кремнеорганизмов.
Так как эта книга посвящена кремнию и его свойствам, более чем уместно будет сказать несколько слов о широко известном ученом, специалисте в области химии элементоорганических соединений, органической и физико-органической химии, Михаиле Григорьевиче Воронкове, чье имя уже упоминалось выше. Именно Михаил Григорьевич впервые в нашей стране начал изучение кремнеорганических соединений. Его исследования биологически активных соединений кремния привели к открытию веществ с уникальным действием на живые организмы, он создал новую область химии кремния — биокремнеорганическую химию. Ряд оригинальных разработок ученого оказались высокоперспективны в том числе и для медицины (биостимуляторы, адаптогены, катализаторы микробиологического синтеза, гидрофобные и биозащитные кремнеорганические покрытия и др.). Под руководством М. Г. Воронкова создан ряд оригинальных лекарственных препаратов, не имеющих аналогов в мировой медицине (феракрил, ацизол, крезацин и трекрезан, силокаст, силимин, дибутирин, онкосорб, кобазол и др.).
В природе кремний рассеян буквально всюду. Это чрезвычайно распространенный элемент, и не только на нашей планете (по распространенности в земной коре кремний занимает второе место). Частицами карбида кремния, силикатов магния и алюминия насыщено околозвездное пространство. А такое, например, кремнеорганическое соединение, как полидиметилсилоксана, отсутствующее в земной природе, в микроскопических количествах было обнаружено в лунной пыли. В падающих на Землю каменных метеоритах кремний занимает второе место после кислорода. А в космосе — седьмое место после водорода, гелия, азота, кислорода, неона и углерода. Более того, как указывают в своей книге «Удивительный элемент жизни» М. Г. Воронков и И. Г. Кузнецов, в космических масштабах атомная распространенность кремния считается общепризнанным стандартом и содержание в космосе других элементов выражается отношением числа их атомов на миллион атомов кремния. Самые распространенные соединения кремния были известны человеку с незапамятных времен. Но с простым веществом кремнием человек познакомился относительно недавно, примерно 200 лет тому назад. Первыми исследователями, получившими кремний, были французы Ж. Л. Гей-Люссак и Л. Ж. Тенар. Проводя в 1811 году свои эксперименты, они обнаружили, что при нагревании фторида кремния с металлическим калием образуется некое буро-коричневое вещество, однако эти исследователи так и не сделали правильного вывода по поводу полученного нового простого вещества. Как новый элемент кремний был открыт шведским химиком И. Берцелиусом в 1824 году. В результате своих опытов этот ученый получил тот же аморфный порошок, что и французские химики, но в отличие от них сделал заявление об обнаружении нового элементарного вещества, которое он назвал силицием (от латинского silex — кремень). Кристаллический кремний был получен еще позднее— только в 1854 году французским химиком А. Э. Сент-Клер Девилем. Кремний, или по-латыни silicium, это химический элемент (Si, читается «силициум», но в настоящее время довольно часто и как «си») с атомным номером 14 и атомной массой 28,0855. Русское название этого элемента появилось спустя 9 лет после объявления о его открытии, в 1834 году, благополучно дожив до наших дней в отличие, например, от такого названия, как «буротвор». Кремний, как и углерод, образует различные аллотропические модификации — так называют образование молекул с различным числом атомов или кристаллов различных модификаций, как алмаз и графит (кстати, кристаллический кремний так же мало похож на аморфный, как алмаз на графит). В свободном виде это порошок или компактный материал серо-стального цвета с металлическим блеском и гранецентрированной кристаллической решеткой того же типа, что у алмаза. Кремний принято относить к неметаллам, однако по ряду свойств он занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами. Природным источником кремния служит кремнезем, кварц и множество разнообразных силикатов. Промышленный способ производства кремния впервые был изобретен во второй половине XIX века известным русским химиком Н. Н. Бекетовым. Сейчас технически чистый кремний (95–98 % Si) получают главным образом посредством восстановления кремнезема в электрической дуге между графитовыми электродами. Элементарный кремний — типичный полупроводник. Его электрические свойства можно варьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами. Химически кремний малоактивен. При комнатной температуре реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния. При нагревании до температуры 400–500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида, с хлором, бромом и иодом с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов. С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны — получают косвенным путем. С азотом кремний образует при температуре около 1000 °C нитрид, с бором — термически и химически стойкие бориды. Соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева углерода — карбид кремния (карборунд) характеризуется высокой твердостью и низкой химической активностью. Карборунд широко используется как абразивный материал. При нагревании кремния с металлами возникаю! силициды. Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния) и металлоподобные (силициды переходных металлов). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются. Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до 2000 °C). Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах. Диоксид кремния — это кислотный оксид, не реагирующий с водой. Он существует в виде нескольких полиморфных модификаций — кварц, тридимит, кристобалит, стеклообразный диоксид). Из этих модификаций наибольшее практическое значение имеет кварц. Кварц обладает свойствами пьезоэлектрика, он прозрачен для ультрафиолетового излучения. Характеризуется очень низким коэффициентом теплового расширения, поэтому изготовленная из кварца посуда не растрескивается при перепадах температуры до тысячи градусов. При сплавлении диоксида кремния с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов
КРЕМНИЙ В ПРИРОДЕ
В природе кремний рассеян буквально всюду. Это чрезвычайно распространенный элемент, и не только на нашей планете (по распространенности в земной коре кремний занимает второе место). Частицами карбида кремния, силикатов магния и алюминия насыщено околозвездное пространство. А такое, например, кремнеорганическое соединение, как полидиметилсилоксана, отсутствующее в земной природе, в микроскопических количествах было обнаружено в лунной пыли. В падающих на Землю каменных метеоритах кремний занимает второе место после кислорода. А в космосе — седьмое место после водорода, гелия, азота, кислорода, неона и углерода. Более того, как указывают в своей книге «Удивительный элемент жизни» М. Г. Воронков и И. Г. Кузнецов, в космических масштабах атомная распространенность кремния считается общепризнанным стандартом и содержание в космосе других элементов выражается отношением числа их атомов на миллион атомов кремния. Самые распространенные соединения кремния были известны человеку с незапамятных времен. Но с простым веществом кремнием человек познакомился относительно недавно, примерно 200 лет тому назад. Первыми исследователями, получившими кремний, были французы Ж. Л. Гей-Люссак и Л. Ж. Тенар. Проводя в 1811 году свои эксперименты, они обнаружили, что при нагревании фторида кремния с металлическим калием образуется некое буро-коричневое вещество, однако эти исследователи так и не сделали правильного вывода по поводу полученного нового простого вещества. Как новый элемент кремний был открыт шведским химиком И. Берцелиусом в 1824 году. В результате своих опытов этот ученый получил тот же аморфный порошок, что и французские химики, но в отличие от них сделал заявление об обнаружении нового элементарного вещества, которое он назвал силицием (от латинского silex — кремень). Кристаллический кремний был получен еще позднее— только в 1854 году французским химиком А. Э. Сент-Клер Девилем. Кремний, или по-латыни silicium, это химический элемент (Si, читается «силициум», но в настоящее время довольно часто и как «си») с атомным номером 14 и атомной массой 28,0855. Русское название этого элемента появилось спустя 9 лет после объявления о его открытии, в 1834 году, благополучно дожив до наших дней в отличие, например, от такого названия, как «буротвор». Кремний, как и углерод, образует различные аллотропические модификации — так называют образование молекул с различным числом атомов или кристаллов различных модификаций, как алмаз и графит (кстати, кристаллический кремний так же мало похож на аморфный, как алмаз на графит). В свободном виде это порошок или компактный материал серо-стального цвета с металлическим блеском и гранецентрированной кристаллической решеткой того же типа, что у алмаза. Кремний принято относить к неметаллам, однако по ряду свойств он занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами. Природным источником кремния служит кремнезем, кварц и множество разнообразных силикатов. Промышленный способ производства кремния впервые был изобретен во второй половине XIX века известным русским химиком Н. Н. Бекетовым. Сейчас технически чистый кремний (95–98 % Si) получают главным образом посредством восстановления кремнезема в электрической дуге между графитовыми электродами. Элементарный кремний — типичный полупроводник. Его электрические свойства можно варьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами. Химически кремний малоактивен. При комнатной температуре реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния. При нагревании до температуры 400–500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида, с хлором, бромом и иодом с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов. С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны — получают косвенным путем. С азотом кремний образует при температуре около 1000 °C нитрид, с бором — термически и химически стойкие бориды. Соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева углерода — карбид кремния (карборунд) характеризуется высокой твердостью и низкой химической активностью. Карборунд широко используется как абразивный материал. При нагревании кремния с металлами возникаю! силициды. Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния) и металлоподобные (силициды переходных металлов). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются. Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до 2000 °C). Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах. Диоксид кремния — это кислотный оксид, не реагирующий с водой. Он существует в виде нескольких полиморфных модификаций — кварц, тридимит, кристобалит, стеклообразный диоксид). Из этих модификаций наибольшее практическое значение имеет кварц. Кварц обладает свойствами пьезоэлектрика, он прозрачен для ультрафиолетового излучения. Характеризуется очень низким коэффициентом теплового расширения, поэтому изготовленная из кварца посуда не растрескивается при перепадах температуры до тысячи градусов. При сплавлении диоксида кремния с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов