Кремний и его соединения

Понять строение и свойства кремния, его соединений и их значение в природе и жизни человека.

Кремний — основа песка, глины, горных пород, а также важнейший материал для электроники и строительства. Понимание его химии помогает объяснить многие природные процессы и современные технологии.

• Кремний — неметалл, но в отличие от углерода не образует прочных двойных связей, поэтому его оксид имеет полимерную структуру.
• Кремний в природе встречается только в виде соединений, главным образом в составе песка и горных пород.
• Оксид кремния(IV) — кислотный оксид, но не реагирует с водой, поэтому кремниевую кислоту получают косвенным путём.
• Кремниевая кислота — слабая, нерастворимая, склонна к полимеризации.
• Силикаты — соли кремниевой кислоты, широко распространены в природе и используются в производстве стекла, керамики, цемента.
• Кремний — полупроводник, его проводимость возрастает при нагревании или освещении.
• В промышленности кремний получают восстановлением оксида кремния(IV) коксом при высокой температуре.
• Соединения кремния входят в состав многих минералов, почвы, а также используются в биотехнологиях (диатомовые водоросли).

Кремний

Химический элемент IV группы, неметалл, входит в состав песка, кварца, горных пород.

Оксид кремния(IV) (SiO₂)

Твёрдое тугоплавкое вещество, кислотный оксид, основа песка и кварца.

Кремниевая кислота (H₂SiO₃)

Слабая нерастворимая кислота, выпадает в осадок при действии кислот на силикаты.

Силикаты

Соли кремниевой кислоты, например Na₂SiO₃, CaSiO₃.

Стекло

Аморфный материал, получаемый сплавлением песка, соды и известняка.

Полупроводник

Вещество, проводимость которого занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

• Кремний — второй по распространённости элемент земной коры (около 27% по массе).
• Атом кремния имеет 4 электрона на внешнем уровне, образует 4 ковалентные связи.
• SiO₂ — кислотный оксид, но с водой не реагирует; кремниевую кислоту получают реакцией силиката с кислотой: Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓.
• Кремний реагирует с кислородом при нагревании: Si + O₂ → SiO₂.
• С щелочами кремний реагирует с выделением водорода: Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑.
• В промышленности кремний получают: SiO₂ + 2C → Si + 2CO (при высокой температуре).
• Кремниевая кислота неустойчива и постепенно разлагается на SiO₂ и воду.
• Силикаты натрия и калия растворимы в воде, их растворы называют 'жидким стеклом'.

1. Пример 1случай

   Песок на пляже

   Пояснение

   • это почти чистый SiO₂
2. Пример 2случай
   • Оконное стекло получают сплавлением песка, соды и известняка
3. Пример 3случай
   • Силикагель (высушенный гель кремниевой кислоты) используют как влагопоглотитель в упаковках
4. Пример 4случай
   • Кремний входит в состав глины, из которой делают кирпич и керамическую посуду
5. Пример 5случай

   Силиконовые имплантаты и медицинские трубки

   Пояснение

   • пример использования кремнийорганических соединений

• Кварц (кристаллический SiO₂) — основа многих драгоценных камней: аметиста, цитрина, горного хрусталя.
• Диатомовые водоросли строят свои панцири из SiO₂, а их отложения образуют диатомит, используемый для фильтров и полировки.
• Кремний — ключевой материал в микроэлектронике: из него делают чипы процессоров и солнечные батареи.
• Стекло, которое мы используем в окнах, — это силикатное стекло, состоящее в основном из SiO₂.

• При работе с щелочами (например, при реакции кремния с NaOH) необходимо использовать защитные очки и перчатки, так как растворы щелочей едкие.
• При нагревании кремния на воздухе возможен разогрев и выделение оксидов, поэтому опыты проводить в вытяжном шкафу.

• Углерод и его соединения
• Оксиды и кислоты
• Соли (силикаты)
• Элементы IV группы: углерод и кремний