Кремний и его соединения

20 Июн

Второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода (27,6% по массе). Встречается в соединениях.

Строение  атома кремния в основном состоянии

 

1s22s22p63s23p2


 

Строение атома кремния в возбуждённом  состоянии

 

 

1s22s22p63s13p3

 Степени окисления: +4, -4.

Аллотропия кремния

Известен аморфный и кристаллический кремний.

Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см3, t°пл. =1415°C; t°кип. = 2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи. Инертен.

Аморфный — бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см3, более реакционноспособен.

Получение кремния

1) Промышленность – нагревание угля с песком:

2C + SiO2 t˚→ Si + 2CO

2) Лаборатория – нагревание песка с магнием:

2Mg + SiO2  t˚→ Si + 2MgO

Химические свойства

Типичный неметалл, инертен.

Как восстановитель:

1)     С кислородом

Si0 + O2  t˚→  Si+4O2

2)     С фтором (без нагревания)

Si0 + 2F2 →  SiF4­

3)     С углеродом

Si0 + C  t˚→  Si+4C

(SiC — карборунд — твёрдый; используется для точки и шлифовки)

4)     С водородом не взаимодействует.

Силан (SiH4) получают разложением силицидов металлов кислотой:

Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4­ + 2MgSO4

5)     С кислотами не реагируетолько с плавиковой кислотой Si+4HF=SiF4+2H2)

Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO3 + 18HF →  3H2[SiF6] + 4NO­ + 8H2O

6)     Со щелочами (при нагревании):

Si0 + 2NaOH + H2O →  Na2Si+4O3+ 2H2­

Как окислитель:

7)     С металлами (образуются силициды):

Si0 + 2Mg  t˚→  Mg2Si-4

Применение кремния

Кремний широко используется в электронике как полупроводник. Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость. Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности.

Силан  — SiH4

Физические свойства: Бесцветный газ, ядовит, t°пл. = -185°C, t°кип. = -112°C.

Получение: Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH

Химические свойства:

1)      Окисление: SiH4 + 2O2 t˚→   SiO2 + 2H2O

2)      Разложение: SiH4 → Si + 2H

Оксид кремния (IV) — (SiO2)n

SiO2 — кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка):

Кристаллическая решётка оксида кремния (IV) – атомная и имеет такое строение:

 

Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O — каолинит (основная часть глины)

K2O • Al2O3 • 6SiO2 — ортоклаз (полевой шпат)

Физические свойства: Твёрдое, кристаллическое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C

Химические свойства: 

Кислотный оксид. При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:

1)     С основными оксидами:

SiO2 + CaO t˚→    CaSiO3

2)     Со щелочами:

SiO2 + 2NaOH t˚→    Na2SiO3 + H2O

3)     С водой не реагирует

4)     С солями:

SiO2 + CaCO3 →    CaSiO3 + CO2­

SiO2 + K2CO3 →    K2SiO3 + CO2­

5)     С плавиковой кислотой:

SiO2 + 4HF t˚→     SiF4­ + 2H2O

SiO2 + 6HF t˚→    H2[SiF6] (гексафторкремниевая кислота) + 2H2O

 (реакции лежат в основе процесса травления стекла).

Применение:

1. Изготовление силикатного кирпича

2. Изготовление керамических изделий

3. Получение стекла

Кремниевые кислоты

 

x • SiO2 • y H2O

x = 1, y = 1     H2SiO3 — метакремниевая кислота

x = 1, y = 2     H4SiO4 — ортокремниевая кислота и т.д.

Физические свойства: H2SiO3 — очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор), не имеет кислого вкуса.

Получение:

 Действие сильных кислот на силикаты — Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3

Химические свойства:

При нагревании разлагается: H2SiO3  t˚→ H2O + SiO2

Соли кремниевой кислоты — силикаты.

 1) с кислотами

Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3

2) с солями

Na2SiO3+CaCl2=2NaCl+CaSiO3

3) Силикаты, входящие в состав минералов, в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV) — выветривание горных пород:

(K2O • Al2O3 • 6SiO2)(полевой шпат)  + CO2 + 2H2O → (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O)(каолинит (глина)) + 4SiO2(кремнезём (песок)) + K2CO3

Силикаты:

ли кремниевой кислоты – силикаты. Обычно они нерастворимы в воде, исключения составляют силикаты натрия и калия, их называют «жидким стеклом». Силикаты широко распространены в природе. Свойства силикатов различны в зависимости от их состава и строения, очень часто они имеют красивую окраску, некоторые из них используются в ювелирном деле (гранат, топаз, изумруд).

Гранат –  общая формула: R2+3 R3+2 [SiO4]3, где R2+ — Mg, Fe, Mn, Ca; R3+ — Al, Fe, Cr

Топаз – Al2[SiO4](F, OH)2 + примеси Fe2+, Fe3+, Ti, Cr, V и др

Изумруд – Be3Al2Si6O18 + примеси Fe2O3, V2O3, Cr2O3

Состав обычного оконного стекла: Na2O·CaO·6SiO2.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2:

6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 → Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы:

Pb2+ – хрусталь;

Cr3+ – имеет зеленую окраску,

Fe3+ – коричневое бутылочное стекло,

Co2+ – дает синий цвет,

Mn2+ – красновато–лиловый

kremnij-ximicheskie-svojstva-sio2

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники

Комментарии: