Кремний

Кремний в свободном состоянии встречается в кристаллическом и аморфном видоизменениях. Кристаллический кремний (кубическая решетка) имеет высокую твердость и напоминает по внешнему виду темно-серый металл. При комнатной температуре кремнии является полупроводником и используется в полупроводниковой технике.

Оксид кремния SiО₂ имеет кислотный характер. Соответствующие ему кремниевые кислоты (мета- H₂SiО₃, орто- H₄SiO₄) являются очень слабыми. Оксид кремния совершенно нерастворим в воде, в различных кислотах и очень медленно растворяется в растворах щелочей. При сплавлении со щелочами получаются соли, называемые силикатами, например

t ^oC

SiO_2:+2NaOH –– Na₂SiO₃ + H₂O.

Большинство силикатов нерастворимо в воде, лишь силикаты щелочных металлов образуют с водой вязкие растворы, известные под названием жидкое (растворимое) стекло. При действии на эти растворы кислот из них выпадает в виде геля кремниевая кислота

SiO₄^-4 + 4H⁺ = H₄SiO₄

Гели кремниевой кислоты представляют собой белую пористую массу-силикагель, обладающую очень большой адсорбционной способностью.

Большое значение имеют искусственно изготовляемые силикаты, среди них стекло. Обыкновенное оконное стекло представляет собой трисиликат натрия - кальция примерного состава Na₂Ca(Si₃O₇)₂. Его получают сплавлением песка SiO₂ с карбонатами натрия (сода) и карбоната кальция (известняк) при температуре около 1400 °С.

При введении в стеклянную массу оксидов или карбонатов других металлов получают различные специальные сорта стекол. Стекло находится в аморфном состоянии. Однако при термической обработке стекло может приобрести кристаллическую структуру. Такие микрокристаллические материалы, называемые ситаллами, обладают большой прочностью и тугоплавкостью.

Посредством совмещения стекловолокна с различными синтетическими полимерами получают так называемые стеклопластики, отличающиеся легкостью и коррозионной стойкостью. Применяют их в качестве конструкционных материалов.

Важнейшим строительным материалом является силикатный цемент, который получают обжигом смеси известняка и глины. Смеси песка, гравия или щебня с цементом и водой образуют после отвердевания бетон.

Искусственные силикаты широко используются также в виде различного рода керамики. К керамическим изделиям относятся кирпич, гончарные трубы, огнеупорные материалы, а также фарфор и фаянс. Различные виды силикатной керамики используют в металлургическом машиностроении в качестве огнеупоров (динасовые, шамотные и другие изделия).

Силикатные эмали применяют для защиты металлических поверхностей oт действия высокой температуры.

При взаимодействии кремния с азотом при 1000 °С образуется нитрид кремния

3Si+2N₂= Si₃N₄.

Нитрид кремния – тугоплавкое вещество (t_пл = 1950 °C), обладающее полупроводниковыми свойствами, химически очень стойкое. При 2000 °С образуется карбид кремния

Si+C= SiC.

Карбид кремния, или так называемый карборунд SiC, имеет чрезвычайно большую твердость (в этом отношении он лишь немногим уступаем алмазу) и химически инертен.

При взаимодействии кремния с большинством металлов при высоких температурах образуются силиды (силициды). Силиды во многом аналогичны карбидам, однако в большей степени, чем последние, напоминают интерметаллические соединения. Эти соединения отличаются значительной твердостью, тугоплавкостью и химической инертностью. Силиды тяжелых металлов применяют для получения твердых жаро- и кислотостойких материалов.