Оксид кремния

Кремний проявляет переменную валентность (II, IV), поэтому может образовывать два оксида кремния – монооксид и диоксид. Они отличаются физическими и химическими свойствами. Подробнее об оксидах кремния говорим в этой статье.

Монооксид

Формула оксид кремния (II) – SiO. Это вязкое, похожее на смолу вещество. Сохраняет аморфное состояние и не окисляется при обычных условиях. Не образует соли, не проводит электричество.

Монооксид кремния

Рис. 1. Монооксид кремния.

Монооксид получают двумя способами:

  • нагреванием (температура выше 400°C) кремния при недостатке кислорода:
    2Si + O2 → 2SiO;
  • методом Чохральского при восстановлении диоксида при высоких температурах:
    SiO2 + Si → 2SiO.

В твёрдом состоянии монооксид представляет собой тёмно-коричневый порошок. Проявляет прочность и инертность в реакциях с кислотами. Растворим в плавиковой кислоте.

Химические свойства монооксида кремния:

  • разлагается при нагревании:
    2SiO → 2Si + O2;
  • реагирует с парами воды при нагревании до 500°C:
    SiO + H2O → SiO2 + H2;
  • взаимодействует с углекислым газом при нагревании:
    SiO + СО2 → SiO2 + CO;
  • реагирует с хлором при температуре 800°C, образуя жидкий хлорид кремния:
    2SiO + 4Cl2 → 2SiCl4 + O2.

Монооксид не встречается на Земле в естественной среде. Однако газообразный монооксид входит в состав межзвёздных пылевых облаков.

Диоксид

Оксид кремния (IV) – SiO2. Это твёрдое кристаллическое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. Не проводит электрический ток.

Формулу диоксида имеют песок, кварц, горный хрусталь, яшма, агат, аметист и другие горные породы. Диоксид входит в состав 87 % литосферы.

Яшма

Рис. 2. Яшма.

Диоксид кремния имеет немолекулярное строение. Кристаллическая решётка состоит из атомов кремния и кислорода, связанных ковалентными связями. К каждому атому кремния присоединено четыре атома кислорода, а каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния.

Схема строения кристаллической решётки диоксида кремния

Рис. 3. Схема строения кристаллической решётки диоксида кремния.

Диоксид можно получить в лаборатории, нагрев кремний до 400-500°C в присутствии кислорода:

Si + O2 → SiO2.

Диоксид образуется при действии кислот на растворимые силикаты. В результате образующаяся кремниевая кислота распадается на воду и диоксид:

  • Na2SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2SiO3↓;
  • H2SiO3 → H2O + SiO2.

При нормальных условиях реагирует только с плавиковой кислотой. Со щелочами и основными оксидами реагирует при нагревании. Не реагирует с водой. Основные свойства с химическими уравнениями представлены в таблице.

Взаимодействие

Описание

Уравнение

С неметаллами

Реагирует с водородом и углеродом с образованием кремния и карборунда соответственно

– SiO2 + 2Н2 → Si + 2H2O;

– SiO2 + 3С → SiC + 2CO

С активными металлами

Реагирует при температуре выше 1000°С с образованием кремния. При избытке металла образуются силициды

– SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO;

– SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

С фтороводородом

Реагирует с газом и плавиковой кислотой при нормальных условиях

– SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O;

– SiO2 + 6HF → H2[SiF6] + 2H2O

Со щелочами

Сплавляется с образованием силикатов

SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + 2H2O

С оксидами

Реагирует при высоких температурах

SiO2 + MgO → MgSiO3

С карбонатами щелочных металлов

Взаимодействует при нагревании

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2

Диоксид кремния используется для производства стекла, силикагеля, бетона.

Что мы узнали?

Кремний образует два оксида – монооксид и диоксид. Монооксид – аморфное вещество, не образующее соли. Взаимодействует при нагревании с водяным паром, углекислым газом, хлором. Разлагается на простые вещества при нагревании. Диоксид – песок и его производные. Это кристаллическое вещество с немолекулярным строением. Не реагирует с водой, кислотами (исключение – плавиковая кислота). Взаимодействует с неметаллами, металлами, фтороводородом, щелочами, оксидами, карбонатами. Оксиды кремния – диэлектрики.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 101.

Предметы