Где содержится кремний в каких продуктах


таблица источников-лидеров, богатых по содержанию элемента

Кремний очень важен для человека. Он входит в состав костной системы. При дефиците этого биогенного элемента происходит сбой работы многих систем организма, возникают серьёзные проблемы со здоровьем.

Чтобы этого не произошло, нужно знать, из каких источников можно получить минерал.

Из нашей статьи вы узнаете, в каких продуктах питания содержится кремний, где его больше всего, в чем польза вещества для организма человека, а также найдете таблицу с источниками, содержащими элемент в большом количестве.

к оглавлению ↑

Влияние на организм человека

Большинство людей даже не догадываются, какую важную роль играет кремний в их жизни. А ведь это наше здоровье.

Достаточное его содержание в крови нормализует следующие аспекты жизнедеятельности человека:

  • Повышает сопротивляемость организма. Это налаженная работа нашего иммунитета. ОРВИ, инфаркт, диабет и другие заболевания отступают. Минерал сражается с болезнетворными бактериями и устраняет их.
  • Проявляет антиоксидантные свойства, предотвращает повреждения эпидермиса, замедляя старение. Это важно для нашей кожи, волос, ногтей.
  • Контролирует уровень холестерина, препятствует развитию атеросклероза.
  • Участвует в образовании соединительной ткани. Это очень важная функция. Кремний отвечает за процесс регенерации.
  • Предупреждает развитие дегенеративных процессов.
  • Укрепляет сосуды.
  • Помогает выводить токсичные вещества из организма.
  • Формирует костную ткань и отвечает за ее рост. При дефиците этого минерала костная система становится жесткой и хрупкой. А кости растут медленно.
  • Участвует в обмене веществ.

Но всему должна быть норма. Переизбыток элемента в организме также не ведет ни к чему хорошему.

Начинается активное отложение солей, что приводит к образованию камней в почках, болезням суставов и верхних дыхательных путей. Может проявиться силикоз – опасное заболевание легких (туберкулез) и даже онкология.

Нормальное содержание вещества в крови составляет приблизительно 1%. Это очень мало, поэтому нормализовать его концентрацию несложно.

к оглавлению ↑

Признаки дефицита

Кремний можно получить из разных источников. Самый простой – купить в аптеке. Но каждый день «кушать» таблетки нравится далеко не всем. Тогда в силу вступает второй вариант – продукты питания.

В сутки человеку требуется получать 20-30 миллиграммов этого минерала. При выполнении этой нормы люди ощущают себя бодрыми и энергичными, повышается настроение.

В продуктах кремния хватает, но даже при правильном полноценном питании иногда может образовываться дефицит. Его причины:

  • Переизбыток алюминия.
  • Хронические стрессы, депрессии.
  • Проблемы с регуляцией обмена веществ.
  • Долгое хранение пищи в алюминиевой посуде.
  • Недостаток клетчатки в организме.
  • Неправильный, скудный рацион питания.
  • Тяжелые физические нагрузки.
  • Активный рост организма.
  • Низкая кислотность желудочного сока.
  • Попадание в организм опасных бактерий и грибков.

Недостаток минерала можно определить по следующим признакам:

  • Ослабленный иммунитет. Часто проявляются болезни легких, ОРВИ.
  • Сухая проблемная кожа. Кремний отвечает за выработку эластина.
  • Ломкие, тусклые волосы.
  • Преждевременные морщины.
  • Плохое качество ногтей.
  • Плохое самочувствие.
  • Проявление грибковых заболеваний.
  • Повышенный холестерин в крови.
  • Быстрая утомляемость без особых причин.
  • Снижение аппетита.
  • Раздражительность, депрессия.
  • Хрупкость сосудов.
  • Чувствительность к переменам погоды.
  • Медленное заживление повреждений на коже.

Самый надежный показатель — спектральный анализ крови, который укажет на содержание кремния в крови. Если дефицит существует, следует пересмотреть свое меню и ввести в рацион больше продуктов с этим элементом.

к оглавлению ↑

Где находится больше всего

Кремний содержится практически во всех растительных культурах. А в каких растениях и продуктах содержится много кремния?

Лидирующие позиции по его концентрации занимают злаки и овощи. Орехи богаты элементом, особенно много его в фисташках и фундуке.

Кисломолочные продукты и творог также содержат большое количество этого вещества. Употребление фруктов и сухофруктов снабжают организм минералом.

В каких еще продуктах есть кремний: в некоторых мясных, куриных яйцах, дарах моря — его содержание там минимально и сильно не дотягивает до дневной нормы.

Список продуктов питания, богатых на содержание кремния, представлен в таблице ниже:

Название продуктаКол-во кремния (мг) на 100 гр. продукта
Рис без шлифовки1240
Ячмень (крупа)600
Кунжутные семечки199
Соя (бобы)177
Спаржевая фасоль98
Ананас93
Фасоль92
Репа91
Рожь (зерно)85
Дыня82
Чечевица80
Фисташки50
Овсянка (крупа)43
Зеленый горошек21

При термической обработке количество минерала сильно снижается. Если вы серьезно хотите заняться вопросом повышения концентрации вещества в организме, то учитывайте этот фактор.

к оглавлению ↑

Сочетаемое с несочетаемым: что мешает усваиваться

Часто от незнания, какие продукты можно сочетать, а какие — нет, человек приобретает разные заболевания. Тут даже врачи не всегда могут разобраться, чем они вызваны.

То, что мы едим в пищу, может вызвать дефицит кремния в организме. Поэтому следует тщательно продумывать свое меню.

Употребление только мясных блюд не способствует повышению концентрации минерала. В мясе содержание вещества незначительно, и оно практически не усваивается.

Мясная продукция способна блокировать нормальное усвоение элемента, содержащегося в злаковых культурах, овощах и зелени.

Следует быть предельно аккуратными с пищей, которая содержит алюминий (пшеница, горох). Переизбыток этого вещества сильно снижает усвояемость кремния и его содержание в крови.

к оглавлению ↑

Список рекомендаций

Кремний важен для человека. Поэтому, чтобы поддержать его баланс, придерживайтесь следующих рекомендаций и советов:

  • Термическая обработка продуктов с высоким содержанием кремния значительно уменьшает концентрацию данного элемента. Старайтесь питаться сырыми овощами и зеленью.
  • Учитесь правильно сочетать продукты.
  • Минерал прекрасно взаимодействует с витаминами А, С, Е. Наиболее полезно принимать в пищу злаки с цитрусами и зелеными овощами.
  • Ешьте много зелени, злаков и других продуктов с кремнием. Это поможет восполнить его недостаток.
  • Старайтесь меньше нервничать.
  • Добавьте в свою жизнь как можно больше положительных эмоций.
  • Не переусердствуйте с физическими нагрузками. Это может спровоцировать нехватку минерала в крови.
  • Укрепляйте иммунитет, закаляйтесь. Вы сохраните не только физическое здоровье, но и бодрость духа.
  • Ешьте фрукты, не очищая их от кожуры. Именно в ней — самые полезные вещества.
  • Следите за состоянием кожи, волос и ногтей. Их плохой вид может свидетельствовать о дефиците элемента.
  • Пейте очищенную воду, содержащую кремний.
  • Избавляйтесь от вредных привычек.
  • Ведите здоровый образ жизни.

Теперь вы знаете, какие продукты содержат кремний. Наше здоровье зависит от нас самих.

Выполняйте рекомендации, поддерживайте баланс кремния в организме, и положительный эффект не заставит себя долго ждать: общее самочувствие улучшится, волосы приобретут силу, а плохое и подавленное настроение отступит.

Вконтакте

Одноклассники

Facebook

Twitter

Мой мир

Фактов о кремнии, Символ, Открытие, Свойства, Обычное использование

Что такое кремний

Кремний (произношение SIL-ee-ken [2] ), представленный химическим символом или формулой Si [1] , представляет собой полупроводник [20] , принадлежащий к семейству углерода [23] . Может быть двух типов: аморфный порошок и твердый кристаллический вид. Встречающийся в природе Si представляет собой смесь трех стабильных изотопов с массовыми числами 28, 29 и 30 [1, 3] .Он не реагирует с воздухом при нагревании до 900 o C, так как очень тонкая пленка диоксида кремния на его поверхности предотвращает его дальнейшее окисление и делает его инертным по отношению к воде. Он реагирует с азотом и кислородом при температурах выше 1400 o C. Он также реагирует с кислотами и галогенами [5] .

Кремний символ

Где это находится

Металлоид - второй по распространенности элемент земли, составляющий 27,7% ее коры по массе. Обычно в природе встречается в виде оксида и силикатов [1] .Кремнезем (диоксид кремния) добывается в виде отложений песка и залежей или прожилок, поскольку элемент редко встречается в несоединенном состоянии [17] . Другими примерами его оксидов являются аметист, опал, агат и т.д., а его силикатные формы - полевой шпат, слюда, глина. Элемент серийно производится в электрических печах путем восстановления песка углеродом [1] . Его рафинирование или процесс очистки включает восстановление тетрахлорида кремния или трихлорсилана [34] . Поскольку на человеческом теле важно поддерживать здоровье костей и зубов, а также наращивать ногти, волосы и кожу, вы можете включить минерал в свой рацион в виде таких продуктов, как изюм, коричневый рис, стручковая фасоль и т. Д. [27] .

Кремниевое изображение

История

Происхождение названия: Название происходит от латинского «silic» или «silicis», что означает кремень, одна из его оксидов образует [1] .

Кто это открыл: Шведский химик Йенс Якоб Берцелиус [1, 2] .

Когда и где был обнаружен кремний: Он был обнаружен в 1824 году в Стокгольме, Швеция [1] .

Как это было обнаружено

Попытки восстановить кремнезем до его составляющих потерпели неудачу, в 1811 году французские химики Жозеф Гей Люссак и Луи Жак Тенар провели химическую реакцию тетрахлорида кремния с металлическим калием и получили кремний в очень нечистой форме.Однако настоящая заслуга в его открытии принадлежит Берцелиусу, который произвел кремний путем нагревания калия с фторосиликатом калия в 1824 году. Он удалил загрязнения силицидом калия, перемешивая продукт с водой, получив сравнительно чистый порошок кремния [1] .

Кремний

Идентификация кремния

Атомный номер 14 [1]
Номер CAS 7440-21-3 [1]
Позиция в таблице Менделеева Группа Период Блок
14 [1] 3 [1] п. [1]

Местоположение кремния в Периодической таблице

Свойства и характеристики кремния

Общая недвижимость

Атомная масса 28.085 атомных единиц массы [1]
Атомный вес 28.085 [1]
Массовое число 28 [15]
Молярная масса / молекулярная масса 28,085 г / моль [12]

Физические свойства

Цвет / внешний вид Серебристый [3]
Глянец Сине-серый металлик [1]
Текстура Жесткий [28]
Ковкость [6]
Пластичность [6]
Точка плавления / замерзания 1414 ° C, 2577 ° F [1]
Температура кипения 3265 ° C, 5909 ° F [1]
Плотность 2.3296 г см -3 [1]
Состояние вещества при комнатной температуре (нормальная фаза) Цельный [1]
Твердость (шкала Виккерса) 9630.1303 МПа [9]
Электропроводность 1000 См / м [7]
Теплопроводность 150 Вт / (м · К) [8]
Диэлектрическая постоянная / относительная диэлектрическая проницаемость 11.7 [18]
Удельная теплоемкость 0,7 Дж г -1o C -1 [18]
Удельное сопротивление 6,4 x 10 2 Ом-м [21]
Модуль Юнга 140-180 ГПа [26]
Прочность на разрыв 165-180 МПа [26]
Показатель преломления 3.9766 [38]

Химические свойства

Воспламеняемость Есть [10]
Степени окисления / ионный заряд +4, +2, -4 [2]

Атомные данные кремниевого элемента

Валентные электроны / валентность 4 [4]
Квантовые числа
- н 3 [4]
- 1 [4]
- м 0 [4]
- м с + ½ [4]
Электронная конфигурация (конфигурация благородного газа) [Ne] 3s 2 3p 2 [1]
Кристаллическая структура Алмаз [13]
Постоянная решетки 5.431 Å [18]
Атомная структура
- Количество электронов 14 [3]
- Количество нейтронов 14 [3]
- Количество протонов 14 [3]
Уровни энергии [3]
- Первый уровень энергии 2
- Второй уровень энергии 8
- Третий уровень энергии 4
Радиус атома
- Атомный радиус 2.10 Å [1]
- Ковалентный радиус 1,14 Å [1]
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,90 [1]
Сродство к электрону 134,068 кДж моль −1 [1]
Энергия ионизации

(кДжмоль -1 ) [1]

1-й 2-я 3-й 4-я 5-я 6-й 7-я
786.518 1577.134 3231,585 4355.523 16090.571 19805,55 23783,6

Кремниевая электронная конфигурация (модель Бора)

Кремниевая точечная структура Льюиса / электронно-точечная диаграмма

Кремний использует

  1. В электронных схемах полупроводник используется как проводник за счет легирования его примесями [11, 20]. Выпрямители с кремниевым управлением используются для переключения мощности в цепях постоянного и переменного тока высокого напряжения [14] .Он также используется в повседневных вещах, таких как транзисторы, диоды (включая фотодиоды), микрочипы, оптические модуляторы, матрицы, пластины, батареи, компьютерные микросхемы, гибридные кремниевые лазеры и кремниевый фотоумножитель, детектор излучения [17, 22, 32] .
  2. Аморфный кремний, его некристаллическая форма, используется в солнечных элементах и ​​панелях [16] .
  3. Большинство горных пород и гранита представляют собой сложные силикаты, используемые в проектах гражданского строительства [1] .
  4. Кремниевые добавки действуют как лекарства для лечения остеопороза, инсульта, сердечных заболеваний, выпадения волос и т.д. [19] .
  5. В качестве удобрений в сельском хозяйстве [25] .
  6. Песок используется в производстве строительных материалов и стекла [1] . Еще один оксид кварца используется при производстве часов [40] .
  7. Для повышения твердости и прочности стали и в технологии упаковки полупроводников [31, 39] .
  8. Кремниевые нанопроволоки находят применение в фотонных устройствах [33] .Кремниевые оптические волокна более энергоэффективны, чем стандартные [35] .
  9. Процесс изготовления кремния на изоляторе ускоряет работу переключателя [37] .

Изображение кремния

Это опасно

Элемент необходим для жизни растений, но его применение в клетках животных сомнительно. Хотя сам по себе он не ядовит и не опасен, некоторые силикаты, такие как асбест, канцерогены. У камнерезов, горняков и других рабочих, подвергающихся воздействию кремнистой пыли, может развиться серьезное заболевание легких, известное как силикоз [1] .

Вещи из кремния

Интересные факты

  • Кремниево-кристаллические графитовые батареи - отличная экологичная, более эффективная и дешевая альтернатива стандартным литий-ионным батареям [24] .
  • Кристалл
  • Si является анизотропным, что означает, что он проявляет разные свойства в разных направлениях по отношению к ориентации кристалла. Это делает его отличным инженерным материалом [29] .
  • Инновационная идея литий-ионных аккумуляторов с замененными анодами на кремниевое покрытие или нанотрубки для увеличения срока службы проходит испытания [30] .
  • Кремний может способствовать развитию возобновляемой энергии, согласно последнему исследованию [36] .

Как выглядит кремний

Кремний (Si-элемент) Стоимость

Чистый элемент оценивается в 5,4 доллара за каждые 100 граммов, а оптом он стоит 0,14 доллара за такое же количество [3] .

Список литературы

  1. http://www.rsc.org/periodic-table/element/14/silicon
  2. https://education.jlab.org/itselemental/ele014.html
  3. https://www.chemicool.com/elements/silicon.html
  4. http://chemistry-reference.com/q_elements.asp?Symbol=Si
  5. https://www.webelements.com/silicon/chemistry.html
  6. https://periodictable09.wikispaces.com/Group+14
  7. http://periodictable.com/Properties/A/ElectricalConductivity.an.html
  8. http://periodictable.com/Properties/A/ThermalConductivity.an.html
  9. http://periodictable.com/Properties/A/VickersHardness.v.log.html # Silicon.VickersHardness.note
  10. http://www.elementalmatter.info/silicon-properties.htm
  11. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/sili.html
  12. https://www.webqc.org/molecular-weight-of-Si.html
  13. https://www.webelements.com/silicon/crystal_structure.html
  14. https://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/thyristor/thyristor.php
  15. http://www.elementalmatter.info/mass-numbers.htm
  16. http: //www.solar-facts-and-advice.ru / amorphous-Silicone.html
  17. http://www.mine-engineer.com/mining/mineral/silicon.htm
  18. http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/basic.html
  19. https://www.medicinenet.com/silicon/supplements-vitamins.htm
  20. https://electronics.howstuffworks.com/diode1.htm
  21. https://www.radio-electronics.com/info/formulae/resistance/resistivity-table.php
  22. https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=865
  23. https://www.britannica.com/science/silicon
  24. http: // www.electric-bikes.com/betterbikes/silicon.html
  25. http://blog.agrivi.com/post/benefits-of-silicon-on-plant-growth
  26. https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=599
  27. https://www.livestrong.com/article/170903-what-food-is-silicon-found-in/
  28. https://answers.yahoo.com/question/index?qid=20100120174641AAaMChS
  29. http://micromachine.stanford.edu/~hopcroft/Publications/Hopcroft_E_Si_v1p1.pdf
  30. https://www.techopedia.com/definition/30500/silicon-anode-battery
  31. https: // www.leonghuat.com/articles/elements.htm
  32. http://www.photonics.intec.ugent.be/download/pub_2704.pdf
  33. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn101076t
  34. http://www.madehow.com/Volume-6/Silicon.html
  35. https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2008/siliconopticalfiber/
  36. https://climatenewsnetwork.net/silicon-renewable-energy-revolution/
  37. http://www.bitsonchips.com/wp-content/uploads/2017/07/ref20.pdf
  38. https: // refractiveindex.info /? полка = main & book = Si & page = Aspnes
  39. https://anysilicon.com/semiconductor-packaging-history-trends/
  40. https://www.minerals.net/mineral/quartz.aspx
.

Что такое кремний? (с картинками)

Кремний - неметаллический элемент, который можно найти во Вселенной в изобилии. Наряду с различными соединениями он используется в широком спектре промышленных применений, включая металлические сплавы, электрические схемы, мыло и стекло. Вероятно, он наиболее известен своим использованием в компьютерных микросхемах и дал свое название Силиконовой долине, центру технологической индустрии в Соединенных Штатах.

Кремний соединяется с кислородом и принимает форму песка.

Этот элемент был впервые выделен в 1824 году шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом. В чистом виде он имеет кристаллическую структуру и занимает 14 место в таблице Менделеева, где записывается как Si. Кремний чаще появляется в виде соединения, такого как кремнезем (SiO2), где он соединяется с кислородом, который обычно принимает форму песка. Соединения можно обрабатывать для высвобождения связанного кремния или использовать в исходном виде, чтобы воспользоваться уникальными свойствами соединения.Карбид кремния (SiC), например, имеет твердость, которая не уступает алмазу.

Возможно, самое известное применение кремния - это компьютерные микросхемы.

Когда кремний смешивают с другими элементами, это соединение часто называют силикатом.Силикаты чрезвычайно распространены и используются в широком спектре промышленных процессов. Их можно нагревать или обрабатывать другими химическими соединениями для высвобождения кремния или связывания с другими материалами для различных целей. При легировании металлом этот элемент увеличивает прочность и твердость металла. Большинство отраслей промышленности используют силикаты в своей продукции, чтобы сделать ее более прочной и долговечной. Этот элемент также обычно используется в качестве основного материала для герметиков, герметиков и некоторых типов синтетических масел.

Кремний используется во многих сферах, от солнечных батарей до мыла.

Некоторые потребители путают чистый элемент с силиконом, который представляет собой химическое соединение.Силикон содержит кремний и обладает многими его минеральными свойствами. Компаунд используется в мыле и медицинских имплантатах, изоляторах и синтетических материалах. Принадлежности для выпечки с антипригарным покрытием, герметики и экраны для электрических компонентов также изготавливаются из силикона, который отличается высокой прочностью и гибкостью.

Силикон используется во многих приложениях, например, при приготовлении формы для выпечки.

Изобилие кремния и бесчисленное множество его применений делают его часто добываемым элементом. Производство исчисляется сотнями тонн во всем мире, причем большую часть составляют такие страны, как Китай и США. Элемент вывозится в чистом виде для производства, а также продается в виде готовой товарной продукции. Производители постоянно ищут новые способы применения этого обильного и дешевого элемента, и ожидается, что рост его продаж будет продолжаться бесконечно.

Кремний занимает 14 место в таблице Менделеева. .

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Маленькие крупинки кремния, потому что он был раздавлен. Это не тот кремний, который используется в компьютерах. Тонкий срез большого кристалла кремния, очень гладкий. Этот тип кремния можно использовать в компьютерах, потому что он очень чистый.

Кремний - химический элемент. Его атомный номер 14 в периодической таблице. Его символ - Si . Это твердое, хрупкое кристаллическое вещество. Это четырехвалентный металлоид и полупроводник.Он является членом 14 группы периодической таблицы Менделеева.

Кремний выглядит как металл, но не делает все, что делает металл, например, очень легко проводит электричество. Кремний широко используется в современных компьютерах и практически во всех электронных устройствах. Германий также можно использовать в компьютерах, но кремний найти легче.

Кремния на Земле много. На пляже кремний в виде песка. Песок - это соединение кремния, известное как диоксид кремния или кремнезем.Стекло получают путем нагревания песка (или диоксида кремния) до достаточно горячего состояния. [1] Стекло может иметь разные цвета за счет добавления цветных составов. Кремний также составляет множество различных горных пород и минералов, известных как силикаты.

Кремний - это полупроводник, который широко используется в компьютерах. Сверхчистый изотоп кремния кремний-28 теперь можно сделать в 40 раз более чистым, чем раньше. Это очень важно для следующего большого развития компьютеров. Он хранит «кубиты» в атомах другого элемента, например фосфора, встроенных в крошечный слой сверхчистого кремния-28.Эти кубиты могут одновременно кодировать единицу и ноль для невероятно быстрых и сложных вычислений. [2]

  1. «Машины для дробления стекла». www.qcr.co.uk. Дата обращения 24 мая 2016.
  2. ↑ Webb, Jonathan 2014. Силикон «чище, чем чистый» решает проблему квантовой технологии. BBC News Наука и окружающая среда [1]
.

Что такое кремний и почему из него делают компьютерные микросхемы?

Это может показаться глупым вопросом, на который можно ответить всего несколькими короткими словами: Кремний - 14-й элемент в Периодической таблице. Это одна из фундаментальных составляющих Вселенной, на один протон тяжелее алюминия, на один протон легче фосфора.Тем не менее, кремний, в большей степени, чем любой другой элемент, слишком часто встречается на таких сайтах, как ExtremeTech - это основной компонент строительных материалов, из которых состоит ваш дом, это основа всех современных компьютерных процессоров, и это даже самый главный компонент. вероятный кандидат в основу внеземной жизни, не связанной с углеродом. Что именно делает кремний таким особенным?

Ну много чего.

Кремний как строительный блок

Главной отличительной особенностью кремния является то, что, попросту говоря, его чертовски много.После кислорода это второй по распространенности элемент в земной коре, но не стоит ожидать, что он просто валяется где-то поблизости. Кремний почти никогда не встречается в природе в чистом виде и практически всегда входит в состав других элементов. Чаще всего это силикат (SiO 4 , или один атом кремния, связанный с четырьмя атомами кислорода) и кремнезем (SiO 2 , или один атом кремния, связанный с двумя атомами кислорода). Кремнезем в грубой и сильно загрязненной форме является основным компонентом песка.Полевой шпат, гранит, кварц и многое другое основаны на кремний-кислородных соединениях.

Смешайте это с водой и гравием, и вы получите бетон.

Соединения кремния обладают широким спектром полезных свойств, в основном потому, что они могут очень прочно связывать другие атомы в сложной структуре. Различные силикаты, такие как силикат кальция, являются основным компонентом портландцемента, основным связующим веществом в бетоне, растворе и даже штукатурке. Некоторые материалы, богатые силикатами, можно нагреть для получения закаленной керамики, например фарфора, в то время как другие будут плавиться, образуя основную в мире форму стекла - натриево-известково-известковое стекло.Кремний также может быть полезен в качестве следовой добавки к другим веществам, таким как чугун, в котором используются и углерод, и кремний, чтобы сделать железо более эластичным и менее хрупким.

И да, силикон также является основным структурным компонентом синтетического силикона, но не путайте их: если бы это действительно была Силиконовая долина, мир технологий был бы совсем другим местом, чем мы видим сегодня.

Кремний как компьютерная микросхема

При выборе элемента для использования в качестве основы компьютерного транзистора ключевым словом является сопротивление.Проводники имеют низкое сопротивление и очень легко пропускают электрический ток, в то время как изоляторы имеют (предсказуемо) высокое сопротивление и замедляют или блокируют поток электронов. Для транзистора, который должен иметь возможность включаться и выключаться по желанию, нам потребуется полупроводник , вещество с сопротивлением между проводником и изолятором. Лучшие полупроводники для промышленности можно обрабатывать широким спектром «легирующих добавок» для точной регулировки их сопротивления по мере необходимости.

Чистый кристалл кремния, называемый слитком.

Кремний - не единственное полупроводниковое вещество на Земле, это даже не лучший полупроводник на Земле. Что это такое, на сегодняшний день это самый распространенный полупроводник на Земле. Кремний легко доступен во всем мире; вам не нужно импортировать его из специальных африканских рудников или месяцами проводить дорогостоящую и загрязняющую обработку, чтобы получить немного. С ним легко работать, и, что наиболее важно, ученые придумали надежные способы выращивания его в идеально упорядоченные кристаллы. Эти кристаллы относятся к кремнию, как алмаз к углероду.

Выращивание огромных, почти идеальных кристаллов кремния - один из основных навыков в производстве современных компьютерных микросхем. Затем эти кристаллы нарезают на тонкие пластины, затем гравируют, обрабатывают и обрабатывают иногда сотнями различных способов, прежде чем нарезать кубиками на отдельную головку и упаковывать в коммерческие процессоры. Можно сделать превосходные транзисторы из таких вещей, как углерод, и даже из более экзотических материалов, таких как германий, но ни один из них не позволяет производить крупный кристалл, который позволяет массовое производство кремния - по крайней мере, пока.

Прямо сейчас кристаллы кремния (называемые «слитками») производятся в цилиндрах диаметром 300 мм, но исследования быстро приближаются к порогу 450 мм. Это должно помочь снизить производственные затраты и, таким образом, позволить продолжать расти, по крайней мере, еще на десять лет или около того. После того? Возможно, наконец, не останется другого выбора, кроме как отказаться от кремния в пользу чего-то менее распространенного и простого в работе - хорошие новости для скорости обработки, но почти наверняка плохие новости для вашего кошелька.

Кремний как инопланетная жизнь

Фразу «жизнь на основе углерода» часто используют, но что она на самом деле означает? Это означает, что основные структурные молекулы, из которых состоят наши тела (белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жирные кислоты и т. Д.), Построены на каркасах из атомов углерода.Это потому, что углерод обладает замечательным свойством быть «четырехвалентным». Кислород может образовывать только две стабильные химические связи одновременно (таким образом, приводя к воде, или H 2 O), а азот только три (таким образом, приводя к аммиаку, или NH 3 ), но углерод может стабильно удерживать до четырех разные атомы сразу (давая нам метан, или CH 4 ). Тетравалентность - мощная основа для создания молекул, которые одновременно являются сильными и геометрически сложными, и этот дуэт химических свойств позволил эволюции всей жизни, известной в настоящее время во Вселенной.

Орта из Star Trek предположительно основана на кремнии.

Тем не менее, если мы знаем, как устроена Периодическая таблица, мы знаем, что элементы в вертикальном столбце имеют аналогичные химические свойства - а прямо под углеродом находится кремний. Вот почему авторы научной фантастики потратили так много времени и чернил на идею жизни на основе кремния; Сам по себе четырехвалентный кремний является наиболее вероятным альтернативным структурным элементом в совершенно новых формах жизни. Кремний также может прочно связываться с другими атомами кремния (точно так же, как углерод с углеродом) и, таким образом, может дважды фиксировать определенные конформации на месте.Предполагается, что оба они имеют решающее значение для развития жизни.

Конечно, поскольку кремния на Земле гораздо больше, чем углерода, должна быть причина, по которой мы являемся органическими (на основе углерода), а не на основе кремния - и эта причина возвращается к Периодической таблице. Не вдаваясь в подробности, элементы, расположенные ниже по вертикали в Периодической таблице, имеют более тяжелые ядра и более крупные электронные оболочки; Кремний физически больше и тяжелее углерода, что делает его менее подходящим для сверхтонких задач, таких как, например, рекомбинантная ДНК.Кремний также менее реакционноспособен, чем углерод, а это означает, что жизнь на основе кремния может быть менее химически разнообразной или потребовать гораздо более широкого набора кремниевых ферментов, запускающих реакцию, для создания химически менее желательных соединений.

Тот факт, что вся жизнь на Земле является органической, несмотря на то, что количество атомов кремния на планете превышает количество атомов углерода почти в тысячу раз, может указывать на то, насколько вероятно, что это произойдет где-нибудь в другом месте Вселенной. Здесь много видов, которые в той или иной степени используют кремний, но ни один из них не использует его в качестве структурного элемента ДНК.Жизнь на основе кремния, безусловно, возможна, но если она действительно существует, велика вероятность, что она никогда не сможет развиться до уровня сложности, который углерод позволяет прямо здесь, дома.

Кремний и вы

Кремний будет постоянно появляться в вашей ленте новостей еще долгие годы. Несмотря на то, что некоторые смотрят на углерод и другие элементы, не являющиеся кремниевыми, как на платформу для вычислений следующего поколения, что будет необходимо, если мы хотим продолжить экспоненциальную историческую тенденцию в области вычислительной мощности, кремний остается предпочтительным веществом во многих областях.Найдем ли мы новые захватывающие способы контролировать обращение с электронами? Возможно. Найдем ли мы, что он лежит в основе всей жизни во Вселенной, кроме той, которая развивалась на Земле? Наверное, нет, хотя возможно. По крайней мере, мы не собираемся отказываться от его использования в качестве строительного материала, поскольку соединения кремния являются основой породы, составляющей подавляющую часть земной коры.

Возможно, мы собираемся оставить кремний позади, но 20 лет назад это было не менее возможно.По всей вероятности, он будет и дальше оставаться одним из наиболее важных факторов в процессе освоения человеком физического мира.

.

Смотрите также