и кімнатній температурі, з рештою галогенами - при нагріванні з утворенням сполук загальної формули SiX 4 (див. Кремнію галогеніди). Водень безпосередньо не реагує з кремнієм, і кремневодороди (силани) отримують розкладанням силіцидів. Відомі кремневодороди від SiH 4 до Si 8 H 18 (за складом аналогічні граничним вуглеводням). Кремній утворює 2 групи кисневмісних силанов - силоксани і сілоксени. З азотом кремній реагує при температурі вище 1000 ° С. Важливе практичне значення має нітрид Si 3 N 4, не окислюється на повітрі навіть при 1200 ° С, стійкий по відношенню до кислот (крім азотної) і лугів, а також до розплавленим металам і шлакам, що робить його цінним матеріалом для хімічної промисловості, для виробництва вогнетривів та ін. Високої твердістю, а також термічною і хімічною стійкістю відрізняються сполуки кремнію з вуглецем (кремнію карбід SiC) і з бором (SiB 3, SiB 6, SiB 12). При нагріванні кремній реагує (у присутності металевих каталізаторів, наприклад міді) з хлорорганическими сполуками (наприклад, з CH 3 Cl) з утворенням органогалосіланов [наприклад, Si (CH 3) 3 CI], службовців для синтезу численних кремнійорганічних сполук.
5. Отримання
Найбільш простим і зручним лабораторним способом отримання кремнію є відновлення оксиду кремнію SiO 2 при високих температурах металами-востановітелямі. Внаслідок стійкості оксиду кремнію для відновлення застосовують такі активні відновники, як магній і алюміній:
SiO 2 + 4Al=3Si + 2Al 2 O 3
При відновленні металевим алюмінієм отримують кристалічний кремній. Спосіб відновлення металів з їхніх оксидів металевим алюмінієм відкрив російський физикохимик Н.Н. Бекетов в 1865 році. При відновленні оксиду кремнію алюмінієм виділяється теплоти не вистачає для розплавлення продуктів реакції - кремнію та оксиду алюмінію, який плавиться при 205 ° С. Для зниження температури плавлення продуктів реакції в реакційну суміш додають сірку і ізбиті алюмінію. При реакції утворюється легкоплавкий сульфід алюмінію:
2Al + 3S=Al 2 S 3
Краплі розплавленого кремнію опускаються на дно тигля.
Кремній технічної чистоти (95-98%) отримують в електричній дузі відновленням кремнезему SiO 2 між графітовими електродами.
2 + 2C=Si + 2CO
У зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки розроблені методи отримання чистого і особливо чистого кремнію. Це вимагає попереднього синтезу найчистіших вихідних сполук кремнію, з яких кремній витягують шляхом відновлення або термічного розкладання.
Чистий напівпровідниковий кремній отримують у двох видах: полікристалічний (відновленням SiCl 4 або SiHCl 3 цинком або воднем, термічним розкладанням SiСl 4 і SiH 4) і монокристалічний (бестигельной зонної плавкою і витягуванням монокристала з розплавленого кремнію - метод Чохральського).
Шляхом хлорування технічного кремнію отримують тетрахлорид кремнію. Найстаршим методом розкладання тетрахлориду кремнію є метод видатного російського хіміка академіка Н.Н. Бекетова. Метод цей можна представити рівнянням:
4 + Zn=Si + 2ZnCl 2.
Тут пари тетрахлориду кремнію, киплячого при температурі 57,6 ° C, взаємодіють з парами цинку.
В даний час тетрахлорид кремнію відновлюють воднем. Реакція протікає по рівнянню:
SiCl 4 + 2Н 2=Si + 4НCl.
Кремній виходить в порошкоподібному вигляді. Застосовують і йодідний спосіб отримання кремнію, аналогічний описаному раніше йодідного методу отримання чистого титану.
Щоб отримати чистими кремній, його очищають від домішок зонної плавкою аналогічно тому, як отримують чистий титан.
Для цілого ряду напівпровідникових приладів переважні напівпровідникові матеріали, одержувані у вигляді монокристалів, так як в поликристаллическом матеріалі мають місце неконтрольовані зміни електричних властивостей.
При обертанні монокристалів користуються методом Чохральського, що полягає в наступному: у розплавлений матеріал опускають стрижень, на кінці якого є кристал даного матеріалу; він служить зародком майбутнього монокристала. Стрижень витягають з розплаву з невеликою швидкістю до 1-2 мм/хв. У результаті поступово вирощують монокристал потрібного розміру. З нього вирізують пластинки, використовувані в напівпровідникових приладах.
. Застосування
Спеціально легований кремній широко застосовується як матеріал для виготовлення напівпровідникових приладів (транзистори, термістори, силові випрямлячі струму, керовані діоди - тиристори; сонячні фотоелемент...
