Наверное, все понимают, что в задаче разведения огня зажигалки и спички — наше всё. Думаю, только самый упёртый ожидальщик зомбиапокалипсиса или угрюмый схимник-земляночник в лаптях и бекеше принципиально будет мучить своё толстое и длинное ферроцериевое огиво, когда можно просто чиркнуть и получить сразу огонь. Это-же так удобно.
Но!
Умение разводить огонь альтернативными методами может иной раз пригодится в жизни походников, охотников и просто, по неудачному стечению обстоятельств, застрявших не в то время не в том месте граждан.
В списке альтернативных средств для всё равно добывания огня, даже при отсутствии спичек/зажигалок, что у нас обычно сразу приходит на ум?
Ну, правильно — всё те-же ферроцериевые огнива, нашедшие много поклонников в последние годы, а так-же разные лупы, «пистоны», зеркала, «индейские скрипки» и кресала раритетного образца или по их мотивам напильничные их заменители.
Более экзотические способы, типа катания презервативов в пепле и марганцовке с глицерином между двух батареек, завернутых в фольгу от жвачки, оставим для реальных пацанов.
А сегодня у меня есть благая весть для тех, кто подумывает или уже освоил способ добычи огня посредством железки и камня.
Дело в том, что почти на каждом занятии по Базовым Навыкам (в простонародье именуемыми надрывно-пафосным глаголом «выжывание»), когда мы говорим об этом методе, обязательно находится пытливый курсант, который задаст резонный вопрос:
«Ну, хорошо, предположим, что всё так. Есть у нас с собой ножик с подходящей сталью или, как вы говорите, «где топор — там и напильник». Звучит разумно. Но ведь нужен еще и камень! Камень-то тогда получается, надо с собой таскать? Ну, а как? — Он с неба-то не упадёт в самый нужный момент! А если заранее с собой класть и таскать камень, то может быть проще вместо него всё-таки пару зажигалок бросить или спички в герметичном пенале? А? Ну, как-то логичнее, согласитесь…»
И дальше обязательно начинается каверзный допрос с пристрастием на тему: «Кто когда последний раз в своей жизни видел валяющийся под ногами в нужном месте кремень? И кто этот кремень видел в ….. (Ага, меня поймали!!!) … зимнем лесу?!!».
Вот как раз об этом тема сегодняшнего поста:
Как в заснеженном лесу найти кремень для добычи огня
Кремни для такого экстренного случая вполне можно найти в зимнем лесу, заваленном глубоким снегом. Для этого не понадобится навык лозоходства или весёлая собака-кремнеройка. Природа, как обычно, обо всём для нас позаботилась и выкладывает «на тарелочке с голубой каёмочкой». Только разуй очи и бери. Ну и голову не выключай.
Где мы можем найти такой кремень? На (если это ж.д. насыпь, к примеру, карьер или берег реки или ручья), или В земле. В лесу мы, скорее, можем рассчитывать только на второй вариант. По крайней мере, в лесах средней полосы. Однако, в земле и летом-то искать занятие нетривиальное, а зимой нам еще ту землю надо где-то найти. Не перекапывать же сугробы в надежде, что под снегом дороемся до заждавшегося нас камешка. Или не дороемся.
Но мы и не будем ничего копать. А что будем делать?
Смотрите фотографии и видео.
Кстати, фото и видео сделаны в разных местах, отстоящих друг от друга в нескольких сотнях метров. Т.е. немного утрируя, в лесах это получается «на каждом шагу».
Означает ли это, что в любом лесу и в любом таком месте вам гарантирован подходящий кремень или даже хоть какой-нибудь вообще? Конечно нет. Гарантии, как сказал незабвенный О. Бендер, даёт только страховой полис. Ну, а нам остается уповать на свои знания, навыки, наблюдательность и, конечно, везение. Куда-ж без него!
Всем удачи и неубиваемого оптимизма!
Как найти кремний в природе
КАК ПОДДЕРЖАТЬ УРОВЕНЬ И СОДЕРЖАНИЕ КРЕМНИЯ В ОРГАНИЗМЕ?
Очень хорошим подспорьем для каждого будет кремниевая вода, приготовленная просто методом обычного настаивания на природном материале.
Собрать более мелкие камни, чтобы поверхность соприкосновения кремния с водой была возможно большей.
Воду постоянно сливают и используют для клизмы. Нижний слой воды 3-4 см выбрасывают. Обычно настаивание длится 2-3 дня. Настаивать кремниевую воду можно при комнатной температуре. Лучше всего в эмалированной посуде с крышкой. Для приготовления пищи и промывной воды для клизмы настаивают воду 2 дня. Для лечения 5-7 дней.
Каждый раз после сливания воды ведро и кремний промывайте проточной водой.
Черный камень практически нерасходуемый природный материал. Он будет «работать», не требуя замены, отдыха и регенерации для вас, и ваших детей.
«Черный сланец»
Это черные листы кремня, полученные при расслоении скальной породы. Происхождение органогенное. При минералогическом исследовании установлен высокий процент содержания кремния около 50 %. При настаивании в течение суток черный сланец дает высокий процент перехода окислов кремния в воду, выше, чем любая известная минеральная вода. Кремниевую воду можно использовать для питья, приготовления пищи, умывания, компрессов, полоскания горла и т. д.
Потребление кремниевой воды зависит от потребности каждого человека.
Кремниевую воду обязательно сливайте с камешков и только тогда используйте для приготовления пищи.
Камни не кипятите. Все свои целебные для человека качества кремниевая вода сохраняет неопределенно долго. Хранить ее лучше всего при комнатной температуре в закрытой посуде. Водные растворы целебных трав и сборов на кремниевой воде значительно более эффективны, чем на обычной водопроводной.
Кремниевую воду применяют при домашнем консервировании с целью улучшения качества продуктов.
Срезанные цветы и зелень дольше сохраняют свежесть в кремниевой воде.
КАК НАЙТИ КРЕМНИЙ (SI) В ПРИРОДЕ
Чтобы не ошибиться в выборе, проверьте его, ударив стальным предметом как бы вскользь. Если искры сыплются, значит, кремень.
Из более чем семисот его разновидностей для лечения годится только опалово-халцедоновый. Если его расколоть, внутренняя сторона будет темно-серой или черной (из-за магния), матовой. Можно взять и красновато-черный камень, в котором есть железо.
Эту информацию нам прислал В.Кирсанов
Как найти кремний в природе
Отыскать кремень в природе легко. Его очень много среди морской или речной гальки. А чтобы не ошибиться в выборе, проверьте его, ударив стальным предметом как бы вскользь. Если искры сыплются, значит, кремень. Из более чем семисот его разновидностей для лечения годится только опалово–халцедоновый. Если его расколоть, внутренняя сторона будет темно–серой или черной (из–за магния), матовой. Можно взять и красновато–черный камень, в котором есть железо.
Кремневая вода сочетает в себе вкус и свежесть родниковой, чистоту и структуру талой и бактерицидные свойства серебряной воды.
Если рядом с постелью больного поставить емкость с водой, в которой лежит кремень, воздух станет чище и здоровее.
Кремний – темносерое, блестящее кристаллическое вещество, хрупкое и очень твердое, кристаллизуется в решетке алмаза. Это типичный полупроводник (проводит электричество лучше, чем изолятор типа каучука, и хуже проводника – меди). При высокой температуре кремний весьма реакционноспособен и взаимодействует с большинством элементов, образуя силициды, например силицид магния Mg2Si, и другие соединения, например SiO2 (диоксид кремния), SiF4(тетрафторид кремния) и SiC (карбид кремния, карборунд). Кремний растворяется в горячем растворе щелочи с выделением водорода: Si + NaOH ® Na4SiO4 + 2H2.
Кремень найти очень просто. Он похож на сильно застывший, пластилин или мыло. Возможные разноцветные полоски и вкрапления еще больше усиливают сходство кремня с пластилином и с цветными обмылками. Цвет кремня может быть любым. Словом кремень обозначают более семисот видов камней с химической формулой SiO2, да еще каждый вид кремней может иметь с десяток и более подвидов. И у каждого вида, и подвида свое собственное название. Встречаются полупрозрачные и даже прозрачные разновидности кремня. От яркости и насыщенности цвета или от сочетания различных по цветовой гамме полос и всевозможных вкраплений зависит реальная стоимость и спектр применения. От абразивного сырья и поделочных камней, до полудрагоценных и драгоценных. И все это виды и разновидности одного и того же камня. Чего стоят только названия разновидностей кремней: полосатый, портретный, пейзажный, рисунчатый… Так называют кремни художники камнерезы. У геологов свои названия различных видов кремней. Может быть в форме кристаллов и кристалических друз, тоже разного цвета и прозрачности. А обычно в аморфно-кристалической форме, однотонного цвета и не особо ярки. 
Тонкая сколотая пластинка кремня на Солнце может просвечивать. Острым сколом кремень режет (уверенно царапает) стекло и при ударе вскользь поперек острия скола стальной пластинкой дает искру. Искр немного, но каждая длинная, яркая и летит по кривой траектории. Чем крупнее голыш кремня, тем реже попадается. Хотя где как, все может быть. Берите стеклянную бутылку (с пивом) или осколок стекла, обломок крупного напильника и идите на ближайший пляж или жд пути. А еще проще сходить на ближайшую стройку, ЖБИ, в речной порт, туда где есть гравий или ПГС (Песчано Гравийная Смесь) и можно покопаться в этой куче гравия. Начните с поиска мелких обломков кремня. Они самые износоустойчивые и чаще всего встречаются. В прибойной линии только кремни выдерживают, все остальные породы камней быстро превращаются в муку и пыль. Гравий добываемый на реках тоже в основном состоит из кремневой гальки и песка. Кстати, заодно наверняка найдете осколки окаменевшего дерева, кораллов, моллюсков и прочих представителей флоры и фауны доисторических времен. А если очень повезет, то и настоящие кремневые наконечники стрел и копий… 
Есть еще очень близкие «родственники» у кремня под
названием «Кварцит(ы) и Роговик(и)». Состав, твердость и плотность почти как у
кремня. Но кварцит(ы), так сказать, немного не дотянули по качеству до
полноценных кремней. Крупнее микрозерна и более грубый вид. А роговики наоборот
перетянули и иные виды считаются драгоценными камнями.
Теперь конкретно. Если стекло царапает камень, то это не кремень. Если видите камень похожий на засохшую кашу, то это скорее всего гранит и тоже не кремень. Долго ходить, скорее всего, не придется, Ваша душа сама подскажет какой камень самый родной и теплый, это и будет кремень. Человек так долго пользовался этим камнем кремнем, что любой из нас знает этот камень на генном уровне. Желаю Удачи! 
На верхнем фото обычные, стандартные образцы кремня взятые из ближайшей кучи строительного гравия. Видны разноцветные однотонные и многоцветные со всевозможными вкраплениями. Камни специально не мочил перед съемкой, чтоб показать естественный цвет. Мокрые (или полированные) смотрятся намного интересней.
————————————————————————
—————————————————————————
Как изготовить простейшие поделки из кремня рассказано в моих статьях:
Нож из камня https://www.chitalnya.ru/work/760559/
Кремневый наконечник https://www.chitalnya.ru/work/784928/
В каких материях присутствует кремний, и как его добывают?
После кислорода кремний занимает второе почётное место в природе по
своей распространённости. По сравнению с прочими атомами, процентное
содержание этого химического элемента в составе земной коры
приравнивается практически к 30%. Если быть более точными, то данная
цифра составляет 29,5%. Кремний и углерод считаются особыми
веществами, которые, соединяясь с друг с другом, обретают способность
образовывать цепи.
По этой причине относительно первого элемента известно свыше четырёх
сотен природных минералов, в составе которых он присутствует. Для пущей
конкретики, ниже приведём некоторые вариации материй, где наблюдается
содержание кремния.
Итак, вот они:
1 В участках горных систем, в частности, залежах горных пород.
2 В человеческом организме и организме сухопутных (наземных)
животных.
3 В глубинных слоях почвы.
4 В организме обитателей морских глубин и представителей
растительного мира.
5 На дне океанов, морей и водоёмов.
Также уместно будет обозначить ряд самых популярных горных пород и
минералов, в чьём составе в значительных объёмах имеется кремний.
Несмотря на правила науки, изучающей химические элементы и их
соединения, которые гласят о том, что в породах и минералах массовое
содержание кремния не превышает 75%, конкретная цифра всё же находится
в зависимости от вида материала.
Итак, этот хрупкий элемент светло-серого окраса с явным металлическим
оттенком содержится в песчанике, халцедоне, слюде, глине, силикате,
полевом шпате, опале, алюминосиликате, амфиболе и пр.
Кремний, накапливаясь в наружных скелетах разнообразных морских
животных, а также их панцирях, с течением времени образовывает
внушительные, массивные залежи кремнезёма, который оседает на дне
водоёма. Он является одним из природных источников указанного элемента.
Добыча кремния в чистом виде – мероприятие довольно затратное с
экономической точки зрения. При этом, благодаря его свойствам, любой из
применимых методов получения способен дать на 90-99% чистый продукт.
Однако углероды и металлы, как основные примеси, всё же остаются. Ввиду
всего этого, осуществить получение данного вещества – мало, его еще
требуется максимально тщательно очистить, дабы удалить все посторонние
элементы.
Так или иначе, а производится кремний по двум основным технологиям:
1 Первый и наиболее распространённый метод подразумевает спекание
массы из расплавленного песка в совокупности с коксом, которое
протекает в термических печных установках.
2 Суть второго способа заключается в получении кремния из белого
песка. В условиях прокаливания этого чистого оксида кремния (SiO2) с
магнием или иным активным металлом, образуется свободный элемент
в виде аморфной модификации. Обозначенная методика, как правило,
гарантирует высокую «чистоту», то есть, выход продукта – 99%.
Введение
Кремний — восьмой элемент по массе но очень редко
встречается в природе в чистом виде. В основном кремний можно найти в
кремнеземах и песке в форме силикатов (диоксид кремния). Более 90 %
земной коры состоит из минеральных силикатов что делает кремний вторым по
распространенности элементом в земной коре после кислорода (O2).
История открытия
С природными
соединениями кремния человек знаком еще с древнейших времен. Им были известны
такие минералы как кварц или горный хрусталь, а также халцедон, топаз, оникс
(все эти минералы есть ни что иное как окрашенный кварц). Основу всех этих минералов
составляет оксид кремния, или кремнезём. Разложить кремнезём на кремний и
кислород не представлялось возможным. Это соединение очень тугоплавкое,
необходимо нагреть до температуры выше 1500 градусов Цельсия. Предпринимались
попытки получить кремний взаимодействием с другими веществами. Например,
Берцеллиус нагревал кремнезём вместе с порошком из железа и углеродом. Но
получался сплав ферросицилий.
И лишь только в
1823 году был получен чистый кремний, имеется в виду свободный. Изучая
соединения плавиковой кислоты Сент Клер-Девилль, в том числе и тетрафторид
кремния SiF4,он провел опыт с калием и получил аморфный кремний.
Характеристика
элемента
В соответствии с
положением Кремния в периодической системе Менделеева 14 электронов атома
Кремния распределены по трем оболочкам: в первой (от ядра) 2 электрона, во
второй 8, в третьей (валентной) 4; конфигурация электронной оболочки 1s22s22p63s23p2.
Последовательные потенциалы ионизации (эв): 8,149; 16,34; 33,46 и 45,13.
Атомный радиус 1,ЗЗÅ, ковалентный радиус 1,17Å, ионные радиусы Si4+
0,39Å, Si4- 1,98Å.
Тип химического элемента — неметалл, p-элемент.
Высший оксид SiO2 — кислотный
Высший гидроксид H2SiO3 — кислота
Максимальная степень окисления равна +4, минимальная — 4.
Химические свойства
В соединениях
Кремний (аналогично углероду) 4-валентен. Однако, в отличие от углерода,
Кремний наряду с координационным числом 4 проявляет координационное число 6,
что объясняется большим объемом его атома (примером таких соединений являются
кремнефториды, содержащие группу [SiF6]2-).
Химическая связь
атома Кремния с другими атомами осуществляется обычно за счет гибридных sр3-орбиталей,
но возможно также вовлечение двух из его пяти (вакантных) 3d-орбиталей,
особенно когда Кремний является шестикоординационным. Обладая малой величиной
электроотрицательности, равной 1,8 (против 2,5 у углерода; 3,0 у азота и т.
д.), Кремний в соединениях с неметаллами электроположителен, и эти соединения
носят полярный характер. Большая энергия связи с кислородом Si — О, равная 464
кДж/молъ (111 ккал/молъ), обусловливает стойкость его кислородных соединений
(SiO2 и силикатов). Энергия связи Si — Si мала, 176 кДж/молъ (42
ккал/моль); в отличие от углерода, для Кремния не характерно образование
длинных цепей и двойной связи между атомами Si. На воздухе Кремний благодаря
образованию защитной оксидной пленки устойчив даже при повышенных температурах.
В кислороде окисляется начиная с 400 °С, образуя оксид кремния (IV) SiO2.
Известен также оксид кремния (II) SiO, устойчивый при высоких температурах в
виде газа; в результате резкого охлаждения может быть получен твердый продукт,
легко разлагающийся на тонкую смесь Si и SiO2. Кремний устойчив к
кислотам и растворяется только в смеси азотной и фтористоводородной кислот;
легко растворяется в горячих растворах щелочей с выделением водорода. Кремний
реагирует с фтором при комнатной температуре, с остальными галогенами — при
нагревании с образованием соединений общей формулы SiX4. Водород
непосредственно не реагирует с Кремнием, и кремневодороды (силаны) получают
разложением силицидов (см. ниже). Известны кремневодороды от SiH4 до
Si8H18 (по составу аналогичны предельным углеводородам).
Кремний образует 2 группы кислородсодержащих силанов — силоксаны и силоксены. С
азотом Кремний реагирует при температуре выше 1000 °С, Важное практическое
значение имеет нитрид Si3N4, не окисляющийся на воздухе
даже при 1200 °С, стойкий по отношению к кислотам (кроме азотной) и щелочам, а
также к расплавленным металлам и шлакам, что делает его ценным материалом для
химической промышленности, для производства огнеупоров и других. Высокой
твердостью, а также термической и химической стойкостью отличаются соединения
Кремния с углеродом (карбид кремния SiC) и с бором (SiB3, SiB6,
SiB12). При нагревании Кремний реагирует (в присутствии
металлических катализаторов, например меди) с хлорорганическими соединениями
(например, с СН3Сl) с образованием органогалосиланов [например,
Si(СН3)3Cl], служащих для синтеза многочисленных
кремнийорганических соединений.
Кремний образует
соединения почти со всеми металлами — силициды (не обнаружены соединения только
с Bi, Tl, Pb, Hg). Получено более 250 силицидов, состав которых (MeSi, MeSi2,
Me5Si3, Me3Si, Me2Si и других)
обычно не отвечает классическим валентностям. Силициды отличаются тугоплавкостью
и твердостью; наибольшее практическое значение имеют ферросилиций (восстановитель
при выплавке специальных сплавов, см. Ферросплавы) и силицид молибдена MoSi2
(нагреватели электропечей, лопатки газовых турбин и т. д.).
Физические
свойства
Кремний образует
темно-серые с металлическим блеском кристаллы, имеющие кубическую
гранецентрированную решетку типа алмаза с периодом а = 5.431Å, плотностью 2,33
г/см3. При очень высоких давлениях получена новая (по-видимому,
гексагональная) модификация с плотностью 2,55 г/см3. Кремний
плавится при 1417 °С, кипит при 2600 °С. Удельная теплоемкость (при 20-100 °С)
800 Дж/(кг·К), или 0,191 кал/(г·град); теплопроводность даже для самых чистых
образцов не постоянна и находится в пределах (25 °С) 84-126 вт/(м·К), или 0,20-0,30
кал/(см·сек·град). Температурный коэффициент линейного расширения 2,33·10-6
К-1, ниже 120 К становится отрицательным. Кремний прозрачен для
длинноволновых ИК-лучей; показатель преломления (для λ = 6 мкм) 3,42;
диэлектрическая проницаемость 11,7. Кремний диамагнитен, атомная магнитная
восприимчивость -0,13-10-6. Твердость Кремния по Моосу 7,0, по
Бринеллю 2,4 Гн/м2 (240 кгс/мм2), модуль упругости 109
Гн/м2 (10 890 кгс/мм2), коэффициент сжимаемости 0,325·10-6см2/кг.
Кремний хрупкий материал; заметная пластическая деформация начинается при
температуре выше 800°С.
Кремний —
полупроводник, находящий большое применение. Электрические свойства Кремния
очень сильно зависят от примесей. Собственное удельное объемное
электросопротивление Кремния при комнатной температуре принимается равным
2,3·103 ом·м (2,3·105 ом·см).
Полупроводниковый
Кремний с проводимостью р-типа (добавки В, Al, In или Ga) и n-типа (добавки Р,
Bi, As или Sb) имеет значительно меньшее сопротивление. Ширина запрещенной зоны
по электрическим измерениям составляет 1,21 эв при 0 К и снижается до 1,119 эв
при 300 К.
Простое
вещество
Жидкое стекло — это водный раствор силиката натрия или калия. Силикат
натрия получается сплавлением кварцевого песка со щелочью (NaOH) или содой (Na2CO3)
или кипячением смеси кварца с NaOH под давлением. Коммерческий продукт содержит
Na2SiO3 с непостоянной примесью SiO2.
Растворимое стекло широко используется как наполнитель в мылах. Некоторые
моющие средства тоже содержат силикат натрия. Жидкое стекло используют для придания
влаго- и огнестойкости деревянным строениям, в технологии кислото- и
огнеупорного цемента и бетона, керосинонепроницаемых штукатурок по бетону, для
пропитывания тканей, для приготовления огнезащитных красок по дереву, для
химического укрепления слабых грунтов.
Гидриды. Подобно углероду кремний образует ковалентные связи Si — Si и
Si — H. Соединения, в которых атомы кремния соединены одинарной связью,
называются силанами, а если атомы
кремния соединены двойной связью, — силенами.
Подобно углеводородам эти соединения образуют цепи и кольца. SiH4
называется моносилан, Si2H6, — дисилан, Si3H8, — трисилан, Si4H10, — тетрасилан и т.д. Соединения, в которых атомы
кремния соединены через атом кислорода, называются силоксанами, а через атомы серы — силазанами. Силаны и силены могут образовывать связь с
углеводородными радикалами и галогенами, например, метилдихлорсилан CH3SiHCl2.
Все силаны могут самовозгораться, образуют взрывчатые смеси с воздухом и легко
реагируют с водой.
Монокристаллический кремний. Отличается
от поликристаллической модификации тем, что в нем кристаллическая структура
ориентирована в определенной кристаллографической плоскости.
В монокремнии кристаллическая структура однородна, без границ зерен
(что заметно даже по внешнему виду). Упорядоченное расположение атомов кремния
в монокристаллической решетке кремния создает четкую зонную структуру. Каждый
атом кремния имеет 4 электрона на внешней оболочке. Электроны соседних атомов
образуют пары, принадлежащие обоим атомам одновременно, таким образом, каждый
атом имеет 4 связи с соседними атомами.
Поведение монокристаллического кремния хорошо предсказуемо, однако,
из-за низкой скорости роста и сложности процесса производства он является самым
дорогостоящим видом кремния. Монокристаллический кремний является основой
современной электронной техники. К нему предъявляются чрезвычайно высокие
требования по чистоте и совершенству структуры. Концентрации электрически
активных легирующих примесей обычно находятся в пределах 1013, — 1018
см³, электрически активных фоновых примесей — менее
1015 см³, а электрически неактивных примесей — менее
1018, — 1019 см³. Основными типами структурных дефектов
являются так называемые микродефекты. Как правило, они представляют собой
мелкие дислокационные петли или кластеры собственных и примесных точечных
дефектов.
Мультикристаллический кремний. Занимает
промежуточное положение между поли- и мнокристаллическим кремнием по размеру и
количеству кристаллов. Вырастить мультикристаллы кремния гораздо проще, чем
монокристаллы, поэтому их стоимость ниже. Однако, качество мультикристалла по
сравнению с монокристаллом также ниже из-за наличия множества границ зерен
монокристаллов, из которых состоит мультикристалл.
Границы зерен создают дополнительные дефектные уровни в запрещенной
зоне полупроводника, являясь локальными центрами с высокой скоростью
рекомбинации, что приводит к уменьшению общего времени жизни неосновных
носителей. Кроме того границы зерен уменьшают производительность препятствуя
току носителей и создавая шунтирующие пути для тока, текущего через p-n
переход.
Чтобы избежать слишком больших рекомбинационных потерь на границах
зерен, размер зерен должен быть как минимум несколько миллиметров. Это условие
также означает, что размеры одного зерна будут больше, чем толщина солнечного
элемента, что уменьшит сопротивление току носителей и общую протяженность
пограничных областей в солнечном элементе. Такой мультикристалличнеский кремний
широко используется в коммерческих солнечных элементах.
Поликристаллический кремний. Поликремний
представляет собой высокочистый кремний с содержанием примесей менее 0,0001 %,
состоящий из большого числа небольших кристаллических зерен, ориентированных
друг относительно друга хаотически.
По сути, технический кремний тоже является поликристаллическим, однако,
во избежание путаницы, понятие «поликристаллический кремний» применяется только
к особо чистому полупроводниковому кремнию.
Поликремний — наиболее чистая форма промышленно
производимого кремния и основной материал для микроэлектроники и солнечной
энергетики — полуфабрикат, получаемый очисткой технического
кремния хлоридными методами и используемый для производства моно- и
мультикристаллического кремния.
В настоящее время различают поликремний «электронного» (полупроводникового)
качества (содержанием примесей менее 1·10-10 %) и
поликремний «солнечного» качества (содержанием примесей менее 1·10-5 %).Большая
часть поликристаллического кремния в мире производится в форме цилиндрических
стержней серого цвета с шершавой дендритной поверхностью. В центре стержня
находится «затравка» из моно- или поликремния круглого или квадратного сечения
диаметром (стороной) 8 — 10 мм. От «затравки» перпендикулярно к образующей
прорастают плотноупакованные кристаллиты в виде коротких игл, с сечением менее 1
мм.
Поликремний является сырьем для производства более совершенных видов
кремния — мультикристаллического кремния (мультикремния) и монокристаллического
кремния (монокремния), а также в некоторых сферах применения может
использоваться в чистом виде.
Аморфный кремний. Бурый или коричневый
порошок, сильно гигроскопичный, химически более активен, чем кристаллический.
При обыкновенной температуре непосредственно реагирует с фтором, образуя
фтористый кремний SiF4, при высокой температуре реагирует почти со
всеми неметаллами и со многими металлами.
Координационное число кремния равно четырем, поэтому в кристалле
каждый атом кремния связан с четырьмя соседними атомами. В кристаллическом
кремнии эти тетраэдрические структуры продолжаются в широком диапазоне, образуя
хорошо упорядоченную кристаллическую решетку. В аморфном кремнии это дальнего
порядка нет, и структура порядка атомных позиций ограничивается короткой
дистанцией. Скорее всего, атомы образуют непрерывные случайные сети. Кроме
того, не все атомы в аморфном кремнии четыре раза скоординированы. В связи с
неупорядоченным характером материала некоторые атомы имеют оборванные связи.
Физически эти оборванные связи представляют собой дефекты в непрерывной
случайной сети и значительно изменяют свойства кремния.
В полупроводниковых приборах аморфный кремний используется обычно в
виде тонких пленок, осажденных на подложку. В солнечных элементах используются
слои гидрогенизированного аморфного кремния, в котором значительная часть
оборванных связей заполнена атомами водорода. Такой кремний показывает лучший
коэффициент преобразования света в электроэнергию по сравнению с чистым
аморфным кремнием.
Получение
Свободный кремний
получается при прокаливании мелкого белого песка (диоксида кремния) с магнием:
При этом
образуется аморфный кремний, имеющий
вид бурого порошка.
В промышленности
кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO2
коксом при температуре около 1800 °C в руднотермических печах шахтного типа.
Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9 % (основные
примеси — углерод, металлы).
Возможна
дальнейшая очистка кремния от примесей.
Очистка в
лабораторных условиях может быть проведена путём предварительного получения
силицида магния Mg2Si. Далее из силицида магния с помощью соляной
или уксусной кислот получают газообразный моносилан SiH4. Моносилан
очищают ректификацией, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на
кремний и водород при температуре около 1000 °C.
Очистка кремния в
промышленных масштабах осуществляется путём непосредственного хлорирования
кремния. При этом образуются соединения состава SiCl4, SiHCl3
и SiH2Cl2. Их различными способами очищают от примесей
(как правило, перегонкой и диспропорционированием) и на заключительном этапе
восстанавливают чистым водородом при температурах от 900 до 1100 °C.
Разрабатываются
более дешёвые, чистые и эффективные промышленные технологии очистки кремния. На
2010 г. к таковым можно отнести технологии очистки кремния с использованием
фтора (вместо хлора); технологии, предусматривающие дистилляцию монооксида
кремния; технологии, основанные на вытравливании примесей, концентрирующихся на
межкристаллитных границах.
Содержание
примесей в доочищенном кремнии может быть снижено до 10−8 — 10−6 % по массе. Более подробно
вопросы получения сверхчистого кремния рассмотрены в статье Поликристаллический
кремний.
Способ получения
кремния в чистом виде разработан Николаем Николаевичем Бекетовым.
В России
технический кремний производится «ОК Русал» на заводах в г. Каменск-Уральский
(Свердловская область) и г. Шелехов (Иркутская область); доочищенный по
хлоридной технологии кремний производит группа «Nitol Solar» на заводе в г.
Усолье-Сибирское.
Нахождение
в природе
Содержание
кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6 — 29,5 % по массе. Таким
образом по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после
кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л.
Чаще всего в
природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений
на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около 12 % массы земной коры).
Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния, — это
песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень,полевые шпаты. Вторую по
распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и
алюмосиликаты.
Отмечены
единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде.
Использование
Технический
кремний находит следующие применения:
·
сырьё для металлургических производств: компонент сплава (бронзы,
силумин);
·
раскислитель (при выплавке чугуна и сталей);
·
модификатор свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка
определённого количества кремния при производстве трансформаторных сталей
уменьшает коэрцитивную силу готового продукта) и т. п.;
·
сырьё для производства более чистого поликристаллического кремния и
очищенного металлургического кремния (в литературе «umg-Si»);
·
сырьё для производства кремнийорганических материалов, силанов;
·
иногда кремний технической чистоты и его сплав с железом (ферросилиций)
используется для производства водорода в полевых условиях;
·
для производства солнечных батарей;
·
антиблок (антиадгезивная добавка) в промышленности пластмасс.
Сверхчистый кремний преимущественно используется для
производства одиночных электронных приборов (нелинейные пассивные элементы
электрических схем) и однокристальных микросхем. Чистый кремний, отходы сверхчистого
кремния, очищенный металлургический кремний в виде кристаллического кремния являются
основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.
Монокристаллический
кремний — помимо электроники и солнечной энергетики,
используется для изготовления зеркал газовых лазеров.
Соединения
металлов с кремнием — силициды — являются
широко употребляемыми в промышленности (например, электронной и атомной) материалами
с широким спектром полезных химических, электрических и ядерных свойств
(устойчивость к окислению, нейтронам и др.). Силициды ряда элементов являются
важными термоэлектрическими материалами.
Соединения
кремния служат основой для производства стекла и цемента. Производством стекла
и цемента занимается силикатная промышленность. Она также выпускает силикатную
керамику — кирпич, фарфор, фаянс и изделия из них.
Широко известен
силикатный клей, применяемый в строительстве как сиккатив, а в пиротехнике и в
быту для склеивания бумаги.
Получили широкое
распространение силиконовые масла и силиконы — материалы на основе кремнийорганических
соединений.
Заключение
Роль кремния в
организме человека:
Кремний участвует
в усвоении организмом более 70 минеральных солей и витаминов.
Кремний
способствует усвоению кальция и росту костей, предупреждает остеопороз.
1.
Кремний
стимулирует иммунную систему.
2.
Кремний
необходим для здоровья волос.
3.
Кремний
улучшает состояние ногтей.
4.
Кремний
улучшает состояние кожи, укрепляет соединительные ткани.
5.
Кремний
укрепляет сосуды.
6.
Кремний
снижает риск сердечно — сосудистых заболеваний.
7.
Кремний
укрепляет суставы — хрящи и сухожилия.
Для некоторых организмов
кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных
образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний
концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки.
Большие количества кремния концентрируют хвощи и злаки, в первую очередь — подсемейства Бамбуков и Рисовидных, в том
числе — рис посевной. Мышечная ткань человека содержит
(1 — 2)·10−2 %
кремния, костная ткань — 17·10−4 %, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно
поступает до 1 г кремния.
Нормы предельно
допустимых концентраций по кремнию привязаны к содержанию пыли диоксида кремния
в воздухе. Это связано с особенностями химии кремния:
Чистый кремний,
равно как карбид кремния, в контакте с водой или кислородом воздуха образует на
поверхности непроницаемую пленку диоксида кремния (SiO2), которая
пассивирует поверхность;
Многие
кремнийорганические соединения в контакте с кислородом воздуха и водяными
парами окисляются или гидролизуются с образованием в конечном итоге диоксида
кремния;
Монооксид кремния
(SiO) на воздухе способен (иногда со взрывом) доокисляться до высокодисперсного
диоксида кремния.
Диоксид кремния в
нормальных условиях всегда является твёрдым биоинертным, неразлагаемым
веществом, склонным к образованию пыли, состоящей из частиц с острыми режущими
кромками. Вредное действие диоксида кремния и большинства силицидов и силикатов
основано на раздражающем и фиброгенном действии, на накоплении вещества в ткани
лёгких, вызывающем тяжёлую болезнь — силикоз. Для защиты органов дыхания от
пылевых частиц используются противопылевые респираторы. Тем не менее, даже при
использовании средств индивидуальной защиты носоглотка, горло у людей, систематически
работающих в условиях запыленности соединениями кремния и особенно монооксидом
кремния, имеют признаки воспалительных процессов на слизистых оболочках.
Список
источников
1.
Кремний [Электронный ресурс] // Материал из Википедии — свободной
энциклопедии. Режим доступа: https://goo.gl/H27uE2
2.
Популярная
библиотека химических элементов [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://n-t.ru/ri/ps/pb014.htm
3.
ХиМиК Сайт о химии [Электронный ресурс] // Режим
доступа: http://goo.gl/Ary8wd
4.
Энциклопедия Кругосвет Универсальная научно-популярная
онлайн — энциклопедия [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://goo.gl/ya05dh