Кремній - Бог неорганічної хімії

КРЕМНІЙ - «БОГ» НЕОРГАНІЧНОЇ ПРИРОДИ

Кремній - чудовий хімічний елемент, атоми якого дуже поширені на Землі. Хоч оболонка нашої планети складається з величезної кілько­ві і несхожих один на одного мінералів, кремній займає важливе місце у більшості з них. На частку кремнію припадає близько 30% маси земної корм. Кремній міститься в усіх рослинах. Особливо багато його у хвощі та бамбуці.

У невеликих кількостях кремній входить також до складу живих організмів, а деякі мікроорганізми використовують розчинену в океані кремнієву кислоту для побудови своїх малесеньких скелетів. В організмі людини кремнію менш як 0,1%, і його біологічна роль поки що не з'ясована.

Атом кремнію так само, як і атом вуглецю, чотиривалентний. Це зна­чить, що він може приєднати чотири одновалентних атоми, наприклад водню або фтору. Порівняно велика хімічна активність кремнію веде до того, що елемент не може бути в природі у вільному стані. Найбільш вдало поєднуються електронні оболонки атома кремнію і двох атомів кисню, утворюючи двоокис кремнію. Це дуже тугоплавка, тверда, хіміч­но малоактивна речовина. Двоокис кремнію зустрічається в природі в різних видах. Найчастіше це білі кварцові жили, які прорізують м'якші мінерали, або продукт вивітрювання гірських порід - білий кварцовий пісок.

Рідше зустрічаються різні красиво забарвлені домішками різновид­ності кварцу: яшма, агат, халцедон, тридиміт, кристабаліт форми кварцу - яшма та агат. З яшми та агату виготовляють красиві прикраси і деякі технічні деталі: хімічні ступки, призми для точних те­ремів, камені для годинників та вимірювальних приладів.

Досить часто зустрічаються у природі великі прозорі кристали квар­цу - гірський кришталь. Один із знайдених на Мадагаскарі мав довжи­ну 8 м. Раніше гірський кришталь використовували лише для прикрас, але тепер вчені розкрили багато чудесних властивостей цього красиво­го мінералу, і застосування його в науці і техніці дуже розширилось. Як­що вигинати пластинку, вирізану з кристала гірського кришталю у пев­ному напрямі, на її площинах з'являться електричні заряди. Завдяки цій властивості кристали кришталю називають п'єзоелектричними. Такі самі властивості мають не тільки кварц, а й інші речовини, наприклад сегне­това сіль. Але в кварці вони дуже вдало поєднуються з винятковими ме­ханічними властивостями. Він дуже міцний і пружний. Якщо виготови­ти з кварцу камертон і вмістити його у вакуум, він може коливатися про­тягом кількох годин. Зміна температури на кварц майже не діє, його коефіцієнт розширення мізерно малий.

Якщо до площин кварцової пластинки, вкритих шаром металу, під­нести змінний струм, пластинка набуде коливального руху. Коливання підсиляться, коли настане резонанс, частота електричного поля зрівня­ється и частотою власних коливань пластинки. Кварцові п'єзоелектричні пластинки дуже широко застосовуються у техніці. З їх допомогою стабілізується довжина хвилі радіостанцій, утворюється ультразвук, П'єзокварцові пластинки використовуються для створення надточних (кварцових) годинників, для вимірювання величезних тисків, що вимикати., наприклад, у стволі гармати.

Учені встановили, що кварц прозорий не тільки для видимого проміння, а добре пропускає і ультрафіолетове. Тому з кристалів гірської о кришталю виготовляють деталі найточніших оптичних приладів - лій пі і призми.

Двоокис кремнію - найпростіша, але не найпоширеніша у природі його сполука. Значно більше кремнію входить до складу мінералів з яких складається основа земної кори: базальту, граніту, гнейсу та ін. Багато які мінерали, що містять кремній, широко використовуються людиною. Абсолютно незамінні за своїми властивостями слюда і азбест. Кристали слюди легко розщеплюються на найтонші пластинки, її застосовують для виготовлення різних нагрівальних елементів, високоякісних електричних конденсаторів, найтонших віконець лічильників заряджених пінок, що застосовуються в атомній фізиці. У старовину, коли люди ще не вміли робити віконного скла, у вікна вставляли пластинки слюди.

Азбест - білий волокнистий мінерал, чудовий тепловий і електричний ізолятор, який витримує температуру понад 1000° С. З азбесту виготовляють вогнетривкий картон і неспалиму тканину, суміш азбесту з це­нтом- азбоцемент - чудовий будівельний матеріал, який поєднує міцність цементу і еластичність азбесту.

При звичайній температурі кремній - інертна речовина. Коли ж його нагрівати, він сполучається майже з усіма елементами. Найважливі­ші його природні сполуки - мінерали, про які ми розповіли, і численні І і кремнієвої кислоти H₂SiO₃. Ця дуже слабка кислота утворює у во­лі не звичайний, а так званий колоїдний розчин. Колоїдний розчин - це о тонка суспензія: на світло вона каламутна, але не осідає, бо частинки розчиненої речовини дуже дрібні. Майже всі солі кремнієвої кислоти не розчиняються у воді. Деякі з них - польові шпати - дуже поширені у природі. Добре розчиняється тільки натрієва сіль кремнієвої юти Ма₂SіО₃. її розчин у воді називають рідким склом і використовують для виготовлення клею та як вогнезахисну речовину для просочування тканин і дерева.