Алынуы. Кремнийді алу үшін, ақ қиыршық ұсақ құмды магниймен араластырып қыздырады:
SiO2+2Mg=2MgO+Si+89 ккал.
Кремнийді MgO және реакцияласпай қалған SiO2-ден тазарту үшін, рекациядан шыққан массаны тұз қышқылымен және фторсутек қышқылымен әрекеттейді. Магнийдің орнына тотықсыздандырғыш ретінде алюминий, көміртек алуға болдаы.
Мұнда шығатын аморфты кремний, сұр түсті ұнтақ зат, меншікті салмағы 2,35 жуық. Кремнийді балқыған металда ерітіп қайта кристалдауға болады, онда кристалдық кремний түзіледі; бұл болат сияқты сұр, металдық жылтыры бар, қатты кристалдық зат, меншікті салмағы 2,4.
Кремнийдің сыртқы электрондық структурасы 3s²3p², оның атомында sp³-гибридизация болады. ол оған үш өлшемді, алмаз тәрізді тұрақты структура береді.
Кремний түрлі құймалардың құрамына араластыруға қолданылады. Мысалы, кремний көп қосылған темір құймалары қышқылға берік болады, 4% кремний араласқан темір электр трансформаторларын жасау үшін жұмсалады. Соңғы кезде кремнийді жартылай өткізгіштер техникасында қолданатын болды; ол үшін алынуы жоғарыда жазылған техникалық кремний (95-98% Si) жарамайды, өте таза кремний керек, ондай кремнийді алу үшін SiCl4 цинк буымен тотықсыздандырады:
SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2
Немесе кремнийді сутекті қосылысын қыздырып айырады:
SiH4=Si+2H2↑
Химиялық қасиеті жағынан кремнийдің кристалдық түрі инертті, аморфты түрі реакцияласқышырақ. Айталық, фтормен қалыпты жағдайда-ақ, оттек, хлор, бром және күкіртпен 400-600ºС, азот және көміртекпен өте жоғары температурада реакцияласады.
Жеке қышқылдар кремнийге еш әсер етпейді, қайта пассивтеніп кетеді, кремний HF мен HNO3 қоспасында ериді:
3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O
Сілтілердің әрекетінен кремний тұзға айналады:
Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2
Құм мен коксты тиісті мөлшерде араластырып қыздырса, кремний мен көміртектің қосылысы – кремний карбиді SiC түзіледі, оны көбіне карборунд деп атайды.
SiO2+3C=SiC+2CO
Таза карборунд – түссіз кристалдық, өте қатты зат, қаттылығы алмаздан ғана кем, тығыздығы 3,2 г/см³. Техникада карборунд көп мөлшерде өндіріп, қаттылығын пайдаланып, қайрақ тастар, шлифтайтын дөңгелектер жасауға т.б. және отқа берік материал ретінде пайдаланады.
Құм мен магний арасындағы реакцияда, магнийді артығырақ алса, тотықсызданып шыққан кремний магниймен қосылып магний силицидін Mg2Si түзеді:
4Mg+SiO2= Mg2Si+2MgO
Металдарды кремниймен тотықтырғанда (700-1200ºС) металл оксидімен кремнийді араластырып инертті атмосферада қыздырғанда да силицидтер түзіледі:
6MnO+5Si=2Mn3Si+3SiO2
Силицидтер қасиеті және құрылымы жағынан да карбидтарға ұқсамайды. Қосылушы металдың қасиетіне тәуелді силицидтердегі байланыс ионды, коваленттіден металдыққа дейін өзгере береді, осыған байланысты кейбір силицидтер өткізгіш, кейбіреулері шалаөткізгіш болып келеді.
Силицидтер қатты қыздырғанда айрылмайтын қосылыстар, кейбір активті металдың силицидтері сумен, қышқылмен реакцияласады.
Силицидтерді отқа берік, қышқылға төзімді құймалар, жоғары температурада ұсталатын шала өткізгіштер ( CrSi2, COSi2, ReSi2) жасауда қолданады. Кейбір силицидтер атомдық техникада пайдаланылады.
Магний силицидіне хлорсутекпен әрекет етсек, кремний сутексилан деп аталатын зат түзіледі:
Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4
Силан SiH4 – түссіз, ауада өзінен-өзі тұтанып, жанып кететін газ, жанғанда кремнийдің диоксиді және су түзіледі.
SiH4+2О2=SiO2+2H2O
Қышқылдары. Кремний диоксиді SiO2 кремний қышқылының ангидриді болғанымен, суда ерімейді, әрі онымен реакцияласпайды. Кремний диоксидіне сәйкес келетін қышқыл ортокремний қышқылы H4SiO4, ол қышқыл оңай конденсацияланып полиметакремний қышықылын H2(SiO3)n түзеді, оны қысқартып H2(SiO3)n деп те жазады.
Кремний қышқылын алу үшін әдетте Na2SiO3 не K2SiO3 ерітіндісін күкірт, не тұз қышқылымен әрекеттейді, сонда алдында мөп-мөлдір ерітінді кілегейленіп қатады, не коллоид күйіне көшеді, ол ерітіндіде түзілген кремний қышқылы, бұл процестің теңдігі мынадай :
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl
Бұл теңдікте кремний қышқылының формуласы да келісім бойынша шартпен жазылып отыр, өйткені бұл реакциядан құрамын бір формуламен жазатын бір қышқыл түзілмейді. Фосфордағы сияқты, кремнийдің де, бірнеше толып жатқан қышқылдары бар, айырмашылығы құрамдарындағы судың мөлшерінде. Жанағы реакция нәтижесінде сол қышқылдардың қоспасы түзіледі.
Кремний қышқылдарының құрамын xSiO2·yH2O деп жазады. х пен у мәні реакция жағдайына қарай өзгере береді, онда қышқылдардың құрамы да өзгереді.
Кремний қышқылдары силикаттардың қышқылдармен әрекеттесуінен басқа кремнийдің кейбір қосылыстарының (галогенид, сульфид т.б.) гидролизінен де түзіледі. Мысалы, SiC2 гидролизінде әуелі ортокремний қышқылы H4SiO4 түзіледі.
Бұл қышқыл суда ерімтал, бірақ біраз тұрса полимерленіп кетеді. Сол полимерленудің жеке сатылары ретінде мынадай қышқылдардың түзілуін көруге болады:
2H4SiO4-H2O=H6SiO7(2SiO2·3H2O)
Бұл диортокремний қышқылынан тетраортокремний қышқылы түзіледі:
2H6Si2O7-H2O=H10Si4O13(SiO2·5H2O)
2H4SiO4-H2O=H6SiO7(2SiO2·3H2O)
Ақырында, сақина тұйықталған кезде тетраметакремний қышқылы:
H10Si4O13- H2O= (H2SiO3)4(SiO2·H2O) түзіледі.
Тұздары. Кремний қышқылдарының тұздарын силикаттар деп атайды, оларды жай силикаттар және күрделі силикаттар деп екіге бөледі. Кремний қышқылдарының құрамындағы сутектер түгел, жарым-жартылай түрліше металдарға ауысқаннан түзілген қосылыстарды жай силикат дейді. Жаратылыста күрделі силикаттар көбірек кездеседі, ал күрделі силикат дейтініміз жалпы формуласы xЭ2O3·ySiO2·zH2O болып жазылатын қышқылдардың туыедылары. Мұндағы Э ол Al, Fe,Cr т.б., ал Al болса, бұларды алюмосиликат деп атайды.
Ақ түсті таза каолин сирек кездеседі, оны фарфор жасау үшін пайдаланды. Біздің саз деп қолданатынымыз каолин мен түрлі заттардың қоспасы.
Адам силикаттарды табиғи күйінде пайдаланумен қатар жасанды силикаттар түрінде де қолданады, ол үшін силикаттар мен кремнеземнен шыны, керамика бұйымдарын, фарфор, фаянс және құрылыс материалдарын жасайды. Осы аталған өндіріс саласын силикат өнеркәсібі дейді.
54. Германий топшасы элементтерінің жалпы сипаттамасы. Топшалардағы элементтердің барлығы үлкен периодтың элементтері, олардың сыртқы екінші қабатында 18 электрон бар. Міне, соның салдарынан олардың қасиеттері негізгі топтың бастапқы элементтеріне қарағанда металдық қасиет біліне бастайды. Осы өзгешелік селен топшасында нашарлау болса, күшән топшасында одан күштірек, германий топшасында әжептәуір айқын көрінеді.
Топшалардағы элементтердің қасиеттерінің өзгерісі, периодтық жүйенің жалпы заңына сәйкес, топ ішінде жоғарыдан төмен, топтар арсында оңнан солға қарай металдық қасиет өсіп отыр.
Осы айтылғанға сәйкес, германий топшасындағы элементтердің электрон қосып алып реакцияласуға бейімділігі нашар, мысалы көміртек пен кремний сияқты сутекті қосылыстар түзгенмен, ол қосылыстар тұрақсыз.
Ал электрон беріп реакцияласуы оңайырақ, әрі германийдан қорғасынға қарай жеңілдей береді. Сондықтан германийда металдық қасиет пен бейметалдық қасиет бірдейге жақын, қалайыда, әсіресе қорғасында металдық қасиет басым. Қалайы мен қорғасын физикалық қасиеттері жағынан нағыз металдар, тек химиялық қосылыстарында ғана өте нашар бейметалдық қасиет көрсетеді.
Германий. Германийдай элемент болу керек екендігін 1871 жылы Д.И.Менделеев периодтық заңды ашқанда болжаған болатын. 1885 жылы Винклер германийді ашып соның растығын анықтады. Жер қыртысындағы германийдің жалпы мөлшері, қорғасын мөлшерінен кем емес, бірақ бұл бытыраңқы элемент болғандықтан жиналыңқы кендер түзбейді. Германий басқа элементтердің кендерінде аралас өте аз мөлшерде – германит 6CuS·GeS2 және аргиродит 4Ag2S·GeS2 минералдары түрінде кездеседі. Германийді тас көмірлердің күлінен, түтін, мұржалар тозаңынан, мырыш және темір кендерінен ажыратып алады. Ол үшін германийді ұшқыш қосылыс, хлоридке GeCl4 айналдырады, хлорид айдау арқылы тазартылып, одан гидролиздендіріліп диоксидке GeO2 аударылады, диоксидті сутекпен тотықсыздандырып таза германий алады. Аса таза германий алу үшін жаңағы германийді балқытып одан германийдің монокристалын өсіріп шығарады.
Германий күмістей ақ металл, өте морт сыңғыш. Қыздырғанда да онша тотықпайды. Қышқылдардан күкірт және азот қышқылдары тотықтырады, ал сілтілерде ерып кетеді. Оттекпен, галогендермен жоғары температурада ғана реакцияласады. Германий қазіргі заманда ерекше маңызды элемент, ол шала өткізгіштер жасауда таптырмайтын өте қажет зат болады, кейбір құймаларға да араластырылады.