Кремний. 
Распространение в природе и использование в современной технике. 
Важнейшие соединения кремния: оксиды и силикаты

Кремний и его бескислородные соединения.

Кремний Si (до 1834 г. в России назывался «кремнеземий», за рубежом — «силиций»), элемент No 14, IУ группы Периодической системы Д. И. Менделеева. Кремний был получен из его фторида восстановлением калием в 1811 г. Н. Гей-Люссаком и Л. Тенаром, но идентифицирован в 1823 г. И. Берцелиусом. Известно 12 изотопов кремния от 25Si до 36Si, из которых лишь 3 стабильных (28Si, 29Si, 30Si).

Кремний синтезировался на конечной стадии Большого взрыва, приведшего к образованию метагалактики, а также в недрах массивных звезд (значительно больших, чем Солнце) при температуре порядка 109К по реакции типа:

4He + 24Mg = 28Si + гквант.

Кремнезем и силикаты, составляющие по массе более 90% земной коры, входят в состав поверхностных слоев Луны, Венеры, Меркурия, Марса, ряда спутников больших планет Солнечной системы, космической пыли. Кремний присутствует в атмосферах Солнца и звезд.

Пo распространенности в космосе и атмосферах звезд (включая и Солнце крайний занимает 8-е место, а в земной коре — 2-е (после кислорода). Плотность элементарного кремния кубической сингонии (структура типа алмаза, но твердость незначительна) — 2330 кг/м3.

В связи с использованием кремния в качестве полупроводника и в металлургии, в том числе и в виде сплавов о алюминием (силикоалюминий), кальцием, магнием, железом (ферросилиций), марганцем и другими металлами его значимость резко возрастает. Для массовой продукции металлургического назначения получают 5 марок кремния с количеством примесей 1−4%. При этом может быть использована реакция, протекающая при 1900°С:

SiO2 + 2С = Si + 2CO^.

Карбид кремния SiС (карборунд) относится к числу его наиболее важных бескислородных соединений и может быть получен, например при 2200 °C, по реакции:

SiO2 + 3С = SiC + 2CO^.

Карбид кремния обладает плотностью 3226 кг/м3, плавится инконгруэнтно при 2830 °C. Это соединение отличается исключительно высокой твердостью (9,5 по шкале Мооса). Электрическая проводимость его при 1300 °C около 10−3 Ом-1Чм-1; теплопроводность около 10 Вт/(мЧК), коэффициент линейного теплового расширения 5,7Ч10−6К-1. В связи с этим SiC является важным материалом для изготовления абразивов, электронагревателей («cилитовые» стержни), теплопередающих устройств.

Нитрид кремния Si3N4. С азотом кремний образует несколько соединений, из которых наиболее устойчив нитрид Si3N4, получающийся, например, по реакции.

3SiO2 +2N2 + 6С = Si3N4 + 6CO^.

Изделия из нитрида кремния обладают значительной теплои абразивной устойчивостью, в связи с чем это соединение, а также оксинитрид синоит Si2N2O2 используют для изготовления деталей газовых турбин, чехлов термопар погружения, в реактивной технике, а в настоящее время и в машиностроении.

Силициды. Соединения кремния с металлами — силициды — имеют весьма большое значение для техники. Силициды магния и кальция используются для синтеза различных сложных кремнийорганических соединений и как сильные восстановители.

B системе Si — O образуется 2 соединения: Si0 — устойчивое в газовой фазе, метастабильное в твердой (кубической сингонии) плотность 2150 кг/м3, N= 1.975), используется в полупроводниковой технике и SiO2 — диоксид кремния, устойчивый в конденсированном состоянии (твердая фаза, расплав) и более чем на 90% разлагающийся в газообразной фазе.

Диоксид кремния (кремнезем) SiO2, M = 60,08 — один из самых распространенных оксидов в межзвездной пыли, коре и мантии Земли, а также породах поверхности Марса, Венеры, Меркурия и Луны. В земной коре SiO2, более 60%, в том числе в свободном состоянии 12% (обычно в виде кварца).

В природе наиболее широко распространен кварц, образующий мелкие (до 2 мм) кристаллы, но иногда находящийся и в виде огромных масс.