प्रकृति में कार्बन और सिलिकॉन. सार: सिलिकॉन और कार्बन पर आधारित रासायनिक यौगिक

एक स्वतंत्र रासायनिक तत्व के रूप में, सिलिकॉन केवल 1825 में मानव जाति के लिए जाना गया। जो, निश्चित रूप से, इतने सारे क्षेत्रों में सिलिकॉन यौगिकों के उपयोग को नहीं रोकता है, इसलिए उन लोगों को सूचीबद्ध करना आसान है जहां तत्व का उपयोग नहीं किया जाता है। यह लेख सिलिकॉन और उसके यौगिकों, अनुप्रयोगों के भौतिक, यांत्रिक और उपयोगी रासायनिक गुणों पर प्रकाश डालेगा, और हम यह भी बात करेंगे कि सिलिकॉन स्टील और अन्य धातुओं के गुणों को कैसे प्रभावित करता है।

सबसे पहले, आइए सिलिकॉन की सामान्य विशेषताओं को देखें। पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान का 27.6 से 29.5% भाग सिलिकॉन है। समुद्री जल में, तत्व की सांद्रता भी काफी है - 3 मिलीग्राम/लीटर तक।

स्थलमंडल में प्रचुरता की दृष्टि से सिलिकॉन ऑक्सीजन के बाद दूसरे स्थान पर है। हालाँकि, इसका सबसे प्रसिद्ध रूप, सिलिका, एक डाइऑक्साइड है, और यह इसके गुण हैं जो इतने व्यापक उपयोग का आधार बन गए हैं।

यह वीडियो आपको बताएगा कि सिलिकॉन क्या है:

संकल्पना एवं विशेषताएं

सिलिकॉन एक गैर-धातु है, लेकिन विभिन्न परिस्थितियों में यह अम्लीय और क्षारीय दोनों गुण प्रदर्शित कर सकता है। यह एक विशिष्ट अर्धचालक है और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इसका अत्यधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके भौतिक और रासायनिक गुण काफी हद तक इसकी एलोट्रोपिक अवस्था से निर्धारित होते हैं। अक्सर वे क्रिस्टलीय रूप से निपटते हैं, क्योंकि इसके गुणों की राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में अधिक मांग है।

• सिलिकॉन मानव शरीर में बुनियादी मैक्रोलेमेंट्स में से एक है। इसकी कमी से हड्डी के ऊतकों, बालों, त्वचा और नाखूनों की स्थिति पर हानिकारक प्रभाव पड़ता है। इसके अलावा, सिलिकॉन प्रतिरक्षा प्रणाली के प्रदर्शन को प्रभावित करता है।
• चिकित्सा में, तत्व, या बल्कि इसके यौगिकों को, इसी क्षमता में अपना पहला अनुप्रयोग मिला। सिलिकॉन से बने कुओं का पानी न केवल साफ था, बल्कि संक्रामक रोगों के प्रतिरोध पर भी सकारात्मक प्रभाव पड़ा। आज, सिलिकॉन युक्त यौगिक तपेदिक, एथेरोस्क्लेरोसिस और गठिया के खिलाफ दवाओं के आधार के रूप में काम करते हैं।
• सामान्य तौर पर, अधातु कम सक्रिय होती है, लेकिन इसे शुद्ध रूप में खोजना मुश्किल होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि हवा में यह डाइऑक्साइड की एक परत द्वारा जल्दी से निष्क्रिय हो जाता है और प्रतिक्रिया करना बंद कर देता है। गर्म करने पर रासायनिक सक्रियता बढ़ जाती है। परिणामस्वरूप, मानवता स्वयं के बजाय पदार्थ के यौगिकों से अधिक परिचित है।

इस प्रकार, सिलिकॉन लगभग सभी धातुओं - सिलिकाइड्स के साथ मिश्रधातु बनाता है। उन सभी को अपवर्तकता और कठोरता की विशेषता है और उपयुक्त क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है: गैस टर्बाइन, फर्नेस हीटर।

गैर-धातु को डी.आई. मेंडेलीव की तालिका में कार्बन और जर्मेनियम के साथ समूह 6 में रखा गया है, जो इन पदार्थों के साथ एक निश्चित समानता का संकेत देता है। इस प्रकार, कार्बन के साथ इसकी जो समानता है, वह इसकी कार्बनिक-प्रकार के यौगिक बनाने की क्षमता है। वहीं, जर्मेनियम की तरह सिलिकॉन, कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में धातु के गुणों को प्रदर्शित कर सकता है, जिसका उपयोग संश्लेषण में किया जाता है।

फायदे और नुकसान

राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में उपयोग के दृष्टिकोण से किसी भी अन्य पदार्थ की तरह, सिलिकॉन में भी कुछ उपयोगी या बहुत उपयोगी गुण नहीं हैं। वे उपयोग के क्षेत्र को निर्धारित करने के लिए सटीक रूप से महत्वपूर्ण हैं।

• पदार्थ का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है उपलब्धता. प्रकृति में, यह सच है कि यह मुक्त रूप में नहीं पाया जाता है, लेकिन फिर भी, सिलिकॉन के उत्पादन की तकनीक इतनी जटिल नहीं है, हालांकि यह ऊर्जा-खपत वाली है।
• दूसरा सबसे महत्वपूर्ण फायदा है अनेक यौगिकों का निर्माणअसामान्य रूप से उपयोगी गुणों के साथ. इनमें सिलेन, सिलिकाइड, डाइऑक्साइड और निश्चित रूप से, सिलिकेट की एक विस्तृत विविधता शामिल है। जटिल ठोस समाधान बनाने के लिए सिलिकॉन और उसके यौगिकों की क्षमता लगभग अनंत है, जो कांच, पत्थर और चीनी मिट्टी की विभिन्न किस्मों को अंतहीन रूप से प्राप्त करना संभव बनाती है।
• अर्धचालक गुणगैर-धातु इसे इलेक्ट्रिकल और रेडियो इंजीनियरिंग में आधार सामग्री के रूप में स्थान प्रदान करती है।
• अधातु है गैर-विषाक्त, जो किसी भी उद्योग में उपयोग की अनुमति देता है, और साथ ही तकनीकी प्रक्रिया को संभावित रूप से खतरनाक में नहीं बदलता है।

सामग्री के नुकसान में केवल अच्छी कठोरता के साथ सापेक्ष नाजुकता शामिल है। सिलिकॉन का उपयोग भार वहन करने वाली संरचनाओं के लिए नहीं किया जाता है, लेकिन यह संयोजन क्रिस्टल की सतह को ठीक से संसाधित करने की अनुमति देता है, जो उपकरण बनाने के लिए महत्वपूर्ण है।

आइए अब बात करते हैं सिलिकॉन के मूल गुणों के बारे में।

गुण और विशेषताएं

चूंकि क्रिस्टलीय सिलिकॉन का उपयोग अक्सर उद्योग में किया जाता है, इसलिए इसके गुण अधिक महत्वपूर्ण हैं, और ये वे हैं जो तकनीकी विशिष्टताओं में दिए गए हैं। पदार्थ के भौतिक गुण इस प्रकार हैं:

• गलनांक - 1417 C;
• क्वथनांक - 2600 C;
• घनत्व 2.33 ग्राम/घन है। सेमी, जो नाजुकता को इंगित करता है;
• ताप क्षमता, साथ ही तापीय चालकता, शुद्धतम नमूनों पर भी स्थिर नहीं है: 800 जे/(किलो के), या 0.191 कैलोरी/(जी डिग्री) और 84-126 डब्लू/(एम के), या 0.20-0, क्रमशः 30 कैलोरी/(सेमी·सेक·डिग्री);
• लंबी-तरंग अवरक्त विकिरण के लिए पारदर्शी, जिसका उपयोग अवरक्त प्रकाशिकी में किया जाता है;
• ढांकता हुआ स्थिरांक - 1.17;
• मोह पैमाने पर कठोरता - 7.

किसी अधातु के विद्युत गुण अत्यधिक अशुद्धियों पर निर्भर होते हैं। उद्योग में, इस सुविधा का उपयोग वांछित प्रकार के अर्धचालक को मॉड्यूलेट करके किया जाता है। सामान्य तापमान पर, सिलिकॉन भंगुर होता है, लेकिन 800 C से ऊपर गर्म करने पर प्लास्टिक विरूपण संभव है।

अनाकार सिलिकॉन के गुण आश्चर्यजनक रूप से भिन्न हैं: यह अत्यधिक हीड्रोस्कोपिक है और सामान्य तापमान पर भी अधिक सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करता है।

संरचना और रासायनिक संरचना, साथ ही सिलिकॉन के गुणों पर नीचे दिए गए वीडियो में चर्चा की गई है:

रचना और संरचना

सिलिकॉन दो एलोट्रोपिक रूपों में मौजूद है, जो सामान्य तापमान पर समान रूप से स्थिर होते हैं।

• क्रिस्टलगहरे भूरे रंग के पाउडर जैसा दिखता है। पदार्थ, हालांकि इसमें हीरे जैसी क्रिस्टल जाली होती है, परमाणुओं के बीच अत्यधिक लंबे बंधन के कारण नाजुक होता है। दिलचस्प बात यह है कि इसके अर्धचालक गुण हैं।
• बहुत अधिक दबाव पर आप प्राप्त कर सकते हैं षट्कोणीय 2.55 ग्राम/घन घनत्व के साथ संशोधन। हालाँकि, इस चरण को अभी तक व्यावहारिक महत्व नहीं मिला है।
• बेढब– भूरा-भूरा पाउडर. क्रिस्टलीय रूप के विपरीत, यह अधिक सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करता है। यह पहले रूप की जड़ता के कारण नहीं है, बल्कि इस तथ्य के कारण है कि हवा में पदार्थ डाइऑक्साइड की एक परत से ढका हुआ है।

इसके अलावा, सिलिकॉन क्रिस्टल के आकार से संबंधित एक अन्य प्रकार के वर्गीकरण को ध्यान में रखना आवश्यक है, जो मिलकर पदार्थ बनाते हैं। एक क्रिस्टल जाली, जैसा कि ज्ञात है, न केवल परमाणुओं का क्रम निर्धारित करती है, बल्कि उन संरचनाओं का भी क्रम बताती है जिनसे ये परमाणु बनते हैं - तथाकथित लंबी दूरी का क्रम। यह जितना बड़ा होगा, पदार्थ गुणों में उतना ही अधिक सजातीय होगा।

• monocrystalline- नमूना एक क्रिस्टल है. इसकी संरचना अधिकतम क्रमबद्ध है, इसके गुण सजातीय और अच्छी तरह से पूर्वानुमानित हैं। यह वह सामग्री है जिसकी इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में सबसे अधिक मांग है। हालाँकि, यह सबसे महंगी प्रजातियों में से एक है, क्योंकि इसे प्राप्त करने की प्रक्रिया जटिल है और विकास दर कम है।
• बहु- नमूने में कई बड़े क्रिस्टलीय दाने होते हैं। उनके बीच की सीमाएं अतिरिक्त दोष स्तर बनाती हैं, जो अर्धचालक के रूप में नमूने के प्रदर्शन को कम करती है और तेजी से घिसाव की ओर ले जाती है। मल्टीक्रिस्टल उगाने की तकनीक सरल है, और इसलिए सामग्री सस्ती है।
• polycrystalline- इसमें बड़ी संख्या में एक-दूसरे के सापेक्ष बेतरतीब ढंग से स्थित अनाज होते हैं। यह औद्योगिक सिलिकॉन का सबसे शुद्ध प्रकार है, जिसका उपयोग माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और सौर ऊर्जा में किया जाता है। बहु-और एकल क्रिस्टल उगाने के लिए अक्सर कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है।
• अनाकार सिलिकॉन भी इस वर्गीकरण में एक अलग स्थान रखता है। यहां परमाणुओं का क्रम न्यूनतम दूरी पर ही बना रहता है। हालाँकि, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इसका उपयोग अभी भी पतली फिल्मों के रूप में किया जाता है।

गैर-धातु उत्पादन

इसके यौगिकों की जड़ता और उनमें से अधिकांश के उच्च गलनांक को देखते हुए, शुद्ध सिलिकॉन प्राप्त करना इतना आसान नहीं है। उद्योग में, वे अक्सर डाइऑक्साइड से कार्बन को कम करने का सहारा लेते हैं। प्रतिक्रिया 1800 C के तापमान पर चाप भट्टियों में की जाती है। इस प्रकार, 99.9% की शुद्धता वाली एक गैर-धातु प्राप्त होती है, जो इसके उपयोग के लिए पर्याप्त नहीं है।

परिणामी सामग्री को क्लोराइड और हाइड्रोक्लोराइड बनाने के लिए क्लोरीनीकृत किया जाता है। फिर यौगिकों को सभी संभावित तरीकों से अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है और हाइड्रोजन के साथ कम किया जाता है।

पदार्थ को मैग्नीशियम सिलिसाइड प्राप्त करके भी शुद्ध किया जा सकता है। सिलिसाइड हाइड्रोक्लोरिक या एसिटिक एसिड के संपर्क में आता है। सिलेन प्राप्त किया जाता है, और बाद वाले को विभिन्न तरीकों से शुद्ध किया जाता है - शर्बत, सुधार, और इसी तरह। फिर सिलेन को 1000 C के तापमान पर हाइड्रोजन और सिलिकॉन में विघटित किया जाता है। इस मामले में, 10 -8 -10 -6% की अशुद्धता अंश के साथ एक पदार्थ प्राप्त होता है।

पदार्थ का अनुप्रयोग

उद्योग के लिए, एक अधातु की इलेक्ट्रोफिजिकल विशेषताएं सबसे अधिक रुचि रखती हैं। इसका एकल क्रिस्टल रूप एक अप्रत्यक्ष अंतराल अर्धचालक है। इसके गुण अशुद्धियों द्वारा निर्धारित होते हैं, जिससे निर्दिष्ट गुणों वाले सिलिकॉन क्रिस्टल प्राप्त करना संभव हो जाता है। इस प्रकार, बोरान और इंडियम को जोड़ने से छेद चालकता के साथ एक क्रिस्टल विकसित करना संभव हो जाता है, और फॉस्फोरस या आर्सेनिक का परिचय इलेक्ट्रॉनिक चालकता के साथ एक क्रिस्टल विकसित करना संभव हो जाता है।

• सिलिकॉन वस्तुतः आधुनिक इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के आधार के रूप में कार्य करता है। इससे ट्रांजिस्टर, फोटोकेल्स, इंटीग्रेटेड सर्किट, डायोड आदि बनाए जाते हैं। इसके अलावा, डिवाइस की कार्यक्षमता लगभग हमेशा क्रिस्टल की निकट-सतह परत द्वारा ही निर्धारित की जाती है, जो सतह के उपचार के लिए बहुत विशिष्ट आवश्यकताओं को निर्धारित करती है।
• धातु विज्ञान में, तकनीकी सिलिकॉन का उपयोग मिश्र धातु संशोधक के रूप में किया जाता है - यह अधिक ताकत देता है, और एक घटक के रूप में - उदाहरण के लिए, और डीऑक्सीडाइजिंग एजेंट के रूप में - कच्चा लोहा के उत्पादन में।
• अल्ट्राप्योर और शुद्ध धातुकर्म सामग्री सौर ऊर्जा का आधार बनती हैं।
• अधातु डाइऑक्साइड प्रकृति में कई अलग-अलग रूपों में पाई जाती है। इसकी क्रिस्टल किस्मों - ओपल, एगेट, कारेलियन, एमेथिस्ट, रॉक क्रिस्टल - ने आभूषणों में अपना स्थान पाया है। ऐसे संशोधन जो दिखने में इतने आकर्षक नहीं हैं - चकमक पत्थर, क्वार्ट्ज - का उपयोग धातु विज्ञान, निर्माण और रेडियो-इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है।
• कार्बन, कार्बाइड के साथ एक गैर-धातु का एक यौगिक धातु विज्ञान, उपकरण बनाने और रासायनिक उद्योग में उपयोग किया जाता है। यह एक वाइड-बैंड सेमीकंडक्टर है, जो मोह पैमाने पर उच्च कठोरता - 7 और ताकत की विशेषता है, जो इसे एक अपघर्षक सामग्री के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है।
• सिलिकेट्स - यानी सिलिकिक एसिड के लवण। अस्थिर, तापमान के प्रभाव में आसानी से विघटित हो जाता है। उनकी उल्लेखनीय विशेषता यह है कि वे असंख्य और विविध लवण बनाते हैं। लेकिन बाद वाले कांच, चीनी मिट्टी की चीज़ें, मिट्टी के बर्तन, क्रिस्टल आदि के उत्पादन का आधार हैं। हम सुरक्षित रूप से कह सकते हैं कि आधुनिक निर्माण विभिन्न प्रकार के सिलिकेट्स पर आधारित है।
• ग्लास यहां सबसे दिलचस्प मामले का प्रतिनिधित्व करता है। इसका आधार एलुमिनोसिलिकेट्स है, लेकिन अन्य पदार्थों के नगण्य मिश्रण - आमतौर पर ऑक्साइड - सामग्री को रंग सहित कई अलग-अलग गुण देते हैं। -, मिट्टी के बर्तन, चीनी मिट्टी के बरतन, वास्तव में, एक ही सूत्र है, हालांकि घटकों के एक अलग अनुपात के साथ, और इसकी विविधता भी आश्चर्यजनक है।
• गैर-धातु में एक और क्षमता होती है: यह सिलिकॉन परमाणुओं की लंबी श्रृंखला के रूप में कार्बन जैसे यौगिक बनाती है। ऐसे यौगिकों को ऑर्गेनोसिलिकॉन यौगिक कहा जाता है। उनके अनुप्रयोग का दायरा भी कम प्रसिद्ध नहीं है - ये सिलिकोन, सीलेंट, स्नेहक इत्यादि हैं।

सिलिकॉन एक बहुत ही सामान्य तत्व है और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के कई क्षेत्रों में इसका असामान्य रूप से बहुत महत्व है। इसके अलावा, न केवल पदार्थ, बल्कि इसके सभी विभिन्न और असंख्य यौगिकों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।

यह वीडियो आपको सिलिकॉन के गुणों और उपयोगों के बारे में बताएगा:

कार्बन और सिलिकॉन तत्वों का संक्षिप्त तुलनात्मक विवरण तालिका 6 में प्रस्तुत किया गया है।

तालिका 6

कार्बन और सिलिकॉन की तुलनात्मक विशेषताएँ

तुलना मानदंड	कार्बन – सी	सिलिकॉन - सी
रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में स्थिति	, दूसरी अवधि, चतुर्थ समूह, मुख्य उपसमूह	, तीसरी अवधि, चतुर्थ समूह, मुख्य उपसमूह
परमाणुओं का इलेक्ट्रॉन विन्यास
वैलेंस संभावनाएं	II - स्थिर अवस्था में IV - उत्तेजित अवस्था में
संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाएँ	, , , , ,	,
उच्च ऑक्साइड	, अम्लीय	, अम्लीय
उच्च हाइड्रॉक्साइड	– कमजोर अस्थिर एसिड	() या - कमजोर एसिड, एक बहुलक संरचना है
हाइड्रोजन कनेक्शन	– मीथेन (हाइड्रोकार्बन)	- सिलेन, अस्थिर

कार्बन. कार्बन तत्व की विशेषता एलोट्रॉपी है। कार्बन निम्नलिखित सरल पदार्थों के रूप में मौजूद है: हीरा, ग्रेफाइट, कार्बाइन, फुलरीन, जिनमें से केवल ग्रेफाइट थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर है। कोयले और कालिख को ग्रेफाइट की अनाकार किस्म माना जा सकता है।

ग्रेफाइट दुर्दम्य, थोड़ा अस्थिर, सामान्य तापमान पर रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, और एक अपारदर्शी, नरम पदार्थ है जो कमजोर रूप से धारा का संचालन करता है। ग्रेफाइट की संरचना परतदार होती है।

अलमाज़ एक अत्यंत कठोर, रासायनिक रूप से निष्क्रिय (900 डिग्री सेल्सियस तक) पदार्थ है, जो करंट का संचालन नहीं करता है और गर्मी का खराब संचालन करता है। हीरे की संरचना चतुष्फलकीय होती है (चतुष्फलकीय में प्रत्येक परमाणु चार परमाणुओं आदि से घिरा होता है)। इसलिए, हीरा सबसे सरल बहुलक है, जिसके मैक्रोमोलेक्यूल में केवल कार्बन परमाणु होते हैं।

कार्बाइन की एक रैखिक संरचना होती है (- कार्बाइन, पॉलीनी) या (- कार्बाइन, पॉलीन)। यह एक काला पाउडर है और इसमें अर्धचालक गुण होते हैं। प्रकाश के प्रभाव में, कार्बाइन की विद्युत चालकता बढ़ जाती है, और तापमान पर कार्बाइन ग्रेफाइट में बदल जाता है। ग्रेफाइट की तुलना में रासायनिक रूप से अधिक सक्रिय। 20वीं सदी के शुरुआती 60 के दशक में संश्लेषित किया गया, बाद में इसे कुछ उल्कापिंडों में खोजा गया।

फुलरीन कार्बन का एक एलोट्रोपिक संशोधन है जो "फुटबॉल" प्रकार की संरचना वाले अणुओं द्वारा बनता है। अणुओं और अन्य फुलरीन को संश्लेषित किया गया। सभी फुलरीन संकर अवस्था में कार्बन परमाणुओं की बंद संरचनाएँ हैं। असंकरित बंध इलेक्ट्रॉनों को सुगंधित यौगिकों की तरह स्थानीयकृत किया जाता है। फुलरीन क्रिस्टल आणविक प्रकार के होते हैं।

सिलिकॉन. सिलिकॉन में बंधन की विशेषता नहीं होती है और यह संकर अवस्था में मौजूद नहीं होता है। इसलिए, सिलिकॉन का केवल एक स्थिर एलोट्रोपिक संशोधन है, जिसका क्रिस्टल जाली हीरे के समान है। सिलिकॉन कठोर है (मोह पैमाने पर, कठोरता 7 है), दुर्दम्य ( ), मानक परिस्थितियों में धात्विक चमक के साथ गहरे भूरे रंग का एक बहुत ही नाजुक पदार्थ - एक अर्धचालक। रासायनिक गतिविधि क्रिस्टल के आकार पर निर्भर करती है (बड़े क्रिस्टलीय क्रिस्टल अनाकार क्रिस्टल की तुलना में कम सक्रिय होते हैं)।

कार्बन की प्रतिक्रियाशीलता एलोट्रोपिक संशोधन पर निर्भर करती है। हीरे और ग्रेफाइट के रूप में कार्बन काफी निष्क्रिय है, एसिड और क्षार के प्रति प्रतिरोधी है, जिससे ग्रेफाइट से क्रूसिबल, इलेक्ट्रोड आदि बनाना संभव हो जाता है। कार्बन कोयले और कालिख के रूप में उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करता है।

क्रिस्टलीय सिलिकॉन काफी निष्क्रिय है; अनाकार रूप में यह अधिक सक्रिय है।

कार्बन और सिलिकॉन के रासायनिक गुणों को दर्शाने वाली मुख्य प्रकार की प्रतिक्रियाएँ तालिका 7 में दी गई हैं।

तालिका 7

कार्बन और सिलिकॉन के मूल रासायनिक गुण

के साथ प्रतिक्रिया	कार्बन	के साथ प्रतिक्रिया	सिलिकॉन
सरल पदार्थ	ऑक्सीजन		ऑक्सीजन
हैलोजन		हैलोजन
स्लेटी		कार्बन
हाइड्रोजन		हाइड्रोजन	प्रतिक्रिया नहीं करता
धातुओं		धातुओं
जटिल पदार्थ	धातु आक्साइड		क्षार
जल वाष्प		अम्ल	प्रतिक्रिया नहीं करता
अम्ल

सीमेंटिंग सामग्री

सीमेंटिंग सामग्री – कंक्रीट के निर्माण, भवन संरचनाओं के व्यक्तिगत तत्वों को जोड़ने, वॉटरप्रूफिंग आदि के लिए उपयोग की जाने वाली खनिज या जैविक निर्माण सामग्री।.

खनिज बाइंडर्स(एमवीएम)- बारीक पिसा हुआ पाउडरयुक्त पदार्थ (सीमेंट, जिप्सम, चूना, आदि), जो पानी के साथ मिश्रित होने पर (कुछ मामलों में लवण, अम्ल, क्षार के घोल के साथ) एक प्लास्टिक, व्यावहारिक द्रव्यमान बनाते हैं जो कठोर होकर एक टिकाऊ पत्थर जैसी संरचना में बदल जाता है और जुड़ जाता है ठोस समुच्चय के कण और सुदृढीकरण एक अखंड पूरे में।

एमवीएम का सख्त होना विघटन प्रक्रियाओं, सुपरसैचुरेटेड घोल और कोलाइडल द्रव्यमान के निर्माण के कारण होता है; उत्तरार्द्ध आंशिक रूप से या पूरी तरह से क्रिस्टलीकृत हो जाता है।

एमवीएम वर्गीकरण:

1. हाइड्रोलिक बाइंडर्स:

पानी में मिलाने (मिलने) पर ये सख्त हो जाते हैं और पानी में अपनी ताकत बनाए रखते हैं या बढ़ाते रहते हैं। इनमें विभिन्न सीमेंट और हाइड्रोलिक चूना शामिल हैं। जब हाइड्रोलिक चूना सख्त हो जाता है, तो CaO हवा में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड के साथ संपर्क करता है और परिणामी उत्पाद क्रिस्टलीकृत हो जाता है। इनका उपयोग पानी के निरंतर संपर्क में रहने वाली जमीन के ऊपर, भूमिगत और हाइड्रोलिक संरचनाओं के निर्माण में किया जाता है।

2. एयर बाइंडर्स:

पानी के साथ मिश्रित होने पर, वे कठोर हो जाते हैं और केवल हवा में ही अपनी ताकत बनाए रखते हैं। इनमें वातित चूना, जिप्सम-एनहाइड्राइट और मैग्नीशिया वातित बाइंडर्स शामिल हैं।

3. एसिड-प्रतिरोधी बाइंडर्स:

इनमें मुख्य रूप से एसिड-प्रतिरोधी सीमेंट होता है जिसमें क्वार्ट्ज रेत का बारीक पिसा हुआ मिश्रण होता है; एक नियम के रूप में, उन्हें सोडियम या पोटेशियम सिलिकेट के जलीय घोल से सील कर दिया जाता है, एसिड के संपर्क में आने पर वे लंबे समय तक अपनी ताकत बरकरार रखते हैं; सख्त होने के दौरान एक प्रतिक्रिया होती है। रासायनिक संयंत्रों के निर्माण में एसिड-प्रतिरोधी पुट्टी, मोर्टार और कंक्रीट के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।

4. आटोक्लेव सख्त बाइंडर्स:

इनमें कैल्क-सिलिसस और कैल्क-नेफलाइन बाइंडर्स (चूना, क्वार्ट्ज रेत, नेफलाइन कीचड़) होते हैं और आटोक्लेव (6-10 घंटे, भाप दबाव 0.9-1.3 एमपीए) में संसाधित होने पर कठोर हो जाते हैं। इनमें रेतीले पोर्टलैंड सीमेंट और चूने, राख और कम सक्रिय कीचड़ पर आधारित अन्य बाइंडर भी शामिल हैं। सिलिकेट कंक्रीट उत्पादों (ब्लॉक, रेत-चूने की ईंटें, आदि) के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

5. फॉस्फेट बाइंडर्स:

विशेष सीमेंट से मिलकर; उन्हें एक प्लास्टिक द्रव्यमान बनाने के लिए फॉस्फोरिक एसिड से सील कर दिया जाता है जो धीरे-धीरे एक अखंड शरीर में कठोर हो जाता है और 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर अपनी ताकत बरकरार रखता है। आमतौर पर टिटानोफॉस्फेट, जिंक फॉस्फेट, एल्युमिनोफॉस्फेट और अन्य सीमेंट का उपयोग किया जाता है। दुर्दम्य कंक्रीट आदि के उत्पादन में धातु भागों और संरचनाओं के उच्च तापमान संरक्षण के लिए दुर्दम्य अस्तर द्रव्यमान और सीलेंट के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है।

जैविक बाइंडर्स(ओबीएम)– कार्बनिक मूल के पदार्थ जो पोलीमराइजेशन या पॉलीकॉन्डेंसेशन के परिणामस्वरूप प्लास्टिक अवस्था से ठोस या कम-प्लास्टिसिटी अवस्था में परिवर्तित होने में सक्षम होते हैं।

एमवीएम की तुलना में, वे कम भंगुर होते हैं और उनमें अधिक तन्य शक्ति होती है। इनमें तेल शोधन (डामर, बिटुमेन) के दौरान बनने वाले उत्पाद, लकड़ी (टार) के थर्मल अपघटन के उत्पाद, साथ ही सिंथेटिक थर्मोसेटिंग पॉलिएस्टर, एपॉक्सी, फिनोल-फॉर्मेल्डिहाइड रेजिन शामिल हैं। इनका उपयोग सड़कों, पुलों, औद्योगिक परिसरों के फर्श, लुढ़की छत सामग्री, डामर पॉलिमर कंक्रीट आदि के निर्माण में किया जाता है।

सिलिकॉन तत्वों की आवर्त सारणी डी.आई. के समूह IV का एक रासायनिक तत्व है। मेंडेलीव। इसकी खोज 1811 में जे. गे-लुसाक और एल. टर्नर ने की थी। इसका क्रमांक 14, परमाणु द्रव्यमान 28.08, परमाणु आयतन 12.04 10 -6 मीटर 3/मोल है। सिलिकॉन एक उपधातु है और कार्बन उपसमूह से संबंधित है। इसकी ऑक्सीजन संयोजकता +2 तथा +4 है। प्रकृति में प्रचुरता की दृष्टि से सिलिकॉन ऑक्सीजन के बाद दूसरे स्थान पर है। पृथ्वी की पपड़ी में इसका द्रव्यमान अंश 27.6% है। पृथ्वी की पपड़ी, वी.आई. के अनुसार। वर्नाडस्की के अनुसार, 97% से अधिक में सिलिका और सिलिकेट होते हैं। ऑक्सीजन और कार्बनिक सिलिकॉन यौगिक पौधों और जानवरों में भी पाए जाते हैं।

कृत्रिम रूप से उत्पादित सिलिकॉन या तो अनाकार या क्रिस्टलीय हो सकता है। एक्स-रे विवर्तन डेटा के अनुसार अनाकार सिलिकॉन एक भूरा, बारीक फैला हुआ, अत्यधिक हीड्रोस्कोपिक पाउडर है, इसमें छोटे सिलिकॉन क्रिस्टल होते हैं। इसे उच्च तापमान पर जिंक वाष्प के साथ SiCl 4 को कम करके प्राप्त किया जा सकता है।

क्रिस्टलीय सिलिकॉन में स्टील-ग्रे रंग और धात्विक चमक होती है। 20°C पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन का घनत्व 2.33 ग्राम/सेमी3, तरल सिलिकॉन का घनत्व 1723-2.51 और 1903K पर - 2.445 ग्राम/सेमी3 है। सिलिकॉन का गलनांक 1690 K, क्वथनांक - 3513 K है। आंकड़ों के अनुसार, T = 2500÷4000 K पर सिलिकॉन का वाष्प दबाव समीकरण लॉग p Si = -20130/ T + 7.736, kPa द्वारा वर्णित है। सिलिकॉन के ऊर्ध्वपातन की ऊष्मा 452610, पिघलने की ऊष्मा 49790, वाष्पीकरण 385020 J/mol।

सिलिकॉन पॉलीक्रिस्टल की विशेषता उच्च कठोरता (20 डिग्री सेल्सियस एचआरसी = 106 पर) है। हालाँकि, सिलिकॉन बहुत भंगुर होता है, इसलिए इसमें उच्च संपीड़न शक्ति (σ SZh B ≈690 MPa) और बहुत कम तन्य शक्ति (σ B ≈ 16.7 MPa) होती है।

कमरे के तापमान पर, सिलिकॉन निष्क्रिय होता है और केवल फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे अस्थिर 81P4 बनता है। एसिड में से, यह हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के मिश्रण में केवल नाइट्रिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। हालाँकि, सिलिकॉन क्षार के साथ काफी आसानी से प्रतिक्रिया करता है। क्षार के साथ उनकी प्रतिक्रियाओं में से एक

Si + NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2

हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। साथ ही, सिलिकॉन गैर-धातुओं के साथ बड़ी संख्या में रासायनिक रूप से मजबूत यौगिक बना सकता है। इन यौगिकों में से हैलाइडों (SiX 4 से Si n X 2n+2 तक, जहां ओसीएल 3, सी 3 ओ2सीएल3 और अन्य, नाइट्राइड Si 3 N 4, Si 2 N 3, SiN और सामान्य सूत्र Si n H 2n+2 के साथ हाइड्राइड, और फेरोअलॉय के उत्पादन में पाए जाने वाले यौगिकों में - वाष्पशील सल्फाइड SiS और SiS 2 और दुर्दम्य कार्बाइड SiC।

सिलिकॉन धातुओं के साथ यौगिक बनाने में भी सक्षम है - सिलिसाइड्स, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण लोहा, क्रोमियम, मैंगनीज, मोलिब्डेनम, ज़िरकोनियम, साथ ही दुर्लभ पृथ्वी धातुओं और क्षार धातुओं के सिलिसाइड हैं। सिलिकॉन की यह संपत्ति - धातुओं के साथ रासायनिक रूप से बहुत मजबूत यौगिकों और समाधानों का उत्पादन करने की क्षमता - व्यापक रूप से कम कार्बन वाले फेरोलॉय के उत्पादन में उपयोग की जाती है, साथ ही कम उबलने वाली क्षारीय पृथ्वी (सीए, एमजी, बीए) को कम करने में भी उपयोग की जाती है। मुश्किल से कम होने वाली धातुएँ (Zr, Al, आदि)।

लोहे के साथ सिलिकॉन की मिश्रधातु का अध्ययन पी.वी. द्वारा किया गया था। हेल्ड और उनके स्कूल में, इसकी उच्च सामग्री के साथ मिश्र धातुओं से संबंधित Fe-Si प्रणाली के हिस्से पर विशेष ध्यान दिया गया था। यह इस तथ्य के कारण है कि, जैसा कि Fe-Si आरेख (चित्रा 1) से देखा जा सकता है, इस संरचना के मिश्र धातुओं में कई परिवर्तन होते हैं जो विभिन्न ग्रेड के फेरोसिलिकॉन की गुणवत्ता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं। इस प्रकार, FeSi 2 डिसिलिसाइड केवल कम तापमान पर स्थिर होता है (< 918 или 968 °С, см. рисунок 1). При высоких температурах устойчива его высокотемпературная модификация - лебоит. Содержание кремния в этой фазе колеблется в пределах 53-56 %. В дальнейшем лебоит будем обозначать химической формулой Fe 2 Si 5 , что практически соответствует максимальной концентрации кремния в лебоите.

>55.5% Si युक्त मिश्रधातुओं को ठंडा करते समय, T पर लेबोइट करें< 1213 К разлагается по эвтектоидной реакции

Fe 2 Si 5 → FeSi 2 +Si (2)

और टी पर मिश्रधातु 33.86-50.07% सी< 1255 К - по перитектоидной реакции

Fe 2 Si 5 + FeSi = 3 FeSi 2 (3)

मध्यवर्ती संरचना (50.15-55.5% Si) के मिश्र पहले 1255 K पर पेरिटेक्टॉइड (3) से गुजरते हैं, और फिर 1213 K पर यूटेक्टॉइड (2) परिवर्तन से गुजरते हैं। प्रतिक्रियाओं (2) और (3) के अनुसार Fe 2 Si 5 के ये परिवर्तन सिलिसाइड की मात्रा में परिवर्तन के साथ होते हैं। यह परिवर्तन विशेष रूप से प्रतिक्रिया (2) के दौरान बड़ा होता है - लगभग 14%, इसलिए लेबोइट युक्त मिश्र धातुएँ निरंतरता खो देती हैं, टूट जाती हैं और यहाँ तक कि उखड़ भी जाती हैं। धीमे, संतुलन क्रिस्टलीकरण (चित्र 1 देखें) के साथ, लेबोइट को एफएस75 और एफएस45 दोनों मिश्र धातुओं के क्रिस्टलीकरण के दौरान जारी किया जा सकता है।

हालाँकि, लेबोइट के यूटेक्टॉइड अपघटन से जुड़ी दरार विघटन के कारणों में से केवल एक है। दूसरा कारण, जाहिरा तौर पर मुख्य, यह है कि अनाज की सीमाओं के साथ दरारें बनने से इन सीमाओं के साथ निकलने वाले तरल पदार्थों - फॉस्फोरस, आर्सेनिक, एल्यूमीनियम सल्फाइड और कार्बाइड, आदि - के लिए हवा की नमी के साथ प्रतिक्रिया करने का अवसर पैदा होता है। परिणामस्वरूप H 2, PH 3, PH 4, AsH 4 आदि वायुमंडल में छोड़े जाते हैं, और दरारों में ढीले ऑक्साइड Al 2 O 3, SiO 2 और अन्य यौगिक होते हैं जो उन्हें तोड़ देते हैं। मिश्रधातुओं को मैग्नीशियम के साथ संशोधित करके, उन्हें अनाज को परिष्कृत करने वाले तत्वों (V, Ti, Zg, आदि) के साथ मिश्रित करके या इसे अधिक प्लास्टिक बनाकर उनके विघटन को रोका जा सकता है। अनाज शोधन इसकी सीमाओं पर अशुद्धियों और उनके यौगिकों की एकाग्रता को कम करता है और मिश्र धातुओं के गुणों को उसी तरह प्रभावित करता है जैसे मिश्र धातु (पी, अल, सीए) में अशुद्धियों की एकाग्रता में सामान्य कमी, जो विघटन में योगदान करती है। Fe-Si मिश्र धातुओं के थर्मोडायनामिक गुणों (मिश्रण की गर्मी, गतिविधि, कार्बन घुलनशीलता) का विस्तार से अध्ययन किया गया है और कार्यों में पाया जा सकता है। Fe-Si मिश्र धातुओं में कार्बन की घुलनशीलता की जानकारी चित्र 2 में, सिलिकॉन की गतिविधि पर - तालिका 1 में दी गई है।

चित्र 1. - Fe-Si प्रणाली का राज्य आरेख

ऑक्सीजन सिलिकॉन यौगिकों के भौतिक रासायनिक गुणों का अध्ययन पी.वी. द्वारा किया गया था। गेल्ड और उनके कर्मचारी। Si-O प्रणाली के महत्व के बावजूद अभी तक इसका आरेख नहीं बनाया जा सका है। वर्तमान में, सिलिकॉन के दो ऑक्सीजन यौगिक ज्ञात हैं - सिलिका SiO2 और मोनोऑक्साइड SiO। साहित्य में सिलिकॉन के अन्य ऑक्सीजन यौगिकों - Si 2 O 3 और Si 3 O 4 के अस्तित्व के बारे में भी संकेत हैं, लेकिन उनके रासायनिक और भौतिक गुणों के बारे में कोई जानकारी नहीं है।

प्रकृति में, सिलिकॉन को केवल सिलिका SiO2 द्वारा दर्शाया जाता है। यह सिलिकॉन यौगिक भिन्न है:

1) उच्च कठोरता (मोह स्केल 7 पर) और अपवर्तकता (टी पीएल = 1996 के);

2) उच्च क्वथनांक (T KIP = 3532 K)। सिलिका के वाष्प दबाव को समीकरणों (Pa) द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

3) बड़ी संख्या में संशोधनों का गठन:

SiO2 के एलोट्रोपिक परिवर्तनों की एक विशेषता यह है कि वे पदार्थ के घनत्व और मात्रा में महत्वपूर्ण परिवर्तनों के साथ होते हैं, जो चट्टान के टूटने और कुचलने का कारण बन सकते हैं;

4) हाइपोथर्मिया की उच्च प्रवृत्ति। इसलिए, तेजी से शीतलन के परिणामस्वरूप, तरल पिघल (ग्लास) की संरचना और β-क्रिस्टोबलाइट और ट्राइडीमाइट के उच्च तापमान संशोधनों को ठीक करना संभव है। इसके विपरीत, तेजी से गर्म करने पर ट्राइडिमाइट और क्रिस्टोबलाइट संरचनाओं को दरकिनार करते हुए क्वार्ट्ज को पिघलाना संभव है। इस स्थिति में, SiO2 का गलनांक लगभग 100 डिग्री सेल्सियस कम हो जाता है;

5) उच्च विद्युत प्रतिरोध। उदाहरण के लिए, 293 K पर यह 1 10 12 ओम*मीटर है। हालाँकि, बढ़ते तापमान के साथ, SiO2 का विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है, और तरल अवस्था में सिलिका एक अच्छा संवाहक है;

6) उच्च चिपचिपापन। इस प्रकार, 2073 K पर श्यानता 1 10 4 Pa ​​s है, और 2273 K पर यह 280 Pa s है।

उत्तरार्द्ध, एन.वी. के अनुसार। सोलोमिन, इस तथ्य से समझाया गया है कि SiO 2, कार्बनिक पॉलिमर की तरह, श्रृंखला बनाने में सक्षम है जिसमें 2073 K पर 700 होते हैं, और 2273 K पर - 590 SiO 2 अणु होते हैं;

7) उच्च तापीय स्थिरता। तत्वों से SiO2 के निर्माण की गिब्स ऊर्जा, डेटा के अनुसार उनकी समग्र स्थिति को ध्यान में रखते हुए, समीकरणों द्वारा उच्च सटीकता के साथ वर्णित है:

ये डेटा, जैसा कि तालिका 2 से देखा जा सकता है, लेखकों के डेटा से कुछ भिन्न है। थर्मोडायनामिक गणना के लिए, दो-अवधि समीकरणों का भी उपयोग किया जा सकता है:

सिलिकॉन मोनोऑक्साइड SiO की खोज 1895 में पॉटर द्वारा विद्युत भट्टियों के गैस चरण में की गई थी। अब यह विश्वसनीय रूप से स्थापित हो गया है कि SiO भी संघनित चरणों में मौजूद है। पी.वी. के शोध के अनुसार। गेल्डा, ऑक्साइड में कम घनत्व (2.15 ग्राम/सेमी 3) और उच्च विद्युत प्रतिरोध (10 5 -10 6 ओम * मीटर) होता है। संघनित ऑक्साइड भंगुर होता है, मोह पैमाने पर इसकी कठोरता ~5 है। इसकी उच्च अस्थिरता के कारण, पिघलने बिंदु को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित नहीं किया जा सका। ओ. कुबाशेव्स्की के अनुसार, यह 1875 K के बराबर है, बेरेज़्नी के अनुसार, यह 1883 K. SiO के संलयन की गर्मी ΔH 0 SiO2 से कई गुना अधिक है, आंकड़ों के अनुसार यह 50242 J/mol के बराबर है। जाहिर तौर पर अस्थिरता के कारण इसे ज्यादा आंका गया है. इसमें कांच जैसा फ्रैक्चर है, इसका रंग सफेद से चॉकलेट तक भिन्न होता है, जो संभवतः वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा इसके ऑक्सीकरण के कारण होता है। ताजा SiO फ्रैक्चर में आमतौर पर चिपचिपी चमक के साथ मटर जैसा रंग होता है। ऑक्साइड केवल SiO(G) के रूप में उच्च तापमान पर थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होता है। ठंडा होने पर, ऑक्साइड प्रतिक्रिया के अनुसार अनुपातहीन हो जाता है

2SiO (जी) = SiO (L) + SiO2 (6)

SiO के क्वथनांक का अनुमान मोटे तौर पर समीकरण से लगाया जा सकता है:

सिलिकॉन ऑक्साइड गैस थर्मोडायनामिक रूप से बहुत स्थिर है। इसके गठन की गिब्स ऊर्जा को समीकरणों द्वारा वर्णित किया जा सकता है (तालिका 2 देखें):

जिससे यह स्पष्ट है कि CO की तरह SiO की रासायनिक ताकत बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है, जो इसे कई पदार्थों के लिए एक उत्कृष्ट कम करने वाला एजेंट बनाती है।

थर्मोडायनामिक विश्लेषण के लिए, दो-अवधि समीकरणों का भी उपयोग किया जा सकता है:

SiO2 से अधिक गैसों की संरचना का अनुमान I.S. द्वारा लगाया गया था। कुलिकोव। तापमान के आधार पर, SiO 2 पर SiO की सामग्री को समीकरणों द्वारा वर्णित किया गया है:

SiO की तरह सिलिकॉन कार्बाइड, SiO 2 की कमी के दौरान बनने वाले मध्यवर्ती यौगिकों में से एक है। कार्बाइड का गलनांक उच्च होता है।

दबाव के आधार पर, यह 3033-3103 K (चित्र 3) तक प्रतिरोधी है। उच्च तापमान पर, सिलिकॉन कार्बाइड उर्ध्वपातित हो जाता है। हालाँकि, T पर कार्बाइड के ऊपर Si (G), Si 2 C (G), SiC 2 (G) का वाष्प दबाव< 2800К невелико, что следует из уравнения

कार्बाइड दो संशोधनों के रूप में मौजूद है - घन निम्न-तापमान β-SiC और हेक्सागोनल उच्च तापमान α-SiC। फेरोलॉय भट्टियों में, आमतौर पर केवल β-SiC पाया जाता है। जैसा कि डेटा का उपयोग करके गणना से पता चला है, गठन की गिब्स ऊर्जा को समीकरणों द्वारा वर्णित किया गया है:

जो डेटा से स्पष्ट रूप से भिन्न है। इन समीकरणों से यह पता चलता है कि कार्बाइड 3194 K तक थर्मल प्रतिरोधी है। भौतिक गुणों के संदर्भ में, कार्बाइड को उच्च कठोरता (~ 10), उच्च विद्युत प्रतिरोध (1273 K p≈0.13 ⋅ 10 4 μOhm ⋅ m) द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है। घनत्व में वृद्धि (3.22 ग्राम/सेमी 3) और अपचायक और ऑक्सीकरण दोनों वातावरणों में उच्च प्रतिरोध।

शुद्ध कार्बाइड दिखने में रंगहीन होता है और इसमें अर्धचालक गुण होते हैं जो उच्च तापमान पर भी बरकरार रहते हैं। तकनीकी सिलिकॉन कार्बाइड में अशुद्धियाँ होती हैं और इसलिए इसका रंग हरा या काला होता है। इस प्रकार, हरे कार्बाइड में 0.5-1.3% अशुद्धियाँ (0.1-0.3% C, 0.2-1.2% Si + SiO 2, 0.05-0.20% Fe 2 O 3, 0.01-0.08% Al 2 O 3, आदि) होती हैं। ब्लैक कार्बाइड में अशुद्धता की मात्रा अधिक (1-2%) होती है।

सिलिकॉन मिश्र धातुओं के उत्पादन में कार्बन का उपयोग कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है। यह मुख्य पदार्थ भी है जिससे सिलिकॉन और उसके मिश्र धातुओं को पिघलाने वाली विद्युत भट्टियों के इलेक्ट्रोड और अस्तर बनाए जाते हैं। कार्बन प्रकृति में काफी आम है, पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री 0.14% है। प्रकृति में, यह मुक्त अवस्था में और कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों (मुख्य रूप से कार्बोनेट) दोनों के रूप में पाया जाता है।

कार्बन (ग्रेफाइट) में एक षट्कोणीय घन जाली होती है। ग्रेफाइट का एक्स-रे घनत्व 2.666 ग्राम/सेमी3, पाइकनोमेट्रिक - 2.253 ग्राम/सेमी3 है। इसकी विशेषता उच्च गलनांक (~ 4000 डिग्री सेल्सियस) और क्वथनांक (~ 4200 डिग्री सेल्सियस) है, जो बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है विद्युत प्रतिरोध (873 K p≈9.6 μOhm⋅m पर, 2273 K p≈ 15.0 μOhm⋅m पर) , काफी टिकाऊ। मूंछों पर इसका अस्थायी प्रतिरोध 480-500 एमपीए हो सकता है। हालाँकि, इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट में σ in = 3.4÷17.2 MPa है। मोह पैमाने पर ग्रेफाइट की कठोरता ~ 1 है।

कार्बन एक उत्कृष्ट अपचायक है। यह इस तथ्य के कारण है कि बढ़ते तापमान के साथ इसके ऑक्सीजन यौगिकों (सीओ) में से एक की ताकत बढ़ जाती है। यह इसके गठन की गिब्स ऊर्जा से स्पष्ट है, जैसा कि डेटा का उपयोग करके हमारी गणना से पता चलता है, इसे तीन-अवधि के रूप में वर्णित किया गया है

और दो-अवधि समीकरण:

कार्बन डाइऑक्साइड CO 2 केवल 1300 K तक थर्मोडायनामिक रूप से मजबूत है। CO 2 गठन की गिब्स ऊर्जा समीकरणों द्वारा वर्णित है:

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प्रकृति में होना.

जिन अनेक रासायनिक तत्वों के बिना पृथ्वी पर जीवन का अस्तित्व असंभव है, उनमें कार्बन प्रमुख है। वायुमंडल में 99% से अधिक कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में निहित है। महासागरों में लगभग 97% कार्बन विघटित रूप में मौजूद है (), और स्थलमंडल में - खनिजों के रूप में। मौलिक कार्बन वायुमंडल में ग्रेफाइट और हीरे के रूप में और मिट्टी में चारकोल के रूप में थोड़ी मात्रा में मौजूद है।

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पीएसएचई में स्थिति। कार्बन उपसमूह के तत्वों की सामान्य विशेषताएं।

डी.आई. मेंडेलीव की आवर्त सारणी के समूह IV का मुख्य उपसमूह पांच तत्वों - कार्बन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, टिन और सीसा से बना है। इस तथ्य के कारण कि कार्बन से लेड तक परमाणु की त्रिज्या बढ़ जाती है, परमाणुओं का आकार बढ़ जाता है, इलेक्ट्रॉनों को संलग्न करने की क्षमता बढ़ जाती है, और, परिणामस्वरूप, गैर-धात्विक गुण कमजोर हो जाएंगे, और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने में आसानी बढ़ जाएगी .

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इलेक्ट्रॉनिक यन्त्रशास्त्र

सामान्य अवस्था में, इस उपसमूह के तत्व 2 के बराबर संयोजकता प्रदर्शित करते हैं। उत्तेजित अवस्था में संक्रमण होने पर, बाहरी परत के s-इलेक्ट्रॉनों में से एक के p-उपस्तर के मुक्त सेल में संक्रमण के साथ स्तर पर, बाहरी परत के सभी इलेक्ट्रॉन अयुग्मित हो जाते हैं और संयोजकता बढ़कर 4 हो जाती है।

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उत्पादन के तरीके: प्रयोगशाला और औद्योगिक।

कार्बन मीथेन का अधूरा दहन: CH4 + O2 = C + 2H2O कार्बन मोनोऑक्साइड (II) उद्योग में: कार्बन मोनोऑक्साइड (II) दो अनुक्रमिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप गैस जनरेटर नामक विशेष भट्टियों में उत्पादित होता है। गैस जनरेटर के निचले हिस्से में, जहां पर्याप्त ऑक्सीजन होती है, कोयले का पूर्ण दहन होता है और कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) बनता है: C + O2 = CO2 + 402 kJ।

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जैसे ही कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) नीचे से ऊपर की ओर बढ़ता है, यह गर्म कोयले के संपर्क में आता है: CO2 + C = CO - 175 kJ। परिणामी गैस में मुक्त नाइट्रोजन और कार्बन (II) मोनोऑक्साइड होते हैं। इस मिश्रण को जनरेटर गैस कहा जाता है। गैस जनरेटर में, जल वाष्प को कभी-कभी गर्म कोयले के माध्यम से उड़ाया जाता है: C + H2O = CO + H2 - Q, "CO + H2" - जल गैस। प्रयोगशाला में: सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड के साथ फॉर्मिक एसिड पर कार्य करना, जो पानी को बांधता है: HCOOH  H2O + CO।

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उद्योग में कार्बन मोनोऑक्साइड (IV): चूना उत्पादन का उप-उत्पाद: CaCO3 CaO + CO2। प्रयोगशाला में: जब अम्ल चाक या संगमरमर के साथ परस्पर क्रिया करते हैं: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2+ H2O। कार्बाइड कार्बाइड का उत्पादन कोयले के साथ धातुओं या उनके ऑक्साइड को कैल्सीन करके किया जाता है।

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कार्बोनिक एसिड कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) को पानी में घोलकर तैयार किया जाता है। चूँकि कार्बोनिक एसिड एक बहुत कमजोर यौगिक है, यह प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है: CO2 + H2O H2CO3। उद्योग में सिलिकॉन: रेत और कोयले के मिश्रण को गर्म करते समय: 2C + SiO2Si + 2CO। प्रयोगशाला में: जब शुद्ध रेत का मिश्रण मैग्नीशियम पाउडर के साथ परस्पर क्रिया करता है: 2Mg + SiO2  2MgO + Si।

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सिलिकिक अम्ल उसके लवणों के विलयन पर अम्ल की क्रिया से प्राप्त होता है। साथ ही, यह एक जिलेटिन अवक्षेप के रूप में अवक्षेपित होता है: Na2SiO3 + HCl  2NaCl + H2SiO3 2H+ + SiO32- H2SiO3

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कार्बन का एलोट्रोपिक संशोधन।

कार्बन तीन एलोट्रोपिक संशोधनों में मौजूद है: हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन।

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ग्रेफाइट.

नरम ग्रेफाइट में एक स्तरित संरचना होती है। अपारदर्शी, धात्विक चमक के साथ धूसर। मोबाइल इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण यह काफी अच्छी तरह से बिजली का संचालन करता है। छूने पर फिसलन भरा. ठोस पदार्थों में सबसे नरम में से एक। चित्र.2 ग्रेफाइट जाली का मॉडल।

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हीरा.

हीरा सबसे कठोर प्राकृतिक पदार्थ है। हीरे के क्रिस्टल को तकनीकी सामग्री और बहुमूल्य सजावट दोनों के रूप में अत्यधिक महत्व दिया जाता है। अच्छी तरह से तराशा हुआ हीरा, हीरा होता है। प्रकाश की किरणों को अपवर्तित करते हुए, यह इंद्रधनुष के शुद्ध, चमकीले रंगों से चमकता है। अब तक मिले सबसे बड़े हीरे का वजन 602 ग्राम, लंबाई 11 सेमी, चौड़ाई 5 सेमी और ऊंचाई 6 सेमी है। यह हीरा 1905 में पाया गया था और इसका नाम "कैलियन" रखा गया है। चित्र 1 हीरा जाली मॉडल।

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कार्बाइन और मिरर कार्बन।

कार्बाइन एक गहरे काले रंग का पाउडर है जो बड़े कणों के साथ मिला हुआ होता है। कार्बाइन मौलिक कार्बन का सबसे थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर रूप है। मिरर कार्बन में एक स्तरित संरचना होती है। मिरर कार्बन की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक (कठोरता, उच्च तापमान के प्रतिरोध आदि के अलावा) जीवित ऊतकों के साथ इसकी जैविक अनुकूलता है।

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रासायनिक गुण।

क्षार हाइड्रोजन की रिहाई के साथ सिलिकॉन को सिलिकिक एसिड लवण में परिवर्तित करते हैं: Si + 2KOH + H2O = K2Si03 + 2H2 कार्बन और सिलिकॉन केवल उच्च तापमान पर पानी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O = H2SiO3 + 2H2 कार्बन, इसके विपरीत सिलिकॉन सीधे हाइड्रोजन के साथ संपर्क करता है: C + 2H2 = CH4

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कार्बाइड।

धातुओं और अन्य तत्वों के साथ कार्बन के यौगिक जो कार्बन के सापेक्ष विद्युत धनात्मक होते हैं, कार्बाइड कहलाते हैं। जब एल्युमीनियम कार्बाइड पानी के साथ क्रिया करता है, तो मीथेन बनता है Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4 जब कैल्शियम कार्बाइड पानी के साथ क्रिया करता है, तो एसिटिलीन बनता है: CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2

मुख्य उपसमूह के चौथे समूह की सामान्य विशेषताएँ:

• क) परमाणु संरचना के दृष्टिकोण से तत्वों के गुण;
• बी) ऑक्सीकरण अवस्था;
• ग) ऑक्साइड के गुण;
• घ) हाइड्रॉक्साइड्स के गुण;
• ई) हाइड्रोजन यौगिक।

ए) कार्बन (सी), सिलिकॉन (सी), जर्मेनियम (जीई), टिन (एसएन), सीसा (पीबी) - पीएसई के मुख्य उपसमूह के समूह 4 के तत्व। बाहरी इलेक्ट्रॉन परत पर, इन तत्वों के परमाणुओं में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं: एनएस 2 एनपी 2। एक उपसमूह में, जैसे-जैसे किसी तत्व की परमाणु संख्या बढ़ती है, परमाणु त्रिज्या बढ़ती है, गैर-धातु गुण कमजोर होते हैं, और धातु गुण बढ़ते हैं: कार्बन और सिलिकॉन गैर-धातु हैं, जर्मेनियम, टिन, सीसा धातु हैं।

बी) इस उपसमूह के तत्व सकारात्मक और नकारात्मक दोनों ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं: -4, +2, +4।

ग) कार्बन और सिलिकॉन के उच्च ऑक्साइड (C0 2, Si0 2) में अम्लीय गुण होते हैं, उपसमूह के शेष तत्वों के ऑक्साइड उभयचर (Ge0 2, Sn0 2, Pb0 2) होते हैं।

d) कार्बोनिक और सिलिकिक एसिड (H 2 CO 3, H 2 SiO 3) कमजोर एसिड हैं। जर्मेनियम, टिन और लेड हाइड्रॉक्साइड उभयधर्मी हैं और कमजोर अम्लीय और बुनियादी गुण प्रदर्शित करते हैं: H 2 GeO 3 = Ge (OH) 4, H 2 SnO 3 = Sn (OH) 4, H 2 PbO 3 = Pb (OH) 4।

ई) हाइड्रोजन यौगिक:

सीएच 4; SiH 4, GeH 4. SnH4, PbH4. मीथेन - सीएच 4 एक मजबूत यौगिक है, सिलेन सीएच 4 एक कम मजबूत यौगिक है।

कार्बन और सिलिकॉन परमाणुओं की संरचना की योजनाएँ, सामान्य और विशिष्ट गुण।

एलएस 2 2एस 2 2पी 2 के साथ;

सी 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 2।

कार्बन और सिलिकॉन अधातु हैं क्योंकि बाहरी इलेक्ट्रॉन परत में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं। लेकिन चूंकि सिलिकॉन की परमाणु त्रिज्या बड़ी होती है, इसलिए कार्बन की तुलना में इसके इलेक्ट्रॉन छोड़ने की संभावना अधिक होती है। कार्बन - कम करने वाला एजेंट:

काम। कैसे साबित करें कि ग्रेफाइट और हीरा एक ही रासायनिक तत्व के एलोट्रोपिक संशोधन हैं? हम उनके गुणों में अंतर कैसे समझा सकते हैं?

समाधान। हीरा और ग्रेफाइट दोनों, जब ऑक्सीजन में जलाए जाते हैं, तो कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) C0 2 बनाते हैं, जिसे चूने के पानी में प्रवाहित करने पर, कैल्शियम कार्बोनेट CaC0 3 का एक सफेद अवक्षेप बनता है।

सी + 0 2 = सीओ 2; C0 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 v - H 2 O.

इसके अलावा, उच्च दबाव में गर्म करके ग्रेफाइट से हीरा प्राप्त किया जा सकता है। नतीजतन, ग्रेफाइट और हीरे दोनों में केवल कार्बन होता है। ग्रेफाइट और हीरे के गुणों में अंतर को क्रिस्टल जाली की संरचना में अंतर से समझाया गया है।

हीरे की क्रिस्टल जाली में, प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य से घिरा होता है। परमाणु एक दूसरे से समान दूरी पर स्थित होते हैं और सहसंयोजक बंधों द्वारा एक दूसरे से बहुत मजबूती से जुड़े होते हैं। यह हीरे की अत्यधिक कठोरता की व्याख्या करता है।

ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु समानांतर परतों में व्यवस्थित होते हैं। किसी परत में आसन्न परमाणुओं के बीच की दूरी की तुलना में आसन्न परतों के बीच की दूरी बहुत अधिक होती है। इससे परतों के बीच बंधन शक्ति कम हो जाती है, और इसलिए ग्रेफाइट आसानी से पतले गुच्छों में विभाजित हो जाता है, जो स्वयं बहुत मजबूत होते हैं।

हाइड्रोजन के साथ यौगिक जो कार्बन बनाते हैं। अनुभवजन्य सूत्र, कार्बन परमाणुओं के संकरण का प्रकार, प्रत्येक तत्व की संयोजकता और ऑक्सीकरण अवस्थाएँ।

सभी यौगिकों में हाइड्रोजन की ऑक्सीकरण अवस्था +1 है।

हाइड्रोजन की संयोजकता एक है, कार्बन की संयोजकता चार है।

कार्बोनिक और सिलिकिक एसिड के सूत्र, धातुओं, ऑक्साइड, क्षार, विशिष्ट गुणों के संबंध में उनके रासायनिक गुण।

एच 2 सीओ 3 - कार्बोनिक एसिड,

एच 2 SiO 3 - सिलिकिक एसिड।

एच 2 सीओ 3 - केवल समाधान में मौजूद है:

एच 2 सी0 3 = एच 2 ओ + सी0 2

H 2 SiO 3 एक ठोस पदार्थ है, व्यावहारिक रूप से पानी में अघुलनशील है, इसलिए पानी में हाइड्रोजन धनायन व्यावहारिक रूप से विभाजित नहीं होते हैं। इस संबंध में, संकेतकों पर प्रभाव के रूप में एसिड की ऐसी सामान्य संपत्ति का पता H 2 SiO 3 द्वारा नहीं लगाया जाता है, यह कार्बोनिक एसिड से भी कमजोर है;

H 2 SiO 3 एक नाजुक एसिड है और गर्म होने पर धीरे-धीरे विघटित हो जाता है:

H 2 SiO 3 = Si0 2 + H 2 0.

H 2 CO 3 धातुओं, धातु ऑक्साइडों, क्षारों के साथ प्रतिक्रिया करता है:

ए) एच 2 सीओ 3 + एमजी = एमजीसीओ 3 + एच 2

बी) एच 2 सीओ 3 + सीएओ = सीएसीओ 3 + एच 2 0

ग) H 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2H 2 0

कार्बोनिक एसिड के रासायनिक गुण:

• 1) अन्य अम्लों के साथ सामान्य,
• 2) विशिष्ट गुण.

प्रतिक्रिया समीकरणों के साथ अपने उत्तर की पुष्टि करें।

1) सक्रिय धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है:

काम। रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करते हुए, मिश्रण के घटकों को क्रमिक रूप से घोलते हुए, सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड, कैल्शियम कार्बोनेट और सिल्वर के मिश्रण को अलग करें। क्रियाओं के क्रम का वर्णन करें।

समाधान।

1) मिश्रण में हाइड्रोक्लोरिक एसिड का घोल मिलाया गया।