Čo je chemická látka kremíka. Kremík: vlastnosti, vlastnosti a aplikácie

Kremík (Si) – stojí v 3. období, IV skupina hlavnej podskupiny periodickej tabuľky. Fyzikálne vlastnosti: kremík existuje v dvoch modifikáciách: amorfný a kryštalický. Amorfný kremík je hnedý prášok s hustotou 2,33 g/cm3, rozpustný v taveninách kovov. Kryštalický kremík sú tmavosivé kryštály s oceľovým leskom, tvrdé a krehké, s hustotou 2,4 g/cm3. Kremík pozostáva z troch izotopov: Si (28), Si (29), Si (30).

Chemické vlastnosti: elektronická konfigurácia: 1s22s22p63 s23p2 . Kremík je nekov. Na vonkajšej energetickej úrovni má kremík 4 elektróny, čo určuje jeho oxidačné stavy: +4, -4, -2. Valencia – 2,4 Amorfný kremík má väčšiu reaktivitu ako kryštalický kremík. Za normálnych podmienok interaguje s fluórom: Si + 2F2 = SiF4. Si pri 1000 °C reaguje s nekovmi: CL2, N2, C, S.

Z kyselín kremík reaguje iba so zmesou kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej:

Vo vzťahu ku kovom sa správa inak: v roztavenom Zn, Al, Sn, Pb sa dobre rozpúšťa, ale nereaguje s nimi; Kremík interaguje s inými taveninami kovov - s Mg, Cu, Fe - za vzniku silicidov: Si + 2Mg = Mg2Si. Kremík horí v kyslíku: Si + O2 = SiO2 (piesok).

Oxid kremičitý alebo oxid kremičitý- stabilné pripojenie Si, široko rozšírené v prírode. Reaguje tak, že sa spája s alkáliami a zásaditými oxidmi, pričom vznikajú soli kyseliny kremičitej – silikáty. Potvrdenie: V priemysle sa kremík v čistej forme získava redukciou oxidu kremičitého koksom v elektrických peciach: SiO2 + 2C = Si + 2CO?.

V laboratóriu sa kremík získava kalcináciou bieleho piesku s horčíkom alebo hliníkom:

Si02 + 2Mg = 2MgO + Si.

3Si02 + 4Al = Al203 + 3Si.

Kremík tvorí kyseliny: H2 SiO3 – kyselina metakremičitá; H2 Si2O5 je kyselina dimethalicová.

Nález v prírode: kremeňový minerál – SiO2. Kryštály kremeňa majú tvar šesťhranného hranolu, sú bezfarebné a priehľadné a nazývajú sa horský krištáľ. Ametyst je horský krištáľ sfarbený do fialova s nečistotami; dymový topaz má hnedastú farbu; achát a jaspis sú kryštalické odrody kremeňa. Amorfný oxid kremičitý je menej bežný a existuje vo forme opálového minerálu – SiO2 nH2O. Diatomit, tripoli alebo kremelina (kremelina) sú zemité formy amorfného kremíka.

42. Koncept koloidných roztokov

Koloidné roztoky– vysoko disperzné dvojfázové systémy pozostávajúce z disperzného média a disperznej fázy. Veľkosti častíc sú medzi skutočnými roztokmi, suspenziami a emulziami. U koloidné častice molekulové alebo iónové zloženie.

Existujú tri typy vnútornej štruktúry primárnych častíc.

1. Suspenzoidy (alebo ireverzibilné koloidy)– heterogénne systémy, ktorých vlastnosti môžu byť určené vyvinutým medzifázovým povrchom. V porovnaní so suspenziami sú viac rozptýlené. Bez stabilizátora disperzie nemôžu dlhodobo existovať. Sú tzv ireverzibilné koloidy z dôvodu, že ich sedimenty po odparení opäť netvoria sóly. Ich koncentrácia je nízka – 0,1 %. Mierne sa líšia od viskozity dispergovaného média.

Suspenzoidy je možné získať:

1) metódy rozptylu (drvenie veľkých telies);

2) kondenzačné metódy (výroba nerozpustných zlúčenín pomocou výmenných reakcií, hydrolýzy atď.).

Spontánny pokles disperzity v suspenziách závisí od voľnej povrchovej energie. Na získanie dlhotrvajúcej suspenzie sú potrebné podmienky na jej stabilizáciu.

Stabilné disperzné systémy:

1) disperzné médium;

2) dispergovaná fáza;

3) stabilizátor rozptýleného systému.

Stabilizátor môže byť iónový, molekulárny, ale najčastejšie vysokomolekulárny.

Ochranné koloidy– vysokomolekulárne zlúčeniny, ktoré sa pridávajú na stabilizáciu (proteíny, peptidy, polyvinylalkohol atď.).

2. Asociatívne (alebo micelárne koloidy) – semikoloidy, ktoré vznikajú pri dostatočnej koncentrácii molekúl pozostávajúcich z uhľovodíkových radikálov (difilných molekúl) látok s nízkou molekulovou hmotnosťou, keď sa združujú do agregátov molekúl (micely). Micely vznikajú vo vodných roztokoch detergentov (mydiel), organických farbív.

3. Molekulárne koloidy (reverzibilné alebo lyofilné koloidy) – prírodné a syntetické vysokomolekulárne látky s vysokou molekulovou hmotnosťou. Ich molekuly majú veľkosť koloidných častíc (makromolekúl).

Zriedené roztoky koloidov zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou sú homogénne roztoky. Pri vysokom zriedení sa tieto roztoky riadia zákonmi zriedených roztokov.

Nepolárne makromolekuly sa rozpúšťajú v uhľovodíkoch, polárne - v polárnych rozpúšťadlách.

Reverzibilné koloidy– látky, ktorých suchý zvyšok po pridaní novej časti rozpúšťadla prechádza späť do roztoku.

Kremík objavil a získal v roku 1823 švédsky chemik Jens Jacob Berzelius.

Druhý najrozšírenejší prvok v zemskej kôre po kyslíku (27,6 % hmotnosti). Nachádza sa v zlúčeninách.

Štruktúra atómu kremíka v základnom stave

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Štruktúra atómu kremíka v excitovanom stave

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Oxidačné stavy: +4, -4.

Alotropia kremíka

Amorfný a kryštalický kremík je známy.

Polykryštalický kremík

Crystal – tmavosivá látka s kovovým leskom, vysoká tvrdosť, krehká, polovodičová; p = 2,33 g/cm3, t°pl. =1415 °C; t°var. = 2680 °C.

Má štruktúru podobnú diamantu a silné formy kovalentné väzby. Inertný.

Amorfný - hnedý prášok, hygroskopický, štruktúra podobná diamantu, ρ = 2 g/cm 3, reaktívnejší.

Získanie kremíka

1) priemysel - vykurovanie uhlia pieskom:

2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO

2) Laboratórium - ohrev piesku s horčíkom:

2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Experiment

Chemické vlastnosti

Typický nekovový, inertný.

Ako redukčné činidlo:

1) S kyslíkom

Si 0 + O 2 t˚ → Si + 4 O 2

2) S fluórom (bez zahrievania)

Si0 + 2F2 →SiF4

3) S uhlíkom

Si 0 + C t˚ → Si + 4 C

(SiC - karborundum - tvrdé; používa sa na špárovanie a brúsenie)

4) Neinteraguje s vodíkom.

Silán (SiH 4) sa získava rozkladom silicídov kovov kyselinou:

Mg2Si + 2H2S04 → SiH4 + 2MgS04

5) Nereaguje s kyselinami (Tlen s kyselinou fluorovodíkovou Si+4 HF= SiF 4 +2 H 2 )

Rozpúšťa sa len v zmesi kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej:

3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O

6) S alkáliami (pri zahrievaní):

Ako oxidačné činidlo:

7) S kovmi (tvoria sa silicídy):

Sio + 2Mgt˚→Mg2Si-4

Kremík je široko používaný v elektronike ako polovodič. Prídavky kremíka do zliatin zvyšujú ich odolnosť proti korózii. Silikáty, hlinitokremičitany a oxid kremičitý sú hlavnými surovinami na výrobu skla a keramiky, ako aj pre stavebný priemysel.
Kremík v technológii
Aplikácia kremíka a jeho zlúčenín

silan - SiH 4

Fyzikálne vlastnosti: Bezfarebný plyn, jedovatý, t. = -185 °C, t° varu. = -112 °C.

Príprava kyseliny kremičitej

Vplyv silných kyselín na silikáty - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓

Chemické vlastnosti:

Pri zahrievaní sa rozkladá: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2

Soli kyseliny kremičitej - silikáty.

1) s kyselinami

Na2Si03+H20+C02 =Na2C03 +H2Si03

2) so soľami

Na2Si03+CaCl2=2NaCl+CaSi03 ↓

3) Silikáty obsiahnuté v mineráloch, v prírodné podmienky sú ničené vodou a oxidom uhoľnatým (IV) - zvetrávanie hornín:

(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (živec) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (kaolinit (íl)) + 4SiO 2 (oxid kremičitý (piesok)) + K2CO3

Aplikácia zlúčenín kremíka

Prírodné zlúčeniny kremíka - piesok (SiO 2) a kremičitany sa používajú na výrobu keramiky, skla a cementu.

Keramika

Porcelán= kaolín + íl + kremeň + živec.

Rodiskom porcelánu je Čína, kde bol porcelán známy už v roku 220. V roku 1746 bola v Rusku založená výroba porcelánu. Fajáns -

od názvu talianskeho mesta Faenza. Kde sa v 14. a 15. storočí rozvíjalo keramické remeslo. Kamenina sa od porcelánu líši vyšším obsahom ílu (85 %) a nižšou teplotou vypaľovania.

Obsah článku SILICON, Si (kremík), chemický prvok IVA podskupina (C, Si, Ge, Sn a Pb) periodickej sústavy prvkov, nekovy. Kremík vo voľnej forme izolovali v roku 1811 J. Gay-Lussac a L. Thénard prechodom pary fluoridu kremíka cez kovový draslík, ale nepopísali ho ako prvok. Švédsky chemik J. Berzelius v roku 1823 opísal kremík, ktorý získal spracovaním draselnej soli K 2 SiF 6 s kovom draslíka pri vysoká teplota Avšak až v roku 1854 získal kremík v kryštalickej forme A. Deville. Kremík je druhým najrozšírenejším prvkom (po kyslíku) v zemskej kôre, kde tvorí viac ako 25 % (hm.). V prírode sa vyskytuje najmä vo forme piesku, prípadne oxidu kremičitého, čo je oxid kremičitý a vo forme silikátov (živce M (M = Na, K, Ba), kaolinit Al 4 (OH) 8, sľudy). Kremík možno získať kalcináciou drveného piesku hliníkom alebo horčíkom; v druhom prípade sa oddelí od výsledného MgO rozpustením oxidu horečnatého v kyseline chlorovodíkovej. Technický kremík sa získava v v elektrických peciach redukciou oxidu kremičitého uhlím alebo koksom. Polovodičový kremík sa vyrába redukciou SiCl 4 alebo SiHCl 3 vodíkom s následným rozkladom vzniknutého SiH 4 pri 400–600 °C. Vysoko čistý kremík sa získava pestovaním monokryštálu z taveniny polovodičového kremíka pomocou Czochralského metódou alebo bezkelímkovým zónovým tavením kremíkových tyčí. Elementárny kremík sa vyrába najmä pre polovodičovú technológiu, v iných prípadoch sa používa ako legujúca prísada pri výrobe ocelí a neželezných zliatin (napríklad na výrobu ferosilicia FeSi, ktoré vzniká kalcináciou zmesi piesku, koksu a oxid železa v elektrickej peci a používa sa ako dezoxidačné a legovacie aditívum pri výrobe ocelí a ako redukčné činidlo pri výrobe ferozliatin).

Aplikácia.

Kremík sa najviac používa pri výrobe zliatin na dodávanie pevnosti hliníku, medi a horčíku a na výrobu ferosilicídov, ktoré sú dôležité pri výrobe ocelí a polovodičovej technológii. Používajú sa kremíkové kryštály solárne poháňané a polovodičové zariadenia - tranzistory a diódy. Kremík slúži aj ako surovina na výrobu organokremičitých zlúčenín, čiže siloxánov, získavaných vo forme olejov, mazív, plastov a syntetických kaučukov. Anorganické zlúčeniny Kremík sa používa v keramickej a sklárskej technológii, ako izolačný materiál a piezokryštály.

VLASTNOSTI KREMÍKU
Atómové číslo	14
Atómová hmotnosť	28,086
Izotopy
stabilný	28, 29, 30
nestabilné	25, 26, 27, 31, 32, 33
Teplota topenia, °C	1410
Teplota varu, °C	2355
Hustota, g/cm3	2,33
Tvrdosť (Mohs)	7,0
Obsah v zemskej kôre, % (hmot.)	27,72
Oxidačné stavy	–4, +2, +4

Vlastnosti.

Kremík je tmavošedá, lesklá kryštalická látka, krehká a veľmi tvrdá, kryštalizujúca v diamantovej mriežke. Ide o typický polovodič (vedie elektrinu lepšie ako izolant, ako je guma, a horšie ako vodič - meď). Pri vysokých teplotách je kremík vysoko reaktívny a reaguje s väčšinou prvkov za vzniku silicídov, ako je silicid horčíka Mg2Si a ďalšie zlúčeniny ako SiO2 (oxid kremičitý), SiF4 (fluorid kremičitý) a SiC (karbid kremíka, karborundum ). Kremík sa rozpúšťa v horúcom alkalickom roztoku za uvoľňovania vodíka: Si + NaOH ® Na 4 SiO 4 + 2H 2. 4 (chlorid kremičitý) sa získa zo Si02 a CCI4 pri vysokej teplote; je to bezfarebná kvapalina s teplotou varu 58 °C, ľahko sa hydrolyzuje, pričom vzniká kyselina chlorovodíková (chlorovodíková) HCl a kyselina ortokremičitá H 4 SiO 4 (táto vlastnosť sa využíva na vytváranie dymových nápisov: uvoľnená HCl v prítomnosti amoniaku tvorí bielu oblak chloridu amónneho NH 4 Cl) . Fluorid kremičitý SiF 4 vzniká pôsobením kyseliny fluorovodíkovej (fluorovodíkovej) na sklo:

Na2Si03 + 6HF ® 2NaF + SiF4 + 3H20

SiF 4 hydrolyzuje za vzniku kyseliny ortokremičitej a hexafluorokremičitej (H 2 SiF 6). H2SiF6 je svojou silou blízka kyseline sírovej. Mnohé fluorokremičitany kovov sú rozpustné vo vode (sodík, báryum, draslík, rubídium a cézium soli sú mierne rozpustné), takže HF sa používa na prenos minerálov do roztoku pri vykonávaní analýz. Samotná kyselina H 2 SiF 6 a jej soli sú jedovaté.

Kyseliny kremičité.

Dve kremíkové oxokyseliny, H 4 SiO 4 (orto-kremík) a H 2 SiO 3 (metasilikón alebo kremík), existujú iba v roztoku a po odparení vody sa nevratne premenia na Si02. Iné kyseliny kremičité sa získavajú v dôsledku rozdielneho množstva vody v ich zložení: H 6 Si 2 O 7 (kyselina pyrokremičitá z dvoch molekúl kyseliny ortokremičitej), H 2 Si 2 O 5 a H 4 Si 3 O 8 (di- a tri -kyselina kremičitá z dvoch a teda troch molekúl kyseliny metakremičitej). Všetky kremíkové kyseliny sú slabé. Po pridaní kremičitanu kyseliny sírovej do roztoku sa vytvorí gél (látka podobná želatíne), po zahriatí a vysušení zostane pevný porézny produkt - silikagél, ktorý má vyvinutý povrch a používa sa ako adsorbent plynov, vysúšadlo, katalyzátor a nosič katalyzátora.

Po kyslíku kremíka je najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre. Má 2 stabilné izotopy: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Kremík sa v prírode nevyskytuje vo voľnej forme.

Najbežnejšie: soli kyseliny kremičitej a oxid kremičitý (oxid kremičitý, piesok, kremeň). Sú súčasťou minerálnych solí, sľudy, mastenca, azbestu.

Alotropia kremíka.

U kremíka Existujú 2 alotropické modifikácie:

Kryštalické (svetlosivé kryštály. Štruktúra je podobná diamantovej kryštálovej mriežke, kde je atóm kremíka kovalentne viazaný na 4 rovnaké atómy, a sám je v sp3 - hybridizácia);

Amorfný (hnedý prášok, viac aktívna forma než kryštalický).

Vlastnosti kremíka.

Pri teplote kremík reaguje s kyslíkom vo vzduchu:

Si + O 2 = SiO 2 .

Ak nie je dostatok kyslíka (nedostatok kyslíka), môže dôjsť k nasledujúcej reakcii:

2 Si + O 2 = 2 SiO,

Kde SiO- oxid monoxid, ktorý môže tiež vznikať počas reakcie:

Si + SiO 2 = 2 SiO.

IN normálnych podmienkach kremíka môže reagovať s F 2 , pri zahrievaní - s Cl 2 . Ak teplotu ešte zvýšiš, tak Si bude môcť komunikovať s N A S:

4Si + S8 = 4SiS2;

Si + 2F2 = SiF4.

Kremík je schopný reagovať s uhlíkom, pričom vzniká karborundum:

Si + C = SiC.

Kremík je rozpustný v zmesi koncentrovanej kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej:

3Si + 4HN03 + 12HF = 3SiF4 + 4NO + 8H20.

Kremík sa rozpúšťa vo vodných roztokoch zásad:

Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + H2.

Pri zahrievaní oxidmi kremík disproporcionálne:

2 MgO + 3 Si = Mg 2 Si + 2 SiO.

Pri interakcii s kovmi pôsobí kremík ako oxidačné činidlo:

2 Mg + Si = Mg 2 Si.

Aplikácia kremíka.

Kremík slúži aj ako surovina na výrobu organokremičitých zlúčenín, čiže siloxánov, získavaných vo forme olejov, mazív, plastov a syntetických kaučukov. Anorganické zlúčeniny kremíka sa používajú v keramickej a sklárskej technike, ako izolačný materiál a piezokryštály.

Kremík (Si) je nekov, ktorý je na 2. mieste po kyslíku z hľadiska zásob a výskytu na Zemi (25,8 % v r. Zemská kôra). Vo svojej čistej forme sa prakticky nikdy nenachádza, na planéte sa vyskytuje hlavne vo forme zlúčenín.

Vlastnosti kremíka

Fyzikálne vlastnosti

Kremík je krehký, svetlosivý materiál s kovovým odtieňom alebo hnedý práškový materiál. Štruktúra kremíkového kryštálu je podobná štruktúre diamantu, ale kvôli rozdielom v dĺžke väzby medzi atómami je tvrdosť diamantu oveľa vyššia.

Kremík je nekov dostupný pre elektromagnetického žiarenia. Vďaka niektorým vlastnostiam je v strede medzi nekovmi a kovmi:

Keď sa teplota zvýši na 800 °C, stáva sa pružným a plastickým;

Pri zahriatí na 1417 °C sa topí;

Začína vrieť pri teplotách nad 2600 °C;

Pri vysokom tlaku mení hustotu;

Má tú vlastnosť, že je magnetizovaný proti vonkajšiemu smeru magnetické pole(diamagnet).

Kremík je polovodič a nečistoty obsiahnuté v jeho zliatinách určujú elektrické charakteristiky budúce spojenia.

Chemické vlastnosti

Pri zahrievaní Si reaguje s kyslíkom, brómom, jódom, dusíkom, chlórom a rôznymi kovmi. V kombinácii s uhlíkom sa získajú tvrdé zliatiny s tepelnou a chemickou odolnosťou.

Kremík nijako nereaguje s vodíkom, preto sa všetky možné zmesi s ním získavajú iným spôsobom.

Za normálnych podmienok slabo reaguje so všetkými látkami okrem plynného fluóru. Spolu s ním vzniká fluorid kremičitý SiF4. Táto nečinnosť sa vysvetľuje skutočnosťou, že v dôsledku reakcie s kyslíkom, vodou, jej parami a vzduchom sa na povrchu nekovu vytvorí film oxidu kremičitého a obalí ho. Preto je chemický účinok pomalý a nevýznamný.

Na odstránenie tejto vrstvy použite zmes fluorovodíka a kyseliny dusičné alebo vodné roztoky alkálie. Niektoré špeciálne kvapaliny na to vyžadujú pridanie anhydridu chrómu a iných látok.

Nájdenie kremíka v prírode

Kremík je pre Zem rovnako dôležitý ako uhlík pre rastliny a živočíchy. Jeho kôra je takmer polovica kyslíka a ak k tomu pridáte kremík, získate 80% hmoty. Toto spojenie je veľmi dôležité pre pohyb chemických prvkov.

75% litosféry obsahuje rôzne soli kyseliny kremičitej a minerály (piesok, kremence, pazúrik, sľudy, živce atď.). Pri tvorbe magmy a rôznych vyvrelín sa Si hromadí v žulach a ultramafických horninách (plutonických a vulkanických).

V ľudskom tele je 1 g kremíka. Väčšina sa nachádza v kostiach, šľachách, koži a vlasoch, lymfatických uzlinách, aorte a priedušnici. Podieľa sa na raste spojivového a kostného tkaniva a tiež udržiava elasticitu ciev.

Denná dávka pre dospelého je 5 - 20 mg. Nadbytok spôsobuje silikózu.