1. Räni
Kim Rajand
10B
Tallinna Täiskasvanute Gümnaasium
2012
2. Räni
• Sümbol - Si
• Aatominumber - 14
• Neljavalentne mittemetall
• Inglise keelne nimetus Silicium
(Ladina keelest: silincis, flints, ränikivi)
• Molekulmass: 28.0855
• Sulamistemperatuur: 1417 ºC
• Tihedus: 2330 kg/m³
3. Koostis ja struktuur
• Kristallstruktuur
tahkkeskendatud kuubiline
(teemandi struktuur) kahe
aatomiga elementaarrakus
• Hõbedase läikega
• Kerge (2330 kg/m3)
materjal
• Pooljuht (legeerimata räni
eritakistus toatemperatuuril
ca 10-3 Wm)
4. Saamine
• Kuigi räni on maakoores hapniku järel kõige levinum
element (27 massi%), lihtainena esineb ta looduses
väga harva.
• Teda võib leida ränioksiidi või silikaatide näol tolmu,
liiva, planetoidide ja planeetide koostisosana.
• Räni saadakse ränidioksiidi (kvartsliiv) taandamisel
süsinikuga temperatuuridel ligi 2000 °C
elektrikaarahjus.
• Pooljuhtööstuses kasutatavat räni puhastatakse
(lõppastmes tsoonsulatusega) väga kõrge
puhtusastmeni, taolisest ülipuhtast ränist
kasvatatakse järgnevalt silindrikujuline monokristall.
5. Rakendused
• Suurem osa ränist kasutatakse kaubanduses ilma
suurema töötluseta.
• Savi, kvartsliiva ja –kivi kasutatakse vahetult
ehitusmaterjalidena.
• Kvartsliiv on samuti keraamiliste telliste koostisosa.
• Silikaati lisatakse portlanditsementi, mis omakorda
kombineeritakse kvartsliiva ja kruusaga, et
valmistada betooni.
• Silikaate leidub veel portselanis ja klaasides.
• Kaasaegsed räni ühendid nagu ränikarbiidid
moodustavad abrasiivseid ja ülitugevaid keraamilisi
aineid.
6. • Räni lihtainena avaldab suurt mõju tänapäeva
maailma majandusele.
• Suurem osa sellest kasutatakse terase rafineerimisel,
alumiiniumi valamisel ja kõrgkvaliteetses
keemiatööstuses (tihti kuumutatud ränioksiidi
valmistamiseks).
• Suuremat tähtsust omab siiski väike hulk räni, mida
kasutatakse pooljuhtidena elektroonikas (<10%),
arvuti süsteemides ning teistes laialtlevinud
tehnoloogiates.
• Räni on materjal, millele tugineb kogu tänapäevane
info- ja kommunikatsioonitehnoloogia.
• Kiiresti kasvavat tähtsust omavad räni rakendused
päikeseenergeetikas – päikesepatareides.
7. Vajadus looduses
• Kuigi loomadel eluks vajalik räni kogus on
kaduvväike, on ta siiski bioloogias väga oluline
element.
• Näiteks mitmed meres elavad käsnloomad vajavad
seda oma struktuuri ehitamiseks ning samuti on tal
suur tähtsus taimede metabolismis.
• Taimedest leidub räni rohkem kõrreliste vartes, lisaks
on teda ka ainuraksete kodades, sulgedes ja villas.
8. Biotoime
• Loomades esinevad räniühendid neerukoes,
pankreases, luudes, ja hammastes jm.
• Räni leidub sellistes kudedes, millel on toestav ja
tugevdav funktsioon, nagu näiteks kõõlused,
hambaemail nahk jm. Inimorganismi vananemisel
ränisisaldus väheneb.
• Kuigi räni täpne bioloogiline toime ei ole teada,
arvatakse, et inimene vajab seda ööpäevas umber
10 mg.
• Räniühendite üleküllus keskkonnas, eriti tolmuna,
põhjustab aga raskeid haigusi nagu silikoos ja
asbestoos.
9. Ühendeid
• Räni moodustab paljude metallidega binaarseid
ühendeid, mida nimetatakse silitsiidideks ning mille
omadused varieeruvad suuresti.
• Nagu näiteks hea reaktsioonivõimega
magneesiumsilikaat (Mg2Si) või molübteendisilikaat
(MoSi2) , mis on kõrge sulamistemperatuuriga
tulekindel ühend.
• Ränikarbiid (SiC) on kõva, kõrge
sulamistemperatuuriga tahke aine ning samuti
laialdaselt tuntud abrasiiv. Kuumpressimisega on
see võimalik muuta ülitugevaks keraamiliseks aine,
mida kasutatakse lahinguvarustuses.
10. • Silaan (SiH4) on pürofoorne gaas, millel on sarnane
tetraeedriline molekulkuju nagu metaanil (CH4).
• Puhta gaasi korral ei toimu reaktsiooni veega ega
lahjendatud hapetega, kuid isegi väike kogus
leeliselisi
• Räni ühendid halogeenidega nimetatakse
ränihalogeniidideks (SiX4).
• Ränitetrakloriid näiteks reageerib veega, mida
tema analoog süsinik tertrakloriid ei tee. lisandeid
kutsub esile tormilise hüdrolüüsi.
• Dihalogeene, mis on äärmiselt reageerimisaldid,
valmistatakse halogeeni ja räni vahelisel reaktsioonil
kõrgel temperatuuril.
11. Küsimused
1. Kuidas saada räni?
2. Milleks kasutatakse räni?
3. Milleks vajavad käsnloomad räni?
4. Kus leidub loomades räniühendeid?
5. Mis haigusi võivad räniühendid põhjustada?
