Кремний

Кремний - неметаллический элемент IVa группы периодической таблицы Д.И. Менделеева. Второй после кислород элемент по распространенности в земной коре.

В чистом виде в природе практически отсутствует. Чаще всего встречается в виде кремнезема - SiO2 - песок, песчаник, кварц, глина.

Фильгурит
Кремниевая (силиконовая) долина

Регион в штате Калифорния (США), отличающийся большой плотностью высоко технологичных компаний, связанных с производством компьютеров и микропроцессоров.

Кремний является природным полупроводником, используется как основной материал для производства микросхем. Кремний ближе, чем вы думаете: внутри гаджета, которым вы пользуетесь ;)

Кремниевая долина
Основное и возбужденное состояние кремния

При возбуждении атома кремния электроны на s-подуровне распариваются и один из них переходит на p-подуровень.

Основное и возбужденное состояние атома кремния
Природные соединения

В природе кремний встречается в виде следующих соединений:

  • SiO2 - кварц, кремнезем, гранит, песчаник, песок, глина
  • SiO2 с примесью Fe3+ - цитрин
  • SiO2 с примесью Fe2+ и Fe3+ - аметист

Гранит, аметист, цитрин и песок
Получение

В промышленности кремний получают путем восстановления кремнезема в электрических печах, алюминотермией.

SiO2 + C → (t) Si + CO2

SiO2 + Al → (t) Si+ Al2O3

В лабораторных условиях мелкий белый песок прокаливают с магнием:

SiO2 + Mg → (t) MgO + Si

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами
  • При обычных условиях без нагревания кремний реагирует только со фтором.

    Si + F2 → SiF4

    При нагревании кремний вступает в реакции с остальными галогенами (Cl, Br, I), углеродом, кислородом. При очень высоких температурах (1200 °C) кремний с кислородом образует оксид кремния II - несолеобразующий оксид.

    Si + Cl2 → (t) SiCl4

    Si + C → (t) SiC

    Si + O2 → (t) SiO2

    Si + O2 → (t = 1200 °C) SiO

    Карбид кремния
  • Реакции с металлами
  • В подобных реакциях кремния проявляет свои окислительные способности.

    Ca + Si → Ca2Si (силицид кальция)

  • Реакция с щелочами
  • С целью травления (удаления поверхностного слоя материала) кремниевые изделия можно погружать в раствор щелочи.

    KOH + Si → K2SiO3 + H2

Оксид кремния IV - SiO2

Оксид кремния IV имеет атомное строение, обладает высокой прочностью и твердостью. Плавится при температуре +1730 °C градусов.

Получение

В промышленности оксид кремния IV получают нагреванием кремния в атмосфере кислорода.

Si + O2 → SiO2

В лабораторных условиях проводят реакция силиката натрия с уксусной кислотой. Кремниевая кислота сразу же распадается на SiO2, который выпадает в осадок, и воду.

Na2SiO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2SiO3

H2SiO3 → SiO2 + H2O

Кремниевая кислота

Химические свойства

  • Реакции с кислотами
  • Химически SiO2 устойчив к действию кислот, однако вступает в реакцию с газообразным фтороводородом (газом) и плавиковой кислотой (жидкостью).

    SiO2 + HF → SiF4 + H2O

  • Реакции с основными оксидами и щелочами
  • SiO2 является кислотным оксидом, соответствует кремниевой кислоте. Вступая в реакции с основными оксидами и щелочами, образует соли данной кислоты - силикаты.

    MgO + SiO2 → MgSiO3

    NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O

    Силикат натрия
  • С карбонатами
  • Так как чаще всего кислотные оксиды с солями не реагируют, тем более необычной кажется реакция оксида кремния IV с карбонатами.

    K2CO3 + SiO2 → K2SiO3 + CO2

Кремниевая кислота

Слабая, малорастворимая в воде кислота. Ее соли носят название - силикаты.

Получение

Поскольку кремниевая кислота малорастворима, то банальной реакцией SiO2 с водой ее не получить. Эту задачу решают в две стадии через ее соли - силикаты.

LiOH + SiO2 → Li2SiO3 + H2O

Li2SiO3 + HCl → LiCl + H2SiO3

Химические свойства

Кремниевая кислота слабая, нестойкая, легко распадается на воду и оксид кремния IV.

H2SiO3 → H2O + SiO2

Кварц

Пройдите тест для закрепления знаний

1. Выберите химическую формулу кварца

Формула кварца - SiO2

2. Кремний в реакции с металлами

В реакции кремния с металлами образуются силициды.

3. Оксид кремния IV обладает ... строением

Оксид кремния IV характеризуется атомным строением.

4. Кремниевая кислота отличается от многих других кислот тем, что она

Кремниевая в отличие от многих других кислот нерастворима, в воде выпадает в осадок.

5. Соли кремниевой кислоты носят названия

Соли кремниевой кислоты называются силикаты - SiO32-(K2SiO3 - силикат калия).

Ваш результат