Кремний (Si) и вода

Кремний (Si) и вода

Кремний и вода: механизмы реакции, воздействие на окружающую среду и здоровье

Кремний — самый распространенный элемент на Земле после кислорода . Большое количество кремния содержится в различных минералах, он в большом количестве содержится в океанах и почти во всех других водах в виде кремниевой кислоты. В поверхностных слоях океанов концентрация кремния составляет 30 частей на миллиард, тогда как более глубокие слои воды могут содержать 2 частей на миллион кремния. Реки обычно содержат 4 частей на миллион кремния. Кремний обычно не ионизируется при растворении; он присутствует в виде ортокремниевой кислоты (H 4 SiO 4 или Si (OH) 4 ). Эти соединения являются результатом медленного растворения кремнезема в воде. Реки переносят большие количества кремния в море. Скорее всего, менее 20% растворенного кремния удаляется из рек в результате процессов биологической или химической трансформации.
Каким образом и в какой форме кремний реагирует с водой?Кремний никогда не встречается в природе в свободном виде. В кристаллизованной форме он вступает в реакцию только в условиях чрезвычайно высоких температур. Вода и водяной пар, вероятно, мало влияют на растворимость кремния, поскольку быстро образуется защитный поверхностный слой диоксида кремния.
Есть много примеров соединений кремния, реагирующих с водой. Тетрафторид кремния реагирует с водой с образованием фтороводорода. Тетрахлорид кремния довольно бурно реагирует с водой. Силициды первой и второй группы обычно более реакционноспособны, чем переходные металлы. Типичные продукты реакции включают водород и / или силаны (SiH 4 ), например Na 2 Si + 3H 2 O -> Na 2 SiO 3 + 3H 2 .Растворимость кремния и кремниевых соединений

Соединения кремния различаются растворимостью в воде.
Оксид кремния относительно нерастворим в воде по сравнению с другими минералами. При растворении формулируется следующее равновесие:

SiO 2 (s) + 2 H 2 O (l) <-> H 4 SiO 4 (s)

Этот баланс содержит кремниевую кислоту, слабую кислоту, которая также образуется во время гидролиза кремниевых минералов:

4 SiO 4 (s) + H 2 O (l) <-> H 3 O + (водн.) + H 3 SiO  (водн.)

Диоксид кремния имеет растворимость в воде 0,12 г / л, тогда как, например, карбид кремния является не растворим в воде.

Почему кремний присутствует в воде?

Как объяснялось ранее, кремний входит в состав различных минералов, из которых он может выделяться при процессах выветривания. Он также попадает под воду во время вулканической активности. Вода в промежутках между морскими отложениями содержит больше кремния, чем поверхность моря. Текущий ток заставляет кремний течь из отложений в морскую воду. Выветривание Антарктики также выделяет кремний. Кремний удаляется из воды естественным путем за счет фиксации планктона, осаждения отложений или реакции растворенного кремния с глинистыми минералами (обратное выветривание).
Песок является основным веществом для промышленного производства кремния. Минералы, такие как тальк, слюда, полевой шпат, нефелин, оливин, вермикулит, перлит и каолинит, также содержат кремний. Такие драгоценные камни, как опал и аметист, также содержат кремний.
Строительство перерабатывает соединения кремния в песке и цементе, силикате кальция. Производство стекла и фарфора основано на песке.
Кремний применяется в качестве вспомогательного средства в сталелитейной, химической и электронной промышленности, где он обрабатывается при высоких температурах. В конечном итоге сталь и другие сплавы перерабатываются, например, в блоки цилиндров или головки цилиндров.
Промышленно значимые соединения кремния представляют собой соединения, подобные каучуку или смоле, которые обычно водостойкие, а также выдерживают процессы окисления и химическое атмосферное воздействие. Они используются в качестве смазочных материалов при высоких температурах, в качестве уплотнительного комплекта для окон, крыш и труб, в резиновых шлангах и в пластмассовых деталях автомобильных двигателей. Кремниевые масла применяются в косметике и для пропитки тканей. В микрочипах этот элемент является полупроводником, как и в транзисторах и других электронных компонентах.
Солнечные панели состоят из n-полупроводников из кремния и мышьяка и p-полупроводников из кремния и бора . В элементарной форме это происходит в оптических линзах и призмах для инфракрасного света.
Карбид кремния почти такой же твердый, как алмаз, и применяется в качестве абразива. Кристаллы кварца, которые существуют в природе и производятся химическим путем, обладают характеристикой вибрации с очень точными частотами, когда они вступают в контакт с электричеством. Это может применяться в часах, радиоприемниках и телевизорах. Щелочные силиконы добавляют в чистящие средства, клей и отбеливатели для текстильных изделий.
Цеолиты — это силиконы, которые используются в качестве регуляторов пенообразования в моющих средствах. Они напрямую влияют на качество воды. В качестве абсорбентов могут применяться другие соединения кремния.


Какое влияние оказывает кремний в воде на окружающую среду?

Диоксид кремния является диетическим требованием для различных организмов. Механизм приема в настоящее время неясен. Диатомовые водоросли и морские губки применяют силикон для укрепления скелета. Волоски на крапиве тоже состоят из силикона. Курам и крысам для развития костей необходим кремний. Весьма вероятно, что кремний является диетической потребностью человека, поскольку кожа и соединительная ткань содержат значительное количество этого элемента.
Кремний также необходим для роста растений. Различные виды растений содержат около 200–62000 частей на миллион (сухой массы) кремния. Такие растения, как одуванчики и бамбук, содержат кремний в стеблях и листьях, повышая стабильность.
Кремний, как правило, безвреден в воде, потому что он естественным образом присутствует в больших количествах. Аномально высокие концентрации могут ограничить рост водорослей. На водные организмы может влиять цеолит, заменитель фосфата в моющих средствах.
Кремний имеет три природных изотопа, которые не радиоактивны. Теперь мы знаем о существовании семи нестабильных изотопов.

Какое влияние на здоровье оказывает кремний в воде?

В организме человека содержится всего 1 г кремния, которое с возрастом уменьшается. Для ряда организмов кремний является диетической потребностью, и, следовательно, он также считается диетической потребностью человека. Организмам в основном нужен кремний для развития костей, тогда как этот элемент находится в основном в коже и соединительной ткани. Суточная доза может варьироваться от 20 до 1200 мг и в основном удовлетворяется за счет зерновых. Дефицит неизвестен.
Все встречающиеся в природе типы кремния, песка и кремниевых соединений нетоксичны. Элементарный кремний не имеет четких механизмов токсичности. Высокие концентрации растворимых соединений кремния могут нарушить фосфорилирование. Ряд соединений кремния имеет структуру, подобную волокну, и являются канцерогенными, например асбест. Мелкие частицы соединений кремния может вызвать силикоз, типичное профессиональное заболевание, например, горняков или камнерезов. Легочные альвеолы ​​затвердевают, а их гибкость уменьшается. Это приводит к одышке, одышке и похождению. Эти эффекты могут вызвать только вдыхание частиц кремния.
Силиконовые грудные имплантаты могут вызывать аутоиммунные нарушения и даже рак. Однако нет никаких научных доказательств, подтверждающих эти утверждения. Кремний присутствует в желудочных таблетках для лечения колик и кишечных газов.
Ряд соединений кремния, таких как галогены кремния, являются коррозионными и чрезвычайно токсичными. Тетрахлорид кремния раздражает глаза, а также может вызывать проблемы с дыханием и раздражение кожи.
В питьевой воде присутствует только кремниевая кислота, которая относительно безопасна.

Какие технологии очистки воды можно применить для удаления кремния из воды?

Кремний в основном присутствует в питьевой воде в виде кремниевой кислоты и не требует удаления с точки зрения здоровья человека.
Соединения кремния могут применяться в качестве абсорбентов при очистке воды.

Read more: https://www.lenntech.com/periodic/water/silicon/silicon-and-water.htm#ixzz6kUw8Bjv8

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *