Răspuns: Propunerea mea, cu multe explicații este:
Reacțiile chimice, ce au loc la obținerea siliciului pur, prin tratarea lui cu clor gazos și apoi reducerea SiCl₄ cu hidrogen sunt:
Si + 2Cl₂ ( la temperatură de 500 gradeC) = SiCl₄ nr.1
SiCl₄ + 2H₂ (la temperatură, tuburi încălzite, sau filament incandescent)=
= Si + 4 HCl nr 2
Mai departe, prin topirea zonală a siliciului rezultat, se obține un siliciu super-pur, corespunzător cerințelor de calitate la fabricarea semiconductorilor.
Calcule
a) masa de Si pur obținut din reacțiile de mai sus=? o notăm cu X, dacă avem 1 kg de Siliciu impur cu puritatea de 80%
Date
-masa de siliciu impur=1 kg, o notăm m i
-puritatea siliciu, adică conținutul % de Si pur=80%, o notăm cu p
-masa de Si pur = ?.mp
-randament în obținerea SiCl₄ = randament în obținerea Si= 1 (100%)
-relația matematică pentru randament, η, este:
η = mp .100/mt
unde:
ct = masa teoretică de substanță obținută prin calcul stoechiometric la ecuația reacției de obținere
c p = masa practic obținută de substanță, în condițiile reale din tehnologie.
cp ∠ct, la randamente ∠ 100%
⇒ pentru problema dată, la η=1, că mp = mt, nu sunt pierderi (în realitate nu este posibil un asemenea randament).
- c t de Si obținut din proces =c p =? (kg)
Etape de calcul:
1) masa de Si pur, din 1 kg de siliciu cu 80% puritate = mp=?
Puritatea, p:
p= mp.100/m i, mp = p.mi/100
mp Si = 80%.1 Kg /100 %=0,80 kg
2) cantitatea (masa) teoretică de Si, din proces, dacă intră 0,8 kg, randament este 100%.
A Si = 28 g/mol (tabel sistem periodic)
Se află prin calcul stoechiometric aplicat la cele două reacții chimice, de mai sus, astfel:
0,8 kgSi..........
Si + 2 Cl₂ = SiCl₄
raport stoechiometric molar:
1molSi ..............1mol SiCl₄
și mai departe:
SiCl₄ + 2 H₂ = Si + 4HCl
raport stoechiomteric molar:
1mol SiCl₄.....1mol Si pur
Deci rezultă, că:
1 mol de Si supus reacțiilor.......produce 1mol SiCl₄...din care rezultă 1 mol Si
1 mol= M (g/mol)
Rezultă, că:
28 kg/kmol katom Si reactant.....................produce 28 kg/kmol.katom Si
atunci din 0,80 kg de Si reactant.............rezultă.......mt Si (kg)
mt = 0,80 kg Si
mp=mt= 0,80 kg, la randament unitar (1, sau 100)
R: 0,80 kg de Si
Calcul b: Puritatea, p, se calculează cu relația prezentată mai sus:
p= mp.100/mi
unde:
mp=masa pură de substanță, care se află alături de impurități
mi = masa impură de substanță, adică substanța pură + impuritățile
Impurități = substanțe străine
Deci:
mp = 448 g Si pur
mi=500 g siliciu impur
p= 448g.100%/500 g=89,6%
R: 89,6 % puritate
Explicație:
