Кремний и его соединения

Общие сведения о кремнии

• Химический символ: Si
• Порядковый номер: 14
• Атомная масса: 28
• Положение в ПСХЭ: IV группа (14 группа), главная подгруппа.
• Электронная конфигурация: $1s^2$ $2s^2$ $2p^6$ $3s^2$ $3p^2$
• Степени окисления: +4, +2, 0, –4 (редко).

Физические свойства

• Твёрдое вещество серо-чёрного цвета.
• Кристаллическая решётка атомная (как у алмаза).
• Полупроводник.
• Химически малоактивен при н.у.

Химические свойства кремния

1. С кислородом (при нагревании):

$Si + O_2 \to SiO_2$

2. С галогенами:

$Si + 2Cl_2 \to SiCl_4$

3. С водородом (при t):

$Si + 2H_2 \to SiH_4 \quad (\text{силан})$

4. С щелочами:

$Si + 2NaOH + H_2O \to Na_2SiO_3 + 2H_2↑$

5. С HF:

$Si + 6HF \to H_2SiF_6 + 2H_2↑$

Соединения кремния

Оксид кремния (IV) ($SiO_2$)

• Существует в виде кварца, песка.
• Очень твёрдое вещество.

Реакции:

• С основными оксидами:

$SiO_2 + CaO \to CaSiO_3$

• С щелочами (при плавлении):

$SiO_2 + 2NaOH \to Na_2SiO_3 + H_2O$

Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$)

• Слабая, неустойчивая кислота.

Получение:

$Na_2SiO_3 + 2HCl \to H_2SiO_3↓ + 2NaCl$

Разложение при нагревании:

$H_2SiO_3 \xrightarrow{t} SiO_2 + H_2O$

Соли кремниевых кислот (силикаты)

• $Na_2SiO_3$, $K_2SiO_3$ — растворимое стекло.
• $CaSiO_3$ — силикат кальция.

Галогениды кремния

• $SiCl_4$ — жидкость, гидролизуется водой:

$SiCl_4 + 4H_2O \to H_4SiO_4 + 4HCl$

Получение кремния и соединений

• Восстановление:

$SiO_2 + 2C \xrightarrow{t} Si + 2CO$

• Кремниевая кислота:

$Na_2SiO_3 + 2HCl \to H_2SiO_3↓ + 2NaCl$

Применение

• Кремний — полупроводники (микросхемы).
• $SiO_2$ — стекло, керамика, строительные материалы.
• $Na_2SiO_3$ — жидкое стекло (клей, огнеупоры).
• SiC (карборунд) — абразивный материал.

Важные реакции для ОРТ

1. $Si + O_2 \to SiO_2$
2. $Si + 2NaOH + H_2O \to Na_2SiO_3 + 2H_2↑$
3. $SiO_2 + 2NaOH \to Na_2SiO_3 + H_2O$
4. $Na_2SiO_3 + 2HCl \to H_2SiO_3↓ + 2NaCl$
5. $H_2SiO_3 \xrightarrow{t} SiO_2 + H_2O$

Генетическая связь соединений кремния

Кремний (Si) ↓ (на воздухе, при нагревании) Оксид кремния (IV) ($SiO_2$) ↓ (реакция с щелочами) Силикат натрия ($Na_2SiO_3$) ↓ (обменная реакция с кислотами) Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) ↓ (нагревание, разложение) Оксид кремния (IV) ($SiO_2$)