Krzem

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Krzem
glin ← krzem → fosfor
Wygląd
szary
Krzem
Widmo emisyjne krzemu
Widmo emisyjne krzemu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. krzem, Si, 14
(łac. silicium)
Grupa, okres, blok 14, 3, p
Stopień utlenienia IV
Właściwości metaliczne półmetal
Właściwości tlenków amfoteryczne
Masa atomowa 28,084 – 28,086[a][2] u
Stan skupienia stały
Gęstość 2330 kg/m³
Temperatura topnienia 1414 °C
Temperatura wrzenia 2900 °C
Numer CAS 7440-21-3
PubChem 5461123[3]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik Hasło krzem w Wikisłowniku

Krzem (Si, łac. silicium) – pierwiastek chemiczny, z grupy półmetali w układzie okresowym. Izotopy stabilne krzemu to 28Si, 29Si i 30Si. Wartościowość: 4 (w większości związków), 5 i 6. Krzem (monokryształy krzemu) jest wykorzystywany powszechnie w przemyśle elektronicznym.

Krzem został zidentyfikowany jako pierwiastek przez Antoine Lavoisiera w 1787. Humphry Davy, w 1800 r. błędnie uznał, że krzem jest związkiem chemicznym i opinia ta przetrwała aż do 1824 r., kiedy to Jöns Jacob Berzelius otrzymał czysty krzem z krzemionki SiO2, przeprowadzając ją kwasem fluorowodorowym w SiF4 i redukując go potasem.

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Zawartość krzemu w zewnętrznych strefach Ziemi wynosi 26,95% wagowo. Jest drugim po tlenie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem. Krzemionka SiO2 w różnych odmianach polimorficznych (kwarc, trydymit, krystobalit) oraz krzemiany i glinokrzemiany stanowią większość skał tworzących skorupę ziemską. Od niego pochodzi nazwa pierwszej, zewnętrznej warstwy globu SiAl.

Przeciętna zawartość krzemu w glebie jest podobna jak w litosferze, ale w zależności od typu może być niższa niż 1% lub bliska 50%[4]. Zawartość w wodach podziemnych jest różna, w porównaniu z zawartością w skałach niska, gdyż związki krzemu są słabo rozpuszczalne, choć wystarczająca do uznania krzemu za makroelement. Największe stężenie rozpuszczonych związków krzemu występuje w wodach termalnych, gdzie przekracza 100, a nawet 600 mg/dm³, jednak średnia zawartość krzemionki rozpuszczonej w wodach podziemnych to kilkanaście mg/dm³[5]. Zawartość w tkankach roślinnych mieści się w zakresie od kliku setnych procenta suchej masy (np. w korzeniach buraka cukrowego), przez kilka dziesiętnych procenta (np. w pędach roślin motylkowatych), kilka procent (wiele zbóż), kilkanaście procent (np. w skrzypach), do 20% (w ryżu). W uproszczeniu w tkankach roślin jednoliściennych jest o rząd wielkości wyższa niż w dwuliściennych. Pewne ilości krzemu znajdują się też w organizmach zwierząt[4].

Związki[edytuj | edytuj kod]

Krzem, podobnie jak węgiel, tworzy łańcuchy krzem-krzem, krzem-tlen-krzem oraz krzem-azot-krzem. Istnieje dość liczna (około 300 000) grupa takich związków, jest ich jednak o wiele mniej niż związków węgla.

Ze względu na zdolność do tworzenia łańcuchów, krzem jest proponowany jako alternatywna wobec węgla podstawa życia.

Najważniejsze związki krzemu to krzemionka, będąca podstawowym składnikiem piasku i szkła, kwasy krzemowe H2nSimO2m+n, ich sole – krzemiany, które są składnikami szkła wodnego oraz chlorosilany i alkoksysilany podstawowe substraty do produkcji polisiloksanów i żeli krzemionkowych.

Znaczenie biologiczne krzemu[edytuj | edytuj kod]

Krzemionkowa okrywa okrzemki

Organizm ludzki potrzebuje 20-30 mg krzemu dziennie. Większej dawki wymagają kobiety w ciąży, osoby po operacjach kostnych oraz ludzie starsi, gdyż ilość tego pierwiastka w narządach maleje z wiekiem. Występuje przede wszystkim w tkance łącznej, z której zbudowane są ścięgna, błony śluzowe, ściany naczyń krwionośnych, zastawki serca, skóra i układ kostno-stawowy. Krzem usuwa z komórek substancje toksyczne, korzystnie wpływa na naczynia włosowate, uszczelniając je, zwiększa wytrzymałość tkanki kostnej, wzmacnia zdolność obronną organizmu przeciw zakażeniom, zapobiega przedwczesnemu starzeniu się. Usuwa podrażnienia i stany zapalne skóry, poprawiając jej ogólny wygląd i zapobiegając wiotczeniu, ogranicza wypadanie włosów, przyspiesza ich wzrost, wzmacnia paznokcie. Jest on również używany do budowy ścian komórkowych niektórych organizmów oraz stanowi centrum reaktywności kilkunastu enzymów, odpowiedzialnych za "przerób" krzemionki okrzemek i niektórych skorupiaków.

Krzem występuje w wielu roślinach, którym jest potrzebny do prawidłowego rozwoju, jednak nie udało się udowodnić, aby był niezbędny do rozwoju wszystkich gatunków. Zwykle jego obecność zwiększa odporność na agrofagi, zwłaszcza grzyby, które mają utrudnione wnikanie w tkanki roślin wysycone krzemionką. Podobnie w przypadku zwierząt, niezbędność krzemu wykazano dla gąbek krzemionkowych, ale mimo że występuje w ciałach wszystkich zwierząt, zwykle nie udowodniono dla nich jego niezbędności. U kręgowców występuje w większych ilościach we włosach i piórach (np. wełna owiec zawiera 0,02–0,08% SiO2). Krzem jest niezbędny dla rozwoju okrzemek i wykracza to poza rolę budulca ich skorupek[4].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Ze względu na naturalną zmienność zawartości izotopów, podany jest zakres wartości masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka.

Przypisy

  1. Krzem (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].
  2. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number (ang.). Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, IUPAC, 2013-09-24. [dostęp 2013-12-02].
  3. Krzem – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  4. 4,0 4,1 4,2 Tadeusz Lityński, Halina Jurkowska: Żyzność gleby i odżywianie się roślin. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1982, s. 420–429. ISBN 8301028874.
  5. Aleksandra Macioszczyk: Hydrogeochemia. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1987, s. 174-177, 184. ISBN 832200298.