Электрондық формуласы

Таңбасы – Si.  

Реттік нөмірі – 14.

Салыстырмалы атомдық массасы – 28.

Валенттілігі айнымалы – ІІ,ІҮ.

Тотығу дәрежесі – +4, +2, 0, -4.

Кремнийдің атом құрылысы көміртек атомына ұқсас.

Ондағы электрондардың орналасуы  ₊₁₄ Si  2е^— 8е^— 4е^—.

Кремний атомының электрондық формуласы  1s² 2s²2p⁶3s²3p². Көміртек атомы сияқты кремнийдің сыртқы энергетикалық деңгейінде 4 электроны бар. Бірақ кремний атомының радиусы біршама үлкен болады, себебі оның электрондары ядродадан қашықтау  орналасады.

Кремнийді алу үшін , ақ қиыршақ ұсақ құмды магниймен араластырып қыздырады: 

SiO+2Mg=2MgO+SiH=-372кДж/моль Кремнийдің MgO және реакцияласпай қалған SiO -ден тазарту үшін , шыққан массаны тұз қышқылымен және фторсутек қышқылымен әрекеттейді. Магнийдің орнына тотықсызщдандырғыш ретінде алюминий, көміртек (техникада) алуға болады. 

Мұнда шығатын амофрты кремний сұр түсті ұнтақ зат , тығыздығы 2.35 г/ см -ке жуық. Кремнийді балқыған металда ерітіп қайта кристалдауға болады , онда кристалдық кремний түзіледі; бұл болат сияқты сұр, металдық жылтыры бар , қатты кристалдық зат , тығыздығы 2,4г/см . Кремнийдің сыртқы электрондық құрылысы 3s 3p , оның атомында sp - гибридизация болады. Ол оған үш өлшемді , алмаз тәрізді тұрақты құрылымы тән.

Кремний түрлі құймалардың құрамына араластыруға колданылады. Мысалы кремний көп қосылған темір құймалары қышқылға берік болады, 4% кремний аралаасқан темір электр трансформаторын жасау үшін жұмсалады . Соңғы кезде кремнийді шала өткізгіштертехникасында қолданатын болды ; ол үшін алынуы жоғарыда жазылған техникалық кремний (94-95% Si) жарамайды , өте таза кремний керек ондай кремнийді алу үшін SiCl4 мырыш буымен тотықсыздандырады: SiCl+2Zn=Si+2ZnCl  Немесе кремний гидридін қыздырып алынады:

SiH=Si+2H 

Кремнийдің металдармен, азотпен,сутекпен және галогендермен қосылыстары

Химиялық қасиеті жағынан кремнийдің кристалдық түрі инертті , аморфты түрі реакцияласқышырақ. Айталық, фтормен қалыпты жағдайда-ақ оттек , хлор , бром және күкіртпен 400-600 , азот және көміртекпен өте жоғары температурада реякцияласады.  Жеке қышқылдар кремнийге еш әсер етпейді, қайта пассивтеніп кетеді, кремний HF мен HNO қоспасында ериді:

3Si+4HNO+18HF=3HSiF+4NO+8HO

Сілтілердің әрекетінен кремний тұзға айналады: Құм мен коксты тиісті мөлшерде араластырып қыздырса , кремний мен көміртектін қосылысы - кремний гарбиді SiC түзіледі, оны көбіне карбарунд деп атайды.

SiO+3C=SiC+2CO Таза карборунд – түссіз кристалдық, өте қатты зат , қаттылығы алмаздан ғана кем , тығыздығы 3,2г/ см . техникада карборунд көп мөлшерде өндіріліп , қаттылығын пайдаланып , қайрақ тастар , шлифтайтын дөңгелектер жасауға т.б. және отқа берік материал ретінде пайдаланылады.

Құм мен магний арасындағы реакцияда , магнийді артығырақ алса , тотықсызданып шыққан кремний магниймен қосылып магний силицидің

MgSiтүзеді:

4Mg+SiO=MgSi+2MgO Материалды кремнийден тотықтырғанда (700-1200 С) металл оксидімен кремнийді араластырып инертті атмосферада қыздырғанда силициттер түзіледі: 

6MnO+5Si=2MnSi+2SiO  Силицидтер қасиеті және құрылымы жағынан да карбидтарға ұқсамайды . Қосылушы металдың қасиетіне тәуелді силицидтердегі байлайныс ионды , коваленттіден металдыққа дейін өзгере береді, осыған байланысты кейбір силицидтер өткізгіш , кейбіреулері шалаөтөткізгіш болып келеді.

Силицидтер қатты қыздырғанда айырылмайтын қосылыстар , кейбірактив металдың силицидтері сумен , қышқылмен реакцияласады. Силицидтерді отқа берік , қышқылға төзімді құймалар , жоғары температурада ұсталатын шала өткізгіштер (CrSi ,COSi ,ReSi ) жасауда қолдланады . Кейбір силицидтер атомдық техникада пайдаланылады.

Иагний силицидіне хлорсутекпен әрекет етсек кремний сутексилан деп аталатын зат түзіледі:

MgSi+4HCl=2MgCl+SiH 

Силан SiH - түссіз, ауада өзінен-өзі тұтанып , жанып кететін газ, жанғанда кремнийдің диоксиді және су түзіледі:

SiH+2O=SiO+2HOH=-1287.4кДж/моль SiH басқа тағы бірсыпыра силандар деп аталатын кремнийсутекті қосылыстар - Si H , Si H , Si H бар; бұлар метанның гомолог қатары сияқты. Бірақ көміртек атомдарының арасындағыдай емес, кремний атомдарының арасындағы байланыс нашар болғандықтан бұлардың тұрақтылығы кем, реакцияласқыш болады. 

Кремний галогенидтерінің жалпы формуласы SiГ , тікелей синтезбен Si+2 Г =Si Г алынуы мүмкін. Бұлардың барлығы да түссіз, Si F - газ, SiCl - қатты зат. Іс жүзінде басқа жолмен де алуға болады:

SiO+4HF=SiF+2HO SiO+2C+2Cl=SiCl+2CO Кремнийдің галогендері сумен жақсы реакцияласады, реакцияларының жалпы схемасы мынадай: SiГ+2HOSiO+4HГ

Кремнгий фторпидін SiF суға жіберсе , онда кремний фторсутек қышқылы сутекгексафторосиликаты H SiF түзіледі: 

3iF+3HO=2HSiF+HSiF  Кремний фторсутек қышқылын былайша , тікелей де алуға болады:

2HF+SiF=HSiF  Ерітіндісін салқындатса екі молекула суды қоса кристалданады. Кремний фторсутек қышқылы күшті қышқылдардың бірі, 0,1 н. Ерітіндісін диссоциациялану дәрежесі 0,75% . Күшті дезинфектор . Тұздары фторсиликаттар , көпшілігі ерімтал , өсімдік зиянкестерін тұтынылады, эмаль жасағанда жұмсалады.

Кремнийдің азотты қосылыстары. Кремний нитриді химиялық өте тұрақты , ыстыққа төзімді қосылыс. Ол фторсутек әсеріне төзімді, балқыған металдар мен сілтілерде өзгеріске ұшырамайды. кристалдары түссіз, гексогоналды құрылымы бар шала өткізгіш ( ). Кремний нитриді отқа , каррозияға төзімді материалдар, қиын балқитын құймалар жасауда шала өткізгіштер алуға пайдаланылады.

КРЕМНИЙДІҢ ОТТЕКТІ ҚОСЫЛЫСТАРЫ Кремнийдің көп кездесетін , әрі өте тұрақты қосылысы оның диоксиді SiO , оның элементтерден түзілуі оңай, әрі көп жылу бөліп шығаратын реакциялар қатарына жатады: SiO+O=SiOH=-848,5кДж/мол Кремний диоксиді – түссіз қатты зат,  Кремнийдің бұдан басқа оксиді (SiO)х бар, жаратылыста кездеспейді, қолдан алады): SiO+Si=2SiO Қошқыл сары түсті, борпылдақ, ұнтақ, баяу тотығып SiO айналады , «монокс» деген бояу жасау үшін және изоляцияға қолданылады. Кремнийдің диоксиді – кремний ангидриді және кремнезем деп те аталады,; бұл жаратылыста көп кездесетін зат, дербес күйінің өзі жер қыртысы массасының жартысынан артығы кремний диоксиді үлесіне келеді.

Кремнезем кристалдық және аморфты күйде боады. Кристалдық кремнеземнің маңыздысы кварц деген минерал, ол түссіз, мөлдір, алты қырлы призма, ұшы алты қырлы пирамида болып бітетін кристалдар оны тау хрусталі деп атайды. Тау хрусталі түрлі тұздар арласуынан түсі өзгереді, оның жасылдауын – аметист, күңгірттеуін түтінді (дымчатый) топаз дейді. Кварцтың бір түрі шақпақ тас.

Кварцтың өте ұсақ кристалды түрін агат, яшма деп те атайды. Кәдімгі құм да кварц. Ақ киыршық құм таза кварц, бірақ түрлі қосаплардың (көбіне темір тұздарының) араласуынан түсі өзгеріп сары құм, қызыл құм, қара құм деп те аталады.

Аморфты кремнезем жаратылыста азырақ. Кейбір қарапайым су өсімдіктерінің панцірі (тас қабығы) негізінде аморфты кремнеземнен құрылған. Сондай панцірьлардың көп жиылып қалған жерінде трепель, инфузор топырағы деп аталатын тау жынысының бір түрі пайда болады. Кремний қышқылын қыздырса суы ұшып, қалған кремний диоксиді ақ түсті, аморфты , сусылдақ ұнтаққа айналады.

Қышқылдары. Кремний диоксиді SiO кремний қыщқылының ангидриді болғанымен , суда ерімейді ,әрі онымен реакцияласпайды. Кремний қышқылына сәкес келетін қышқыл ортокремний қышқылы , ол қышқыл оңай конденсацияланып полиметакремний қышқылын ( ) түзеді, оны қысқартып деп те жазады. Кремний қышқылын алу үшін әдетте не ерітіндісін күкірт , не тұз қышқылымен әрекеттейді., сонда алдында мөп-мөлдір ерітінді кілегейленіп қатады, не каллоид күйіне көшеді, ол ерітіндіде түзілген кремний қышқылы, бұл процестің теңдігі мынадай: Бұл теңдікте кремний қышқылының формуласы да келісім бойынша шартпен жазылып отыр , өйткені бұл реакциядан құрамын бір формуламен жазатын бір қщышқыл түзілмейді. Фосфордағы сияқты кремнийдің де , біренеше толып жатқан қышқылдары бар, айырмашылығы құрамынндағы судың мөлшерінде. Жаңағы реакция нәтижесінде сол қышқылдардың қоспасы түзіледі.

Кремний қышқылдарының құрамын деп жазады. x пен y мәні реакция жағдайына қарай өзгере береді, онда қышқылдардың құрамы да өзгереді,мысалы болса оларды поликремний қышқылдары дейді, жер қыртысын түзетін минералдаросы полиқышқылдардың туындылары. Кремний қышқылдары силикаттардың қыщқылымен әрекеттесуінен басқа кремнийдің кейбір қосылыстарының (галогенид, сульфид т.б.) гидролизінен де түзіледі. Мысалы, гидролизінде әуелі ортокремний қышқылы түзіледі

Зертханада                                            Өнеркәсіпте

SiO₂ + 2Mg          2MgO + Si                         SiO₂ + 2C          2CO + Si

 

Таза күйінде 1822 жылы бөліп алған швед ғалымы И.Я.Берцелиус.

Химиялық қасиеті

Кремний атомдары өзара ковалентті полюссіз байланыс түзеді. Кристалл торы – атомдық. Кәдімгі жағдайда химиялық енжар элемент болып келеді, ал қыздырса оның белсенділігі артады.

Аморфты кремнийді қыздырғанда тотықсыздандырғыш ретінде жай заттармен әрекеттеседі

 

Тотықсыздандырғыш
Галогендермен Si0 + 2CI20         Si+4CI4-1 Оттекпен Si0 + O20  1200t   Si+4О2—2 Көміртекпен Si0 + C0        Si+4C—4   Концентрациялы сілтімен әрекеттеседі: Si + 2NaOH + H2O      Na2SiO3 + 2H2

Кремний аморфты, кристалды деп екіге бөлінеді, бірақ екеуінің де кристалдық құрылысы бар. Аморфты кремний қоңырқай түсті ұнтақ зат, ал кристалды кремний металдық жарқылы және жартылай өткізгіштік қасиеті бар, ток өткізетін зат.

Химиялық қасиеттері жағынан кристалды кремнийдің активтігі төмен, ал аморфты кремний оған қарағанда әлдеқайда активті, ол кәдімгі температурада фтормен, ал қыздырғанда көптеген металл еместермен

Азот, көміртек, бормен тек жоғары температураларда әрекетке түседі. Металдармен қыздырғанда силицидтер түзеді:

Құрғақ  кремнийге бөлме температурасында әсер етсе, қалған газ күйіндегі галогенсутектер 400 – 500⁰С-та әсер етеді.

Минералды қышқылдар кремнийге әсер етпейді. Ол азот және балқытқыш қышқыл қоспасында ериді. Онда азот қышқылы кремнийді тотықтырады, ал балқытқыш қышқыл тотығудың ерімейтін өнімдерін комплексті кремний фторлысутек қышқылына айналдырады:

Кремний сілтілердің салқын ерітінділерінде де ериді:

Аморфты кремний – ол температурада балқитын, қоңыр түсті ылғал тартқыш (гигроскопты) ұнтақ, ол жоғары температура кезінде барлық бейметалдармен дерлік және көптеген металдармен әрекеттеседі. Аморфты кремнийдің химиялық активтілігі жоғары болып келеді

Кристалдық кремний, аморфты кремнийді қайта кристалдау кезінде түзіледі, жартылай өткізгіштік қасиеті бар.

Оның электроөткізгіштігі қыздырған және жарық түсірген кезде өседі. Бұл кристалдардың құрылысымен байланысты, ондағы кремнийдің әрбір атомы басқа төрт атоммен тэтраэдрлік қоршалған және олармен әлсіз ковалентті байланыстармен байланысқан. Бұл байланыстар тіпті қалыпты жағдайларда да ішінара бұзылады, олар сияқты қоспалар қатысында бұзылатын байланыстар саны артады, бұл электрөткізгіштік жоғарылауына әкеледі.

Кремний (ІV) оксиді, кремний қышқылының ангидриді, кремнезем, SіO2 – кремнийдің оттекпен тұрақты қосылысы, ақ түсті қатты зат; балқу t 1728С, қайнау t 2590С. Қышқылдарға төзімді (балқытқыш қышқылда ғана ериді).

Жоғары температурада оттек, хлор, сутек, көміртекпен реакцияға түседі. Табиғатта кристалды және аморфты түрінде кездеседі. Кристалды түрінің ең негізгісі – кварцминералы, оның түссіз мөлдір кристалдары тау хрусталі деп аталады. Тау хрусталі әр түрлі қоспаларға байланысты түрлі-түсті болады.

Оның жасылдауы – аметист, күңгірттеуі топаз деп аталады. Аморфты Кремний (ІV) оксиді табиғатта аз таралған, ол трепел, инфузор топырағы деп аталатын тау жыныстарының құрамында болады. Химиялық қасиеттері бойынша Кремний (ІV) оксиді қышқылдық оксидтерге жатады. Қалыпты жағдайда сумен әрекеттеспейді. Қыздырғанда негіздік оксидтермен, сілтілермен,карбонаттармен әрекеттеседі. Кремний (ІV) оксиді таза кремний және оның қосылыстарын алу үшін, шыны, отқа төзімді бұйымдар жасауда, жасанды силикаттар дайындауда қолданылады.

Кремнийдің негізгі қосылысы – кремний (ІV) оксиді суда ерімейді және онымен әрекеттеспейді. Сондықтан кремний қышқылын жанама жолмен калий немесе натрий силикаттарының ерітіндісіне қышқылмен әсер етіп алады: SіO32-2H+H2SіO3 H2SіO3 – өте әлсізқышқыл, суда аз ериді. Қыздырғанда көмір қышқылы тәрізді оңай ыдырайды.

Кремний қышқылдарының тұздарын силикаттар деп атайды. Жер қыртысы, негізінен, кремний оксиді мен әр түрлі силикаттардан тұрады. Табиғи силикаттардың құрамы мен құрылысы күрделі болады. Табиғисиликаттарға: дала шпаттары, слюда, асбест, каолинит, т.б. жатады. Жасанды силикаттардың ішінде шыны, цемент және керамиканың маңызы зор. Шыныға қарағанда беріктігі жоғары шыны кристалды материал – ситал алу игерілген. Одан электр оқшаулағыш, ыдыс, т.б. жасалады.

Кремнийді металмен қосып қыздырғанда силицидтер түзеді. Силицидке тұз қышқылымен әсер еткенде кремнийдің сутекті қосылысы – силан – SіH4 алынады. 

Силан – ауада өздігінен тұтанатын, ұнамсыз иісі бар улы газ. Кремнийдің көміртекпен қосылысы кремний карбиді (SіC) деп аталады. Ол таза түрінде түссіз, кристалдық қатты зат.

Қаттылығы алмастан ғана кем. Жоғары темп-рада ғана кейбір тотықтырғыштардың әсерінен ыдырайды. Оны электр пешінде кварц құмын кокспен 2000 – 2200С-татотықсыздандыру арқылы алады.

Кремний-органикалық қосылыстар – молекулаларында басқа элементтермен қатар кремний – көміртек байланысы бар хим. қосылыстар. Кремний-органик. қосылыстар кіші молекулалы және үлкен молекулалы болып екіге бөлінеді

Кремний оксиді