КРЕМНІЙ (латинський Silicium), Si, хімічний елемент IV групи короткої форми (14-й групи довгої форми) періодичної системи; атомний номер 14, атомна маса 28,0855. Природний кремній складається з трьох стабільних ізотопів: 28 Si (92,2297%), 29 Si (4,6832%), 30 Si (3,0872%). Штучно отримані радіоізотопи з масовими числами 22-42.
Історична довідка. Широко поширені на землі сполуки кремнію використовувалися людиною з кам'яного віку; наприклад, з глибокої давнини до залізного віку кремінь застосовували для вичинки кам'яних знарядь праці. Переробка з'єднань кремнію - виготовлення скла - почалася в 4-му тисячолітті до нашої ери в Стародавньому Єгипті. Елементарний кремній отриманий в 1824-25 Й. Берцелиусом при відновленні фториду SiF4 металевим калієм. Новому елементу було дано назву «силіцій» (від латинського silex - кремінь; російська назва «кремній», введене в 1834 Г. І. Гессом, також походить від слова «кремінь»).
Властивості. Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома кремнію 3s 2 3р 2. У з'єднаннях виявляє ступінь окислення +4, рідко +1, +2, +3, -4; електронегативність за Полінгом 1,90, потенціали іонізації Si 0 → Si + → Si 2+ → Si 3+ → Si 4+ відповідно рівні 8,15, 16,34, 33,46 і 45,13 еВ; атомний радіус 110 пм, радіус іона Si 4+ 40 пм (координаційне число 4), 54 пм (координаційне число 6).
Кремній - темно-сіре тверде крихке кристалічна речовина з металевим блиском. Кристалічна решітка кубічна гранецентрированная; tпл 1414 ° С, t кип 2900 ° С, щільність 2330 кг / м 3 (при 25 ° С). Теплоємність 20,1 Дж / (моль ∙ К), теплопровідність 95,5 Вт / (м ∙ К), діелектрична проникність 12; твердість по Моосу 7. При звичайних умовах кремній - крихкий матеріал; помітна пластична деформація спостерігається при температурах вище 800 ° С. Кремній прозорий для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 1 мкм (коефіцієнт заломлення 3,45 при довжині хвилі 2-10 мкм). Диамагнитен (магнітна сприйнятливість - 3,9 ∙ 10 -6). Кремній - напівпровідник, ширина забороненої зони 1,21 еВ (0 К); питомий електричний опір 2,3 ∙ 10 3 Ом ∙ м (при 25 ° С), рухливість електронів 0,135-0,145, дірок - 0,048-0,050 м 2 / (В с). Електричні властивості кремнію дуже сильно залежать від наявності домішок. Для отримання монокристалів кремнію з провідністю р-типу використовують легуючі добавки В, Al, Ga, In (акцепторні домішки), з провідністю n-типу - Р, As, Sb, Bi (донорні домішки).
Кремній на повітрі покривається оксидною плівкою, тому при низьких температурах хімічно інертний; при нагріванні вище 400 ° С взаємодіє з киснем (утворюються оксид SiO і діоксид SiO2), галогенами (кремнію галогеніди), азотом (кремнію нітрид Si3 N4), вуглецем (кремнію карбід SiC) та ін. З'єднання кремнію з воднем - силани - отримують непрямим шляхом. Кремній взаємодіє з металами з утворенням силіцидів.
Мелкодісперсний кремній - відновник: при нагріванні взаємодіє з парами води з виділенням водню, відновлює оксиди металів до вільних металів. Кислоти-неокислителях пасивують кремній внаслідок утворення на його поверхні нерозчинної в кислотах оксидної плівки. Кремній розчиняється в суміші концентрованої HNO3 з HF, при цьому утворюється кремнефтороводородная кислота: 3Si + 4HNO3 + 18HF = 3Н2 [SiF6] + 4NO + 8Н2 О. Кремній (особливо дрібнодисперсний) взаємодіє з лугами з виділенням водню, наприклад: Si + 2NaOH + Н2 О = Na2 SiO3 + 2Н2. Кремній утворює різні кремнійорганічні сполуки.
Біологічна роль. Кремній відноситься до мікроелементів. Добова потреба людини в кремнії 20-50 мг (елемент необхідний для правильного росту кісток і сполучних тканин). В організм людини кремній потрапляє з їжею, а також з повітрям у вигляді пилоподібних SiO2. При тривалому вдиханні пилу, що містить вільний SiO2. виникає силікоз.
Застосування. Кремній - основний матеріал мікроелектроніки і напівпровідникових приладів; використовується при виготовленні скла, прозорих для інфрачервоного випромінювання. Кремній є компонентом сплавів заліза і кольорових металів (в малих концентраціях кремній підвищує корозійну стійкість і механічну міцність сплавів, покращує їх ливарні властивості; у великих концентраціях може викликати крихкість); найбільше значення мають залізні, мідні та алюмінієві кремнійсодержащіе сплави. Кремній застосовують в якості вихідної речовини для отримання кремнійорганічних з'єднань і силіцидів.