Физические свойства свободного кремния

Аллотропные модификации кремния:

1. Кристаллический кремний – вещество серебристо-серого цвета с металлическим блеском, кристаллическая решетка типа алмаза; является полупроводником.

2. Аморфный кремний – порошок бурого цвета.

Свободный кремний можно получить прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который представляет собой диоксид кремния:

SiO₂ + 2 Mg ═ 2 MgO + Si

При этом образуется бурый порошок аморфного кремния.

Кремний растворим в расплавленных металлах. При медленном охлаждении раствора кремния в цинке или в алюминии крем­ний выделяется в виде хорошо образованных кристаллов октаэдрической формы. Кристаллический кремний обладает стальным блеском.

Химические свойства

В большинстве реакций кремний выступает в роли восстановителя:

Si⁰ - 4ē → Si⁺⁴

В реакциях с металлами кремний – окислитель:

Si⁰ + 4ē → Si^-4

1. В химическом отношении кремний, особенно, кристаллический, малоактивен; при комнатной температуре он непосредственно со­единяется только с фтором. При нагревании аморфный кремний легко соединяется с кислородом, галогенами и серой.

Si + O₂ SiO₂

Si + 2F₂ = SiF₄

Si + 2HaI₂ SiHaI₄

Si + 2S SiS₂

3Si + 2N₂ Si₃N₄

Si + C SiC

2. С водородом кремний непосредственно не реагирует.

3. Кислоты, кроме, смеси фтористоводородной и азотной (плавиковой), не дей­ствуют на кремний:

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

4. Реагирует с растворами щелочей с образованием силикатов и выделением водорода:

Si + 2 КОН + Н₂O = К₂SiO₃ + 2 H₂ ↑

5. При высокой температуре кремний вступает в соединение со многими металлами, образуя силициды. Например, при нагре­вании диоксида кремния с избытком металлического магния восстанавливающийся кремний соединяется с магнием, образуя силицид магния Mg₂Si:

4 Mg + SiO₂ = Mg₂Si + 2 MgO

Соединения кремния с водородом и галогенами

При действии соляной кислоты на силицид магния Mg₂Si получается кремневодород (силан) SiН₄, подобный метану:

Mg₂Si + 4 НС1 = 2 MgСl₂ + SiН₄ ↑

Силан SiН₄ — бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе и сгорающий с образованием диоксида кремния и воды:

SiН₄ + 2 О₂ = SiO₂ + 2 Н₂О

Силан легко гидролизуется, особенно в щелочной среде:

SiH₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4H₂

SiH₄ + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 4H₂

Хлорид кремния SiCl₄ получается нагреванием смеси диоксида кремния с углем в струе хлора:

SiO₂ + 2 С + 2 С1₂ = SiСl₄ + 2 CO

или хлорированием технического кремния. Он представляет собой жидкость, кипящую при 57 °С.

При действии воды хлорид кремния подвергается полному гид­ролизу с образованием кремниевой и соляной кислот;

SiСl₄ + 3 Н₂О = Н₂SiO₃ + 4 НСl

Хлорид кремния применяется для синтеза кремнийорганических соединений.

Фторид кремния SiF₄ образуется при взаимодействии фтористого водорода с диоксидом кремния:

SiO₂ + 4 НF = SiF₄ ↑ + 2 Н₂О

Это — бесцветный газ с резким запахом.

Как и хлорид кремния, в водных растворах SiF₄ гидролизуется:

SiF₄ + 3 Н₂О = Н₂SiO₃ + 4 НF

Образующийся фторороводород взаимодействует с SiF₄. При этом получается гексафторокремниевая (или кремнефтористоводородная) кислота H₂SiF₆:

3 SiF₄ + 3 Н₂О ═ 2 H₂SiF₆ + H₂SiO₃

По силе гексафторокремниевая кислота близка к серной. Соли ее — кремнефториды, или фторосиликаты, в большинстве своем растворимы в воде; малорастворимы соли натрия, калия, рубидия, цезия, практически нерастворима соль бария. Сама кислота и все фторосиликаты ядовиты..