Перегляд вихідного коду сторінки Кремній

{{Хімічний елемент|Кремній (Si)<!--Назва-->|14<!--Атомний номер-->[[File:SiliconCroda.jpg|120px]]|В аморфній формі&nbsp;—<br /> коричневий порошок, <br />в кристалічній&nbsp;— темно-сірий,<br /> трохи блискучий<!-- Зовнішній вигляд-->|28,0855<!--Атомна маса-->|132<!--Радіус атома-->|786,0(8,15)<!--Енергія іонізації-->|[Ne] 3s<sup>2</sup> 3p<sup>2</sup><!--Електронна конфігурація-->|111<!--Ковалентний радіус-->|42 (+4e) 271  (-4e)<!--Радіус іона-->|1,90<!--Електровід'ємність-->|0<!--Електродний потенціал-->|4, -4<!--Степені окислення-->|2,33<!--Густина-->|0,703<!-- Питома теплоємність-->|149<!--Теплопровідність-->|1683<!--Температура плавлення-->|50,6<!--Теплота плавлення -->|2628<!--Температура кипіння-->|383<!--Теплота випаровування-->|12,1<!--Молярний об'єм-->|[[структура алмазу|алмаз]]<!--Структура решітки-->|5,430<!--Період решітки-->|n/a<!--Відношення c/a-->|625<!--Температура Дебая-->}}
'''Кре́мній''', ''силі́цій''<ref name=ДСТУ>{{ДСТУ 2439:2018|с=2}}</ref> ([[хімічний знак]]&nbsp;— <chem>Si</chem>, {{lang-la|silicium}})&nbsp;— [[хімічний елемент]] з [[Атомний номер|атомним номером]] '''14''', що належить до [[Група 14 періодичної системи елементів|4-ї групи]], [[Період 3 періодичної системи елементів|3-го періоду]] [[Періодична система хімічних елементів|періодичної системи хімічних елементів]].</br> [[Проста речовина]]&nbsp;— '''кре́мній''', утворює темно-сірі зі смолистим блиском крихкі [[кристал]]и з гранецентрованою кубічною ґраткою типу алмазу.

[[Густина]] кремнію 2,328, t<sub>плав</sub> 1415&nbsp;°C, t<sub>кип</sub> 3250&nbsp;°C. [[Твердість]] [[Випробування на твердість за Брінеллем|за Брінеллем]] 2,4 ГПа, за [[шкала Мооса|Моосом]]&nbsp;— 7. [[Модуль пружності]] 109 ГПа. Кремній&nbsp;— [[напівпровідник]], електричні властивості якого дуже залежать від домішок.

За низької температури кремній хімічно інертний. З багатьма металами утворює [[силіцид]]и. Вміст у земній корі 27,6&nbsp;% за масою. Солі кремнієвих кислот поширені в природі&nbsp;— мінерали класу природних силікатів. У разі ізоморфного заміщення в їхній структурі частини кремнію алюмінієм, утворюються [[алюмосилікати]]. Відомо понад 400 мінералів, що містять кремній. Найважливіші мінерали кремнію&nbsp;— [[силікати]], [[кремнезем]].

== Історія та походження назви ==
У чистому вигляді кремній виділили [[1811]] року французькі вченимі [[Жозеф Луї Гей-Люссак]] і [[Луї Жак Тенар]]. [[1825]] року шведський хімік [[Єнс Якоб Берцеліус]] дією металевого калію на фтористий кремній SiF<sub>4</sub> отримав чистий елементарний кремній. Новому елементу дано назву «силіцій» (від {{lang-la|silex|lit=кремінь}}). Назву «кремній» увів [[1834]] року швейцарсько-російський хімік [[Жермен Анрі Гесс|Герман Іванович Гесс]].

== Поширення в природі ==
За поширеністю на Землі кремній посідає друге місце серед хімічних елементів (27,6&nbsp;% маси земної кори).<ref>{{РП}}</ref> У вільному стані в природі проста речовина ''кремній'' не зустрічається, проте його в значних кількостях отримують штучно для потреб промисловості. Найпоширенішими сполуками кремнію є [[діоксид кремнію]] SiO<sub>2</sub> (силікатний ангідрид або кремнезем) і солі силікатної кислоти&nbsp;— [[силікати]], що є основою всіх гірських порід. У невеликих кількостях сполуки кремнію входять також до складу організмів рослин.

Приблизно 12&nbsp;% [[літосфера|літосфери]] становить [[кварц]] SiO<sub>2</sub> і його різновиди, а 75&nbsp;% становлять різні [[силікати]] і [[алюмосилікати]] ([[польовий шпат|польові шпати]], [[слюда|слюди]], [[амфібол]]и).

Середній вміст кремнію (в масових %): в кам'яних метеоритах 18, ультраосновних гірських породах 19, основних 24, середніх 26, кислих 32,3, глинах 7,3, пісковиках 36,8, карбонатних гірських породах 2,4; у воді [[Океан|океанів]] 3·10<sup>−4</sup>&nbsp;%.

== Ізотопи ==
{{Main|Ізотопи кремнію}}
Природний кремній складається з трьох стабільних [[ізотоп]]ів: <sup>28</sup>Si, <sup>29</sup>Si та <sup>30</sup>Si, серед яких найбільше кремнію-28 (92&nbsp;%).<ref name = "NNDC">
{{cite web
 |url         = http://www.nndc.bnl.gov/chart/
 |author      = NNDC contributors
 |editor      = Alejandro A. Sonzogni (Database Manager)
 |title       = Chart of Nuclides
 |publisher   = National Nuclear Data Center, [[Brookhaven National Laboratory]]
 |accessdate  = 2008-09-13
 |year        = 2008
 |location    = Upton (NY)
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/6HZybjtOa?url=http://www.nndc.bnl.gov/chart/
 |archivedate = 2013-06-23
 |deadurl     = no
}}
</ref> Серед цих ізотопів тільки кремній-29 використовується в [[ЯМР]] та [[Електронний парамагнітний резонанс|ЕПР]] спектроскопії.<ref>{{cite web|url=http://www.nyu.edu/cgi-bin/cgiwrap/aj39/NMRmap.cgi|accessdate=2011-10-20|title=Interactive NMR Frequency Map|author=Jerschow, Alexej|publisher=New York University|archiveurl=https://www.webcitation.org/6HZycO4ao?url=http://www.nyu.edu/cgi-bin/cgiwrap/aj39/NMRmap.cgi|archivedate=2013-06-23|deadurl=no}}</ref> Відкрито 20 радіоактивних ізотопів, поміж якими найбільший [[період напіврозпаду]], 170 років, має ізотоп <sup>32</sup>Si, <sup>31</sup>Si має період напіврозпаду 157,3 хвилини.<ref name = "NNDC"/> Решта радіоактивних ізотопів живуть менше, ніж сім секунд, а більшість із них менше, ніж одну десяту секунди.<ref name = "NNDC"/> Ядерні ізомери для кремнію не відомі.<ref name = "NNDC"/>

Масове число ізотопів кремнію&nbsp;— від 22 до 44.<ref name = "NNDC"/> Шість ізотопів з масою, меншою від маси стабільного ізотопу <sup>28</sup>Si, розпадаються здебільшого через [[бета-розпад|бета-плюс розпад]], утворюючи ізотопи [[Алюміній|алюмінію]].<ref name = "NNDC"/> 16 ізотопів з масою, більшою, ніж у <sup>28</sup>Si, розпадаються через бета-мінус розпад, утворюючи ізотопи [[фосфор]]у.<ref name = "NNDC"/>

== Фізичні властивості ==
Вільний кремній може бути в аморфному і кристалічному стані. Аморфний кремній&nbsp;— бурий порошок, а кристалічний має сірий колір і металічний блиск. Густина&nbsp;— 2,33 г/см³; [[температура плавлення]] 1415&nbsp;°С, температура кипіння +2620&nbsp;°C

Кристалічний кремній є непрямозонним [[напівпровідник]]ом з [[ширина забороненої зони|шириною забороненої зони]] 1,12 [[еВ]].
[[Електричний струм|Електричного струму]] чистий кремній майже зовсім не проводить. Електрична провідність кремнію дуже залежить від присутності домішок, які поділяють на два види: [[Донор електрона|донори]] й [[Акцептор електрона|акцептори]]. При переважанні донорів основними [[носії заряду|носіями заряду]] в кремнії є [[електрон провідності|електрони провідності]], при переважанні акцепторів&nbsp;— [[Дірка (квазічастинка)|дірки]]. Такий кремній є напівпровідником n-типу й p-типу, відповідно.

Аморфний кремній за своїми властивостями належить до [[Аморфний напівпровідник|аморфних напівпровідників]].

Кремній надзвичайно зручний з огляду на технологію виготовлення напівпровідникових пристроїв [[Електроніка|електроніки]], тож є основним її елементом. Власне, очищений від домішок кремній використовується як підкладка, де ділянки провідності різних [[P-n-перехід|типів]], порівняно легко можна утворити вибірковим [[Легування (електроніка)|легуванням]], тоді як шари [[Діоксид силіцію|діоксиду силіцію]], утворені шляхом вибіркового окиснення, слугують ізоляторами між провідними областями.

[[Файл:Monokristalines Silizium für die Waferherstellung.jpg|thumb|Монокристал кремнію для виробництва напівпровідників.]]

== Хімічні властивості ==
Кремній, як і [[вуглець]], належить до головної підгрупи четвертої групи періодичної системи Менделєєва. У його зовнішньому електронному шарі чотири електрони, тож атоми кремнію під час хімічних реакцій можуть прилучати відсутні в них до завершення шару чотири електрони, або віддавати іншим елементам власні чотири валентні електрони. Отже кремній проявляє ступінь окиснення або −4, або +4. Типовішим для нього є позитивний ступінь окиснення.

За звичайної температури кремній досить пасивний і взаємодіє лише з [[фтор]]ом:
: Si + 2F<sub>2</sub> = SiF<sub>4</sub>
Але у разі нагрівання він стає активнішим і безпосередньо сполучається з киснем, галогенами і навіть з вуглецем. Водночас аморфний кремній виявляє значно більшу активність, ніж кристалічний: Si + O<sub>2</sub> = SiO<sub>2</sub>
: Si + 2Cl<sub>2</sub> = SiCl<sub>4</sub>
: Si + С = SiC
Під час нагрівання він сполучається також з багатьма металами, утворюючи так звані силіциди, наприклад:
: Si + 2Mg = Mg<sub>2</sub>Si
З воднем кремній безпосередньо не реагує, але його водневі сполуки&nbsp;— [[силани]]&nbsp;— можна одержати опосередковано. Найпростішою з водневих сполук кремнію є [[моносилан]] SiH<sub>4</sub>, подібний метану. Його можна одержати під дією [[Хлоридна кислота|хлоридної кислоти]] на силіцид магнію:
: Mg<sub>2</sub>Si + 4HCl = 2MgCl<sub>2</sub> + SiH<sub>4</sub>↑
З кислотами кремній не взаємодіє, але з їдкими лугами реагує досить діяльно, особливо аморфний, з утворенням солі [[Силікатна кислота|силікатної кислоти]] та виділенням водню:
: Si + 2KOH + H<sub>2</sub>O = K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + 2H<sub>2</sub> ↑

== Отримання ==
Аморфний кремній можна одержати нагріванням діоксиду кремнію з магнієм: SiO<sub>2</sub> + 2Mg = Si + 2MgO.

Під час обробки продуктів реакції хлоридною кислотою, [[оксид магнію]] розчиняється, а порошок кремнію залишається у чистому вигляді. Аморфний кремній добре розчиняється в розплавленому цинку й алюмінії, а з їхнім охолодженням виділяється в кристалічному стані. Кристали кремнію можна легко відокремити від цинку або алюмінію розчиненням останніх в хлоридній кислоті, з якою кремній не реагує.

У техніці кремній одержують відновленням діоксиду силіцію вугіллям за дуже високої температури в електропечах:
: SiO<sub>2</sub> + 2C = Si + 2CO↑
Для потреб [[чорна металургія|чорної металургії]] кремній отримують зазвичай у вигляді його сплаву з залізом під назвою [[феросиліцій|феросиліцію]] прожарюванням в електропечах суміші [[залізна руда|залізної руди]] з діоксидом силіцію і [[кокс]]ом.

Феросиліцій, залізо-кремнієвий сплав, який містить різні співвідношення елементарного кремнію та заліза, становить близько 80&nbsp;% від світового виробництва елементарного кремнію, а [[Китайська Народна Республіка|Китай]], котрий станом на 2016 рік — був провідним постачальником елементарного кремнію, забезпечує 4,6 млн. тонн (або 2/3 від світового видобутку), більша частина якого є у вигляді феросиліцію.

Отже [[список країн за видобутком кремнію]], на основі даних [[Геологічна служба США|USGS]], очолює Китайська народна республіка, далі йдуть: [[Росія|Російська федерація]] (610 000 т), [[Норвегія]] (330 000 т), [[Бразилія]] (240 000 т), Сполучені Штати Америки (170 000 т), на 12 місці [[Україна]] (64 000 т). Цікаво, що ще 2003 року, в Україні видобувалося 230 000 тонн кремнію.

Чистий кремній добувають зазвичай так: суміш діоксиду силіцію і коксу за дуже високої температури обробляють хлором і одержують [[тетрахлорид кремнію]] SiCl<sub>4</sub> (рідина з температурою кипіння 57,6&nbsp;°С). Останній старанно очищують перегонкою, а потім відновлюють парами дуже чистого [[цинк]]у за температури 950&nbsp;°С. Хімічні реакції, що відбуваються при цьому, можна показати такими рівняннями:
: SiO<sub>2</sub> + 2С = Si + 2CO↑
: Si + 2Cl<sub>2</sub> = SiCl<sub>4</sub>↑
: SiCl<sub>4</sub> + 2Zn = Si + 2ZnCl<sub>2</sub>

== Застосування ==
Кремній застосовується переважно для виробництва різних сплавів:

* Залізо з додаванням 4&nbsp;% кремнію, має здатність швидко намагнічуватись і розмагнічуватись. З нього виготовляють [[осердя]] електричних трансформаторів. 
* [[Сталь]] із вмістом 15–20&nbsp;% кремнію, є кислотостійкою і йде на виготовлення хімічної апаратури.
* [[Сплави|Стоп]] міді з 4–5&nbsp;% кремнію, застосовується у машинобудуванні.

Кремній широко застосовують як [[Полікристалічний кремній|напівпровідниковий матеріал]] в електронній та радіотехнічній промисловості<ref>Напівпровідниковий кремній – це основа сучасної мікроелектроніки, сонячної енергетики, силової електротехніки.</ref>. Але для цього він мусить бути найвищої чистоти.

Серед штучно одержуваних сполук кремнію, які застосовуються на практиці, слід відзначити [[карбід кремнію]], або [[карборунд]] SiC, котрий отримують прожарюванням в електропечах діоксиду кремнію з надлишком коксу:

: SiO<sub>2</sub> + 3C = SiC + 2CO↑
Карборунд за своєю твердістю мало в чому поступається перед [[алмаз]]ом, його використовують як абразивний матеріал для виготовлення точильних і шліфувальних кіл, брусків тощо.

Технічний кремній застосовують як [[Легування (металургія)|легувальну]] добавку для виробництва сталей і сплавів кольорових металів, напівпровідниковий кремній&nbsp;— в [[Електротехніка|електротехніці]] й електроніці.

== Див. також ==
* [[Список країн за видобутком кремнію]]
* [[Силікатна кислота]]
* [[Силікати]]
* [[Скло]]
* [[Цемент]]
* [[A-центр]]
* [[Полікристалічний кремній]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Джерела ==
* Глосарій термінів з хімії // Й.&nbsp;Опейда, О.&nbsp;Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.&nbsp;М.&nbsp;Литвиненка НАН України, Донецький національний університет.&nbsp;— Донецьк : Вебер, 2008.&nbsp;— 758&nbsp;с.&nbsp;— ISBN 978-966-335-206-0
* {{книга|автор=Деркач Ф. А. |частина= |посилання частина= |заголовок=Хімія |оригінал= |посилання= |відповідальний= |видання= |місце=Львів |видавництво=Львівський університет |рік=1968 |том= |сторінки= |сторінок=312 |серія= |isbn= |тираж=}}
* {{МГЕ|nocat=1}}

== Посилання ==
* [http://www.pharmencyclopedia.com.ua/article/526/silicij СИЛІЦІЙ] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160803145129/http://www.pharmencyclopedia.com.ua/article/526/silicij |date=3 серпня 2016 }} //[[Фармацевтична енциклопедія]]
[[Категорія:Кремній|*]]
[[Категорія:Мікроелементи]]
[[Категорія:Хімічні елементи]]
[[Категорія:Період 3 періодичної системи елементів]]