Силикатная промышленность производит материалы из соединений кремния. Основные направления – производство стекла, цемента и керамики.

Свойства элемента

Кремний – твердый элемент темно-серого цвета с металлическим блеском. Показывает свойства полупроводника. В природе он встречается в песке, кварце и глине.

В реакциях с металлами кремний выступает как окислитель (принимает электроны), а в реакциях с неметаллами — как восстановитель (отдает электроны). В обычных условиях кремний реагирует только с фтором. При нагревании взаимодействует с другими веществами.

Силикатная промышленность

Рис. 1. Кремний.

Кремний образует сложные вещества:

  • оксиды SiO и SiO2;
  • простые соли – хлорид (SiCl4), нитрид (Si3N4), карбид SiC, силициды (Mg2Si, CsSi8, Cu8Si);
  • кислородные соли (Na2SiO3).

При взаимодействии с углеродом кремний образует карборунд или карбид. Это вещество по твердости близко к алмазу. В промышленности применяют силикаты – соли кремниевых кислот. Кремниевые кислоты очень слабы и нестабильны. Водород легко заменяется металлами. В результате образуются прочные кристаллические вещества.

Силикатная промышленность

Рис. 2. Карборунд.

Из кислот кремний реагирует только с плавиковой кислотой HF. Кроме того, элемент не реагирует непосредственно с водородом. Гидроксид Si(OH)4 в свободном виде неустойчив и быстро превращается в кислоту за счёт потери воды.

Виды производства

Кремний используется в песке (SiO2), глине и других природных материалах для изготовления прочных материалов — цемента, стекла, керамики. В таблице кратко описано производство и использование материалов.

Материал

Сырье

Использовать

Стекло (Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2)

Сода, известняк, белый песок. Сырье спекается в специальных печах. Процесс состоит из трёх этапов:

– SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2↑;

– SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2↑;

– Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 → Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2.

Дополнительные соединения могут быть добавлены для придания прочности или, наоборот, пластичности и хрупкости. Поташ K2CO3, добавленный вместо соды, делает стекло, например, термостойким. Добавление оксидов придает стеклу цвет: CoO – синий, Cr2O3 – зеленый, MnO2 – красный

Производство оконных стекол, нитей для оптоволокна, посуды

Керамика

Глина, состоящая из кристаллов каолинита Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2Н2О. Сначала глину готовят к лепке, смешивая ее с водой. Затем изделия формуются, сушатся и обжигаются

Производство плитки, кирпича, посуды

Цемент

Глина, известняк. Полученную массу после спекания измельчают в порошок, который при смешивании с водой образует цемент

Производство строительных материалов — щебень, бетон, железобетон

Силикатная промышленность

Рис. 3. Производство стекла.

Кремний используется в производстве фотоэлементов, транзисторов, диодов, микросхем. Элемент добавляют при производстве стали для повышения прочности.

Что мы узнали?

На уроке химии в 9 классе мы узнали о свойствах кремния и его соединений, а также о производстве материалов на основе кремния. Кремний встречается в природе в песке, глине и известняке. Эти природные материалы используются в качестве сырья для производства стекла, цемента и керамики. Кремний также используется в производстве электроники и электротехники.