Кремний — Знание-сила

Кремний

Открыт Ж. Гей-Люссаком и Л.Тенаром в 1811г.

Второй по распространённости элемент в земной коре (27,6% по массе)

1s22s22p63s23p2

Возбуждённое состояние

Степени окисления: +4, -4.

Аллотропия

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

Имеет алмазоподобную структуру (sp3— гибридизация атомов кремния) и образует прочные ковалентные s- связи. Инертен.

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

Получение

1 способ

2С + Si+4O2  –-> Si0 + 2CO

2 способ

2Mg + Si+4O2  –->  2MgO + Si0

Химические свойства

Типичный неметалл, инертен.

Как восстановитель:

  1. С кислородом

Si0 + O2  –->  Si+4O2

2. С фтором (без нагревания)

Si0 + 2F2 -> SiF4­

3. С углеродом

Si0 + C  –->  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 реагирует. 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  –->  Mg2Si-4

­Соединения кремния

Силан SiH4

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

Получение

Mg2Si + 4HCl -> 2MgCl2 + SiH4­

Химические свойства

  1.  

SiH4 + 2O2 -> SiO2 + 2H2O

2. 

SiH4 -> Si + 2H2

Оксид кремния (IV) (SiO2)n

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

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

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

Физические свойства

Твёрдое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C

Кислотный оксид

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

  1. С основными оксидами:

SiO2 + CaO -> CaSiO3

2. Со щелочами:

SiO2 + 2NaOH -> Na2SiO3 + H2O

3. С водой не реагирует

4. С солями:

SiO2 + CaCO3 -> CaSiO3 + CO2­

SiO2 + K2CO3 -> K2SiO3 + CO2­

5. С плавиковой кислотой:

SiO2 + 4HF -> SiF4­ + 2H2O

SiO2 + 6HF -> H2[SiF6](гексафторкремниевая кислота) + 2H2O

 (реакции лежат в основе процесса травления стекла).

Кремниевые кислоты

x • SiO2 • y H2O

x = 1, y = 1 H2SiO3 — метакремниевая кислота

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

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

Получение

Na2SiO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2SiO3¯

При нагревании разлагается:

H2SiO3  –->  H2O + SiO2

Соли кремниевой кислоты — силикаты.

Выветривание горных пород (разрушение минералов):

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

Применение

Кремний – основной материал микроэлектроники и полупроводниковых приборов; используется при изготовлении стёкол, прозрачных для ИК-излучения. Кремний является компонентом сплавов железа и цветных металлов (в малых концентрациях кремний повышает коррозионную стойкость и механическую прочность сплавов, улучшает их литейные свойства; в больших концентрациях может вызвать хрупкость); наибольшее значение имеют железные, медные и алюминиевые кремнийсодержащие сплавы. Кремний применяют в качестве исходного вещества для получения кремнийорганических соединений и силицидов.

Биологическая роль

Кремний относится к микроэлементам. Суточная потребность человека в кремнии 20–50 мг (элемент необходим для правильного роста костей и соединительных тканей). В организм человека кремний попадает с пищей, а также с вдыхаемым воздухом в виде пылеобразного SiO2. При длительном вдыхании пыли, содержащей свободный SiO2, возникает силикоз.

Задачи:

  1. Для получения кремния из оксида кремния(IV) В качестве восстановителя использовали кокс: SiO2 + 2C = Si + 2CO Рассчитайте массу оксида кремния (IV), который можно восстановить с помощью кокса массой 50 кг (массовая доля углерода в коксе составляет 95%).
  2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
    Si SiO2 Na2SiO3 H2SiO3
  3. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения:
    H2SiO3 SiO2 Si K2SiO3
    Напишите уравнения этих реакций.
  4. Состав минерала асбеста можно выразить формулой 3MgSiO3 • CaSiO3 Определите массовую долю оксида кремния (IV) в асбесте.
  5. Смесь кремния и угля массой 5 г обработали концентрированным раствором щелочи при нагревании (щелочь в избытке). В результате реакции выделился водород объемом 2,8 л (нормальные условия). Вычислите массовую долю углерода в этой смеси
  6. Смесь карбоната натрия и карбоната калия массой 20 кг сплавили с оксидом кремния (IV) из реакционной смеси выделили силикат натрия массой 12,2 кг. Вычислите массовую долю Na2CO3 в исходной смеси карбонатов.
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Не копируйте текст!