Легче критиковать, чем исправлять J
пятница, 28 сентября 2007 г.
суббота, 22 сентября 2007 г.
Кремний. Немного химии
Природные силикаты имеют сложный состав и строение. Вот состав некоторых природных силикатов: полевой шпат К2О× Аl2O3× 6SiO2, асбест 3MgО× 2SiO2× 2H2O, cлюда К2О× 3Аl2O3× 6SiO2× 2H2O, каолинит 3Аl2O3× 2SiO2× 2H2O.
Силикаты, содержащие в своем составе также оксид алюминия, называются алюмосиликатами. Из названных выше силикатов алюмосиликатами являются полевой шпат, каолинит и слюда. В природе наиболее распространены именно алюмосиликаты, например полевые шпаты. Распространены также смеси различных силикатов. Так, горные породы - граниты и гнейсы - состоят из кристалликов кварца, полевого шпата и слюды.
Основным продуктом разрушения является минерал каолинит — главная составная часть белой глины. В результате выветривания горных пород образовались залежи глины, песка и солей.
Получение. В промышленности кремний получают восстановлением SiO2 коксом в электрических печах:
В промышленности кремний получают восстановлением SiO2 коксом в электрических печах: SiO2+2C=Si+2CO. В лаборатории в качестве восстановителей используют магний или алюминий: SiO2+2Mg=Si+2MgO или 3SiO2+4Al=3Si+2Al2O3
Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния парами цинка: SiCl4+2Zng=Si+2ZnCl2
Кроме солнечной энергетики, кремний используют в металлургии для получения кремнистых сталей, обладающих высокой жаростойкостью и кислотоупорностью.
Физические свойства. Кристаллический кремний — вещество темно-серого цвета со стальным блеском. Структура кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом окружен тетраэдрически четырьмя другими и связан с ними ковалентной связью, которая значительно слабее, чем между атомами углерода в алмазе. В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связей разрушается. Поэтому в нем имеются свободные электроны, которые обусловливают небольшую электрическую проводимость. При освещении и нагревании увеличивается число разрушаемых связей, а значит, увеличивается число свободных электронов и возрастает электрическая проводимость. Этим и объясняются полупроводниковые свойства кремния.
Кремний очень хрупок, его плотность 2,33 г/см3. Как и уголь, относится к тугоплавким веществам. Кремний состоит из трех стабильных изотопов: 2814Si (92,27%), 2914Si (4,68%) и 3014Si (3,05%).
Химические свойства. По химическим свойствам кремний, как и углерод, является неметаллом, но его неметалличность выражена слабее, так как он имеет больший атомный радиус. Поскольку у атомов кремния на внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона, то для кремния характерна степень окисления как -4, так и +4 (известно соединение кремния, где его степень окисления равна +2).
Кремний при обычных условиях довольно инертен, что следует объяснить прочностью его кристаллической решетки. Непосредственно он взаимодействует только со фтором: Si+F2=SiF4
Кислоты (кроме смеси плавиковой HF и азотной HNO3) на кремний не действуют. Однако он растворяется в гидроксидах щелочных металлов, образуя силикат и водород: Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2 8
Из двух аллотропных модификаций кремния — кристаллической и аморфной — химически более активным является аморфный кремний. Он реагирует с кислородом при нагревании, образуя SiO2: Si+O2=SiO2 , а также со всеми галогенами, например: Si+Cl2=SiCl4
При высокой температуре кремний соединяется с углеродом, образуя карборунд SiC: Si+C=SiC
Карборунд имеет алмазоподобную кристаллическую решетку, в которой каждый атом кремния окружен четырьмя атомами углерода и наоборот, а ковалентные связи очень прочны, как в алмазе. Поэтому по твердости он близок к алмазу. Из карбида кремния изготовляют точильные камни и шлифовальные круги.
Силицид магния. В реакциях с активными металлами, протекающих с образованием силицидов, кремний выступает в роли окислителя:
В реакциях с активными металлами, протекающих с образованием силицидов, кремний выступает в роли окислителя: 2Mg+Si=Mg2Si
При высоких температурах кремний восстанавливает многие металлы из их оксидов.
Силан. При действии на силициды соляной кислоты получают простейшее водородное соединение кремния силан SiH4: Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4 Силан — ядовитый газ с неприятным запахом, самовоспламеняется на воздухе: SiH4+2O2=SiO2+2H2O
Оксид кремния (IV) называют также кремнеземом. Это твердое тугоплавкое вещество (температура плавления 1700°С), широко распространенное в природе в двух видах: 1) кристаллический кремнезем — в виде минерала кварца и его разновидностей (горный хрусталь, халцедон, агат, яшма, кремень); кварц составляет основу кварцевых песков, широко используемых в строительстве и в силикатной промышленности; — в виде минерала кварца и его разновидностей (горный хрусталь, халцедон, агат, яшма, кремень); кварц составляет основу кварцевых песков, широко используемых в строительстве и в силикатной промышленности; 2) аморфный кремнезем — в виде минерала опала состава SiO — в виде минерала опала состава SiO2× п H2O; землистыми формами аморфного кремнезема являются диатомит, трепел (инфузорная земля); примером искусственного аморфного безводного кремнезема может служить силикагель, который получается из метасиликата натрия: Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3, H2SiO3=H2O+SiO2
Силикагель имеет развитую поверхность, а поэтому хорошо адсорбирует влагу. При 1710° кварц плавится. При быстром охлаждении расплавленной массы образуется кварцевое стекло. Оно имеет очень малый коэффициент расширения, благодаря чему раскаленное кварцевое стекло не трескается при быстром охлаждении водой. Из кварцевого стекла изготовляют лабораторную посуду и приборы для научных исследований. Простейшая формула оксида кремния (IV) SO2 аналогична формуле оксида углерода (IV) СO2. Между тем физические свойства их резко отличаются (SiO2 - твердое вещество, CO2 - газ). Это различие объясняется строением кристаллических решеток. С02 кристаллизуется в молекулярной решетке, SiO2 - в атомной. Структуру SiO2 в плоскостном изображении можно представить так:
Координационное число атома углерода в твердом СO2 равно 2, а кремния в SiO2 равно 4. Каждый атом кремния заключен в тетраэдр из 4 атомов кислорода. При этом атом кремния находится в центре, а по вершинам тетраэдра расположены атомы кислорода. Весь кусок кремнезема можно рассматривать как кристалл, формула которого (SiO2)n. Такое строение оксида кремния (IV) обусловливает его высокую твердость и тугоплавкость.
По химическим свойствам оксид кремния (IV) SiO2 относится к кислотным оксидам. При сплавлении его с твердыми щелочами, основными оксидами и карбонатами образуются соли кремниевой кислоты: SiO2+CaO=CaSiO3, SiO2+NaCO3=Na2SiO3+CO2 8
С оксидом кремния (IV) взаимодействует только плавиковая кислота: SiO2+4HF=SiF3+2H2O
С помощью этой реакции производится травление стекла.
В воде оксид кремния (IV) не растворяется и с ней химически не взаимодействует. Поэтому кремниевую кислоту получают косвенным путем, действуя кислотой на раствор силиката калия или натрия: SiO32-+2H+=H2SiO3
При этом кремниевая кислота (в зависимости от концентрации исходных растворов соли и кислоты) может быть получена как в виде студнеобразной массы, содержащей воду, так и в виде коллоидного раствора (золя).
Кремниевые кислоты. SiO2 является ангидридом ряда кремниевых кислот, состав которых можно выразить общей формулой xSiO2 × yH2O, где х и у — целые числа:
1) х = 1, у = 1: SiO2 × H2O, т. е. H2SiO3 — метакремниевая кислота;
2) х = 1, у = 2: SiO2 × 2H2O, т. е. H4SiO4 — ортокремниевая кислота;
(в зависимости от концентрации исходных растворов соли и кислоты) может быть получена как в виде студнеобразной массы, содержащей воду, так и в виде коллоидного раствора (золя).
SiO2 является ангидридом ряда кремниевых кислот, состав которых можно выразить общей формулой xSiO2 × yH2O, где х и у — целые числа:
3) х = 2, у = 1: = 2, у = 1: 2SiO2 × H2O, т. е. H2Si2O5 — двуметакремниевая кислота.
Кремниевая кислота построена из тетраэдрических структурных звеньев (в каждом таком звене атом кремния находится в центре тетраэдра, а по вершинам расположены атомы кислорода). Структурные звенья, объединяясь в цепи, образуют более устойчивые поликремниевые кислоты:
Состав такого соединения можно выразить формулой (H2SiO3)n. Однако обычно кремниевую кислоту изображают формулой H2SiO3. H2SiO3
— кислота очень слабая, в воде мало растворима. При нагревании легко распадается аналогично угольной кислоте: H2SiO3=H2O+SiO2
Все кремниевые кислоты очень слабые (слабее угольной).
Силикаты. Соли всех кремниевых кислот называют силикатами, хотя, как правило, в учебной литературе под силикатами подразумевают соли метакремниевой кислоты. Их состав обычно изображают формулой в виде соединений оксидов элементов. Например, силикат кальция CaSiO3 можно выразить так: СаО× SiO2.
Силикаты состава R2О× nSiO2, где R2O — оксиды натрия или калия, называются растворимым стеклом, а их концентрированные водные растворы — жидким стеклом. Наибольшее значение имеет натриевое растворимое стекло.
При стоянии на воздухе растворы силикатов мутнеют, так как находящийся в воздухе оксид углерода (IV) вытесняет кремниевую кислоту из ее солей: Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 ↓
Кремниевая кислота практически нерастворима в воде — это свойство используют как качественную реакцию на ион SiO32- .
Силикаты получают сплавлением оксида кремния с щелочами или карбонатами: SiO2+2NaOH=Na2SiO2+H2O
Применение силикатов. Наиболее широко используются силикаты натрия и калия. Концентрированные растворы этих солей называют жидким стеклом; они имеют сильнощелочную реакцию вследствие гидролиза. Жидкое стекло используют при изготовлении клея и водонепроницаемых тканей. Жидкое стекло применяется в качестве связующего при изготовлении кислотоупорных бетонов, а также для изготовления замазок, конторского клея. Им пропитывают ткани, дерево и бумагу для придания им огнестойкости и водонепроницаемости.
четверг, 20 сентября 2007 г.
Silicon wires cost
Сегодня утром пришло сообщение от одного менеджера о ценах на кремниевые пластины (silicon wires) в Китае. Итак, одна пластинка размерами 125х125 мм стоит 6,7$ плюс затраты на самовывоз из Китая. Существенные скидки при поставках от 100 000 шт. ежемесячно. Для начала забудем о скидке и добавим к стоимости пластины затраты на перевозку в размере 1 $. И то, если не платить за растаможку. Итого около 8 $ за псевдоквадрат 125х125 мм. Посчитаем стоимость квадратного метра ~= (1000/125) * (1000/125) =~ 64 пластины * 8$ = 512 $. Нда, результат превзошел ожидания не в лучшую сторону. Продолжая исследования вычислим стоимость исходного сырья, кремния, входящего в состав пластин. Итак, плотность поликремния равна 2,33 г/см3, объём пластины составляет 125х125=~5,5см3, отсюда её вес равен 12,815 грамм что в переводе на $ означает 522 $ за 1кг поликремния в пластине. Но это первое приближение, которое нельзя применить к расчету стоимости 1кг кремния в болванке ввиду отсутствия поправки на потерю кремния при резке и затрат на саму нарезку пластин.
Как ни крути, а выгоду от использования солнечной энергетики возможно получить, только в случае нахождения дешевого производства поликремния солнечного качества.
вторник, 18 сентября 2007 г.
Мощность солнца
Solar cost 3
Так из чего же складывается стоимость солнечной батареи и на чем можно сэкономить? Главная составляющая солнечной батареи это фотоэлектрический преобразователь или проще - солнечный элемент, состоящий из специально изготовленной и обработанной кремниевой пластин на металлической основе. Сверху солнечные элементы закрываются защитным стеклом с антибликовым покрытием, а вся конструкция, как правило, обрамляется металлической рамкой. Это основная вариация изготовления, коих множество. Учитывая что стоимость металлической основы, обрамляющей рамки и собственно работы составляет небольшую часть, то достижение допустимой стоимости солнечных батарей возможно только при снижении стоимости солнечных элементов, а именно кремниевых пластин (silicon wires) их составляющих. Кремниевые пластины толщиной 200-350 нм нарезаются из болванок исходного кремния чистоты или марки N4-7. Чем чище кремний тем он, как вы понимаете, дороже. Стоимость самой нарезки кремни на пластины также высока, т.к. это высоко технологичный процесс (как правило это бесконечные алмазные ленточные пилы). Но самым дорогим является чистый кремний, снижение себестоимости которого и приведет к снижению стоимости батарей и всеобщему экологическому счастью.
Solar cost 2
понедельник, 17 сентября 2007 г.
Solar cost 1
Монокристаллический кремний
В продолжение темы, высокая стоимость производства солнечных батарей обусловлена высокой ценой на солнечные элементы, которые, в свою очередь, дороги вследствие сложности производства исходного для них материала - монокристаллического кремния солнечного качества. Дефицит монокристаллического кремния огромен, а его стоимость доходит до 300 $ за 1 кг. Сегодня только нашел в сети предложение поставки болванок кремния за 267$ кг., при поставке от 50 кг в месяц. С любой стороны дело выгодное, особенно если построить фабрику по новой технологии, удешевляющей себестоимость конечного продукта.
Альпы
Экология и лес
суббота, 8 сентября 2007 г.
Солнечный ветер
пятница, 7 сентября 2007 г.
Мысль дня
Экологический бизнес - способ предпринимательской деятельности, приносящие доход и позволяющие жить в гармонии с Природой.
среда, 5 сентября 2007 г.
вторник, 4 сентября 2007 г.
HTC Touch
Наконец-то я купил себе смартфон। Долго я выбирал и вот остановился на топовой модельке от HTC. Элегантный тонкий корпус, ничего лишнего, очень функционален. Windows Mobile 6. Просто супер. К смартфону я сразу же взял небольшое устройство – GPS трансивер HOLUX GPSlim240 работающий по USB и Bluetooth, ловит 24 спутника, что вполне достаточно для точного определения координат. Отличный гаджет, уже внес в него весь контактный лист из Outlook, писать смс и письма е-майл одно удовольствие! Кстати, уже попробовал писать блоги на нем и отправлять их на сайт। Очень удобно!