Struktura

Křemík

Křemík, silicium, 14Si

Křemík je po kyslíku druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře. Vyskytuje se v minerálu vzorce SiO2. Kromě obecného křemene existují i polodrahokamové odrůdy – bezbarvý křišťál, žlutý citrín, fialový ametyst, hnědá záhněda nebo růžový růženín. Je součástí křemičitanů a hlinitokřemičitanů, které obsahují např. živce a slídy.

Vyrábí se buď surový:

SiO2 + 2 C → Si + 2 CO

nebo čistý:

Si + 2 Cl2 → SiCl4

SiCl4 + 2 H2 → Si + 4 HCl

Vlastnosti

Křemík je hnědý prášek nebo šedá krystalická látka, která má kovový vzhled a je stříbrolesklá. Krystal křemíku má podobnou strukturu jako diamant, ale vazby Si – Si jsou málo pevné, proto je křemík křehký. Má malou hustotu. Je polovodič. Reaguje až za velmi vysokých teplot. Velmi pevná je vazba Si – O,  vytváří řetězce: – Si – O – Si – O – Si –.
Je čtyřvazný, spolu s kyslíkem tvoří vysokomolekulární látky, které se nazývají siloxany (silikony). Ty jsou  hydrofobní (odpuzují vodu) a používají se k impregnacím staveb, soch a jako izolace. Protože jsou tepelně stálé, vyrábí se z nich kuchyňské nádobí. Kratší řetězce mají kapalné silikony neboli silikonové oleje, nemrznou, ani se neodpařují a mají použití v letectví a v transformátorech.

Použití

Křemík se používá k výrobě slitin, silikonových polymerů, velmi čistý v elektrotechnice k výrobě polovodičů, integrovaných obvodů a slunečních baterií.

Sloučeniny křemíku

Silany jsou sloučeniny křemíku s vodíkem. Mají obecný vzorec SinH2n+2 (n je 1 až 4 a 6), jejich struktura je podobná alkanům. Na rozdíl od nich je jich znám pouze omezený počet. Jsou velmi reaktivní a nestálé.

Fluorid křemičitý SiF4 tvoří reakcí s H2O velmi silnou kyselinu hexafluorokřemičitou H2SiF6.

Sloučeniny křemíku s kovy jsou silicidy (např. Mg2Si, Ni2Si).

Ve sloučeninách křemíku s kyslíkem jsou základní jednotkou jejich struktury křemíko-kyslíkové čtyřstěny s atomem Si uprostřed a s pevnými vazbami mezi atomy Si a O.

Oxid křemičitý SiO2 (křemen) je pevná, těžko tavitelná látka s polymerní strukturou. Vytváří tři modifikace: křemen, tridymit  a cristobalit. Je stálý, nereaguje s vodou ani s kyselinami (výjimka HF). Roztavením a rychlým ochlazením se získá křemenné sklo.

                       Obr. 1: Struktura SiO2

Kyselina tetrahydrogenkřemičitá H4SiO4 je velmi slabá, nestálá kyselina. Existuje jen ve zředěných vodných roztocích, z nich se vylučuje polymerní sol (roztok s rozptýlenými pevnými částicemi o velikosti 10–7 až 10–9 m).

Rozpustné křemičitany vznikají tavením SiO2 s uhličitany nebo hydroxidy alkalických kovů:

SiO2 + M2CO3 → M2SiO3 + CO2

SiO2 + 2 MOH → M2SiO3 + H2O

Vodný roztok křemičitanů alkalických kovů se nazývá vodní sklo a používá se jako konzervační, tmelící a impregnační prostředek.

Okyselením vodných roztoků křemičitanu sodného vzniká silikagel, který velmi dobře váže vodu, a proto má využití jako sušidlo.

Křemičitanové horniny jsou surovinou pro výrobu keramiky, porcelánu a skla.

Výroba porcelánu

File:Museum of Minsk's history - Porcelan-2.jpg

Obr. 2: Nádobí z porcelánu

Základními surovinami pro výrobu porcelánu jsou kaolín (jeho hlavní složkou je kaolinit), křemen a živec. Ze surovin se připraví směs, která se tvaruje. Výrobky se vypalují v pecích. Na vypálený výrobek se nanáší tenká vrstva glazury, která je zušlechťuje a chrání.

Porcelán je odolný vůči vzduchu, vodě, kyselinám, zásadám. Špatně vede teplo a elektrický proud a je křehký.

Z méně kvalitních surovin se stejným způsobem vyrábějí keramické výrobky.

Výroba skla

 

Obr. 3: Sklo barvené zlatem, kobaltem a manganem

Surovinami pro výrobu skla jsou sklářský písek (křemen), vápenec, soda a další přísady ovlivňující vlastnosti skla (oxid boritý, oxid olovnatý, oxid chromitý, chlorid stříbrný, …). Suroviny se roztaví ve sklářské peci při vysoké teplotě na tzv. sklářský kmen. Po vlití do formy nebo na povrch roztaveného cínu tavenina ztuhne na pevnou látku. Během výroby se mohou do roztavené skloviny přidávat kovy nebo oxidy kovů, které pak vytvářejí charakteristické zbarvení, např. kobaltové sklo je modré, zlato vytváří sklo rubínové a mangan zbarví sklo dozelena. Kromě litého skla se vyrábí také sklo foukané a lisované.

Zdroje

  • BÁRTA, Milan. Chemické prvky kolem nás. 1. vydání. Brno: Edika, 2012. 112s. ISBN 978-80-266-0097-8.
  • BENEŠOVÁ, Marika a Hana SATRANOVÁ. Odmaturuj z chemie. 1.vydání. Brno: Didaktis, 2002. 208 s. ISBN 80-86285-56-1.
  • DVOŘÁČKOVÁ, Svatava. Rychlokurz chemie. 1. vydání. Olomouc: Rubico, 2000. 238 s. ISBN 80-85839-42-3.
  • FLEMR, Vratislav a Bohuslav DUŠEK. Chemie I/Obecná a anorganická. 1. vydání. Praha: SPN, 2001. 120 s. ISBN 80-7235-147-8.
  • KOTLÍK, Bohumír a Květoslava RŮŽIČKOVÁ. Chemie I v kostce. 1. vydání. Havlíčkův Brod: Fragment, 1996. 120 stran. ISBN 80-7200-056-X.
  • ŠRÁMEK, Vratislav a Ludvík KOSINA. Obecná a anorganická chemie. 1. vydání. Olomouc: FIN, 1996. 262 stran. ISBN 80-7182-003-2.

Obrázky

 

Obrázek

Content k em k

Obr. 4: Křemík

Obrázek

Content k i tal dumy

Obr. 5: Křišťál

Obrázek

Content 800px citrine macro   large vug

Obr. 6: Citrín

Obrázek

Content ametyst geode

Obr. 7: Ametyst

Obrázek

Content r  en ndumy

Obr. 8: Růženín

Čti také

Víte, že křemík je součástí solárních článků? Můžeme se s ním setkat všude kolem měst, kde vznikly solární elektrárny. Na tento účel se dnes spotřebovává asi 200 tisíc  tun křemíku ročně. A asi 50 tisíc tun se spotřebuje na polovodičové součástky, třeba na čipy našich počítačů.

Zajímavost

Sloučenin křemíku je mnoho… Speciálním tavením se připravuje velice jemná forma beztvarého oxidu křemičitého s částicemi měřitelnými v nanometrech. S tou se můžeme setkat ve formě E551 v některých potravinách, kde plní funkci protispékavé látky zabraňující vzniku hrudek. Projděte spíž a E551 najdete například v čabajce, čokoládě, koření, instantní kávě, čaji i v paštice.

Logolink