Просмотр кода страницы Кремний

{{не путать|Кремень|кремнём|горной породой}}
{{другие значения/названия|SI|Si}}
{{Карточка химического элемента
| имя = Кремний/Silicium (Si)
| символ = Si
| номер = 14
| вверху = [[Углерод|C]]
| внизу = [[Германий|Ge]]
| изображение = SiliconCroda.jpg
| подпись = Поликристаллический кремний ({{nobr|99,9 %}})
| внешний вид = 
| атомная масса = [28,086]<ref name="range" group="комм">Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.</ref><ref name="iupac atomic weights">{{статья|автор=Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.|заглавие=Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)|ссылка=http://iupac.org/publications/pac/85/5/1047/|язык=en|издание=[[Pure and Applied Chemistry]]|год=2013|том=85|номер=5|страницы=1047—1078|doi=10.1351/PAC-REP-13-03-02|archivedate=2014-02-05|archiveurl=https://web.archive.org/web/20140205213140/http://www.iupac.org/publications/pac/85/5/1047/}}</ref>
| радиус атома = 132
| энергия ионизации 1 = 786,0 (8,15)
| группа = 14 (устар. 4)
| период = 3
| блок = <br>[[p-элементы|p-элемент]]
| конфигурация = [Ne] 3s<sup>2</sup>3p<sup>2</sup> — 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>2</sup><br> [Ne] 3s<sup>2</sup>3p<sup>3</sup> (гибридизация)
| ковалентный радиус = 111
| радиус иона = 42 (+4e), 271 (−4e)
| электроотрицательность = 1,90
| электродный потенциал = 0
| степени окисления = −4, 0, +2, +4
| плотность = 2,33
| теплоёмкость = 20,16<ref name="ХЭ">{{книга
|заглавие       =Химическая энциклопедия: в 5 т
|ответственный  = гл. ред. Кнунянц И. Л.
|место          = М.
|издательство   = [[Советская энциклопедия]]
|год            = 1990
|том            = 2
|страницы       = 508
|страниц        = 671
|тираж          = 100'000
}}
</ref>
| теплопроводность = 149
| температура плавления = 1414,85&nbsp;°C (1688 K)
| теплота плавления = 50,6
| температура кипения = 2349,85&nbsp;°C (2623 K)
| теплота испарения = 383
| молярный объём = 12,1
| структура решётки = Кубическая, алмазная
| параметры решётки = 5,4307
| отношение c/a = 
| температура Дебая = 645 ± 5<ref>При температуре 0 — {{книга|автор=К. Баранский П. И., Клочков В. П., Потыкевич  И. В.|заглавие=Полупроводниковая электроника. Справочник|место=Киев|издательство=«[[Наукова думка]]»|год=1975|страниц=704}} ил.</ref>
| спектр = Silicon Spectra.jpg
}}
{{Элемент периодической системы|align=center|fontsize=100%|number=14}}
'''Кре́мний''' ([[Химические знаки|химический символ]] — '''Si''', от {{lang-la|'''Si'''licium}}) — [[химический элемент]] [[Подгруппа углерода|14-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — главной подгруппы четвёртой группы, IVA), [[Третий период периодической системы|третьего периода]] [[Периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], с [[атомный номер|атомным номером]] 14.

[[Простое вещество]] '''кремний''' представляется в различных модификациях. В аморфной форме — это коричневый порошок, в кристаллической — тёмно-серый, слегка блестящий [[Полуметаллы|полуметалл]], являющийся вторым по распространённости химическим элементом в [[Земная кора|земной коре]] (после [[кислород]]а).

Имеет очень важное значение для современной [[электроника|электроники]].
{{clearleft}}

== История открытия и происхождение названия ==
Существование кремния было предсказано [[Берцелиус, Йёнс Якоб|Йёнсом Якобом Берцелиусом]] в 1810 году. Позже, в 1823 году он выделил [[Аморфные тела|аморфный]] кремний путём восстановления [[Фторид кремния(IV)|фторида кремния]] SiF<sub>4</sub> [[Калий|калием]]  и подробно описал его химические свойства. Новому элементу было дано название ''«силиций»'' (от {{lang-la|silex}} — [[кремень]]). Русское название ''«кремний»'' введено в 1834 году российским химиком [[Гесс, Герман Иванович|Германом Ивановичем Гессом]].

Впервые в чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учёными [[Гей-Люссак, Жозеф Луи|Жозефом Луи Гей-Люссаком]] и [[Тенар, Луи Жак|Луи Жаком Тенаром]].

== Нахождение в природе ==
Содержание кремния в [[земная кора|земной коре]] составляет по разным данным {{nobr|27,6—29,5 %}} по массе. Таким образом, по распространённости в земной коре кремний занимает [[Содержание элементов в земной коре|второе место]] после [[кислород]]а. Концентрация в [[морская вода|морской воде]] 3 мг/л<ref>J. P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.</ref>.

В земной коре кремний встречается только в связанном виде. Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе [[Диоксид кремния|оксида кремния(IV)]] SiO<sub>2</sub> (около {{nobr|12 %}} массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния, — это [[песок]] (речной и кварцевый), [[кварц]] и [[кварцит]]ы, [[кремень]], [[полевые шпаты]].
Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют [[Силикаты (соли)|силикаты]] и [[алюмосиликаты]].

Отмечены единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде<ref>[http://elib.sfu-kras.ru:8080/bitstream/2311/731/1/Sazonov.pdf Металлический кремний в ийолитах Горячегорского массива]. {{Wayback|url=http://elib.sfu-kras.ru:8080/bitstream/2311/731/1/Sazonov.pdf |date=20130617152822 }}, [http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1171488&uri=part10.htm Петрология обыкновенных хондритов] {{Wayback|url=http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1171488&uri=part10.htm |date=20140110155733 }}.</ref>.

== Изотопы и их применение ==
{{main|Изотопы кремния}}

Кремний состоит из стабильных изотопов <sup>28</sup>Si (92,23 %), <sup>29</sup>Si (4,67 %) и <sup>30</sup>Si (3,10 %). Остальные изотопы являются радиоактивными.

Ядро <sup>29</sup>Si (как и протон) имеет ядерный спин ''I'' = 1/2 и всё шире используется в спектроскопии ЯМР. <sup>31</sup>Si, образующийся при действии [[Нейтрон|нейтронов]] на <sup>30</sup>Si, имеет период полураспада равный 2,62 ч. Его можно определить по характеристическому [[Β-излучение|β-излучению]], и он очень удобен для количественного определения кремния методом [[Нейтронно-активационный анализ|нейтронно-активационного анализа]]. Радиоактивный [[нуклид]] <sup>32</sup>Si имеет самый большой период полураспада (~170 лет) и является мягким (низкоэнергетическим) β-излучателем<ref>{{Книга|автор={{nobr|Гринвуд Н. Н.}}|заглавие=Химия элементов|ответственный=|издание=3-е изд|место=|издательство=|год=2015|страницы=312|страниц=607|isbn=|том=1}}</ref>.

== Физические свойства ==

=== Кристаллическая структура ===
[[Файл:Silicon-unit-cell-3D-balls.png|thumb|Кристаллическая структура кремния.]]
[[Файл:Зонная структура Si.png|300px|thumb|Схематическое изображение зонной структуры кремния<ref>''Смит Р.'' Полупроводники: Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. — 560 с, ил.</ref>]]
[[Файл:Electron and Hole Mobiility in Si-ru.svg|thumb|300px|Подвижность электронов и дырок в кремнии в зависимости от концентрации легирующей примеси при 300 К]]
Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа [[алмаз]]а, [[Постоянная решётки|параметр а]] = {{nobr|0,54307 нм}} (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния),  Вследствие большей длины связи Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, и только при нагревании выше {{nobr|800&nbsp;°C}} он становится пластичным веществом.

=== Оптические свойства ===
Прозрачен для [[инфракрасное излучение|инфракрасного излучения]] с длиной волны в диапазоне от 1 до 9 микрометров<ref>{{ФЭ}}</ref>.

=== Электрофизические свойства ===
Элементарный кремний в монокристаллической форме является непрямозонным [[полупроводник]]ом. Ширина запрещённой зоны при комнатной температуре составляет {{nobr|1,12 эВ,}} а при ''Т'' = {{nobr|0 К}} — {{nobr|1,21 эВ}}<ref>''Зи С.'' Физика полупроводниковых приборов: В 2 книгах. Кн. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 456 с., ил.</ref>. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при [[Нормальные условия|нормальных условиях]] составляет около 1,5{{e|10}} см<sup>−3</sup><ref>''Коледов Л. А.'' Технологии и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебное пособие // 2-е изд., испр. и доп. — СПб.: Издательство «Лань», 2007. — С. 200—201. — {{ISBN|978-5-8114-0766-8}}.</ref>.

На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нём примеси. Для получения кристаллов кремния с [[Дырка|дырочной]] проводимостью в его состав вводят атомы элементов [[Подгруппа бора|III группы]], таких, как [[Бор (элемент)|бор]], [[алюминий]], [[галлий]], [[индий]]. Для получения кристаллов кремния с электронной проводимостью в кремний вводят атомы элементов [[Подгруппа азота|V группы]], таких, как [[фосфор]], [[мышьяк]], [[сурьма]].

При создании электронных приборов на основе кремния используется преимущественно приповерхностный слой монокристалла (толщиной до десятков мкм), поэтому качество поверхности кристалла может оказывать существенное влияние на электрофизические свойства кремния и, соответственно, на свойства созданного электронного прибора. При изготовлении некоторых приборов используется технология, модифицирующая поверхность монокристалла, например, обработка поверхности кремния различными химическими реагентами и её облучение.

'''Некоторые электрофизические параметры монокристаллического кремния при [[Нормальные условия|нормальных условиях]]'''
* [[Диэлектрическая проницаемость]]: 12<ref name="ХЭ"/>
* Подвижность электронов: 1200—1450 см²/(В·c).
* Подвижность дырок: 500 см²/(В·c).
* Ширина запрещённой зоны 1,21 эВ при 0 К.
* Время жизни свободных электронов: 5 нс — 10 мс.
* Длина [[Длина свободного пробега|свободного пробега]] электронов: порядка 1 мм.
* Длина свободного пробега дырок: порядка 0,2—0,6 мм.
* Собственная концентрация носителей заряда: 5,81{{e|15}} м<sup>−3</sup> (при 300 K).

== Химические свойства ==

=== Гибридизация ===
[[Файл:Covalent bonding in silicon-ru.svg|thumb|Схема ковалентных связей в кристаллическом кремнии]]
Подобно атомам углерода, для атомов кремния является характерным состояние ''sp''<sup><nowiki>3</nowiki></sup>-гибридизации орбиталей, поэтому чистый [[кристаллический кремний]] образует алмазоподобную кубическую кристаллическую решётку с координационным числом 4, в которой кремний четырёхвалентен и связан с соседними атомами кремния [[Ковалентная связь|ковалентными связями]]. В соединениях кремний обычно также проявляет себя как четырёхвалентный элемент со [[степень окисления|степенями окисления]] +4 или −4. Известны двухвалентные соединения кремния, например, [[Оксид кремния(II)|монооксид кремния]] — SiO.

=== Химическая инертность кремния ===
При нормальных условиях кремний химически малоактивен. Такая химическая инертность кремния связана с [[Пассивация металлов|пассивацией]] поверхности слоем [[Диоксид кремния|диоксида кремния]] нанометровой толщины, немедленно образующегося в присутствии [[кислород]]а, воздуха или [[вода|воды]] (водяных паров).

=== Реакция с галогенами ===
При нормальной температуре кремний активно реагирует только с газообразным [[фтор]]ом, при этом образуется летучий [[тетрафторид кремния]] <chem>SiF4</chem>:

: <chem>Si + 2F2 -> SiF4 ^</chem>.
При нагревании до температуры свыше {{nobr|400—500&nbsp;°C}} кремний взаимодействует с другими галогенами — [[хлор]]ом, [[бром]]ом и [[иод]]ом — с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов <chem>SiX4</chem>, <chem>X</chem> — галоген, и, возможно, галогенидов более сложного состава.

=== Реакция с кислородом ===
При нагревании до температуры свыше {{nobr|400—500&nbsp;°C}} кремний реагирует с [[кислород]]ом с образованием [[диоксид кремния|диоксида SiO<sub>2</sub>]]:

: <chem>Si + O2 ->[400-500^oC] SiO2</chem>.

Процесс сопровождается увеличением толщины слоя диоксида на поверхности, скорость процесса окисления лимитируется [[Диффузия|диффузией]] атомарного кислорода сквозь плёнку диоксида.

=== Получение монооксида кремния ===
При восстановлении SiO<sub>2</sub> кремнием при температурах свыше {{nobr|1200&nbsp;°C}} образуется [[оксид кремния(II)]] — SiO:

: <chem>Si + SiO2 ->[t > 1200^oC] 2SiO</chem>.

Этот процесс сопровождает  выращивание монокристаллов кремния направленной кристаллизацией [[метод Чохральского|методами Чохральского]],  в которых используются [[Тигель|тигли]] из диоксида кремния, как наименее загрязняющего кремний материала.

=== Получение силанов ===
С [[водород]]ом кремний непосредственно не реагирует. Соединения кремния с водородом — [[силаны]] с общей формулой <chem>Si_{\mathit n}H_{{2\mathit{n}+2}}</chem> — получают косвенным путём. Моносилан <chem>SiH4</chem> (его часто называют просто [[силаны|силаном]]) выделяется при взаимодействии силицидов активных металлов с растворами [[кислоты|кислот]], например:

: <chem>Ca2Si + 4HCl -> 2CaCl2 + SiH4 ^</chem>

Образующийся в этой реакции силан <chem>SiH4</chem> содержит примесь и других силанов, в частности, [[дисилан]]а <chem>Si2H6</chem> и [[трисилан]]а <chem>Si3H8</chem>, в которых имеется цепочка из атомов кремния, связанных между собой одинарными связями <chem>(-Si-Si-Si{}-)</chem>.

=== Реакция с азотом и бором ===
С [[азот]]ом и [[Бор (элемент)|бором]] кремний реагирует при температуре около {{nobr|1000 °C}}, образуя соответственно [[Нитрид кремния|нитрид Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>]] и термически и химически стойкие [[бориды]] разного состава SiB<sub>3</sub>, SiB<sub>6</sub> и SiB<sub>12</sub>.

=== Получение карборунда ===
При температурах свыше {{nobr|1000 °C}} получают  [[карбид кремния]] SiC (карборунд), представляющий собой [[бинарное соединение]] кремния и его ближайшего аналога по [[Периодическая система химических элементов|таблице Менделеева]] — [[углерод]]а.  Этот [[Карбиды|карбид]] характеризуется высокой твёрдостью и химической инертностью:

: <chem>Si + C ->[t > 1000^oC] SiC</chem>.

При этом расплав кремния ({{nobr|1415 °C}}) может длительное время контактировать с углеродом в виде крупных кусков плотноспечённого мелкозернистого [[Графит|графита]] изостатического прессования, практически не растворяя и никак не взаимодействуя с последним.

Карборунд широко используется как [[абразивный материал]]. 

=== Растворимость некоторых металлов в кремнии ===
Нижележащие элементы [[Подгруппа углерода|4-й группы]] периодической системы ([[германий]], [[олово]], [[свинец]]), а также ряд других металлов, неограниченно растворимы в кремнии.

=== Силициды ===
При нагревании кремния с металлами (<small><chem>Me</chem></small>) могут образовываться их соединения — [[силициды]]:

: <chem>m Si + n Me{} ->[\ce{t\ ^{o}C}] Me_{n}Si_{m}</chem>.

Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды [[щелочные металлы|щелочных]] и [[щёлочноземельные металлы|щёлочноземельных]] металлов типа <small><chem>Ca2Si,</chem></small> <small><chem>Mg2Si</chem></small> и др.) и металлоподобные (силициды [[переходные металлы|переходных металлов]]). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются.

Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до {{nobr|2000 °C}}). Наиболее часто образуются металлоподобные силициды составов <small><chem>MeSi,</chem></small> <small><chem>Me3Si2,</chem></small> <small><chem>Me2Si3,</chem></small> <small><chem>Me5Si3</chem></small> и <small><chem>MeSi2</chem></small>. Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах.

С [[железо]]м кремний образует эвтектическую смесь, что позволяет спекать (сплавлять) эти материалы для образования ферросилициевой керамики при температурах заметно меньших, чем температуры плавления железа и кремния.

=== Некоторые кремнийорганические соединения ===
Для кремния характерно образование [[Кремнийорганические соединения|кремнийорганических соединений]], в которых атомы кремния связаны с  один или более органическим заместителем  <chem>R2 = CH3</chem>, <chem>C2H5</chem>, <chem>C6H5</chem>, <chem>CH2CH2CF3</chem> и др.

Пример реакции получения:

: <chem>2Zn(C2H5)2 + SiCl4 -> Si(C2H5)4 + 2ZnCl2</chem>.

=== Травление кислотами ===
Для травления кремния наиболее широко используют смесь плавиковой и азотной кислот — "[[Императорская водка|Императорскую водку]]". Некоторые специальные травители предусматривают добавку хромового ангидрида и иных веществ. При травлении кислотный травильный раствор быстро разогревается до температуры кипения, при этом скорость травления многократно возрастает.

# <chem>Si + 2HNO3 -> SiO2 + NO ^ + NO2 ^ + H2O</chem>,
# <chem>SiO2 + 4HF -> SiF4 ^ + 2H2O</chem>,
# <chem>3SiF4 + 3H2O -> 2H2SiF6 + H2SiO3 v</chem>.

=== Травление щелочами ===
Для [[Травление|травления]] кремния могут использоваться водные растворы щелочей. Травление кремния в щелочных растворах начинается при температуре раствора более {{nobr|60 °C}}.

# <chem>Si + 2KOH + H2O -> K2SiO3 + 2H2 ^</chem>,
# <chem>K2SiO3 + 2H2O -> H2SiO3 + 2KOH</chem>.

== Получение ==
Свободный кремний можно получить  прокаливанием мелкого белого песка (диоксида кремния) с порошком [[Магний|магния]]:

: <chem>SiO_2 + 2Mg -> 2MgO + Si,</chem>

при этом кремний образуется в виде ''аморфного кремния'', имеющего вид бурого порошка<ref>{{книга |автор=Глинка Н. Л.|заглавие=Общая химия |издание=24-е изд., испр |место=Л. |издательство=Химия |год=1985 |страницы=492 |страниц=702}}</ref>.

В промышленности кремний технической чистоты получают восстанавлением расплав [[Диоксид кремния|SiO<sub>2</sub>]] [[Каменноугольный кокс|коксом]] при температуре около {{nobr|1800 °C}} в рудотермических печах шахтного типа. Чистота полученного таким образом кремния может достигать {{nobr|99,9 %}} (основные примеси — углерод, металлы).

Возможна дальнейшая очистка кремния от примесей.
* Очистка в лабораторных условиях может быть проведена путём предварительного получения [[Силицид магния|силицида магния]] Mg<sub>2</sub>Si. Далее из силицида магния с помощью [[соляная кислота|соляной]] или [[уксусная кислота|уксусной]] кислот получают газообразный [[силаны|моносилан SiH<sub>4</sub>]]. Моносилан очищают [[ректификация|ректификацией]], [[Сорбция|сорбционными]] и друггими методами, а затем разлагают на кремний и [[водород]] при температуре около {{nobr|1000 °C}}.
* Очистка кремния в промышленных масштабах осуществляется путём непосредственного [[Хлорирование|хлорирования]] кремния. При этом образуются смесь соединений [[Хлорид кремния(IV)|SiCl<sub>4</sub>]], SiHCl<sub>3</sub> и SiH<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>. Их различными способами очищают от примесей (как правило, перегонкой и [[диспропорционирование]]м) и на заключительном этапе восстанавливают чистым [[водород]]ом при температурах от 900 до {{nobr|1100 °C}}.
* Разрабатываются более дешёвые, экологически чистые и эффективные промышленные технологии очистки кремния. На 2010 год к таковым можно отнести технологии очистки кремния с использованием фтора (вместо хлора); технологии, предусматривающие дистилляцию [[Оксид кремния(II)|монооксида кремния]]; также технологии, основанные на растворении примесей, концентрирующихся на межкристаллитных границах.

Содержание примесей в доочищенном кремнии может быть снижено до {{nobr|10<sup>−8</sup>—10<sup>−6</sup> %}} по массе. Более подробно вопросы получения сверхчистого кремния рассмотрены в статье [[Поликристаллический кремний]].

Способ получения кремния в чистом виде разработан [[Бекетов, Николай Николаевич|Николаем Николаевичем Бекетовым]].

В [[Россия|России]] технический кремний производится «ОК Русал» на заводах в г. [[Каменск-Уральский]] ([[Свердловская область]]) и г. [[Шелехов (город)|Шелехов]] ([[Иркутская область]]).

== Применение ==
[[Файл:CRQFP80 UV ST62E40.jpg|мини|справа|200px|[[Микроконтроллер]] 1993 года с [[EPROM|УФ стиранием памяти]] 62E40 [[евросоюз|европейской]] фирмы [[STMicroelectronics]]. За окошечком виден кристалл микросхемы — кремниевая подложка с выполненной на ней схемой.]]
{{нет источников в разделе|дата=2014-10-17}}
Технический кремний находит следующие применения:
* сырьё для металлургических производств: компонент некоторых сплавов ([[бронза|бронзы]], алюминиевых литейных сплавов [[силумин]]ы);
* раскислитель (при выплавке [[чугун]]а и сталей); модификатор свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка определённого количества кремния при производстве трансформаторных [[сталь|сталей]] уменьшает коэрцитивную силу готового ферромагнитного материала) и т. п.;
* сырьё для производства более чистого [[Поликристаллический кремний|поликристаллического кремния]] и очищенного металлургического кремния (в литературе называется «umg-Si»);
* сырьё для производства кремнийорганических материалов, [[силаны|силанов]];
* иногда кремний технической чистоты и его сплав с [[железо]]м ([[ферросилиций]]) используется для производства [[водород]]а в полевых условиях;
* для производства солнечных батарей;
* антиблок (антиадгезивная добавка) в производстве пластмасс.
[[Файл:Monokristalines Silizium für die Waferherstellung.jpg|мини|справа|125px|Монокристалл кремния, выращенный по [[метод Чохральского|методу Чохральского]]]]

Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства различных дискретных [[Электронные приборы|электронных приборов]] ([[транзистор]]ов, [[Полупроводниковый диод|полупроводниковых диодов]]) и микросхем.

Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде [[Кристаллический кремний|поликристаллического кремния]] являются основным сырьевым материалом для [[солнечная батарея|солнечной энергетики]].

[[Монокристаллический кремний]] — помимо электроники и солнечной энергетики, используется для изготовления оптических элементов, работающих в инфракрасном диапазоне и [[зеркало|зеркал]] газовых [[лазер]]ов.

Соединения металлов с кремнием — [[силициды]] — являются широко употребляемыми в промышленности (например, электронной и атомной) материалами с сочетанием полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.). Силициды ряда химических элементов являются важными [[Термоэлектрические материалы|термоэлектрическими материалами]].

Соединения кремния служат основой для производства [[стекло|стекла]] и [[цемент]]а. Производством стекла и цемента занимается [[силикатная промышленность]], также производящая другие силикатные материалы — силикатную [[керамика|керамику]] — [[кирпич]], [[фарфор]], [[фаянс]] и изделия из них.

Широко известен [[силикатный клей]], применяемый в строительстве как вяжущее средство, а в [[Пиротехника|пиротехнике]] и в быту для склеивания бумаги и картона.

Получили широкое распространение [[силиконовые масла]] и [[силиконы]] — материалы на основе [[Кремнийорганические соединения|кремнийорганических соединений]].

== Биологическая роль ==
{{нет источников в разделе|дата=2015-02-12}}
Для некоторых организмов кремний является [[биологически значимые элементы|важным биогенным элементом]]. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — [[диатомовые водоросли]], [[радиолярии]], [[губки]]. Относительно других видов наземных растений большие количества кремния содержатся в [[хвощ]]ах (род [[Хвощ|Equisetum]]), [[злаки|злаках]], в основном, подсемейства Бамбуковые (''Bambusoideae'') и видах рода Рис (''Orýza''), в том числе в [[Рис посевной|культурном рисе]].

Он также входит в клеточные стенки некоторых организмов и является активным центром более десятка изученных ферментов, ответственных за связывание диатомового кремнезёма y некоторых [[Ракообразные|ракообразных]].

Кремний встречается во многих растениях в виде элемента, который необходим для правильного развития, но не было доказано, что он необходим для развития всех видов. Обычно его присутствие повышает устойчивость к вредителям, особенно грибам, препятствует их проникновению в ткани растений, насыщенных кремнезёмом. Аналогично, в случае животных, потребность в кремнии была показана для [[Губки|шестилучевых губок]]. У позвоночных накопление кремния происходит в относительно больших количествах в волосах и перьях (например, овечья шерсть содержит {{nobr|0,02—0,08 %}} <chem>SiO2</chem>). Мышечная ткань человека содержит {{nobr|(1—2){{e|−2}} %}} кремния, костная ткань — {{nobr|17{{e|−4}} %}}, кровь — {{nobr|3,9 мг/л}}. С пищей в организм человека ежедневно поступает до {{nobr|1 г}} кремния.

=== В организме человека ===
Доказано, что соединения кремния имеют важное значение для здоровья человека, в частности, для ногтей, волос, костей и кожи<ref>{{книга |заглавие=Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases |серия=Metal Ions in Life Sciences |том=13 |издательство={{Нп3|Springer Publishing|Springer|en|Springer Publishing}} |страницы=451—473 |часть=Chapter 14. Silicon: The Health Benefits of a Metalloid |doi=10.1007/978-94-007-7500-8_14 |pmid=24470100 |isbn=978-94-007-7499-5 |язык=en |автор=Martin, Keith R. |ответственный=Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K.O. Sigel |год=2013}}</ref>. Исследования показывают, что женщины в пременопаузе с более высоким потреблением биодоступного кремния имеют более высокую плотность костной ткани, а также, что добавки кремния может увеличить объём и плотность кости у пациентов с остеопорозом<ref name="jugdaohsingh2007silicon">{{статья |заглавие=Silicon and bone health |издание={{Нп3|The Journal of Nutrition, Health and Aging}} |том=11 |номер=2 |страницы=99—110 |pmc=2658806 |pmid=17435952 |язык=en |автор=Jugdaohsingh, R. |тип=journal}}</ref>.

Потребность организма человека — около {{nobr|20—30 мг}} кремния в день. Беременным женщинам, людям после хирургических операций на костях и пожилым людям требуется более высокая доза, так как количество этого элемента в органах уменьшается с возрастом. Это происходит главным образом в соединительной ткани, из которой строятся [[сухожилия]], [[слизистые оболочки]], стенки [[Кровеносные сосуды|кровеносных сосудов]], [[клапаны сердца]], кожа и костно-суставная система.

Кремний способствует удалению токсичных веществ из клеток, воздействует на [[капилляры]], повышая прочность и эластичность их стенок, увеличивает прочность костной ткани, усиливает защитные силы организма от инфекций, предотвращает преждевременное [[Старение (биология)|старение]]. Снимает раздражения и воспаления кожи, улучшая её общий вид и предотвращая вялость, уменьшает выпадение волос, ускоряет их рост, укрепляет [[ногти]].

Поскольку кремний участвует в формировании костной ткани, обеспечивая эластичность кровеносных сосудов, участвующих в поглощении кальция из пищи и роста волос и ногтей, его дефицит в организме человека может вызвать заболевания костей, общее замедление роста, [[бесплодие]], отсутствие развития и [[остеопороз]].

=== Гигиенические аспекты ===
[[Диоксид кремния]] в [[нормальные условия|нормальных условиях]] является твёрдым биоинертным, неразлагаемым веществом, склонным к образованию пыли, состоящей из микрочастиц с острыми кромками. Вредное действие диоксида кремния и большинства силицидов и силикатов основано на раздражающем и фиброгенном действии, на накоплении вещества в ткани лёгких, вызывающем тяжёлую болезнь — [[силикоз]].

Для защиты органов дыхания от пылевых частиц используются противопылевые респираторы. Тем не менее, даже при использовании средств индивидуальной защиты носоглотка, горло у людей, систематически работающих в условиях запылённости соединениями кремния и особенно монооксидом кремния, имеют признаки воспалительных процессов на слизистых оболочках.
Нормы предельно допустимых концентраций по кремнию привязаны к содержанию пыли диоксида кремния в воздухе. Это связано с особенностями химии кремния:
* Чистый кремний, равно как [[карбид кремния]], в контакте с водой или кислородом воздуха образует на поверхности непроницаемую плёнку [[Диоксид кремния|диоксида кремния]], которая пассивирует поверхность;
* Многие кремнийорганические соединения в контакте с кислородом воздуха и водяными парами окисляются или гидролизуются с образованием в конечном итоге диоксида кремния;
* [[Монооксид кремния]] (<chem>SiO</chem>) на воздухе способен (иногда со взрывом) окисляться до высокодисперсного диоксида кремния.

== Комментарии ==
<references group="комм" />

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* ''Самсонов. Г. В.'' Силициды и их использование в технике. — Киев, Издательство АН УССР, 1959. — 204 с. с илл.

== Ссылки ==
{{Навигация
 | Тема         = Кремний
 | Портал       = Химия
 | Викисловарь  = Кремний
 }}
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/key.html Кремний на Webelements]
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb014.htm Кремний в Популярной библиотеке химических элементов]
* [http://www.catalogmineralov.ru/mineral/silicon.html Кремний в Популярной библиотеке минералов]

{{внешние ссылки}}
{{Периодическая система элементов}}

[[Категория:Кремний|*]]
[[Категория:Химические элементы]]
[[Категория:Полуметаллы]]
[[Категория:Полупроводники]]
[[Категория:Полупроводниковые материалы]]