Metallilise räni (ränimetall) keemilised omadused:
Reaktsioonivõime ülevaade:
Suhteliselt ebakindla toatemperatuuril õhukese pinnaoksiidi kihi (SiO₂) tõttu.
Reageerib tugevalt kõrgendatud temperatuuridel või konkreetsetes tingimustes.
Reaktsioonid hapnikuga:
High-Temperature Oxidation (>900 kraadi):
Si+O2 → SiO2si+O2 → SiO2
Moodustab ränidioksiidi (ränidioksiid), kaitsekihi, mis aeglustab edasist oksüdatsiooni.
Põlemine puhta hapniku korral:Tekitab intensiivset kuumust ja valgust.
Reaktsioonid halogeenidega:
Kloor (CL₂):
Si +2} Cl2 → SICL4SI +2 Cl2 → SICL4
Räni tetrakloriid (lenduv vedelik) moodustab ~ 300 kraadi.
Fluor (F₂):Reageerib toatemperatuuril plahvatuslikult:
Si +2 f2 → sif4si +2 f2 → sif4
Happekindlus:
Inertne enamiku hapete suhtes:Ei reageeri toatemperatuuril HCl, H₂SO₄ ega HNO₃.
Vesinikfluoriidhape (HF):
Si +6 hf → h2sif 6+2 h2 ↑ ↑ si +6 hf → h2 sif6 +2 h2 ↑ ↑
Lahendab räni, moodustades heksafluorosilikahappe ja vesinikgaasi.
Leelise reaktsioonid:
Tugevad alused (nt NaOH):
Si +2 NaOH+H2O → Na2Sio 3+2 h2 ↑ ↑ Si +2 NaOH+H2 O → Na2 SiO3 +2 h2 ↑ ↑
Toodab naatriumsilikaat (veeklaas) ja vesinikugaasi.
Reaktsioonid metallidega:
Sulami moodustumine:Reageerib sulametallidega (nt alumiinium, raud), moodustades räniidid (nt Fesi, alsi).
Redutseeriv agent:Kasutatakse metalloksiidide vähendamiseks metallurgias (nt magneesiumi tootmine).
Kõrgtemperatuurilised reaktsioonid:
Süsinikuga:
Si+C→>1700°CSiCSi+C>1700 kraadi sic
Moodustab räni karbiidi (äärmise kõvadusega keraamika).
Lämmastikuga:
3Si+2N2→>1300°CSi3N43Si+2N2>1300 kraadi SI3 N4
Moodustab räni nitriidi (kasutatakse ülitugevates keraamikas).
Hüdriidi moodustumine:
Reageerib vesinikuga kõrgel temperatuuril, moodustades silanid (nt Sih₄, monosilaani):
Si +2 h2 → sih4si +2 h2 → sih4
Silanid on pürofoorilised (sütitavad õhus spontaanselt).
Elektrokeemiline käitumine:
Toimib elektrokeemilistes süsteemides pooljuhina.
Anodeerimine moodustab poorse räni (kasutatakse andurites ja optoelektroonikas).
Puhtusest sõltuv reaktsioonivõime:
Metallurgia-klassi räni (~ 98% puhtus):Sisaldab lisandeid (Fe, Al, CA), mis katalüüsivad reaktsioone.
Electronic-Grade Silicon (>99,99% puhtus):Kõrgem keemiline stabiilsus minimaalsete lisandite tõttu.
Keemiliste omadustega seotud peamised rakendused:
Pooljuhtide tööstus:Ultra-Pure Räni kontrollitud reaktsioonivõime võimaldab dopingut (nt boori või fosforiga).
Silikoonitootmine:Reageerib metüülkloriidiga, moodustades klorosilaanid, silikoonide eelkäijad.
Päikeserakud:Pinna passiveerimine (SiO₂ kiht) parandab tõhusust.
Sulamid:Suurendab alumiiniumi ja terase tugevust ja korrosioonikindlust.
