Характеристика вагонов 81-717(714) 26 страница

Амины жирного ряда, содержащие простые углеводородные ра­дикалы, встречаются в продуктах распада белков.

-NH₂ + 2Н₂0

Большое промышленное значение имеют ароматические амины, содержащие радикалы ароматических углеводородов. Важнейшим из них является анилин CeH₅—NH2. Его получают восстановле­нием нитробензола в присутствии катализатора:

Л \ катализатор /, ^

// \>—N0₂ + 3H₂ ------------------- у- (' ^

нитробензол анилин

Эта реакция была открыта в 1842' г. Н. Н. Зининым и назы­вается реакцией Зинина. Значение этого открытия трудно переоце­нить. Анилин и другие ароматические амины, которые подобным образом получаются из различных нитросоединений, используются для производства многочисленных синтетических красителей, ле­карственных веществ, фотореактивов, пластмасс, взрывчатых веществ и дру­гих ценных материалов.

Николай Николаевич 3 и н и н выдающийся русский химик, основатель зна­менитой Казанской школы химиков-органиков, родился в 1812 г. Научная и педагогическая деятельность Зинина протекала вначале в Ка­занском университете, где им была в 1842 г. открыта реакция получения анилина. В хи­мической лаборатории университета до сих пор бережно хранится небольшое количество анилина, полученного лично Зинииьгм. В 1847 г. Зииин переехал в Петербург и занял кафедру в Медико-хирургической академии, а в 1865 г. он был избран акаде­миком.

Кроме синтеза анилина, Зинин осуществил также ряд других органических синтезов, имевших большое практическое значение.

Зниин был первым президентом основанного в 1868 г. Русского химического общества (ныне Всесоюзное химическое общество имени Д. И. Менделеева).

176. Аминокислоты и белки. Большое биологическое значение имеют аминокислоты — соединения со смешанными функция­ми, в которых, как в аминах, содержатся аминогруппы —NH₂ и одновременно, как в кислотах, — карбоксильные группы — СООН, В качестве примера можно привести простейшие: аминоуксусную кислоту, или глицин, и аминопропионовую кислоту, или аланин. Строение других природных аминокислот этого типа можно выра­зить приведенной ниже общей формулой (где R — углеводородный радикал, который может содержать и различные функциональные группы)5

' s Т'/> '? />

H₂N—СН₂—С^ H₂N~CH—H₂N—СН— СУ

Х)Н \эн ^чон

глицин аланин общая формула

природных аминокислот

Аминокислоты — амфотерные соединения: они образуют соли с основаниями (за счет карбоксильной группы) и с кислотами (за счет аминогруппы).

Ион водорода, отщепляющийся при диссоциации от карбоксила аминокислоты, может переходить к ее аминогруппе с образованием аммониевой группировки. Таким образом, аминокислоты суще­ствуют и вступают в реакции также в виде биполярных ионов (внутренних солей):

R R

I * I

H₂N—СН—СООН =f=±: H₃N—СН—COO"

аминокислота биполярный ион(внутренняя соль)

Этим объясняется, что растворы аминокислот, содержащих одну карбоксильную и одну аминогруппу, имеют нейтральную ре-, акцию.

Из молекул аминокислот строятся молекулы белковых ве­ществ, или белков, которые при полном гидролизе под влия­нием минеральных кислот, щелочей или ферментов распадаются, образуя смеси аминокислот.

Белки — природные высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения. Они играют первостепенную роль во всех жизненных процессах, являются носителями жизни. Белки содер­жатся во всех тканях организмов, в крови, в костях. Ферменты (энзимы), многие гормоны представляют собой сложные белки. Кожа, волосы, шерсть, перья, рога, копыта, кости, нити йатураль-. ного шелка образованы белками. Белок, так же как углеводы и жиры, — важнейшая необходимая составная часть пищи.

В состав белков входят углерод, водород, кйслОрбД, азот и часто сера, фосфор, железо. Молекулярное массы белков очень' велики —от 1500 до нескольких миллионов,

Проблема строения и синтеза белков — одна из важнейших в Современной науке. В этой области в последние десятилетия до­стигнуты большие успехи. Установлено, что десятки, сотни и ты­сячи молекул аминокислот, образующих гигантские молекулы белков, соединяются друг с другом, выделяя воду за счет карбок­сильных и аминогрупп; структуру цепи такой молекулы можно представить тэке

R R' R R" R'"

H₂N—СН—С-------- NH—СН—С—NH—СН—С—NH—СН-С---------- NH-CH-C*^

о ооо ^40,1

В молекулах белков многократно повторяются группы атомов >—СО—NH—; их называют а м и д н ы м и, или в химии белков — пептидными группами. Соответственно белки относят к при­родным высокомолекулярным полиамидам или полипеп­тидам.

Все многообразие белков образовано 20 различными аминокис­лотами; при этом для каждого белка строго специфичной является последовательность, в которой остатки входящих в его состав ами­нокислот соединяются друг с другом. Найдены методы выяснения этой последовательности; в результате уже точно установлено строение некоторых белков. И самым замечательным достижением в этой области явилось осуществление синтеза из аминокислот простейших белков: как уже указывалось, в 50—60-х годах XX века синтетически получены гормон инсулин и фермент рибонуклеаза. Таким образом, доказана принципиальная возможность синтеза еще более сложных белков.

177. Природные и синтетические высокомолекулярные соедине­ния (полимеры). Высокомолекулярными соединения-м и, или полимерами, называют сложные вещества с больши­ми молекулярными массами (порядка сотен, тысяч и миллионов)', молекулы которых построены из множества повторяющихся эле­ментарных звеньев, образующихся в результате взаимо­действия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул — мономеров.

Следующие два процесса приводят к образованию высокомоле­кулярных соединений: а) реакция полимеризации — про* цесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соеди­нения (мономера) соединяются друг с другом при помощи кова­лентных связей,образуя новое вещество (полимер),молекулярная, масса которого в целое число раз больше, чем у мономера; по­лимеризация характерна, главным образом, для соединений с кратными (двойными или тройными) связями; б) реакции п о л и к о н д е н с а Ци й — процесс образования полимера из низ­комолекулярных соединений, содержащих две или несколько функ­циональных групп, сопровождающийся выдедением за счет этих групп таких веществ, как вода, аммиак, галогеноводород и т. п.; состав элементарного звена полимера в этом случае отличается от состава исходного мономера.

Примерами природных высокомолекулярных со­единений могут служить крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глю­козы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся природные каучуки (см. ниже).

Все большее значение приобретают синтетические вы­сокомолекулярные соединения или, как их иначе на­зывают, синтетические в ы с о к о п о л и"м е р ы. Это разно­образные материалы, обычно получаемые из доступного и деше­вого сырья; на их основе получают пластические массы (пластмассы)—сложные композиции, в которые вводят раз­личные наполнители и добавки, придающие полимерам необ­ходимый комплекс технических свойств, — а также синтетические волокна (см. § 177).

Полимеры и пластмассы на их основе являются ценными заме­нителями многих природных материалов (металлов, дерева, кожи, клеев и т. п.). Синтетические волокна успешно заменяют натураль­ные— шелковые, шерстяные, хлопчатобумажные. При этом важно подчеркнуть, что по ряду свойств материалы на основе синтетиче­ских полимеров часто превосходят природные. Можно получать пластические массы, волокна и другие соединения с комплексом заданных технических свойств. Это позволяет решать многие за­дачи современной техники, которые не могли быть решены при использовании только природных материалов. Народнохозяйствен­ные планы нашей страны предусматривают широкое и все увели­чивающееся развитие производства синтетических полимеров и разнообразных материалов на их основе *.

Полимеризац ионные смолы. К полимеризационным смолам относятся полимеры, получаемые реакцией полимеризации преимущественно этиленовых углеводородов или их производных.

Полиэтилен—представляет собой полимер, образующийся при
полимеризации этилена, например, при сжатии его до 150—
250 МПа при 150—250 °С (полиэтилен высокого давления)
• •■ + СН₂=СН₂ + CH_i=CH₂ + СН₂=СН₂ +... ■—>
■—>----------------------------- CHj—сн₂—сн₂—сн₂-сн₂—сн₂---------------

полиэтилен

или сокращенно:

иСН₂=СН₂ —► (—сн₂-сн₂-)„

* В 1985 г. в СССР произведено 5,0 млн. т пластических масс н смол. К 1990 г. их производство должно возрасти до 6,8—7,1 млн. т.

этилен полиэтилен

Реакцию полимеризации можно представить как результат рас­крытия двойных связей в множестве молекул непредельного со­единения (в данном случае этилена) и последующего соединения этих молекул друг с другом в одну гигантскую макромолекулу. Величина п выражает степень полимеризации — указы­вает число мономерных звеньев, образующих макромолекулу. На­чало полимеризации этилена вызывается введением небольшого количества (0,05—0,1 %) кислорода.

Найдены катализаторы, благодаря которым этилен полимери-зуется при низких давлениях. Например, в присутствии триэтил-алюминия (С₂Н₅)₃А1 с добавкой хлорида титана (IV) ТЮЦ (ката­лизатор Циглера) полимеризация протекает при атмосферном давлении (получается полиэтилен низкого давления); на оксидах хрома (катализатор Филипса) полимер образуется при давлении до 10 МПа (полиэтилен среднего давления).

Полиэтилен — предельный углеводород с молекулярной массой от 10 000 до 400 000. Он представляет собой бесцветный полупро­зрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления ПО—125°С. Обла­дает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью. Его применяют в качестве электроизо­ляционного материала, а также для изготовления пленок, исполь­зуемых в качестве упаковочного материала, для изготовления легкой небьющейся посуды, шлангов и трубопроводов для химиче­ской промышленности. Свойства полиэтилена зависят от способа его получения; например, полиэтилен высокого давления обладает меньшей плотностью и меньшей молекулярной массой (10 000—-45 000), чем полиэтилен низкого давления (молекулярная масса 70 000—400 000), что сказывается на технических свойствах. Для контакта с пищевыми продуктами допускается только полиэтилен высокого давления, так как полиэтилен низкого давления может содержать остатки катализаторов — вредные для здоровья чело­века соединения тяжелых металлов.

Полипропилен — полимер пропилена, следующего за этиленом гомолога непредельных этиленовых углеводородов:

«сн₂=сн —* сн,—дн-сн₂—сн—

I 1 ¹

СНз СН, СН,

пропилен полипропилен

Полимеризация протекает в присутствии катализаторов. В за­висимости от условий полимеризации получают полипропилен, раз­личающийся по структуре макромолекул, а следовательно, и по свойствам. По внешнему виду это каучукоподобная масса, более или менее твердая и упругая. Отличается от полиэтилена боле$ высокой температурой плавления. Например, полипропилен с молекулярной массой выше 80 000 плавится при 174—175 °С.

Используют полипропилен для электроизоляции, для изготовления защитных пленок, труб, шлангов, шестерен, деталей приборов, а также высокопрочного и химически стойкого волокна. Последнее применяют в производстве канатов, рыболовных сетей и др. Плен­ки из полипропилена значительно прозрачнее и прочнее полиэти­леновых, пищевые продукты в упаковке из полипропилена можно подвергать стерилизации, варке и разогреванию.

Полистирол — образуется при полимеризации стирола:

лСН₂=СН —>----------- СН₂— СН— СН₂—СН— сн₂—сн

I I I I

С0Н5 CgHs СдН₅ С5Н5

стирол полистирол

Он может быть получен в виде прозрачной стеклообразной массы. Применяется как органическое стекло, для изготовления промышленных товаров (пуговиц, гребней и т. п.), в качестве электроизолятора.

Поливинилхлорид (полихлорвинил) — получается полимериза­цией винилхлорида:

_fiCH₂=CH —>------------ СН₂—СН—СН₂—СН—СН₂—СН

I III

С1 С1 С1 С1

Ешшлхлорид поливинилхлорид

(хлористый винил)

Это — эластичная масса, очень стойкая к действию кислот и щелочей. Широко используется для футеровки труб и сосудов в химической промышленности. Применяется для изоляции элек­трических проводов, изготовления искусственной кожи, линолеума, непромокаемых плащей. Хлорированием поливинилхлорида полу­чают перхлорвиниловую смолу, из которой готовят химически стойкое синтетическое волокно хлорин.

Политетрафторэтилен — полимер тетрафторэтилена:

«CF₂=CF₂ —> (—CF₂— CF₂—)„ тетрафторэтилен политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен выпускается в виде пластмассы, назы­ваемой тефлоном или фторопластом. Весьма стоек по отношению к щелочам, концентрированным кислотам и другим реагентам. По химической стойкости превосходит золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Применяется В химическом машиностроении, электротехнике.

Полиакрилаты и полиакрилонитрил. Важное значение имеют полимеры непредельных акриловой СН₂=СН—СООН и метакри-ловой СН₂=С(СНз1—СООН кислот, особенно их метиловых эфи­

/—СН₂—СН—\ ч с^мЛ

ров — метилакрилата и метилметакрилата, а также нитрила акри­ловой кислоты (или акрилонитрила) СНг = СН—C=N — произ­водного этой кислоты, в котором карбоксильная группа —СООН заменена группой —CsN, Строение важнейших из этих полиме­ров выражается формулами:

/—СН₂—СН— \

V. СООСНзЛ

полпметнлакрнлаг полиметилметакрилат полнакрнлоиитрил

Полиметилакрилат и полиметилметакрилат — твердые, бесцвет­ные, прозрачные, стойкие к нагреванию и действию света, про­пускающие ультрафиолетовые лучи полимеры. Из них изготовляют листы прочного и легкого органического стекла, широко приме­няемого для различных изделий. Из полиакрилонитрила получают нитрон (или орлон)—синтетическое волокно, идущее на произ­водство трикотажа, тканей (костюмных и технических).

Каучук и — эластичные материалы, из которых путем спе­циальной обработки получают резину. В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолетов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов.

Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы кото­рого содержат большое число двойных связей; состав его может быть выражен формулой (CsHg)^ (где значение п составляет от.1000 до 3000); он является полимером изопрена:

СНз / СН

1 2| 3 4

лСН₂=С—СН=СН₂ -

изопрен натуральный каучук

(полиизопреи)

Как видно из этой схемы, при полимеризации изопрена раскры* ваются обе его двойные связи, а в элементарном звене полимера двойная связь возникает на новом месте — между атомами угле­рода 2 и 3.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных
растений, главным образом, тропических (например, бразильского
дерева гевея). _;

Другой природный продукт — гуттаперча — также является по«
лимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул, '

Сырой каучук липок, непрочен, а при небольшом, понижении /температуры становится хрупким, Нтобы придать изготовленным из каучука изделиям необходимую прочность и эластичность, кау­чук подвергают вулканизации — вводят в него серу и затем нагревают. Вулканизованный каучук называется резиной.

При вулканизации сера присоединяется к двойным связям макромолекул каучука и «сшивает» их, образуя дисульфидные «мостики»,

S S

s s

1 [2 3 4 1 |г 3 4

-сн₂—С—сн—сн₂ - сн₂—С—сн—сн₂

СНз S СНз S 1 12 |з 4 1 |г |з 4 - с- — — - - — --

СНз ^ СНз S

-сн₂—с—сн—сн₂—сн₂—с—сн—сн₂

I i

А_...

В результате вулканизации каучук теряет пластичность, становится упругим.

Отсутствие в нашей стране природного каучука вызвало необ­ходимость в разработке метода искусственного получения этого важнейшего для народного хозяйства материала. Советскими химиками был найден и впервые в мире осуществлен (1928—1930)] р промышленном масштабе способ получения синтетического кау­чука.

По способу, предложенному С. В. Лебедевым (1874—1934), исходным материалом для производства синтетического каучука (СК) служит непредельный углеводород бутадиен, или дивинил, который полимеризуется подобно изопрену;

1 2 3 4 1 2 3 4

иСН₂=СН—СН=СН₂ —> (—СН₂—СН=СН— СН₂—)„

бутадиен синтетический каучук

(дивинил) (полибутадиен)

По Лебедеву, исходный бутадиен получают из этилового спир­та. Теперь разработано получение его из бутана попутного нефтя­ного газа.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибута-диенового каучука (СКВ), широко применяются сополимер-ные к а учу к и — продукты совместной полимеризации (со по-лимеризации) бутадиена с другими непредельными соедине-;

ниями, например со стиролом (СКС)' или с акрилонитрилом (СКН);

12 3 4

/—СН₂—СН=СН—СН₂—СН₂—СН—

V с₆н₅

бутадиен-стирольныя каучук

/—СН₂—СН==СН—СН₂—СН₂—СН—

I I

V C==N

бутадизн-нитрильный каучук

В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

В СССР разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку.

Конденсационные смолы — к ним относят полимеры, получаемые реакцией поликонденсации.

Фенолоформальдегидные смолы. Эти высокомолекулярные со­единения образуются в результате взаимодействия фенола (C₆H₅OHJ с формальдегидом (СН₂=0) в присутствии кислот (НС1 и др.) или щелочей (NaOH, NH₄OH) в качестве катализа­торов. Образование фенолоформальдегидных смол происходит согласно схеме:

ОН ОН ОН

"" + «Н₂0

ОН ОН ОН

фенолоформальдегидиая смола

Процесс сопровождается выделением воды. Фенолоформальде­гидные смолы обладают замечательным свойством: при нагрева­нии они вначале размягчаются, а при дальнейшем нагревании (особенно в присутствии соответствующих катализаторов) затвер­девают. Из этих смол готовят ценные пластические массы — фе­нопласты: смолы смешивают с различными наполнителями (древесной мукой, измельченной бумагой, асбестом, графитом и т. п.), с пластификаторами, красителями, и из полученной мас­сы изготовляют методом горячего прессования различные изде­лия. В последние годы фенолоформальдегидные смолы нашли новые области применения, например производство строительных

деталей из отходов древесины, изготовление оболочковых форм в литейном деле.

Полиэфирные смолы. Примером таких смол может служить продукт поликонденсации двухосновной ароматической терефтале-вон кислоты с двухатомным спиртом этиленгликолем:

+ mH₂0

п

полиэтилентерефталат

Полиэтилентерефталат—полимер, в молекулах которого мно­гократно повторяется группировка сложного эфира. В СССР эту смолу выпускают под названием лоесан (за рубежом — терилен, дакрон). Из нее готовят волокно, напоминающее шерсть, но зна­чительно более прочное, дающее несминаемые ткани. Лавсан обладает высокой термо-, влаго- и светостойкостью, устойчив к действию щелочей, кислот и окислителей.

Полиамидные смолы. Полимеры этого типа являются синтети­ческими аналогами белков. В их цепях имеются такие же, как в белках, многократно повторяющиеся амидные —СО—NH—■ группы. В цепях молекул белков они разделены звеном из одного С-атома, в синтетических полиамидах — цепочкой из четырех и более С-атомов. Волокна, полученные из синтетических смол,—■ капрон, энант и анид — по некоторым свойствам значительно пре­восходят натуральный шелк. В текстильной промышленности из них вырабатывают красивые прочные ткани и трикотаж. В технике используют изготовленные из капрона или анида веревки, канаты, отличающиеся высокой прочностью; эти полимеры применяют также в качестве основы автомобильных шин, для изготовления сетей, различных технических тканей.

Капрон является поликонденсатом аминокапроновой кислоты, содержащей цепь из шести атомов углерода*

✓° II II
пШ₂—(СН₂)₅—(Г —>--------- NH—(СН₂)₅—С—NH—(СН₂)₅—С------- + mH₂0

Х)Н

амннокапроновая кислота капрон

Энант — поликонденсат аминоэнантовой кислоты, содержащей цепь из семи атомов углерода.

Анид {найлон или перлон) получается поликонденсацией двух­основной аддпиновой кислоты.HQQC—^СНа)!—fiOOH и гексаме*

178. Кремний в природе. Получение и свойства кремния

Натуральные и химические волокна. Все тек­стильные волокна, применяемые для производства различных ви­дов пряжи, подразделяют на натуральные и химические.

Натуральными — называют волокна, образующиеся в растениях (хлопковое, льняное и другие волокна, состоящие из целлюлозы) или из выделений живых организмов (шерсть, шелковые нити, вы­деляемые тутовым шелкопрядом, — состоящие из белков).

Химическими — называют все волокна, которые производятся искусственным путем. Их, в свою очередь, подразделяют на искус­ственные, получаемые при химической переработке природных ве­ществ (главным образом, целлюлозы), и синтетические, — изго­товляемые из специально синтезируемых химических материалов (главным образом, синтетических высокополимеров)'.

К искусственным относятся волокна вискозного, ацетатного и медноаммиачного шелка, получаемого переработкой целлюлозы (стр. 480)'. Примерами синтетических волокон служат рассмот­ренные выше волокна из полимеризационных (хлорин, нитрон) или поликонденсационных (лавсан, капрон, энант, анид) смол.

Производство химических волокон имеет огромное народнохо­зяйственное значение, развитие его способствует повышению материального благосостояния людей. Оно дает возможность обес­печить постоянно растущую потребность в товарах широкого потребления — различных тканях, изделиях из трикотажа, искус­ственного меха и т. п. В технике наличие разнообразных химиче­ских волокон с определенным комплексом свойств позволяет решать многие важные задачи.

В 1985 г. в нашей стране было произведено 1,4 млн. т хими­ческих волокон и нитей; к 1990 г, намечено довести их производ­ство до 1,85 млн. т.

КРЕМНИЙ (SILICIUM)

178. Кремний в природе. Получение и свойства кремния. Крем-¹ ний — один из самых распространенных в земной коре элементов. Он составляет 27 % (масс.) доступной нашему исследованию части земной коры, занимая по распространенности второе место после кислорода. В природе кремний встречается только в соединениях* в виде диоксида (двуокиси) кремния Si0₂, называемого также кремниевым ангидридом или кремнеземом, и в виде солей крем-* ниевых кислот (силикатов)'. Наиболее широко распространены в природе алюмосиликаты, т. е. силикаты, в состав которых входиф, алюминий,)^ ним относятся полевые шпаты, слюды, каолин и др,

Как углерод, входя в состав всех органических веществ, яв­ляется важнейшим элементом растительного и животного царства, Так кремний — главный элемент в царстве минералов и горных пород.

В большинстве организмов содержание кремния очень неве­лико. Однако некоторые морские организмы накапливают большие количества кремния. К. богатым им морским растениям относятся диатомовые водоросли, из животных много кремния содержат ра­диолярии, кремниевые губки.

Свободный кремний можно получить прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который представляет собой диоксид крем­ния:

S Ю₂ + 2Mg = 2MgO + Si

При этом образуется бурый порошок аморфного кремния.

Кремний растворим в расплавленных металлах. При медленном охлаждении раствора кремния в цинке или в алюминии кремний выделяется в виде хорошо образованных кристаллов октаэдриче-ской формы. Кристаллический кремний обладает стальным бле­ском.

Кристаллы кремния высокой чистоты, имеющие минимальное число дефектов структуры, характеризуются очень низкой элек­трической проводимостью. Примеси и нарушения правильности строения резко увеличивают их проводимость.

Кремний применяется главным образом в металлургии и в по­лупроводниковой технике. В металлургии он используется для удаления кислорода из расплавленных металлов и служит состав­ной частью многих сплавов. Важнейшие из них—-это сплавы на основе железа, меди и алюминия. В полупроводниковой технике кремний используют для изготовления фотоэлементов, усилителей, выпрямителей. Полупроводниковые приборы на основе кремния выдерживают нагрев до 250°С, что расширяет область их приме­нения.

В промышленности кремний получают восстановлением ди­оксида кремния коксом в электрических печах:

SiO_s + 2C = Si+2CO_T

Полученный по этому способу кремний содержит 2—5 % приме­сей. Необходимый для изготовления полупроводниковых приборов кремний высокой чистоты получают более сложным путем. Природ­ный кремнезем переводят в такое соединение кремния, которое поддается глубокой очистке. Затем кремний выделяют из получен­ного чистого вещества термическим разложением или действием восстановителя. Один из таких методов состоит в превращении кремнезема в хлорид кремния S1CU, очистке этого продукта и вос­становлении из него кремния высокочистым цинком, Весьма чй­стый кремний можно получить также термическим разложением иодида кремния Sil4 или силана SiH₄. Получающийся кремний содержит весьма мало примесей и пригоден для изготовления некоторых полупроводниковых приборов. Для получения еще бо­лее чистого продукта его подвергают дополнительной очистке, например зонной плавке (см. § 193).

В химическом отношении кремний, особенно кристаллический, малоактивен; при комнатной температуре он непосредственно со­единяется только с фтором. При нагревании аморфный кремний легко соединяется с кислородом, галогенами и серой.

Кислоты, кроме смеси фтороводорода и азотной кислоты, не дей­ствуют на кремний, но щелочи энергично реагируют с ним, выде­ляя водород и образуя соли кремниевой кислоты H₂SiC>3:

Si + 2КОН + Н₂0 = K₂Si0₃ + 2H₂f

В присутствии следов щелочи, играющей роль катализатора, кремний вытесняет водород также из воды.

Если накаливать в электрической печи смесь песка и кокса, взятых в определенном соотношении, то получается соединение кремния с углеродом — карбид кремния SiC, называемый карбо­рундом:

Si0₂ + 3C= SiC + 2COf

Чистый карборунд — бесцветные очень твердые кристаллы (плотность 3,2 г/см³). Технический продукт обычно окрашен при­месями в темно-серый цвет.

По внутреннему строению карборунд представляет собой как бы алмаз, в котором половина атомов углерода равномерно заменена атомами кремния. Каждый атом углерода находится в центре тетраэдра, в вершинах которого расположены атомы кремния; в свою очередь каждый атом кремния окружен подобным же образом четырьмя атомами углерода. Ковалентные связи, соеди­няющие все атомы в этой структуре, как и в алмазе, очень прочны. Этим объ­ясняется большая твердость карборунда.

Карборунд получают в больших количествах; применение его разнообразно и связано с его высокой твердостью и огнеупор­ностью. Из порошка карборунда изготовляют шлифовальные круги, бруски, шлифовальную бумагу. На его основе производят плиты для сооружения полов, платформ и переходов в метро и на вокзалах. Из него готовят муфели и футеровку для различных печей. Смесь порошков карборунда и кремния служит материалом для изготовления силитовых стержней для электрических печей.

Дата добавления: 2014-11-16