Кремний

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 540.

В состав песка, глины, горных пород входит простой неметалл – кремний. Это хрупкое кристаллическое вещество, вступающее в реакции с металлами и неметаллами и использующееся для изготовления стекла.

Электронное строение

Кремний (Si) – занимает 14 клетку в таблице Менделеева. Элемент располагается в IV группе, третьем периоде. Следовательно, вокруг положительно ядра с 14 протонами движется 14 отрицательно заряженных электронов на трёх энергетических уровнях.

Кремний относится к элементам p-семейства. Электронная формула кремния – 1s²2s²2p⁶3s²3p². На внешнем энергетическом уровне располагается четыре электрона – пара электронов на 3s-уровне и два неспаренных электрона на 3p-уровне.

Благодаря распределению электронов атом проявляет степень окисления +2. За счёт свободной 3d-орбитали атом может переходить в возбуждённое состояние. Один электрон с s-уровня переходит на d-орбиталь. В этом случае атом проявляет степень +4. Однако в реакциях с металлами кремний является окислителем и проявляет степень окисления -4.

Рис. 1. Расположение электронов на энергетических уровнях атома кремния.

Простое вещество в чистом виде встречается редко за счёт активности элемента. Распространён в составе песка – диоксида кремния (SiO₂). В зависимости от примесей (железо, марганец, медь) образует кварц, агат, аметист, кремень и другие горные породы.

Физическое описание

Кремний – хрупкий химический элемент тёмного серого цвета. Обладает металлическим блеском за счёт кубической гранецентрированной кристаллической решётки, напоминающей строением алмаз. Однако кремний в отличие от алмаза – менее прочное вещество из-за большей длины связи между атомами.

Основные физические свойства кремния:

полупроводник;
температура плавления – 1414°C;
температура кипения – 3265°C;
плотность при нормальных условиях – 2,33 г/см³;
твёрдость по шкале Мооса – 7.

Кремний выделяют из песка путём прокаливания с углём или металлами. Например, с алюминием: 3SiO₂ + 4Al → 3Si + 2Al₂O₃.

Химические свойства

Благодаря схеме строения атома кремний обладает свойствами окислителя и восстановителя. Взаимодействуя с металлами, кремний принимает электроны, т.е. является окислителем. В реакциях с неметаллами кремний отдаёт электроны и является восстановителем.

Основные химические свойства описаны в таблице.

*Реакция*	*Описание*	*Уравнение*
С неметаллами	Реагирует при нагревании	– Si + O₂ → SiO₂; – Si + C → SiC; – 3Si + 2N₂ → Si₃N₄
С галогенами	Только с фтором реагирует без нагревания. Остальные реакции протекают при повышенных температурах	– Si + 2F₂ → SiF₄; – Si + 2Cl₂ → SiCl₄
С галогеноводородами	При обычных условиях реагирует только с плавиковой кислотой. С остальными веществами – при нагревании	Si + 4HF → SiF₄ + 2H₂
С металлами	Образуется силициды	2Ca + Si → Ca₂Si
С кислотами	Реагирует только со смесью азотной и плавиковой кислот	3Si + 4HNO₃ + 18HF → 3H₂[SiF₆] + 4NO + 8H₂O
Со щелочами	Образуются силикат и водород	Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂

Применение

Кремний в составе песка используется для изготовления стекла и цемента. Изготовлением материалов из кремния занимается силикатная промышленность, выпускающая:

кирпич;
кафельную плитку;
фаянс;
фарфор;
силикатный клей.

В чистом виде кремний используется для производства:

электронных приборов;
микросхем;
солнечных батарей;
зеркал.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса узнали, что кремний – неметалл, проявляющий в реакции свойства окислителя или восстановителя. Это твёрдый хрупкий неметалл, сходный по кристаллическому строению с алмазом. В чистом виде практически не встречается в природе. Взаимодействуя с кислородом, образует песок, являющийся основой всех горных пород. При нормальных условиях реагирует только с фтором, остальные реакции требуют нагревания. Кремний реагирует с металлами, неметаллами, щелочами. Из элемента изготавливают строительные материалы, микросхемы, стекло.