Химические свойства кремниевой кислоты и силикатов
Тема: Основные металлы и неметаллы
Урок: Кремний. Благородные газы
1. Нахождение кремния в природе
Кремний – один из самых распространённых химических элементов земной коры. Его содержание составляет почти 30%. В природе он в основном встречается в виде различных форм диоксида кремния, силикатов и алюмосиликатов.
Почти во всех своих соединениях кремний четырехвалентен. При этом атомы кремния находятся в возбужденном состоянии. Рис. 1.
Рис. 1
Для перехода в такое состояние один из 3s-электронов занимает вакантное место на 3р-орбитали. При этом вместо 2-х неспаренных электронов в основном состоянии, у атома кремния в возбуждённом состоянии будет 4 неспаренных электрона. Он сможет образовывать 4 ковалентные связи по обменному механизму.
Рис. 2
Рис. 3
Атомы кремния не склонны к образованию кратных связей, но образуют соединения с одинарными связями -Si-O-. Кремнию, в отличие от углерода, несвойственна аллотропия.
Одной из аллотропных модификаций является кристаллический кремний, в котором каждый атом кремния находится в sp3-гибридизации. Рис. 2, 3. Кристаллический кремний – это твердое, тугоплавкое и прочное кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском. При обычных условиях – полупроводник. Иногда в качестве еще одной аллотропной модификации кремния выделяют аморфный кремний. Это темно-коричневый порошок, химически более активный, чем кристаллический кремний. Является ли он аллотропной модификацией – вопрос спорный.
2. Химические свойства кремния как простого вещества
Химические свойства кремния
1. Взаимодействие с галогенами
Si + 2F2 → SiF4
2. При нагревании кремний сгорает в кислороде, образуется оксид кремния (IV).
Si + О2 → SiО2
3. При высоких температурах кремний взаимодействует с азотом или углеродом.
3Si + 2N2 → Si3N4
Si + C → SiC
4. С водными растворами кислот кремний не реагирует. Но растворяется в щелочах.
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3+ 2H2↑
5. При сплавлении кремния с металлами, образуются силициды.
Si + 2Mg → Mg2Si
6. Кремний непосредственно с водородом не взаимодействует, но водородные соединения кремния можно получить при взаимодействии силицидов с водой.
Mg2Si + 4H2O → 2Mg(OH)2 + SiH4↑ (силан)
Силаны по строению подобны алканам, но значительно реакционно способны. Самый стабильный моносилан воспламеняется на воздухе.
SiH4↑ +2 О2 → SiО2 + 2H2О
Получение кремния
Кремний получают восстановлением из оксида кремния (IV)
SiО2 + 2Mg → Si + 2MgO
Одна из задач – это получение высокочистого кремния. Для этого технический кремний переводят в тетрахлорид кремния. Получившийся тетрахлорид восстанавливают до силана, а силан разлагается при нагревании на кремний и водород.
3. Оксиды кремния
Кремний способен образовывать два оксида: SiО2 – оксид кремния (IV) и SiО – оксид кремния (II).
Рис. 4
SiО – оксид кремния (II) – это аморфное темно-коричневое вещество, которое образуется при взаимодействии кремния с оксидом кремния (IV)
Si + SiO2 → 2SiO.
Несмотря на стабильность, это вещество почти не используется.
SiО2 - оксид кремния (IV)
Рис. 5
Рис. 6
На долю этого вещества приходится 12% земной коры. Рис. 4. Он представлен такими минералами, как горный хрусталь, кварц, аметист, цитрин, яшма, халцедон. Рис. 5.
SiО2 – оксид кремния (IV) – вещество немолекулярного строения.
Его кристаллическая решетка – атомная. Рис. 6. Кристаллы SiО2 имеют форму тетраэдра, которые связаны между собой атомами кислорода. Более правильной была бы формула молекулы (SiО2)n. Так как SiО2 образует вещество атомного строения, а СО2 – молекулярного строения, то очевидна разница в их свойствах. СО2 – это газ, а SiО2 – твердое прозрачное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и тугоплавкое.
Химические свойства SiО2
1. Оксид кремния (IV) SiО2 – это кислотный оксид. Он не реагирует с водой. Кремниевую кислоту нельзя получить гидратацией SiО2. Её соли – силикаты – можно получить при взаимодействии SiО2 с горячими растворами щелочей.
SiО2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
2. Реагирует с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов.
CaCO3 + SiО2 CaSiO3 + CO2↑
3. Взаимодействует с металлами.
SiО2 + 2Mg → Si + 2MgO
4. Реакция с плавиковой кислотой.
SiО2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
SiF4 + 2HF →H2[SiF6]
4. Химические свойства кремниевой кислоты и применение её солей
Химические свойства кремниевой кислоты и силикатов
Получение кремниевой кислоты
Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3↓ + 2NaCl
Кремниевая кислота осаждается в виде полимерного соединения. Формулы для кремниевой кислоты –
H2SiO3 (мета форма) и H4SiO4 (орто форма) – отражают соотношение элементов, но не истинный состав. Условно на плоскости состав кремниевой кислоты изображается как Рис. 7.
Рис. 7
Для кремниевой кислоты всегда используется формула H2SiO3.
1. H2SiO3 при нагревании разлагается
H2SiO3 H2O + SiO2 (силикагель)
2. Взаимодействует с растворами щелочей
H2SiО3 + 2NaOH Na2SiO3 + 2H2O
Соли кремниевой кислоты – силикаты – относятся к ионным соединениям. Это твердые бесцветные вещества. В воде растворимы только силикаты щелочных металлов, кроме лития.
1. Растворимые силикаты подвергаются гидролизу по аниону
Na2SiО3 + H2O ⇆ NaHSiО3 + NaОH
2. Растворимые силикаты взаимодействуют с сильными кислотами
Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3↓ + 2NaCl
Рис. 8
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|