Номер 4, страница 63, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Поясните, где применяют кремний и его соединения?

Кремний и его соединения находят широчайшее применение в различных отраслях промышленности и в быту благодаря своим уникальным свойствам. Рассмотрим основные области применения.

Применение элементарного кремния (Si)

Чистый кремний является полупроводником, что определяет его основную сферу использования. Также он важен в металлургии и химической промышленности.

Электроника и микроэлектроника: Сверхчистый кремний является основой для производства полупроводниковых приборов, таких как транзисторы, диоды, и, самое главное, интегральных схем (микрочипов), которые являются «мозгом» практически любого современного электронного устройства, от смартфонов до компьютеров.

Солнечная энергетика: Кремниевые фотоэлементы преобразуют солнечную энергию в электрическую. Большинство солнечных панелей, используемых сегодня в мире, изготовлены на основе кремния.

Металлургия: Технический кремний используется в качестве легирующей добавки к сплавам. Например, силумины (сплавы алюминия с кремнием) обладают отличными литейными свойствами и используются для изготовления деталей двигателей и других сложных отливок. Также кремний применяют для раскисления стали (удаления из нее кислорода).

Химическая промышленность: Кремний служит исходным сырьем для синтеза кремнийорганических соединений – силиконов.

Ответ: Элементарный кремний применяют в основном в электронике и солнечной энергетике как полупроводник, в металлургии для создания сплавов и раскисления стали, а также для производства силиконов.

Применение диоксида кремния ($SiO_2$)

Диоксид кремния, также известный как кремнезём, является одним из самых распространенных соединений на Земле. Он существует в виде различных минералов (кварц, песок) и находит применение в строительстве, стекольной промышленности и высоких технологиях.

Производство стекла: Кварцевый песок является основным компонентом для производства большинства видов стекла: оконного, бутылочного, посудного.

Строительство: Песок и гравий (состоящие в основном из $SiO_2$) – важнейшие заполнители для бетона и строительных растворов. Диоксид кремния является компонентом цемента.

Высокие технологии и оптика: Монокристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами, что используется в радиоэлектронике для стабилизации частоты (кварцевые резонаторы в часах и компьютерах). Чистый плавленый кварц прозрачен для ультрафиолетового излучения, из него делают специальную оптику и лабораторную посуду, устойчивую к высоким температурам. Оптическое волокно для телекоммуникаций также изготавливается из сверхчистого $SiO_2$.

Химическая промышленность и быт: Аморфные формы диоксида кремния, такие как силикагель, используются в качестве адсорбента для осушения воздуха и газов (пакетики, которые кладут в коробки с обувью и электроникой). Аэросил (мелкодисперсный $SiO_2$) применяют как наполнитель в производстве красок, лаков, пластмасс и в качестве загустителя в фармацевтике и косметике.

Ответ: Диоксид кремния ($SiO_2$) используется для производства стекла, как строительный материал (песок, компонент цемента), в электронике и оптике (кварц, оптоволокно), а также в виде силикагеля и аэросила как адсорбент и наполнитель.

Применение силикатов

Силикаты – это соли кремниевых кислот, широко распространенные в природе (глина, слюда, полевой шпат) и производимые искусственно.

Производство керамики: Глина и каолин (природные алюмосиликаты) являются сырьем для производства кирпича, черепицы, фаянсовых и фарфоровых изделий.

Производство цемента: Цемент, основа бетона, представляет собой смесь силикатов и алюминатов кальция, получаемую при обжиге глины и известняка.

"Жидкое стекло": Водный раствор силикатов натрия или калия, известный как силикатный клей. Он используется для склеивания бумаги и картона, пропитки древесины и тканей для придания им огнестойкости, а также как компонент замазок и связующее в литейном деле.

Другие применения: Природные силикаты, такие как тальк, используются в качестве наполнителей (например, в бумаге и пластмассах), в косметике (присыпки). Асбест ранее широко применялся как огнеупорный материал, но сейчас его использование ограничено из-за вреда для здоровья.

Ответ: Силикаты применяются в производстве строительных материалов (цемент, кирпич), керамики (фарфор, фаянс), как клей ("жидкое стекло"), а также в виде природных минералов (глина, тальк).

Применение других соединений кремния

Помимо оксидов и силикатов, существуют и другие важные соединения кремния.

Силиконы (кремнийорганические соединения): Это целая группа полимерных материалов с уникальным набором свойств: термостойкость, гидрофобность, инертность. Их используют для производства силиконовых каучуков (уплотнители, прокладки, медицинские имплантаты, формы для выпечки), силиконовых масел и смазок, работающих в широком диапазоне температур, силиконовых герметиков и клеев, гидрофобизирующих жидкостей для защиты зданий от влаги, а также компонентов косметических средств (кремы, шампуни).

Карбид кремния ($SiC$, карборунд): Чрезвычайно твердое и тугоплавкое соединение. Используется как абразивный материал (наждачная бумага, шлифовальные круги), для изготовления деталей, работающих при высоких температурах (нагреватели, сопла ракетных двигателей), тормозных дисков спортивных автомобилей и в качестве полупроводника для силовой электроники.

Ответ: Силиконы используются как герметики, смазки, эластичные и водоотталкивающие материалы в строительстве, медицине и быту. Карбид кремния применяется как абразивный, огнеупорный и полупроводниковый материал.