с чем взаимодействует оксид кремния

Оксид кремния (IV)

В природе:

SiO₂ — кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка)
Al₂O₃ •2SiO₂ • 2H₂O — каолинит (основная часть глины)
K₂O • Al₂O₃ • 6SiO₂ — ортоклаз (полевой шпат)

Физические свойства
Твёрдое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C, атомная кристаллическая решетка.

Химические свойства оксида кремния

SiO₂ — кислотный оксид, ему соответствует кремниевая кислота Н₂SiO₃
1) При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов с образованием солей — силикатов:

2) С водой не реагирует

3) С плавиковой кислотой (гексафторкремниевая кислота):
SiO₂ + 4HF → SiF₄­ + 2H₂O
SiO₂ + 6HF → H₂[SiF₆] + 2H₂O
(реакции лежат в основе процесса травления стекла)

Окислительно — восстановительные реакции

Взаимодействие с металлами

При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами,
при этом образуется кремний:

Источник

Оксид кремния (IV)

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) SiO₂ – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

Источник

Кремний. Химия кремния и его соединений

Кремний

Положение в периодической системе химических элементов

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кремния

Электронная конфигурация кремния в основном состоянии :

+14Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Электронная конфигурация кремния в возбужденном состоянии :

+14Si * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO₂ образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Качественные реакции

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2 NaCl

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

Соединения кремния

Наиболее типичные соединения кремния:

Способы получения кремния

В свободном состоянии кремний был получен Берцелиусом в 1822 г. Его латинское название «силиций» произошло от латинского слова « sile х», что означает «кремень». Аморфный кремний в лаборатории можно получить при прокаливании смеси металлического магния с диоксидом кремния. Для опыта диоксид кремния следует тщательно измельчить. При нагревании смеси начинается бурная реакция. Одним из продуктов этой реакции является аморфный кремний.

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO₂ + 2C → Si + 2CO

Однако в таком процессе процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl₄ +2H₂ → Si + 4HCl

или цинком :

SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂

3. Также чистый кремний получается при разложении силана :

Химические свойства

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом :

1.2. При сильном нагревании (около 2000 о С) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C + Si → SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si + 2S → SiS₂

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si → Ca₂Si

Si + 2Mg → Mg₂Si

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом :

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот :

3Si + 4HNO₃ + 12HF → 3SiF₄ + 4NO + 8H₂O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si → Mg ₂ Si

2MgO + SiO₂ + 4C → Mg₂Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH₄, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO₂ и H₂O:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

Силан разлагается (окисляется) щелочами :

Силан при нагревании разлагается :

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи :

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl₄.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем :

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом :

SiCl₄ + 2H₂ → Si + 4HCl

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом :

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO₂•mH₂O. Образует коллоидный раствор в воде.

Метакремниевая H₂SiO₃ существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кисло т на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами :

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду :

Силикаты

Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО + SiO₂ → CaSiO₃

3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na₂CO₃, известняка CaCO₃ и белого песка SiO₂:

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.

Источник

С чем взаимодействует оксид кремния

Монооксид кремния – неустойчивое соединение, на воздухе медленно окисляется до SiO₂. Это тугоплавкий темно-коричневый порошок, обладает хорошими диэлектрическими характеристиками и механической прочностью.

Твердый монооксид кремния не растворяется в кислотах, кроме плавиковой, легко растворяется в щелочах с выделением водорода, является хорошим восстановителем.

Оксид кремния (IV)

Кристаллические модификации SiO₂

Диоксид кремния широко распространен в природе. Кристаллический оксид кремния – это кварц, горный хрусталь, халцедон, яшма, основа кварцевого песка. Очень твердое, прочное, тугоплавкое вещество. При обычном давлении и температуре существуют три кристаллические модификации SiO₂: кварц, тридимит и кристобалит. Для каждой модификации известны низкотемпературные α- и высокотемпературные β-формы. Все они построены из тетраэдров SiO₄, соединенных с другими тетраэдрами всеми четырьмя атомами кислорода в трехмерные решетки.

Взаимное расположение тетраэдров в различных модификациях совершенно различно, но между собой α- и β- формы отличаются незначительно, поэтому между ними превращения протекают при низких температурах, а взаимные переходы между различными модификациями требуют разрыва связей Si – O – Si, поэтому они протекают при высоких температурах и довольно медленно.

Химические свойства

Химические свойства различных модификаций сходны между собой.

При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний:

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

или при избытке восстановителя – силициды:

Реагирует с водородом:

Взаимодействует с углеродом:

SiO₂ + 3С = SiС + 2СO.

Диоксид кремния – типичный кислотный оксид, но не растворяется в воде, при сплавлении реагирует со щелочами:

и карбонатами щелочных металлов:

С кислотами не реагирует, исключение составляет плавиковая кислота:

Источник

Кислородные соединения

Известно 2 соединения силициума с кислородом: монооксид (SiO) и диоксид (SiO2). Первый, двухвалентный, является неустойчивым: на воздухе он медленно окисляется до четырехвалентного: SiO + O2 → 2SiO2. При повышении температуры (от 400° C до 1000°C) реакция будет протекать так: 4SiO + O2 → 2Si2O3.

Si2O3 относится к низшим кислородным соединениям кремния. Данные о нем довольно ограничены — еще не так давно в среде химиков существование этого вещества оспаривалось. Объяснялось это не только трудностью его получения, но и необычностью основных свойств.

По внешнему виду SiO — порошок, тёмно-коричневого цвета, механически прочный, обладающий хорошими диэлектрическими характеристиками. Его химические свойства:

Двухвалентный оксид в естественном виде в природе не встречается. Однако в газообразном состоянии он присутствует в космических пылевых облаках.

Получают монооксид путем нагревания кремния при недостатке кислорода, температура протекания реакции составляет 400 °C и выше: 2Si + O2 → 2SiO.

Еще один способ — восстановление диоксида кремнием при высоких температурах: SiO2 + Si → 2SiO.

Монооксид кремния используется при изготовлении волоконной оптики, изоляционных материалов, полупроводников (оптические слои).

Второе соединение с кислородом — диоксид кремния (наиболее характерное и устойчивое). Он широко распространен в природе — присутствует в составе практически всех горных пород.

Физические признаки и получение SiO2

Другое название соединения — кремнезем. Это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой (в узлах расположены отдельные атомы, соединенные ковалентными связями). Температура плавления — 1713 °C, кипения — 2590 °C. Получение:

В природе соединение встречается в виде обычного и кварцевого песка (из-за содержащихся в нем примесей может приобретать разную окраску), крупных прозрачных кристаллов горного хрусталя или фиолетового аметиста, агата, яшмы, в минералах тридимит и кристобалит (редкие камни).

Химические свойства

Диоксид кремния — соединение довольно инертное. По химическим свойствам — ангидрид кремневой кислоты. При нормальных условиях (комнатная температура) он слабо реагирует только с концентрированными щелочами и фторводородной кислотой.

При нагревании двуокись кремния взаимодействует с плавиковой кислотой: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O. Какие еще особенности присущи двуокиси силициума:

При реакции сплавления двуокиси кремния с фосфатом кальция и углеродом происходит образование силиката, угарного газа (CO) и выделение чистого фосфора (P): 3SiO2 + Ca3 (PO4)2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P.

Фосфат кальция — минеральное удобрение, используемое в сельском хозяйстве как источник фосфора.

Производственное применение стабильного оксида

До того времени, как его свойства не были исследованы досконально, кремнезем использовался лишь для изготовления стройматериалов (цемент, бетон). Но по мере его дальнейшего изучения сферы применения значительно расширились:

Добавка E551 считается полностью безопасной для организма человека — он разрешена к использованию не только в России и странах бывшего СНГ, но также в государствах ЕС и США.

Однако вдыхание пыли двуокиси кремния может привести к появлению проблем со стороны дыхательной системы — бронхиту, реже — силикозу легких (заболеванию, снижающему способность легких перерабатывать кислород) и даже спровоцировать развитие онкозаболеваний.

Источник