO2)x.
Для разрыва связей Si–O и выделения элементного кремния необходим
очень эффективный восстановитель. Металлический алюминий, углерод при
высокой температуре и карбид кальция способны восстановить оксид кремния
до кремния. Более чистый кремний получают восстановлением SiBr4
водородом на раскаленной нити или с помощью металлического натрия. Соединение
кремния с железом – ферросилиций FeSi
– получается как побочный
продукт в сталелитейной промышленности, он используется как легирующая
добавка для получения кремниевых сталей. Ферросилиций получается при взаимодействии
кокса, оксида железа и силикатов.
Получение
чистого кремния.
Необходимость получения
высокочистого кремния диктуется развитием производства полупроводниковых
элементов, широко распространенных в электронной промышленности, для радиотранслирующего
и принимающего оборудования, мощных компьютеров и т.д. Чтобы получить
требуемую чистоту, порядка 99,97%, проводят зонную плавку кремния. Слиток
чистого кремния, получаемого обычным способом, медленно пропускают через
зону высокого нагрева, достаточного для плавления кремния. В слитке происходит
постепенное по его сечению плавление и рекристаллизация, при этом примеси
перемещаются, оставаясь в жидкой фазе, из-за различной растворимости их
в твердой и жидкой фазах. Кремний или металлические элементы этого семейства
легируют (введением очень малых количеств металлов подгрупп IIIA или VA)
для получения необычных проводящих и электрических свойств, которые позволяют
использовать сплавы в различных электронных устройствах. Эти сплавы можно
применять в солнечных батареях или преобразователях.
См. также
КРЕМНИЙ;
ЗОННАЯ ПЛАВКА.
назад
дальше
|
