Урок 25 Получить доступ за 50 баллов Кремний и его соединения

Кремний – химический элемент и простое вещество

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Кремний – химический элемент IVгруппы периодической системы, аналог углерода.

Это самый распространённый после кислорода элемент в земной коре (26 % по массе).

В отличие от углерода – элемента растительного и животного мира, кремний – главный элемент в царстве минералов и горных пород. 

В природе кремний встречается только в соединениях. 

Название «силициум» произошло от латинского слова «силекс» – кремень; русское «кремний» – от греческого слова «кремнос» – утёс, скала.

Наиболее распространёнными его соединениями являются кремнезём и силикаты.

 

Кремнезём – оксид кремния (IV) SiO2– встречается в виде обычного песка и прозрачных бесцветных шестигранных кристаллов горного хрусталя.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Окрашенные примесями кристаллы горного хрусталя являются драгоценными камнями: лиловый – аметист, дымчатый – топаз, желтый – цитрин. 

Все эти драгоценные камни – самый обычный оксид кремния.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Силикаты 9соли кремниевых кислот) соединения кремния с кислородом и другими элементами. 

Природные силикаты довольно сложные вещества. 

Их состав изображают обычно как соединение нескольких оксидов:

каолин Аl2Ox 2SiOx 2Н2O– главная составная часть глин

полевой шпат К2O x Аl2Ox 6SiO2

слюда К2O x Аl2Ox 6SiOx 2Н2O

 

Оксид кремния в минералах очень часто содержится вместе с оксидом алюминия.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В промышленности кремний получают восстановлением оксида кремния (IV) коксом в электропечах:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Получение кремния связано с большими энергозатратами, поскольку у оксида кремния (SiO2) атомная кристаллическая решетка, из-за чего он химически очень устойчив, а для его разложения нужно потратить огромное количество энергии.

 

Кремний существует в виде двух аллотропных модификаций:

  • аморфной
  • кристаллической

 

Аморфный кремний представляет собой бурый порошок:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Кристаллический кремний – твёрдое вещество тёмно-серого цвета с металлическим блеском.

Он хрупкий, тугоплавкий, обладает полупроводниковыми свойствами.

Это обусловлено строением его кристаллов: структура кремния аналогична структуре алмаза.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

На внешнем энергетическом уровне атома кремния находится четыре электрона, поэтому он может отдавать два или четыре или присоединять четыре электрона, переходя в состояние со степенью окисления +2, +4 или –4.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Более характерны для кремния соединения, в которых он проявляет степень окисления +4. Однако известен и оксид двухвалентного кремния – SiO.

Это смолоподобное вещество, химически достаточно устойчиво. 

Оксид кремния (II) даже нашел применение: его используют в защитных оптических слоях в полупроводниках и в качестве непрозрачной «стенки» для оптического волокна.

 

При комнатной температуре кремний инертен, но при нагревании он реагирует с кислородом, хлором, бромом и многими другими неметаллами. 

При нагревании в кислороде кремний сгорает, образуя оксид кремния (IV):

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Чистый кремний применяют в радиоэлектронной промышленности, в солнечных батареях, которые превращают солнечную энергию в электрическую и обеспечивают электропитание на искусственных спутниках Земли.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых одна бором, другая фосфором, под действием солнечного света возникает электрический ток. 

В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны. 

Почему выбраны бор и фосфор? Бор находится в III группе периодической системы элементов, то есть на внешнем электронном уровне его атома содержится 3 электрона. 

У атома фосфора их 5. Поэтому и возникает электрический ток – электроны переходят из области их избытка в область их недостатка.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В металлургии кремний служит составной частью многих типов сталей. 

На высококремнистую сталь, содержащую 50 % кремния, не действует ни одна кислота. 

Если в стали 2 % кремния, она гораздо легче, чем обычная сталь, намагничивается.

 

Многие соединения кремния отличаются большой твердостью, например, карборунд SiC наряду с алмазом используют в качестве абразивного материала.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Кислородные соединения кремния

Оксид кремния (IV) – твёрдое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. 

Различие свойств оксидов углерода и кремния объясняется разным строением их кристаллических решёток. 

Оксид кремния (IV) имеет атомную кристаллическую решётку, в узлах которой находятся атомы кремния и кислорода.

 

Оксид кремния (IV) при нормальных условиях химически неактивен.

Однако это кислотный оксид, и при сплавлении он реагирует:

– с основными оксидами: SiO2+ СаО = CaSiO3

– со щелочами: SiO2+ 2NaOH = Na2SiO3+ Н2O

– с солями летучих кислот: SiO2+ Na2CO3= Na2SiO3+ СO2

Во всех этих реакциях образуются соли кремниевой кислоты – силикаты.

Но оксид кремния (IV), в отличие от других кислотных оксидов, не взаимодействует с водой.

 

Интересно то, что оксид кремния (IV) при обычных условиях взаимодействует с фтороводородом с образованием газообразного фторида кремния SiF4:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Именно это свойство и дало название плавиковой кислоте: она способна как бы плавить стекло, основным компонентом которого является SiO2.

Этим свойством пользуются для вытравливания на стекле различных надписей, рисунков, меток.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Оксид кремния (IV) – кислотный, ему соответствует кремниевая кислота. 

Её состав условно выражают формулами H2SiO3– метакремниевая кислота, H4SiO4– ортокремниевая кислота.

Кремниевая кислота – студенистое, нерастворимое в воде вещество.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Она относится к очень слабым кислотам, её получают действием практически любой кислоты на растворимые силикаты.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Это непрочное соединение и при хранении разлагается на воду и оксид кремния (IV)

Из силикатов растворимы лишь соли щелочных металлов. 

Их называют растворимыми стёклами. Водные растворы силикатов натрия и калия называют жидким стеклом, его применяют для изготовления кислотоупорного цемента и бетона, пропитки тканей и древесины в целях придания им огнестойкости и водонепроницаемости, в качестве клея.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Силикатная промышленность

Кремний – весьма распространенный элемент не только в земной коре, но и в промышленности. 

Все отрасли промышленности, где в том или ином виде получают вещества, содержащие кремний, называют силикатной промышленностью.

 

К силикатной промышленности относят производство:

  • стекла
  • керамических изделий (фарфора, фаянса, гончарных изделий)
  • кирпича, облицовочных плит
  • цемента

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Стекло получают сплавлением песка, соды и известняка:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Свойства стекла можно изменять, добавляя в него оксиды других металлов. 

Например, при замене оксида натрия на оксид калия получают твёрдое богемское стекло, а при добавлении небольшого количества оксида свинца (II) – хрусталь, обладающий большой лучепреломляющей способностью. 

Из него изготовляют оптические стёкла, посуду, подвески для люстр. 

Добавки некоторых оксидов металлов придают стеклу различную окраску: оксид хрома (III) – зелёную, оксид кобальта – синюю.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Удивительно, что добавление золота придает стеклу красный цвет. Из такого стекла изготовлены звёзды Московского Кремля.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Производство стекла относится к числу древнейших химических производств.

Стеклянные бусы и осколки стеклянных бутылок извлечены из усыпальниц правителей Древнего Египта, живших за 3-4 тысячелетия до нашей эры. 

Состав древнеегипетского стекла существенно не отличается от состава современного бутылочного стекла.

В нашей стране стекольную промышленность основал Михаил Васильевич Ломоносов. По его предложению в Петербурге был построен завод художественного стекла. 

Он нашел множество рецептов цветного стекла. Из их разноцветных кусочков Ломоносов создавал мозаичные картины.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Цемент – вяжущий строительный материал.

Он характеризуется способностью затвердевать не только на воздухе, но и под водой.

Для его получения смесь глины и известняка обжигают до спекания, затем полученную массу тщательно перемалывают, в результате этого образуется зеленовато-серый порошок – цемент.

При замешивании цемента с водой получается тестообразная масса, которая постепенно твердеет на воздухе. 

Цемент является основным компонентом бетона, который получают при смешивании цемента, воды и наполнителей (песок, гравий, щебень).

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В бесплатной версии урока недоступны:

  • Видео
  • Изображения
  • Дополнительная информация
  • Таблицы
  • Тесты
Получить доступ