सिलिकॉन

प्रोसेसर? रेत? इस शब्द से आपका क्या जुड़ाव है? या शायद सिलिकॉन वैली?
जैसा कि यह हो सकता है, हम हर दिन सिलिकॉन का सामना करते हैं, और यदि आप यह जानने में रुचि रखते हैं कि सी क्या है और इसके साथ क्या खाया जाता है, तो मैं एक बिल्ली के लिए पूछता हूं।

परिचय

नैनोमटेरियल्स में विशेषज्ञता के साथ मास्को विश्वविद्यालय में एक छात्र के रूप में, मैं आपको, हमारे ग्रह के सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक तत्वों के लिए, प्रिय पाठक, परिचय कराना चाहता था। मुझे यह चुनने में काफी समय लगा कि कार्बन या सिलिकॉन कहां से शुरू करें, और फिर भी उसने सी पर ध्यान केंद्रित करने का फैसला किया, क्योंकि किसी भी आधुनिक गैजेट का दिल उस पर आधारित है, अगर मैं ऐसा कह सकता हूं। मैं अपने विचारों को अत्यंत सरलता से और आसानी से व्यक्त करने की कोशिश करूँगा, इस सामग्री को लिखना, जिन्हें मैंने मुख्य रूप से शुरुआती लोगों में गिना था, लेकिन अधिक उन्नत लोग कुछ दिलचस्प सीख पाएंगे, मैं यह भी कहना चाहूंगा कि लेख केवल उन रुचि के क्षितिज को व्यापक बनाने के लिए लिखा गया था। तो चलिए शुरू करते हैं।

silicium

सिलिकॉन (लेट। सिलिकिक), सी, मेंडेलीव के आवधिक प्रणाली के समूह IV के एक रासायनिक तत्व; परमाणु संख्या 14, परमाणु द्रव्यमान 28,086।
प्रकृति में, तत्व को तीन स्थिर समस्थानिकों द्वारा दर्शाया जाता है: 28Si (92.27%), 29Si (4.68%) और 30Si (3.05%)।
घनत्व (n.o. पर) 2.33 ग्राम / सेमी.
पिघलने बिंदु 1688 K

पाउडर सी

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

सिलिकॉन यौगिकों, व्यापक रूप से पृथ्वी पर वितरित, पत्थर युग के बाद से मनुष्य के लिए जाना जाता है। श्रम और शिकार के लिए पत्थर के औजारों का उपयोग कई सदियों तक चला। उनके प्रसंस्करण से जुड़े सिलिकॉन यौगिकों का उपयोग - कांच का निर्माण - लगभग 3000 साल ईसा पूर्व शुरू हुआ। ई। (प्राचीन मिस्र में)। दूसरों की तुलना में पहले, सिलिकॉन का प्रसिद्ध यौगिक ऑक्साइड SiO2 (सिलिका) है। 18 वीं शताब्दी में, सिलिका को एक साधारण शरीर माना जाता था और इसे "भूमि" (जो इसके नाम से परिलक्षित होता है) के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। सिलिका की संरचना की जटिलता I. Ya। Berzelius द्वारा स्थापित की गई थी। पहली बार, 1825 में, उन्होंने सिलिकॉन फ्लोराइड SiF4 से मौलिक सिलिकॉन प्राप्त किया, धातु पोटेशियम के साथ उत्तरार्द्ध को बहाल किया। नए तत्व को "सिलिसियम" नाम दिया गया था (लेट से। सिलेक्स - चकमक पत्थर)। 1834 में G.I. हेस द्वारा रूसी नाम पेश किया गया था।


सिलिकॉन सामान्य रेत के हिस्से के रूप में प्रकृति में बहुत आम है

प्रकृति में सिलिकॉन वितरण

पृथ्वी की पपड़ी में व्यापकता के संदर्भ में, सिलिकॉन दूसरा (ऑक्सीजन के बाद) तत्व है, लिथोस्फीयर में इसकी औसत सामग्री 29.5% (वजन से) है। पृथ्वी की पपड़ी में, सिलिकॉन जानवर और पौधे की दुनिया में कार्बन के समान सर्वोपरि भूमिका निभाता है। सिलिकॉन की जियोकेमिस्ट्री के लिए, ऑक्सीजन के साथ एक असाधारण मजबूत बंधन महत्वपूर्ण है। लिथोस्फीयर का लगभग 12% एक क्वार्ट्ज खनिज और इसकी किस्मों के रूप में सिलिका SiO2 है। लिथोस्फीयर का 75% विभिन्न सिलिकेट्स और एल्यूमिनोसिलिकेट्स (फेल्डस्पार, माइका, एम्फीबोल्स, आदि) की रचना करता है। सिलिका युक्त खनिजों की कुल संख्या 400 से अधिक है।

सिलिकॉन के भौतिक गुण

मुझे लगता है कि यहां रुकने लायक नहीं है, सभी भौतिक गुण स्वतंत्र रूप से उपलब्ध हैं, लेकिन मैं सबसे बुनियादी लोगों को सूचीबद्ध करूंगा।
क्वथनांक 2600 °
सिलिकॉन लंबी-लहर वाली अवरक्त किरणों के लिए पारदर्शी है
ढांकता हुआ निरंतर 11.7
मोहस सिलिकॉन कठोरता 7.0
मैं कहना चाहूंगा कि सिलिकॉन एक भंगुर पदार्थ है, एक ध्यान देने योग्य प्लास्टिक विरूपण 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर शुरू होता है।
सिलिकॉन एक अर्धचालक है, जिसके कारण इसका बहुत उपयोग होता है। सिलिकॉन के विद्युत गुण अशुद्धियों पर बहुत निर्भर हैं।

सिलिकॉन के रासायनिक गुण

बहुत कुछ है जो आप कह सकते हैं, लेकिन सबसे दिलचस्प है। यौगिकों में Si (कार्बन के समान) 4-वेलेंटाइन।
हवा में एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड फिल्म के गठन के कारण, सिलिकॉन ऊंचा तापमान पर भी स्थिर है। यह 400 ° से शुरू होने वाले ऑक्सीजन में ऑक्सीकृत होता है, जिससे सिलिकॉन ऑक्साइड (IV) SiO2 बनता है।
सिलिकॉन एसिड के लिए प्रतिरोधी है और केवल नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के मिश्रण में घुलनशील है, यह हाइड्रोजन के रिलीज के साथ क्षार के गर्म समाधान में आसानी से भंग हो जाता है।
सिलिकॉन ऑक्सीजन युक्त सिलने के 2 समूहों का निर्माण करता है - सिलोकेन और सिलोक्सेन। सिलिकॉन 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। Si3N4 नाइट्राइड, जो 1200 डिग्री सेल्सियस पर भी हवा में ऑक्सीकरण नहीं करता है, एसिड (नाइट्रिक को छोड़कर) और क्षार के साथ-साथ पिघला हुआ धातुओं और स्लैग के लिए प्रतिरोधी है, जो बनाता है रासायनिक उद्योग के लिए और साथ ही अपवर्तक के उत्पादन के लिए इसकी मूल्यवान सामग्री। कार्बन (सिलिकॉन कार्बाइड SiC) और बोरान (SiB3, SiB6, SiB12) के साथ सिलिकॉन यौगिक उच्च कठोरता, साथ ही थर्मल और रासायनिक प्रतिरोध द्वारा प्रतिष्ठित हैं।

सिलिकॉन प्राप्त करना

मुझे लगता है कि यह सबसे दिलचस्प हिस्सा है, यहां हम और अधिक विस्तार से ध्यान देंगे।
उद्देश्य के आधार पर, वे भेद करते हैं:
1. इलेक्ट्रॉनिक गुणवत्ता का सिलिकॉन (तथाकथित "इलेक्ट्रॉनिक सिलिकॉन") - वजन से 99.999% से अधिक सिलिकॉन सामग्री के साथ उच्चतम गुणवत्ता वाला सिलिकॉन, इलेक्ट्रॉनिक गुणवत्ता के सिलिकॉन की विद्युत प्रतिरोधकता लगभग 0.001 से 150 ओम / सेमी तक हो सकती है, लेकिन एक ही समय में प्रतिरोध मूल्य किसी दिए गए अशुद्धता द्वारा विशेष रूप से प्रदान किया जाना चाहिए, अर्थात्, क्रिस्टल में अन्य अशुद्धियों का प्रवेश, कम से कम एक विशिष्ट विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध प्रदान करना, आमतौर पर अस्वीकार्य है।
2. सौर-ग्रेड सिलिकॉन (तथाकथित "सौर सिलिकॉन") - वजन से 99.99% से अधिक सिलिकॉन सामग्री के साथ सिलिकॉन, फोटोवोल्टिक कोशिकाओं (सौर पैनलों) के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।

3. तकनीकी सिलिकॉन - शुद्ध क्वार्ट्ज रेत से कार्बोथर्मल कटौती द्वारा प्राप्त पॉलीक्रिस्टलाइन संरचना के सिलिकॉन ब्लॉक; इसमें 98% सिलिकॉन शामिल है, मुख्य अशुद्धता कार्बन है, यह मिश्र धातु तत्वों की एक उच्च सामग्री द्वारा विशेषता है - बोरान, फास्फोरस, एल्यूमीनियम; मुख्य रूप से पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

तकनीकी शुद्धता का सिलिकन (95-98%) ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के बीच सिलिका SiO2 को कम करके एक इलेक्ट्रिक चाप में प्राप्त किया जाता है। अर्धचालक प्रौद्योगिकी के विकास के संबंध में, शुद्ध और अत्यधिक शुद्ध सिलिकॉन प्राप्त करने के लिए तरीकों का विकास किया गया है। इसके लिए शुद्धतम प्रारंभिक सिलिकॉन यौगिकों के प्रारंभिक संश्लेषण की आवश्यकता होती है जिसमें से सिलिकॉन में कमी या थर्मल अपघटन होता है।
पॉलीक्रिस्टैलिन सिलिकॉन ("पॉलीसिलिकॉन") औद्योगिक रूप से उत्पादित सिलिकॉन का शुद्धतम रूप है - क्लोराइड और फ्लोराइड विधियों द्वारा औद्योगिक सिलिकॉन की शुद्धि द्वारा प्राप्त अर्द्ध-तैयार उत्पाद और मोनोक्रिस्टलाइन और मल्टीसैक्लिन सिलिकॉन का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है।
पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पारंपरिक रूप से तकनीकी सिलिकॉन से प्राप्त होता है, इसे वाष्पशील सिलन (मोनोसेलेन, क्लोरोसिल प्लेन्स, फ्लोरोसिलनेस) में परिवर्तित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सिल्कन, चयनित लेन के आसवन शोधन और धातुई सिलिकॉन को साइलेन की कमी को पूरा किया जाता है।
शुद्ध अर्धचालक सिलिकॉन दो रूपों में प्राप्त किया जाता है: पॉलीक्रिस्टैलिन (जस्ता या हाइड्रोजन के साथ SiCl4 या SiHCl3 की कमी, SiI4 और SiH4 का थर्मल अपघटन) और एकल-क्रिस्टल (क्रूसिबल-रहित पिघलने से पिघला हुआ सिलिकॉन का "खींच" - Czochralski विधि)।

यहां आप बढ़ते सिलिकॉन की प्रक्रिया देख सकते हैं, Czochralski विधि।

Czochralski विधि क्रिस्टल की बढ़ती सतह की एक विधि है, जो पिघल की मुक्त सतह के संपर्क में एक दिए गए संरचना के क्रिस्टल क्रिस्टल (या कई क्रिस्टल) को लाकर क्रिस्टलीकरण की दीक्षा के साथ बड़ी मात्रा की मुक्त सतह से ऊपर की ओर खींचती है।

सिलिकॉन अनुप्रयोग

विशेष रूप से डोप किए गए सिलिकॉन को व्यापक रूप से अर्धचालक उपकरणों (ट्रांजिस्टर, थर्मिस्टर्स, पावर रेक्टिफायर्स, थायरिस्टर्स; अंतरिक्ष यान में इस्तेमाल होने वाली सौर कोशिकाओं, साथ ही बहुत सारे सामान) के निर्माण के लिए एक सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।
चूंकि सिलिकॉन 1 से 9 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ किरणों के लिए पारदर्शी है, इसलिए इसका उपयोग अवरक्त प्रकाशिकी में किया जाता है।
सिलिकॉन में विविध प्रकार के अनुप्रयोग हैं। सी के धातु विज्ञान में
पिघली हुई धातुओं (डीऑक्सीडेशन) में घुली हुई ऑक्सीजन को निकालने के लिए उपयोग किया जाता है।
सिलिकॉन लोहे और अलौह धातुओं की बड़ी संख्या का एक अभिन्न अंग है।
आमतौर पर, सिलिकॉन मिश्र धातु जंग के लिए वृद्धि हुई प्रतिरोध देता है, उनके कास्टिंग गुणों में सुधार करता है और यांत्रिक शक्ति बढ़ाता है; हालांकि, एक बड़ी सामग्री के साथ, सिलिकॉन नाजुकता का कारण बन सकता है।
सबसे बड़े महत्व में लोहा, तांबा और एल्यूमीनियम मिश्र धातु होते हैं।
सिलिका को ग्लास, सीमेंट, सिरेमिक, इलेक्ट्रिकल और अन्य उद्योगों द्वारा संसाधित किया जाता है।
Ultrapure सिलिकॉन का उपयोग मुख्य रूप से एकल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उत्पादन के लिए किया जाता है (उदाहरण के लिए, आपके कंप्यूटर का प्रोसेसर) और एकल-चिप माइक्रो-सर्किट।
शुद्ध सिलिकॉन, पराबैंगनी सिलिकॉन की बर्बादी, क्रिस्टलीय सिलिकॉन के रूप में परिष्कृत धातुकर्म सिलिकॉन, सौर ऊर्जा के लिए मुख्य कच्चा माल है।
मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन - इलेक्ट्रॉनिक्स और सौर ऊर्जा के अलावा, इसका उपयोग गैस लेजर दर्पण के निर्माण के लिए किया जाता है।


Ultrapure सिलिकॉन और उसके उत्पाद

शरीर में सिलिकॉन

शरीर में सिलिकॉन मुख्य रूप से ठोस कंकाल भागों और ऊतकों के निर्माण में शामिल विभिन्न यौगिकों के रूप में होता है। विशेष रूप से बहुत सारे सिलिकॉन कुछ समुद्री पौधों (उदाहरण के लिए, डायटम) और जानवरों (उदाहरण के लिए, क्रेमोर्न स्पॉन्ज, रेडिओलियन) को जमा कर सकते हैं, जो समुद्र तल पर मरते समय सिलिकॉन ऑक्साइड (IV) के शक्तिशाली जमा करते हैं। ठंडे समुद्र और झीलों में, बायोजेनिक सिल्ट सिलिकॉन के साथ समृद्ध होती है, उष्णकटिबंधीय समुद्रों में, कम सिलिकॉन सामग्री के साथ कैलकेरस सिलसिला प्रबल होता है। स्थलीय पौधों के बीच, अनाज, sedges, हथेलियों, और horsetails सिलिकॉन का एक बहुत जमा करते हैं। कशेरुक में, राख पदार्थों में सिलिकॉन ऑक्साइड (IV) की सामग्री 0.1-0.5% है। सबसे बड़ी मात्रा में, सिलिकॉन घने संयोजी ऊतक, गुर्दे और अग्न्याशय में पाया जाता है। दैनिक मानव आहार में 1 ग्राम तक सिलिकॉन होता है। हवा में सिलिकॉन ऑक्साइड (IV) धूल की एक उच्च सामग्री के साथ, यह एक व्यक्ति के फेफड़ों में प्रवेश करता है और एक बीमारी का कारण बनता है - सिलिकोसिस।

निष्कर्ष

ठीक है, यह सब, यदि आप अंत तक पढ़ते हैं और थोड़ी अंतर्दृष्टि मिली है, तो आप सफलता के करीब एक कदम हैं। मुझे उम्मीद है कि मैंने एक कारण के लिए लिखा था, और कम से कम किसी को पोस्ट पसंद आया। आपका ध्यान देने के लिए धन्यवाद।