Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby udostępnić materiał Dodaj całą stronę do teczki

Czy wiesz, że piasek na plaży, naszyjnik z ametystów, szklany wazonik oraz światłowody mają ze sobą wiele wspólnego? Łączy je jeden z najpospolitszych związków chemicznych na Ziemi – krzemionka, czyli tlenek krzemu(IV). Najbardziej pospolitą formą, w jakiej występuje, jest piasek. Jaką drogę musi przebyć, zanim przemieni się w wiele użytecznych przedmiotów?

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • wzór sumaryczny tlenku krzemu(IV);

  • przykłady tlenków kwasowych, zasadowych i obojętnych;

  • wpływ budowy atomu na położenie pierwiastka w układzie okresowym;

  • definicję izotopów.

Nauczysz się
  • badać i opisywać właściwości fizyczne i chemiczne tlenku krzemu(IV);

  • wymieniać występujące w przyrodzie odmiany SiO2 i określać ich zastosowanie;

  • wyjaśniać, dlaczego szkła kwarcowego używa się do produkcji tygli laboratoryjnych i lamp stosowanych w medycynie do leczenia między innymi chorób skóry (głównie łuszczycy i trądziku);

  • uzasadniać sposób przechowywania kwasu fluorowodorowego.

iWebXdSiXt_d5e184

1. Występowanie tlenku krzemu(IV) w przyrodzie

Najbardziej zewnętrzna i najlepiej poznana warstwa skalna Ziemi to skorupa ziemska. Tylko 11 pierwiastków występuje w niej w ilości większej niż 0,1%, co stanowi aż 99,895% masy tej części kuli ziemskiej.

R1OA0WHAn3p5f
Film prezentuje położenie planety Ziemi w układzie okresowym oraz omawia wyrażony w procentach skład pierwiastkowy skorupy ziemskiej.
Polecenie 1
RlSGz4muzILSI
Uzupełnij komórki tabeli, zgodnie z informacjami zawartymi w multimedium.
Polecenie 2
RWY68fMgW3rao
Uszereguj pierwiastki w kolejności od najczęściej występujących w skorupie ziemskiej. Elementy do uszeregowania: 1. żelazo, 2. krzem, 3. tlen, 4. sód, 5. potas, 6. magnez, 7. wapń, 8. glin

Drugim po tlenie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej jest krzem, a tlenek krzemu(IV), zwany zwyczajowo krzemionką, jest równie powszechny jak woda. KrzemionkakrzemionkaKrzemionka to podstawowy składnik piasku, skałskałaskał i gleb. W przyrodzie spotykamy ją zarówno w postaci krystalicznej, o uporządkowanej strukturze wewnętrznej (jako kwarc, trydymit i krystobalit), jak i w formie bezpostaciowej, czyli amorficznejforma amorficznaamorficznej (w przypadku np. agatów, opali, jaspisu, onyksu, ziemi okrzemkowej). Odmiany te charakteryzują się brakiem uporządkowanej struktury wewnętrznej.

Kryształy kwarcu, niezależnie od postaci, w jakiej występują, często zachwycają swoją barwą. Dlatego znajdują zastosowanie jako kamienie ozdobne i jubilerskie. Bezbarwna odmiana kwarcu zwana jest kryształem górskim (od greckiego krystallos – dawniej oznaczającego lód). Zabarwione odmiany krystaliczne to np.:

  • przezroczysty ametyst (którego fioletową barwę wywołuje domieszka żelaza);

  • ciemnobrunatny kwarc, tzw. dymny;

  • żółty cytryn;

  • kwarc różowy (który swoją barwę zawdzięcza domieszkom tytanu lub manganu).

Agat jest wyjątkowo oryginalnym minerałem – nie ma na świecie dwóch identycznych okazów. To jeden z najładniejszych i najciekawszych kamieni. Główną jego ozdobą są przepiękne, naprzemianległe, różnobarwne warstewki. Opal to kamień, który przyciąga uwagę piękną grą barw. Nazwa onyks, z języka greckiego oznaczająca pazur, nawiązuje do twardości, wyglądu i ostrych krawędzi tego minerału. Jaspis z kolei, dzięki związkom żelaza, może być zabarwiony na kolor czerwony, brązowy, żółty lub zielony.

iWebXdSiXt_d5e235

2. Właściwości fizyczne tlenku krzemu(IV)

Badanie właściwości fizycznych krzemionki
Doświadczenie 1
RqQDZDOVhFUYP
Problem badawczy Jakie właściwości fizyczne wykazuje podstawowy składnik piasku?. Hipoteza Tlenek krzemu(IV) to twarda, nierozpuszczalna w wodzie substancja stała, która nie przewodzi prądu elektrycznego. Co będzie potrzebne - tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego; - tlenek krzemu(IV) w postaci kryształu; - woda; - zlewki; - bagietka; - kawałek szyby (lub innego nieutwardzanego szkła); - dwie elektrody grafitowe; - drucik; - bateria; - żarówka. Instrukcja 1. Niewielką ilość tlenku krzemu(IV) umieść w zlewce, nalej wodę, a zawartość zamieszaj bagietką. 2. Kryształ kwarcu wykorzystaj do sprawdzenia, czy substancja ta rysuje szkło. W tym celu potrzyj szkło kryształem kwarcu. 3. Trzecią porcję wprowadź do zlewki, w której należy umieścić dwie elektrody, połączone drucikiem z żarówką i baterią, zamykając obwód elektryczny. Następnie dotknij elektrodami powierzchni kryształu, zamykając obwód.

Czy wiesz jakie właściwości fizyczne wykazuje tlenek krzemu(IV)?

W tym celu wykonano doświadczenie. W oparciu o hipotezę, napisano obserwacje oraz sformułowano odpowiednie wnioski.

Problem badawczy: Jakie właściwości fizyczne wykazuje podstawowy składnik piasku?

Hipoteza: Tlenek krzemu(IV) to twarda, nierozpuszczalna w wodzie substancja stała, która nie przewodzi prądu elektrycznego.

Co było potrzebne:

  • tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego;

  • tlenek krzemu(IV) w postaci kryształu;

  • woda;

  • zlewki;

  • bagietka;

  • kawałek szyby (lub innego nieutwardzanego szkła);

  • dwie elektrody grafitowe;

  • drucik;

  • bateria;

  • żarówka.

Przebieg doświadczenia:

Niewielką ilość tlenku krzemu(IV) umieszczono w zlewce, nalano wodę, a zawartość wymieszano bagietką. Kryształ kwarcu wykorzystano do sprawdzenia, czy substancja ta rysuje szkło. W tym celu potarto szkło kryształem kwarcu. Trzecią porcję wprowadzono do zlewki, w której należało umieścić dwie elektrody, połączone drucikiem z żarówką i baterią, zamykając obwód elektryczny. Następnie dotknięto elektrodami powierzchni kryształu, zamykając obwód.

Obserwacje:

Tlenek krzemu(IV) praktycznie nie rozpuszczał się w wodzie. Szkło zostało zarysowane po przesunięciu kryształu kwarcu po powierzchni szkła. Po zamknięciu obwodu elektrycznego żarówka się nie zaświeciła.

Wnioski

Tlenek krzemu(IV) jest substancją stałą, krystaliczną, nie rozpuszcza się w wodzie. Ze względu na dużą trwałość wiązań między krzemem i tlenem, kwarc jest minerałem twardym. W 10–stopniowej skali twardości Mohsa twardość szkła okiennego wynosi 56, a kwarcu – 7. Po zamknięciu obwodu, w którym umieszczono piasek, żarówka się nie zaświeciła, czyli tlenek krzemu(IV) nie przewodzi prądu elektrycznego.

1
Polecenie 3
R7Lgg0yBs2lLx
Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).
Polecenie 4
RA9z4q9RhwqQX
Wskaż tylko wnioski z przeprowadzonego doświadczenia. Możliwe odpowiedzi: 1. Szkło zostało zarysowane po przesunięciu kryształu kwarcu po powierzchni szkła., 2. Po zamknięciu obwodu, w którym umieszczono piasek, żarówka się nie zaświeciła., 3. Tlenek krzemu(IV) nie przewodzi prądu elektrycznego., 4. Tlenek krzemu(IV) nie rozpuszcza się w wodzie.
Polecenie 5
R1cfMyN6Sz9g9
Uzupełnij brakujące informacje dotyczące właściwości fizycznych tlenku krzemu(IV). Tlenek krzemu(IV) praktycznie 1. większa, 2. stałą, 3. nie rozpuszcza, 4. Nie jest, 5. rozpuszcza, 6. nie przewodzi, 7. Jest, 8. mniejsza, 9. ciekłą, 10. przewodzi się w wodzie, a w warunkach pokojowych jest substancją 1. większa, 2. stałą, 3. nie rozpuszcza, 4. Nie jest, 5. rozpuszcza, 6. nie przewodzi, 7. Jest, 8. mniejsza, 9. ciekłą, 10. przewodzi. 1. większa, 2. stałą, 3. nie rozpuszcza, 4. Nie jest, 5. rozpuszcza, 6. nie przewodzi, 7. Jest, 8. mniejsza, 9. ciekłą, 10. przewodzi w stanie zarysować powierzchnię szkła, ponieważ w skali Mohsa jego twardość jest 1. większa, 2. stałą, 3. nie rozpuszcza, 4. Nie jest, 5. rozpuszcza, 6. nie przewodzi, 7. Jest, 8. mniejsza, 9. ciekłą, 10. przewodzi niż twardość szkła. Ponadto tlenek krzemu(IV) 1. większa, 2. stałą, 3. nie rozpuszcza, 4. Nie jest, 5. rozpuszcza, 6. nie przewodzi, 7. Jest, 8. mniejsza, 9. ciekłą, 10. przewodzi prądu elektrycznego.
1
Polecenie 6

Przeanalizuj twardość poszczególnych minerałów w skali Mohsa. Następnie wskaż, które z poniższych zdań są prawdziwe.

R12hHDZudXSOa
Skala twardości Mohsa
Źródło: Bkell, Krzysztof Jaworski, Didier Descouens, Jarno, Mauro Cateb, Rob Lavinsky, US Government, dostępny w internecie: www.commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Poniżej przedstawiono twardość poszczególnych minerałów w skali Mohsa:

1. talk;

2. gips;

3. kalcyt;

4. fluoryt;

5. apatyt;

6. ortoklaz;

7. kwarc;

8. topaz;

9. korund;

10. diament.

Na jej podstawie wskaż, które z poniższych zdań są prawdziwe.

R1cVMzmQclXCp
Przeanalizuj twardość poszczególnych minerałów w skali Mohsa. Następnie wskaż, które z poniższych zdań są prawdziwe. Możliwe odpowiedzi: 1. Diament zarysowuje kwarc., 2. Fluoryt zarysowuje kalcyt., 3. Ortoklaz jest twardszym minerałem niż gips., 4. Fluoryt nie zarysowuje gipsu., 5. Kwarc zarysowuje topaz., 6. Apatyt jest twardszym minerałem niż ortoklaz.
iWebXdSiXt_d5e332

3. Właściwości chemiczne tlenku krzemu(IV)

Doświadczenie 2
R40na4tZg35SX
Problem badawczy Jakie właściwości chemiczne wykazuje podstawowy składnik piasku?. Hipoteza Tlenek krzemu(IV) to substancja o małej aktywności chemicznej i charakterze kwasowym. Co będzie potrzebne - tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego; - woda; - stężony roztwór wodorotlenku sodu; - stężony roztwór kwasu chlorowodorowego; - probówki; - korki; - łapa do probówek; - palnik gazowy; - wkraplacze; - łyżka. Instrukcja wykonania 1. Zanim przystąpisz do wykonania tego doświadczenia, załóż okulary i rękawice ochronne. 2. Do trzech probówek wprowadź po ok. 5 g piasku kwarcowego. 3. Do pierwszej probówki dodaj wodę, do drugiej wprowadź stężony roztwór wodorotlenku sodu, a do trzeciej stężony roztwór kwasu chlorowodorowego. 4. Zatkaj probówki korkiem i wstrząśnij ich zawartość. 5. Odkorkuj probówki i ogrzewaj je w płomieniu palnika.

Zbadano jakie właściwości chemiczne wykazuje tlenek krzemu(IV).

Problem badawczy:

Jakie właściwości chemiczne wykazuje podstawowy składnik piasku?

Hipoteza:

Tlenek krzemu(IV) to substancja o małej aktywności chemicznej i charakterze kwasowym.

Co było potrzebne:

  • tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego;

  • woda;

  • stężony roztwór wodorotlenku sodu;

  • stężony roztwór kwasu chlorowodorowego;

  • probówki;

  • korki;

  • łapa do probówek;

  • palnik gazowy;

  • wkraplacze;

  • łyżka.

Przebieg doświadczenia:

Zanim przystąpiono do wykonywania tego doświadczenia, należało założyć okulary i rękawice ochronne. Do trzech probówek wprowadzono po około 5 g piasku kwarcowego. Do pierwszej probówki dodano wodę, do drugiej wprowadzono stężony roztwór wodorotlenku sodu, a do trzeciej stężony roztwór kwasu chlorowodorowego. Zatkano probówki korkiem i wstrząśnięto ich zawartość. Odkorkowano probówki i ogrzewano w płomieniu palnika.

Obserwacje:

Tlenek krzemu(IV) nie roztwarzał się i nie reagował z wodą ani z kwasem chlorowodorowym, nawet po ogrzaniu. Roztwarzał się pod wpływem wodorotlenku sodu.

Wnioski:

Tlenek krzemu(IV) jest tlenkiem kwasowym o małej aktywności chemicznej. Nie jest kwasotwórczy. Roztwarza się pod wpływem wodorotlenku sodu, co można opisać równaniem reakcji:

SiO2 +2 NaOHNa2SiO3 +H2O
R8IsSFXme5f3H
W filmie przedstawiono przebieg doświadczenia, w którym zbadano z jakimi substancjami reaguje krzemionka. Doświadczenie przeprowadzono z zachowaniem zasad BHP.
1
Polecenie 7
RakRq42sjYlVU
Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).
R1231PGZ3KhR4
Wskaż poprawną odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. Tlenek krzemu(IV) jest tlenkiem kwasowym, ponieważ roztwarza się w reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku sodu., 2. Tlenek krzemu(IV) jest tlenkiem kwasowym, ponieważ nie roztwarza się w reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku sodu., 3. Tlenek krzemu(IV) jest tlenkiem kwasowym, ponieważ roztwarza się w reakcji z wodnym roztworem kwasu chlorowodorowego., 4. Tlenek krzemu(IV) jest tlenkiem kwasowym, ponieważ nie roztwarza się w reakcji z wodnym roztworem kwasu chlorowodorowego.
Polecenie 8
R1Z0qZkr8HoRP
Tlenek krzemu(IV) jest mało aktywny chemicznie i ma charakter: Możliwe odpowiedzi: 1. zasadowy., 2. kwasowy., 3. obojętny.

Ponadto (czego nie mieliśmy już okazji zaobserwować), analogiczne przemiany zachodzą podczas stapiania tlenku krzemu(IV) z wodorotlenkami, tlenkami zasadowymi i solami, np.:

SiO2+Na2CO3temp.Na2SiO3+CO2

Nie reaguje z kwasami, za wyjątkiem kwasu fluorowodorowego:

SiO2+4 HFSiF4+2 H2O

Ta reakcja jest wykorzystywana między innymi do trawienia szkła, co umożliwia wytrawianie napisów na szkle.

Nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury, ale może wówczas reagować z nielicznymi pierwiastkami, np.:

  • z węglem;

    SiO2+2 Ctemp.Si+2 CO
  • z magnezem.

SiO2+2 Mgtemp.Si+2 MgO

Te reakcje chemiczne wykorzystuje się do otrzymywania krzemu.

Polecenie 9
R1QrTOMH05FoL
Zaznacz prawidłowy zapis równania reakcji tlenku krzemu(IV) z wodorotlenkiem sodu: Możliwe odpowiedzi: 1. SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O, 2. SiO2 + NaOH  NaSiO3 + OH-, 3. SiO2 + 2NaOH → Na2SiO2 + 2OH-, 4. SiO2 + 2NaOH → Na2SiO2 + H2O2
1
Polecenie 10
RStZL5X79xMEQ
(Uzupełnij).
iWebXdSiXt_d5e482

4. Zastosowanie tlenku krzemu(IV)

Już od najdawniejszych czasów ludzie wykorzystywali niezwykłe właściwości krzemionki. MinerałminerałyMinerał, zwany krzemieniem, dzięki swojej twardości służył do krzesania ognia. Jest łupliwy, a jego odłamki mają ostre krawędzie, dlatego był używany przez ludzi w erze paleolitu jako surowiec do produkcji narzędzi kamiennych.

Dziś krzemień jest surowcem wykorzystywanym w przemyśle ceramicznym i używanym do produkcji farb. Powłoki z farb krzemianowych są trwałe, odporne na wilgoć i mają dużą odporność mechaniczną. Są całkowicie niepalne i odporne na rozwój mikroorganizmów. Z krzemienia pasiastego, ze względu na rzadkość występowania, walory estetyczne i odpowiednią twardość, powstaje oryginalna biżuteria oraz ozdoby.

Stopiony kwarc przy powolnym chłodzeniu tworzy tzw. szkło kwarcowe, z którego wytwarza się między innymi lampy w solariach oraz salach szpitalnych, światłowody czy tygle laboratoryjne.

Kryształy kwarcu mają właściwości piezoelektrycznewłaściwości piezoelektrycznewłaściwości piezoelektryczne. Gdy umieścimy je w zmiennym polu elektrycznym, będą się kurczyć i rozszerzać, emitując ultradźwięki. Te umożliwiają uzyskanie obrazów różnych obiektów, co wykorzystano w sonarach – do lokalizacji gór lodowych, ławic ryb, jak i w medycynie – do badania USG.

Kryształy kwarcu służą też do produkcji niezwykle dokładnych zegarów oraz zapalniczek i zapalarek – ze względu na zjawisko piezoelektryczne, polegające na powstawaniu ładunków elektrycznych na powierzchni tego kryształu za sprawą naprężeń mechanicznych.

Jako kamień ozdobny jest eksploatowany w jubilerstwie, a w przemyśle optycznym stanowi składnik wyrobu soczewek i pryzmatów.

Piasek jest podstawowym składnikiem zaprawy murarskiej i cementu oraz surowcem do produkcji wyrobów ceramicznych, a także różnych rodzajów szkła, jak np. okiennego, ozdobnego czy wodnego.

Ciekawym doświadczeniem chemicznym są tzw. chemiczne ogrody. Polega to na dodaniu soli różnych metali przejściowych. Te, w wyniku oddziaływania ze szkłem wodnym, tworzą piękne różnobarwne wykwity, które przypominają szybko rosnące rośliny.

Ponadto z piasku otrzymuje się krzem i jego stopy, wytwarza karborund (węglik krzemu o wzorze sumarycznym SiC, będący twardym materiałem szlifierskim).

Ciekawostka

Sodowe szkło wodne zostało wynalezione przed około 6000 lat przez mieszkańców Teb – starożytnego miasta w górnym Egipcie. To stężony wodny roztwór krzemianu sodu z dodatkiem wodorotlenku sodu, który zapobiega hydrolizie. Do połowy XIX w. nie znaleziono zastosowania dla tej substancji, więc popadła ona w zapomnienie. Dzisiaj szkło wodne pełni wiele funkcji – służy do wyrobu klejów i kitów kwasoodpornych oraz ognioodpornych, wykorzystywanych w budownictwie. Produkuje się z niego żywice silikonowe, używa się go do produkcji proszków do prania, farb, a nawet jako dodatku do żywności. Jest skutecznym środkiem do impregnacji drewna i tkanin.

R1ceAgVMUNDDN
Film przedstawia przeprowadzenie doświadczenia, mające na celu zbadania czy przedmioty (w tym przypadku banknot) pokryte szkłem wodnym przestają być palne.
Polecenie 11
R1QlMeXZr6Fak
Uzupełnij tekst odpowiednimi wyrażeniami. Szkło wodne to 1. kwasowy, 2. ulega, 3. magnezu, 4. rzadką, 5. krzemu, 6. wodny, 7. krzemionki, 8. gaśniczych, 9. wapnia, 10. krzemianów, 11. potasu, 12. ogniotrwałych, 13. ogniotwórczych, 14. niepolarny, 15. nie ulega, 16. lepką roztwór 1. kwasowy, 2. ulega, 3. magnezu, 4. rzadką, 5. krzemu, 6. wodny, 7. krzemionki, 8. gaśniczych, 9. wapnia, 10. krzemianów, 11. potasu, 12. ogniotrwałych, 13. ogniotwórczych, 14. niepolarny, 15. nie ulega, 16. lepką sodu lub 1. kwasowy, 2. ulega, 3. magnezu, 4. rzadką, 5. krzemu, 6. wodny, 7. krzemionki, 8. gaśniczych, 9. wapnia, 10. krzemianów, 11. potasu, 12. ogniotrwałych, 13. ogniotwórczych, 14. niepolarny, 15. nie ulega, 16. lepką. Substancja ta jest 1. kwasowy, 2. ulega, 3. magnezu, 4. rzadką, 5. krzemu, 6. wodny, 7. krzemionki, 8. gaśniczych, 9. wapnia, 10. krzemianów, 11. potasu, 12. ogniotrwałych, 13. ogniotwórczych, 14. niepolarny, 15. nie ulega, 16. lepką cieczą, więc można ją stosować do wyrobu materiałów 1. kwasowy, 2. ulega, 3. magnezu, 4. rzadką, 5. krzemu, 6. wodny, 7. krzemionki, 8. gaśniczych, 9. wapnia, 10. krzemianów, 11. potasu, 12. ogniotrwałych, 13. ogniotwórczych, 14. niepolarny, 15. nie ulega, 16. lepką. Dowolny materiał, pokryty tą substancją, 1. kwasowy, 2. ulega, 3. magnezu, 4. rzadką, 5. krzemu, 6. wodny, 7. krzemionki, 8. gaśniczych, 9. wapnia, 10. krzemianów, 11. potasu, 12. ogniotrwałych, 13. ogniotwórczych, 14. niepolarny, 15. nie ulega, 16. lepką spaleniu w płomieniu palnika.
Polecenie 12
R1aHXagGnWCLH
Po włożeniu banknotu lub drucika zanurzonego w szkle wodnym w płomień palnika, barwa płomienia zmienia się na żółtą. O czym to świadczy? Możliwe odpowiedzi: 1. Zastosowano krzemian sodu, ponieważ kationy sodu barwią płomień palnika na żółto., 2. Zastosowano krzemian potasu, ponieważ kationy potasu barwią płomień palnika na żółto., 3. Krzemian ulega spaleniu niecałkowitemu w płomieniu palnika., 4. Do płomienia dostarczana jest zbyt mała ilość tlenu, aby zachodziło spalanie całkowite paliwa.
RxlTWuYzQNkp8
W filmie przedstawiono tworzenie chemicznych ogrodów wodnych, z zastosowaniem kolorowych soli w środowisku rozcieńczonego roztworu szkła wodnego.
Polecenie 13
R3tTS2gr6SpQc
Dopasuj zabarwienie soli do jej wzoru sumarycznego. Ca(NO3)2 Możliwe odpowiedzi: 1. biała, 2. jasnoróżowa, 3. niebiesko-zielona, 4. brązowo-żółta, 5. zielona Ni(NO3)2 Możliwe odpowiedzi: 1. biała, 2. jasnoróżowa, 3. niebiesko-zielona, 4. brązowo-żółta, 5. zielona Fe(NO3)2 Możliwe odpowiedzi: 1. biała, 2. jasnoróżowa, 3. niebiesko-zielona, 4. brązowo-żółta, 5. zielona Cu(NO3)2 Możliwe odpowiedzi: 1. biała, 2. jasnoróżowa, 3. niebiesko-zielona, 4. brązowo-żółta, 5. zielona Mn(NO3)2 Możliwe odpowiedzi: 1. biała, 2. jasnoróżowa, 3. niebiesko-zielona, 4. brązowo-żółta, 5. zielona
iWebXdSiXt_d5e539

5. Krzem − pierwiastek życia i elektroniki

Właściwości fizyczne i chemiczne krzemu

Krzem to substancja stała o barwie ciemnoszarej i metalicznym połysku. Tworzy kryształy podobne do kryształów diamentu. Jest półprzewodnikiem. To pierwiastek twardy (6,5 w skali Mohsa) i kruchy zarazem. Ma wysoką temperaturę topnienia (1863 K), podczas którego zmniejsza swoją objętość, podobnie jak woda. Jest mało aktywny chemicznie. Nie reaguje z wodą ani z kwasami, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego. W temperaturze pokojowej, krzem reaguje tylko z fluorem, tworząc czterofluorek krzemu – SiF4. Równanie reakcji jest następujące:

Si+2 F2SiF4

Po ogrzaniu wchodzi w reakcje z tlenem i azotem, dzięki czemu w temperaturach około 1000 K powstają tlenek krzemu SiO2 i azotek krzemu Si3N4:

Si+O2 temp.SiO2
3 Si+2 N2temp.Si3N4

W temperaturach powyżej 2300 K reaguje między innymi z węglem, tworząc węglik krzemu:

Si+Ctemp. SiC

W wysokich temperaturach reaguje także z metalami, tworząc krzemki np. Mg2Si.

Si+2 Mgtemp.Mg2Si
RbA5OxsnhtLnB
Krzem
Źródło: Krzysztof Jaworski, Grażyna Makles, Enricoros, epodreczniki.pl, dostępny w internecie: http://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY 3.0.
R1cA8K307Uwy2
Właściwości chemiczne krzemu
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0.

Otrzymywanie krzemu

W warunkach laboratoryjnych można go otrzymać z krzemionki, którą wówczas redukuje się magnezem. Na skalę przemysłową krzem jest produkowany przez prażenie krzemionki, węgla i żelaza w piecu elektrycznym. Do zapoczątkowania tych procesów potrzebna jest wysoka temperatura – ponad 2273 K. Wydzielony krzem uwalnia się od domieszek tlenku magnezu oraz resztek substratów przez kolejne traktowanie spieku kwasem solnym, a następnie fluorowodorem. W przemyśle elektronicznym potrzebny jest bowiem krzem o wysokiej czystości.

Zastosowanie krzemu

Wkroczył na arenę elektroniki na początku lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Kiedy w 1947 r. został skonstruowany tranzystor ostrzowy, uznano go za jedno z największych osiągnięć XX w. Dziś tranzystory są coraz mniejsze, szybsze i mniej energochłonne. Obecnie krzem służy do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych, wafli do wytwarzania chipów krzemowych, kolektorów słonecznych, żaroodpornych płytek, którymi pokrywa się powierzchnie statków. Ponadto stosuje się go jako dodatek stopowy, ponieważ poprawia właściwości kwasoodporne stali. Stopy krzemu z glinem są używane do odlewów. Z kolei dietetycy nazywają go pierwiastkiem zdrowia i długowieczności.

iWebXdSiXt_d5e609

Podsumowanie

  • Tlenek krzemu(IV) występuje w przyrodzie w postaci krystalicznej, głównie jako kwarc, oraz bezpostaciowej – jako opal i ziemia okrzemkowa.

  • Tlenek krzemu(IV) to ciało stałe, krystaliczne, bezbarwne, nierozpuszczalne w wodzie ani w innych popularnych rozpuszczalnikach. To substancja o wysokiej temperaturze topnienia i dużej twardości.

  • Tlenek krzemu(IV) wykazuje małą aktywność chemiczną; nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury, nie reaguje z wodą, kwasami (wyjątkiem jest kwas fluorowodorowy), po ogrzaniu reaguje z tlenkami i wodorotlenkami metali oraz z nielicznymi pierwiastkami, np. z węglem, magnezem. Zalicza się go do tlenków o charakterze kwasowym.

Praca domowa
1
Polecenie 14.1

Uzupełnij puste miejsca w równaniach reakcji chemicznych.

  1. SiO2 + …  temp. K4SiO4 + 2H2O

  2. … + …NaOH  temp.  Na2SiO3H2O

  3. … + …C  temp.  Si + 2CO

  4. SiO+ …HF → … + …

ROiMrk5DGRRTB
Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
Polecenie 14.1

Wykorzystując podane poniżej wyrażenia, uzupełnij puste miejsca w równaniach reakcji chemicznych.

RyKhTRaLOvHIg
1. SiO2+1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2Otemp.K4SiO4+2 H2O

2. 1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2O+1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2ONaOHtemp.Na2SiO3+H2O

3. 1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2O+1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2O Ctemp.Si+2 CO

4. SiO2+1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2O HF1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2O+1. HF, 2. H2O, 3. 4 KOH, 4. 2, 5. 4, 6. SiF4, 7. KOH, 8. 3, 9. 2, 10. SiO2, 11. SiO2, 12. 2 SiO2, 13. 2 H2O
1
Polecenie 14.2

Na plażę często zabieramy aparat fotograficzny. Odpowiedz, dlaczego powinniśmy zakładać osłonę na obiektyw?

R1FD8P67kqCOi
Odpowiedź: (Uzupełnij).
iWebXdSiXt_d5e695
Amedeo Avogadro (znany też jako Amadeo Avogadro)Amedeo Avogadro (znany też jako Amadeo Avogadro)
R15ZBsdfSfERX1
Źródło: dostępny w internecie: www.wikipedia.org, domena publiczna.

Amedeo Avogadro (znany też jako Amadeo Avogadro)

Karierę zawodową rozpoczął jako prawnik. Następnie został profesorem fizyki matematycznej. Avogadro stwierdził, że równe objętości wszystkich gazów, w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia, zawierają jednakowe liczby cząsteczek (prawo Avogadra).
Jego hipoteza była kluczem do rozwiązania wielu problemów, przed którymi stanęły nauki chemiczne XIX w.
Liczbę NA=6,02·10-23, związaną z definicją mola, jednej z podstawowych jednostek układu SI, nazwano od nazwiska uczonego liczbą Avogadra.

Carl Friedrich Christian Mohs
RY8lAcqdKBHvM1
Źródło: Josef Kriehuber, edycja: Krzysztof Jaworski, dostępny w internecie: www.commons.wikimedia.org, domena publiczna.

Carl Friedrich Christian Mohs

Studiował chemię, matematykę i fizykę na Uniwersytecie w Halle, a także mineralogię na Akademii Górniczej we Freibergu. W 1802 r. przeniósł się do Austrii, gdzie zajmował się badaniem i klasyfikacją minerałów. Największym, najbardziej znanym i powszechnie wykorzystywanym do dziś osiągnięciem Mohsa jest zaproponowana przez niego w 1812 r. dziesięciostopniowa skala twardości minerałów. Pozwala ona określać stopień odporności minerałów twardszych na zarysowania przez minerały bardziej miękkie.

Słownik

forma amorficzna
forma amorficzna

forma bezpostaciowa, w której nie ma uporządkowania struktury tak, jak w strukturze krystalicznej

krzemionka
krzemionka

tlenek krzemu(IV)

minerały
minerały

naturalne, jednorodne składniki skorupy ziemskiej o charakterystycznym składzie i specyficznych właściwościach fizycznych; większość z nich jest częścią ciał krystalicznych o uporządkowanej budowie wewnętrznej, w której atomy i jony zajmują ściśle określone miejsce, tworząc sieć przestrzenną; minerały łączą się ze sobą w formy zwane skałami

podział skał ze względu na sposób powstawania
podział skał ze względu na sposób powstawania
R1CaCjJSIyPw5
Podział skał ze względu na sposób powstawania
Źródło: Dake, Zumthie, Piotr Sosnowski, Grażyna Makles, Krzysztof Jaworski, dostępny w internecie: (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Granite_softgreen.jpg, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bentheimer-Sandstein.jpg, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Marmur_z_serpentynitem.jpg, licencja: CC BY-SA 3.0.
skala twardości Mohsa
skala twardości Mohsa

skala twardości minerałów, opracowana przez niemieckiego fizyka i chemika – Friedricha Mohsa w 1812 r.; dziesięciostopniowa skala stosowana do określania stopnia odporności twardszych minerałów na zarysowania przez materiały bardziej miękkie; pozwala określić, który minerał jest twardszy od innego, ale nie określa, o ile

skała
skała

naturalny zespół jednego lub wielu różnych minerałów powstały w wyniku różnych procesów geologicznych lub kosmologicznych, tworzący podstawowy składnik skorupy ziemskiej

właściwości piezoelektryczne
właściwości piezoelektryczne

zjawisko polegające na powstawaniu ładunków elektrycznych na powierzchni tego kryształu

iWebXdSiXt_d5e973

Ćwiczenia

Pokaż ćwiczenia:
1
Ćwiczenie 1
RRd8tSSEFHOGc1
Połącz w pary ilustracje z nazwami spotykanych w przyrodzie odmian tlenku krzemu(IV).
Źródło: dostępny w internecie: www.commons.wikimedia.org, domena publiczna.
RR70szcyHVvCV1
Opal Możliwe odpowiedzi: 1. Kamień o pięknej grze barw, 2. element 2 prawy, 3. element 5 prawy, 4. element 3 prawy, 5. element 4 prawy Agat Możliwe odpowiedzi: 1. Kamień o pięknej grze barw, 2. element 2 prawy, 3. element 5 prawy, 4. element 3 prawy, 5. element 4 prawy Kryształ górski Możliwe odpowiedzi: 1. Kamień o pięknej grze barw, 2. element 2 prawy, 3. element 5 prawy, 4. element 3 prawy, 5. element 4 prawy Cytryn Możliwe odpowiedzi: 1. Kamień o pięknej grze barw, 2. element 2 prawy, 3. element 5 prawy, 4. element 3 prawy, 5. element 4 prawy Ametyst Możliwe odpowiedzi: 1. Kamień o pięknej grze barw, 2. element 2 prawy, 3. element 5 prawy, 4. element 3 prawy, 5. element 4 prawy
1
Ćwiczenie 2
R3WSUAWVD99WW
Łączenie par. Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe.. Tlenku krzemu(IV) ma charakter kwasowy.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Tlenek krzemu(IV) reaguje z kwasami.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Krzem to pierwiastek, który zajmuje drugie miejsce we Wszechświecie ze względu na rozpowszechnienie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Krzemionka to ciało stałe, twarde, o wysokiej temperaturze topnienia, aktywne chemicznie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Szkło kwarcowe jest wrażliwe na nagłe zmiany temperatury.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Tlenek krzemu(IV) nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Do wyrobu narzędzi i broni kiedyś używano krzemianów.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 3
RIJAASfA9hFQL
Uzupełnij poniższe zdania, wybierając brakujące elementy z listy. Trawienie szkła polega na 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje się krzemionki, w wyniku jej reakcji z kwasem 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje.
Kwas fluorowodorowy 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje być przechowywany w naczyniach szklanych i porcelanowych, ponieważ 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje z krzemionką.
W skali Mohsa, twardość kwarcu jest 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje od diamentu i 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje od szkła.
Krzem otrzymujemy w reakcji 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje z 1. tlenku krzemu(IV), 2. magnezem, węglem, 3. większa, 4. roztwarzaniu, 5. krzemianu, 6. może, 7. większa, 8. mniejsza, 9. solnym, 10. fluorowodorowym, 11. mniejsza, 12. nie może, 13. rozpuszczaniu, 14. wodorotlenkiem sodu, 15. reaguje, 16. nie reaguje.
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 4
R1ZnEiU7omseE
Krzem i jego związki znajdują wiele zastosowań w różnych gałęziach gospodarki. Połącz w pary nazwy substancji z ich zastosowaniem. silikażel Możliwe odpowiedzi: 1. impregnacja drewna, papieru, tkanin, wyrób kitów żaroodpornych i kwasoodpornych, 2. zapalniczki piezoelektryczne, także do wyrobu sonarów, pryzmatów, produkcji szkła laboratoryjnego i wyrobów jubilerskich, 3. produkcja cementu, szkła i zaprawy murarskiej, 4. środek suszący kwarc Możliwe odpowiedzi: 1. impregnacja drewna, papieru, tkanin, wyrób kitów żaroodpornych i kwasoodpornych, 2. zapalniczki piezoelektryczne, także do wyrobu sonarów, pryzmatów, produkcji szkła laboratoryjnego i wyrobów jubilerskich, 3. produkcja cementu, szkła i zaprawy murarskiej, 4. środek suszący szkło wodne Możliwe odpowiedzi: 1. impregnacja drewna, papieru, tkanin, wyrób kitów żaroodpornych i kwasoodpornych, 2. zapalniczki piezoelektryczne, także do wyrobu sonarów, pryzmatów, produkcji szkła laboratoryjnego i wyrobów jubilerskich, 3. produkcja cementu, szkła i zaprawy murarskiej, 4. środek suszący piasek kwarcowy Możliwe odpowiedzi: 1. impregnacja drewna, papieru, tkanin, wyrób kitów żaroodpornych i kwasoodpornych, 2. zapalniczki piezoelektryczne, także do wyrobu sonarów, pryzmatów, produkcji szkła laboratoryjnego i wyrobów jubilerskich, 3. produkcja cementu, szkła i zaprawy murarskiej, 4. środek suszący
Źródło: Grażyna Makles.
2
Ćwiczenie 5
RWOuTnuWm1n4S
Uzupełnij poniższy tekst, przeciągając brakujące określenia. SiO2, czyli 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła, jest 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła. Przyglądając się drobinom piasku, można stwierdzić, że krzemionka ma postać 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła. Związek ten 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła się w wodzie i innych popularnych rozpuszczalnikach. Ze względu na dużą trwałość wiązań między krzemem i tlenem, kwarc jest minerałem 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła. Po zamknięciu obwodu z SiO2, żarówka się 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła, co oznacza, że krzemionka 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła prądu elektrycznego. Tlenek krzemu(IV) jest związkiem o 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła aktywności chemicznej. Związek ten 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła ani z wodą, ani z kwasem solnym, a 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła z wodorotlenkiem sodu, dając tym samym 1. kwas, 2. nie rozpuszcza, 3. tlenek krzemu(IV), 4. substancją stałą, 5. małej, 6. krystaliczną, 7. nie reaguje, 8. sól, 9. nie przewodzi, 10. twardym, 11. reaguje, 12. wodorotlenek, 13. nie zaświeciła.
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 6
R1YY4NAq1HsBG
Odpowiedz na pytania lub uzupełnij tekst. 1. Nazwa należącego do 14. grupy układu okresowego pierwiastka, którego elektrony w stanie podstawowym są rozmieszczone na trzech powłokach elektronowych., 2. Szkło stosowane do produkcji światłowodów., 3. Na zjawisku piezoelektrycznym opiera się budowa kwarcowego..., 4. Odmiana kwarcu o fioletowym zabarwieniu., 5. Skała osadowa, wykorzystywana przez człowieka w prehistorii jako materiał do wyrobu narzędzi, broni i do krzesania ognia., 6. Sole kwasu krzemowego., 7. Charakter chemiczny tlenku krzemu(IV)., 8. Nazwa zwyczajowa węgliku krzemu., 9. Wielkocząsteczkowe związki krzemoorganiczne, które mogą być m.in. wykorzystywane w budownictwie jako materiały uszczelniające i łączące., 10. Najczęściej spotykany w przyrodzie minerał, którego składnikiem jest SiO2.
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY-SA 3.0.
RHWEasSwBbhuM
Nazwa należącego do 14. grupy układu okresowego pierwiastka, którego elektrony w stanie podstawowym są rozmieszczone na trzech powłokach elektronowych.
1. krzem
2
Ćwiczenie 7
RtGxnd8dZWZ96
Odszukaj krzem w układzie okresowym, określ jego położenie, liczbę atomową oraz opisz budowę atomu tego pierwiastka. Uzupełnij puste miejsca, wybierając brakujące elementy z listy. Krzem znajduje się w 1. 14 protonów, 14 elektronów i 14 neutronów, 2. 14, 3. Z = 14, 4. 14, 5. 14 protonów, 14 elektronów i 28 neutronów, 6. 4, 7. 3, 8. 3, 9. 14, 10. 3, 11. 28 protonów, 28 elektronów i 28 neutronów, 12. 4, 13. IV B, 14. Z = 28, 15. A = 14. grupie i w 1. 14 protonów, 14 elektronów i 14 neutronów, 2. 14, 3. Z = 14, 4. 14, 5. 14 protonów, 14 elektronów i 28 neutronów, 6. 4, 7. 3, 8. 3, 9. 14, 10. 3, 11. 28 protonów, 28 elektronów i 28 neutronów, 12. 4, 13. IV B, 14. Z = 28, 15. A = 14. okresie układu okresowego pierwiastków chemicznych.
Jego liczba atomowa to 1. 14 protonów, 14 elektronów i 14 neutronów, 2. 14, 3. Z = 14, 4. 14, 5. 14 protonów, 14 elektronów i 28 neutronów, 6. 4, 7. 3, 8. 3, 9. 14, 10. 3, 11. 28 protonów, 28 elektronów i 28 neutronów, 12. 4, 13. IV B, 14. Z = 28, 15. A = 14.
W skład izotopu krzemu 28Si wchodzi: 1. 14 protonów, 14 elektronów i 14 neutronów, 2. 14, 3. Z = 14, 4. 14, 5. 14 protonów, 14 elektronów i 28 neutronów, 6. 4, 7. 3, 8. 3, 9. 14, 10. 3, 11. 28 protonów, 28 elektronów i 28 neutronów, 12. 4, 13. IV B, 14. Z = 28, 15. A = 14.
Atom krzemu dysponuje 1. 14 protonów, 14 elektronów i 14 neutronów, 2. 14, 3. Z = 14, 4. 14, 5. 14 protonów, 14 elektronów i 28 neutronów, 6. 4, 7. 3, 8. 3, 9. 14, 10. 3, 11. 28 protonów, 28 elektronów i 28 neutronów, 12. 4, 13. IV B, 14. Z = 28, 15. A = 14 elektronami walencyjnymi.
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY-SA 3.0.
3
Ćwiczenie 8

Jak już wiesz, krzem znajduje liczne zastosowania w elektronice – np. jako materiał do produkcji układów scalonych. Jednak wymaga się, aby surowiec ten był w formie monokryształu. Metodę otrzymywania monokryształu krzemu wynalazł polski chemik, Jan Czochralski. Przeczytaj krótki opis oraz zapoznaj się ze schematem etapów otrzymywania monokryształu krzemu, a następnie wykonaj polecenie. Skorzystaj ze słownika zamieszczonego pod zadaniem.

The Czochralski method, also known as Czochralski technique or Czochralski process, is a method of crystal growth used to obtain single crystals of semiconductors (e.g. silicon), metals, salts and synthetic gemstones. This method is named after Polish chemist Jan Czochralski, who invented the method in 1915. He discovered it by accident: instead of dipping his pen into his inkwell, he dipped it in molten tin, and drew a tin filament, which later proved to be a single crystal.

R1ULJ21Rg7ynu
Metoda otrzymywania monokryształu
Źródło: dostępny w internecie: snappygoat.com, domena publiczna.
RREZc6P3PIJmV
Single crystal of silicon producted with the Czochralski process.
Źródło: Warut Roonguthai, dostępny w internecie: www.commons.wikimedia.org, domena publiczna.
RYIE9aRYW4ypM
Uporządkuj etapy otrzymywania monokryształu krzemu. Elementy do uszeregowania: 1. roztopienie polikrzemu, 2. rozpoczęcie wzrostu kryształu, 3. wprowadzenie zarodka krystalizacji, 4. otrzymanie gotowego monokryształu, 5. wyjmowanie kryształu z cieczy, 6. domieszkowanie (np. metalami)
Glossary

Bibliografia

Bielński A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2012, wyd. 6.

Encyklopedia PWN.

Pazdro K. M., Chemia. Pierwiastki i związki nieorganiczne, Warszawa 2012.

bg‑gray3

Notatnik

RBpPzNSDb71nc
(Uzupełnij).
Aplikacje dostępne w
Pobierz aplikację ZPE - Zintegrowana Platforma Edukacyjna na androida