Чтение онлайн

на главную

Жанры

Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ
Шрифт:

7.5.4. Кремний

Кремний– элемент 3-го периода и IVA-группы Периодической системы, порядковый номер 14. Электронная формула атома [ 10Ne]3s 23p 2. Характерная степень окисления в соединениях +IV.

Шкала степеней окисления кремния:

Электроотрицательность кремния невысока для неметаллов (2,25). Проявляет неметаллические (кислотные) свойства; образует оксиды, кремниевые кислоты, очень большое число солей – силикатов в виде цепей, лент и трехмерных сеток тетраэдров [SiO 4], бинарные соединения. В настоящее время широко развивается химия органических соединений кремния со связями Si – С и кремнийорганических полимеров –

силиконов и силиконовых каучуков со связями Si – Si, Si – О и Si – С.

Важнейший элемент неживой природы, второйпо химической распространенности. Встречается только в связанном виде. Жизненно важный элемент для многих организмов.

КремнийSi.Простое вещество. Крупнокристаллический – темно-серый, с металлическим блеском, весьма твердый, очень хрупкий, непрозрачный, тугоплавкий, распространенный полупроводник. Кристаллическая решетка – атомная, связи Si – Si очень прочные. Аморфный – белый или желто-коричневый (с примесями, в основном Fe), химически более активен. Устойчив на воздухе (покрыт прочной оксидной пленкой), не реагирует с водой. Реагирует с HF (конц.), щелочами. Окисляется кислородом, хлором. Восстанавливается магнием. Спекается с графитом. Промышленно важным является сплав с железом – ферросилиций(12–90 % Si). Применяется как легирующая добавка в стали и сплавы цветных металлов, компонент полупроводниковых материалов для микроэлектроники, основа силиконов.

Уравнения важнейших реакций:

Получениев промышленности: восстановление SiCl 4или SiO 2при прокаливании:

SiCl 4+ 2Zn = Si+ 2ZnCl 2

SiO 2+ 2Mg = Si+ 2MgO

(последняя реакция может быть осуществлена и в лаборатории, после обработки соляной кислотой остается аморфный кремний).

Диоксид кремнияSiO 2.Кислотный оксид. Белый порошок (кварцевый песок)и прозрачные кристаллы, природный продукт окрашен примесями (кремнезём) – в виде обычного песка и камня (кремень).Кристаллическая решетка атомная, каждый атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода [Si(O) 4], а каждый атом кислорода – двумя атомами кремния [O(Si) 2]. Имеет несколько кристаллических модификаций (все минералы), важнейшие — кварц, тридимити кристобалит,редко встречающиеся и искусственно полученные — китит, коэсит, стишовит, меланофлогит, волокнистый кремнезём.Тугоплавкий, при медленном охлаждении расплава образуется аморфная форма – кварцевое стекло(в природе минерал лешательеит).Наиболее химически активна аморфная форма.

Практически не реагирует с водой (из раствора осаждается гидрат SiO 22O), распространенными кислотами. Кварцевое стекло разъедается в HF (конц.). Реагирует со щелочами в растворе (образует ортосиликаты)и при сплавлении (продукты — метасиликаты).Легко хлорируется в присутствии кокса. Восстанавливается коксом, магнием, железом (в доменном процессе).

Применяется как промышленное сырье в производстве кремния, обычного, термо– и химически стойкого стекла,

фарфора, керамики, абразивов и адсорбентов, наполнитель резины, смазок, клеев и красок, компонент строительных связующих растворов, в виде монокристаллов кварца – основа генераторов ультразвука и точного хода кварцевых часов. Разновидности кварца ( горный хрусталь, розовый кварц, аметист, дымчатый кварц, халцедон, оникси др.) – драгоценные, полудрагоценные или поделочные камни.

Уравнения важнейших реакций:

Полигидрат диоксида кремнияSiO 2nH 2O.Кремниевые кислоты с переменным содержанием SiO 2и Н 2O. Белый, аморфный (стекловидный) полимер с цепочечным, ленточным, листовым, сетчатым и каркасным строением. При нагревании постепенно разлагается. Очень мало растворим в воде. Над осадком в растворе существует мономерная слабая ортокремниеваякислота H 4SiO 4(тетраэдрическое

строение, sр 3– гибридизация), растворимость 0,00673 г/100 г Н 2O при 20 °C. При стоянии раствора идет поликонденсация и медленно образуются вначале кремниевые кислоты H 6Si 2O 7, H 2Si 2O 5, H 10Si 2O 9, затем гидрозоль [H 2SiO 3] n(золь метакремниевойкислоты) и, наконец, гидрогель SiO 2 • nН 2O (n < 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 • nН 2O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.

Переводится в раствор действием концентрированных щелочей. По остальным химическим свойствам подобен SiO 2. В природе – минералы опали халцедон (агат, яшма).Мономерная метакремниевая кислота H 2SiO 3не получена.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: вытеснение сильной кислотой из раствора силиката, например:

K 2SiO 3+ 2НCl + (n – 1) Н 2O = 2КCl + SiO 22OV

Метасиликат натрияNa 2SiO 3.Оксосоль. Белый, при нагревании плавится без разложения. Растворяется в холодной воде (сильный гидролиз по аниону). Концентрированный раствор – коллоидный («жидкое стекло», содержит гидрозоль SiO 22O). Разлагается в горячей воде, реагирует с кислотами, щелочами, углекислым газом.

Применяется как компонент шихты в производстве стекла, специальных цементов и бетонов, входит в состав силикатных красок и клея, холодных глазурей, алюмосиликатных катализаторов, при изготовлении бумаги и картона, силикагеля, синтетических цеолитов. Уравнения важнейших реакций:

Получение: сплавление соды с песком

Na 2SiO 3+ SiO 2= СO 2+ Na 2SiO 3(1150 °C)

Силикаты. Кремний в степени окисления +IV находится, помимо SiO 2, в весьма многочисленных и часто очень сложных по составу и строению силикат-ионах(так, кроме жетасиликат-ионаSiO 3 2-и ортосиликат-ионаSiO 4 4-известны ионы Si 2O 7 6-, Si 3O 9 6-, Si 2O 10 4- и др.). Для простоты записи все силикаты изображают как содержащие ион SiO 3 2-.

Насыщенный раствор силикатов натрия и калия (вязкое «жидкое стекло») используется как силикатный клей.

Силикаты натрия и кальция входят в состав стекла; его получают сплавлением кварца SiO 2, известняка СаСO 3и соды Na 2CO 3:

Часто состав стекла выражают через оксиды, например, обычное стекло Na 2O СаО • 6SiO 2.

Среди силикатных минералов отметим глины (алюмосиликаты), очень чистая глина — каолинAl 2O 32SiO 2 • 2Н 2O используется для изготовления фарфора.

Поделиться:
Популярные книги

Сердце Дракона. Том 19. Часть 1

Клеванский Кирилл Сергеевич
19. Сердце дракона
Фантастика:
фэнтези
героическая фантастика
боевая фантастика
7.52
рейтинг книги
Сердце Дракона. Том 19. Часть 1

Последняя Арена 10

Греков Сергей
10. Последняя Арена
Фантастика:
боевая фантастика
рпг
5.00
рейтинг книги
Последняя Арена 10

Идеальный мир для Лекаря 21

Сапфир Олег
21. Лекарь
Фантастика:
фэнтези
юмористическое фэнтези
аниме
5.00
рейтинг книги
Идеальный мир для Лекаря 21

Звезда сомнительного счастья

Шах Ольга
Фантастика:
фэнтези
6.00
рейтинг книги
Звезда сомнительного счастья

Live-rpg. эволюция-4

Кронос Александр
4. Эволюция. Live-RPG
Фантастика:
боевая фантастика
7.92
рейтинг книги
Live-rpg. эволюция-4

Девятое правило дворянина

Герда Александр
9. Истинный дворянин
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Девятое правило дворянина

Муж на сдачу

Зика Натаэль
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
5.00
рейтинг книги
Муж на сдачу

Para bellum

Ланцов Михаил Алексеевич
4. Фрунзе
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
6.60
рейтинг книги
Para bellum

Егерь

Астахов Евгений Евгеньевич
1. Сопряжение
Фантастика:
боевая фантастика
попаданцы
рпг
7.00
рейтинг книги
Егерь

Вечная Война. Книга VII

Винокуров Юрий
7. Вечная Война
Фантастика:
юмористическая фантастика
космическая фантастика
5.75
рейтинг книги
Вечная Война. Книга VII

Я снова не князь! Книга XVII

Дрейк Сириус
17. Дорогой барон!
Фантастика:
юмористическое фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Я снова не князь! Книга XVII

Ваантан

Кораблев Родион
10. Другая сторона
Фантастика:
боевая фантастика
рпг
5.00
рейтинг книги
Ваантан

Идущий в тени 4

Амврелий Марк
4. Идущий в тени
Фантастика:
боевая фантастика
6.58
рейтинг книги
Идущий в тени 4

Мятежник

Прокофьев Роман Юрьевич
4. Стеллар
Фантастика:
боевая фантастика
7.39
рейтинг книги
Мятежник