При восстановлении SiO2 кремнием при высоких температурах образуется оксид кремния (II)SiO.
Для кремния характерно образование кремнийорганических соединений, в которых атомы кремния соединены в длинные цепочки за счет мостиковых атомов кислорода —О—, а к каждому атому кремния, кроме двух атомов О, присоединены еще два органических радикала R1 и R2 = CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 и др.
Для травления кремния наиболее широко используют смесь плавиковой и азотной кислот. Некоторые специальные травители предусматривают добавку хромового ангидрида и иных веществ. При травлении кислотный травильный раствор быстро разогревается до температуры кипения, при этом скорость травления многократно возрастает.
4. Si+2HNO3=SiO2+NO+NO2+H2O
5. SiO2+4HF=SiF4+2H2O
6. 3SiF4+3H2O=2H2SiF6+↓H2SiO3
Для травления кремния могут использоваться водные растворы щелочей. Травление кремния в щелочных растворах начинается при температуре раствора более 60°С.
3. Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2↑
4. K2SiO3+2H2O↔H2SiO3+2KOH
представляет материал о наиболее стойком природном соединении кремния - оксиде кремния (IV). Это кремнезем, кварц, прозрачные кристаллы кварца – горный хрусталь, мелкокристаллическая разновидность кварца – яшма, мелкие зерна кварца – песок (все образцы представлены на выставке и демонстрируются). Чрезвычайно распространены в природе также силикаты.
12
Например:
Каолинит является главной составной частью белой глины.
Из искусственных силикатов наибольшее значение имеют керамика, стекло и цемент. Познакомимся с производством некоторых из материалов, выпускаемых силикатной промышленностью, подробнее.
13
Кремний – Биогенный элемент
В организме человека содержание кремния составляет 7-10 г., он содержится в крови, в мышцах, в иммунокомпетентных органах – вилочковой железе и надпочечниках. Кремний – основной структурный элемент в организме человека, если кальций является элементом жестких костных структур опорно-двигательного аппарата, то кремний – элемент гибких структур, он необходим для образования и развития соединительной ткани, которая широко представлена в нашем организме – кости, суставы, хрящи, сухожилия, хрусталик глаза, сосуды, а также кожа, слизистые оболочки, волосы и ногти. Соединительная ткань обладает свойством, отличающим её от других тканей организма – способностью к регенерации (восстановлению). Высокое содержание кремния в соединительной ткани связано с его присутствием в составе белковых комплексов, образующих остов тканей и придающих им прочность и упругость. Кремний участвует в химических реакциях, скрепляющих отдельные волокна коллагена и эластина, профилактирует образование морщин, нормализует гидратацию кожи, укрепляет волосы и ногти. Соединения кремния являются необходимыми активаторами процессов регенерации соединительной ткани в организме человека, они ускоряют обменные процессы в организме, оказывают стимулирующее действие на рост клеток кожи, выработку коллагена, эластина и кератина. Известна способность кремния структурировать воду и жидкости организма, он снижает поверхностное натяжение воды, делая ее более биологически усваиваемой, таким образом кремний способствует гидратации клеток и тканей. Выявлено, что у детей насыщенность тканей организма жидкостью выше, чем у пожилых людей, поэтому кремний играет немалую роль в предотвращении процессов старения организма. Являясь структурным антиоксидантом, кремний блокирует процессы перекисного окисления липидов, что положительно сказывается на усилении защитной функции кожи и повышении устойчивости волос и ногтей к окислительному действию свободных радикалов. Поскольку биологический возраст человека определяется именно скоростью обменных процессов, то недостаток кремния в организме является одной из причин старения.
Научные исследования доказали, что кремний участвует в метаболизме более 70 микроэлементов (кальция, магния, фтора, натрия, серы, алюминия, цинка, молибдена, марганца, кобальта и многих других), они не усваиваются, если в организме не хватает кремния. Дефицит кремния в организме влечёт за собой микроэлементозы, расстройства функций многих систем организма и нарушения обмена веществ. Нарушение кремниевого обмена ведет к анемии, остеопорозу, выпадению волос, болезням суставов, туберкулезу, диабету, рожистым воспалениям кожи, желчно- и мочекаменной болезни
Давно известна уникальная способность кремния очищать живые организмы, его органические соединения могут образовывать в водной среде организма биоэлектрически заряженные системы, которые «приклеивают» к себе вирусы гриппа, гепатита, герпеса, болезнетворные микроорганизмы, грибки и дезактивирует их. Известно, что дефицит кремния всегда сопровождается дисбактериозом, наиболее частым проявлением которого являются кандидозы, проявляющиеся в виде язвенного поражения слизистой полости рта, носа, верхних дыхательных путей, пищеварительного тракта и мочеполовой системы. Коллоиды кремния образуют с кандидами и их токсинами комплексные соединения и выводят их из организма. Нормальная флора кишечника, к которой относятся бифидо- и лактобактерии, не обладает свойством соединяться с коллоидными системами кремния и остается в кишечнике, что очень важно для нормального функционирования
14
пищеварительного тракта. Нельзя не упомянуть о значении кремния для иммунной системы: клетки крови, отвечающие за защитные функции организма (моноциты, лимфоциты) и вырабатывающие защитные антитела, – являются представителями соединительной ткани. Именно поэтому при дефиците кремния снижается иммунитет и возникают различные заболевания, которые носят затяжной характер, чаще всего это гнойные процессы – фурункулёзы, абсцессы, гаймориты, отиты, тонзиллиты, длительно незаживающие раны и свищи. Уже доказано, что многие тяжёлые болезни (рак, туберкулёз, проказа, катаракта, гепатит, дизентерия, ревматизм, артриты) связаны либо с недостатком кремния в тканях, либо с нарушением его обмена. Кремний оказывает противовоспалительное и иммуностимулирующее действие при респираторных инфекциях и хроническом бронхите, снижает аллергическую реакцию при бронхиальной астме. Учёные давно обратили внимание на тот факт, что в областях, где почвы богаты кремнием, крайне редко встречаются онкологические заболевания.
Мы получаем кремний с водой, растительной и животной пищей, суточная потребность в кремнии составляет 20-30 мг, особенно нуждаются в кремнии беременные женщины, кормящие матери и дети. В детском организме активно формируются органы и системы и потребность в связующем элементе значительно выше, чем у взрослого человека. При дефиците кремния в детском организме развивается рахит, разрушаются зубы и прогрессирует кариес, дети отстают в физическом и интеллектуальном развитии. У взрослых к кариесу присоединяется выпадение волос, хрупкость и ломкость ногтей. С возрастом поступление в организм кремния уменьшается, его место в костях занимает кальций, поэтому кости теряют упругость, твердеют, становятся хрупкими, возникает остеопороз. Примерно таким же образом в организме развивается остеохондроз: межпозвонковые хрящи наполняются кальцием, теряют свою эластичность, истончаются, ухудшается их подвижность. При уменьшении количества кремния в организме кальций не усваивается костной тканью, в виде он солей откладывается в суставах, а в виде песка и камней – в желчном пузыре и почках, провоцируя возникновение подагрического синдрома. В процессе старения значительно возрастает опасность переломов, доказано, что в месте перелома идёт мощное накопление кремния и его количество увеличивается в 50 раз по сравнению со здоровыми участками кости. Организм посылает его в проблемное место «на помощь» для скорейшего формирования новой костной ткани. Поступление в организм кремния способствует фиксации кальция в костях, улучшает эластичность и тонус мышц, укрепляет связки и хрящевую ткань суставов. Известно, что о возрасте человека можно судить по состоянию его сосудов. В 1957 году французские учёные описали факты, подтверждающие, что при атеросклерозе наблюдается очень низкое содержание кремния в стенках сосудов. При дефиците кремния его замещает кальций, поэтому уменьшается эластичность сосудов и одновременно с этим возрастает проницаемость их стенок, через образовавшиеся дефекты из тканей в кровь проникает холестерин и оседает на стенках сосудов, образуя холестериновые бляшки. Этот процесс приводит к сужению сосудов и вызывает стенокардию, инфаркт, аритмию, инсульт, гипертонию, психические нарушения, ухудшение памяти и т.д. При дефиците кремния страдает эластичность и венозных сосудов, вены растягиваются и изменяют своё положение, появляется варикозная болезнь нижних конечностей. Достаточное количество кремния в суточном рационе способно восстановить внутреннюю оболочку сосудов, возвратить им эластичность, улучшить венозную циркуляцию и поможет снизить холестерин низкой плотности. Кремний является универсальным и абсолютно безопасным стимулятором выработки энергии в организме при его поступлении в клетках организма
15
происходит активный синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) – молекулы, обеспечивающей энергией все биохимические процессы, протекающие в клетках.
Биологическая роль
Для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Большие количества кремния концентрируют хвощи и злаки, в первую очередь — подсемейства Бамбуков и Рисовидных, в том числе — рис посевной. Мышечная ткань человека содержит (1-2)×10−2% кремния, костная ткань — 17×10−4%, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1 г кремния.