Владельцы сайта

  • Галина Пчёлкина

Урок №42. Кремний и его соединения. Стекло. Цемент.

КРЕМНИЙ

Кремний открыл и получил в 1823 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.

Второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода (27,6% по массе). Встречается в соединениях.

Строение  атома кремния в основном состоянии

 

1s22s22p63s23p2


 

Строение атома кремния в возбуждённом  состоянии

 

 

1s22s22p63s13p3

 

Степени окисления: +4, -4.

Аллотропия кремния

Известен аморфный и кристаллический кремний.


Поликристаллический кремний

Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см3, t°пл. =1415°C; t°кип. = 2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи. Инертен.

Аморфный - бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см3, более реакционноспособен.

Получение кремния

1) Промышленность – нагревание угля с песком:

2C + SiO2 t˚→ Si + 2CO

2) Лабораториянагревание песка с магнием:

2Mg + SiO2  t˚→ Si + 2MgO    Опыт

Химические свойства

Типичный неметалл, инертен.

Как восстановитель:

1)     С кислородом

Si0 + O2  t˚ Si+4O2

2)     С фтором (без нагревания)

Si0 + 2F2  SiF4­

3)     С углеродом

Si0 + C  t˚ Si+4C

(SiC - карборунд - твёрдый; используется для точки и шлифовки)

4)     С водородом не взаимодействует.

Силан (SiH4) получают разложением силицидов металлов кислотой:

Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4­ + 2MgSO4

5)     С кислотами не реагируетолько с плавиковой кислотой Si+4HF=SiF4+2H2)

Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

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

6)     Со щелочами (при нагревании):

Si0 + 2NaOH + H2O   Na2Si+4O3+ 2H2­

Как окислитель:

7)     С металлами (образуются силициды):

Si0 + 2Mg  t˚  Mg2Si-4

Применение кремния

Кремний широко используется в электронике как полупроводник. Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость. Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности.
Кремний в технике
 Применение кремния и его соединений

Силан  - SiH4

Физические свойства: Бесцветный газ, ядовит, t°пл. = -185°C, t°кип. = -112°C.

Получение: Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH

Химические свойства:

1)      Окисление: SiH4 + 2O2 t˚   SiO2 + 2H2O

2)      Разложение: SiH4 → Si + 2H

 

Оксид кремния (IV) - (SiO2)n

 

SiO2 - кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка):

Кристаллическая решётка оксида кремния (IV) – атомная и имеет такое строение:


Al2O3 2SiO2 • 2H2O - каолинит (основная часть глины)

 

K2O • Al2O3 • 6SiO2 - ортоклаз (полевой шпат)


 

Физические свойства: Твёрдое, кристаллическое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C

Химические свойства: 

Кислотный оксид. При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:

Изучение свойств оксида кремния (IV)

1)     С основными оксидами:

SiO2 + CaO t˚    CaSiO3

2)     Со щелочами:

SiO2 + 2NaOH t˚    Na2SiO3 + H2O

3)     С водой не реагирует

4)     С солями:

SiO2 + CaCO3     CaSiO3 + CO2­

SiO2 + K2CO3     K2SiO3 + CO2­

5)     С плавиковой кислотой:

SiO2 + 4HF t˚     SiF4­ + 2H2O

SiO2 + 6HF t˚    H2[SiF6] (гексафторкремниевая кислота) + 2H2O

 (реакции лежат в основе процесса травления стекла).

Применение:

1. Изготовление силикатного кирпича

2. Изготовление керамических изделий

3. Получение стекла

 

Кремниевые кислоты


x • SiO2 • y H2O

x = 1, y = 1     H2SiO3 - метакремниевая кислота

x = 1, y = 2     H4SiO4 - ортокремниевая кислота и т.д.

 

Физические свойства: H2SiO3 - очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор), не имеет кислого вкуса.

Получение:

Получение геля кремниевой кислоты

Получение кремниевой кислоты

 Действие сильных кислот на силикаты - Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3

Химические свойства:

При нагревании разлагается: H2SiO3  t˚→ H2O + SiO2

Соли кремниевой кислоты - силикаты.

 1) с кислотами

Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3

2) с солями

Na2SiO3+CaCl2=2NaCl+CaSiO3

3) Силикаты, входящие в состав минералов, в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV) - выветривание горных пород:

(K2O • Al2O3 • 6SiO2)(полевой шпат)  + CO2 + 2H2O → (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O)(каолинит (глина)) + 4SiO2(кремнезём (песок)) + K2CO3


Применение соединений кремния


Природные соединения кремния - песок (SiO2) и силикаты используются для производства керамики, стекла и цемента. 



Керамика

Фарфор = каолин+ глина + кварц + полевой шпат. Родина фарфора – Китай, где фарфор известен уже в 220г. В 1746 г – налажено производство фарфора в России

 

 Фаянс - от названия итальянского города Фаэнца. Где в 14-15веках было развито керамическое ремесленничество. Фаянс – отличается от фарфора большим содержанием глины (85%), более низкой температурой обжига.


 

Стекло хрупкий, прозрачный материал, способен размягчаться и при застывании принимает любую форму. Стекло получают варкой шихты (сырьевой смеси, состоящей из песка, соды и известняка) в специальных стекловаренных печах. 

Видео "Производство стекла"



Основные реакции, протекающие при плавке шихты

1. Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
2. CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
3.
Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O * CaO * 6SiO2 - формула оконного стекла

При добавлении оксида свинца получают хрусталь.


Сравнение свойств кварцевого и обычного стекла

Цемент



Цемент – мелко измельчённый клинкер с минеральными добавками.

Клинкер - шарики тёмно-серого цвета получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах

 Видео "Производство бетона"


ТРЕНАЖЁРЫ

 

Тренажёр №1 - Характеристика кремния по положению в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева

Тренажёр №2 - Тестовые задания по теме: "Углерод и кремний, их соединения"

Тренажёр №3 - Задания для контроля и самопроверки по теме "Углерод и кремний в природе. Применение углерода и кремния и их соединений"


Задания для закрепления

Осуществите превращения по схеме:

1) Si → SiO2 → Na2SiO3 → H2SiO3 →SiO2

2) Si → Mg2Si → SiH4 → SiO2

3) Si → Na2SiO3
Č
ĉ
Галина Пчёлкина,
15 марта 2012 г., 8:27
Comments