Křemík objevil a získal v roce 1823 švédský chemik Jens Jacob Berzelius.
Druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře po kyslíku (27,6 % hmotnosti). Nachází se ve sloučeninách.
|
Struktura atomu křemíku v základním stavu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
Struktura atomu křemíku v excitovaném stavu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Oxidační stavy: +4, -4. |
Alotropie křemíku
Amorfní a krystalický křemík je známý.
Polykrystalický křemík
Krystal – tmavě šedá hmota s kovovým leskem, vysoká tvrdost, křehká, polovodičová; p = 2,33 g/cm3, t°pl. =1415 °C; t° vařit. = 2680 °C.
Má strukturu podobnou diamantu a tvoří silné kovalentní vazby. Inertní.
Amorfní - hnědý prášek, hygroskopický, struktura podobná diamantu, ρ = 2 g/cm 3, reaktivnější.
Získání křemíku
1) Průmysl - topení uhlí pískem:
2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO
2) Laboratoř – ohřev písku s hořčíkem:
2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Experiment
Chemické vlastnosti
Typický nekov, inertní.
Jako redukční činidlo:
1) S kyslíkem
Si 0 + O 2 t˚ → Si +4 O 2
2) S fluorem (bez zahřívání)
Si0 + 2F2 →SiF4
3) S uhlíkem
Si 0 + C t˚ → Si +4 C
(SiC - karborundum - tvrdé; používá se k ostření a broušení)
4) Neinteraguje s vodíkem.
Silan (SiH 4) se získává rozkladem silicidů kovů kyselinou:
Mg2Si + 2H2S04 → SiH4 + 2MgS04
5) Nereaguje s kyselinami (Tpouze s kyselinou fluorovodíkovou Si+4 HF= SiF 4 +2 H 2 )
Rozpouští se pouze ve směsi kyseliny dusičné a fluorovodíkové:
3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O
6) S alkáliemi (při zahřívání):
Jako oxidační činidlo:
7) S kovy (vznikají silicidy):
Sio + 2Mgt˚→Mg2Si-4
Křemík je široce používán v elektronice jako polovodič. Přídavky křemíku do slitin zvyšují jejich korozní odolnost. Silikáty, hlinitokřemičitany a oxid křemičitý jsou hlavními surovinami pro výrobu skla a keramiky a také pro stavebnictví.Křemík v technologii
Aplikace křemíku a jeho sloučenin
silan - SiH 4
Fyzikální vlastnosti: Bezbarvý plyn, jedovatý, t.t. = -185 °C, t° varu. = -112 °C.
Příprava kyseliny křemičité
Vliv silných kyselin na silikáty - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Chemické vlastnosti:
Při zahřívání se rozkládá: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
Soli kyseliny křemičité - silikáty.
1) s kyselinami
Na 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2 =Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3
2) se solemi
Na2SiO3+CaCl2=2NaCl+CaSiO3 ↓
3) Silikáty, které tvoří minerály, se v přírodních podmínkách vlivem vody a oxidu uhelnatého (IV) ničí - zvětrávání hornin:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (živec) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (kaolinit (jíl)) + 4SiO 2 (oxid křemičitý (písek)) + K2CO3
Aplikace sloučenin křemíku
Přírodní sloučeniny křemíku - písek (SiO 2) a silikáty se používají pro výrobu keramiky, skla a cementu.
|
Keramika |
|
|
Porcelán= kaolin + jíl + křemen + živec. Rodištěm porcelánu je Čína, kde byl porcelán znám již v roce 220. V roce 1746 byla v Rusku založena výroba porcelánu.
|
Fajáns - od názvu italského města Faenza. Kde se ve 14. a 15. století rozvíjelo keramické řemeslo. Kamenina se od porcelánu liší vyšším obsahem jílu (85 %) a nižší teplotou vypalování. |
K TÉMATU: Oxid křemičitý (VI). Kyselina křemičitá.
CÍLOVÁ: Studenti by se měli naučit vlastnosti oxidu křemičitého (VI).
kyselina křemičitá analogicky s uhlíkem a jeho sloučeninami,
ujistěte se, že jejich vlastnosti jsou důsledkem struktury látky;
VYBAVENÍ: Na2SiO3, HCl, kolekce “Minerály a horniny”, PSHE.
BĚHEM lekcí.
já . Ó organizační moment.
II .Kontrola domácích úkolů.
Chlapi! V minulé hodině jsme studovali křemík, dali jsme mu vlastnosti jako chemického prvku a jednoduché látky. Pamatujete si, kde se v přírodě nachází křemík? Křemík je jedním z nejběžnějších prvků v zemské kůře, na druhém místě po kyslíku (26–27 %). Křemík je hlavním prvkem v království hornin. Oxid křemičitý SiO2 – hlavní část písku, Al2O3 2SiO2 2H2O – kaolinit, hlavní část jílu,
K2O Al2O3 6SiO2 – živec (ortoklas). Ve většině organismů je obsah křemíku nízký. Některé mořské řasy však hromadí velké množství křemíku – jedná se o rozsivky, mezi živočichy obsahují hodně křemíku křemíkové houby.
Chlapi! Jaké jsou fyzikální vlastnosti křemíku?
Amorfní a krystalický křemík je známý. Krystalický křemík má kovový lesk, je žáruvzdorný, velmi tvrdý, má atomovou krystalovou mřížku a má zanedbatelnou elektrickou vodivost. (při pokojové teplotě 1000krát< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.
Vyjmenujte oblasti použití křemíku.(Většina Si se používá při výrobě křemíkových ocelí, které mají vysokou tepelnou odolnost a odolnost vůči kyselinám. Krystaly křemíku jsou polovodiče, proto se používají jako usměrňovače a zesilovače proudu, ve fotočláncích.)
Nyní reprodukujte na listech papíru chemické vlastnosti křemíku a jeho výrobu v laboratoři a v průmyslu.
III . Učení nového materiálu.
1.Struktura krystalové mřížky SiO2.
2.Být v přírodě.
3.Fyzikální vlastnosti.
4. Chemické vlastnosti.
5.Aplikace.
6.Kyselina křemičitá.
1).Struktura krystalové mřížkySiO2 .
SiO2 je analog uhlíku. Jejich vyššími oxidy jsou CO2 a SiO2. CO2 je plyn, teplota tání je 56,60C, molekulární krystalová mřížka, skládá se z jednotlivých vzájemně nevázaných molekul a SiO2 je pevná látka, má vysokou teplotu tání = 17280C, atomová krystalová mřížka, ve které je každý atom křemíku je spojen se čtyřmi atomy kyslíku.
Oxid křemičitý má tedy jednu obří molekulu (SiO2)n, ale pro usnadnění zápisu píšeme SiO2.
2) Být v přírodě.
Stabilní sloučeninou křemíku je oxid křemičitý, nazývaný oxid křemičitý. Vyskytuje se v krystalickém, kryptokrystalickém a amorfním stavu. Více SiO2 v krystalickém stavu.
SiO2 – oxid křemičitý
krystalický kryptokrystalický amorfní
(minerál – křemen) (opál, jaspis, achát, pazourek) (tripol)
Krystal - vyskytuje se v přírodě ve formě nerostu křemene. Křemen je také součástí hornin – žuly a ruly. Obyčejný písek se skládá z malých zrnek křemene. Čistý písek je bílý, říká se mu křemenný písek a obyčejný říční písek obsahuje železité nečistoty a je tedy žlutý. Průhledné jednotlivé krystaly křemene jsou horský křišťál. Horský křišťál zbarvený lila nečistotami se nazývá ametyst a nahnědlý - kouřový topaz. Jsou to šperky. Roztavený křemen se po ochlazení mění v čiré sklo. Křemenné sklo nepropouští ultrafialové paprsky.
Kryptokrystalický Mezi sloučeniny oxidu křemičitého patří opál, jaspis, achát a pazourek. Opál a achát mají krásné barvy. Byly použity k výzdobě moskevského metra. Pazourek je tvrdý nerost, který se při úderu láme na kousky s ostrými hranami, a to hrálo velkou roli v historickém vývoji lidské společnosti. Tento minerál se používal k výrobě nástrojů.
Amorfní SiO2 je v přírodě méně rozšířený. Schránky některých rozsivek jsou stavěny z amorfního SiO2 a akumulace těchto schránek tvoří místy velká ložiska, nazývají se infusorová půda nebo tripoli (diatomit).
3) Fyzikální vlastnosti.
Si02 je krystalická pevná látka.
4) Chemické vlastnosti.
Jsou běžné:
a) při teplotě reaguje s alkáliemi.
Si02 + 2NaOH = Na2Si03 + H2O
b) při teplotě reaguje s bazickými oxidy
Si02 + CaO = CaSi03
Charakteristický.
a) neinteraguje s vodou.
b) s rostoucí teplotou vytlačuje ze solí více těkavých oxidů.
CaC03 + Si02 = CaSiO3 + CO2
c) reaguje s kyselinou fluorovodíkovou
Si02 + 4HF = SiF4 + 2H20
tetrafluorid
5) Aplikace.
1.Křemen – výroba skla, chemické sklo.
2.Trepel - ve stavebnictví jako tepelný izolant a zvuk tlumící materiál.
3. Dekorace.
4. Výroba vápenopískových cihel.
5.Keramické výrobky.
6) Kyselina křemičitá.
Podle tabulky rozpustnosti je H2SiO3 jedna nerozpustná kyselina.
Lze jej získat reakcí roztoků jeho solí s kyselinami.
Na2Si03 + 2HCl = 2NaCl + H2Si03↓
student usazenina
2Na++ Si032- + 2H+ 2Cl- = 2Na+ + 2Cl-+ H2SiO3↓
2H+ + Si032- = H2Si03↓
S vodou tvoří kyselina křemičitá koloidní roztoky. Je to slabší kyselina, ještě slabší než kyselina uhličitá, křehká a při zahřívání se postupně rozkládá.
H2Si03 = H2O + Si02
VI. Konsolidace. Sledování části I filmu „Silicon (VI) Oxide“
PROTI. Zadání domácího úkolu– synopse, §35,36.
Problém 1 řádek.
Kolik oxidu uhelnatého (VI) se uvolní (v litrech), když se uhličitan sodný taví s 62 g oxidu křemičitého obsahujícího 3 % nečistot ze sloučenin železa.
Dáno: 1 mol x
m (Si02) = 62 g. Na2C03+ Si02= Na2Si03+ CO2
Ѡ(přibližně) – 3 % 1 mol 2 mol
V(CO2) - ? M (Si02) = 28 + 32 = 60 g/mol
mch. PROTI. = Ѡ mcolor / 100 % = 97 62/100 % = 60,14
υ(Si02) = m/M = 60,14/60 = 1 mol
υ(СО2) = 1 mol
V(CO2) = Vm· υ = 22,4 ·1 = 22,4 l.
Problém II řádek.
Kolik oxidu křemičitého obsahujícího 0,2 hmotnostního podílu nečistot je potřeba k získání 6,1 g křemičitanu sodného?
Dané: x 0,05
m (Na2Si03) = 6,1 g. Si02 + 2NaOH = Na2Si03 + H2O
Ѡ(přibližně) =20 % 1 mol 1 mol
m (SiO2) - ? M (Si02) = 60 g/mol
M (Na2Si03) = 122 g/mol
υ (Na2Si03) = m/M = 6,1/122 = 0,05 mol
υ (Si02) = 0,05 mol
m = M · υ = 60 · 0,05 = 3 g.
100% - 20% = 80%
mts. PROTI. = .mch. PROTI. / x · 100 % = 30/80 · 100 = 3,75 g.
Problém III řádek.
Když 120 g Si02 interagovalo se 106 g Na2C03, uvolnil se CO2. Jaká hmotnost tohoto plynu vznikla?
Dáno: 1mol x
m (SiO2) = 120 g Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
m (Na2CO3) = 106 g 1 mol 1 mol 1 mol
V (CO2) - ? M (Na2C03) = 106 g/mol
M (Si02) = 60 g/mol
M (C02) = 44 g/mol
υ (Na2CO3) = m/M = 106/106 = 1 mol (nedostatečné)
υ (SiO2) = 120 / 60 = 2 mol (g)
V(C02) = 1 mol
m (C02) = M · υ = 44 · 1 = 44 g.
Druhým zástupcem prvků hlavní podskupiny skupiny IV (skupina IVA) Periodické tabulky D. I. Mendělejeva je křemík Si.
V přírodě je křemík po kyslíku druhým nejrozšířenějším chemickým prvkem. Více než čtvrtina zemské kůry se skládá z jejích sloučenin. Nejběžnější sloučeninou křemíku je oxid křemičitý (IV) SiO 2, jeho další název je oxid křemičitý.
V přírodě tvoří minerál křemen (obr. 158), jehož mnoho odrůd - horský křišťál a jeho známá fialová forma - ametyst, dále achát, opál, jaspis, chalcedon, karneol, jsou známé jako okrasné a polodrahokamy kameny. Obyčejný a křemenný písek se také skládá z oxidu křemičitého (IV).
Rýže. 158.
Krystaly křemene vložené do dolomitu
Primitivní lidé vyráběli nástroje z různých minerálů na bázi oxidu křemíku (IV) (pazourek, chalcedon atd.). Právě pazourek, tento nenápadný a nepříliš odolný kámen, stál na počátku doby kamenné – doby pazourkových nástrojů (obr. 159). To má dva důvody: rozšířenost a dostupnost pazourku, stejně jako jeho schopnost vytvářet ostré řezné hrany, když se štípají.
Rýže. 159.
Nástroje z doby kamenné
Druhým typem přírodních sloučenin křemíku jsou silikáty. Mezi nimi jsou nejčastější hlinitokřemičitany (je zřejmé, že tyto silikáty obsahují chemický prvek hliník). Mezi hlinitokřemičitany patří žula, různé druhy jílů a slída. Silikátem, který neobsahuje hliník, je například azbest, ze kterého se vyrábí ohnivzdorné tkaniny.
Oxid křemičitý SiO 2 je nezbytný pro život rostlin a zvířat. Dává sílu rostlinným stonkům a ochranným obalům živočichů (obr. 160). Díky němu stojí rákos, rákos a přesličky pevné jako bodáky, ostré listy ostřice řežou jako nože, strniště na posekaném poli píchá jako jehličí a stonky obilnin jsou tak pevné, že nedovolí polím na polích. lehnout před deštěm a větrem. Rybí šupiny, skořápky hmyzu, motýlí křídla, ptačí peří a zvířecí srst jsou odolné, protože obsahují oxid křemičitý.
Rýže. 160.
Oxid křemičitý (IV) dodává rostlinným stonkům a ochranným obalům zvířat pevnost
Sloučeniny křemíku dodávají lidským vlasům a nehtům hladkost a sílu.
Křemík je také součástí nižších živých organismů – rozsivek a radiolariů, nejchoulostivějších hrudek živé hmoty, které si z oxidu křemičitého vytvářejí své nepřekonatelné krásy kostry (obr. 161).
Rýže. 161.
Kostry rozsivek (a) a radiolariů (b) se skládají z oxidu křemičitého
Vlastnosti křemíku. Používáte mikrokalkulátor se solární baterií, a proto rozumíte krystalickému křemíku. Jedná se o polovodič. Na rozdíl od kovů se jeho elektrická vodivost zvyšuje s rostoucí teplotou. Solární panely jsou instalovány na satelitech, kosmických lodích, stanicích a střechách domů (obr. 162), přeměňující sluneční energii na elektrickou energii. Používají polovodičové krystaly, především křemík. Křemíkové solární články dokážou přeměnit až 10 % absorbované sluneční energie na elektřinu.
Rýže. 162.
Solární baterie na střeše domu
Křemík hoří v kyslíku a vytváří již známý oxid křemíku (IV):
Protože je křemík nekov, při zahřívání se spojuje s kovy za vzniku silicidů, například:
Silicidy se snadno rozkládají vodou nebo kyselinami, přičemž se uvolňuje plynná vodíková sloučenina křemíku - silan:
Na rozdíl od uhlovodíků se silan spontánně vznítí na vzduchu a hoří za vzniku oxidu křemičitého (IV) a vody:
Zvýšená reaktivita silanu ve srovnání s CH4 methanem je vysvětlena skutečností, že velikost atomů křemíku je větší než velikost uhlíku, proto jsou chemické vazby Si-H méně silné než vazby C-H.
Křemík reaguje s koncentrovanými vodnými roztoky alkálií, tvoří silikáty a vodík:
Křemík se získává redukcí z oxidu křemičitého (IV) hořčíkem nebo uhlíkem:
Oxid křemičitý (IV) nebo oxid křemičitý nebo oxid křemičitý Si02, jako CO2, je kyselý oxid. Na rozdíl od CO2 však nemá molekulární, ale atomovou krystalovou mřížku. Proto je Si02 pevná a žáruvzdorná látka. Nerozpouští se ve vodě a kyselinách, kromě, jak víte, kyseliny fluorovodíkové, ale při vysokých teplotách reaguje s alkáliemi za vzniku solí kyseliny křemičité - silikátů:
Silikáty lze také získat tavením oxidu křemičitého (IV) s oxidy kovů nebo uhličitany:
Křemičitany sodné a draselné se nazývají rozpustné sklo. Jejich vodné roztoky jsou dobře známé silikátové lepidlo.
Z roztoků silikátů se působením silnějších kyselin na ně - chlorovodíkové, sírové, octové a dokonce uhličité získává kyselina křemičitá H 2 SiO 3 (obr. 163):
Rýže. 163. Kvalitativní reakce na silikátový iont
Proto je H 2 SiO 3 velmi slabá kyselina. Je nerozpustný ve vodě a vypadává z reakční směsi ve formě želatinové sraženiny, někdy kompaktně vyplní celý objem roztoku a přemění ho na polotuhou hmotu podobnou želé nebo želé. Při vysychání této hmoty vzniká vysoce porézní látka - silikagel, který se hojně používá jako adsorbent - absorbér jiných látek.
Laboratorní pokus č. 40
Příprava kyseliny křemičité a studium jejích vlastností
Silikonové aplikace. Už víte, že křemík se používá k výrobě polovodičových materiálů a také slitin odolných vůči kyselinám. Když se křemenný písek taví s uhlím za vysokých teplot, vzniká karbid křemíku SiC, který je svou tvrdostí na druhém místě za diamantem. Proto se používá k ostření fréz kovoobráběcích strojů a leštění drahých kamenů.
Různé křemenné chemické sklo se vyrábí z roztaveného křemene, který odolává vysokým teplotám a nepraská při náhlém ochlazení.
Sloučeniny křemíku slouží jako základ pro výrobu skla a cementu.
Běžné okenní sklo má složení, které lze vyjádřit vzorcem Na 2 O CaO 6 SiO 2. Vyrábí se ve speciálních sklářských pecích tavením směsi sody, vápence a písku.
Charakteristickým rysem skla je schopnost měknout a v roztaveném stavu nabývat jakéhokoli tvaru, který je zachován při tvrdnutí skla. Na tom je založena výroba nádobí a dalších skleněných výrobků.
Různé přísady dodávají sklu další vlastnosti. Zavedením oxidu olovnatého se tedy získá křišťálové sklo, oxid chromitý barví sklo na zeleno, oxid kobaltnatý na modro atd. (obr. 164).
Rýže. 164.
Výrobky z barevného skla
Sklo je jedním z nejstarších vynálezů lidstva. Již před 3-4 tisíci lety byla výroba skla rozvinuta v Egyptě, Sýrii, Fénicii a oblasti Černého moře.
Sklo je materiál nejen pro řemeslníky, ale i pro umělce. Mistři starověkého Říma dosáhli vysoké dokonalosti, kteří věděli, jak získávat barevné sklo a vyrábět z jejich dílků mozaiky.
Rýže. 165.
Vitráže v katedrále Notre Dame, Chartres
Umělecká díla ze skla jsou povinným atributem každého velkého muzea a barevná vitrážová okna kostelů a mozaikové panely jsou toho názorným příkladem (obr. 165). V jednom z prostor petrohradské pobočky Ruské akademie věd se nachází mozaikový portrét Petra I. od M. V. Lomonosova (obr. 166).
Rýže. 166.
Mozaikový portrét Petra I
Oblasti použití skla jsou velmi rozsáhlé. Toto je okno, láhev, lampa, zrcadlové sklo; optické sklo - od brýlí po brýle; čočky nespočtu optických přístrojů – od mikroskopů po dalekohledy.
Dalším důležitým materiálem získaným ze sloučenin křemíku je cement. Získává se slinováním jílu a vápence ve speciálních rotačních pecích.
Pokud se cementový prášek smíchá s vodou, vytvoří se cementová pasta, nebo, jak tomu stavitelé říkají, „cementová malta“, která postupně tvrdne. Když se do cementu jako plnivo přidá písek nebo drcený kámen, získá se beton. Pevnost betonu se zvyšuje, pokud se do něj zavede železný rám - získá se železobeton, ze kterého se vyrábějí stěnové panely, podlahové bloky, mostní vazníky atd.
Silikátový průmysl vyrábí sklo a cement. Dále vyrábí silikátovou keramiku - cihlovou, porcelán (obr. 167), kameninu a výrobky z nich.
Rýže. 167.
Porcelán
Objev křemíku. Přestože již ve starověku lidé hojně používali sloučeniny křemíku v každodenním životě, samotný křemík byl poprvé získán v roce 1824 švédským chemikem J. Ya. Berzeliusem. Ještě 12 let před ním však získali křemík J. Gay-Lussac a L. Thénard, ale byl velmi znečištěn nečistotami.
Latinský název silicium pochází z latinského slova silex – „pazourek“. Ruský název „křemík“ pochází z řeckého krimnos – „útes, skála“.
Nová slova a koncepty
- Přírodní sloučeniny křemíku: oxid křemičitý, křemen a jeho odrůdy, silikáty, hlinitokřemičitany, azbest.
- Biologický význam křemíku.
- Vlastnosti křemíku: polovodič, interakce s kyslíkem, kovy, alkálie.
- Silan.
- Oxid křemičitý (IV). Jeho struktura a vlastnosti: interakce s alkáliemi, zásaditými oxidy, uhličitany a hořčíkem.
- Kyselina křemičitá a její soli. Rozpustné sklo.
- Aplikace křemíku a jeho sloučenin.
- Sklenka.
- Cement.
Úkoly pro samostatnou práci
Oxid křemíku IV TU 6-09-3379-79
Si02
Silica (oxid křemičitý, Si02; lat. oxid křemičitý) - oxid křemičitý (IV). Bezbarvé krystaly s bodem tání +1713…+1728 °C, s vysokou tvrdostí a pevností.
Oxid křemičitý je hlavní složkou téměř všech suchozemských hornin, zejména křemeliny. 87 % hmoty litosféry tvoří oxid křemičitý a silikáty. V lidské krvi a plazmě je koncentrace oxidu křemičitého 0,001 % hmotnosti.
Vlastnosti
- Patří do skupiny oxidů kyselin.
- Při zahřívání reaguje se zásaditými oxidy a alkáliemi.
- Reaguje s kyselinou fluorovodíkovou.
- SiO 2 patří do skupiny sklotvorných oxidů, to znamená, že je náchylný ke vzniku přechlazené taveniny - skla.
- Jedno z nejlepších dielektrik (nevede elektrický proud, pokud nemá nečistoty a nezahřívá se).
Polymorfismus
Oxid křemičitý má několik polymorfních modifikací.
Nejběžnější z nich na povrchu země - α-křemen - krystalizuje v trigonální soustavě. Oxid křemičitý se za normálních podmínek nachází nejčastěji v polymorfu α-křemene, který se při teplotách nad +573 °C reverzibilně přeměňuje na β-křemen. S dalším zvýšením teploty se křemen přeměňuje na tridymit a cristobalit. Tyto polymorfy jsou stabilní při vysokých teplotách a nízkých tlacích.
V přírodě existují také formy - opál, chalcedon, křemen, lutecit, autigenní křemen, které patří do skupiny oxidu křemičitého. Opál (SiO 2 *nH 2 O) v tenkém řezu je bezbarvý, izotropní, má negativní reliéf, je uložen v mořských nádržích a je součástí mnoha křemičitých hornin. Chalcedon, křemen, lutecit - SiO 2 - jsou kryptokrystalické odrůdy křemene. Tvoří vláknité agregáty, růžice, sférolity, bezbarvé, namodralé, nažloutlé. Liší se od sebe některými vlastnostmi – chalcedon a křemenec mají přímou zánik, lutecit má zánik šikmý a chalcedon má negativní elongaci.
Při vysokých teplotách a tlacích se oxid křemičitý nejprve přeměňuje na coezit (který syntetizoval americký chemik Loring Coes v roce 1953) a poté na stishovit (který v roce 1961 syntetizoval S. M. Stishov a v roce 1962 byl objeven v kráteru po meteoritu) [ zdroj neuveden 2294 dní ]. Podle některých studií tvoří stišovit významnou část pláště, takže otázka, jaký typ SiO 2 je na Zemi nejčastější, zatím nemá jednoznačnou odpověď.
Má také amorfní úpravu - křemenné sklo.
Chemické vlastnosti
Oxid křemičitý SiO 2 je kyselý oxid, který nereaguje s vodou.
Chemicky odolný vůči kyselinám, ale reaguje s plynným fluorovodíkem:
a kyselina fluorovodíková:
Tyto dvě reakce jsou široce používány pro leptání skla.
Při tavení SiO 2 s alkáliemi a zásaditými oxidy a také s uhličitany aktivních kovů vznikají silikáty - soli velmi slabých, ve vodě nerozpustných kyselin křemičitých bez konstantního složení obecného vzorce xH 2 O ySiO 2 (dost často v literatuře jsou uváděny nekřemičité kyseliny a kyselina křemičitá, i když ve skutečnosti mluvíme o stejné látce).
Například ortokřemičitan sodný lze získat:
metakřemičitan vápenatý:
nebo směsný křemičitan vápenatý a sodný:
Okenní sklo je vyrobeno ze silikátu Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2).
Většina silikátů nemá stálé složení. Ze všech křemičitanů jsou ve vodě rozpustné pouze křemičitany sodné a draselné. Roztoky těchto silikátů ve vodě se nazývají kapalné sklo. Díky hydrolýze se tyto roztoky vyznačují vysoce alkalickým prostředím. Hydrolyzované silikáty se vyznačují tvorbou nikoli pravých, ale koloidních roztoků. Při okyselení roztoků křemičitanů sodných nebo draselných se vysráží želatinová bílá sraženina hydratovaných kyselin křemičitých.
Hlavním konstrukčním prvkem pevného oxidu křemičitého i všech silikátů je skupina, ve které je atom křemíku Si obklopen čtyřstěnem o čtyřech atomech kyslíku O. V tomto případě je každý atom kyslíku spojen se dvěma atomy křemíku. Fragmenty mohou být navzájem spojeny různými způsoby. Mezi silikáty se podle charakteru spojení v jejich fragmentech dělí na ostrovní, řetízkové, stuhové, vrstvené, rámové a další.
Účtenka
Syntetický oxid křemičitý se vyrábí zahřátím křemíku na teplotu +400...+500 °C v kyslíkové atmosféře, zatímco křemík se oxiduje na oxid SiO 2 . Stejně jako tepelná oxidace při vysokých teplotách.
V laboratorních podmínkách lze syntetický oxid křemičitý získat působením kyselin, i slabé kyseliny octové, na rozpustné silikáty. Například:
kyselina křemičitá se okamžitě rozkládá na vodu a SiO 2, který se vysráží.
Přírodní oxid křemičitý ve formě písku se používá tam, kde není vyžadována vysoká čistota materiálu.
aplikace
Oxid křemičitý se používá při výrobě skla, keramiky, brusiv, betonových výrobků, k výrobě křemíku, jako plnivo při výrobě kaučuku, při výrobě žáruvzdorných materiálů oxidu křemičitého, v chromatografii atd. Krystaly křemene mají piezoelektrické vlastnosti a proto se používají v radiotechnice, ultrazvukových zařízeních a zapalovačích. Amorfní neporézní oxid křemičitý se používá v potravinářském průmyslu jako pomocná látka E551, která zabraňuje spékání a spékání, parafarmaceutika (zubní pasty), ve farmaceutickém průmyslu jako pomocná látka (uvedena ve většině lékopisů), stejně jako potravinářská přísada nebo léčivo jako enterosorbent.
Uměle vyrobené filmy oxidu křemičitého se používají jako izolant při výrobě mikroobvodů a dalších elektronických součástek.
Používá se také pro výrobu optických kabelů. Používá se čistý tavený oxid křemičitý s některými speciálními přísadami.
Křemičité vlákno se také používá v topných prvcích elektronických cigaret, protože dobře absorbuje kapalinu a nehroutí se při zahřívání spirálky.
Velké čiré krystaly křemene se používají jako polodrahokamy; bezbarvé krystaly se nazývají horský křišťál, fialové krystaly se nazývají ametysty a žluté krystaly se nazývají citrín.
V mikroelektronice je oxid křemičitý jedním z hlavních materiálů. Používá se jako izolační vrstva a také jako ochranný nátěr. Získává se ve formě tenkých vrstev tepelnou oxidací křemíku, chemickým napařováním a magnetronovým naprašováním.
Porézní oxid křemičitý
Porézní oxid křemičitý se získávají různými způsoby.
Silochrom se získává agregací aerosilu, který se zase získává spalováním silanu (SiH 4). Silochrom se vyznačuje vysokou čistotou a nízkou mechanickou pevností. Charakteristická velikost specifického povrchu je 60-120 m²/g. Používá se jako sorbent v chromatografii, pryžové plnivo a katalýza.
Silikagel se získává sušením gelu kyseliny křemičité. Ve srovnání se silochromem má nižší čistotu, ale může mít extrémně vyvinutý povrch: obvykle od 300 m²/g do 700 m²/g.
Silikonový aerogel obsahuje přibližně 99,8 % vzduchu a může mít hustotu až 1,9 kg/m³ (pouze 1,5násobek hustoty vzduchu).
