Czy krzem jest metalem czy niemetalem? Wyjaśnienie metaloidu
Zostaw wiadomość
Czy krzem jest metalem czy niemetalem?
Krzem (Si) nie jest ani prawdziwym metalem, ani niemetalem. Należy do grupy pierwiastków zwanych metaloidami (półmetalami), które w układzie okresowym znajdują się pomiędzy metalami i niemetalami i mają wspólne cechy obu.
1. Dlaczego krzem jest metaloidem
Wygląd:krzem ma metaliczny szary połysk jak metal.
Przewodność:krzem jest półprzewodnikiem. Jego przewodność elektryczna jest znacznie niższa niż w przypadku typowych metali (np. miedzi, żelaza) i, w przeciwieństwie do metali, jej przewodność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (metale przewodzą gorzej po podgrzaniu).
Chemia:krzem tworzy wiązania kowalencyjne i związki podobne do węgla (jego ukośny sąsiad), zachowując się chemicznie bardziej jak niemetal; reaguje z tlenem, tworząc SiO2 (krzemionkę).
Zachowanie mechaniczne:w temperaturze pokojowej krzem jest twardy i kruchy, w przeciwieństwie do metali ciągliwych.
2. Znaczenie przemysłowe
Właśnie ta pośrednia natura sprawia, że krzem jest cenny: jego właściwości półprzewodnikowe są podstawą przemysłu elektronicznego (chipy, tranzystory, ogniwa słoneczne), a jego powinowactwo chemiczne do tlenu sprawia, że jest on najczęściej stosowanym odtleniaczem w produkcji stali oraz niezbędnym elementem stopów aluminium i silikonów. Krzem-metalurgiczny (krzem metaliczny) jest materiałem wyjściowym dla wszystkich tych łańcuchów wartości.
3. Przemysłowe gatunki krzemu (typowe)
Gatunki metalicznego krzemu są oznaczone trzema cyframi: zawartość Fe, Al i Ca w procentach (np. 441 oznacza Fe mniejsze lub równe 0,4%, Al mniejsze lub równe 0,4%, Ca mniejsze lub równe 0,1%). P jest podawane jako dodatkowy limit zanieczyszczeń.
| Stopień | Zawartość Si (%) | Fe | Glin | Ok | P., maks |
|---|---|---|---|---|---|
| 1101 | 99.79 | 0.1 | 0.1 | 0.01 | Mniejsze lub równe 0,004% |
| 2202 | 99.58 | 0.2 | 0.2 | 0.02 | Mniejsze lub równe 0,004% |
| 3303 | 99.37 | 0.3 | 0.3 | 0.03 | Mniejsze lub równe 0,005% |
| 1501 | 99.69 | 0.15 | 0.15 | 0.01 | Mniejsze lub równe 0,004% |
| 1502 | 99.68 | 0.15 | 0.15 | 0.02 | Mniejsze lub równe 0,004% |
| 2502 | 99.48 | 0.25 | 0.25 | 0.02 | Mniejsze lub równe 0,004% |
| 411 | 99.4 | 0.4 | 0.1 | 0.1 | Mniejsze lub równe 0,005% |
| 421 | 99.3 | 0.4 | 0.2 | 0.1 | - |
| 441 | 99.1 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | - |
| 551 | 98.9 | 0.5 | 0.5 | 0.1 | - |
| 553 | 98.7 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | - |
| Poza-klasą | 96 | 2 | 1 | 1 | - |
Typowe zastosowania według gatunku: gatunki wysokie (1101, 2202) do zastosowań-chemicznych, np. silikony; 441/553 do stopów aluminium i produkcji stali; wyłączony-gatunek do-zastosowań metalurgicznych wrażliwych na koszty.
Często zadawane pytania
Czy krzem jest metalem czy niemetalem?Krzem (Si) nie jest ani prawdziwym metalem, ani niemetalem. Należy do grupy pierwiastków zwanych metaloidami (półmetalami), które w układzie okresowym znajdują się pomiędzy metalami i niemetalami i mają wspólne cechy obu.
Dlaczego krzem jest klasyfikowany jako metaloid?Krzem ma metaliczny szary połysk jak metal, ale jego przewodność elektryczna jest znacznie niższa niż w przypadku typowych metali, takich jak miedź i żelazo, i w przeciwieństwie do metali przewodzi lepiej wraz ze wzrostem temperatury. Chemicznie tworzy związki kowalencyjne podobne do węgla i reaguje z tlenem, tworząc SiO2, natomiast mechanicznie jest twardy i kruchy w temperaturze pokojowej, a nie plastyczny. Ta kombinacja zachowania metalicznego-i niemetalowego-definiuje metaloid.
Dlaczego pośredni charakter krzemu ma znaczenie przemysłowe?Jego właściwości półprzewodnikowe stanowią podstawę przemysłu elektronicznego, w tym chipów, tranzystorów i ogniw słonecznych, a jego powinowactwo chemiczne do tlenu sprawia, że jest on najczęściej stosowanym odtleniaczem w produkcji stali oraz niezbędnym składnikiem stopów aluminium i silikonów. Krzem-metalurgiczny (krzem metaliczny) jest materiałem wyjściowym dla wszystkich tych łańcuchów wartości.
W jaki sposób odczytywane są numery przemysłowej klasy krzemu, takie jak 441?Trzy cyfry podają maksymalną zawartość żelaza, glinu i wapnia w procentach, zatem 441 oznacza Fe nie więcej niż 0,4%, Al nie więcej niż 0,4% i Ca nie więcej niż 0,1%. Fosfor podaje się jako dodatkowy limit zanieczyszczeń, jeśli tak określono.
Jakie gatunki są używane do jakich zastosowań?Wysokie gatunki, takie jak 1101 i 2202 (99,79% i 99,58% Si w typowej tabeli) są wykorzystywane do zastosowań-chemicznych, takich jak silikony, natomiast gatunki 441 i 553 służą do stopów aluminium i produkcji stali. Materiał gorszej jakości, zawierający około 96% Si, jest wybierany do zastosowań metalurgicznych-wrażliwych na koszty.
Jaki zakres zawartości krzemu obejmuje typowa tabela gatunków?Tabela obejmuje gatunek 1101 o zawartości 99,79% Si aż do gatunku 553 o zawartości 98,7% Si, przy czym gatunek off-wyszczególniony jest na poziomie 96%. W tym zakresie zawartość Si spada wraz ze wzrostem dozwolonych limitów żelaza, glinu i wapnia, dlatego też gatunki o niższych-numerach wymagają dokładniejszej analizy.
