Кремній

Відкритий Ж. Гей-Люссаком и Л.Тенаром в 1811р.

Другий по розповсюдженості елемент в земній корі (27,6% по масі)

 

1s22s22p63s23p2
Збуджений стан

Можливі ступнеі окиснення

Si^-4 Si⁰ Si⁺⁴

SiН₄ Si SiО₂

Алотропія

1. Кристалічний - темно-сіра речовина з металевим блиском, велика твердість, крихкий, напівпровідник;  = 2,33г/см³, tпл. = 1415C; tкип. = 2680C. Має алмазоподібну структуру (sp³-гібридизація атомів кремнію) і утворює міцні ковалентні -зв'язки. Інертний.

2. Аморфний - бурий порошок, гігроскопічний, алмазоподібна структура,  = 2 г/см3, більш реакційноздатний.

Добування

1) в промисловості: 2С + Si⁺⁴O₂ –^t Si⁰ + 2CO

2) в лабораторії: 2Mg + Si⁺⁴O₂ –^t  2MgO + Si⁰

Хімічні властивості

Типовий неметал, інертний.

І. Відновні властивості. Реагує з:

1) киснем: Si⁰ + O₂ –^t Si⁺⁴O₂

2) фтором (без нагрівання): Si⁰ + 2F₂  SiF₄

3) вуглецем: Si⁰ + C –^t Si⁺⁴C (SiC - карборунд -твердий; використовується для шліфування)

4) сумішю нітратної та плавикової кислот: 3Si + 4HNO₃ + 18HF  3H₂[SiF₆] + 4NO + 8H₂O

6) лугами при нагріванні: Si⁰ + 2NaOH + H₂O  Na₂Si⁺⁴O₃+ 2H₂

ІІ. Окисні властивості. Реагує з металлами (утворюються силіциди): Si⁰ + 2Mg –^t Mg₂Si^-4

Застосування кремнію. Виготовлення напівпровідникових приладів (електроніка), фотоелементів (в т.ч. енергетичних), жаростійких сплавів (феросиліцій).

Силан SiH4

Безкольоровий, отруйний газ, tпл. = -185C, tкип. = -112C.

Добування: Mg₂Si + 4HCl  2MgCl₂ + SiH₄­

Хімічні властивості. Виявляє відновні властивості

1) SiH₄ + 2O₂  SiO₂ + 2H₂O

2) SiH₄  Si + 2H₂

Силіцій (IV) оксид (SiO2)n

SiO₂ - кварц, гірський кришталь, аметист, опал, кремнезем (основна частина піску)

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O - каолинит (основна частина глини)

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂ - ортоклаз (польовий шпат)

Вивітрювання гірських порід: (K₂O·Al₂O₃·6SiO₂)(польовий шпат) + CO₂ + 2H₂O(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)( глина) + 4SiO₂(пісок) + K₂CO₃

Фізичні властивості. Тверда, тугоплавка речовина, tпл.= 1728C, tкип.= 2590C

Хімічні властивості: виявляє кислотні властивості, взаємодіє з основними оксидами, лугами, карбонатами лужних та лужноземельних металів (з водою не реагує), з плавиковою кислотою:

1) SiO₂ + CaO  CaSiO₃

2) SiO₂ + 2NaOH  Na₂SiO₃ + H₂O

3) SiO₂ + CaCO₃  CaSiO₃ + CO₂; SiO₂ + K₂CO₃  K₂SiO₃ + CO₂­

4) SiO₂ + 4HF  SiF₄+ 2H₂O

Силікатні кислоти

H₂SiO₃ - метасилікатна кислота

H₄SiO₄ - ортосилікатна кислота.

H₂SiO₃ – дуже слабка (слабша карбонатної), нестійка, у воді утворює колоїдний розчин, не має кислого смаку.

Добування

Na₂SiO₃ + 2HCl  2NaCl + H₂SiO₃

Хімічні властивості:

1. При нагріванні розкладається: H₂SiO₃ –^t  H₂O + SiO₂

2. Виявляє слабкі кислотні властивості: Н₂SiO₃ + 2NaOH  Na₂SiO₃ +2H₂O

Солі силікатної кислоти - силікати.

Силікатна промисловість Скло

1. Кварцове скло - виготовляють шляхом переплавки кварцу (SiO₂). Має низький температурний коефіцієнт розширення і добре переносить різкі зміни температури.

2. Віконне скло - загальна формула - Na₂O·CaO·SiO₂. Отримують сплавлением соди, вапняку і білого піску. Сумарно процес виглядає так: Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂

За стадіями: 1. Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂; 2. CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂; 3. CaSiO₃ + Na₂SiO₃ + 4SiO₂ = Na₂O·CaO·6SiO₂

3. Термостійке скло (калійне - К₂O·CaO·6SiO₂). Для отримання використовують K₂CO₃, а в іншому процес не відрізняється від виробництва віконного скла.

4. Боратне (пробіркове) скло, жаростійке. Його отримують так само як і віконне скло, однак, замість СаО використовують оксид бора - B₂O₃.

4. Кришталь. Це калієве скло, яке замість СаО, містить оксид свинцю, має склад - K₂O·PbO·6SiO₂

5. Кольорове скло. Для його отрамання використовують різні добавки: оксиду кобальту - СоО (синє), оксиду хрому - Cr₂O₃ (зелене), оксиду міді Cu₂O (червоне) і т.п.