Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекция № 14_Si,SiO2,H2SiO3,Sn,Pb.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.09.2019
Размер:
163.33 Кб
Скачать

Лекция № 14

Кремний Si физические свойства кремния

Кремний – самый важный элемент в земной коре (87 % всей литосферы состоит из SiO2 и силикатов)

1) Аморфный кремний – бурый порошок;

2) Кристаллический кремний – серое кристаллическое вещество с металлическим блеском. По структуре напоминает алмаз.

tпл = 1410 °С, tкип = 2620 °С.

Весьма твердый, очень хрупкий. Плавится с уменьшением объема. Полупроводник при обычной температуре.

Химические свойства кремния

При обычных условиях кремний химически инертен из-за тончайшей пленки SiO2, образующегося на воздухе. Все реакции с ним протекают при повышенных температурах: 600–1200°С.

1) При обычных условиях реагирует только со фтором

Si + F2 Combin SiF4 горит в атмосфере фтора

2) Взаимодействует с кислородом

Si + О2 Combin SiО2 измельченный кремний воспламеняется

3) С водородом НЕ реагирует

Соединения кремния с водородом – силаны – можно получить косвенным путем

Силаны обычно получают, разлагая кислотами силициды активных металлов:

Mg2Si + HCl→ MgCl2 + SiH4

4) Взаимодействует с галогенами

Si + Сl2 Combin SiCl4 реагирует в токе аргона

5) Взаимодействует с серой

Si + S Combin SiS2

6) Взаимодействует с азотом

Si + N2 Combin Si3N4 нитрид кремния

7) Взаимодействует с углеродом

Si + С Combin SiС карборунд (по твердости близок к алмазу, широко применяется как абразивный материал)

8) Взаимодействует с металлами с образованием силицидов

Mg + Si Combin Mg2Si силицид магния

9) Восстанавливает металлы из их оксидов

MgO + Si Combin SiO2 + Mg

10) Растворяется в горячих концентрированных щелочах

Si + NaOH(к) + H2OCombin Na2SiO3 + H2

11) Аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте (другие кислоты на кремний не действуют)

Si + HF Combin SiF4 + H2

ПОЛУЧЕНИЕ КРЕМНИЯ

1) Восстановлением SiO2

SiО2 + C Combin Si + CО кристаллический кремний

SiO2 + Mg Combin MgO + Si аморфный кремний

2) Особо чистый кремний получают восстановлением хлорида кремния

SiCl4 + H2 Combin Si + HCl

SiCl4 + Zn Combin Si + ZnCl2

3) Термическим разложением силана

SiH 4 Combin Si + H2

ДИОКСИД КРЕМНИЯ SiО2

(кремнезём, кварц)

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА SiO2

SiO2 – бесцветное твердое кристаллическое вещество, tпл = 1713 °С. Нерастворим в воде, кислотах. Один из лучших диэлектриков (не проводит электрический ток).

В природе образует минералы – горный хрусталь, аметист, агат, яшма, песок, кремень, опал и др.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА SiO2

SiO2 – кислотный оксид, нерастворимый в воде

1) Растворяется в плавиковой кислоте. Другие кислоты на него не действуют

SiO2 + HF Combin SiF4 + H2O эта реакция широко применяется для травления стекла

2)Разрушается под действием фтора

SiO2 + F2 Combin SiF4 + O2

3) Сплавление с основными оксидами и щелочами

CaO + SiО2 Combin CaSiO3

NaOH + SiO2 Combin Na2SiO3 + H2O

4) Сплавление с карбонатами

Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2

При сплавлении соды, известняка и песка при 1400 °С получается смесь оксидов, из которой делают оконное стекло

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 → Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2

Если заменить Na2OK2O, получается тугоплавкое стекло; CaOPbO, получается хрусталь

Na2OK2O, CaOPbO, получаются стразы

Введение в сплав небольшого количества оксидов придает стеклу различную окраску:

Cr2O3 – зеленая, CoO – синяя, MnO2 – лиловая, Au – красная, UO3 – желто-зеленая с зеленой флуоресценцией и др.

Кварцевое стекло – чистый SiO2 – выдерживает нагревание до белого каления, пропускает УФ лучи.

Цемент, получаемый обжигом глины Al2O3·2SiO2·2H2O и известняка CaCO3 при 1400–1500 °С, состоит из оксидов Al2O3, SiO2, CaO, Fe2O3.

Керамику получают обжигом каолина Al2O3·2SiO2·2H2O, кварца SiO2, полевого шпата и пластичной глины при 1000‑1500 °С (кирпич, черепица, фаянс, фарфор).

КРЕМНИЕВАЯ КИСЛОТА H2SiО3

Существует только в растворе. Является очень слабой кислотой. Обладает полимерной структурой и в воде образует коллоидный раствор.

Разлагается при нагревании:

H2SiO3 Combin SiО2↓ + H2O

При ее высушивании образуется силикагель – хороший осушитель газов и жидкостей.

ПОЛУЧЕНИЕ H2SiО3

Действием кислот на силикаты

Na2SiО3 + HCl→ NaCl + H2SiO3выпадает в осадок в виде геля

Соли H2SiО3 – СИЛИКАТЫ

Это белые кристаллические вещества. Растворимы только Na2SiО3 и K2SiО3 – "жидкое стекло". Остальные силикаты не растворяются в воде.

Их можно представить как смесь оксидов металла и кремния:

Al2(SiO3)3 = Al2O3·3SiO2; CaSiO3 = CaO·SiO2

Все силикаты подвергаются гидролизу по аниону, создавая в своих растворах щелочную среду:

Na2SiО3 + H2O→ NaHSiО3 + NaOH

ПРИМЕНЕНИЕ КРЕМНИЯ и его СОЕДИНЕНИЙ

1. Si – как полупроводник (в солнечных батареях, выпрямителях тока, фотоэлементах);

– получение кремнистых сталей и ферросилиция;

2. SiO2 – кварц – в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др.;

– кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках;

– главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура;

– аморфный непористый SiO2 применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слеживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента;

– искусственно полученные пленки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов;

– для производства волоконно-оптических кабелей;

– кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали;

– в ювелирном деле;

3. H2SiO3 – высушенный гель кремниевой кислоты – силикагель. Применяется как влагопоглотитель.

4. Na2SiO3 – раствор в воде – силикатный клей.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.