Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Ростовский государственный строительный университет”

Утверждено на заседании

кафедры химии 14.03.11000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Методические указания

по курсу общей и неорганической химии

«Кремний и его соединения»

Ростов-на-Дону

2011

УДК 532.6107

Методические указания по курсу общей и неорганической химии «Кремний и его соединения». ― Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. ― 11 с.

Излагаются теоретические положения по теме “Кремний и его соединения”. Рассчитаны на студентов 1-го курса дневной и заочной форм обучения всех специальностей.

Составители: канд. хим. наук, доц.

М.Н. Мицкая

канд. хим. наук, доц.

Е.А. Левинская

Рецензент д-р хим. наук, проф.

В.Т. Мальцев

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2011 г., поз. 172

Подписано в печать 8 .09.11. Формат 60x84^1/16.

Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 0,5.

Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр РГСУ

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

Теоретическая часть I

1.1. Кремний Строение и методы получения кремния

Элемент кремний был открыт Ж. Гей-Люссаком и Л.Тенаром в 1811 году и является вторым по распространенности элементом в земной коре после кислорода (27,6% по массе). В свободном виде он не встречается, но его соединения очень распространены и играют важную роль в неорганическом мире, как углерод в органическом. Кремний встречается в природе в виде SiO₂ (кремнезема).

Природный SiO₂ служит исходным сырьем для получения всех остальных соединений кремния. В элементарном состоянии кремний может быть выделен восстановлением оксида кремния при высокой температуре такими металлами, как магний

или алюминий, а также углеродом:

;

;

;

.

Электронная формула кремния имеет вид: Si 1s²2s²2p⁶3s²3p².

Физические свойства кремния

Кристаллический кремний представляет собой темно-серое вещество с металлическим блеском, большой твердостью, ρ = 2,33 г/см³, t_пл =1415⁰ C; t_кип = 2680 ⁰C. Кристаллический кремний имеет алмазоподобную структуру (sp³- гибридизация атомов кремния) и образует прочные ковалентные σ-связи. Кристаллический кремний, как типичный неметалл, инертен.

 Аморфный кремний представляет собой бурый гигроскопичный порошок с алмазоподобной структурой, ρ = 2 г/см³. Аморфный кремний является более реакционноспособным, по сравнению с кристаллическим.

Химические свойства кремния

1. При комнатной температуре кремний взаимодействует лишь с газообразным фтором, со всеми остальными галогенами - лишь при нагревании:

Si + 2Hal₂ = SiHal₄.

2. При сильном нагревании кремний горит на воздухе с образованием оксида кремния (IV): Si + О₂ = SiО₂.

3. Кремний непосредственно реагирует с водородом при повышенных температурах с образованием кремнийводородов – силанов:

Si + 2H₂ = SiH₄ - моносилан.

4. При высокой температуре кремний соединяется с углеродом, с образованием карбида кремния. В промышленности он получил название карборунд, из него изготовляют шлифовальные и точильные камни:

Si + C = SiC.

5. При нагревании кремний соединяется со многими металлами – магнием, кальцием, медью, хромом, марганцем, железом, образуя силициды:

Si + 2Mg = Mg₂Si силицид магния.

6. С кислотами кремний не реагирует, а взаимодействует он с расплавами и растворами щелочей:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑.

Кремний применяется, главным образом, в металлургии и полупроводниковой технике. В металлургии он используется для удаления кислорода из расплавленных металлов и служит составной частью многих сплавов. Важнейшие из них – сплавы на основе железа, меди и алюминия. В полупроводниковой технике кремний используют для изготовления фотоэлементов, усилителей и выпрямителей.