Чем полезен кремний


вред и польза элемента, его значение для здоровья

Для поддержания здоровья необходимы витамины и полезные микроэлементы. Самый распространенный и важный после кислорода — кремний. Для организма человека он нужен, так как участвует в метаболических процессах. Проблемы возникают как при его недостатке, так и при избытке. Важно знать, в каких продуктах питания и лекарственных препаратах содержится достаточно кремния.

Состав элемента

При упоминании кремния многие вспоминают керамические изделия, компьютерные чипы и силиконы. А на самом деле это неметаллический кристалл, который плавится при температуре 1414 градусов.

Впервые чистый кремний был выделен шведским ученым-химиком Я. Берцелиусом в 1824 году. На планете Земля этот элемент считается вторым по распространенности после кислорода, а во Вселенной он занимает седьмое место. Земная кора состоит из кремния на 25%, но чаще его можно встретить в виде силикатов или кремнезема (оксида).

Этот элемент необходим растениям для роста стебля. У бамбука, злаковых культур, хвощей и диатомовых водорослей содержание кремния значительное.

Необходим он животным и человеку, особенно детям, у которых организм только развивается, и людям после перенесения тяжелых заболеваний или операций.

Значение кремния в организме человека Академик Б В Городиский


Watch this video on YouTube

Польза для организма

До 19 века кремний считали неактивным элементом, который не принимает участия в процессах, протекающих в организме. Но оказалось, что он необходим для метаболизма. Вещество сконцентрировано в органах, которые состоят из соединительных тканей:

  • кожные покровы;
  • аорта;
  • трахеи;
  • кости.

Больше всего элемент содержат кожа, волосы и ногти. Они же страдают первыми при его недостатке или избытке. Медикам удалось обнаружить элемент в почках, селезенке, легких и печени. Кремниевая кислота может накапливаться в крови, а ее нехватка снижает уровень коллагена в хрящах. Она содержится в здоровых тканях, но ее недостает больным раком, а также пожилым людям.

Элемент играет важную роль для человеческого организма. Основные его свойства:

  • образование коллагена;
  • придание прочности суставам;
  • минерализация костей;
  • повышение амортизирующих способностей хрящей;
  • облегчение симптомов менопаузы у женщин.

Суточная норма потребления элемента составляет 5−10 мг. Но не все пищевое вещество усваивается организмом, поэтому лучше превышать эту дозу. Особенно это касается регионов, где почвы бедные.

Как и кальций, кремний влияет на организм человека положительно. Он отвечает за оборот магния и калия, ускоряет рост и минерализацию костей. Элемент укрепляет кровеносные сосуды, позволяет организму быстрее усваивать более 70 полезных веществ и солей. А также он удаляет токсичные тяжелые металлы и выводит лишний цинк.

Полезен кремний для человека и тем, что делает соединительную ткань более эластичной, укрепляет десны и зубную эмаль, предотвращает образование тромбов и снижает риск заболевания атеросклерозом.

Элемент улучшает пищеварение благодаря восстановлению слизистой оболочки желудка. Он укрепляет кожу, а она не позволяет бактериям и вирусам проникнуть в организм. Минерал нейтрализует кислотность, которая снижает иммунитет. Вещество ускоряет регенерацию тканей при ожогах и порезах.

Крепкие кости! Кремний или кальций? Как восполнить недостаток кремния в организме


Watch this video on YouTube

Кремний полезен для волос и ногтей. Он делает их более крепкими и блестящими, предотвращает появление морщин на коже, так как повышает ее эластичность. Диоксид кремния выводит из организма токсины, восстанавливает слизистую оболочку органов дыхания. Это снижает риск развития заболеваний дыхательных путей, пищеварительной и выделительной системы.

Продукты и препараты

Кремний — основной связующий элемент, который оказывает влияние на метаболизм других полезных веществ. Почти 70% минералов не могут усвоиться, если он отсутствует или его не хватает в организме.

Большинство растений получают минерал из плодородного чернозема или специальных удобрений. Такие культуры нужно включить в рацион. В организме его растворяет желудочная кислота.

Кремний содержится во многих продуктах:

  • ячневая крупа;
  • фасоль, горох, чечевица;
  • кукуруза, рис;
  • пшеничная мука, пшено и овсянка;
  • топинамбур;
  • редис, шпинат;
  • бананы;
  • изюм;
  • брусника.

Кислотность желудка с возрастом снижается, поэтому употребление такой пищи не восполняет потребность организма в кремнии. Пожилым людям приходится принимать специальные препараты, которые улучшают пищеварение.

В аптеках минерал продается в виде таблеток и растворов. Но это не чистый элемент, а его двуокись. Самые распространенные лекарства и добавки:

  • Солгар;
  • Кремний активный;
  • Флорасил;
  • Полисорб;
  • вода Сулинка;
  • Силицея 6.

В Солгаре кремнезем, полученный из водорослей, смешан с кальцием. Эти капсулы нужно принимать дважды в день перед едой для укрепления костной ткани. Кремний активный обогащен многими витаминами, которые необходимы для повышения эластичности суставов и хрящей. Он также улучшает состояние волос, зубной эмали и ногтей.

Флорасил нужен для поддержания эластичности кожи. Минерал для этого препарата добыли из хвоща. Применение Полисорба позволяет вывести из организма токсины. Он избавляет внутренние органы от аллергенов, солей тяжелых металлов, билирубина. А также его принимают, чтобы избавиться от жировой прослойки.

Вода Сулинка стабилизирует уровень холестерина и сахара в крови, укрепляет иммунитет. А Силицею 6 готовят на основе кремниевой кислоты. Ее принимают при сильных головных болях, астме, хроническом бронхите и других заболеваниях дыхательных путей. Препарат восстанавливает поврежденные волосы и ногти, устраняет проблемы желудочно-кишечного тракта.

Возможный вред

Большинство людей пугает наличие диоксида кремния в составе продуктов и лекарственных препаратов. На самом деле этот элемент содержится во многих растениях и воде. В человеческом организме он не задерживается, его быстро выводит выделительная система.

Организации по контролю за качеством продуктов питания изучали кремний. Оказалось, что такая добавка безопасна для здоровья. Но ее бездумное применение может причинить вред организму.

Возможны побочные эффекты при передозировке:

  • образование камней в почках;
  • появление заболеваний кровеносных сосудов;
  • повышение уровня сахара;
  • учащение мочеиспускания.

Если долго принимать препараты, содержащие кремний, могут возникнуть проблемы с почками. В них образуются камни, из-за которых человек ощущает боль при мочеиспускании. Мозг человека окружен особым барьером, не позволяющим проникнуть к нему вредным веществам. Под воздействием минерала этот защитный слой может разрушаться. Из-за этого возникают проблемы с кровеносными сосудами — васкулит, образование тромбов. А также могут проявляться заболевания суставов, снижение иммунитета.

Большинство препаратов с диоксидом кремния оказывают мочегонный эффект на организм. Человек страдает не только от обезвоживания, но и от хрупкости костей из-за вымывания кальция. А у диабетиков может резко понижаться уровень сахара в крови.

Кремний усиливает действие других лекарственных препаратов. Перед применением разных средств лучше проконсультироваться с врачом. Но нельзя одновременно принимать кремний с диуретиками или добавками хрома.

Переизбыток и недостаток кремния

Дефицит кремния возникает из-за того, что человек не питается продуктами, богатыми этим элементом. А также он быстрее выходит из организма при алкогольной зависимости, нервной анорексии.

Последствия недостатка вещества:

  • ломкие волосы, зубы и ногти;
  • тонкая кожа;
  • частые переломы;
  • частая усталость;
  • резкие смены настроения;
  • разрывы связок и сухожилий.

Если в организме не хватает кремния, кожа становится сухой и тонкой. Она не получает достаточно питания, из-за этого страдают волосяные луковицы и ногти. Волоски становятся тонкими и ломкими. Проблемы возникают и с зубами — они крошатся, трескаются, а десны кровоточат.

Организм, который не получает достаточно кремния, очень хрупкий. У такого человека часто ломаются кости или разрываются связки, раны затягиваются дольше. Костная структура у детей и подростков, которым не хватает минерала, развивается неправильно. Человек страдает от усталости, головных болей. Ухудшается состояние нервной системы. Из-за этого настроение постоянно меняется, пропадает аппетит, обостряются приступы агрессии.

Иногда возникает переизбыток кремния в организме. Это тоже приводит к негативным последствиям. Количество вещества превышается из-за неправильного кремниевого обмена, при злоупотреблении препаратов с его содержанием, а также при работе на вредном производстве.

Если человеку необходимо принимать лекарства, он должен соблюдать указанную на упаковке или установленную доктором норму. При ее повышении количество элемента в организме вырастет. Увеличится оно и в том случае, если работа связана производством химических веществ. Элемент попадает в организм через дыхательные пути. Лучше во время работы надевать респиратор.

Последствия переизбытка кремния:

  • мочекаменное заболевание;
  • повышенная раздражительность;
  • выпадение волос;
  • легочная недостаточность;
  • онкология пищеварительных органов.

Как и от недостатка, так и от переизбытка элемента ухудшается состояние волос, ногтей и зубов. А также человек может страдать от упадка сил, пониженного настроения, депрессии. Иногда на теле без причины появляются синяки, а также возникают раковые опухоли в желудке и кишечнике, легких. Еще один результат повышенного содержания кремния в организме — остеопороз.

БЕЗ НЕГО ЖИЗНИ НЕТ. Второй по важности элемент после кислорода


Watch this video on YouTube

Лечебная вода

Многие верят, что молитвы и заговоры могут структурировать воду, сделать ее лечебной. На самом деле большое значение имеет содержание в жидкости кремния. Элемент за несколько минут выделяет в воду особое вещество, которое превращает ее в целебную.

Кремний обеззараживает и очищает жидкость, придает ей вкус ключевой. Пить ее нужно прохладной, кипятить нельзя. Вода подходит для людей с любыми заболеваниями, так как элемент позволяет укрепить иммунитет и справиться с разными патологиями.

Приготовить лечебный напиток можно в домашних условиях. Кремний для рецепта лучше приобрести в специальных магазинах. Не стоит подбирать его на лесных полянах или в долинах рек, он может быть загрязнен химикатами. Иногда встречаются смешанные с другими элементами породы.

Предпочтительнее купить черный или серый камень небольшого размера. Его вымывают под проточной водой и помещают на дно стеклянной банки. На каждые 10 г кремния нужно налить в емкость 1 л воды. Банку оставляют в темном месте на трое суток. Все это время ее нельзя трогать или передвигать. Затем жидкость переливают в другой сосуд, а камни можно вымыть и использовать снова.

В лечебной воде меняется структура молекул. Именно поэтому она может оказывать благотворное влияние на организм. Принимать такую жидкость нужно при некоторых проблемах:

  • дисфункции почек;
  • анемии;
  • простудных заболеваниях;
  • кожных воспалениях;
  • гипертонии.

Полезно пить целебную воду беременным, так как их организм изнашивается — начинают выпадать волосы, слоятся ногти, крошатся зубы. Младенцам лучше ее не давать, но можно протирать жидкостью кожу, чтобы на ней не образовывались воспаления. А также она полезна при нарушенной работе пищеварительной системы, закупорке кровеносных сосудов, отитах, упадке сил.

Недостаток или избыток кремния приведет к дисбалансу всех веществ в организме. Это может привести к серьезным проблемам со здоровьем. Возникнут трудности с пищеварительной, кровеносной, нервной и выделительной системой, внешним видом. Влияет элемент и на эмоциональный фон. Нехватка кремния приводит к стрессам и нервным срывам, депрессиям и упадку сил.

Кремний - польза или вред для организма? Почему Кремний важен для организма?


Watch this video on YouTube

Что такое кремний и почему из него делают компьютерные микросхемы?

Это может показаться глупым вопросом, на который можно ответить всего несколькими короткими словами: Кремний - 14-й элемент в Периодической таблице. Это одна из фундаментальных составляющих Вселенной, на один протон тяжелее алюминия, на один протон легче фосфора.Тем не менее, кремний, в большей степени, чем любой другой элемент, слишком часто встречается на таких сайтах, как ExtremeTech - это основной компонент строительных материалов, из которых состоит ваш дом, это основа всех современных компьютерных процессоров, и это даже самый главный компонент. вероятный кандидат в основу внеземной жизни, не связанной с углеродом. Что именно делает кремний таким особенным?

Ну много чего.

Кремний как строительный блок

Главной отличительной особенностью кремния является то, что, попросту говоря, его чертовски много.После кислорода это второй по распространенности элемент в земной коре, но не стоит ожидать, что он просто валяется. Кремний почти никогда не встречается в природе в чистом виде и практически всегда входит в состав других элементов. Чаще всего он встречается в виде силиката (SiO 4 , или один атом кремния, связанный с четырьмя атомами кислорода) и кремнезема (SiO 2 , или один атом кремния, связанный с двумя атомами кислорода). Кремнезем в грубой и сильно загрязненной форме является основным компонентом песка.Полевой шпат, гранит, кварц и многое другое основаны на кремний-кислородных соединениях.

Смешайте это с водой и гравием, и вы получите бетон.

Соединения кремния обладают широким спектром полезных свойств, в основном потому, что они могут очень прочно связывать другие атомы в сложной структуре. Различные силикаты, такие как силикат кальция, являются основным компонентом портландцемента, основным связующим веществом в бетоне, растворе и даже штукатурке. Некоторые материалы, богатые силикатами, можно нагреть для получения закаленной керамики, например, фарфора, в то время как другие будут плавиться, образуя основную в мире форму стекла - натриево-известково-известковое стекло.Кремний также может быть полезен в качестве следовой добавки к другим веществам, таким как чугун, в котором используются как углерод, так и кремний, чтобы сделать железо более эластичным и менее хрупким.

И да, кремний также является основным структурным компонентом синтетического силикона, но не путайте их: если бы это действительно была Силиконовая долина, мир технологий был бы совсем другим местом, чем мы видим сегодня.

Кремний как компьютерный чип

При выборе элемента, который будет использоваться в качестве основы компьютерного транзистора, ключевым словом является сопротивление.Проводники имеют низкое сопротивление и очень легко пропускают электрический ток, в то время как изоляторы имеют (предсказуемо) высокое сопротивление и замедляют или блокируют поток электронов. Для транзистора, который должен иметь возможность включаться и выключаться по желанию, нам потребуется полупроводник , вещество с сопротивлением между проводником и изолятором. Лучшие полупроводники для промышленности можно обрабатывать широким спектром «легирующих добавок» для точной регулировки их сопротивления по мере необходимости.

Чистый кристалл кремния, называемый слитком.

Кремний - не единственное полупроводниковое вещество на Земле - это даже не лучший полупроводник на Земле. Что это такое, на сегодняшний день это самый распространенный полупроводник на Земле. Кремний легко доступен во всем мире; вам не нужно импортировать его из специальных африканских рудников или месяцами проводить дорогостоящую и загрязняющую обработку, чтобы получить немного. С ним легко работать, и, что наиболее важно, ученые придумали надежные способы выращивания его в идеально упорядоченные кристаллы. Эти кристаллы относятся к кремнию, как алмаз к углероду.

Выращивание огромных, почти идеальных кристаллов кремния - один из основных навыков в производстве современных компьютерных микросхем. Затем эти кристаллы нарезают на тонкие пластины, затем гравируют, обрабатывают и обрабатывают иногда сотнями различных способов, прежде чем нарезать кубиками на отдельную головку и упаковывать в коммерческие процессоры. Можно сделать превосходные транзисторы из таких вещей, как углерод, и даже из более экзотических материалов, таких как германий, но ни один из них не позволяет производить крупный кристалл, который позволяет массовое производство кремния - по крайней мере, пока.

Прямо сейчас кристаллы кремния (называемые «слитками») производятся в цилиндрах диаметром 300 мм, но исследования быстро приближаются к порогу 450 мм. Это должно помочь снизить производственные затраты и, таким образом, позволить продолжать расти, по крайней мере, еще на десять лет или около того. После этого? Возможно, наконец, не останется другого выбора, кроме как отказаться от кремния в пользу чего-то менее распространенного и простого в работе - хорошие новости для скорости обработки, но почти наверняка плохие новости для вашего кошелька.

Кремний как инопланетная жизнь

Фразу «жизнь на основе углерода» часто используют, но что она на самом деле означает? Это означает, что основные структурные молекулы, из которых состоят наши тела (белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жирные кислоты и т. Д.), Построены на скелетах из атомов углерода.Это потому, что углерод обладает прекрасным свойством быть «четырехвалентным». Кислород может образовывать только две стабильные химические связи одновременно (таким образом, образуя воду, или H 2 O), а азот только три (таким образом, приводя к аммиаку, или NH 3 ), но углерод может стабильно удерживать до четырех разные атомы сразу (давая нам метан, или CH 4 ). Тетравалентность - мощная основа для создания молекул, которые одновременно являются сильными и геометрически сложными, и этот дуэт химических свойств позволил эволюции всей жизни, известной в настоящее время во Вселенной.

Орта из Star Trek предположительно основана на кремнии.

Тем не менее, если мы знаем, как устроена Периодическая таблица, мы знаем, что элементы в вертикальном столбце имеют схожие химические свойства - а прямо под углеродом находится кремний. Вот почему авторы научной фантастики потратили так много времени и чернил на идею жизни на основе кремния; Сам по себе четырехвалентный кремний является наиболее вероятным альтернативным структурным элементом в совершенно новых формах жизни. Кремний также может прочно связываться с другими атомами кремния (точно так же, как углерод с углеродом) и, таким образом, может дважды фиксировать определенные конформации на месте.Предполагается, что оба они имеют решающее значение для развития жизни.

Конечно, поскольку кремния на Земле гораздо больше, чем углерода, должна быть причина, по которой мы являемся органическими (на основе углерода), а не на основе кремния - и эта причина возвращается к Периодической таблице. Не вдаваясь в подробности, элементы, расположенные ниже по вертикали в Периодической таблице, имеют более тяжелые ядра и более крупные электронные оболочки; Кремний физически больше и тяжелее углерода, что делает его менее подходящим для сверхтонких задач, таких как, например, рекомбинантная ДНК.Кремний также менее реакционноспособен, чем углерод, а это означает, что жизнь на основе кремния может быть менее химически разнообразной или потребовать гораздо более широкого набора кремниевых ферментов, запускающих реакцию, для создания химически менее желательных соединений.

Тот факт, что вся жизнь на Земле является органической, несмотря на то, что количество атомов кремния на планете превышает количество атомов углерода почти в тысячу раз, может указывать на то, насколько вероятно, что это произойдет где-нибудь во Вселенной. Здесь много видов, которые в той или иной степени используют кремний, но ни один из них не использует его в качестве структурного элемента ДНК.Жизнь на основе кремния, безусловно, возможна, но если она действительно существует, велика вероятность, что она никогда не сможет развиться до уровня сложности, который углерод позволяет прямо здесь, у себя дома.

Кремний и вы

Кремний будет постоянно появляться в вашей ленте новостей еще долгие годы. Несмотря на то, что некоторые рассматривают углерод и другие элементы, не являющиеся кремниевыми, как платформу для вычислений следующего поколения, что будет необходимо, если мы хотим продолжить экспоненциальную историческую тенденцию в области вычислительной мощности, кремний остается предпочтительным веществом во многих областях.Найдем ли мы новые захватывающие способы контролировать его обращение с электронами? Возможно. Найдем ли мы, что он лежит в основе всей жизни во Вселенной, кроме той, которая развивалась на Земле? Наверное, нет, хотя возможно. По крайней мере, мы не собираемся отказываться от его использования в качестве строительного материала, поскольку соединения кремния являются основой породы, составляющей подавляющую часть земной коры.

Возможно, мы собираемся оставить кремний позади, но 20 лет назад это было не менее возможно.По всей видимости, он будет и дальше оставаться одним из важнейших факторов в процессе освоения человеком физического мира.

.

фактов о кремнии | Живая наука

Кремний - это элемент, за который нужно благодарить компьютер, на котором вы читаете эти слова. Важный компонент микроэлектроники и компьютерных микросхем, этот чрезвычайно распространенный элемент также отвечает за теплые белые пляжи - кремнезем, оксид кремния, является наиболее распространенным компонентом песка.

Кремний является седьмым по распространенности элементом во Вселенной и вторым по распространенности элементом на планете после кислорода, по данным Королевского химического общества.Около 25 процентов земной коры состоит из кремния. Помимо компьютерных микросхем, кремний имеет множество применений; Более странные места, где появляется этот элемент, включают менструальные чаши, грудные имплантаты и прихватки для духовки - в форме силикона.

Что делает кремний таким особенным, что в его честь названа целая долина в Калифорнии? Читай дальше.

Только факты

  • Атомный номер (число протонов в ядре): 14
  • Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Si
  • Атомный вес (средняя масса атома): 28.09
  • Плотность: 2,3296 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 2577 градусов по Фаренгейту (1414 градусов Цельсия)
  • Точка кипения: 5909 градусов по Фаренгейту (3265 градусов C)
  • Количество изотопов ( атомов одного и того же элемента с другим числом нейтронов): 24
  • Наиболее распространенный изотоп: Si-28 (92% естественного содержания)

Кремний является 14-м элементом Периодической таблицы. (Изображение предоставлено Андреем Маринкасом Shutterstock)

Кремний полупроводник

В природе кремний не одиночка.Обычно он связан с парой молекул кислорода, как диоксид кремния, также известный как диоксид кремния. Кварц, часто встречающийся в песке, состоит из некристаллизованного кремнезема.

Кремний не металл и не неметалл; это металлоид, элемент, который находится где-то посередине. Категория металлоидов - это что-то вроде серой зоны, без четкого определения того, что подходит под все требования, но металлоиды обычно обладают свойствами как металлов, так и неметаллов. Они выглядят металлическими, но проводят электричество лишь промежуточно.Кремний - это полупроводник, а это означает, что он проводит электричество. Однако, в отличие от типичного металла, кремний лучше проводит электричество с повышением температуры (металлы становятся хуже в проводимости при более высоких температурах).

Кремний был впервые выделен в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом, который также открыл церий, селен и торий, согласно Фонду химического наследия. По данным Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона, Берцелиус нагревает кремнезем с калием для очистки кремния, но сегодня процесс очистки нагревает углерод с кремнеземом в виде песка, чтобы изолировать элемент.

Кремний - основной ингредиент в очень низкотехнологичных изделиях, включая кирпич и керамику. Но элементы высоких технологий - это то, что действительно оставляет след. В качестве полупроводника кремний используется для изготовления транзисторов, которые усиливают или переключают электрические токи и являются основой электроники от радиоприемников до iPhone.

Кремний по-разному используется в солнечных элементах и ​​компьютерных микросхемах, одним из примеров является полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или MOSFET, основной переключатель во многих электронных устройствах.По данным Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, чтобы превратить кремний в транзистор, в кристаллическую форму элемента добавляют следовые количества других элементов, таких как бор или фосфор. По данным Университета Вирджинии, микроэлементы связываются с атомами кремния, освобождая электроны для движения по всему материалу.

Создавая пространства из чистого кремния, инженеры могут создать зазор, через который эти электроны не могут течь - как переключатель в положении «выключено».

Чтобы включить переключатель, рядом с кристаллом помещают металлическую пластину, подключенную к источнику питания. Когда течет электричество, пластина заряжается положительно. Отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительному заряду, позволяя им совершать прыжок через сегмент из чистого кремния. (В транзисторах могут использоваться и другие полупроводники, кроме кремния.)

Кто знал?

  • Когда астронавты «Аполлона-11» приземлились на Луну в 1969 году, они оставили после себя белый мешочек с силиконовым диском размером чуть больше серебряного доллара.На диске микроскопическим шрифтом написано 73 сообщения, каждое из разных стран, выражающих пожелания доброй воли и мира.
  • Кремний - это не то же самое, что силикон, этот знаменитый полимер, который содержится в грудных имплантатах, менструальных чашах и других медицинских технологиях. Силикон состоит из кремния вместе с кислородом, углеродом и водородом. Поскольку силикон так хорошо сопротивляется нагреванию, он все чаще используется для изготовления кухонных принадлежностей, таких как прихватки для духовки и противни.
  • Кремний может быть опасен.При длительном вдыхании он может вызвать заболевание легких, известное как силикоз.
  • Любите переливчатость опала? Спасибо кремнию. Драгоценный камень представляет собой форму кремнезема, связанного с молекулами воды.
  • По данным Института материалов, минералов и горного дела, карбид кремния (SiC) почти такой же твердый, как алмаз. Он имеет 9–9,5 баллов по шкале твердости Мооса, что немного меньше, чем у алмаза, твердость которого составляет 10.
  • Растения используют кремний для укрепления своих клеточных стенок.Согласно статье 1994 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, этот элемент является важным питательным веществом, которое помогает придать устойчивость к болезням.
  • Силиконовая долина получила свое название от кремния, используемого в компьютерных микросхемах. Псевдоним впервые появился в 1971 году в газете «Электронные новости».
  • Жизнь на основе кремния, такая как Орта из «Звездного пути», по мнению исследователей из Калифорнийского технологического института, не может быть полностью научной фантастикой. Ранние исследования показали, что кремний может быть включен в молекулы на основе углерода, такие как белки.

Текущие исследования

Сегодняшние исследования кремния звучат не более чем как научная фантастика: в 2006 году исследователи объявили о создании компьютерного чипа, объединяющего компоненты кремния с клетками мозга. Электрические сигналы от клеток мозга могут передаваться на электронные кремниевые компоненты чипа, и наоборот. Есть надежда на создание электронных устройств для лечения неврологических расстройств.

Исследование 2018 года, опубликованное в журнале Nature, тестирует новый тип квантового устройства, сделанного из кремния.Квантовые компьютеры могут когда-нибудь стать нормой, превзойдя современные компьютерные технологии с возможностью параллельного выполнения вычислений. Создание этих устройств с использованием тех же методов для создания традиционных кремниевых чипов могло бы ускорить разработку этих устройств, потенциально приводя к новым применениям для квантовых устройств.

Кремний также обещает создать невероятно крошечные лазеры, называемые наноиглами, которые можно использовать для передачи данных быстрее и эффективнее, чем традиционные оптические кабели.По словам Джона Баддинга, химика материалов из Университета Пенсильвании, сверхпроводниковые лазеры выделяют тепло намного легче, чем стеклянные. Это означает, что они могут похвастаться большей мощностью, чем традиционные лазеры.

Баддинг и его команда также работают над созданием оптических волокон нового поколения, в которых используются сверхпроводники, а не просто стекло, сказал он Live Science.

«Полупроводники обладают целым рядом свойств, которые невозможно получить с очками», - сказал Баддинг. Наличие полупроводниковых материалов, встроенных в оптические волокна, позволило бы включить в эти кабели мини-электронику, которая имеет решающее значение для передачи информации на большие расстояния.Полупроводниковые кабели также позволят управлять светом в волокне, добавил Баддинг.

Традиционные кремниевые чипы изготавливаются путем осаждения слоев элемента на плоской поверхности, обычно начиная с газа-прекурсора, такого как силан (Sih5), и позволяя газу затвердеть, сказал Баддинг. Кабели же протянуты. Чтобы сделать оптоволоконный кабель, вы должны начать со стеклянного стержня, нагреть его, а затем вытянуть, как ириску, превращая его в длинную тонкую нить.

Баддинг и его коллеги придумали способ придать полупроводникам форму спагетти.Они используют вытянутые стеклянные волокна с крошечными отверстиями, а затем сжимают газы, такие как силан, под высоким давлением, чтобы заставить их проникнуть в эти пространства.

«Это как если бы садовый шланг, идущий от штата Пенсильвания до Нью-Йорка, был полностью залит силиконом», - сказал Баддинг. «Можно было бы подумать, что что-то засорится и испортится, но это не так».

Получающиеся полупроводниковые пряди в три-четыре раза тоньше человеческого волоса. Баддинг и его команда также экспериментируют с другими полупроводниками, такими как селенид цинка (цинк и селен), чтобы создавать волокна с невиданной ранее мощностью.

Подробнее о Silicon:

  • Чтобы весело и интересно взглянуть на историю Кремниевой долины, включая информацию об умах и продуктах, участвующих в создании высокотехнологичных стартапов, просмотрите интерактивную хронологию Кремниевой долины NPR.
  • Они могут быть близки к Периодической таблице элементов, но кремний и углерод - разные химические звери. Вот взгляд Dow Corning на их различия, которые сводятся к тому, что один из них является органическим, а другой - неорганическим.
  • HowStuffWorks подробно описывает, как работают полупроводники и как кремний играет важную роль.
  • Хотите узнать, как делаются знаменитые чипы Intel, конечно же, из кремния? Техническая компания описывает историю своих чипов, как они менялись с течением времени, как они сделаны и как работают.

Дополнительный отчет Рэйчел Росс, соавтора Live Science.

.Кремний

| Свойства, использование, символ и факты

Кремний (Si) , неметаллический химический элемент семейства углерода (группа 14 [IVa] периодической таблицы). Кремний составляет 27,7% земной коры; это второй по распространенности элемент в коре, уступающий только кислороду.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Pu

Название кремний происходит от латинского слова silx или silicis , что означает «кремень» или «твердый камень».Аморфный элементарный кремний был впервые выделен и описан как элемент в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом. Загрязненный кремний был получен уже в 1811 году. Кристаллический элементарный кремний не был получен до 1854 года, когда он был получен как продукт электролиза. Однако в форме горного хрусталя кремний был знаком еще древним египтянам, которые использовали его для изготовления бус и маленьких ваз; ранним китайцам; и, вероятно, многим другим древним. Изготовлением стекла, содержащего кремнезем, занимались как египтяне - по крайней мере, еще в 1500 г. до н. Э. - так и финикийцы.Конечно, многие из встречающихся в природе соединений, называемых силикатами, использовались в различных видах строительного раствора для строительства жилищ древними людьми.

Свойства элемента
атомный номер 14
атомный вес 28.086
точка плавления 1410 ° C (2570 ° F)
точка кипения 2355 ° C (4270 ° F)
плотность 2.33 г / см 3
степень окисления −4, (+2), +4
электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 2

Возникновение и распространение

По весу содержание кремния в земной коре превышает только кислород. Оценки космического содержания других элементов часто приводятся в терминах числа их атомов на 10 6 атомов кремния.Только водород, гелий, кислород, неон, азот и углерод превосходят кремний по количеству в космосе. Кремний считается космическим продуктом поглощения альфа-частиц при температуре около 10 9 К ядрами углерода-12, кислорода-16 и неона-20. Энергия, связывающая частицы, образующие ядро ​​кремния, составляет около 8,4 миллиона электрон-вольт (МэВ) на нуклон (протон или нейтрон). По сравнению с максимумом около 8,7 миллионов электрон-вольт для ядра железа, почти вдвое более массивного, чем у кремния, эта цифра указывает на относительную стабильность ядра кремния.

Чистый кремний слишком реакционноспособен, чтобы его можно было найти в природе, но он содержится практически во всех породах, а также в песках, глинах и почвах в сочетании либо с кислородом в виде кремнезема (SiO 2 , диоксид кремния), либо с кислородом и другие элементы (например, алюминий, магний, кальций, натрий, калий или железо) в виде силикатов. Окисленная форма, такая как диоксид кремния и особенно силикаты, также распространена в земной коре и является важным компонентом мантии Земли. Его соединения также встречаются во всех природных водах, в атмосфере (в виде кремнистой пыли), во многих растениях, а также в скелетах, тканях и жидкостях тела некоторых животных.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

В составе соединений диоксид кремния встречается как в кристаллических минералах (например, кварц, кристобалит, тридимит), так и в аморфных или кажущихся аморфными минералах (например, агат, опал, халцедон) на всех участках суши. Природные силикаты характеризуются своим обилием, широким распространением, сложностью структуры и состава. Большинство элементов следующих групп периодической таблицы содержится в силикатных минералах: группы 1–6, 13 и 17 (I – IIIa, IIIb – VIb, VIIa).Эти элементы называют литофильными или любящими камни. Важные силикатные минералы включают глины, полевой шпат, оливин, пироксен, амфиболы, слюды и цеолиты.

Свойства элемента

Элементарный кремний производят в промышленных масштабах путем восстановления диоксида кремния (SiO 2 ) коксом в электрической печи, а затем очищают нечистый продукт. В небольших масштабах кремний можно получить из оксида восстановлением алюминием. Практически чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния или трихлорсилана.Для использования в электронных устройствах монокристаллы выращивают путем медленного извлечения затравочных кристаллов из расплавленного кремния.

Чистый кремний - твердое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском и октаэдрической кристаллической структурой, такой же, как у алмазной формы углерода, с которой кремний имеет много химического и физического сходства. Пониженная энергия связи в кристаллическом кремнии делает этот элемент более мягким и химически более активным, чем алмаз. Была описана коричневая порошкообразная аморфная форма кремния, которая также имеет микрокристаллическую структуру.

Поскольку кремний образует цепи, подобные тем, что образованы углеродом, кремний был изучен как возможный основной элемент для кремниевых организмов. Однако ограниченное количество атомов кремния, которые могут катенировать, значительно сокращает количество и разнообразие соединений кремния по сравнению с соединениями углерода. Окислительно-восстановительные реакции не являются обратимыми при обычных температурах. В водных системах стабильны только степени окисления кремния 0 и +4.

Кремний, как и углерод, относительно неактивен при обычных температурах; но при нагревании он активно реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом и йодом) с образованием галогенидов и с некоторыми металлами с образованием силицидов.Как и в случае с углеродом, связи в элементарном кремнии достаточно сильны, чтобы требовать больших энергий для активации или ускорения реакции в кислой среде, поэтому на него не действуют кислоты, за исключением фтористоводородной. При нагревании красным светом кремний подвергается воздействию водяного пара или кислорода, образуя поверхностный слой диоксида кремния. Когда кремний и углерод объединяются при температурах электропечи (2 000–2 600 ° C [3 600–4 700 ° F]), они образуют карбид кремния (карборунд, SiC), который является важным абразивом. С водородом кремний образует серию гидридов, силанов.В сочетании с углеводородными группами кремний образует серию органических соединений кремния.

Известны три стабильных изотопа кремния: кремний-28, который составляет 92,21% элемента в природе; кремний-29 4,70%; и кремний-30 3,09%. Известно пять радиоактивных изотопов.

Элементарный кремний и большинство кремнийсодержащих соединений не токсичны. Действительно, ткани человека часто содержат от 6 до 90 миллиграммов кремнезема (SiO 2 ) на 100 граммов сухого веса, а многие растения и низшие формы жизни усваивают кремнезем и используют его в своих структурах.Однако вдыхание пыли, содержащей альфа-SiO 2 , вызывает серьезное заболевание легких, называемое силикозом, которое часто встречается у шахтеров, камнерезов и керамистов, если не используются защитные устройства.

.

Что такое кремний? (с картинками)

Кремний - неметаллический элемент, который можно найти во Вселенной в изобилии. Наряду с различными соединениями он используется в широком спектре промышленных применений, включая металлические сплавы, электрические схемы, мыло и стекло. Вероятно, он наиболее известен своим использованием в компьютерных микросхемах и дал свое название Силиконовой долине, центру технологической индустрии в Соединенных Штатах.

Кремний соединяется с кислородом и принимает форму песка.

Этот элемент был впервые выделен в 1824 году шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом. В чистом виде он имеет кристаллическую структуру и занимает 14 место в периодической таблице, где написано как Si. Кремний чаще появляется в виде соединения, такого как кремнезем (SiO2), где он соединяется с кислородом, который обычно принимает форму песка. Соединения можно обрабатывать для высвобождения связанного кремния или использовать в исходном виде, чтобы воспользоваться уникальными свойствами соединения.Карбид кремния (SiC), например, имеет твердость, которая не уступает алмазу.

Возможно, самое известное применение кремния - это компьютерные микросхемы.

Когда кремний смешивают с другими элементами, это соединение часто называют силикатом.Силикаты чрезвычайно распространены и используются в широком спектре промышленных процессов. Их можно нагревать или обрабатывать другими химическими соединениями для высвобождения кремния или связывания с другими материалами для различных целей. При легировании металлом этот элемент увеличивает прочность и твердость металла. Большинство отраслей промышленности используют силикаты в своей продукции, чтобы сделать ее более прочной и долговечной. Этот элемент также обычно используется в качестве основного материала для герметиков, герметиков и некоторых типов синтетических масел.

Кремний используется в самых разных областях, от солнечных батарей до мыла.

Некоторые потребители путают чистый элемент с силиконом, который представляет собой химическое соединение.Силикон содержит кремний и обладает многими его минеральными свойствами. Компаунд используется в мыле и медицинских имплантатах, изоляторах и синтетических материалах. Принадлежности для выпечки с антипригарным покрытием, герметики и экраны для электрических компонентов также изготавливаются из силикона, который отличается высокой прочностью и гибкостью.

Силикон используется во многих приложениях, например, при приготовлении формы для выпечки.

Изобилие кремния и бесчисленное множество его применений делают его часто добываемым элементом. Производство исчисляется сотнями тонн во всем мире, причем большую часть составляют такие страны, как Китай и США. Элемент вывозится в чистом виде для производства, а также продается в виде готовой товарной продукции. Производители постоянно ищут новые способы применения этого обильного и дешевого элемента, и ожидается, что рост его продаж будет продолжаться бесконечно.

Кремний занимает 14 место в таблице Менделеева. .

Смотрите также