Неорганическая химия

 Главная   Общая  Неорганическая  Органическая  Физическая  Поиск реакции 

КРЕМНИЙ

Общая характеристика

Кремний - символ Si (от латинского Silicium) - элемент 4 группы периодической системы. Строение внешнего электронного уровня атома 3s23p2. Для кремния в соединениях характерны степени окисления +2 и +4, очень редко встречается +3.

В природе три стабильных изотопа кремния: 28Si, 29Si, 30Si.

Кремний - второй после кислорода по распространенности в земной коре элемент. Его массовая доля в земной коре составляет 0,276, причем встречается кремний только в виде соединений.

Простoe вещестo.

Различают две основные аллотропные модификации кремния - аморфную и кристаллическую. Аморфный кремний не имеет упорядоченной кристаллической решетки. Решетка кристаллической модификации кремния - атомная, сходна с решеткой алмаза.

Физические свойства.

Аморфный кремний - порошок бурого цвета, плотность 2,3 г/см3. Кристаллический кремний - темно-серые со слабым блеском кристаллы, температура плавления 1415oС, кипения 3250oС, плотность 2,4 г/см3, полупроводник, прозрачен для инфракрасного излучения.

Химические свойства

Кремний в химическом отношении при комнатной температуре инертен, взаимодействует при этой температуре только с фтором:

Si + 2F2 = SiF4

При повышенных температурах взаимодействует со многими неметаллами:

а) хлором - при 400oС:

Si + 2Cl2 = SiCl4

б) кислородом - при 600oС:

Si + O2 = SiO2

в) азотом - при 1000oС:

3Si + 2N2 = Si3N2

г) углеродом - при 2000oС:

Si + C = SiC

Образующийся при этом карбид кремния SiC - карборунд - имеет кристаллическую решетку алмаза и близок к нему по твердости.

По отношению к металлам кремний ведет себя по-разному:

а) с расплавленными магнием, медью, железом, щелочными и щелочноземельными металлами взаимодействует, образуя силициды, например:

2Mg + Si = Mg2Si

Силициды щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются водой.

б) в других расплавленных металлах, например цинке, свинце, олове, алюминие, кремний хорошо растворяется, но соединений не образует.

Кремний устойчив к действию кислот, при обычных условиях аморфный (но не кристаллический) кремний взаимодействует только с плавиковой кислотой:

Si + 4HF = SiF4 + 2H2

И кристаллический, и аморфный кремний растворяются в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O

Кремний реагирует с водными растворами щелочей, например:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2


Получение кремния.

В промышленности кремний получают восстановлением SiO2 коксом:

SiO2 + 2C = Si + 2CO

Особо чистый кремний - восстановлением SiCl4 водородом:

SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl

или разложением SiH4 при 400-600oС:

SiH4 = Si + 2H2

В лаборатории кремний можно получить, прокаливая смесь SiO2 и магния (или алюминия):

SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO


Применение кремния.

Кремний применяют в промышленности:

а)как легирующую добавку в производстве сплавов черных и цветных металлов

б) для получения силиконов - кремнийорганических полимеров

Особо чистый монокристаллический кремний (очищают обычно зонной плавкой) применяется в электронной промышленности как полупроводниковый материал для изготовления микросхем, транзисторов и т.д.

СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ

Водородные соединения кремния.

Кремний образует гидриды с общей формулой состава SinH2n+2, по строению аналогичные гомологическому ряду алканов CnH2n+2, называемые силанами, n от 1 до 6. При n = 1-2 это газы, 3-4 - жидкости, остальные - твердые вещества. Все силаны ядовиты и обладают характерным запахом. В отличие от углеводородов, силаны разлагаются на простые вещества при нагревании:

SiH4 = Si + 2H2 - при 400-600oс

На воздухе силаны самовоспламеняются:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2O2

и сгорают с образованием белого дыма SiO2

Силаны разлагаются парами воды:

SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2

и взаимодействуют с водными растворами щелочей:

SiH4 + 2KOH + H2O = H2SiO3 + 4H2

Получить силаны можно, действуя соляной кислотой на силициды, например силицид магния:

Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4

при этом также образуется Si2H6, Si3H8 и т.д.

Кислородсодержащие соединения кремния.

Степень окисления +2. Оксид кремния (2) - SiO - желтовато-коричневое вещество, плотность 2,2 г/см3.

SiO медленно окисляется кислородом воздуха:

SiO + O2 = 2SiO2

и взаимодействует с водными растворами щелочей:

SiO + 2KOH = K2SiO3 + H2

Оксид кремния (2) можно получить при прокаливании SiO2 c кремнием, коксом или карбидом кремния при 1500-2000oC:

SiO2 + Si = 2SiO
SiO2 + C = SiO + CO
2SiO2 + SiC = 3SiO + CO

SiO применяется как электроизоляционный материал, компонент красок и для фильтрования воздуха.

Степень окисления +4 - SiO2, кремниевая кислота и силикаты.

SiO2 - оксид кремния (4), кремнезем, кремниевый ангидрид - бесцветные кристаллы, температура плавления 1728oС, кипения 2530oС, существует в виде нескольких полиморфных модификаций - кварца, кристобалита, тридимита, аморфного (стеклообразного) SiO2.

SiO2 устойчив к действию кислот и щелочей, взаимодействует только с плавиковой кислотой или газообразным фтороводородом:

SiO2 + 4HF газ= SiF4 + 2H2O
SiO2 + 6HF водн. раствор = H2SiF6 + 2H2O



    © Короленко М.В., 2009-2016                      *7745*25*131*

          Индекс цитирования          Эта страница помогла? Покажите ее друзьям!