أسئلة الفصل الخامس

1.5

أكتب معادلات موزونة لكل مما يأتي:

1. تفاعل المغنيسيوم مع ثنائي أوكسيد السليكون.

$2\mathrm{Mg}+{\mathrm{SiO}}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{⟶}2\mathrm{MgO}+\mathrm{Si}$

2. معادلة اختزال ثنائي أوكسيد السليكون بواسطة الكربون.

${\mathrm{SiO}}_2+2\mathrm{C}⟶2\mathrm{CO}\uparrow +S\mathrm{Si}$

3. تفاعل سليسيد المغنيسيوم مع حامض الهيدروكلوريك.

${\mathrm{Mg}}_2\mathrm{Si}+4\mathrm{HCl}⟶{\mathrm{SiH}}_4+2{\mathrm{MgCl}}_2$

4. تفاعل أحادي السيلان (هدريد السيلكون) مع الأوكسجين.

${\mathrm{SiH}}_4+2{\mathrm{O}}_2⟶{\mathrm{SiO}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

5. تفاعل ثنائي أوكسيد السليكون مع کربونات الكالسيوم.

${\mathrm{SiO}}_2+{\mathrm{CaCO}}_3\stackrel{\mathrm{\Delta }}{⟶}{\mathrm{CaSiO}}_3+{\mathrm{CO}}_2$

6. تفاعل ثنائي أوكسيد السليكون مع فلوريد الهيدروجين (حامض الهيدروفلوريك ).

${\mathrm{SiO}}_2+6\mathrm{HF}⟶{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SF}}_6+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

7. تفاعل ثنائي أوكسيد السليكون مع هيدروكسيد الكالسيوم.

${\mathrm{SiO}}_2+\mathrm{Ca}\left({\mathrm{OH}}_2⟶{\mathrm{CaSiO}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right.$

8. تفاعل ثنائي أوكسيد السليكون مع كربونات الصوديوم.

${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3+{\mathrm{SiO}}_2⟶{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SiO}}_3+{\mathrm{CO}}_2$

9. تفاعل السليكون مع الكربون.

$\mathrm{Si}+\mathrm{C}⟶\mathrm{SiC}$

2.5

أكتب الترتيب الإلكتروني للعنصر si و si⁺⁴.

${}^{32}\mathrm{Ge}1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{2}4p^2$

${}^{28}{\mathrm{Ge}}^{4+}1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}$

$\begin{array}{l}{}^{14}\mathrm{si}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}1s^2\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}2s^2\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}2p^6\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}3s^2\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}3p^2\end{array}$

${}^{10}s{i}^{+4}1s^{2}2s^{2}2p^6$

3.5

ما هو السليكون العالي النقاوة، وكيف يحضر؟

هو السليكون الحاوي على نسبة قليلة جداً من الشوائب يستخدم في صناعة أشباه الموصلات أو الرقائق الدقيقة أو الخلايا الشمسية، ويحضر من السليكون الصناعي الذي يكون فيه نسبة السليكون تتراوح بين (%90 -95 ٪) وفق الخطوات الآتية:

تحويل السليكون إلى رباعي كلوريد السليكون ثم اختزاله بأحد العوامل المختزلة مثل المغنيسيوم وفق المعادلات الآتية:

$\mathrm{Si}+2{\mathrm{Cl}}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{⟶}{\mathrm{SiCl}}_4$

${\mathrm{SiCl}}_4+2\mathrm{Mg}⟶\mathrm{Si}+2{\mathrm{MgCl}}_2$

يزال MgCl₂ بغسل نواتج التفاعل بالماء الحار من جميع الشوائب ليصبح السليكون المنتج بهذه الطريقة صالح للاستخدامات في الصناعة الإلكترونية.

4.5

اشرح مع كتابة المعادلات الكيميائية طرائق تحضير السليكون؟

يمكن تقسيم طرائق تحضير السليكون إلى:

مختبرياً: وذلك بتسخين عنصر البوتاسيوم في جو من siF₄ للحصول على السليكون غير المتبلور وفق المعادلة الآتية:

${\mathrm{SiF}}_4+4\mathrm{K}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{⟶}\mathrm{Si}+4\mathrm{KF}$

بينما يحضر السليكون المتبلور بإذابة السليكون غير المتبلور في منصهر الألمنيوم ثم تبريد المحلول حيث تنفصل بلورات السليكون من المحلول.

صناعياً: ويحضر من اختزال السليكا بدرجات حرارة عالية باستخدام الكربون أو المغنيسيوم كعامل مختزل وفق المعادلة الكيميائية:

${\mathrm{SiO}}_2+2\mathrm{C}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{⟶}2\mathrm{CO}\uparrow +\mathrm{Si}$

5.5

عدد ست استعمالات متنوعة لعنصر السليكون ومركباته؟

للسليكون استخدامات واسعة منها:

• في الصناعة الإلكترونية مثل الدوائر المتكاملة وفي الخلايا الشمسية، (لاحظ الشكل (5 – 6) صفحة 85 في الكتاب المنهجي).
• في السبائك التي تستخدم في صناعات مختلفة.
• في صناعة الزجاج والسمنت والسيراميك.
• في صناعة المواد السليكونية العضوية ذات الأهمية التجارية الكبيرة ومنها الزيوت والبلاستيكات.

6.5

أكمل الفراغات الآتية:

1. يوجد ثناني أوكسيد السليكون (السليكا) في الطبيعة على نوعين، نوع نقي مثل حجر الصوان والكوارتز ونوع غير نقي مثل الرمل والطين.
2. يمكن تحضير السليكات من التسخين الشديد للسليكا مع كربونات فلزية أو أوکسید فلزي.
3. إن لعناصر الزمرة الرابعة حالات التأكسد الشائعة الثنائية والرباعية.
4. إن الحالة التكسدية الرباعية تكون مستقرة في الكربون والسليكون.
5. يتفاعل السيلكون عند تسخينه إلى (950C) مع الأوكسجين أو الهواء الجوي ليعطي ثنائی أوكسيد السليكون.
6. تزداد الصفات الفلزية كلما انتقلنا من أعلى الزمرة إلى أسفلها وتقل كذلك درجة الغليان ودرجة الانصهار بالانتقال من أعلى إلى أسفل الزمرة.
7. للسليكون صورتان إحداهما متبلورة وفيها يكون لون مسحوقه بني غامق والأخرى غير متبلورة وفيها يكون لون مسحوقة رصاصي غامق.