بعد الأكسجين ، يعد السيليكون العنصر الأكثر شيوعًا على الأرض. لا توجد حرة في الطبيعة ، ولكن كأكسيد (سيليكا) أو سيليكات (الفلسبار ، الكاولينيت وما إلى ذلك) في الرمل والصخور والطين. إحدى طرق التحضير هي تسخين الكوارتز (SiO2) بالكربون خلال هذه العملية ينبعث أول أكسيد الكربون ويبقى السيليكون الخام (98٪ نقي). هذه الدرجة نقية بدرجة كافية لإدراجها في السبائك - على سبيل المثال ، الألومنيوم والحديد - لجعلها أكثر صلابة أو أقل هشاشة. يتم تحضير السيليكون النقي عن طريق تسخين السيليكون الخام في الكلور. خلال هذه العملية المركب المتطاير SiCl4 يحدث ويفصل بالتقطير. إذا تم تسخين هذا السائل مع الهيدروجين ، يتم تحرير السيليكون النقي. يتشكل هذا في شكل قضيب ، ويتم "تعويم" الشوائب الأخيرة من القضيب عن طريق تسخين أجزاء صغيرة منه على التوالي إلى نقطة الانصهار ، في جو من الغاز الخامل ، مثل الأرجون ، مع إضافة أي عناصر ضئيلة ، التي تذوب في سائل السيليكون.
سيلوكسانات هي مركبات تحتوي على الأكسجين بالإضافة إلى الهيدروجين والسيليكون وعادة الكربون (على الرغم من وجود بعض السيلوكسانات غير العضوية). بدءًا من الجزيئات الصغيرة ، يمكن بناءها في وحدات كبيرة (بوليمرات) ، والتي يمكن نقل خصائص مختلفة (السيولة والمرونة والاستقرار وما إلى ذلك). توجد السيلوكسانات في شكل راتنجات ، أو لدائن (مركبات مطاطية) أو زيوت.
استخدام
يتم استخدامه كعامل صناعة السبائك للصلب والألمنيوم والنحاس والبرونز والحديد. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات وفي إنتاج السيلانات ومركبات السيليكون العضوي.
تستخدم مركبات السليكون العضوي في شكل راتنجات أو لدائن (مركبات مطاطية) أو زيوت. راتنجات هي مركبات السيليكون العضوي التي ، عند مزجها مع عدد من المواد الأخرى المستخدمة في صناعة الطلاء (مواد تقسية ، مسرعات ، وما إلى ذلك) ، تشكل طبقات مستقرة جدًا ويمكن تطبيقها بسهولة حتى على القواعد التي لا تلتزم بها الدهانات الأخرى بشكل جيد (مثل الأسطح المعدنية). بالإضافة إلى أنها مقاومة إلى حد ما للتسخين اللحظي أو هجوم الأكسجين ، ولا تتلاشى كثيرًا في ضوء الشمس. من بين أشياء أخرى ، تُستخدم هذه الراتنجات أيضًا كمركبات قولبة (بلاستيك) ، وفي صناعة الرغاوي التي تظهر مقاومة جيدة لدرجات الحرارة المرتفعة وهي عوازل حرارية مفيدة. يتم استخدام الراتنجات الأخرى كما يسمى رقائق (طبقات رقيقة مطبقة في صناعة الإلكترونيات) بسبب احتراقها المنخفض وخصائص عزل كهربائية جيدة حتى في بيئة رطبة. راتنجات السيليكون لها العديد من التطبيقات بسبب ثباتها الحراري وصد الماء ، ومقاومتها للمذيبات ودرجات الحرارة المرتفعة وأشعة الشمس. تُستخدم راتنجات السيليكون في الدهانات والورنيشات ومركبات الصب (البلاستيك) والعزل الكهربائي والطلاءات الحساسة للضغط والطلاء والصفائح.
سيليكات الميثيل هو سائل متطاير إلى حد ما يستخدم في صناعة شاشات التلفزيون. عندما تتحلل في الماء ، تنتج طبقة شفافة من حمض السيليك ، مما يثبت الشاشة على الجدار الزجاجي. سيليكات الإيثيل يستخدم كعامل ربط لصنع القوالب في عمليات تأسيس المعادن الخاصة أو كنقطة انطلاق في التخليق الكيميائي.
الأخطار والوقاية منها
يناقش هذا القسم مخاطر مركبات السيليكون العضوي. تتم الإشارة إلى القارئ في مكان آخر في موسوعة لمناقشة الآثار الصحية الهامة للتعرض للسيليكات ، وخاصة السيليكات البلورية. كما تمت مناقشة تأثيرات كربيدات السيليكون في مكان آخر.
المخاطر السمية للسيليكون المعدني غير معروفة. بالنسبة لمعظم الأغراض التنظيمية ، يعتبر غبارًا مزعجًا. عندما يتم تحضير السيليكون وتنقيته في غياب الهواء ، تتم العملية في حاوية محكمة الغلق ومُحكمة الغاز والتي من المفترض أن تحد من التعرض. قد تنشأ المخاطر من المواد الكيميائية التي تستخدم مع السيليكون في عمليات التصنيع المختلفة. هناك ثلاثة أنواع من مركبات السيليكون يتم أخذها في الاعتبار هنا: السيلانات ، السيلوكسانات ، و heterosiloxanes.
سيلانيس. تحتوي السيلانات على الهيدروجين والسيليكون. معظمهم من المواد الزيتية المستقرة جدًا والتي لا تجد في حد ذاتها سوى القليل من التطبيقات العملية. ومع ذلك ، إذا تمت إضافة الكلور والنيتروجين وما إلى ذلك ، فيمكن استخدامها في التخليق الكيميائي. ومع ذلك ، فإن كلا من رباعي كلورو سيلان وثلاثي كلورو سيلان عبارة عن مركبات شديدة التفاعل يمكن أن تنبعث منها بخار خانق شديد التهيج. عندما تتلامس مع الماء فإنها تتحلل (تحلل مائي) ، مما يعطي كلوريد الهيدروجين. يمكن للماء في الغلاف الجوي أن يبدأ مثل هذا التحلل المائي. يمكن أن يكون لمنتجات التحلل المائي تأثيرات شديدة على العين والجهاز التنفسي. علاوة على ذلك ، يشتعل ثلاثي كلورو سيلان بسهولة. يتم التعامل مع هذه السوائل كمواد مسببة للتآكل ويتم شحنها في أمبولات الكوارتز أو صناديق الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن جعل الانسكابات غير ضارة بواسطة الصودا اللامائية.
• siloxane يمكن أن تكون أبخرة الزيت مزعجة للعيون ، وتشير التقارير إلى أن التركيزات العالية للغاية يمكن أن يكون لها آثار خطيرة على الجهاز التنفسي. على النقيض من السيليكون مركبات الراتنج تم اعتبارها غير ضارة في الماضي وكانت تستخدم على نطاق واسع كغرسات في الجسم.
اللدائن (مركبات مطاطية). تتميز هذه المواد بثباتها الكبير عند درجات حرارة عالية (250 درجة مئوية) ومنخفضة (حتى -75 درجة مئوية) ، ومقاومتها للهجوم بواسطة المواد الكيميائية. إن خمولهم الكيميائي هو أنه غالبًا ما يتم استخدامها كمواد غرس للأوعية الدموية وما إلى ذلك. علاوة على ذلك ، فهي لا تذوب في العديد من المذيبات العضوية ، مثل ثلاثي كلورو إيثيلين أو الأسيتون. يمكن نفاذ أغشية مطاط السيليكون بسهولة بواسطة الغازات مثل الأكسجين ، حتى عندما يتم إذابتها في الماء.
وتجدر الإشارة إلى أنه كانت هناك خلافات كبيرة وخلافات قانونية حول تأثيرات ثدي السيليكون ، مع انقسام السلطات الملحوظة حول أي مخاطر صحية محتملة بعيدة المدى.
زيوت. تحتفظ هذه المركبات أيضًا بثباتها عند تعرضها لتغيرات شديدة في درجة الحرارة. لهذا السبب غالبًا ما يتم استخدامها كمواد تشحيم ، حيث تظل لزوجتها ثابتة إلى حد كبير عند درجات حرارة مختلفة. كما أنها تستخدم كطاردات للماء ، على سبيل المثال ، على الجدران أو المنسوجات أو الجلود. يمكن إزالة الأجزاء المضغوطة بسهولة من القوالب الملطخة بهذه المركبات ، كما أنها تعمل كعوامل مضادة للرغوة (الخاصية الأخيرة هي من بين أمور أخرى تساعد المصابين بالتهاب الشعب الهوائية المزمن ، حيث أن استنشاق أبخرة هذه الزيوت يساعد على إفراغ البلغم) . في حيوانات التجارب ، وجد أن هذه المواد يتم التخلص منها ببطء شديد من الرئتين ، ولكن وجودها هناك لا يسبب أي ردود فعل سلبية. المراهم المحضرة بالسيليكون جيدة التحمل أيضًا ، وبفضل خصائصها المقاومة للماء ، تساهم في الوقاية من الأكزيما الملامسة أو التعافي منها ، لأنها تمنع التلامس مع المواد المسببة للتفاعلات بسبب فرط الحساسية.
وقد أشارت التجارب على الحيوانات أيضًا إلى أنه إذا تم استنشاق البخار بتركيزات عالية جدًا ، فقد يؤدي ذلك إلى تخدير قاتل ؛ إذا نجت الحيوانات المكشوفة من الخدر ، فإن الشفاء التام يتبعها. تعمل زيوت السيليكون على تهيج الغشاء المخاطي للعين إلى حد ما ، مما يؤدي إلى الاحمرار والألم والتمزق ؛ تحدث الأعراض الأكثر خطورة فقط عن طريق المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض.
هيتيروسيلوكسانات. بالإضافة إلى السيليكون والهيدروجين والأكسجين ، تحتوي مادة الهيتيروسيلوكسانات على بعض العناصر الأخرى مثل المعادن (الألومنيوم والقصدير والرصاص وما إلى ذلك) بالإضافة إلى البورون أو الزرنيخ ، وما إلى ذلك. جزء منها يتكون من الماء. تتشكل الهيتيروسيلوكسانات بشكل عام كمنتجات وسيطة في التوليفات الكيميائية. سيليكات الميثيل و سيليكات الإيثيل تحتل مكانة خاصة في هذه المجموعة. يستخدم ميثيل سيليكات ، وهو سائل متطاير إلى حد ما ، في صناعة شاشات التلفزيون. عندما تتحلل في الماء ، طبقة شفافة من حمض السلسيليك النتائج التي تثبت الشاشة على الحائط الزجاجي. لا ينتج عن سائل أو بخار ميثيل سيليكات الذي يصل إلى العين أي تأثير فوري ، ولكن بعد 10 إلى 12 ساعة يسبب ألمًا شديدًا في العين ، مصحوبًا بالاحمرار والدموع. تصبح القرنية معتمة ، ويمكن أن تحدث تقرحات ، مما قد يؤدي إلى العمى. إذا تم استنشاق البخار ، يمكن أن يحدث ضرر مميت للرئتين أو الكلى. نظرًا لأن ملامسة البخار أو السائل لا ينتج عنه ألم تحذيري فوري ، يلزم اتخاذ احتياطات خاصة مع هذه المادة. يجب تجنب كسر القوارير. يجب حماية العينين بنظارات واقية من الغاز ، وتجنب خطر استنشاق الأبخرة في حالة الانسكاب ، وما إلى ذلك ، عن طريق تركيب نظام تهوية للعادم.
سيليكات الإيثيل ، التي تستخدم كعامل ربط لصنع القوالب في عمليات خاصة لتأسيس المعادن أو كنقطة انطلاق في التوليفات الكيميائية ، لها ضغط بخار منخفض ؛ هذه الخاصية المادية تساعد في تقليل التعرض. بتركيزات عالية يسبب تهيج الأغشية المخاطية والجلد ، وبتركيزات عالية جدا فقد ثبت أنه قاتل للحيوانات.
مع زيادة الوزن الجزيئي للسيليكات ، هناك انخفاض في التفاعل.
جداول مركبات السيليكون والسليكون العضوي
الجدول 1 - المعلومات الكيميائية.
الجدول 2 - المخاطر الصحية.
الجدول 3 - المخاطر الفيزيائية والكيميائية.
الجدول 4 - الخصائص الفيزيائية والكيميائية.