Кремний

Аллотропия кремния

Известен аморфный и кристаллический кремний.

Поликристаллический 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    Опыт

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 (только 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 ^t˚→  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 + SiH₄ ↑
Химические свойства:
1)      Окисление: SiH₄ + 2O₂ ^t˚→   SiO₂ + 2H₂O
2)      Разложение: SiH₄ → Si + 2H₂

Оксид кремния

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:

 

 

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:

Изучение свойств оксида кремния (IV)

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 ^t˚→    CaSiO₃ + CO₂­

SiO₂ + K₂CO₃ ^t˚→    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

Кремневая кислота. Силикаты

 Кремниевые кислоты


x • SiO₂ • y H₂O
x = 1, y = 1     H₂SiO₃ - метакремниевая кислота
x = 1, y = 2     H₄SiO₄ - ортокремниевая кислота и т.д.
 

Силикатная промышленность. Стекло

“Пою перед Тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, ни злату, но стеклу”.

М.В. Ломоносов

Силикатная промышленность. Керамика. Цемент

       Силикатная промышленность – это производство различных строительных материалов, стекла и керамики из различных природных силикатов.

      Силикатные изделия – это такие изделия, которые состоят из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов, алюмосиликатов.

      Силикатная промышленность состоит из трех производств.