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

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

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  –^t°-> Si⁰ + 2CO

2 способ

2Mg + Si⁺⁴O₂  –^t°->  2MgO + Si⁰

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 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  –^t°->  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  –^t°->  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.