Кремний

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.

Расположение электронов на энергетических уровнях атома кремния

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.

Аметист

Рис. 2. Аметист.

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.

Применение кремния

Рис. 3. Применение кремния.

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.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 97.

Предметы