Kremniy tashkil qiladi. Tosh, tuproq va boshqa ko‘plab qattiq jinslarning asosi aynan kremniydan iborat bo‘ladi

Yerda tarqalganligi bo‘yicha ikkinchi o‘rinda turuvchi element - davriy jadvaldagi 14-raqamli element - kremniy sanaladi. Yer qobig‘ining ≈20% qismini aynan kremniy tashkil qiladi. Tosh, tuproq va boshqa ko‘plab qattiq jinslarning asosi aynan kremniydan iborat bo‘ladi.

Kremniy tabiatda sof holda uchramaydi. Shu sababli, hatto kimyogarlar orasida ham sof kremniy elementini ko‘rganlar juda kamchilikni tashkil qiladi. Kremniyni bir necha xil allotropik shakllarda olish mumkin. Bu ishni tarixda birinchi bo‘lib, 1823-yilda shved kimyogari Yens Yakob Berselius amalga oshirgan. Tabiatda keng tarqalgan bo‘lishiga qaramay, kremniyni kimyoviy element sifatida qo‘llash sohalari unchalik ko‘p emas. Lekin, nisbatan yaqin o‘tmishda kashf qilingan quyosh panellari balki ushbu elementga bo‘lgan talabni keskin orttirishi mumkin.

Yorug‘lik nurlari ta'sirida elektr toki ishlab chiqara oladigan quyosh panellarining asosiy qismini aynan kremniy elementidan tayyorlanadi. Biroq, muqobil energiya manbasi sifatida qaralayotgan quyosh panellari hozircha an'anaviy energiya manbalari o‘rnini to‘liq qoplaydigan darajada rivojlangani yo‘q va bu sohada hali ancha ishlar qilinishi kerak. Birinchi navbatda, bunday panellarning tannarxini pasaytirish muammosi turibdi. Chunki, aytib o‘tganimizdek, kremniy tabiatda sof holda uchramaydi. Quyosh paneli uchun esa, imkon qadar toza kremniy zarur bo‘ladi. Nima bo‘lganda ham, bu borada tadqiqotlar davom etmoqda va kelajakda quyosh panellari insoniyatning elektr energiyasiga bo‘lgan hech bo‘lmasa maishiy turmush darajasidagi ehtiyojini to‘liq qoplashi maqsad qilingan.

Kremniy elementi shuningdek birikmalarining turli tumanligi bilan ham diqqatga sazovordir. Kremniy birikmalarining aksariyatini ko‘pchiligimiz juda yaxshi taniymiz. Kremniyli birikmalarning ko‘pchiligi juda foydali xossalari bilan ajralib tursa, yana ayrimlari chiroyli tashqi ko‘rinishi bilan odamlarni o‘ziga jalb qiladi.

Davriy jadvalda kremniy uglerodning ostida joylashgan bo‘lib, kimyoviy xossalariga ko‘ra unga judayam o‘xshaydi. Masalan, kremniy kristallidagi atomlarning joylashish tartibi uglerod kristallidagi atomlarning joylashish tartibi bilan bir xil. Shu sababli ham ushbu ikkala element odatiy sharoitda qattiq modda shaklida bo‘ladi. Lekin, kremniy atomlarining o‘lchamlari uglerod atomlaridan kattaroq bo‘lgani uchun, ularning o‘zaro bog‘lari unchalik ham mustahkam emas va shu sababli kremniyni parchalash nihoyatda oson. Shu sababli ham kremniyning qattiqligi uglerodnikidan ancha bo‘sh. Shuningdek, kremniyning erish harorati ham uglerodnikidan past bo‘lib, u 1420 °C da eriydi (uglerod 3500 °C da eriydi).

Kimyoviy jihatda o‘xshashligi sababli, kremniy ba'zi o‘rinlarda uglerodning o‘rnini bosishi mumkin. Masalan, sof uglerod deb hisoblanadigan koks moddasi hamda katta qismi kremniydan iborat bo‘lgan tuproq bir-biri bilan aralashtirilib, so‘ngra ushbu aralashmada elektr toki o‘tkazilsa, muayyan sharoitlarda kremniy atomlari aralashmadagi uglerod atomlarining yarmini o‘rnini egallab oladi. Natijada yarimi uglerod atomlaridan, yarmi kremniy atomlaridan iborat bo‘lgan birikma hosil bo‘ladi. Bu birikmani kimyogarlar kremniy karbidi SiC deb nomlashadi. Uni mutaxassislar shuningdek karborund ham deb yuritishadi.

Karborund qattiqligi bo‘yicha kremniydan ustun turadi, lekin u olmoschalik qattiq emasdir (eslatib o‘tamiz, olmos to‘liq ugleroddan tashkil topgan bo‘ladi). Ya'ni, karborund qattiqlik bobida olmosdan keyingi o‘rinda turadi, shuningdek, tannarxiga ko‘ra ham olmosdan ancha arzon bo‘ladi. Shu sababli, ba'zi arzon ziynat buyumlarini tayyorlashda zargarlar karborundga ham murojaat etib turishadi. Sanoatda esa, karborunddan olmosdan va o‘zida qattiq bo‘lmagan materiallarni sayqallash ishlarida keng foydalaniladi. Bu borada u qimmat olmosning o‘rnini juda yaxshi bosadi. Karborund yarimi uglerod va yarmi kremniy ekanini aytib o‘tdik. Uning erish harorati ham, ushbu ikki elementlar erish haroratlarining o‘rtacha qiymatini, ya'ni, 2700 °C ni tashkil qiladi. Shu sababli karborunddan turli pechlar va o‘choq, qozonxona inshootlarini futerovka qilishda foydalaniladi. Uning ugleroddan afzal yana bir jihati shuki, u yuqori haroratlarda ham yonmaydi.

Kremniy shuningdek yanada xavfli sohalardan ham uglerodning o‘rnini bosishi mumkin. Ba'zan, tirik organizmlar o‘lganidan so‘ng, muayyan sharoitlarda, ular tanasining chirish jarayonida organizm tarkibidagi uglerod parchalanmay qoladi. Buning o‘rniga esa, jasad tarkibidagi uglerod atomlarini sekin-astalik bilan tuproqdan chiqib kelgan kremniy atomlari o‘rin almashtiradi. Natijada, ko‘plab yillar otgach, o‘sha jasad asta-sekinlik bilan toshga aylana boshlaydi. Siz arxeologlar tomonidan topilgan qadimgi jonivorlarning toshga aylangan jasadlari haqida eshitgan va ko‘rgan bo‘lsangiz kerak. o‘sha toshqotgan hayvonlar aynan shu jarayon, ya'ni, uglerod atomlarini kremniy atomlari bilan almashinishi tufayli shu holga kelishgandir. Natijada, bunday jasad chirishdan to‘xtab, keyingi million yillar mobaynida ham yaxshi saqlanishi mumkin bo‘ladi. Bunday toshqotgan jasadda, o‘sha hayvonning anatomik tafsilotlari katta aniqlik bilan saqlanadi. Tirik organizmlarning toshqotgan jasadlarining paydo bo‘lish jarayoni fanda petrifikatsiya deyiladi. Arizona sahrosidan topilgan ko‘plab qadimgi daraxtlar va hayvon qoldiqlari aynan toshqotgan holda bo‘lgan. Arizonadagi o‘sha hududni hozirda geologlar toshqotgan o‘rmon deb nomlaydilar.

Uglerod atomi singari, kremniy atomlari ham uzundan uzoq zanjirlar hosil qilish xossasiga egadir. Lekin, kremniy atomlarining o‘zaro bog‘lari bo‘shroq ekanligi sababli, bunday zanjirlarning uzilishi ham juda oson bo‘ladi. Biroq, agar, kremniy va kislorod atomlarini to‘g‘ri joylashtirib zanjir hosil qilinsa, unda nafaqat uglerod zanjirlaridek uzun, balki, undan ham pishiqroq zanjir hosil bo‘ladi. Bunday zanjirga keyin uglerod va vodorod atomlarini ham bog‘lash orqali ajoyib xossalarga ega modda - silikon [R₂SiO]_n olinadi (bunda R - organik guruh, masalan, etil, metil, yoki, fenil guruhi bo‘ladi).

Silikonning turi juda ko‘p bo‘lib, silikonlar XX-asr boshidan buyon insoniyat turmush tarzida keng qo‘llanila boshlangan. Silikonlar zanjir uzunligi va uglerod tutuvchi organik guruh turiga qarab bir necha xil tarkibiy ichki guruhlarga bo‘linadi. Silikonlarning bir turidan lok-bo‘yoq mahsulotlari va moylash materiallari tayyorlanadi. Silikon moylash materiallarining oddiy tabiiy moylardan afzallik tarafi shundaki, silikon moylari tashqi harorat o‘zgarishlariga u darajada ta'sirchan bo‘lmaydi. Shuningdek, silikonlardan turli gidravlik suyuqliklar, suv o‘tkazmaydigan plyonkalar, sintetik rezina va ho kazolar tayyorlanadi.

Silikonlarning ko‘p turi suv o‘tkazmaslik xossasiga ega. Silikon bilan ishlov berilgan qog‘oz salfetkalar suv shimmasligi bilan ko‘pchilikka ma'qul keladi. Bunday salfetkada ko‘zoynaklarni ortish, yoki, nozik shishali buyumlarni, masalan, teleskop linzalarini artish mumkin. Bunday artishda, shishaning sirti juda yupqa silikon qatlami bilan qoplanib qoladi. Natijada, ko‘zoynak issiq joyda terlab qolmaydi va o‘z egasiga xalaqit bermaydi. Silikonning bu xossasidan shuningdek qayiq va shunga o‘xshash, suv bilan ko‘p muomalada bo‘ladigan narsalarning sirt qoplamalariga ishlov berishda foydalaniladi.

Bizni o‘rab turgan barcha kremniy atomlari boshqa biror element bilan birikma holida bo‘ladi. Bu birikish asosan kislorod atomi bilan bo‘ladi. Kremniyning kislorod bilan birikmasi kremniy dioksidi (SiO₂) ko‘rinishida bo‘ladi. Bu birikmani yana kremnez deb ham yuritiladi.

E'tibor bergan bo‘lsangiz, bu holatda ham kremniy o‘zini xuddi uglerod singari tutmoqda. Siz bir atom uglerod va ikki atom kisloroddan tashkil topgan uglerod dioksidi (CO₂) haqida ko‘p eshitgansiz. Lekin, bu birikmalarning fizik jihatdan katta bir tafovuti mavjud: uglerod dioksidi - gaz; kremniy dioksidi esa - qiyin eriydigan qattiq moddadir.

Biz har kuni to‘qnash keladigan oddiy toshlarning va tuproqning tarkini 12% atrofida aynan kremniy dioksididan iborat bo‘ladi. Kremniy dioksidi o‘z navbatida yana boshqa moddalar bilan ham birikmalar hosil qiladi. Bunday birikmalarni mutaxassislar silikatlar deb yuritishadi. Silikatlar tarkibidagi kremniy dioksidining miqdori 48% gacha bo‘ladi. Bundan esa, Yer qobig‘ining 60% ga yaqini u yoki bu darajada aynan kremniy dioksiddan tashkil topgan bo‘ladi deb xulosa qilinadi.

Davriy jadvaldagi ko‘plab elementlar va ularning birikmalari, u yoki bu miqdorda albatta tirik organizmlar tarkibida uchraydi. Biroq, kremniy bu borada istisno qilinuvchi elementlardan biridir. Tabiatda shunchalik keng tarqalganligiga qaramay, birorta tirik organizmda kremniy yoki uning birikmalari aniqlanmagan. Buning sababini esa, olimlar kremniy dioksidi va silikatlarning suvda erimasligi bilan izohlaydilar. Tirik organizmlar u yoqda tursin, kremniyli birikmalar dengiz va okean suvlarida ham mavjud bo‘lmaydi. Shu sababli ham, olimlar hayot quruqlikda emas, balki, aynan okeanda paydo bo‘lgan degan fikrni ma'qullaydilar.

Tabiatda uchraydigan eng toza kremniy dioksidi shaffof va pishiq modda bo‘lib, siz uni kvarts nomi bilan yaxshi taniysiz. Ba'zi joylarda kvarsni shuningdek tog‘ billuri ham deyishadi. Kvarts oddiy shishadan ham musaffo va shaffof bo‘lib, yorug‘lik o‘tkazish bobida shishani ortda qoldiradi (o‘zi odatiy shisha ham tuzilishiga ko‘ra silikat modda hisoblanadi. Shu sababli ham, ). Kvarts - eng qattiq shaffof moddadir.

Oddiy shishaga qaraganda kvarts ko‘p jihatdan afzalliklarga ega. Shunday afzalliklardan biri - kvarsning keskin harorat o‘zgarishlariga nisbatan chidamliligidir. Tabiatda ko‘plab qattiq moddalar harorat ortgan sayin oz-moz bo‘lsa-da kengayadi; harorat pasayishida esa hajman siqiladi. Siz shisha idishga qaynoq suv quyilganda uning yorilib ketishini kuzatgan bo‘lsangiz kerak. Bilasizmi nima uchun shunday bo‘ladi? Chunki, bunda idishning qaynoq suv quyilgan ichki qismi to‘satdan keskin isiydi. Havo yuzasida turgan tashqi qismi esa hali sovuq bo‘ladi. Qizigan ichki qatlam hajman kengayadi, tashqi sovuq taraf esa kengaymasdan turaveradi. Natijada shisha ichki va tashqi qatlam bo‘ylab keskin zo‘riqish paydo bo‘ladi va u yorilib ketadi. Agar juda issiq haroratda turgan idishga ham o‘ta sovuq muzdek suvni birdaniga quyib yuborilsa ham, xuddi shunday hol yuz beradi.

Bunday hol yuz bermasligini oldini olish uchun esa, ishlab chiqaruvchilari shisha idishlarni imkon qadar yupqa qilib tayyorlashga harakat qilishadi. Yupqa shisha butun qalinligi bo‘ylab tez va bir maromda isigani uchun yorilib ketmaydi. Lekin, yupqa shisha idishlar salgina qattiq teginib ketish bilan ham sinib ketishi tufayli, bu unchalik ham yaxshi yechim deb bo‘lmaydi. Shu sababli, issiqlikka chidamli, yorilmaydigan shisha idishlar tayyorlash uchun ishlab chiqaruvchilar odatda maxsus shisha turlaridan foydalanishadi. Bu maqsadda esa, eng qulay hom-ashyo aynan kvarts bo‘ladi. Kvarsning harorat ta'sirida kengayishi va siqilishi ko‘rsatkichi oddiy shishaga nisbatan 16 barobar mustahkamdir.

Kvartsdan yasalgan idishni qizarib ketgunicha ham isitish, qidirish mumkin. Cho‘g‘dek qizib turgan kvarsni muzdek suvga solib yuborilsa ham unga hech nima qilmaydi. Agar xuddi shu ishni oddiy shisha bilan qilsangiz, u bir lahzadayoq millionlab bo‘laklarga parchalanib ketadi.

Kvarsning yana bir afzallik jihati shundaki, u ultrabinafsha nurlarini ham yaxshi o‘tkazadi. Oddiy shisha ultrabinafsha nurlarni o‘tkazmaydi. Shu sababli ham, xona ichkarisida ultrabinafsha nurlariga ehtiyoj bo‘ladigan inshootlarda, aynan kvarts oynalar qo‘yiladi yoki, chiroq lampalarining tashqi qoplamasi kvarsdan tayyorlanadi. Shunga qaramay, yuqorida zikr etilgan afzalliklar qat'iy talab etiladigan holatlardan tashqari, boshqa odatiy hollar uchun, oddiy shisha o‘rniga kvarts qo‘llash unchalik ham maqsadga muvofiq emas. Chunki, kvarsning tannarxi oddiy shishadan bir necha barobar qimmatdir. Buning sababi, kvarsning o‘zi qimmatbaho modda ekanida emas, balki, kvartsga ishlov berishning nihoyatda qiyin jarayon ekanidadir. Oddiy shisha naviga qarab 600 va 900 °C harorat darajalari orasida yumshaydi va unga ishlov berib, istalgan shaklga kiritish mumkin bo‘ladi. Kvarts yumshashi uchun esa, 1500 .°C harorat talab etiladi; shuningdek bu haroratda ham unga ishlov berish boshqa qiyinchiliklar tufayli, murakkabligicha qoladi.

Kremniy dioksidi tabiatda odatda aralashma ko‘rinishida uchraydi. Ya'ni, uni biz har safar biror bir boshqa modda bilan qo‘shimcha yoki, birikma holidan ajratamiz. Bunda aynan qanday aralashma tarkibidan ajratib olinishiga qarab, olingan kremniy dioksidining sifati va ko‘rinishi ham turlicha bo‘ladi. Uni ajratib olish jarayonining o‘zi ham, birikma yoki, aralashma turiga qarab har xil bo‘lishi mumkin.

Aralashma holida uchraydigan eng keng tarqalgan kremniy dioksidini kimyogarlar kremen deb ataydilar. U oddiy toshga o‘xshagan moddadir. Kremen ham qattiqligi va o‘tkir qirralar hosil qila olishi sababli eng qadimgi odamlarni ham o‘ziga jalb qilgan. Turli g‘orlardan topilgan ibtidoiy odamlarga tegishli tosh qurollar orasida kremendan yasalganlari ham salmoqli ulushni tashkil qilgan. Aniqlanishicha, eng qadimgi odamlar kremendan shuningdek chaqmoqtosh, ya'ni, uchqun chiqarib, olov hosil qilish vositasi sifatida ham foydalanishgan ekan. Kremniy elementining nomi ham kelib chiqishiga ko‘ra aynan kremenga borib taqaladi. Ya'ni, «silikon» atamasi, lotinchada aynan kremen moddasini bildiradi.

Kremniy dioksidining yana bir ajoyib turi yarim-shaffof, yoki, sut rangida bo‘ladigan xaltsedon, yoki, agat deb ataladigan yo‘l-yo‘l mineral moddadir. Agatning oq-qora chiziq-chiziq strukturali ko‘rinishi ham mavjud bo‘lib, u oniks deb ataladi. Chiziqlar jigarrang-oq, yoki, qizil-oq ranglarda takrorlansa, unday agatni sardoniks deb nomlanadi. Kremniy dioksidining yana bir juda chiroyli turi mavjud bo‘lib, uni ametist deb yuritiladi. Ametistlar qirmizi, yoki binafsharangda jilolanib, juda ajoyib tovlanadi. Shu sababli bunday materiallardan bezak ishlarida foydalaniladi. Shuningdek, serdolik deb nomlanadigan kremniy dioksidlari ham mavjud bo‘lib, ular zarg‘aldoq-qizg‘ish rangda jilvalanadi.

Sanab o‘tilgan ushbu moddalarning barchasi qimmatbaho toshlar bo‘lib, ular muayyan rangda jilvalanishi va o‘z ko‘rinishini juda uzoq yillar, asrlar mobaynida o‘zgartirmasligi bilan odamlar orasida qadr-qimmatga egadir. Ulardan turli ziynat buyumlari tayyorlashda, yoki, zargarlik mahsulotlariga qo‘shimcha sifatida qo‘llashda keng foydalaniladi. Ushbu toshlar tabiatda kamyobligiga, hamda ishlov berishning qiyin, yoki osonligiga qarab, narxi borasida qimmatbaho va yarimqimmatbaho toshlar sifatida savdo qilinadi. Masalan, olmos - qimmatbaho tosh, agatlar esa, yarimqimmatbaho toshlar sanaladi.

Kremniy dioksidni turli silikatlardan g‘ovak donachalar ko‘rinishida ajratib olish mumkin. inson ko‘ziga ko‘rinmaydigan juda ingichka mayda g‘ovakchalarga ega bo‘ladigan bunday donachalar silikagel deb ataladi. Silikagel o‘zining g‘ovak strukturasi tufayli atrof muhitdan namlikni o‘ziga tortib olish xususiyatiga ega. Shu sababli ham silikagel namlikdan saqlash borasida juda yaxshi vosita sanaladi. Silikagel yaqinida turgan havo quruq bo‘ladi va uni namlikdan ehtiyotlash zarur bo‘lgan mahsulotlar qadoqlariga solib qo‘yish orqali, mahsulot sifatini yaxshi saqlanishi kafolatlanadi. Siz charm poyabzal xarid qilganingizda, qutidan chiqqan kichik paketchalarni ko‘rgan bo‘lsangiz kerak. o‘sha paketchalarda aynan silikagel donachalari solingan bo‘ladi. Shuningdek, silikagelni namlik me'yoridan ortiqcha to‘planadigan bino va inshootlar ichida saqlash orqali, inshoot ichkarisidagi havo namligining me'yori bir maromda bo‘lishini ta'minlash mumkin. Bu ayniqsa elektr simlari va ochiq elektr kontaktlari mavjud bo‘lgan xonalarda juda muhim ahamiyatga ega bo‘ladi. Zero, elektr qurilmalari namlik ta'sirida ishdan chiqishi ehtimoli katta bo‘ladi va silikagel buning oldini oladi. Ayniqsa, nam tropik o‘lkalardagi har qanday elektr qurilmalari yaqinida silikagelli qoplar turmasa, elektr qurilmalariga namlik o‘tirib qolishi va uni ishdan chiqarishi tayin. Shu sababli ham, muhandislar elektr uskunalari va shitlari joylashgan inshootlarda ular yaqinida ko‘p miqdorda silikagel saqlaydilar.

Dengiz va okeanlar tubida yashaydigan mikroskopik tirik organizmlarning skeletida ham silikagelga o‘xshash modda mavjud bo‘ladi. Diatomli (kremniyli) suvo‘tlari deb nomlanuvchi organizmlar esa, o‘z yaqin atrofini kremniy dioksiddan iborat himoya qatlami bilan ihota qilib oladi. Bunday organizmlar nobud bo‘lganida, ularning atrofidagi kremniy dioksidi qatlami ham parchalanib ketadi. Lekin, ularning skleti o‘z joyida qattiq moddaligicha qotib qolaveradi. Ularning bir-birining ustiga ustma-ust paydo bo‘ladigan milliardlar avlodi ham borgan sari qattiq qatlamlar hosil qilib boradi. Natijada infuzor tuproq yuzaga keladi. Infuzor tuproq vositasida turli suyuqliklardan aralashmalarni chiqarib tashlash mumkin. Undan shuningdek abraziv sifatida ham foydalansa bo‘ladi. Bundan tashqari, infuzor tuproqni nitroglitserin bilan absorbsiyalash orqali portlovchi modda - dinamit tayyorlash mumkin.

Infuzor tuproq ba'zan qimmatbaho tosh - opal ko‘rinishidan ham uchraydi. Opalga yorug‘lik nurlari tushishi bilan, u kamalakning turli ranglarida jilvalanib, juda chiroyli manzara namoyon qiladi. Opalning ushbu xossasini mutaxassislar iridessensiya yoki, toshning o‘z nomiga bog‘lab, opalessensiya deb ataydilar. Qora fonda ham iridessensiya namoyon qiladigan opal toshlari eng kamyob va qimmatbaho toshlar sifatida qadrlanadi.