Общая характеристика кремния
Кремний (Si) является представителем главной подгруппы IV группы Периодической системы.
Электронная конфигурация: ${1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}}$
Возможные степени окисления кремния: -4, 0, +2, +4.
В природе кремний не встречается в чистом виде, он может присутствовать в виде кремнезема (${SiO_2}$) или различных минералов (слюды, асбеста, талька).
Получают его путем восстановления из соответствующих соединений:
${SiO_2 + 2C = Si + 2CO}$
Теперь рассмотрим химические свойства кремния (является типичным восстановителем):
- ${Si + O_2 = SiO_2}$,
- ${2Si + O_2 = 2SiO}$,
- ${Si + SiO_2 = 2SiO}$,
- ${4Si + S_8 = 4SiS_2}$,
- ${Si + C = SiC}$,
- ${3Si + 4HNO_3 + 12HF = 3SiF_4 + 4NO + 8H_2O}$,
- ${Si + 2NaOH + H2O = Na_2SiO_3 + 2H_2}$,
- ${2MgO + 3Si = Mg_2Si + 2SiO}$.
Соединения кремния
К соединениям кремния относятся:
Оксид кремния (кремнезем).
Оксид кремния при обычных температурах представлен в виде кварца, при повышении температуры происходят следующие превращения: кварц — тридимит — кристобалит — расплав.
При обычных условиях на кремнезем действуют только плавиковая кислота и растворы щелочей:
${SiO_2 + 2KOH = K_2SiO_3 + H_2O}$
${SiO_2 + 4HF = SiF_4 + 2H_2O}$
Если рассматривать реакции сплавления оксида кремния с щелочами, основными оксидами или карбонатами, то в результате получаются силикаты.
${SiO_2 + CaO = CaSiO_3}$
${SiO_2 + Na_2CO_3 = Na_2SiO_3 + CO_2}$
Кремниевая кислота.
Силикаты (соли кремниевой кислоты) получают путем сплавления оксида кремния с карбонатами или щелочами (реакции представлены в пункте 1)
Качественная реакция на силикаты:
${Na_2SiO_3 + CO_2 + H_2O = Na_2CO_3 + H_2SiO_3 \downarrow}$.
Данная реакция является качественно, так как кремниевая кислота практически нерастворима в воде.
Существует такое соединение как жидкое стекло. Оно представляет собой концентрированный раствор силиката натрия или калия: ${K_2SiO_3 + H_2O = 2KOH + H_2SiO_3}$
Также кремниевая кислота участвует в производстве цемента, а точнее в процессе «схватывания» цемента, состоящего из силиката кальция.
${CaO \cdot SiO_2 + CO_2 + H_2O = CaCO_3 \downarrow + H_2SiO_3 \downarrow}$
Силицид.
Силицид представляет собой соединение кремния с металлом. Их можно получить путем взаимодействия гидрида металла с кремнием:
${2CaH_2 + Si = Ca_2Si + H_2}$
Силициды щелочных и щелочноземельных металлов способны реагировать с водой и кислотами с образованием моносилана:
${Ca_2Si + 4HCl = 2CaCl_2 + SiH_4 \uparrow}$.
