Какие металлы реагируют с кремнием

  • Физические и химические свойства кремния;
  • Песок тоже с кремнием: разберем соединения кремния — силаны, оксиды, силикаты;
  • Единственная и неповторимая — поговорим о свойствах кремниевой кислоты.

В чайном сервизе твоей бабушки обязательно найдется кремний, так как диоксид кремния входит в состав стекла. Ну а загорать на пляже без песочка (SiO2) ну просто невозможно (песок встречается на каждом шагу).

 

Кремний

Кремний встречается во многих веществах и предметах, которые нас окружают. Достаточно вспомнить только солнечные батареи, которые служат альтернативным источником энергии! 

Так что же из себя представляет кремний? Он, как и углерод, находится в IVA-группе и имеет конфигурацию внешнего электронного слоя 3s23p2.

Какие металлы реагируют с кремнием

В возбужденном состоянии электроны на s-орбитали распариваются, и один из них переселяется на p-орбиталь. В результате, атом приобретает конфигурацию ns1np3.

В возбужденном состоянии число неспаренных атомов кремния возрастает до четырех, и кремний приобретает валентность IV:

Какие металлы реагируют с кремнием

У кремния возможны следующие степени окисления: -4, +2, +4.

Физические свойства

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле (после кислорода). Кремний встречается только в виде сложных веществ, таких как горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Какие металлы реагируют с кремнием

Кристаллическая решётка простого вещества кремния — атомная, сам кремний представляет собой вещество темно-серого цвета с металлическим блеском. Является полупроводником.

Химические свойства кремния

У кремния относительно низкая электроотрицательность. А что это значит? Это значит, что он будет яро проявлять восстановительные свойства, даже ещё более выраженные чем у углерода! Поэтому из неметаллов будет вступать в реакции с типичными окислителями, повышая свою степень окисления до +4:

Какие металлы реагируют с кремнием Какие металлы реагируют с кремнием

Кремний не реагирует с водородом и фосфором в силу близких значений электроотрицательностей!

В отличие от других неметаллов, реагирующих со щелочами, кремний является в этих реакциях только восстановителем, повышая степень окисления до +4: 

Какие металлы реагируют с кремнием

  1. А с окислителями реакция идет? 

Конечно! Но не со всеми. Отобрать электроны «слабенький» кремний способен только у самых слабых — у металлов. Как и углерод, кремний реагирует в основном с металлами активными и средней активности, образуя силициды:

Какие металлы реагируют с кремнием

Как и многие другие бинарные соединения, силициды металлов могут гидролизоваться: 

Какие металлы реагируют с кремнием

Образующийся бесцветный газ с неприятным запахом — силан — за счёт степени окисления кремния -4 проявляет восстановительные свойства и способен реагировать с окислителями (например, с кислородом): 

Какие металлы реагируют с кремнием

  • (оксид кремния(IV) входит в состав песка, который мы видим на улице)
  • Получение кремния
  • Кремний в основном получают восстановлением из диоксида кремния SiO2 сильными восстановителями: углеродом, металлами: 

Какие металлы реагируют с кремнием

Оксид кремния (IV) — кремнезём SiO2 

Диоксид кремния — кислотный оксид, главный компонент почти всех земных горных пород. Из кремнезема и силикатов состоит почти 90 % массы литосферы.

Почему же диоксид кремния такой исключительный? Да все потому, что это — единственный кислотный оксид, который не реагирует с водой! Как следствие, ему соответствует нерастворимая кремниевая кислота H2SiO3.

  1. Основно-кислотное взаимодействие

Как кислотный оксид, SiO2 проявляет кислотные свойства, а значит, способен взаимодействовать с веществами, проявляющими основные свойства, с образованием солей — силикатов:

  1. А в реакции вытеснения вступает? 

Да! SiO2 в реакциях вытеснения — условно «сильный» оксид, способный вытеснять условно «слабые» (CO2, SO2) из их солей при сплавлении (t):  

За счёт высокой степени окисления кремния +4 SiO2 проявляет слабо выраженные окислительные свойства и может вступать в ОВР, как правило, только с очень сильными восстановителями (например, углеродом или металлами):  

Единственная и неповторимая — кремниевая кислота и силикаты

Кремниевая кислота, хоть и нерастворима, но всё-таки проявляет кислотные свойства, взаимодействуя с сильными основаниями (щелочами): 

А ещё силикаты различных металлов образуют красивые нитевидные кристаллы, которые используются в эксперименте « силикатный сад»! 

Её соли — силикаты, как и другие соли, являются электролитами, а значит, способны вступать в РИО с другими электролитами: солями, основаниями, кислотами: 

Как нерастворимый гидроксид, кремниевая кислота способна разлагаться при нагревании на воду и соответствующий оксид: 

Фактчек

  • Кремний —  химический элемент IVA группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14.
  • Возможные степени окисления кремния: -4, +2, +4.
  • Электронная конфигурация атома кремния: 1s22s22p63s13p3.
  • Кремний за счёт низкой электроотрицательности ярко проявляет восстановительные свойства.
  • Кремний образует множество соединений, в том числе оксид кремния SiO2 — кислотный оксид, который соответствует кремниевой кислоте H2SiO3. Соли кремниевой кислоты называются силикатами

Проверь себя 

Задание 1.Сколько неспаренных электронов содержит атом кремния в возбужденном электронном состоянии? 

  1. 1 электрон;
  2. 2 электрона;
  3. 3 электрона;
  4. 4 электрона.

Задание 2.С каким из следующих простых веществ не реагирует кремний? 

  1. Углерод;
  2. Бром; 
  3. Фосфор; 
  4. Кислород.

Задание 3.С каким из перечисленных веществ будет реагировать диоксид кремния? 

  1. Карбонат натрия;
  2. Сульфат калия; 
  3. Хлорид рубидия;
  4. Ортофосфат кальция. 

Задание 4.Какое свойство отличает кремниевую кислоту от других кислот? 

  1. Она содержит атомы кислорода;
  2. При комнатной температуре кремниевая кислота — жидкость;
  3. Она нерастворима в воде;
  4. Она проявляет амфотерные свойства. 

Задание 5.Как называются бинарные соединения кремния и металлов? 

  1. Силаны;
  2. Силициды;
  3. Силикаты;
  4. Силоксаны. 

Ответы: 1. —  4; 2. — 3; 3. — 1; 4. — 3; 5. — 2.

Кремний

Кремний — неметаллический элемент IVa группы периодической таблицы Д.И. Менделеева. Второй после кислорода элемент по распространенности в земной коре.

В чистом виде в природе практически отсутствует. Чаще всего встречается в виде кремнезема — SiO2 — песок, песчаник, кварц, глина.

Какие металлы реагируют с кремнием

Кремниевая (силиконовая) долина

Регион в штате Калифорния (США), отличающийся большой плотностью высоко технологичных компаний, связанных с производством компьютеров и микропроцессоров.

Кремний является природным полупроводником, используется как основной материал для производства микросхем. Кремний ближе, чем вы думаете: внутри гаджета, которым вы пользуетесь 😉

Какие металлы реагируют с кремнием

Основное и возбужденное состояние кремния

При возбуждении атома кремния электроны на s-подуровне распариваются и один из них переходит на p-подуровень.

Какие металлы реагируют с кремнием

Природные соединения

В природе кремний встречается в виде следующих соединений:

  • SiO2 — кварц, кремнезем, гранит, песчаник, песок, глина
  • SiO2 с примесью Fe3+ — цитрин
  • SiO2 с примесью Fe2+ и Fe3+ — аметист

Какие металлы реагируют с кремнием

Получение

  • В промышленности кремний получают путем восстановления кремнезема в электрических печах, алюминотермией.
  • SiO2 + C → (t) Si + CO2↑
  • SiO2 + Al → (t) Si+ Al2O3
  • В лабораторных условиях мелкий белый песок прокаливают с магнием:
  • SiO2 + Mg → (t) MgO + Si
Читайте также:  Адаптер для мотоблока с рулевым управлением: виды, особенности и советы по созданию своими руками

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами
  • При обычных условиях без нагревания кремний реагирует только со фтором. Si + F2 → SiF4 При нагревании кремний вступает в реакции с остальными галогенами (Cl, Br, I), углеродом, кислородом. При очень высоких температурах (1200 °C) кремний с кислородом образует оксид кремния II — несолеобразующий оксид.

    1. Si + Cl2 → (t) SiCl4
    2. Si + C → (t) SiC
    3. Si + O2 → (t) SiO2
    4. Si + O2 → (t = 1200 °C) SiO

    Какие металлы реагируют с кремнием

  • Реакции с металлами
  • В подобных реакциях кремния проявляет свои окислительные способности. Ca + Si → Ca2Si (силицид кальция)

  • Реакция с щелочами
  • С целью травления (удаления поверхностного слоя материала) кремниевые изделия можно погружать в раствор щелочи. KOH + Si → K2SiO3 + H2↑

Оксид кремния IV — SiO2

Оксид кремния IV имеет атомное строение, обладает высокой прочностью и твердостью. Плавится при температуре +1730 °C градусов.

  • Получение
  • В промышленности оксид кремния IV получают нагреванием кремния в атмосфере кислорода.
  • Si + O2 → SiO2

В лабораторных условиях проводят реакция силиката натрия с уксусной кислотой. Кремниевая кислота сразу же распадается на SiO2, который выпадает в осадок, и воду.

Na2SiO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2SiO3↓

H2SiO3 → SiO2 + H2O

Какие металлы реагируют с кремнием

Химические свойства

  • Реакции с кислотами
  • Химически SiO2 устойчив к действию кислот, однако вступает в реакцию с газообразным фтороводородом (газом) и плавиковой кислотой (жидкостью). SiO2 + HF → SiF4 + H2O

  • Реакции с основными оксидами и щелочами
  • SiO2 является кислотным оксидом, соответствует кремниевой кислоте. Вступая в реакции с основными оксидами и щелочами, образует соли данной кислоты — силикаты. MgO + SiO2 → MgSiO3 NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O Какие металлы реагируют с кремнием

  • С карбонатами
  • Так как чаще всего кислотные оксиды с солями не реагируют, тем более необычной кажется реакция оксида кремния IV с карбонатами. K2CO3 + SiO2 → K2SiO3 + CO2↑

Кремниевая кислота

Слабая, малорастворимая в воде кислота. Ее соли носят название — силикаты.

Получение

Поскольку кремниевая кислота малорастворима, то банальной реакцией SiO2 с водой ее не получить. Эту задачу решают в две стадии через ее соли — силикаты.

  1. LiOH + SiO2 → Li2SiO3 + H2O
  2. Li2SiO3 + HCl → LiCl + H2SiO3↓
  3. Химические свойства
  4. Кремниевая кислота слабая, нестойкая, легко распадается на воду и оксид кремния IV.
  5. H2SiO3 → H2O + SiO2

Какие металлы реагируют с кремнием

Кремний — общая характеристика элемента и химические свойства

На внешнем энергетическом уровне атома углерода содержится 4 электрона, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 2 . Кремний проявляет степени окисления -4, +2, +4. Кремний – типичный неметалл, в зависимости от типа превращения элемент может быть окислителем и восстановителем.

Аллотропия кремния

Кристаллический кремний – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник;  t°пл.  1415°C; t°кип.  2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру (sp 3 — гибридизация атомов кремния) и образует прочные ковалентные σ- связи. Инертен.

Аморфный кремний — бурый порошок, гигроскопичен, более реакционноспособен.

Получение кремния

1)    2С + Si +4 O 2 – t° →  Si 0 + 2CO

2) 2Mg + Si +4 O 2 – t° →  2MgO + Si 0

Нахождение кремния в природе

Какие металлы реагируют с кремнием Кремний – второй по распространенности элемент на Земле после кислорода.Его содержание в земной коре составляет 27,6 % (мас.). Встречается только в виде соединений.

Оксид кремния образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем. Составляет основу многих полудрагоценных камней – агат, аметист, яшма и др. Также кремний входит в состав породообразующих минералов – силикатов и алюмосиликатов – полевых шпатов, глин, слюд и др.

Химические свойства Si

  • Типичный неметалл средней активности.
  • Как восстановитель: 1)     С кислородом
  • Si 0 + O 2 – t° →  Si +4 O 2
  • 2)     С галогенами, со фтором без нагревания. Si 0 + 2F 2 → SiF 4 ­
  • 3)     С углеродом Si 0 + C  – t° →  Si +4 C
  • (SiC — карборунд –твёрдый, используется для шлифовки)
  • 4)     С азотом
  • 3Si + 2N 2 – t° → Si 3 N 4 .
  • 5)     С кислотами не реагирует. Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот: 3Si + 4HNO 3 + 18HF → 3H 2 [SiF 6 ] + 4NO­ + 8H 2 O
  • 6)     Со щелочами (при нагревании): Si 0 + 2NaOH + H 2 O → Na 2 Si +4 O 3 + 2H 2 ­
  • Как окислитель:
  • 6)     С металлами (образуются силициды): Si 0 + 2Mg  – t° →  Mg 2 Si -4
  • Разложением силицидов металлов кислотой получают силан (SiH 4 ) Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 ­ + 2MgSO 4
  • 7)     С водородом не взаимодействует.

Кремний и его соединения

Кремний 14Si является аналогом углерода, находится в главной подгруппе IV группы, в 3-м периоде. Как и углерод, кремний является неметаллом и проявляет в своих соединениях и положительные и отрицательные степени окисления, наиболее характерными из которых являются +4 и -4.

14Si 1s22s22p63s23p2

Аr = 28,0855

Изотопы: 28Si (92.27 %); 29Si (4.68 %); 30Si (3,05 %)

ЭО = 1,8

Кремний — второй после кислорода по распространенности в земной коре элемент (27,6 % по массе). В свободном состоянии в природе не встречается, находится преимущественно в виде SiO2 или силикатов.

Соединения Si токсичны; вдыхание мельчайших частиц SiO2 и др. соединений кремния (например, асбеста) вызывает опасную болезнь — силикоз

В основном состоянии атом кремния имеет валентность = II, а в возбужденом состоянии = IV.

Наиболее устойчивой степенью окисления Si является +4. В соединениях с металлами (силицидах) С.О. -4.

Способы получения кремния

Самым распространенным природным соединением кремния является кремнезем (диоксид кремния) SiО2. Он является основным сырьем для получения кремния.

  • 1) Восстановление SiO2 углеродом в дуговых печах при 1800'С: SiO2 + 2С = Si + 2СО
  • 2) Высокочистый Si из технического продукта получают согласно схеме:
  • a) Si → SiCl2 → Si
  • б) Si → Mg2Si → SiH4 → Si

Физические свойства кремния. Аллотропные модификации кремния

1) Кристаллический кремний — вещество серебристо — серого цвета с металлическим блеском, кристаллическая решетка типа алмаза; т. пл. 1415'С, т. кип. 3249'С, плотность 2,33 г/см3; является полупроводником.

2) Аморфный кремний — порошок бурого цвета.

Химические свойства кремния

  1. При низких температурах кремний химически инертен, при нагревании его реакционная способность резко возрастает.
  2. 1. С кислородом взаимодействует при Т выше 400°С:
  3. Si + О2 = SiO2 оксид кремния
  4. 2.

    С фтором реагирует уже при комнатной температуре:

  5. Si + 2F2 = SiF4 тетрафторид кремня
  6. 3. С остальными галогенами реакции идут при температуре = 300 — 500°С
  7. Si + 2Hal2 = SiHal4
  8. 4.

    С парами серы при 600°С образует дисульфид:

  9. Si + 2S = SiS2
  10. 5. Реакция с азотом происходит выше 1000°С:
  11. 3Si + 2N2 = Si3N4 нитрид кремния
  12. 6.

    При температуре = 1150°С реагирует с углеродом:

  13. SiO2 + 3С = SiС + 2СО
  14. По твердости карборунд близок к алмазу.

7. С водородом кремний непосредственно не реагирует.

8. Кремний стоек к действию кислот. Взаимодействует только со смесью азотной и фтороводородной (плавиковой) кислот:

  • 3Si + 12HF + 4HNO3 = 3SiF4 + 4NO + 8H2O
  • 9. реагирует с растворами щелочей с образованием силикатов и выделением водорода:
  • Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑
  • 10. Восстановительные свойства кремния используют для выделения металлов из их оксидов:
  • 2MgO = Si = 2Mg + SiO2
  • Кремний образует силициды с s-металлами и большинством d-металлов.

Состав силицидов данного металла может быть различен. (Например, FeSi и FeSi2; Ni2Si и NiSi2.) Один из наиболее известных силицидов — силицид магния, который можно получать прямым взаимодействием простых веществ:

2Mg + Si = Mg2Si

Силан (моносилан) SiH4

Силаны (кремневодороды) SinH2n + 2, (ср. с алканами), где п = 1-8. Силаны — аналоги алканов, отличаются от них неустойчивостью цепей -Si-Si-.

  1. Моносилан SiH4 — бесцветный газ с неприятным запахом; растворяется в этаноле, бензине.
  2. Способы получения:
  3. 1. Разложение силицида магния соляной кислотой: Mg2Si + 4HCI = 2MgCI2 + SiH4
  4. 2. Восстановление галогенидов Si алюмогидридом лития:
    SiCl4 + LiAlH4 = SiH4↑ + LiCl + AlCl3
  5. Химические свойства.
  6. Силан — сильный восстановитель.
  7. 1.SiH4 окисляется кислородом даже при очень низких температурах:
  8. SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2Н2О
  9. 2. SiH4 легко гидролизуется, особенно в щелочной среде:
  10. SiH4 + 2Н2О = SiO2 + 4Н2
  11. SiH4 + 2NaOH + Н2О = Na2SiO3 + 4Н2

Оксид кремния (IV) (кремнезем) SiO2

Кремнезем существует в виде различных форм: кристаллической, аморфной и стеклообразной. Наиболее распространенной кристаллической формой является кварц. При разрушении кварцевых горных пород образуются кварцевые пески. Монокристаллы кварца — прозрачны, бесцветны (горный хрусталь) или окрашены примесями в различные цвета (аметист, агат, яшма и др.).

Аморфный SiO2 встречается в виде минерала опала: искусственно получают силикагель, состоящий из коллоидных частиц SiO2 и являющийся очень хорошим адсорбентом. Стеклообразный SiO2 известен как кварцевое стекло.

Физические свойства

В воде SiO2 растворяется очень незначительно, в органических растворителях также практически не растворяется. Кремнезем является диэлектриком.

Химические свойства

  • 1. SiO2 — кислотный оксид, поэтому аморфный кремнезем медленно растворяется в водных растворах щелочей:
  • SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + Н2О
  • 2. SiO2 взаимодействует также при нагревании с основными оксидами:
  • SiO2 + К2О = K2SiO3;
  • SiO2 + СаО = CaSiO3
  • 3. Будучи нелетучим оксидом, SiO2 вытесняет углекислый газ из Na2CO3 (при сплавлении):
  • SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑
  • 4. Кремнезем реагирует с фтороводородной кислотой, образуя кремнефтористоводородную кислоту H2SiF6:
  • SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2Н2О
  • 5. При 250 — 400°С SiO2 взаимодействует с газообразным HF и F2, образуя тетрафторсилан (тетрафторид кремния):
  • SiO2 + 4HF (газ.) = SiF4 + 2Н2О
  • SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2

Кремниевые кислоты

  1. Известны:
  2. — ортокремниевая кислота H4SiО4;
  3. — метакремниевая (кремниевая) кислота H2SiO3;
  4. — ди- и поликремниевые кислоты.
  5. Все кремниевые кислоты малорастворимы в воде, легко образуют коллоидные растворы.

Способы по-лучения

  • 1. Осаждение кислотами из растворов силикатов щелочных металлов:
  • Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
  • 2. Гидролиз хлорсиланов: SiCl4 + 4Н2О = H4SiO4 + 4HCl

Химические свойства

  1. Кремниевые кислоты — очень слабые кислоты (слабее угольной кислоты).
  2. При нагревании они дегидратируются с образованием в качестве конечного продукта кремнезема
  3. H4SiО4 → H2SiO3 → SiO2

Силикаты — соли кремниевых кислот

  • Поскольку кремниевые кислоты чрезвычайно слабые, их соли в водных растворах сильно гидро лизованы:
  • Na2SiO3 + Н2О = NaHSiO3 + NaOH
  • SiO32- + Н2О = HSiO3- + ОН- (щелочная среда)
  • По этой же причине при пропускании углекислого газа через растворы силикатов происходит вытеснение из них кремниевой кислоты:
  • K2SiO3 + СO2 + Н2О = H2SiO3↓ + K2СO3
  • SiO3 + СO2 + Н2О = H2SiO3↓ + СO3
  • Данную реакцию можно рассматривать как качественную реакцию на силикат-ионы.
  • Среди силикатов хорошо растворимыми являются только Na2SiO3 и K2SiO3, которые называются растворимым стеклом, а их водные растворы — жидким стеклом.

Стекло

Обычное оконное стекло имеет состав Na2O • СаО • 6SiO2, т. е. является смесью силикатов натрия и кальция. Его получают сплавлением соды Na2CO3, известняка СаСO3 и песка SiO2;

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O • СаО • 6SiO2 + 2СO2↑

Цемент

Порошкообразный вяжущий материал, образующий при взаимодействии с водой пластичную массу, превращающуюся со временем в твердое камневидное тело; основной строительный материал.

Химический состав наиболее распространенного портланд-цемента (в % по массе) — 20 — 23% SiO2; 62 — 76 % СаО; 4 — 7 % Al2O3; 2-5% Fe2O3; 1- 5% МgО.

2.3.4. Химические свойства углерода и кремния

Углерод способен образовывать несколько аллотропных модификаций. Это алмаз (наиболее инертная аллотропная модификация), графит, фуллерен и карбин.

Древесный уголь и сажа представляют собой аморфный углерод. Углерод в таком состоянии не имеет упорядоченной структуры и фактически состоит из мельчайших фрагментов слоев графита. Аморфный углерод, обработанный горячим водяным паром, называют активированным углем.

1 грамм активированного угля из-за наличия в нем множества пор имеет общую поверхность более трехсот квадратных метров! Благодаря своей способности поглощать различные вещества активированный уголь находит широкое применение как наполнитель фильтров, а также как энтеросорбент при различных видах отравлений.

С химической точки зрения аморфный углерод является наиболее активной его формой, графит проявляет среднюю активность, а алмаз является крайне инертным веществом. По этой причине, рассматриваемые ниже химические свойства углерода следует прежде всего относить к аморфному углероду.

Восстановительные свойства углерода

Как восстановитель углерод реагирует с такими неметаллами как, например, кислород, галогены, сера.

В зависимости от избытка или недостатка кислорода при горении угля возможно образование угарного газа CO или углекислого газа CO2:

При взаимодействии углерода со фтором образуется тетрафторид углерода:

При нагревании углерода с серой образуется сероуглерод CS2:

Углерод способен восстанавливать металлы после алюминия в ряду активности из их оксидов. Например:

Также углерод реагирует и с оксидами активных металлов, однако в этом случае наблюдается, как правило, не восстановление металла, а образование его карбида:

Взаимодействие углерода с оксидами неметаллов

Углерод вступает в реакцию сопропорционирования с углекислым газом CO2:

Одним из наиболее важных с промышленной точки зрения процессов является так называемая паровая конверсия угля. Процесс проводят, пропуская водяной пар через раскаленный уголь. При этом протекает следующая реакция:

При высокой температуре углерод способен восстанавливать даже такое инертное соединение как диоксид кремния. При этом в зависимости от условия возможно образование кремния или карбида кремния (карборунда):

  • Также углерод как восстановитель реагирует с кислотами окислителями, в частности, концентрированными серной и азотной кислотами:

Окислительные свойства углерода

  1. Химический элемент углерод не отличается высокой электроотрицательностью, поэтому образуемые им простые вещества редко проявляют окислительные свойства по отношению к другим неметаллам.

  2. Примером таких реакций является взаимодействие аморфного углерода с водородом при нагревании в присутствии катализатора:
  3. а также с кремнием при температуре 1200-1300 оС:

Окислительные свойства углерод проявляет по отношению к металлам.

Углерод способен реагировать с активными металлами и некоторыми металлами средней активности. Реакции протекают при нагревании:

  • Карбиды активных металлов гидролизуются водой:
  • а также растворами кислот-неокислителей:
  • При этом образуются углеводороды, содержащие углерод в той же степени окисления, что и в исходном карбиде.

Химические свойства кремния

Кремний может существовать, как и углерод в кристаллическом и аморфном состоянии и, также, как и в случае углерода, аморфный кремний существенно более химически активен, чем кристаллический.

Иногда аморфный и кристаллический кремний, называют его аллотропными модификациями, что, строго говоря, не совсем верно. Аморфный кремний представляет собой по сути конгломерат беспорядочно расположенных друг относительно друга мельчайших частиц кристаллического кремния.

Взаимодействие кремния с простыми веществами

неметаллами

  1. При обычных условиях кремний ввиду своей инертности реагирует только со фтором:
  2. С хлором, бромом и йодом кремний реагирует только при нагревании.

    При этом характерно, что в зависимости от активности галогена, требуется и соответственно различная температура:

  3. Так с хлором реакция протекает при 340-420 оС:
  4. С бромом – 620-700 оС:
  5. С йодом – 750-810 оС:
  • Все галогениды кремния легко гидролизуются водой:
  • а также растворами щелочей:
  1. Реакция кремния с кислородом протекает, однако требует очень сильного нагревания (1200-1300оС) ввиду того, что прочная оксидная пленка затрудняет взаимодействие:
  2. При температуре 1200-1500 оС кремний медленно взаимодействует с углеродом в виде графита с образованием карборунда SiC – вещества с атомной кристаллической решеткой подобной алмазу и почти не уступающего ему в прочности:
  3. С водородом кремний не реагирует.

металлами

Ввиду своей низкой электроотрицательности кремний может проявлять окислительные свойства лишь по отношению к металлам. Из металлов кремний реагирует с активными (щелочными и щелочноземельными), а также многими металлами средней активности. В результате такого взаимодействия образуются силициды:

  • Силициды активных металлов легко гидролизуются водой или разбавленными растворами кислот-неокислителей:
  • При этом образуется газ силан SiH4 – аналог метана CH4.

Взаимодействие кремния со сложными веществами

  1. С водой кремний не реагирует даже при кипячении, однако аморфный кремний взаимодействует с перегретым водяным паром при температуре около 400-500оС. При этом образуется водород и диоксид кремния:
  2. Из всех кислот кремний (в аморфном состоянии) реагирует только с концентрированной плавиковой кислотой:
  3. Кремний растворяется в концентрированных растворах щелочей. Реакция сопровождается выделением водорода:

Химические свойства кремния

Химические свойства кремния добавить в закладки

Так же как и углерод, кремний расположен во втором периоде, главной подгруппе IV группы периодической системы химических элементов.

На внешнем энергетическом уровне у кремния четыре электрона. В отличии от атомов углерода, у кремния наружные электроны удалены дальше от ядра и значит слабее связаны.

Поэтому у кремния надо ожидать ослабления неметаллических свойств по сравнению с углеродом и некоторое проявление металлических свойств.

Действительно, кремний в виде простого вещества по внешнему виду больше похож на металл, чем углерод. Характерны степени окисления -4 и +4. 

При обычных условиях кремний химически малоактивен и взаимодействует только с фтором. Остальные реакции протекают только при повышенных температурах.

I. Окислительные свойства

Свойства окислителя кремний проявляет в реакциях с металлами при высоких температурах с образованием силицидов. В данные реакции вступают щелочные и щелочноземельные металлы, а также металлы средней активности.

  • Si + 2Mg → Mg2Si
  • Силициды разлагаются кислотами с образованием газа – силана SiH4.
  • II. Восстановительные свойства
  1. Как восстановитель кремний взаимодействует со многими неметаллами. 
    • При сильном нагревании измельченный кремний загорается на воздухе, образуя двуокись кремния. Si + O2 → SiO2
    • С галогенами реакция протекает так же при повышенных температурах: с хлором – 340 – 4200 С; с бромом – 620-7000 С; с йодом – 750-8100 С. Si + 2Cl2 =SiCl4 Si + 2Br2 =SiBr4 Si + 2I2 =SiI4
    • Соединение кремния с углеродом, карбид кремния SiC,  называется карборунд. Это твердое вещество, по твердости схоже с алмазом, применяется в качестве абразивного материала для изготовления точильных камней и шлифовальных кругов. Si + C = SiC
    • С азотом реагирует при нагревании смеси до 10000 С, образуя при этом нитрид кремния. 3Si + 2N2 → Si3N4
  2. Кремний с кислотами не взаимодействует, исключение смесь плавиковой и азотной кислот. Другие кислоты его пассивируют и он покрывается оксидной пленкой.

    3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O

  3. В отличие от реакции с кислотами, со щелочами кремний взаимодействует активно. При этом он проявляет слабые кислотные свойства.

    Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2↑

Смотри также:

  • Номенклатура неорганических веществ
  • Характерные химические свойства простых веществ – металлов: щелочных, щелочноземельных, магния, алюминия; переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)
  • Характерные химические свойства простых веществ – неметаллов: водорода, галогенов, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния
  • Характерные химические свойства оксидов: оснóвных, амфотерных, кислотных
  • Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов
  • Характерные химические свойства кислот
  • Характерные химические свойства солей: средних, кислых, оснóвных; комплексных ( на примере соединений алюминия и цинка)
  • Взаимосвязь различных классов неорганических веществ
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector