ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -

                             სილიციუმი

                                       

                                                                   სილიციუმის გასუფთავებული ნაჭერი

                                                                                                        

სილიციუმი-კაჟი

14 Si

28,0855

[Ne] 3s2 3p2

(ლათ. silicium) ანუ კაჟი — ყველაზე გავრცელებული მეტალოიდი. იგი წარმოადგენს ქიმიური ელემენტს, რომლის სიმბოლოა Si, ხოლო ატომური ნომერი – 14. იგი ტეტრავალენტური მეტალოიდია და გაცილებით ნაკლებად რეაქტიულია, ვიდრე მისი ქიმიური ანალოგი – ნახშირბადი.

სილიციუმი მერვე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია სამყაროში, მაგრამ იშვიათად გვხვდება თავისუფალის სახით – უფრო ხშირია მისი ნაერთები სილიციუმის დიოქსიდის ან სილიკატების სახით ქვიშებში, კვარცებში, კვარციტებში და კაჟებში. დედამიწის ქერქში სილიციუმი მეორე ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ელემენტია ჟანგბადის შემდეგ და შეადგენს დედამიწის ქერქის 27.7%-ს მასის მიხედვით.

სილიციუმის პირველი იდენტიფიცირება, როგორც კაჟის (ლათინურად "silex") კომპონენტის, მოახდინა ანტუან ლავუაზიემ 1787 წელს.

სილიციუმს მრავალი სახის სამრეწველო გამოყენება აქვს. ის ნახევარგამტარული ინტეგრალური სქემებისა და მიკროჩიპების ძირითადი შემადგენელი მასალაა.

იხ. ვიდეო

სილიციუმის ატომის ელექტრონული ფორმულაა :

1s²2s²2p⁶3s²3p²

მშვიდ მდგომარეობაში სილიციუმის ატომს სავალენტო შრეზე აქვს 2 გაწყვილებული და 2 გაუწყვილებელი ელექტრონი, მაგრამ მისთვის უფრო დამახასიათებელია აგზნებულ მდგომარეობაში გადასვლა, როცა წყვილი s ელექტრონი ითიშება და ერთ-ერთი მათგანი გადადის თავისუფალ p-ორბიტალზე ე.ი ოთხივე ელექტრონი ხდება გაუწყვილებელი, შედეგად მის ატომს შეუძლია წარმოქმნას 4 ქიმიური ბმა, ე.ი იქნება +4 და -4. ბუნებაში მისი ნაერთებიდან გავრცელებულია:

SiO₂-ქვიშა;

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂-მინდვრის შპატი;

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O-კაოლინიტი;

K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O-ქარსი;

3MgO·4SiO₂·CaO-აზბესტი და სხვა მრავალი.

ალუმინის ოქსიდის შემცველ სილიკატებს ალუმინსილიკატები ეწოდება. ბუნებაში ხშირად ხდება ალუმინსილიკატების გარდაქმნა. მაგალითად: მინდვრის შპატები ჰაერის სინესტისა და ნახშირორჟანგის მოქმედებით განიცდიან გამოფიტვას, რომლის შედეგად წარმოიქმნება თიხის, ქვიშის და მარილების ბუდობები. გამოფიტვის პროცესი შეიძლება ასეთი რეაქციით გამოვსახოთ :

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂+2H₂O+CO₂→K₂CO₃+4SiO₂+Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

მიღება[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ტექნიკაში სილიციუმს ღებულობენ ელექტროღუმელებში სილიციუმის ოქსიდიდან კოქსით

SiO₂+C→Si+CO₂

ამ დროს მიიღება კრისტალური სილიციუმი, რომელიც მუქი ნაცრისფერია და ფოლადივით ბზინავს, მისი კრისტალური მესერი ალმასის ტიპისაა, ამის გამო დიდი სიმაგრე აქვს, მინასაც კი ფხაჭნის. სუფთა სილიციუმს იყენებენ ნახევარგამტარად ლაბორატორიაში. სილიციუმის მიღება ხდება სილიციუმის ოქსიდიდან მაგნიუმის ან ალუმინის აღდგენით:

SiO₂+2Mg→Si+2MgO

3SiO₂+4Al→3Si+2Al₂O₃

ამ დროს მიღებული სილიციუმი ამორფულია, ის აგურისფერი ფხვნილია.

ქიმიური თვისებები

სილიციუმი მაღალ ტემპერატურაზე იწვის

Si+O₂→SiO₂

მაღალ ტემპერატურაზე უერთდება ნახშირბადს კარბორუნდის წარმოქმნით

Si+C→SiC

კარბონული სიმაგრით ძალიან ჰგავს ალმასს და გამოიყენება ქარგოლების და წისქვილების დოლაბების დასამზადებლად. მაღალ ტემპერატურაზე უერთება მეტალებს, მაგ: მაგნიუმს და წარმოქმნის მაგნიუმის სილიციდს.

Si+2Mg→Mg₂Si

წყალბადს უშუალოდ არ უერთდება, მაგრამ წარმოქმნის წყალბადნაერთს - SiH₄ (ყველაზე მარტივად), რომელიც მიიღება მაგნიუმის სილიციდზე მარილმჟავას მოქმედებით

Mg₂Si+4HCl→2MgCl₂+SiH₄↑

წარმოქმნილი წყალბადნაერთი - სილანი იწვის ტკაცანით

SiH₄+2O₂→SiO₂+2H₂O

რთული ნივთიერებებიდან სილიციუმზე რეაგირებს ფტორწყალბადმჟავას აზოტმჟავასთან ნარევი (სხვა მჟავები მასთან არ მოქმედებენ)

Si+4HF→SiF₄+2H₂

მიღებული სილიციუმის ფტორიდის ჭარბ HF-თან ურთიერთქმედებისას მიიღება სილიციუმფთორწყალბადმჟავა

SiF₄+2HF→H₂SiF₆

სილიციუმი რეაგირებს გახსნილ ან გამღვალ ტუტესთან

Si+2NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+2H₂↑

იხ. ვიდეო

დადასტურებულია, რომ სილიციუმი აუცილებელია ადამიანის ჯანმრთელობისთვის, განსაკუთრებით ფრჩხილების, თმის, ძვლებისა და კანისთვის . გამოკვლევებმა აჩვენა, რომ მენოპაუზის პერიოდში ქალები, რომლებსაც აქვთ ბიოშეღწევადობის სილიციუმის მაღალი მიღება, აქვთ ძვლის მაღალი სიმკვრივე და რომ სილიციუმის დამატებამ შეიძლება გაზარდოს ძვლის მოცულობა და სიმკვრივე ოსტეოპოროზულ პაციენტებში. ადამიანის სხეულს დღეში დაახლოებით 20-30 მგ სილიციუმი ჭირდება. ორსული ქალები, ძვლის ოპერაციის შემდეგ ადამიანები და მოხუცები უფრო მეტ დოზას საჭიროებენ, რადგან ასაკის მატებასთან ერთად ორგანოებში ამ ელემენტის რაოდენობა იკლებს. ეს ხდება ძირითადად შემაერთებელ ქსოვილში, საიდანაც შენდება მყესები, ლორწოვანი გარსები, სისხლძარღვების კედლები, გულის სარქველები, კანი და ოსტეოართულური სისტემა. სილიციუმი ხელს უწყობს უჯრედებიდან ტოქსიკური ნივთიერებების მოცილებას, მოქმედებს კაპილარებზე, ზრდის მათი კედლების სიმკვრივეს და ელასტიურობას, ზრდის ძვლის ქსოვილის სიმტკიცეს, აძლიერებს სხეულის დაცვას ინფექციებისგან და ხელს უშლის ნაადრევ დაბერებას. ხსნის კანის გაღიზიანებას და ანთებას, აუმჯობესებს მის ზოგად იერსახეს და აფერხებს ლეტალგიას, ამცირებს თმის ცვენას, აჩქარებს თმის ზრდას, აძლიერებს ფრჩხილებს. მას შემდეგ, რაც სილიციუმი მონაწილეობს ძვლის ქსოვილის ფორმირებაში, უზრუნველყოფს სისხლძარღვების ელასტიურობას, რომლებიც მონაწილეობენ დიეტადან კალციუმის შეწოვაში და თმის და ფრჩხილების ზრდაში, მისმა დეფიციტმა ადამიანის სხეულში შეიძლება გამოიწვიოს ძვლის დაავადება, ზრდის ზოგადი შეფერხება, უნაყოფობა განვითარების ნაკლებობა და ოსტეოპოროზი.

კრისტალური სტრუქტურა სილიციუმის

ჰიგიენური ასპექტები - 

სილიციუმის დიოქსიდი ნორმალურ პირობებში არის მყარი, ბიოინერტული, არა დეგრადირებადი ნივთიერება, მიდრეკილია მტვრის წარმოქმნისაკენ, რომელიც შედგება მკვეთრი კიდეების მიკრონაწილაკებისგან. სილიციუმის დიოქსიდისა და უმეტესობა სილიციდებისა და სილიკატების მავნე მოქმედება ემყარება გამაღიზიანებელ და ფიბროგენულ ეფექტს, ფილტვის ქსოვილში ნივთიერების დაგროვებას, რაც იწვევს სერიოზულ დაავადებას - სილიციზს.

მტვრის საწინააღმდეგო რესპირატორები გამოიყენება რესპირატორული სისტემის დასაცავად მტვრის ნაწილაკებისგან. ამის მიუხედავად, პირადი დამცავი აღჭურვილობის გამოყენების შემთხვევაშიც კი, იმ ადამიანთა ყელში, რომლებიც სისტემატურად მუშაობენ მტვრიან პირობებში სილიციუმის ნაერთებით და განსაკუთრებით სილიციუმის მონოქსიდით, აქვთ ანთებითი პროცესების ნიშნები ლორწოვან გარსებზე. მაქსიმალური დასაშვები კონცენტრაცია სილიციუმისთვის უკავშირდება სილიციუმის დიოქსიდის მტვრის შემცველობას ჰაერში. ეს გამოწვეულია სილიციუმის ქიმიის თავისებურებებით:

უფთა სილიციუმი, ისევე როგორც სილიციუმის კარბიდი, წყალთან ან ატმოსფერულ ჟანგბადთან შეხებისას ქმნის სილიციუმის დიოქსიდის წყალგამძლე ფილმს ({\ displaystyle {\ ce {SiO2}}} {\ displaystyle {\ ce {SiO2}}} ზედაპირზე, რაც პასიურობას ახდენს ზედაპირი; ორგანოსსილიუმის მრავალი ნაერთი, ატმოსფერულ ჟანგბადთან და წყლის ორთქლთან შეხებისას, იჟანგება ან ჰიდროლიზდება, რათა საბოლოოდ წარმოიქმნას სილიციუმის დიოქსიდი; სილიციუმის მონოქსიდი ({\ displaystyle {\ ce {SiO}}} {\ displaystyle {\ ce {SiO}}} ჰაერში შეიძლება (ზოგჯერ ასაფეთქებლად) დაჟანგდეს სილიციუმის დიოქსიდის მაღალ დისპერსიად.