В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF4 получил чистый элементарный кремний. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex - кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российский химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе в греческого kremnos - «утес, гора».
По распространённости в земной коре кремний среди всех элементов занимает второе место (после кислорода). Масса земной коры на 27,6-29,5 % состоит из кремния. Кремний входит в состав нескольких сотен различных природных силикатов и алюмосиликатов. Больше всего распространен кремнезём или оксид кремния (IV) SiO2 (речной песок, кварц, кремень и др.), составляющий около 12 % земной коры (по массе). В свободном виде кремний в природе не встречается.
Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si-Si по сравнению с длиной связи С-С твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному излучению.
 |
 |
Элементарный кремний - типичный полупроводник. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре 1,09 эВ. Концентрация носителей заряда в кремнии с собственной проводимостью при комнатной температуре 1,5·1016м-3. На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем микропримеси. Для получения монокристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят добавки элементов III-й группы - бора, алюминия, галлия и индия, с электронной проводимостью - добавки элементов V-й группы - фосфора, мышьяка или сурьмы. Электрические свойства кремния можно варьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами.
 |
В настоящее время кремний - основной материал для электроники. Монокристаллический кремний - материал для зеркал газовых лазеров. Иногда кремний (технической чистоты) и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях. Соединения металлов с кремнием - силициды, являются широкоупотребляемыми в промышленности (например электронной и атомной) материалами с широким спектром полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.), а также силициды ряда элементов являются важными термоэлектрическими материалами. Кремний применяется в металлургии при выплавке чугуна, сталей, бронз, силумина и др. (как раскислитель и модификатор, а также как легирующий компонент).
Это была сенсация — оказывается, важнейшее вещество на Земле состоит из двух не менее важных химических элементов. «АиФ» решил заглянуть в таблицу Менделеева и вспомнить, благодаря каким же элементам и соединениям существует Вселенная, а также жизнь на Земле и человеческая цивилизация.
ВОДОРОД (H)
Где встречается:
самый распространённый элемент во Вселенной, её главный «строительный материал». Из него состоят звёзды, в том числе Солнце. Благодаря термоядерному синтезу с участием водорода Солнце будет греть нашу планету ещё 6,5 млрд. лет.
Чем полезен:
в промышленности — при производстве аммиака, мыла и пластмасс. Большие перспективы у водородной энергетики: этот газ не загрязняет окружающую среду, т. к. при сгорании даёт только водяной пар.
УГЛЕРОД (C)
Где встречается:
любой организм в значительной степени построен из углерода. В теле человека этот элемент занимает около 21%. Так, наши мышцы состоят из него на 2/3. В свободном состоянии в природе встречается в виде графита и алмаза.
Чем полезен:
пища, энергоносители и мн. др. Класс соединений на основе углерода огромен — углеводороды, белки, жиры и т. д. Этот элемент незаменим в нанотехнологиях.
АЗОТ (N)
Где встречается:
атмосфера Земли на 75% состоит из азота. Входит в состав белков, аминокислот, гемоглобина и др.
Чем полезен:
необходим для существования животных и растений. В промышленности используется как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент. С его помощью синтезируют разнообразные соединения — аммиак, удобрения, взрывчатые вещества, красители.
КИСЛОРОД (O)
Где встречается:
Самый распространённый на Земле элемент, на его долю приходится около 47% массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды на 89% состоят из кислорода, атмосфера — на 23%.
Чем полезен:
Благодаря кислороду живые существа могут дышать, без него не был бы возможен огонь. Этот газ широко используется в медицине, металлургии, пищевой промышленности, энергетике.
УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ (CO2)
Где встречается:
В атмосфере, в морской воде.
Чем полезен:
Благодаря этому соединению растения могут дышать. Процесс поглощения углекислоты из воздуха называется фотосинтезом. Это основной источник биологической энергии. Стоит напомнить, что энергия, которую мы получаем при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа), накоплена в недрах земли на протяжении миллионов лет именно благодаря фотосинтезу.
ЖЕЛЕЗО (Fe)
Где встречается:
один из самых распространённых в Солнечной системе элементов. Из него состоят ядра планет земной группы.
Чем полезен:
металл, с древних времён применяемый человеком. Целая историческая эпоха получила название Железного века. Сейчас до 95% мирового производства металлов приходится на железо, это основной компонент сталей и чугунов.
СЕРЕБРО (Ag)
Где встречается:
Один из дефицитных элементов. Раньше встречался в природе в самородном виде.
Чем полезен:
С середины XIII века стал традиционным материалом для изготовления посуды. Обладает уникальными свойствами, поэтому применяется в различных отраслях — в ювелирном деле, в фотографии, электротехнике и электронике. Известны и дезинфицирующие свойства серебра.
ЗОЛОТО (Au)
Где встречается:
раньше встречался в природе в самородном виде. Добывается на приисках.
Чем полезен:
важнейший элемент мировой финансовой системы, т. к. запасы его невелики. Издавна использовалось в качестве денег. В настоящее время все банковские резервы золота оцениваются
в 32 тыс. тонн — если сплавить их воедино, получится куб со стороной всего лишь 12 м. Используется в медицине, микроэлектронике, при ядерных исследованиях.
КРЕМНИЙ (Si)
Где встречается:
По распространённости в земной коре этот элемент занимает второе место (27-30% всей массы).
Чем полезен:
Кремний — основной материал для электроники. Также применяется в металлургии и в производстве стекла и цемента.
ВОДА (H2O)
Где встречается:
Наша планета на 71% покрыта водой. Тело человека на 65% состоит из этого соединения. Вода есть и в космическом пространстве, в теле комет.
Чем полезна:
Имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, потому что благодаря молекулярным свойствам является универсальным растворителем. У воды много уникальных свойств, о которых мы не задумываемся. Так, если бы она при замерзании не увеличивалась в объёме, жизнь просто не зародилась бы: водоёмы каждую зиму промерзали бы до дна. А так, расширяясь, более лёгкий лёд остаётся на поверхности, сохраняя под собой жизнеспособную среду.
Все мы знаем, что водород наполняет нашу Вселенную на 75%. Но знаете ли вы, какие еще есть химические элементы, не менее важные для нашего существования и играющие значительную роль для жизни людей, животных, растений и всей нашей Земли? Элементы из этого рейтинга формируют всю нашу Вселенную!
10. Сера (распространенность относительно кремния – 0.38)
Этот химический элемент в таблице Менделеева значится под символом S и характеризуется атомным номером 16. Сера очень распространена в природе.
9. Железо (распространенность относительно кремния – 0.6)
Обозначается символом Fe, атомный номер – 26. Железо очень часто встречается в природе, особенно важную роль оно играет в формировании внутренней и внешней оболочки ядра Земли.
8. Магний (распространенность относительно кремния – 0.91)
В таблице Менделеева магний можно найти под символом Mg, и его атомный номер – 12. Что самое удивительное в этом химическом элементе, так это то, что он чаще всего выделяется при взрыве звезд в процессе их преобразования в сверхновые тела.
7. Кремний (распространенность относительно кремния – 1)
Обозначается как Si. Атомный номер кремния – 14. Этот серо-голубой металлоид очень редко встречается в земной коре в чистом виде, но довольно распространен в составе других веществ. Например, его можно обнаружить даже в растениях.
6. Углерод (распространенность относительно кремния – 3.5)
Углерод в таблице химических элементов Менделеева значится под символом С, его атомный номер – 6. Самой знаменитой аллотропной модификацией углерода являются одни из самых желанных драгоценных камней в мире – алмазы. Углерод активно применяют и в других в промышленных целях более будничного назначения.
5. Азот (распространенность относительно кремния – 6.6)
Символ N, атомный номер 7. Впервые открытый шотландским врачом Дэниелом Рутерфордом (Daniel Rutherford), азот чаще всего встречается в форме азотной кислоты и нитратов.
4. Неон (распространенность относительно кремния – 8.6)
Обозначается символом Ne, атомный номер — 10. Не секрет, что именно этот химический элемент ассоциируется с красивым свечением.
3. Кислород (распространенность относительно кремния – 22)
Химический элемент под символом О и с атомным номером 8, кислород незаменим для нашего существования! Но это не значит, что он присутствует только на Земле и служит только для человеческих легких. Вселенная полна сюрпризов.
2. Гелий (распространенность относительно кремния – 3.100)
Символ гелия – He, атомный номер – 2. Он бесцветен, не имеет запаха и вкуса, не ядовит, и его точка кипения – самая низкая среди всех химических элементов. А еще благодаря ему шарики взмывают ввысь!
1. Водород (распространенность относительно кремния – 40.000)
Истинный номер один в нашем списке, водород находится в таблице Менделеева под символом Н и обладает атомным номером 1. Это самый легкий химический элемент периодической таблицы и самый распространенный элемент во всей изученной человеком Вселенной.
Самый простой и распространенный элемент
Водород имеет только один протон и один электрон (это единственный элемент без нейтрона). Он является самым простым элементом во Вселенной, что объясняет, почему он также самый распространенный, — сказала Найман. Тем не менее изотоп водорода, называемый дейтерием, содержит один протон и один нейтрон, а другой, известный как тритий, имеет один протон и два нейтрона.
В звездах атомы водорода сливаются, чтобы создать гелий - второй наиболее распространенный элемент во Вселенной. Гелий имеет два протона, два нейтрона и два электрона. Вместе гелий и водород составляют 99,9 процента всей известной материи во Вселенной.
Тем не менее во Вселенной примерно в 10 раз больше водорода, чем гелия, как говорит Найман. «Кислорода, который является третьим самым распространенным элементом, примерно в 1000 раз меньше, чем водорода», — добавила она.
Если говорить в общем, то чем выше атомный номер элемента, тем меньшее его количество можно найти во Вселенной.
Водород в составе Земли
Состав Земли, однако, отличается от того, который имеет Вселенная. Например, кислород является наиболее распространенным элементом по весу в земной коре. За ним следуют кремний, алюминий и железо. В человеческом организме наиболее распространенным элементом по весу является кислород, а затем — углерод и водород.
Роль в человеческом теле
Водород имеет ряд ключевых ролей в человеческом теле. Водородные связи помогают ДНК оставаться скрученным. Кроме того, водород способствует поддержанию правильного рН в желудке и других органах. Если ваш желудок приобретает слишком щелочную среду, выпускается водород, поскольку он связан с регулированием этого процесса. Если же среда в желудке слишком кислая, водород будет связываться с другими элементами.
Водород в составе воды
Кроме того, именно водород позволяет льду плавать на поверхности воды, так как водородные связи увеличивают расстояние между ее замороженными молекулами, что делает их менее плотными.
Как правило, вещество является более плотным, когда оно находится в твердом состоянии, а не жидком, сказала Найман. Вода является единственным веществом, которое становится менее плотным в твердом виде.
В чем опасность водорода
Тем не менее водород также может быть опасным. Его реакция с кислородом привела к катастрофе дирижабля «Гинденбург», который убил 36 человек в 1937 году. Кроме того, водородные бомбы могут быть невероятно разрушительными, хотя их никогда не использовали в качестве оружия. Тем не менее их потенциал продемонстрировали в 1950-х годах такие страны, как США, СССР, Великобритания, Франция и Китай.
Водородные бомбы, как и атомные, используют сочетание ядерного синтеза и реакций деления, что приводит к разрушениям. При взрыве они создают не только механические ударные волны, но и радиацию.
самое распространенное вещество на земле
Альтернативные описанияРастаявший лед
Самая распространенная на земле жидкость
Прозрачная бесцветная жидкость
. "Губит людей не пиво, губит людей..."
. "Как с гуся..."
. "Не разлей..."
. "Под лежачий камень... не течет"
. "аш два О"
. "в морях и реках обитает, но часто по небу летает, а как наскучит ей летать, на землю падает опять" (загадка)
. "тихая... берега подмывает" (посл.)
. "тонкая материя", оказавшаяся на первой ступени "лестницы природы", построенной в 18 веке швейцарским натуралистом Шарлем Бонне
Ты жизнь
65% человеческого тела
Без нее "и ни туды, и ни сюды"
Без нее жизни нет
Большая часть водки
В нее обычно прячут концы
Важнейшее неорганическое вещество для нас
Водка без алкоголя
Водка без спирта
Водород+ кислород
Второе к воде и медным трубам
Газированная...
Горячая и холодная в кране
Губит людей в отличие от пива
Губительница людей (песен.)
Дистиллированная...
Драгоценность в пустыне
Друзья - не разлей...
Ее в ступе не толкут
Ею поливают сад и огород
Жидкая колыбель жизни
Жидкость
Жидкость без вкуса, цвета и запаха
Жидкость в ванне
Жидкость, которая льется в пустых речах
Жидкость, которой много утекло
Жидкость, необходимая для существования всего живого
Из чего состоит снежинка
Именно в ее каплю советовали заглянуть римские мудрецы, "если хочешь познать мир"
Каким теплоносителем, как правило, охлаждают кипящий реактор
Камень точит
Картина российского художника С. Чуйкова "Живая..."
Колодезная...
Компонент бетона
Компонент водки
Лишняя в водке, по мнению пьяниц
Лучшее средство от жажды
Льется из крана
Малозначащий компонент водки
Минералка
Минеральная в бутылке
Минеральная, газированная
Мутная после ледохода
Мы пьем ее и в ней купаемся
Мы пьем ее и ею паримся
Наливают в ведро или в стакан
Наливают в чайник для кипячения
Наполнительница ванн и морей
Обязательное условие жизни
Одно из самых распространенных веществ в природе
Оказывается, из нее и сухим можно выйти
Оксид дейтерия или тяжелая...
Она льется в пустых речах
Она может течь, а может капать
Она не течет под лежачий камень
Основа всего живого на Земле
Основа жизни
Парное молоко в ночном озере
Партнер огня и медных труб
Питьевой союз двух газов
Плоть дождя
Плоть моря
По мнению французского химика Леонеля, молекула этого вещества напоминает персик, по бокам которого прикреплены два абрикоса
Популярный в Германии травяной ликер "Данцигская золотая...", содержит мельчайшие частицы сусального золота
Пресная...
Пресная в озере
Пресная в пруду
Пресная жидкость в пруду
Прозрачная бесцветная жидкость, представляющая собой химическое соединение водорода и кислорода
Проточная в джакузи
Прятка для концов
Растаявший лед
Рыбная среда обитания
Сбежала из ведра
Седьмая жидкость на киселе
Седьмая на киселе
Сжиженный лед
Согласно казахской пословице, без недостатка только бог, без грязи - только она
Содержим. решета согласно поговорки
Содержимое клепсидры
Содержимое реки и моря
Содержимое самовара
Соленая в море
Соленая влага моря
Соленая морская...
Спасение от жажды
Так называют линейную часть дистанции для одной лодки
Текучка из душа
Течет из крана
То, чем "дышат" рыбы
То, чем не разольешь настоящую дружбу
То, что возят на обиженных
То, что наливают из-под крана
Устаревшее античное созвездие
Утоляет жажду
Фильм А. А. Роу "Огонь, ... и медные трубы"
Химическое вещество без которого ни человек, ни животное долго не протянет
Химическое вещество в виде прозрачной жидкости
Ходит без ног, рукава без рук, уста - без речи (загадка)
Чем разбавляют спирт
Что в даосизме стало символом триумфа видимой слабости над силой
Что вскипает в самоваре
Что отмеряло время в античной клепсидре
Некипяч. чай без сахара и заварки
Партнёр огня и медных труб
С лица её не пить, согласно поговорке
Содержимое сливного бачка
Ученые объясняют возникновение химических элементов теорией Большого Взрыва. Согласно ей, Вселенная образовалась после Большого Взрыва огромного огненного шара, который разбросал во всех направлениях частицы материи и потоки энергии. Хотя, если во Вселенной самые распространенные химические элементы это Водород и Гелий, то на планете Земля - это Кислород и Кремний.
Из всего числа известных химических элементов, на Земле найдено 88 таких элементов, среди которых самыми распространенными в земной коре являются Кислород (49,4%), Кремний (25,8%), также Алюминий (7,5%), Железо, Калий и другие химические элементы, встречаемые в природе. На эти элементы приходится 99% массы всей Земной оболочки.
Состав элементов в Земной коре отличается от элементов, находящихся в мантии и ядре. Так ядро Земли состоит в основном из железа и никеля, а поверхность Земли насыщена кислородом.
Самые распространенные химические элементы на Земле
(49,4% в Земной коре)
Кислород используют для дыхания почти все живые организмы на Земле. Десятки миллиардов тонн Кислорода расходуются каждый год, но в воздухе его все равно не становится меньше. Ученые считают, что зеленые растения на планете выделяют Кислорода почти в шесть раз больше, чем он расходуется...
(25,8% в Земной коре)
Роль Кремния в геохимии Земли огромна, примерно 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 (все твердые и прочные породы состоят на треть из кремния), а число минералов, в которых содержится кремнезем больше 400. На Земле Кремний в свободном виде не встречается, только в соединениях...
(7,5% в Земной коре)
В чистом виде в природе Алюминий не встречается. Алюминий входит в состав гранитов, глины, базальтов, полевого шпата и др. и содержится во многих минералах...
(4,7% в Земной коре)
Этот химический элемент очень важен для живых организмов, так как является катализатором дыхательного процесса, участвует в доставке кислорода к тканям и присутствует в гемоглобине крови. В природе Железо встречается в руде (магнетит, гематит, лимонит и пирит) и в более 300 минералах (сульфиды, силикаты, карбонаты и др.)...
(3,4% в Земной коре)
В чистом виде в природе не встречается, в соединениях содержится в почве, во всех неорганических связующих веществах, животных, растениях и природной воде. Ионы Кальция в крови играют важную роль в регулировании работы сердца, и позволяют ей свертываться на воздухе. При недостатке Кальция у растений, страдает корневая система...
(2,6% в Земной коре)
Натрий распространен в верхней части земной коры, в природе встречается в виде минералов: галита, мирабилита, криолита и буры. Входит в состав человеческого организма, в крови человека содержится около 0.6% КаС1, за счет которого поддерживается нормальное осмотическое давление крови. В животных Натрия содержится больше чем в растениях...
(2,4% в Земной коре)
В природе не встречается в чистом виде, только в соединениях, содержится во многих минералах: сильвине, сильвините, карналлите, алюмосиликатах и др. В морской воде содержится примерно 0,04% калия. Калий быстро окисляется на воздухе и легко вступает в химические реакции. Является важным элементом развития растений, при его недостатке они желтеют, а семена теряют всхожесть...
(1,9% в Земной коре)
В природе Магний не встречается в чистом виде, но входит в состав многих минералов: силикатов, карбонатов, сульфатов, алюмосиликатов и др. Кроме этого Магния много в морской воде, подземных водах, растениях и природных рассолах...
(0,9% в Земной коре)
Водород входит в состав атмосферы, всех органических веществ и живых клеток. Его доля в живых клетках по числу атомов составляет 63%. Водород входит в состав нефти, вулканических и природных горючих газов, немного Водорода выделяют зеленые растения. Образуется при разложении органических веществ и при коксовании угля...
(0,6% в Земной коре)
В природе не встречается в свободном виде, часто в виде двуокиси TiO2 или её соединений (титанатов). Содержится в поч¬ве, в животных и растительных организмах и входит в состав больше 60 минералов. В биосфере Титан рессеян, в морской воде его 10-7%.Титан содержится и в зернах, плодах, стеблях растений, в тканях животных, молоке, куриных яйцах и в человеческом организме...
Самые редкие химические элементы на Земле
- Лютеций (0,00008 % в Земной коре по массе) . Для получения его выделяют из минералов вместе с другими тяжёлыми редкими элементами.
- Иттербий (3,310-5% в Земной коре по массе) . Содержится в бастензите, монаците, гадолините, талените и др. минералах.
- Тулий (2,7 .10−5 масс. % в Земной коре по массе) . Так же как и другие редкоземельные элементы содержится в минералах: ксенотим, монацит, эвксенит, лопарит и др.
- Эрбий (3,3 г/т в Земной коре по массе) . Добывается из монацита и бастенизита, так же как и некоторые редкие химические элементы.
- Гольмий (1,3.10−4 % в Земной коре по массе) . Вместе с другими редкоземельными элементами содержится в минералах монаците, эвксените, бастенизите, апатите и гадолините.
Очень редкие химические элементы применяют в радиоэлектронике, атомной технике, машиностроении, метталургии и химической промышленности и др.