Химические свойства кремния

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.

Строение атома кремния

Рис. 1. Строение атома кремния.

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.

Агат

Рис. 2. Агат.

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.

Применение кремния

Рис. 3. Применение кремния.

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.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 125.

Предметы