После кислорода кремний является наиболее распространенным элементом на Земле. В природе он встречается не в свободном виде, а в виде оксида (кремнезем) или силиката (полевой шпат, каолинит и т. д.) в песке, горной породе и глине. Один из методов получения - нагревание кварца (SiO2) с углеродом; во время этого процесса выделяется окись углерода и остается сырой кремний (чистота 98%). Этот сорт достаточно чист для включения в сплавы, например алюминия и железа, чтобы сделать их более твердыми или менее хрупкими. Чистый кремний получают нагреванием сырого кремния в хлоре. Во время этого процесса летучее соединение SiCl4 происходит и отделяется перегонкой. Если эту жидкость нагревать вместе с водородом, выделяется чистый кремний. Ему придают форму стержня, и последние примеси «выплывают» из стержня путем последовательного нагрева небольших его частей до точки плавления в атмосфере инертного газа, такого как аргон, в сочетании с любыми добавляемыми микроэлементами. которые растворяются в жидком кремнии.
силоксаны соединения, содержащие кроме водорода кислород, кремний и, как правило, углерод (хотя есть и неорганические силоксаны). Начав с малых молекул, они могут быть построены в крупные агрегаты (полимеры), которым могут быть приданы различные свойства (жидкость, эластичность, стабильность и т. д.). Силоксаны существуют в виде смол, эластомеров (каучуковых соединений) или масел.
Пользы
Он используется в качестве легирующей добавки для стали, алюминия, меди, бронзы и железа. Он также широко используется в производстве полупроводников и в производстве силанов и кремнийорганических соединений.
Кремнийорганические соединения применяют в виде смол, эластомеров (каучуковых соединений) или масел. Смолы представляют собой кремнийорганические соединения, которые при смешивании с рядом других веществ, используемых в лакокрасочной промышленности (отвердители, ускорители и т. д.), образуют очень прочные слои и легко наносятся даже на основания, к которым другие краски обычно плохо прилипают (например, металлические поверхности). Кроме того, они довольно устойчивы к кратковременному нагреву или воздействию кислорода и практически не выгорают на солнце. Среди прочего, эти смолы также используются в качестве формовочных масс (пластмасс) и в производстве пенопластов, которые обладают хорошей устойчивостью к высоким температурам и являются полезными теплоизоляционными материалами. Другие смолы используются в качестве так называемой фольги (тонких слоев, применяемых в электронной промышленности) из-за их низкой горючести и хороших электроизоляционных свойств даже во влажной среде. Силиконовые смолы имеют множество применений из-за их термостойкости и водоотталкивающих свойств, а также устойчивости к растворителям, высоким температурам и солнечному свету. Силиконовые смолы используются в красках, лаках, формовочных смесях (пластиках), электроизоляции, чувствительных к давлению и разделительных покрытиях, ламинатах.
Метилсиликат довольно летучая жидкость, используемая в производстве телевизионных экранов. При его разложении в воде образуется прозрачный слой кремниевой кислоты, которым экран крепится к стеклянной стенке. Этилсиликат используется в качестве связующего для изготовления форм в специальных процессах литья металлов или в качестве исходной точки в химическом синтезе.
Опасности и их предотвращение
В этом разделе обсуждается опасность кремнийорганических соединений. Читатель упоминается в другом месте в Энциклопедия для обсуждения важных последствий для здоровья воздействия силикатов, особенно кристаллических силикатов. Влияние карбидов кремния также обсуждается в другом месте.
Токсикологическая опасность металлического кремния неизвестна. Для большинства нормативных целей он считается неприятной пылью. Когда кремний получают и очищают в отсутствие воздуха, процесс происходит в герметичном, газонепроницаемом корпусе, что должно ограничивать воздействие. Химические вещества, которые используются вместе с кремнием в различных производственных процессах, могут представлять опасность. Здесь рассматриваются три типа соединений кремния: силаны, силоксаны и гетеросилоксаны.
Силанес. Силаны содержат водород и кремний. Большинство из них представляют собой очень устойчивые маслянистые вещества, которые сами по себе находят мало практического применения. Однако если добавить хлор, азот и т. д., их можно использовать для химического синтеза. Однако и тетрахлорсилан, и трихлорсилан являются высокореактивными соединениями, которые могут выделять сильно раздражающие удушающие пары. При контакте с водой они разлагаются (гидролизуются) с выделением хлористого водорода. Вода в атмосфере может инициировать такой гидролиз. Продукты гидролиза могут оказывать сильное воздействие на глаза и дыхательные пути. Кроме того, трихлорсилан легко воспламеняется. Эти жидкости рассматриваются как коррозионно-активные вещества и транспортируются в кварцевых ампулах или ящиках из нержавеющей стали. Разливы можно обезвредить безводной содой.
Ассоциация силоксан пары масла могут раздражать глаза, и сообщается, что чрезвычайно высокие концентрации могут оказывать серьезное воздействие на дыхательную систему. В отличие от кремния смоляные соединения в прошлом считались безвредными и широко использовались в качестве имплантатов в организме.
Эластомеры (резиновые смеси). Эти вещества отличаются высокой стабильностью при высоких (250 °С) и низких температурах (до -75 °С), а также стойкостью к воздействию химических веществ. Их химическая инертность такова, что их часто используют в качестве материала для имплантации кровеносных сосудов и так далее. Более того, они не растворяются во многих органических растворителях, таких как трихлорэтилен или ацетон. Мембраны из силиконового каучука легко проницаемы для таких газов, как кислород, даже если они растворены в воде.
Следует отметить, что были серьезные разногласия и юридические споры по поводу воздействия силиконовых грудных имплантатов, при этом известные авторитеты разделились во мнениях относительно любых возможных долгосрочных опасностей для здоровья.
Масла. Эти соединения также сохраняют свою стабильность при воздействии экстремальных изменений температуры. По этой причине их часто используют в качестве смазочных материалов, так как их вязкость остается практически постоянной при различных температурах. Они также используются в качестве водоотталкивающих средств, например, для стен, текстиля или кожи. Прессованные детали легко извлекаются из форм, смазанных этими составами, а также они действуют как пеногасители (последнее свойство, в частности, помогает больным хроническим бронхитом, так как вдыхание паров этих масел способствует эвакуации мокроты). . У экспериментальных животных было обнаружено, что эти вещества очень медленно выводятся из легких, но их присутствие там не вызывает побочных реакций. Мази, приготовленные с силиконами, также очень хорошо переносятся и благодаря своим водоотталкивающим свойствам способствуют предотвращению или выздоровлению от контактной экземы, поскольку предотвращают контакт с веществами, вызывающими реакции гиперчувствительности.
Эксперименты на животных также показали, что вдыхание паров в очень высоких концентрациях может привести к смертельному наркозу; однако, если подвергшиеся воздействию животные выдерживали наркоз, наступало полное выздоровление. Силиконовые масла в незначительной степени раздражают слизистую оболочку глаза, вызывая покраснение, болезненность и слезотечение; более серьезные симптомы вызываются только низкомолекулярными соединениями.
гетеросилоксаны. Помимо кремния, водорода и кислорода, гетеросилоксаны содержат некоторые другие элементы, такие как металлы (алюминий, олово, свинец и т. д.), а также бор или мышьяк и т. д. Они легко гидролизуются и поэтому опасны для организма человека, являясь основным часть которого состоит из воды. Гетеросилоксаны обычно образуются как промежуточные продукты в химических синтезах. Метилсиликат и этилсиликат занимают особое место в этой группе. Метилсиликат, довольно летучая жидкость, используется в производстве телевизионных экранов. При разложении в воде образуется прозрачный слой кремниевая кислота результаты, которые крепят экран к стеклянной стене. Метилсиликатная жидкость или пары, попадающие в глаза, не оказывают немедленного действия, но через 10—12 ч вызывают сильную боль в глазах, сопровождающуюся покраснением и слезотечением. Роговица становится непрозрачной, могут образовываться язвы, что может привести к слепоте. Вдыхание паров может привести к смертельному повреждению легких или почек. Поскольку контакт с паром или жидкостью не вызывает немедленной предупреждающей боли, с этим веществом требуются особые меры предосторожности. Следует избегать поломки колб. Глаза должны быть защищены газонепроницаемыми очками, а риска вдыхания паров при разливе и т. д. следует избегать путем установки вытяжной вентиляционной системы.
Этилсиликат, который используется в качестве связующего для изготовления форм в специальных процессах литья металлов или в качестве исходного вещества в химических синтезах, имеет низкое давление паров; это физическое свойство помогает уменьшить воздействие. В высоких концентрациях он раздражает слизистые оболочки и кожу, а в очень высоких концентрациях оказывается смертельным для животных.
По мере увеличения молекулярной массы силикатов наблюдается снижение реакционной способности.
Таблицы кремния и кремнийорганических соединений
Таблица 1 - Химическая информация.
Таблица 2 - Опасности для здоровья.
Таблица 3 - Физические и химические опасности.
Таблица 4 - Физические и химические свойства.