Кремниевые шахты
Примерно 200000 лет тому назад могучий ледник вырвал с морского дна и продвинул на Гродненщину огромные глыбы мела. Ледник растаял, а мел продолжал лежать, засыпанный песком и илом. Одна из этих глыб, разорванная на части, залегает около поселка Красносельский, который расположен на правом берегу реки Россь в Волковысском районе. Осколки достигают двух километров в длину и несколько десятков метров в толщину. Сверху мел покрывает почва и тонкий слой песка. Местами порода выходит на
поверхность. Жители окрестных деревень издавна копали мел для своих нужд. Затем возникло небольшое предприятие, со временем ставшее крупным цементным заводом.
Началась интенсивная разработка залежей мела в качестве сырья для завода. Вместо изъятых пластов мела возникли озера на дне глубинных карьеров. Кремний находится в пластах мела, задерживающего влагу, он мокрый и легко поддается обработке. Кремния много, он залегает пластами, реже россыпями. Пласты горизонтальные, так «положил» их ледник во время движения. На поверхности кремния тоже достаточно: но он сухой, в трещинах, и, следовательно, не пригоден для обработки. Свойства кремния были изучены древними людьми и для своих потребностей, и они добывали камень на глубине. Сначала разработка велась открытым способом — вскрывался верхний пласт мела и доставался кремний. В неолите люди стали применять более усовершенствованный способ добычи — шахтовый. Копали вертикальные ямы глубиной до 6 метров.
Диаметр ямы составлял в среднем 1,5-2 метра. Найденные пласты камня начинали разрабатывать по ходу залегания системой подбоев, которые имели форму ниши шириной 60-70 см. Чтобы избежать обвала, между подбоями оставляли выступы породы. Близкие между собой выработки соединялись узкими ходами штреками. Между шахтами иной раз встречаются пустые, довольно большие камеры. Это были помещения, в которых люди отдыхали или прятались в непогоду. В таких камерах сохранились остатки костров, у которых грелись шахтеры. Форма шахт зависела от размещения залежей кремния.
При изучении шахт ученые встречались с определенными трудностями. Необходимо было очистить шахты от кремниевой крошки и битого кремния. Особенно их много было в устьях стволов, где крошка кремния, смешанная с песком, буквально цементировалась. Стенки расчищенной археологами шахты быстро высыхают и трескаются, а дождь окончательно смывает следы тысячелетий.
Кремниевую породу и кремень вытаскивали на поверхность в кожаных мешках. В шахтах встречаются толстые костяные иглы для сшивания и ремонта мешков. В некоторых шахтах были обнаружены горняцкие инструменты. Это были рога оленей, обработанные в форме койла. Встречались и более сложные орудия труда — кирки. Самая первая обработка кремниевых заготовок проводилась непосредственно в шахтах, далее в специальных мастерских. Ими зачастую служили наполовину засыпанные шахты. Несколько таких объектов было раскопано учеными непосредственно между выработками. В них на глубине 1,5-2 м прослеживается утрамбованный пласт кремниевой крошки, который служил полом, здесь же встречались крупные камни, остатки костров, кости животных и множество кремниевых осколков. Такие места, скорее всего, имели специальные укрытия и были одновременно мастерскими и жилищем, в которых можно было отдохнуть и погреться у огня.
За пределами залежей кремния на возвышенностях размещались сезонные поселки, где жили шахтеры. В таких местах встречается множество кусочков кремния, орудия труда. В 1962 году во время разработки карьера на дне одной из выработок обнаружили захоронение шахтера. Благодаря мелу оно хорошо сохранилось. Покойник лежал на боку с подвернутыми ногами. Возле него стоял горшочек с нарезным орнаментом и костяная игла для сшивания кожаных мешков. Именно эта иголка и свидетельствовала, что это было захоронение древнейшего шахтера. Судя по форме горшка и его орнаменту — это был представитель племени культуры шнуровой керамики или боевых топоров, которое появилось здесь в конце неолита — начало бронзового века. Разработки кремния на реке Рось существовали довольно долго. Анализ угольков, который осуществили ученые, показал, что костры здесь горели и в III и во II тысячелетиях до н.э. Это значит, что два тысячелетия давала населению местная земля ценнейшее сырье. Изделия из Красносельского кремния встречаются не только на неолитических шахтах в западной части современной Беларуси, но и в южной Литве. Все это говорит о том, что в разные времена многие племена занимались кремнеразработками. Только в раннем железном веке, когда кремневые орудия труда были заменены железными, красносельские шахты пришли в упадок и были забыты.
ИЗ КАМНЯ, РОГА, КОСТИ, ГЛИНЫ
Человек, берущий в руки кирку и начинающий копать шахты, должен был иметь ряд специальных навыков. Ему надо было знать характер залегания кремния, национальные способы труда в вертикальном стволе и горизонтальных штреках и подбоях, следить, чтобы не обвалились стены. Основы шахтерского мастерства были разработаны еще в каменном веке. Тогда же возникли и горняцкие инструменты. При изготовлении орудий труда древний человек использовал различные приемы и способы обработки кремния.
Наиболее ранней из них — обивкой — он владел в палеолите. Получались массивные орудия труда, например, ручные топоры (секачи). Такие операции осуществлялись с помощью отбойников. Все небольшие орудия труда, как ножи, скребки, изготовлялись из осколков кремния. Наиболее распространенные находки на стоянках каменного века — режущие орудия труда: ножи разных форм с заостренными концами, выгнутыми лезвиями и кинжалы. Среди кремниевых орудий труда относительно небольшую группу составляют резцы, которые использовали для обработки кости. Наконечники копий, стрел тоже изготовлялись из кремния. Стрела была незаменимым оружием на охоте. Если брошенное копье пролетало 30-40 метров, то стрела — около 100 метров. В мезолите появились топоры из кости и рога, наконечники стрел и другие орудия. Гарпуны и наконечники стрел изготавливались из расщепленных толстых трубчатых костей. Такие заготовки далее обстругивались ножами и шлифовались. Для проколок и иголок использовались тонкие ребра мелких животных. Из широких ребер изготавливались массивные кинжалы.
Рыбацкие крючки вырезались из мелких реберных костей, из тазовых — хорошо получались ложки. В самые далекие времена наши предки заметили удивительные свойства глины: влажная глина становится клейкой, легко меняет форму и сохраняет ее при высыхании.
Навык лепки горшков быстро распространился по всей территории Беларуси. В кремниевых шахтах были найдены черепки глиняной посуды с орнаментом. Форма горшков каменного века — остродонная. Это связано с тем, что еду готовили на кострищах, составленных из камней, и посуда с острым дном, которую втыкали между углей и камней, не переворачивалась. Таким образом, остатки жизнедеятельности человека — орудия труда, бытовые вещи, жилье — являются ценнейшим источником для изучения жизни человеческого общества в далекой древности. Археологические памятники, стоянки, курганы, городища, шахты+ Это память о наших далеких предках, которые жили, трудились многие сотни и тысячи лет тому назад. И только оглянувшись назад, в полумрак тысячелетий, можно полнее ощутить и понять достижения современных цивилизаций.
Начало археологических раскопок относится к первой четверти ХХ столетия. В 20-х годах на меловых карьерах Волковыщины побывал геолог Б.Радиевский. Местные крестьяне показали ему необычные меловые пещеры и предметы из камня и кости. Геолог осмотрел территорию, а затем сообщил о находке археологу З.Шмидту. Вскоре ученый был в Красном селе. Он очень удивился, когда увидел разрушенные шахты древнего человека!
Так начались открытия, которые долгое время были малоизвестными. В скором времени археолог З.Шмидт умер, а в периодической печати появилось всего несколько коротких сообщений о его находках. Орудия труда, добытые З.Шмидтом, были доставлены в археологический музей. Но во время второй мировой войны они исчезли. В советское время огромная заслуга в деле изучения этого интересного памятника древности принадлежит археологу Н.М.Гуриной. Позже большой вклад в изучение кремниевых шахт внес белорусский ученый М.М.Чернявский, являющийся не только талантливым исследователем, археологом, ученым, но и пропагандистом истории родного края. Из-под его пера вышел ряд интересных книг, адресованных школьникам и всем, кто увлекается историей родной земли. В разное время появилась также книги: «З глыб нь тысячагодзя «, » люстраваная г сторыя старажытнай Беларус «, «Старажытная шахцеры» и другие.
Благодаря М.М.Чернявскому о древних шахтах первобытного человека на белорусской земле узнали многие. Общественность заговорила о необходимости спасти и сохранить для будущих показателей уникальный памятник культуры.
Химический элемент — кремний, а камень — кремень (кремнёвый топор).
Источник
Кремний
Введение
Будучи студентом одного из московских вузов с специальностью «Наноматериалы», я хотел познакомить тебя, дорогой читатель, с самыми важными химическими элементами нашей планеты. Я долго выбирал с чего начать, углерод или кремний, и все таки решил остановиться именно на Si, потому что сердце любого современного гаджета основано именно на нем, если можно так выразиться конечно. Излагать мысли постараюсь предельно просто и доступно, написав этот материал я рассчитывал, в основном на новичков, но и более продвинутые люди смогут почерпнуть что-то интересное, так же хотелось бы сказать, что статья написана исключительно для расширения кругозора заинтересовавшихся. Итак, приступим.
Silicium
Кремний (лат. Silicium), Si, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 14, атомная масса 28,086.
В природе элемент представлен тремя стабильными изотопами: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%).
Плотность (при н.у.) 2,33 г/см³
Температура плавления 1688 K 
Порошковый Si
Историческая справка
Соединения Кремния, широко распространенные на земле, были известны человеку с каменного века. Использование каменных орудий для труда и охоты продолжалось несколько тысячелетий. Применение соединений Кремния, связанное с их переработкой, — изготовление стекла — началось около 3000 лет до н. э. (в Древнем Египте). Раньше других известное соединение Кремния — оксид SiO2 (кремнезем). В 18 веке кремнезем считали простым телом и относили к «землям» (что и отражено в его названии). Сложность состава кремнезема установил И. Я. Берцелиус. Он же впервые, в 1825, получил элементарный Кремний из фтористого кремния SiF4, восстанавливая последний металлическим калием. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название ввел Г. И. Гесс в 1834.
Кремний очень распространен в природе в составе обыкновенного песка
Распространение Кремния в природе
По распространенности в земной коре Кремний — второй (после кислорода) элемент, его среднее содержание в литосфере 29,5% (по массе). В земной коре Кремний играет такую же первостепенную роль, как углерод в животном и растительном мире. Для геохимии Кремния важна исключительно прочная связь его с кислородом. Около 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 в форме минерала кварца и его разновидностей. 75% литосферы слагают различные силикаты и алюмосиликаты (полевые шпаты, слюды, амфиболы и т. д.). Общее число минералов, содержащих кремнезем, превышает 400.
Физические свойства Кремния
Думаю тут останавливаться особо не стоит, все физические свойства имеются в свободном доступе, а я же перечислю самые основные.
Температура кипения 2600 °С
Кремний прозрачен для длинноволновых ИК-лучей
Диэлектрическая проницаемость 11,7
Твердость Кремния по Моосу 7,0
Хотелось бы сказать, что кремний хрупкий материал, заметная пластическая деформация начинается при температуре выше 800°С.
Кремний — полупроводник, именно поэтому он находит большое применение. Электрические свойства кремния очень сильно зависят от примесей.
Химические свойства Кремния
Тут много конечно можно сказать, но остановлюсь на самом интересном. В соединениях Si (аналогично углероду) 4-валентен.
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.
Кремний устойчив к кислотам и растворяется только в смеси азотной и фтористоводородной кислот, легко растворяется в горячих растворах щелочей с выделением водорода.
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, а так же для производства огнеупоров. Высокой твердостью, а также термической и химической стойкостью отличаются соединения Кремния с углеродом (карбид кремния SiC) и с бором (SiB3, SiB6, SiB12).
Получение Кремния
Я думаю это самая интересная часть, тут остановимся поподробнее.
В зависимости от предназначения различают:
1. Кремний электронного качества (т. н. «электронный кремний») — наиболее качественный кремний с содержанием кремния свыше 99,999 % по весу, удельное электрическое сопротивление кремния электронного качества может находиться в интервале примерно от 0,001 до 150 Ом•см, но при этом величина сопротивления должна быть обеспечена исключительно заданной примесью т. е. попадание в кристалл других примесей, хотя бы и обеспечивающих заданное удельное электрическое сопротивление, как правило, недопустимо.
2. Кремний солнечного качества (т. н. «солнечный кремний») — кремний с содержанием кремния свыше 99,99 % по весу, используемый для производства фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей). 
3. Технический кремний — блоки кремния поликристаллической структуры, полученного методом карботермического восстановления из чистого кварцевого песка; содержит 98 % кремния, основная примесь — углерод, отличается высоким содержанием легирующих элементов — бора, фосфора, алюминия; в основном используется для получения поликристаллического кремния.
Кремний технической чистоты (95-98%) получают в электрической дуге восстановлением кремнезема SiO2 между графитовыми электродами. В связи с развитием полупроводниковой техники разработаны методы получения чистого и особо чистого кремния. Это требует предварительного синтеза чистейших исходных соединений кремния, из которых кремний извлекают путем восстановления или термического разложения.
Поликристаллический кремний («поликремний») — наиболее чистая форма промышленно производимого кремния — полуфабрикат, получаемый очисткой технического кремния хлоридными и фторидными методами и используемый для производства моно- и мультикристаллического кремния.
Традиционно поликристаллический кремний получают из технического кремния путём перевода его в летучие силаны (моносилан, хлорсиланы, фторсиланы) с последующими разделением образующихся силанов, ректификационной очисткой выбранного силана и восстановлением силана до металлического кремния.
Чистый полупроводниковый кремний получают в двух видах: поликристаллический (восстановлением SiCl4 или SiHCl3 цинком или водородом, термическим разложением SiI4 и SiH4) и монокристаллический (бестигельной зонной плавкой и «вытягиванием» монокристалла из расплавленного кремния — метод Чохральского).
Тут можно увидеть процесс выращивания кремния, методом Чохральского.
Метод Чохральского — метод выращивания кристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла (или нескольких кристаллов) заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.
Применение Кремния
Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, тиристоры; солнечные фотоэлементы, используемые в космических кораблях, а так же много всякой всячины).
Поскольку кремний прозрачен для лучей с длиной волны от 1 до 9 мкм, его применяют в инфракрасной оптике.
Кремний имеет разнообразные и все расширяющиеся области применения. В металлургии Si
используется для удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода (раскисления).
Кремний является составной частью большого числа сплавов железа и цветных металлов.
Обычно Кремний придает сплавам повышенную устойчивость к коррозии, улучшает их литейные свойства и повышает механическую прочность; однако при большем его содержании Кремний может вызвать хрупкость.
Наибольшее значение имеют железные, медные и алюминиевые сплавы, содержащие кремний.
Кремнезем перерабатываются стекольной, цементной, керамической, электротехнической и другими отраслями промышленности.
Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (например процессор твоего компьютера) 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.
Сверхчистый кремний и продукт его производства
Кремний в организме
Кремний в организме находится в виде различных соединений, участвующих главным образом в образовании твердых скелетных частей и тканей. Особенно много кремния могут накапливать некоторые морские растения (например, диатомовые водоросли) и животные (например, кремнероговые губки, радиолярии), образующие при отмирании на дне океана мощные отложения оксида кремния (IV). В холодных морях и озерах преобладают биогенные илы, обогащенные кремнием, в тропических морях — известковые илы с низким содержанием кремния. Среди наземных растений много кремния накапливают злаки, осоки, пальмы, хвощи. У позвоночных животных содержание оксида кремния (IV) в зольных веществах 0,1-0,5%. В наибольших количествах кремний обнаружен в плотной соединительной ткани, почках, поджелудочной железе. В суточном рационе человека содержится до 1 г кремния. При высоком содержании в воздухе пыли оксида кремния (IV) она попадает в легкие человека и вызывает заболевание — силикоз.
Источник
