Кремний — второй по распространённости элемент земной коры и основа микроэлектроники. Элемент № 14. Ниже — карточка и описание.
| Символ | Si |
|---|---|
| Латинское название | Silicium |
| Атомный номер | 14 |
| Атомная масса | 28,085 а.е.м. |
| Категория | Металлоиды (полуметаллы) |
| Группа | 14 |
| Период | 3 |
| Агрегатное состояние (20 °C) | твёрдое |
| Электронная конфигурация | [Ne] 3s² 3p² |
| Полная конфигурация | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² |
| Электронов на внешнем уровне | 4 |
| Степени окисления | −4, +4 |
| Валентность | IV |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 1,9 |
| Температура плавления | 1414 °C |
| Температура кипения | 3265 °C |
| Год открытия | 1824 |
| Применение | электроника, стекло, солнечные батареи |
Это тот самый план, по которому характеристику элемента спрашивают в школе и на ЕГЭ: от положения в периодической системе — к строению атома, а от строения атома — к свойствам. Ниже — готовый разбор 14-го элемента (Кремний, Si). Такой же разбор для любого из 118 элементов построит конструктор характеристики элемента.
Кремний (лат. Silicium, символ Si) — элемент с номером 14 и атомной массой 28,085, металлоид (полуметалл) IV группы третьего периода, аналог углерода. Электронная конфигурация [Ne] 3s² 3p²: четыре внешних электрона, поэтому кремний четырёхвалентен и проявляет степени окисления +4 (в оксиде и силикатах) и −4 (в силицидах). Простое вещество — твёрдое, хрупкое, серебристо-серое кристаллическое, с металлическим блеском, но по электрическим свойствам это полупроводник: его проводимость сильно зависит от температуры, освещения и примесей. Именно на управляемой проводимости кремния построена вся современная микроэлектроника.
Кремний — второй по распространённости элемент земной коры после кислорода (около 28% массы). В свободном виде он не встречается, зато в виде соединений составляет основу минералов: диоксид кремния SiO₂ — это кварц и песок, а силикаты — большинство горных пород и глин. Из кремнезёма и силикатов делают стекло, керамику, цемент, кирпич. Технически чистый кремний, легированный ничтожными добавками примесей, — материал номер один для полупроводниковых приборов: из монокристаллического кремния изготавливают процессоры, микросхемы, диоды, транзисторы и солнечные батареи (отсюда и название Кремниевая долина). Кремнийорганические соединения (силиконы) применяют как термостойкие смазки, герметики, каучуки. Кремний по химии похож на углерод, но цепи Si–Si гораздо менее устойчивы, поэтому «кремниевой жизни» в природе нет. Соседи кремния — алюминий и фосфор, по группе выше — углерод, ниже — германий, олово, свинец. О положении полуметаллов между металлами и неметаллами читайте в отдельном гайде, а расчёты с соединениями кремния ведите калькулятором молярной массы.
Это полупроводник, проводимостью которого можно точно управлять добавками примесей. Из сверхчистого кремния делают процессоры, микросхемы, транзисторы и солнечные батареи.
В виде соединений: диоксид кремния SiO₂ — это кварц и песок, а силикаты составляют большинство горных пород и глин. В свободном виде кремний не встречается.
Это металлоид (полуметалл): по внешнему виду похож на металл, но по химическим и электрическим свойствам ближе к неметаллам-полупроводникам. Он занимает промежуточное положение.
Оба в IV группе и четырёхвалентны, образуют оксиды типа ЭO₂ и способны к цепочкам. Но связи Si–Si намного слабее C–C, поэтому у кремния нет такого многообразия соединений, как у углерода.
Основа стекла — диоксид кремния (кварцевый песок), к которому добавляют соду и известняк. Так получают обычное силикатное стекло. Кремнезём и силикаты также идут на керамику и цемент.