Открыть сервисСервис

Кремний в природе и продуктах

Кремний (Si, лат. Silicium) — химический элемент 14 группы периодической таблицы, атомный номер 14, атомная масса 28,0855. В природе кремний — второй по распространённости элемент после кислорода, составляя около 27,7 % массы земной коры. В свободном виде в природе не встречается, только в соединениях — прежде всего в виде диоксида кремния (SiO₂) и силикатов.

Где содержится кремний в природе

Горные породы и минералы

Основная масса кремния заключена в земной коре. Кремний входит в состав практически всех распространённых горных пород:

  • Гранит — кислая магматическая порода, содержащая полевые шпаты и кварц; общее содержание SiO₂ в граните достигает 70 %.
  • Базальт — основная магматическая порода, SiO₂ составляет около 50 %.
  • Песчаник — осадочная порода, сложенная в основном зернами кварца (SiO₂).
  • Глина — продукт выветривания силикатных пород, содержит алюмосиликаты кремния.

Кремний образует свыше 1000 минералов, среди которых:

МинералФормулаПримечание
КварцSiO₂Один из самых распространённых минералов
Полевые шпатыKAlSi₃O₈ — NaAlSi₃O₈Группа алюмосиликатов
Оливин(Mg,Fe)₂SiO₄Силикат верхней мантии
ТалькMg₃Si₄O₁₀(OH)₂Мягкий минерал
Асбест (хризотил)Mg₃Si₂O₅(OH)₄Волокнистый силикат
Гранат(Fe,Mg,Ca,Al)₃(Al,Fe)₂(SiO₄)₃Группа минералов
ЦирконZrSiO₄Источник циркония

Месторождения

Крупнейшие разрабатываемые месторождения кремниевых руд и пиролитического кварца в России связаны с Кольским полуостровом, Уралом и Сибирью. Особое значение имеют кварциты — метаморфизованные песчаники, состоящие почти из чистого кварца.

Природные воды

Кремний в растворённой форме (в виде ортокремниевой кислоты H₄SiO₄) присутствует в природных водах. В морской воде концентрация кремния составляет около 3 мг/л. В пресных водах содержание кремния колеблется от 0,5 до 30 мг/л в зависимости от типа пород, через которые проходит вода. Минеральные источники, протекающие через силикатные породы, обогащены кремнием сильнее.

Кремний в живых организмах

Кремний — биогенный элемент. В живых организмах он содержится в виде кремнезёма и кремниевых кислот. Особенно значима его роль у растений: кремний укрепляет клеточные стенки, повышает устойчивость к полеганию и засухе. Злаки (рис, тростник, бамбук) накапливают кремний в виде аморфного SiO₂ в листьях и стеблях, иногда до 4 % сухой массы.

В организме человека кремний содержится в следовых количествах — около 0,001 % массы тела. Он присутствует в костной ткани, соединительной ткани, коже, волосах и ногтях. Кремний участвует в синтезе коллагена и эластина. Пищевые источники кремния — крупы, овощи (особенно свёкла, огурцы), морепродукты, пиво. Суточная потребность взрослого человека оценивается в 5–10 мг.

Кремний в промышленности

Металлургия и химия

Кремний в виде ферросилиция (сплава железа с кремнием, 15–90 % Si) применяется при производстве стали для раскисления и легирования. Чистый технический кремний (96–99 %) используется для производства силиконов — кремнийорганических полимеров, применяемых в промышленности, медицине и косметике.

Электроника

Высокочистый монокристаллический кремний (99,9999–99,9999999 %, «электронный кремний») — основной полупроводниковый материал современной электроники. Из него изготавливают подложки для микросхем, солнечные элементы, транзисторы и диоды. Россия производит электронный кремний на заводах в Зеленограде и Новосибирске.

Строительство

Кремнезёмные материалы широко используются в строительстве: кирпич, цемент (содержащий силикаты кальция), стекло, керамика, минеральная вата. Стекло — аморфный диоксид кремния с добавками.

Кремний в продуктах питания

Содержание кремния в продуктах (мг на 100 г):

ПродуктСодержание
Отруби пшеничные100–150
Гречневая крупа20–30
Рис10–20
Овсянка8–12
Огурцы5–7
Бананы4–5
Пиво (натуральное)2–10

Наиболее богаты кремнием пищевые добавки на основе диатомита (горного порошка из кремнистых водорослей) и хвоща полевого.

Интересные факты

  • Кремний — основа «кремниевой долины»: термин «кремний» (silicon) в названии появился в 1971 году от названия компании Silicon Valley.
  • Кремниевые чипы производятся из цилиндрических слитков (инготов) диаметром до 300 мм, выращенных методом Чохральского.
  • Космос: кремний — третий по распространённости элемент во Вселенной после водорода и гелия.

Источники

  • Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
  • Г. П. Баторов, В. Н. Дурнов. «Кремний в биосфере»
  • Ф. Лейпрандт. «Кремний: от камня до чипа»
  • Справочник «Химическая энциклопедия», т. 2
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru