Методы синтеза оксидов кремния
Тесную смесь тонкоизмельченного кремния (>98,5% кремния) с прокаленным и тонкоизмельченным кварцем наивысшей чистоты (целесообразно спрессовать в таблетки) помещают в закрытую с одной стороны трубку из пифагоровой массы или спеченного корунда (ближе к закрытому концу). Трубка присоединена к высоковакуумному насосу. В трубке создают вакуум 10−3—10−4 мм рт. ст., а затем медленно нагревают закрытый… Читать ещё >
Методы синтеза оксидов кремния (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Оксид кремния (II).
Монооксид кремния получают обычно при нагревании SiO2 или силикатов с такими восстановителями, как водород, кремний или уголь, до температуры свыше ~1100°С в вакууме; при этом лучший выход достигается при использования кремния в качестве восстановителя. Образующийся газообразный мономерный SiO конденсируется в полимерной форме на частях реакционного прибора, которые нагреты не выше 400 °C — температуры диспропорционирования SiO. На более горячих частях прибора осаждается бурая смесь из кремния и SiO2, которые являются продуктами диспропорционирования.
Si + SiO2 > SiO.
Тесную смесь тонкоизмельченного кремния (>98,5% кремния) с прокаленным и тонкоизмельченным кварцем наивысшей чистоты (целесообразно спрессовать в таблетки) помещают в закрытую с одной стороны трубку из пифагоровой массы или спеченного корунда (ближе к закрытому концу). Трубка присоединена к высоковакуумному насосу. В трубке создают вакуум 10-3—10-4 мм рт. ст., а затем медленно нагревают закрытый конец трубки в электрической печи приблизительно до 1250 °C, примерно через 4 ч процесс заканчивается. В той части трубки, которая во время нагревания имела более низкую температуру, находится SiO в виде черной хрупкой массы, а в переходной зоне трубки, имевшей в процессе нагревания температуру 400 — 700 °C, — объемистая бурая смесь SiO2 и кремния. SiO легко отделяется от стенок трубки с помощью шпателя из нержавеющей стали. Окисление SiO на воздухе обычно начинается уже при ~1000°С (хотя он может самопроизвольно тлеть), поэтому трубку после охлаждения следует заполнить азотом или аргоном. Извлечение SiO проводят также в среде инертного газа.
Особенно важно, чтобы нагревающаяся до 400—700°С переходная зона трубки, где образовавшийся SiO снова распадается на кремний и SiO2, была как можно короче. Это имеет место в случае использования плохо проводящих тепло керамических трубок. Напротив, в хорошо проводящих тепло металлических трубках, которые тоже рекомендуются для получения SiO, эта переходная зона длиннее, и выход из-за этого чрезвычайно низкий.
Газообразный SiO можно также конденсировать прямо в горячей зоне на охлаждаемом водой «пальце» из железа или меди. При этом он осаждается в волокнистой форме. [6].
Оксид кремния (IV).
В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:
Na2SiO3 + 2CH3COOH > 2CH3COONa + H2SiO3
Кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.
Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400—500°C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.
Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.
В настоящее время ведутся работы по получению диоксида кремния с наибольшим выходом. Опишем, один из новейших экологически безопасный и практически безотходный способ получения высокочистого диоксида кремния сорта белая сажа или аэросил. Этот метод выполняется по следующей схеме:
Схема очистки от примесей кварцевого концентрата.
Расплавленный фторид аммония, который при нормальных условиях представляют собой неагрессивное, твердое, кристаллическое вещество, — более энергичный фторирующий реагент, чем газообразный фтороводород. Достоинством фторида аммония является энергичное взаимодействие его расплава с оксидом кремния, при этом образуется кремнефториды аммония, в частности — гексафторосиликат аммония (NH4)2SiF6, который в нормальных условиях является неагрессивным, хорошо растворимым в воде порошком. При нагревании (NH4)2SiF6 возгоняется без разложения, а при охлаждении десублимируется — данное свойство используется для очистки от примесей кварцевого концентрата.
На стадии осаждения гидратированного оксида кремния используется регенерированная аммиачная вода, которая образуется в результате взаимодействия исходного оксида кремния (кварцевого песка) с фторидом аммония. Таким образом, разработанная фтороаммонийная технология получения оксида кремния является практически безотходной, так как использует реагенты, регенерирующиеся в ходе технологического цикла. [7].