Парниковый эффект

Основные антропогенные выбросы оксидов углерода в ат­мосферу вызваны сжиганием органического топлива на элект­ростанциях, в котельных, промышленных печах и двигателях внутреннего сгорания, а также переработкой руд и получения различных химических продуктов.

Значительная часть вредных атмосферных выбросов об­условлена горением топлива. Продукты горения топлива за­висят от его состава и условий сжигания; при этом образуются Н₂О, СО и СО₂. Соотношение между СО и СО₂ в продуктах горения зависит от соотношения топлива и воздуха. Если подача воздуха недостаточна, топливо сгорает неполностью, в продуктах горения увеличивается доля СО и сажи. Поступающий в атмосферу монооксид углерода окисляется до СО₂.

Оксид углерода (II) может продуцироваться в почвах как биологическим (выделение организмами), так и небиологическим путем. Экспериментально установлено выделение СО за счет фенольных соединений. Общий баланс выделения небиологического СО и его окисления микроорганизмами зависит от конкретных экологических условий – влажности и значения рН почвы.

Метан образуется в болотных и очень влажных почвах. Этот газ устойчив в восстановительной среде, но при доступе кислорода может окисляться с образованием СО₂ и воды.

Попавший в атмосферу диоксид углерода прозрачен для солнечного света, но не пропускает в атмосферу инфракрас­ное излучение Земли, т.е. ведет себя подобно полиэтиленовой пленке в парнике. В связи с возрастанием темпов сжигания топлива растет концентрация СО₂ в атмосфере. Ожидается, что к 2050 г. концентрация СО₂ удвоится по сравнению с 1978 г., что приведет к повышению температуры на Земле на 2,5 – 3,5 К. Аналогично СО₂ на инфракрасное и тепловое излучение воздействуют метан и другие углеводороды, кото­рые поступают в атмосферу при добыче и переработке нефти и газа. До некоторой степени «парниковый эффект» компен­сируется образованием аэрозолей твердых и жидких частиц. Аэрозоли снижают способность атмосферы пропускать сол­нечный свет и соответственно снижают среднюю температуру земной поверхности. Тем не менее человечеству необходимо снизить поступление СО₂ в атмосферу.

Кремний

Нахождение в природе

Кремний – второй элемент по распространенности в ат­мосфере Земли (27,6%). Встречается только в связанном виде и различных горных породах и продуктах их выветривания, в виде оксидов и силикатов, из которых на 90% состоит зем­ная кора.

Получение

В лабораторных условиях кремний получают:

1. восстановлением оксида кремния (IV) магнием:

В промышленности кремний получают:

1. восстановлением оксида кремния (IV) углеродом в электрической печи:

2. кремний высокой чистоты (полупроводниковый) полу­чают восстановлением водородом соединений , :

3. термическим разложением силана:

Физические свойства

Алмазоподобный кремний – темно-серое, почти черное вещество с металлическим блеском. Это типичный по­лупроводник. Кремний тугоплавок, обладает большой твер­достью. Химически стоек.

Химические свойства

При комнатной температуре взаи­модействует только со фтором, хлором и раствором горячей щелочи:

Кремний растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот:

В приведенных реакциях кремний проявляет восстано­вительные свойства.

При взаимодействии с металлами кремний является окислителем. Например:

Соединения кремния.

Кремний не реагирует с водородом. Силаны ( ), где n = 1 – 6, получают косвенным путем:

Моносилан SiH₄ получают окислением гидридоалюмината лития хлоридом кремния:

Силаны – легколетучие вещества. Ядовиты. На воздухе воспламеняются. Они реакционноспособны и являются силь­ными восстановителями, реагируют с водой при комнатной температуре:

в щелочной среде:

С галогенами силан реагирует бурно (со взрывом):

Подобно углероду, кремний с кислородом образует два оксида: SiO и SiО₂.

Моноксид или оксид кремния (II) SiO в природе не встречается; получить его можно восстановлением SiО₂ при 1350 – 1500 С углем:

При медленном охлаждении SiO диспропорционирует:

Твердый SiO – порошок темно-желтого цвета, не прово­дит электрический ток и является прекрасным изолятором. Оксид кремния (II) легко растворяется в щелочах:

т.е. проявляет восстановительные свойства.

Диоксид кремния или оксид кремния (IV) SiО₂ (кремнезем). Кристаллический SiО₂ встречается в виде минерала кварца, который является составной частью песчаников и морского песка. Хорошо об­разованные кристаллы кварца, часто с окрашивающими его примесями, представляют собой следующие минералы: гор­ный хрусталь (белый, прозрачный); дымчатый кварц, или раух-топаз (от серого до коричневого); розовый кварц; аме­тист (фиолетовый); цитрин (желто-лимонный).

Кристалл кварца представляет собой гигантскую полимер­ную молекулу, состоящую из отдельных тетраэдров, в которых атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода, а каж­дый атом кислорода осуществляет мостиковую трехцентровую связь, являясь общим угловым атомом для двух тетраэдров. Взаимное расположение этих тетраэдров, связанных общими вершинами, может быть различным, что обуславливает суще­ствование огромного многообразия структур силикатов.

Наряду с обычными -связями между атомами Si и О воз­никают еще и нелокализованные -связи, которые образу­ются по донорно-акцепторному механизму за счет свободных 3d-орбиталей атома кремния и неподеленных 2р-электронных пар атомов кислорода. Подобная структура полимерного ди­оксида кремния обуславливает ряд свойств кварца, резко от­личных от свойств диоксида углерода.

Кварц обладает боль­шой твердостью, высокой температурой плавления (1728 °С) и кипения (2950 °С), а также химической стойкостью по от­ношению к другим реагентам. При охлаждении расплава SiО₂ образуется стекловидная форма – плавленый кварц, или кварцевое стекло. На кварц не действуют никакие кислоты, кроме фтороводородной:

Со щелочами кварц реагирует очень медленно при комнат­ной температуре, нагревание ускоряет процесс:

Будучи нелетучим кислотным оксидом, SiО₂ при сильном нагревании вытесняет из солей летучие оксиды. Например:

При сплавлении SiО₂ с оксидами металлов образуются соли различных кремниевых кислот – силикаты.