Химические свойства кремния

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 293.

Кремний – твёрдый неметалл, входящий в состав горных пород. При обычных условиях инертен, но при нагревании проявляет окислительные и восстановительные свойства. Химические свойства кремния использует силикатная промышленность для изготовления стекла, зеркал, электроники, строительного материала.

Общее описание элемента

Кремний расположен в четвёртой группе и третьем периоде таблицы Менделеева. Ядро атома кремния имеет положительный заряд +14. Вокруг ядра движется 14 отрицательно заряженных электронов.

Атом может переходить в возбуждённое состояние за счёт свободного d-подуровня. Поэтому элемент проявляет две положительные степени окисления (+2 и +4) и одну отрицательную (-4). Электронная конфигурация – 1s²2s²2p⁶3s²3p².

Кремний – хрупкий полупроводник с высокими температурами правления и кипения. Относительно лёгкий неметалл: плотность составляет 2,33 г/см³.

В чистом виде кремний не встречается. Входит в состав песка, кварца, агата, аметиста и других пород.

Реакции с неметаллами

При взаимодействии с неметаллами кремний проявляет восстановительные свойства – отдаёт электроны. Реакции возможны только при сильном нагревании. При нормальных условиях кремний реагирует только с фтором. Реакции с основными неметаллами приведены в таблице.

*Элемент*	*Описание*	*Реакция*
Фтор	При обычных условиях	Si + 2F₂ → SiF₄
Кислород	Взаимодействует при 600°C с образованием диоксида (песка)	Si + O₂ → SiO₂
Хлор	Реагирует при 400°C	Si + 2Cl₂ → SiCl₄
Углерод	Реагирует при 2000°C с образованием карборунда	Si + C → SiC
Азот	Протекает при 1000°C	3Si + 2N₂ → Si₃N₄
Сера	Реагирует при 1000°C	Si + 2S → SiS₂
Бор	Взаимодействует при 2000°C	Si + 3B → B₃Si

Гидрид кремния – силан (SiH₄) – можно получить путём разложения силицидов кислотой. Например, Mg₂Si + 2H₂SO₄ → SiH₄ + 2MgSO₄.

Взаимодействие с металлами

Окислительные свойства кремний проявляет только в реакциях с металлами. При сплавлении образуются соли – силициды:

Si + 2Mg → Mg₂Si;

Si + 2Ca → Ca₂Si;

Si + Na → NaSi;

2Si + Fe → FeSi₂.

Силициды используются в промышленности для производства сплавов и материалов. В качестве сверхпроводника используется силицид ванадия (V₃Si), полупроводника – силицид рения (ReSi).

Реакции со сложными веществами

Помимо простых веществ кремний реагирует со сложными соединениями – кислотами и щелочами. Основные реакции описаны в таблице.

*Реакция*	*Описание*	*Уравнение*
С галогеноводородами	Реагирует с плавиковой кислотой при обычных условиях, с соляной кислотой – при 300°С, с бромоводородом – при 500°С	– Si + 4HF → SiF₄ + 2H₂; – Si + 4HCl → SiCl₄ + 2H₂; – Si + 4HBr → SiBr₄ + 2H₂
С кислотами	Является устойчивым по отношению к кислотам, покрываясь оксидной плёнкой. Реакция идёт только со смесью азотной и плавиковой кислот	3Si + 4HNO₃ + 18HF → 3H₂[SiF₆] + 4NO + 8H₂O
Со щелочами	В водных растворах растворяется, образуя силикаты и водород	Si + 2KOH + H₂O → K₂SiO₃ + H₂

При 1200°C кремний реагирует с диоксидом, образуя монооксид: Si + SiO₂ → SiO.

Что мы узнали?

Кремний – хрупкий неметалл, взаимодействующий с металлами, неметаллами и сложными веществами. В реакциях с металлами проявляет свойства окислителя, с неметаллами – восстановителя. Реагирует при нормальных условиях только с фтором, плавиковой кислотой (в том числе вместе с азотной кислотой), со щелочами. Остальные реакции протекают при повышенных температурах.