Номер 5, страница 112 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 23. Кремний. Глава 1. Неметаллы - номер 5, страница 112.

Условие.

5. Расскажите о применении кремния в технике.

Решение.

Решение 2.

Кремний ($Si$) — один из самых распространенных химических элементов в земной коре и ключевой материал в современной технике благодаря своим уникальным полупроводниковым свойствам, а также свойствам его соединений. Его применение охватывает множество отраслей, от микроэлектроники до строительства и химической промышленности.

Микроэлектроника и полупроводниковая техника

Это самая важная и известная область применения кремния. Сверхчистый монокристаллический кремний служит основой для производства практически всех современных электронных компонентов. На тонких круглых пластинах из кремния методами фотолитографии и травления создаются сложнейшие интегральные микросхемы, которые являются «мозгом» компьютеров, смартфонов, бытовой техники и любого другого цифрового устройства. К этим компонентам относятся микропроцессоры, транзисторы, диоды, тиристоры и чипы памяти. Полупроводниковые свойства кремния, которые можно изменять путем добавления примесей (легирования), позволяют точно управлять прохождением электрического тока, что и лежит в основе работы цифровой электроники.
Ответ: В микроэлектронике кремний используется как основной полупроводниковый материал для создания интегральных схем, процессоров, транзисторов и других электронных компонентов.

Солнечная энергетика (фотовольтаика)

Кремний является основным материалом для производства солнечных батарей, преобразующих световую энергию в электрическую. Фотоэлектрические ячейки, из которых состоят солнечные панели, изготавливаются из кремния с созданным в нем p-n-переходом. Под действием солнечных фотонов в области этого перехода возникает ЭДС (фотоэлектрический эффект), что приводит к генерации электрического тока. В зависимости от технологии и требований к эффективности используются различные формы кремния: монокристаллический (наиболее эффективный), поликристаллический (более дешевый) и аморфный (используется в гибких панелях).
Ответ: В солнечной энергетике кремний применяется для изготовления фотоэлектрических элементов в солнечных панелях, которые преобразуют солнечный свет в электричество.

Металлургия

В металлургической промышленности кремний (обычно в виде сплава ферросилиция) выполняет две важные функции. Во-первых, он используется как эффективный раскислитель при выплавке стали. Кремний активно вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в расплаве, образуя оксид кремния $SiO_2$, который переходит в шлак. Это позволяет очистить металл от кислорода и улучшить его качество. Во-вторых, кремний является важным легирующим элементом. Его добавляют в сталь для повышения упругости, прочности и коррозионной стойкости. Электротехническая (трансформаторная) сталь содержит до 4% кремния для улучшения ее магнитных свойств. Кремний также является основным компонентом литейных алюминиевых сплавов — силуминов, придавая им высокую текучесть и прочность.
Ответ: В металлургии кремний служит раскислителем стали и легирующей добавкой для улучшения механических, электрических и литейных свойств чугуна, стали и алюминиевых сплавов.

Химическая промышленность

Кремний является основой для синтеза целого класса кремнийорганических полимеров — силиконов. Эти материалы обладают уникальным сочетанием свойств: термостойкость, гидрофобность, химическая инертность, эластичность в широком диапазоне температур. Благодаря этому силиконы широко применяются как герметики, смазки, клеи, теплоносители, эластомеры (силиконовая резина), а также в медицине (имплантаты, катетеры) и косметике. Также из кремния получают карбид кремния ($SiC$) — сверхтвердый материал, который используется как абразив (в шлифовальных кругах), огнеупор и полупроводник для силовой электроники, работающей при высоких температурах и напряжениях.
Ответ: В химической промышленности кремний используется для производства силиконов (герметики, смазки, резина) и карбида кремния (абразивы, силовая электроника).

Производство стекла, керамики и строительных материалов

В этой области используется не чистый кремний, а его оксид — диоксид кремния ($SiO_2$), или кремнезём, который является основой кварцевого песка. Кремнезём — главный компонент для производства большинства видов стекла, от обычного оконного до специального оптического. Чистый $SiO_2$ используется для изготовления кварцевого стекла, которое прозрачно для ультрафиолета и выдерживает высокие температуры, а также для производства оптоволокна. Кроме того, диоксид кремния и силикаты (соли кремниевых кислот) являются важнейшими компонентами цемента, бетона, кирпича и различных видов керамики.
Ответ: Оксид кремния ($SiO_2$) и силикаты являются основным сырьем для производства стекла, оптоволокна, цемента, керамики и других строительных материалов.