Полезные свойства кремния для организма человека


вред и польза элемента, его значение для здоровья

Для поддержания здоровья необходимы витамины и полезные микроэлементы. Самый распространенный и важный после кислорода — кремний. Для организма человека он нужен, так как участвует в метаболических процессах. Проблемы возникают как при его недостатке, так и при избытке. Важно знать, в каких продуктах питания и лекарственных препаратах содержится достаточно кремния.

Состав элемента

При упоминании кремния многие вспоминают керамические изделия, компьютерные чипы и силиконы. А на самом деле это неметаллический кристалл, который плавится при температуре 1414 градусов.

Впервые чистый кремний был выделен шведским ученым-химиком Я. Берцелиусом в 1824 году. На планете Земля этот элемент считается вторым по распространенности после кислорода, а во Вселенной он занимает седьмое место. Земная кора состоит из кремния на 25%, но чаще его можно встретить в виде силикатов или кремнезема (оксида).

Этот элемент необходим растениям для роста стебля. У бамбука, злаковых культур, хвощей и диатомовых водорослей содержание кремния значительное.

Необходим он животным и человеку, особенно детям, у которых организм только развивается, и людям после перенесения тяжелых заболеваний или операций.

Значение кремния в организме человека Академик Б В Городиский


Watch this video on YouTube

Польза для организма

До 19 века кремний считали неактивным элементом, который не принимает участия в процессах, протекающих в организме. Но оказалось, что он необходим для метаболизма. Вещество сконцентрировано в органах, которые состоят из соединительных тканей:

  • кожные покровы;
  • аорта;
  • трахеи;
  • кости.

Больше всего элемент содержат кожа, волосы и ногти. Они же страдают первыми при его недостатке или избытке. Медикам удалось обнаружить элемент в почках, селезенке, легких и печени. Кремниевая кислота может накапливаться в крови, а ее нехватка снижает уровень коллагена в хрящах. Она содержится в здоровых тканях, но ее недостает больным раком, а также пожилым людям.

Элемент играет важную роль для человеческого организма. Основные его свойства:

  • образование коллагена;
  • придание прочности суставам;
  • минерализация костей;
  • повышение амортизирующих способностей хрящей;
  • облегчение симптомов менопаузы у женщин.

Суточная норма потребления элемента составляет 5−10 мг. Но не все пищевое вещество усваивается организмом, поэтому лучше превышать эту дозу. Особенно это касается регионов, где почвы бедные.

Как и кальций, кремний влияет на организм человека положительно. Он отвечает за оборот магния и калия, ускоряет рост и минерализацию костей. Элемент укрепляет кровеносные сосуды, позволяет организму быстрее усваивать более 70 полезных веществ и солей. А также он удаляет токсичные тяжелые металлы и выводит лишний цинк.

Полезен кремний для человека и тем, что делает соединительную ткань более эластичной, укрепляет десны и зубную эмаль, предотвращает образование тромбов и снижает риск заболевания атеросклерозом.

Элемент улучшает пищеварение благодаря восстановлению слизистой оболочки желудка. Он укрепляет кожу, а она не позволяет бактериям и вирусам проникнуть в организм. Минерал нейтрализует кислотность, которая снижает иммунитет. Вещество ускоряет регенерацию тканей при ожогах и порезах.

Крепкие кости! Кремний или кальций? Как восполнить недостаток кремния в организме


Watch this video on YouTube

Кремний полезен для волос и ногтей. Он делает их более крепкими и блестящими, предотвращает появление морщин на коже, так как повышает ее эластичность. Диоксид кремния выводит из организма токсины, восстанавливает слизистую оболочку органов дыхания. Это снижает риск развития заболеваний дыхательных путей, пищеварительной и выделительной системы.

Продукты и препараты

Кремний — основной связующий элемент, который оказывает влияние на метаболизм других полезных веществ. Почти 70% минералов не могут усвоиться, если он отсутствует или его не хватает в организме.

Большинство растений получают минерал из плодородного чернозема или специальных удобрений. Такие культуры нужно включить в рацион. В организме его растворяет желудочная кислота.

Кремний содержится во многих продуктах:

  • ячневая крупа;
  • фасоль, горох, чечевица;
  • кукуруза, рис;
  • пшеничная мука, пшено и овсянка;
  • топинамбур;
  • редис, шпинат;
  • бананы;
  • изюм;
  • брусника.

Кислотность желудка с возрастом снижается, поэтому употребление такой пищи не восполняет потребность организма в кремнии. Пожилым людям приходится принимать специальные препараты, которые улучшают пищеварение.

В аптеках минерал продается в виде таблеток и растворов. Но это не чистый элемент, а его двуокись. Самые распространенные лекарства и добавки:

  • Солгар;
  • Кремний активный;
  • Флорасил;
  • Полисорб;
  • вода Сулинка;
  • Силицея 6.

В Солгаре кремнезем, полученный из водорослей, смешан с кальцием. Эти капсулы нужно принимать дважды в день перед едой для укрепления костной ткани. Кремний активный обогащен многими витаминами, которые необходимы для повышения эластичности суставов и хрящей. Он также улучшает состояние волос, зубной эмали и ногтей.

Флорасил нужен для поддержания эластичности кожи. Минерал для этого препарата добыли из хвоща. Применение Полисорба позволяет вывести из организма токсины. Он избавляет внутренние органы от аллергенов, солей тяжелых металлов, билирубина. А также его принимают, чтобы избавиться от жировой прослойки.

Вода Сулинка стабилизирует уровень холестерина и сахара в крови, укрепляет иммунитет. А Силицею 6 готовят на основе кремниевой кислоты. Ее принимают при сильных головных болях, астме, хроническом бронхите и других заболеваниях дыхательных путей. Препарат восстанавливает поврежденные волосы и ногти, устраняет проблемы желудочно-кишечного тракта.

Возможный вред

Большинство людей пугает наличие диоксида кремния в составе продуктов и лекарственных препаратов. На самом деле этот элемент содержится во многих растениях и воде. В человеческом организме он не задерживается, его быстро выводит выделительная система.

Организации по контролю за качеством продуктов питания изучали кремний. Оказалось, что такая добавка безопасна для здоровья. Но ее бездумное применение может причинить вред организму.

Возможны побочные эффекты при передозировке:

  • образование камней в почках;
  • появление заболеваний кровеносных сосудов;
  • повышение уровня сахара;
  • учащение мочеиспускания.

Если долго принимать препараты, содержащие кремний, могут возникнуть проблемы с почками. В них образуются камни, из-за которых человек ощущает боль при мочеиспускании. Мозг человека окружен особым барьером, не позволяющим проникнуть к нему вредным веществам. Под воздействием минерала этот защитный слой может разрушаться. Из-за этого возникают проблемы с кровеносными сосудами — васкулит, образование тромбов. А также могут проявляться заболевания суставов, снижение иммунитета.

Большинство препаратов с диоксидом кремния оказывают мочегонный эффект на организм. Человек страдает не только от обезвоживания, но и от хрупкости костей из-за вымывания кальция. А у диабетиков может резко понижаться уровень сахара в крови.

Кремний усиливает действие других лекарственных препаратов. Перед применением разных средств лучше проконсультироваться с врачом. Но нельзя одновременно принимать кремний с диуретиками или добавками хрома.

Переизбыток и недостаток кремния

Дефицит кремния возникает из-за того, что человек не питается продуктами, богатыми этим элементом. А также он быстрее выходит из организма при алкогольной зависимости, нервной анорексии.

Последствия недостатка вещества:

  • ломкие волосы, зубы и ногти;
  • тонкая кожа;
  • частые переломы;
  • частая усталость;
  • резкие смены настроения;
  • разрывы связок и сухожилий.

Если в организме не хватает кремния, кожа становится сухой и тонкой. Она не получает достаточно питания, из-за этого страдают волосяные луковицы и ногти. Волоски становятся тонкими и ломкими. Проблемы возникают и с зубами — они крошатся, трескаются, а десны кровоточат.

Организм, который не получает достаточно кремния, очень хрупкий. У такого человека часто ломаются кости или разрываются связки, раны затягиваются дольше. Костная структура у детей и подростков, которым не хватает минерала, развивается неправильно. Человек страдает от усталости, головных болей. Ухудшается состояние нервной системы. Из-за этого настроение постоянно меняется, пропадает аппетит, обостряются приступы агрессии.

Иногда возникает переизбыток кремния в организме. Это тоже приводит к негативным последствиям. Количество вещества превышается из-за неправильного кремниевого обмена, при злоупотреблении препаратов с его содержанием, а также при работе на вредном производстве.

Если человеку необходимо принимать лекарства, он должен соблюдать указанную на упаковке или установленную доктором норму. При ее повышении количество элемента в организме вырастет. Увеличится оно и в том случае, если работа связана производством химических веществ. Элемент попадает в организм через дыхательные пути. Лучше во время работы надевать респиратор.

Последствия переизбытка кремния:

  • мочекаменное заболевание;
  • повышенная раздражительность;
  • выпадение волос;
  • легочная недостаточность;
  • онкология пищеварительных органов.

Как и от недостатка, так и от переизбытка элемента ухудшается состояние волос, ногтей и зубов. А также человек может страдать от упадка сил, пониженного настроения, депрессии. Иногда на теле без причины появляются синяки, а также возникают раковые опухоли в желудке и кишечнике, легких. Еще один результат повышенного содержания кремния в организме — остеопороз.

БЕЗ НЕГО ЖИЗНИ НЕТ. Второй по важности элемент после кислорода


Watch this video on YouTube

Лечебная вода

Многие верят, что молитвы и заговоры могут структурировать воду, сделать ее лечебной. На самом деле большое значение имеет содержание в жидкости кремния. Элемент за несколько минут выделяет в воду особое вещество, которое превращает ее в целебную.

Кремний обеззараживает и очищает жидкость, придает ей вкус ключевой. Пить ее нужно прохладной, кипятить нельзя. Вода подходит для людей с любыми заболеваниями, так как элемент позволяет укрепить иммунитет и справиться с разными патологиями.

Приготовить лечебный напиток можно в домашних условиях. Кремний для рецепта лучше приобрести в специальных магазинах. Не стоит подбирать его на лесных полянах или в долинах рек, он может быть загрязнен химикатами. Иногда встречаются смешанные с другими элементами породы.

Предпочтительнее купить черный или серый камень небольшого размера. Его вымывают под проточной водой и помещают на дно стеклянной банки. На каждые 10 г кремния нужно налить в емкость 1 л воды. Банку оставляют в темном месте на трое суток. Все это время ее нельзя трогать или передвигать. Затем жидкость переливают в другой сосуд, а камни можно вымыть и использовать снова.

В лечебной воде меняется структура молекул. Именно поэтому она может оказывать благотворное влияние на организм. Принимать такую жидкость нужно при некоторых проблемах:

  • дисфункции почек;
  • анемии;
  • простудных заболеваниях;
  • кожных воспалениях;
  • гипертонии.

Полезно пить целебную воду беременным, так как их организм изнашивается — начинают выпадать волосы, слоятся ногти, крошатся зубы. Младенцам лучше ее не давать, но можно протирать жидкостью кожу, чтобы на ней не образовывались воспаления. А также она полезна при нарушенной работе пищеварительной системы, закупорке кровеносных сосудов, отитах, упадке сил.

Недостаток или избыток кремния приведет к дисбалансу всех веществ в организме. Это может привести к серьезным проблемам со здоровьем. Возникнут трудности с пищеварительной, кровеносной, нервной и выделительной системой, внешним видом. Влияет элемент и на эмоциональный фон. Нехватка кремния приводит к стрессам и нервным срывам, депрессиям и упадку сил.

Кремний - польза или вред для организма? Почему Кремний важен для организма?


Watch this video on YouTube

Кремний (Si) - химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду



Кремний

Кремний - самый распространенный электроположительный элемент в земной коре. Это металлоид с заметным металлическим блеском и очень хрупкий. Обычно он четырехвалентен по своим соединениям, хотя иногда бывает двухвалентным, и по своему химическому поведению он является чисто электроположительным. Кроме того, также известны пентакоординированные и гексакоординированные соединения кремния.

Натуральный силикон содержит 92.2% изотопа 28, 4,7% кремния 29 и 3,1% кремния 30. Помимо этих стабильных природных изотопов известны различные радиационные искусственные изотопы. Элементарный кремний обладает физическими свойствами металлоидов, подобных тем, что и германий, находящийся под ним в группе IV периодической таблицы. Кремний является внутренним полупроводником в чистом виде, хотя интенсивность его полупроводимости значительно увеличивается за счет введения небольших количеств примесей. Кремний похож на металлы по своим химическим свойствам.

Он почти такой же электроположительный, как олово, и гораздо более положительный, чем германий или свинец. В соответствии с этим металлическим характером он образует четырехположительные ионы и различные ковалентные соединения; он появляется как отрицательный ион только в некоторых силицидах и как положительный компонент оксикислот или комплексных анионов.

Он образует различные серии гидридов, различные галогениды (многие из которых содержат кремний-кремниевые связи) и многие серии соединений, содержащих кислород, которые могут иметь ионные или ковалентные свойства.

Приложения

Кремний является основным компонентом стекла, цемента, керамики, большинства полупроводниковых устройств и силиконов, причем последний - пластичное вещество, которое часто путают с кремнием. Кремний также является важным компонентом некоторых сталей и основным ингредиентом кирпичей. Это тугоплавкий материал, используемый для изготовления эмалей и гончарных изделий.

Элементарный неочищенный кремний и его интерметаллические соединения используются в качестве интегралов сплава для обеспечения большей устойчивости к алюминию, магнию, меди и другим металлам.Металлургический кремний чистотой 98-99% используется в качестве сырья при производстве кремнийорганических и кремниевых смол, уплотнений и масел. Кремниевые чипы используются в интегральных схемах. В фотоэлементах для прямого преобразования солнечной энергии используются тонкие срезы простых кристаллов кремния электронного качества. Диоксид кремния используется в качестве сырья для производства элементарного кремния и карбида кремния. Для изготовления пьезоэлектрических стекол используются большие кристаллы кремния. Плавленые кварцевые пески превращаются в силиконовые стекла, которые используются в лабораториях и на химических предприятиях, а также в электроизоляторах.Коллоидная дисперсия кремния в воде используется как покрывающий агент и как ингредиент для некоторых эмалей.

Известно, что кремний образует соединения с 64 из 96 стабильных элементов и, возможно, образует силициды с другими 18 элементами. Помимо силицидов металлов, которые в больших количествах используются в металлургии, он образует важные широко используемые соединения с водородом, углеродом, галогенами, азотом, кислородом и серой. Кроме того, много полезных кремнийорганических побочных продуктов.

Кремний в окружающей среде

Кремний содержится во многих формах диоксида и в бесчисленных вариациях по сравнению с природными силикатами.

Кремния гораздо больше, чем любого другого элемента, кроме кислорода. Он составляет 27,72% твердой земной коры, при этом кислород составляет 46,6%, а следующий элемент после кремния, алюминий, содержится в 8,13%.

В качестве источника кремния, производимого в промышленных масштабах, используется песок. Добывают несколько силикатных минералов, например тальк и слюда. Другие добываемые силикаты - это полевой шпат, нефенил, оливин, вермикулит, перлит, каолинит и т. Д. С другой стороны, существуют формы кремнезема, настолько редкие, что они желательны только по этой причине: опал из драгоценных камней, агат и горный хрусталь.

Кремний не концентрируется ни в одном конкретном органе тела, но обнаруживается в основном в соединительных тканях и коже. Кремний нетоксичен как элемент и во всех его природных формах, в том числе кремний и силикаты, которые являются наиболее распространенными.

Элементарный кремний - инертный материал, который, по-видимому, не обладает свойством вызывать фиброз в легочной ткани. Однако сообщалось о незначительных поражениях легких у лабораторных животных в результате интратрахеальных инъекций кремниевой пыли. Кремниевая пыль оказывает незначительное неблагоприятное воздействие на легкие и, по-видимому, не вызывает серьезных органических заболеваний или токсических эффектов, если уровень воздействия находится ниже пределов воздействия.Кремний может вызывать хронические респираторные заболевания. Кристаллический кремнезем (диоксид кремния) представляет серьезную опасность для органов дыхания. Однако вероятность образования кристаллического кремнезема во время нормальной обработки очень мала. LD50 (перорально) - 3160 мг / кг. (LD50: Смертельная доза 50. Разовая доза вещества, вызывающая смерть 50% популяции животных от воздействия вещества любым путем, кроме ингаляции. Обычно выражается в миллиграммах или граммах вещества на килограмм веса животного.)

Кремний кристаллический при контакте вызывает раздражение кожи и глаз.Вдыхание вызывает раздражение легких и слизистой оболочки. Раздражение глаз вызовет слезотечение и покраснение. Покраснение, шелушение и зуд - признаки воспаления кожи.

Рак легких связан с профессиональным воздействием кристаллического кремнезема, особенно кварца и кристобалита. Отношения экспозиции ответ было сообщено в исследованиях шахтеров, диатомовые рабочих земными, гранитные рабочие, рабочие керамики, огнеупоров рабочих кирпича и других работников

Несколько эпидемиологических исследований выявили статистически значительное число случаев смерти или случаев иммунологических расстройств и аутоиммунный заболевания рабочих, подвергшихся воздействию кремнезема.Эти заболевания и расстройства включают склеродермию, ревматоидный артрит, системную красную волчанку и саркоидоз.

Недавние эпидемиологические исследования сообщили о статистически значимой связи профессионального воздействия кристаллического кремнезема с почечными заболеваниями и субклиническими изменениями почек

Кристаллический кремнезем может влиять на иммунную систему, приводя к микобактериальным инфекциям (туберкулезным и нетуберкулезным) или грибковым заболеваниям, особенно у рабочих с силикозом

Профессиональное воздействие дышащего кристаллического кремнезема связано с бронхитом, хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) и эмфиземой.Некоторые эпидемиологические исследования показывают, что эти последствия для здоровья могут быть менее частыми или отсутствовать у некурящих.

О негативном воздействии на окружающую среду не сообщалось.

А теперь загляните на нашу страницу о кремнии и воде!

Источники периодической таблицы

Вернуться к периодической таблице элементов.

.

Влияние органического кремния на организм человека-йота

Поддержание роста костей
Остеопороз - одна из характеристик старения человека. Из-за непрерывной известковой потери основных систем организма наши кости становятся слабыми, и простого приема кальциевого питательного вещества недостаточно, чтобы остановить это и угрозу болезни. Потому что организму нужна помощь силикона для поглощения и использования этого неорганического кальция.
Имеются данные, свидетельствующие о том, что, если люди могут принимать кальций, это не только не способствует заживлению костей, но и вымывается из костей кальция, что ускоряет процесс аналогичного остеопороза и других дегенеративных заболеваний, влияя на поддержку организма. и соединительная ткань.
При остеопорозе силикон может уменьшить боль и даже восстановить функцию самовосстановления организма. Для женщин в постменопаузе остеопороз является наиболее распространенным заболеванием, и данные свидетельствуют о том, что количество смертей, вызванных этим, превысило сумму рака груди, шейки матки и матки.
Остеопороз, обычно из-за потери кости вокруг потери кости, что приводит к истончению кости, постепенно костный матрикс в питательной композиции также немедленно теряется, вызывая расширение отверстия.Таким образом, даже в пределах нормального диапазона нагрузки возможен перелом кости. Так пусть человеческое тело кальциевой минерализации скелета будет очень важным средством восстановления. Предлагается добавить кремнийорганический элемент, чтобы улучшить фосфор, магний и кальций в скелете.
Все больше данных свидетельствуют о том, что даже в случае дефицита кальция человеческий организм может изменить защитную структуру скелета с помощью кремния, но трудно добиться эффекта, подобного эффекту кремния и других минералов.Таким образом, ученые из силикона поглощают кальций и используют прежнее состояние.
Основные элементы соединительной ткани
Соединительная ткань состоит из коллагена, эластина, полисахарида и других веществ, которые также необходимы для работы клеток кожи. С их помощью клетки становятся более упругими и полными энергии, предотвращая старение. Исследование показало, что в этих больших молекулах слизи силикон занимает большую их долю, они похожи на «клей», который будет прочно склеиваться.Таким образом, если в организме человека достаточно органического кремния, тогда будет больше склеенного коллагена, с точки зрения макроса люди и органы станут более молодыми.
С возрастом человеческого тела, все виды потери питательных веществ соединительной ткани, становятся жесткими, в результате чего человеческая ткань также не может получить достаточно питательных веществ и спад. Силикон может замедлить разрушение этих соединительных тканей.
Если вы регулярно принимаете питательные вещества, содержащие аппарат, вы можете сохранить молодость кожи.В частности, когда кожа расслабляется и появляется морщинка, помимо добавления соответствующего белка, растительные экстракты кремнийорганических питательных веществ позволяют достичь эффекта здоровья и красоты кожи.
Способствует росту волос
См.
Волосы - самые естественные аксессуары красоты. Здоровые волосы для защиты кожи головы людей или для увеличения привлекательности магического оружия. Было обнаружено, что каждый грамм волос содержит 90 микрограмм органического кремния, при этом 100 микрограммов на скелет на грамм содержания очень близки к.Силикон - важный фактор роста волос, крепкий.
Крепкие зубы и десны
Укрепляя эмаль, силикон предотвращает разрушение зубов и защищает зубы. В то же время он предотвращает кровотечение десен, рецессию, рецессию и расшатывание десен.
Растительные экстракты активного силикона для лечения кариеса зубов (язвы, кости, кариес или а) и воспалений и т. Д., Клинические проявления выдающиеся.
Чтобы сделать ногти здоровыми
Ногтевая пластина в основном состоит из различных белков, средний ежемесячный рост составляет четыре и пять мм, но ногти становятся хрупкими, часто является предвестником остеопороза, феномена частичной декальцификации, в настоящее время, если мы можем восполнить силикон может гарантировать здоровый рост ногтя.Силикон украсит внешний вид, твердость ваших ногтей, сделает их более глянцевыми, непростыми.
Фактически, влияние органического кремния является наиболее значительным воздействием на человеческие волосы, кожу, ногти и зубы. Наша кожа и волосы нуждаются в органическом кремнии, таком же, как и в других тканях, потому что силикон - это адгезивный коллаген, сахар и другие питательные вещества для поддержки. Вот почему органический кремний очень важен для кожи, зубов и волос.
.

Химия кремния (Z = 14) - Chemistry LibreTexts

Кремний, второй по распространенности элемент на Земле, является важной частью минерального мира. Его стабильная тетраэдрическая конфигурация делает его невероятно универсальным и используется по-разному в нашей повседневной жизни. Кремний можно найти повсюду, от космических кораблей до синтетических частей тела, а иногда и в нас самих.

Введение

Название кремния происходит от латинского слова «silx», что означает «кремень».Этот элемент уступает только кислороду по содержанию в земной коре и был открыт Берцелиусом в 1824 году. Наиболее распространенное соединение кремния, \ (SiO_2 \), является самым распространенным химическим соединением в земной коре , о котором мы знаем. он лучше, чем обычный пляжный песок.

Недвижимость

Кремний - это кристаллический полуметалл или металлоид. Одна из его форм - блестящая, серая и очень хрупкая (при ударе молотком она разрушается). Это элемент группы 14 в той же периодической группе, что и углерод, но химически ведет себя иначе, чем все его аналоги в группе.Кремний обладает той же универсальной способностью связывания, что и углерод с его четырьмя валентными электронами, но в остальном является относительно инертным элементом. Однако в особых условиях кремний должен быть намного более реактивным. Кремний проявляет свойства металлоидов, способен расширять свою валентную оболочку и может превращаться в полупроводник; отличая его от его периодических членов группы.

Где кремний

27,6% земной коры состоит из кремния. Несмотря на то, что его так много, он обычно находится не в чистом виде, а в его диоксиде и гидратах.\ (SiO_2 \) - единственный стабильный оксид кремния, который встречается во многих кристаллических формах. Его чистейшая форма - кварц, а также яшма и опал. Кремний также можно найти в полевом шпате, слюдах, оливинах, пироксенах и даже в воде (рис. 1). В другой аллотропной форме кремний представляет собой коричневый аморфный порошок, наиболее часто встречающийся в «грязном» пляжном песке. Кристаллическая форма кремния - основа эпохи полупроводников.

Рисунок 1. Песок - легко найти месторождение кремния

Силикаты

Кремний чаще всего встречается в силикатных соединениях.Кремнезем является одним из стабильных оксидов кремния и имеет эмпирическую формулу SiO 2 . Кремнезем не является атомом кремния с двумя двойными связями с двумя атомами кислорода. Кремнезем состоит из одного атома кремния с четырьмя одинарными связями с четырьмя молекулами кислорода (рис. 2).

Рисунок 2: Чистый заряд кремнезема составляет минус 4

Кремний, то есть диоксид кремния, принимает эту молекулярную форму вместо характерной формы диоксида углерода, поскольку 3p-орбитали кремния делают более энергетически выгодным создание четырех одинарных связей с каждым кислородом, а не чем сделать две двойные связи с каждым атомом кислорода.Это приводит к тому, что силикаты соединяются вместе в сетку -Si-O-Si-O-, называемую силикатами. Эмпирическая форма кремнезема - SiO 2 , потому что по отношению к чистому среднему значению силиката каждый атом кремния имеет два атома кислорода.

Рисунок 3: Это представление тетраэдрического комплекса кремнезема

Тетраэдрический комплекс SiO 4 4 - (см. Рисунок 3), основная единица силикатов, может связываться вместе различными способами, создавая широкий спектр минералов.Кремний является неотъемлемым компонентом минералов, так же как углерод является важным компонентом органических соединений.

Неосиликаты

В несиликатах тетраэдрический силикат не разделяет молекулы кислорода с другими тетраэдрическими силикатами, а вместо этого уравновешивает свой заряд с другими металлами. Основная структура неосиликата - это просто одиночная тетраэдрическая единица кремнезема (рис. 4). Эмпирическая формула для основной структуры неосиликата: SiO 4 4-.

Рис. 4: Ядро неосиликата

Неосиликаты составляют внешнюю границу группы минералов, известных как оливины.

Соросиликаты

В соросиликатах два силикатных тетраэдра соединяются вместе, имея общий атом кислорода в одном из углов. Ядром соросиликата является пара тетраэдров кремнезема. (см. рисунок 5)

Рис. 5: Ядро соросиликата

Минерал thortveitie является примером соросиликатного комплекса.

Циклосиликаты

В циклосиликатах три или более тетраэдров кремнезема имеют два общих угла атома кислорода.Основная структура циклосиликата представляет собой замкнутое кольцо тетраэдров кремнезема. (см. рисунок 6)

Рис. 6. Ядро циклосиликата

Минерал берилл является примером циклосиликатного комплекса.

Иносиликаты

Иносиликаты - это комплексы, в которых каждый тетраэдр имеет два общих угла с другим тетраэдром кремнезема для создания единой цепи (см. Рисунок 7) или трех углов для создания двойной цепи (Рисунок 8). Основная структура иносиликата представляет собой бесконечную одинарную или двойную цепочку тетраэдров силиката.

Рис. 7: Ядро одноцепочечного иносиликата

Пироксены минеральной группы являются примерами одноцепочечных иносиликатов.

Рисунок 8: Сердцевина двойной цепи из силиката

Минерал амфибол является примером иносиликата с двойной цепью.

Филлосиликаты

Филлосиликаты представляют собой комплексы кремнезема, в которых каждый тетрадераль имеет три общих угла и создает слой кремния и кислорода. (см. рисунок 9). Ядро комплекса филлосиликата представляет собой бесконечный лист связанных тетраэдров кремнезема.

Рис. 9: Ядро филлосиликата

Минеральный тальк является примером филлосиликатного комплекса.

Тектосиликаты

Тектосиликаты - это трехмерные силикатные структуры. Основная структура тектосиликата представляет собой бесконечную сеть связанных тетраэдров кремнезема. (см. рисунок 10)

Рисунок 10: 3D ядро ​​тектосиликата

Минеральный кварц является примером тектосиликатного комплекса.

Хотя многие комплексы кремнезема образуют сетчатые ковалентные твердые тела, кварц является особенно хорошим примером сетчатого твердого вещества.Силикаты в целом обладают свойствами ковалентных твердых веществ, и этот связанный набор свойств делает их очень полезными в современной промышленности.

Силаны

Силаны представляют собой кремний-водородные соединения. Углеродно-водородные соединения составляют основу живого мира с кажущимися бесконечными цепями углеводородов. Обладая такой же валентной конфигурацией и, следовательно, такой же химической универсальностью, кремний, вероятно, мог бы играть такую ​​же важную органическую роль. Но кремний не играет важной роли в нашей повседневной биологии.В основе этого лежит одна основная причина.

Подобно углеводородам, силаны постепенно увеличиваются в размерах по мере добавления дополнительных атомов кремния. Но этой тенденции есть очень быстрый конец. Самый большой силан содержит максимум шесть атомов кремния. (см. рисунок 11)

Рисунок 11: Самый крупный силан, гексасилан

Гексасилан - это самый крупный из возможных силанов, потому что связи Si-Si не особенно сильны. На самом деле силаны довольно склонны к разложению. Силаны особенно склонны к разложению через кислород.Силаны также имеют тенденцию заменять водород на другие элементы и превращаться в органосиланы . (см. рисунок 12)

Рис. 12. Органосилан, дихлордиметилсилан

Силаны находят множество промышленных и медицинских применений. Помимо прочего, силаны используются как водоотталкивающие средства и герметики.

Силиконы

Силиконы - это синтетические соединения кремния, они не встречаются в природе. Когда определенные силаны подвергаются определенной реакции, они превращаются в силикон, особый комплекс кремния.Силикон - это полимер, который ценится за универсальность, температурную стойкость, низкую летучесть, общую химическую стойкость и термическую стабильность. Силикон имеет уникальную химическую структуру, но некоторые основные структурные элементы у него общие с силикатами и силанами. (См. Рисунок 13)

Рис. 13: Основная часть силикона

Силиконовые полимеры используются для самых разных вещей. Среди прочего, грудные имплантаты изготавливаются из силикона.

Галогениды кремния

Кремний склонен легко вступать в реакцию с галогенами.Общая формула, описывающая это, - SiX 4 , где X представляет любой галоген. Кремний также может расширять свою валентную оболочку, и лабораторный препарат [SiF 6 ] 2- является ярким примером этого. Однако маловероятно, что кремний мог бы создать такой комплекс с каким-либо другим галогеном, кроме фтора, потому что шесть из более крупных ионов галогена не могут физически поместиться вокруг центрального атома кремния.

Галогениды кремния синтезированы для очистки комплексов кремния.Галогениды кремния можно легко заставить отказаться от кремния с помощью определенных химических реакций, которые приводят к образованию чистого кремния.

Приложения

Кремний - жизненно важный компонент современной промышленности. Его изобилие делает его еще более полезным. Кремний можно найти в различных продуктах, от бетона до компьютерных микросхем.

Электроника

Принятие названия «Силиконовая долина» в секторах высоких технологий подчеркивает важность кремния в современных технологиях. Чистый кремний , который по сути является чистым кремнием, обладает уникальной способностью дискретно контролировать количество и заряд тока, проходящего через него. Это делает кремний чрезвычайно важным в таких устройствах, как транзисторы, солнечные элементы, интегральные схемы, микропроцессоры и полупроводниковые устройства, где такой контроль тока является необходимостью для надлежащей работы. Полупроводники служат примером использования кремния в современной технологии.

Полупроводники

Полупроводники - это уникальные материалы, которые не обладают ни проводимостью, ни изоляцией.Полупроводники находятся где-то посередине между этими двумя классами, что придает им очень полезное свойство. Полупроводники способны управлять электрическим током. Они используются для выпрямления, усиления и переключения электрических сигналов и, таким образом, являются неотъемлемыми компонентами современной электроники.

Полупроводники могут быть сделаны из различных материалов, но большинство полупроводников сделано из кремния. Но полупроводники не сделаны из силикатов, силанов или силиконов, они сделаны из кремния чистого кремния , то есть по существу чистого кристалла кремния.Как и углерод, из кремния может образовываться алмазоподобный кристалл. Эта структура называется решеткой кремния. (см. рис. 15) Кремний идеально подходит для создания этой структуры решетки, потому что его четыре валентных электрона позволяют ему слишком идеально связываться с четырьмя своими соседями по кремнию.

Рис. 15: пример решетки кремния

Однако эта решетка кремния по существу является изолятором, так как нет свободных электронов для любого движения заряда, и поэтому она не является полупроводником. Эта кристаллическая структура превращается в полупроводник при легировании.Легирование относится к процессу, при котором примеси вводятся в сверхчистый кремний, тем самым изменяя его электрические свойства и превращая его в полупроводник. Легирование превращает чистый кремний в полупроводник путем добавления или удаления очень небольшого количества электронов, что делает его не изолятором и не проводником, а полупроводником с ограниченной проводимостью заряда. Тонкие манипуляции с решетками чистого кремния с помощью легирования создают широкий спектр полупроводников, который требуется современной электротехнике.

Полупроводники сделаны из кремния по двум основным причинам. Кремний обладает свойствами, необходимыми для производства полупроводников, а кремний является вторым по распространенности элементом на Земле.

Очки

Стекло - это еще одно производное кремния, широко используемое в современном обществе. Если песок, осадок кремнезема, смешать с карбонатом натрия и кальция при температуре около 1500 градусов по Цельсию, когда полученный продукт остынет, образуется стекло. Стекло - особенно интересное состояние кремния.Стекло уникально тем, что представляет собой твердую некристаллическую форму кремния. Тетраэдрические элементы из диоксида кремния связываются вместе, но не образуют фундаментального узора позади связывания. (см. рисунок 16)

Рис. 16. Некристаллический диоксид кремния

Конечным результатом этой уникальной химической структуры является часто хрупкий, обычно оптически прозрачный материал, известный как стекло. Этот комплекс кремнезема можно найти практически везде, где есть человеческая цивилизация.

Стекло можно испортить, добавив химические примеси к основной структуре кремнезема.(см. Рис. 17). Добавление даже небольшого количества Fe 2 O 3 к чистому кварцевому стеклу придает полученному смешанному стеклу характерный зеленый цвет.

Рисунок 17: Некристаллический диоксид кремния с неизвестными примесями

Волоконная оптика

Современные оптоволоконные кабели должны передавать данные посредством неискаженных световых сигналов на большие расстояния. Для решения этой задачи волоконно-оптические кабели должны быть изготовлены из особого стекла сверхвысокой чистоты. Секрет этого сверхчистого стекла - сверхчистый кремнезем.Чтобы волоконно-оптические кабели соответствовали эксплуатационным стандартам, уровень примесей в кремнеземе этих волоконно-оптических кабелей был снижен до частей на миллиард. Такой уровень чистоты позволяет использовать обширную коммуникационную сеть, которую наше общество принимает как должное.

Керамика

Кремний играет важную роль в строительной отрасли. Кремний, особенно кремнезем, является основным ингредиентом таких строительных компонентов, как кирпич, цемент, керамика и плитка.

Кроме того, силикаты, особенно кварц, очень термодинамически стабильны.Это означает, что кремниевая керамика обладает высокой термостойкостью. Это свойство делает кремниевую керамику особенно полезной, начиная от корпусов космических кораблей и заканчивая компонентами двигателей. (см. рисунок 18)

Керамика из кремнезема на нижней стороне орбитали используется для сдачи в аренду Рисунок 18
Полимеры

Силиконовые полимеры представляют собой еще один аспект полезности кремния. Силиконовые полимеры обычно характеризуются своей гибкостью, стойкостью к химическому воздействию, водонепроницаемостью и способностью сохранять свои свойства как при высоких, так и при низких температурах.Этот набор свойств делает силиконовые полимеры очень полезными. Силиконовые полимеры используются в изоляции, посуде, высокотемпературных смазках, медицинском оборудовании, герметиках, клеях и даже в качестве альтернативы пластику в игрушках.

Производство

Поскольку кремний обычно не находится в чистом виде, кремний необходимо извлекать химическим путем из его природных соединений. Кремний - это самая распространенная форма кремния природного происхождения. Кремнезем - это соединение с прочными связями, и для извлечения кремния из комплекса кремнезема требуется много энергии.Основное средство экстракции - химическая реакция при очень высокой температуре.

Синтез кремния в основном состоит из двух этапов. Во-первых, используйте мощную печь, чтобы нагреть кремнезем до температуры более 1900 градусов по Цельсию, а во-вторых, добавьте углерод. При температуре выше 1900 градусов по Цельсию углерод восстанавливает соединение кремнезема до чистого кремния.

Очистка

Для некоторых кремниевых применений чистота свежеполученного кремния неудовлетворительна.Чтобы удовлетворить спрос на кремний высокой чистоты, были разработаны методы дальнейшего повышения чистоты экстрагированного кремния.

Очистка кремния по существу включает в себя синтез синтезированного кремния, превращение его в соединение кремния, которое можно легко перегонять, а затем разрушение этого вновь образованного соединения кремния с получением продукта сверхчистого кремния. Существует несколько доступных методов очистки, но в большинстве химических форм очистки используются комплексы как силана, так и галогенида кремния.

Общая информация

  • Кремний - восьмой по содержанию элемент во Вселенной.
  • Кремний был впервые обнаружен в 1787 году, но впервые обнаружен как элемент в 1824 году.
  • Кремний - важный элемент в метаболизме растений, но не очень важный в метаболизме животных.
  • Кремний безвреден для проглатывания и введения в организм, но вреден при вдыхании.
  • Силикоз - это название болезни, связанной с вдыханием слишком большого количества кремниевого соединения кремнезема.В первую очередь страдают строители.
  • Кремнезем является основным химическим компонентом асбеста.

Список литературы

  1. Краснощеков В.В. и Л.В. Мышляева. Аналитическая химия кремния. Нью-Йорк: Halsted Press, 1974. стр. 1-6.
  2. Рохов, Юджин Г. Кремний и силиконы. Нью-Йорк: Springer-Verlag, 1987. Предисловие и стр. 1-30
  3. .
  4. Кэмпион, Гиллис и Окстоби. «Принципы современной химии». 6-е изд. Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул.
  5. Петруччи, Ральф Х., Харвуд, Уильям С., Херринг, Ф. Г. и Мадура Джеффри Д. "Общая химия: принципы и современные приложения". 9-е изд. Нью-Джерси: Pearson Education, Inc., 2007.

Проблемы

Выделите область рядом с «Ans», чтобы увидеть ответ

Сколько оксидов в кремнии и какие они?

Ответ: 1 оксид O 2

Как силикатный тетраэдр уравновешивает свой заряд, если он не связан с другим силикатом?

Ответ: За счет связывания с положительно заряженными металлами.

Углерод относится к органическим соединениям, как диоксид кремния:

Ответ: минералы

Насколько велико самое большое соединение кремний-водород?

Ответ:

.Кремний

| Свойства, использование, символ и факты

Кремний (Si) , неметаллический химический элемент семейства углерода (группа 14 [IVa] периодической таблицы). Кремний составляет 27,7% земной коры; это второй по распространенности элемент в коре, уступающий только кислороду.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Уровень

Название кремний происходит от латинского слова silx или silicis , что означает «кремень» или «твердый камень».Аморфный элементарный кремний был впервые выделен и описан как элемент в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом. Загрязненный кремний был получен уже в 1811 году. Кристаллический элементарный кремний не был получен до 1854 года, когда он был получен как продукт электролиза. Однако в форме горного хрусталя кремний был знаком еще древним египтянам, которые использовали его для изготовления бус и маленьких ваз; ранним китайцам; и, вероятно, многим другим древним. Изготовлением стекла, содержащего кремнезем, занимались как египтяне - по крайней мере, еще в 1500 г. до н. Э. - так и финикийцы.Конечно, многие из встречающихся в природе соединений, называемых силикатами, использовались в различных видах строительного раствора для строительства жилищ древними людьми.

Свойства элемента
атомный номер 14
атомный вес 28.086
точка плавления 1410 ° C (2570 ° F)
точка кипения 2355 ° C (4270 ° F)
плотность 2.33 г / см 3
степень окисления −4, (+2), +4
электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 2

Возникновение и распространение

По весу содержание кремния в коре Земли превосходит только кислород. Оценки космического содержания других элементов часто приводятся в терминах числа их атомов на 10 6 атомов кремния.Только водород, гелий, кислород, неон, азот и углерод превосходят кремний по количеству в космосе. Кремний считается космическим продуктом поглощения альфа-частиц при температуре около 10 9 К ядрами углерода-12, кислорода-16 и неона-20. Энергия, связывающая частицы, образующие ядро ​​кремния, составляет около 8,4 миллиона электрон-вольт (МэВ) на нуклон (протон или нейтрон). По сравнению с максимумом около 8,7 миллионов электрон-вольт для ядра железа, почти вдвое более массивного, чем у кремния, эта цифра указывает на относительную стабильность ядра кремния.

Чистый кремний слишком реакционноспособен, чтобы его можно было найти в природе, но он содержится практически во всех породах, а также в песках, глинах и почвах в сочетании либо с кислородом в виде кремнезема (SiO 2 , диоксид кремния), либо с кислородом и другие элементы (например, алюминий, магний, кальций, натрий, калий или железо) в виде силикатов. Окисленная форма, такая как диоксид кремния и особенно силикаты, также распространена в земной коре и является важным компонентом мантии Земли. Его соединения также встречаются во всех природных водах, в атмосфере (в виде кремнистой пыли), во многих растениях, а также в скелетах, тканях и биологических жидкостях некоторых животных.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

В составе соединений диоксид кремния встречается как в кристаллических минералах (например, кварц, кристобалит, тридимит), так и в аморфных или кажущихся аморфными минералах (например, агат, опал, халцедон) на всех участках суши. Природные силикаты характеризуются своим обилием, широким распространением, сложностью структуры и состава. Большинство элементов следующих групп периодической таблицы содержится в силикатных минералах: группы 1–6, 13 и 17 (I – IIIa, IIIb – VIb, VIIa).Эти элементы называют литофильными или любящими камни. Важные силикатные минералы включают глины, полевой шпат, оливин, пироксен, амфиболы, слюды и цеолиты.

Свойства элемента

Элементарный кремний производят в промышленных масштабах путем восстановления диоксида кремния (SiO 2 ) с помощью кокса в электрической печи, а затем очищают нечистый продукт. В небольших масштабах кремний можно получить из оксида восстановлением алюминием. Практически чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния или трихлорсилана.Для использования в электронных устройствах монокристаллы выращивают путем медленного извлечения затравочных кристаллов из расплавленного кремния.

Чистый кремний - твердое темно-серое вещество с металлическим блеском и октаэдрической кристаллической структурой, такой же, как у алмазной формы углерода, с которой кремний имеет много химического и физического сходства. Пониженная энергия связи в кристаллическом кремнии делает этот элемент более мягким и химически более активным, чем алмаз. Была описана коричневая порошкообразная аморфная форма кремния, которая также имеет микрокристаллическую структуру.

Поскольку кремний образует цепи, подобные тем, что образованы углеродом, кремний был изучен как возможный основной элемент для кремниевых организмов. Однако ограниченное количество атомов кремния, которые могут катенировать, значительно сокращает количество и разнообразие соединений кремния по сравнению с соединениями углерода. Окислительно-восстановительные реакции не являются обратимыми при обычных температурах. В водных системах стабильны только степени окисления кремния 0 и +4.

Кремний, как и углерод, относительно неактивен при обычных температурах; но при нагревании он активно реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом и йодом) с образованием галогенидов и с некоторыми металлами с образованием силицидов.Как и в случае с углеродом, связи в элементарном кремнии достаточно сильны, чтобы требовать больших энергий для активации или ускорения реакции в кислой среде, поэтому на него не действуют кислоты, за исключением фтористоводородной. При нагревании красным светом кремний подвергается воздействию водяного пара или кислорода, образуя поверхностный слой диоксида кремния. Когда кремний и углерод объединяются при температурах электропечи (2 000–2 600 ° C [3 600–4 700 ° F]), они образуют карбид кремния (карборунд, SiC), который является важным абразивом. С водородом кремний образует серию гидридов, силанов.В сочетании с углеводородными группами кремний образует ряд кремнийорганических соединений.

Известны три стабильных изотопа кремния: кремний-28, который составляет 92,21% элемента в природе; кремний-29 4,70%; кремний-30 - 3,09%. Известно пять радиоактивных изотопов.

Элементарный кремний и большинство кремнийсодержащих соединений не токсичны. Действительно, ткани человека часто содержат от 6 до 90 миллиграммов кремнезема (SiO 2 ) на 100 граммов сухого веса, и многие растения и низшие формы жизни усваивают кремнезем и используют его в своих структурах.Однако вдыхание пыли, содержащей альфа-SiO 2 , вызывает серьезное заболевание легких, называемое силикозом, которое часто встречается у шахтеров, камнерезов и керамистов, если не используются защитные устройства.

.

Смотрите также