Кремній відкрив та отримав у 1823 році шведський хімік Йєнс Якоб Берцеліус.
Другий за поширеністю елемент у земній корі після кисню (27,6% за масою). Зустрічається у з'єднаннях.
|
Будова атома кремнію в основному стані 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
Будова атома кремнію у збудженому стані 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Ступені окиснення: +4, -4. |
Алотропія кремнію
Відомий аморфний та кристалічний кремній.
Полікристалічний кремній
Кристалічний - Темно-сіра речовина з металевим блиском, велика твердість, тендітний, напівпровідник; ρ = 2,33 г/см 3 t°пл. =1415°C; t ° кип. = 2680°C.
Має алмазоподібну структуру та утворює міцні ковалентні зв'язки. Інертен.
Аморфний - бурий порошок, гігроскопічний, алмазоподібна структура, ρ = 2 г/см 3 більш реакційноздатний.
Одержання кремнію
1) Промисловість - Нагрівання вугілля з піском:
2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO
2) Лабораторія - Нагрівання піску з магнієм :
2Mg + SiO 2t → Si + 2MgO Досвід
Хімічні властивості
Типовий неметал, інертний.
Як відновник:
1) З киснем
Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2
2) З фтором (без нагрівання)
Si 0 + 2F 2 →SiF 4
3) З вуглецем
Si 0 + Ct → Si +4 C
(SiC - карборунд - твердий; використовується для точки та шліфування)
4) З воднем не взаємодіє.
Силан (SiH 4) отримують розкладанням силіцидів металів кислотою:
Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4
5) З кислотами не реагує (Только з плавиковою кислотою Si+4 HF= SiF 4 +2 H 2 )
Розчиняється тільки в суміші азотної та плавикової кислот:
3Si + 4HNO 3 + 18HF →3H 2 + 4NO + 8H 2 O
6) З лугами (при нагріванні):
Як окислювач:
7) З металами (утворюються силіциди):
Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4
Кремній широко використовується в електроніці як напівпровідник. Добавки кремнію до сплавів підвищують їхню корозійну стійкість. Силікати, алюмосилікати та кремнезем – основна сировина для виробництва скла та кераміки, а також для будівельної промисловості.Кремній у техніці
Застосування кремнію та його сполук
Силан - SiH 4
Фізичні властивості: Безбарвний газ, отруйний, t°пл. = -185 ° C, t ° кип. = -112°C.
Одержання кремнієвої кислоти
Дія сильних кислот на силікати - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Хімічні властивості:
При нагріванні розкладається: H 2 SiO 3 t → H 2 O + SiO 2
Солі кремнієвої кислоти - силікати.
1) із кислотами
Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3
2) із солями
Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓
3) Силікати, що входять до складу мінералів, у природних умовах руйнуються під дією води та оксиду вуглецю (IV) – вивітрювання гірських порід:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2)(польовий шпат) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(каолініт (глина)) + 4SiO 2 (кремнезем (пісок)) + K 2 CO 3
Застосування сполук кремнію
Природні сполуки кремнію - пісок (SiO 2) та силікати використовуються для виробництва кераміки, скла та цементу.
|
Кераміка |
|
|
Порцеляна= Каолін + глина + кварц + польовий шпат. Батьківщина порцеляни - Китай, де фарфор відомий вже в 220г. У 1746 р - налагоджено виробництво порцеляни в Росії
|
Фаянс -від назви італійського міста Фаенца. Де в 14-15століттях було розвинене керамічне ремісництво. Фаянс – відрізняється від порцеляни великим вмістом глини (85%), нижчою температурою випалу. |
ТЕМА: Оксид кремнію (VI). Кремнієва кислота.
МЕТА: учні повинні вивчити властивості оксиду кремнію (VI) та
кремнієвої кислоти за аналогією з вуглецем та його сполуками,
переконатися у тому, що й властивості – це наслідок будови речовини;
ОБОР-ІЕ: Na2SiO3, HCl, колекція «Мінерали та гірські породи», ПСХЕ.
ХІД УРОКУ.
I . O Організаційний момент.
II .Перевірка домашнього завдання.
Хлопці! На минулому уроці ми вивчили кремній, дали йому характеристику як хімічного елемента та простої речовини. Згадайте, де кремній поширений у природі? Кремній – один із найпоширеніших у земній корі елементів, що посідає друге місце після кисню (26-27%). Кремній є головним елементом у царстві гірських порід. Кремнезем SiO2 – основна частина піску, Al2O3·2SiO2·2H2O – каолініт, основна частина глини,
K2O · Al2O3 · 6SiO2 - польовий шпат (ортоклаз). У більшості організмів вміст кремнію невеликий. Однак деякі морські водорості накопичують велику кількість кремнію – це діатомові водорості, з тварин, багато кремнію містять кремнієві губки.
Хлопці! Які фізичні властивості кремнію?
Відомий аморфний та кристалічний кремній. Кристалічний кремній має металевий блиск, тугоплавкий, дуже твердий, атомні кристалічні грати, має незначну електропровідність. (при кімнатній температурі у 1000 разів< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.
Назвіть області застосування кремнію. (Більшість Si йде на виробництво крем'янистих сталей, що мають високу жароміцність і кислотостійкість. Кристали кремнію є напівпровідниками, тому застосовуються як випрямлячі та підсилювачі струму, у фотоелементах.)
А тепер відтворіть на листках хімічні властивості кремнію та одержання його в лабораторії та в промисловості.
III . Вивчення нового матеріалу.
1. Будова кристалічної решітки SiO2.
2.Знаходження у природі.
3.Фізичні властивості.
4.Хімічні характеристики.
5. Застосування.
6.Кремнієва кислота.
1). Будова кристалічної решіткиSiO2 .
SiO2 є аналогом вуглецю. Вищі оксиди їх СО2 та SiO2. СО2 – газ, tпл – 56,60С, молекулярні кристалічні грати, вони складаються з окремих молекул, незв'язаних між собою, а SiO2 – тверда речовина, має високу температуру плавлення = 17280С, атомні кристалічні грати, в яких кожен атом кремнію пов'язаний з чотирма атомами. кисню.
Отже, оксид кремнію має одну гігантську молекулу (SiO2)n, але для простоти запису пишуть SiO2.
2)Знаходження у природі.
Стійким з'єднанням кремнію є оксид кремнію (VI), званий кремнеземом. Він зустрічається в кристалічному, скритокристалічному та аморфному стані. Більше SiO2 у кристалічному стані.
SiO2 – кремнезем
кристалічний скритокристалічний аморфний
(Мінерал - кварц) (опал, яшма, агат, кремінь) (трепел)
Кристалічний - знаходиться у природі у вигляді мінералу кварцу. Кварц входить також до складу гірських порід – граніту та гнейсу. З дрібних зерен кварцу складається звичайний пісок. Чистий пісок – білого кольору, він називається кварцовий пісок, а звичайний річковий пісок містить домішки заліза і тому забарвлений жовтим кольором. Прозорі окремі кристали кварцу це гірський кришталь. Пофарбований у ліловий колір домішками, гірський кришталь називається аметистом, а буруватий – димчастим топазом. Вони є ювелірними прикрасами. Розплавлений кварц при охолодженні перетворюється на прозоре скло. Кварцове скло не пропускає ультрафіолетового проміння.
Скритокристалічними сполуками кремнезему є опал, яшма, агат та кремінь. Опал та агат мають гарне забарвлення. Їх використовували для оздоблення Московського метрополітену. Кремінь – твердий мінерал, він розбивається під час удару шматки з гострими краями, і це відіграло велику роль історичному розвитку людського суспільства. Цей мінерал використовувався виготовлення знарядь праці.
Аморфний SiO2 поширений у природі менше. Панцирі деяких діатомових водоростей збудовані з аморфного SiO2 і скупчення цих панцирів утворюють місцями великі поклади, їх називають інфузорною землею або трепелом (діатоміт).
3) Фізичні характеристики.
SiO2 – тверда кристалічна речовина.
4) Хімічні характеристики.
Загальні:
а) при температурі реагує із лугами.
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
б) при температурі реагує з основними оксидами
SiO2 + CaO = CaSiO3
Специфічні.
а) із водою не взаємодіє.
б) у разі підвищення температури витісняє більш леткі оксиди із солей.
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
в) вступає в реакцію з плавиковою кислотою
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
тетрафторид
5) Застосування.
1.Кварц – одержання скла, хімічного посуду.
2.Трепел - у будівництві, як утеплювач і звукозаглушуючий матеріал.
3.Прикраси.
4.Виробництво силікатної цегли.
5.Керамічні вироби.
6) Кремнієва кислота.
H2SiO3 за таблицею розчинності – одна нерозчинна кислота.
Отримати її можна при взаємодії розчинів її солей із кислотами.
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
студент. осад
2Na++ SiO32- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl-+ H2SiO3↓
2H+ + SiO32- = H2SiO3↓
З водою кремнієва кислота утворює колоїдні розчини. Є слабшою кислотою, ще слабшою за вугільну, неміцна, і при нагріванні поступово розкладається.
H2SiO3 = H2O + SiO2
VI. Закріплення.Перегляд I частини фільму « Оксид кремнію (VI)
V. Завдання додому- Конспект, § 35,36.
Завдання 1 ряду.
Скільки оксиду вуглецю (VI) виділиться (у л.) при сплавленні карбонату натрію з 62 г кремнезему, що містить 3% домішок сполук заліза.
Дано: 1 моль х
m (SiO2) = 62г. Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2
Ѡ(прим) – 3% 1 моль 2 моль
V(CO2) -? M (SiO2) = 28 + 32 = 60 г/моль
мч. в. = Ѡ·mцв / 100% = 97·62/100% = 60,14
υ(SiO2) = m/M = 60,14/60 = 1моль
υ(СО2) = 1 моль
V(CO2) = Vm · υ = 22,4 · 1 = 22,4л.
Завдання II ряду.
Скільки потрібно оксиду Si (IV), що містить 0,2 масових часток домішок, щоб отримати 6,1 г силікату натрію?
Дано: х 0,05
m (Na2SiO3) = 6,1г. SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Ѡ(прим) =20% 1 моль 1 моль
m (SiO2) -? M (SiO2) = 60 г/моль
М (Na2SiO3) = 122 г/моль
υ (Na2SiO3) = m / M = 6,1 / 122 = 0,05 моль
υ (SiO2) = 0,05 моль
m = M · υ = 60 · 0,05 = 3 р.
100% - 20% = 80%
mц. в. = .mч. в. / Ѡ · 100% = 30 / 80 · 100 = 3,75 р.
Завдання III ряду.
При взаємодії 120 г SiO2 з 106 г Na2CO3 виділився СО2. Яка маса цього газу утворилася?
Дано: 1моль х
m (SiO2) = 120г Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
m (Na2CO3) = 106 г 1 моль 1моль 1моль
V (CO2) -? M (Na2CO3) = 106г/моль
M (SiO2) = 60 г/моль
M (CO2) = 44 г/моль
υ (Na2CO3) = m / M = 106 / 106 = 1 моль (недостача)
υ (SiO2) = 120 / 60 = 2 моль (поб)
V(CO2) = 1 моль
m (CO2) = M · υ = 44 · 1 = 44г.
Другий представник елементів головної підгрупи IV групи (IVА групи) Періодичної системи Д. І. Менделєєва – кремній Si.
У природі кремній – другий за поширеністю після кисню хімічний елемент. Земна кора більш ніж чверть складається з його сполук. Найбільш поширеною сполукою кремнію є оксид кремнію (IV) SiO 2 , інша його назва - кремнезем.
У природі він утворює мінерал кварц (мал. 158), багато різновидів якого - гірський кришталь та його знаменита лілова форма - аметист, а також агат, опал, яшма, халцедон, сердолік, відомі як виробні та напівдорогоцінні камені. З оксиду кремнію (IV) складаються також звичайний та кварцовий пісок.
Мал. 158.
Кристали кварцу, вкраплені в доломіт
З різновидів мінералів з урахуванням оксиду кремнію (IV) (кремню, халцедону та інших.) первісні люди виготовляли знаряддя праці. Саме кремінь, цей непоказний і не дуже міцний камінь, поклав початок кам'яному віці - віці крем'яних знарядь праці (рис. 159). Причин цьому дві: поширеність і доступність кременю, а також його здатність утворювати при сколі гострі ріжучі краї.
Мал. 159.
Знаряддя кам'яного віку
Другий тип природних сполук кремнію – це силікати. Серед них найбільш поширені алюмосилікати (зрозуміло, що ці силікати містять хімічний елемент алюміній). До алюмосилікатів відносять граніт, різні види глин, слюди. Силікатом, що не містить алюмінію, є, наприклад, азбест, з якого виготовляють вогнетривкі тканини.
Оксид кремнію (IV) SiO 2 необхідний життя рослин і тварин. Він надає міцності стеблам рослин та захисним покривам тварин (рис. 160). Завдяки йому очерети, очерети і хвощі стоять міцно, як багнети, гостре листя осоки ріжуть, як ножі, стерня на скошеному полі коле, як голки, а стебла злаків настільки міцні, що не дозволяють ниві на полях лягати від дощу та вітру. Луска риб, панцирі комах, крила метеликів, пір'я птахів і шерсть тварин міцні, оскільки містять кремнезем.
Мал. 160.
Оксид кремнію (IV) надає міцності стеблам рослин та захисним покривам тварин
З'єднання кремнію надають гладкість і міцність волоссю та нігтям людини.
Кремній входить і до складу нижчих живих організмів - діатомових водоростей і радіолярій, найніжніших грудочок живої матерії, які створюють свої неперевершені за красою скелети з кремнезему (рис. 161).
Мал. 161.
Скелети діатомових водоростей (а) та радіолярій (б) складаються з кремнезему
Властивості кремнію. Ви користуєтеся мікрокалькулятором із сонячною батареєю і тому маєте уявлення про кристалічний кремній. Це напівпровідник. На відміну від металів, із підвищенням температури його електропровідність збільшується. На супутниках, космічних кораблях, станціях та дахах будинків (мал. 162) встановлюють сонячні батареї, що перетворюють сонячну енергію на електричну. Вони працюють кристали напівпровідників, й у першу чергу кремнію. Кремнієві фотоелементи можуть перетворити на електричну до 10% поглиненої сонячної енергії.
Мал. 162.
Сонячна батарея на даху будинку
Кремній горить у кисні, утворюючи відомий вам оксид кремнію (IV):
Будучи неметал, при нагріванні кремній з'єднується з металами з утворенням силіцидів, наприклад:
Силициди легко розкладаються водою або кислотами, при цьому виділяється газоподібна воднева сполука кремнію - силан:
На відміну від вуглеводнів, силан на повітрі самозаймається і згоряє з утворенням оксиду кремнію (IV) та води:
Підвищена реакційна здатність силану порівняно з метаном СН 4 пояснюється тим, що розмір атома кремнію більший, ніж у вуглецю, тому хімічні зв'язки Si-Н менш міцні, ніж зв'язки С-Н.
Кремній взаємодіє з концентрованими водними розчинами лугів, утворюючи силікати та водень:
Кремній одержують, відновлюючи його з оксиду кремнію (IV) магнієм або вуглецем:
Оксид кремнію (IV), або діоксид кремнію, або кремнезем SiO 2 як і СО 2 є кислотним оксидом. Однак на відміну від С02 має молекулярну, а атомну кристалічну решітку. Тому SiO 2 тверда і тугоплавка речовина. Він не розчиняється у воді та кислотах, крім плавикової, але взаємодіє при високих температурах з лугами з утворенням солей кремнієвої кислоти - силікатів:
Силікати можна отримати також сплавленням оксиду кремнію (IV) з оксидами металів або з карбонатами:
Силікати натрію та калію називають розчинним склом. Їхні водні розчини - це добре відомий силікатний клей.
З розчинів силікатів дією на них сильніших кислот - соляної, сірчаної, оцтової і навіть вугільної виходить кремнієва кислота H 2 SiO 3 (рис. 163):
Мал. 163. Якісна реакція на силікат-іон
Отже, H2SiO3 дуже слабка кислота. Вона нерозчинна у воді і випадає з реакційної суміші у вигляді драглистого осаду, що іноді заповнює компактно весь об'єм розчину, перетворюючи його на напівтверду масу, схожу на холодець, желе. При висиханні цієї маси утворюється високопоріста речовина - силікагель, що широко застосовується як адсорбент - поглинач інших речовин.
Лабораторний досвід №40
Одержання кремнієвої кислоти та вивчення її властивостей
Застосування кремнію. Ви вже знаєте, що кремній застосовують для отримання напівпровідникових матеріалів, а також кислототривких сплавів. При сплавленні кварцового піску з вугіллям при високих температурах утворюється карбід кремнію SiC, який поступається тільки алмазу. Тому його використовують для заточування різців металорізальних верстатів та шліфування дорогоцінного каміння.
З розплавленого кварцу виготовляють різний хімічний кварцовий посуд, який може витримувати високу температуру і не тріскається при різкому охолодженні.
З'єднання кремнію є основою для виробництва скла та цементу.
Звичайне шибка має склад, який можна виразити формулою Na 2 O СаО 6SiO 2 . Його одержують у спеціальних скловарних печах сплавленням суміші соди, вапняку та піску.
Відмінна риса скла - здатність розм'якшуватися і в розплавленому стані набувати будь-якої форми, яка зберігається при застиганні скла. На цьому ґрунтується виробництво посуду та інших виробів зі скла.
Додаткові якості склу надають різні добавки. Так, введенням оксиду свинцю отримують кришталеве скло, оксид хрому забарвлює скло в зелений колір, оксид кобальту - синій і т. д. (рис. 164).
Мал. 164.
Вироби із кольорового скла
Скло - один із найдавніших винаходів людства. Вже 3-4 тис. років тому виробництво скла було розвинене в Єгипті, Сирії, Фінікії та Причорномор'ї.
Скло – це матеріал не лише ремісників, а й художників. Високої досконалості досягли майстри Стародавнього Риму, які вміли отримувати кольорове скло і робити з їх шматочків мозаїки.
Мал. 165.
Кольорове скло у вітражах собору Нотр-Дам, Шартр
Твори мистецтва зі скла є обов'язковими атрибутами будь-якого великого музею, і кольорові вітражі церков, мозаїчні панно - яскраві приклади цього (рис. 165). В одному з приміщень Санкт-Петербурзького відділення Російської академії наук знаходиться мозаїчний портрет Петра I, виконаний М. В. Ломоносовим (рис. 166).
Мал. 166.
Мозаїчний портрет Петра I
Області застосування скла дуже великі. Це віконне, пляшкове, лампове, дзеркальне скло; скло оптичне - від окулярів до стекол фотокамер; лінзи незліченних оптичних приладів – від мікроскопів до телескопів.
Інший важливий матеріал, одержуваний на основі сполуки кремнію, цемент. Його отримують спіканням глини і вапняку в спеціальних печах, що обертаються.
Якщо порошок цементу змішати з водою, то утворюється цементне тісто, або, як його називають будівельники, цементний розчин, який поступово твердне. При додаванні до цементу піску або щебеню як наповнювач отримують бетон. Міцність бетону зростає, якщо в нього вводиться залізний каркас - виходить залізобетон, з якого виготовляють стінові панелі, блоки перекриттів, ферми мостів і т.д.
Виробництвом скла та цементу займається силікатна промисловість. Вона також випускає силікатну кераміку - цеглу, фарфор (мал. 167), фаянс та вироби з них.
Мал. 167.
Порцелянові вироби
Відкриття кремнію. Хоча вже в давнину люди широко використовували в побуті сполуки кремнію, сам кремній був вперше отриманий в 1824 шведським хіміком Й. Я. Берцеліусом. Однак за 12 років до нього кремній отримали Ж. Гей-Люссак та Л. Тенар, але він був дуже забруднений домішками.
Латинська назва силіціум бере свій початок від латинського слова силекс-кремінь. Російська назва «кремній» походить від грецького кремносу – «скеля, скеля».
Нові слова та поняття
- Природні сполуки кремнію: кремнезем, кварц та його різновиди, силікати, алюмосилікати, азбест.
- Біологічне значення кремнію.
- Властивості кремнію: напівпровідникові, взаємодія з киснем, металами, лугами.
- Силан.
- Оксид кремнію (ІV). Його будова та властивості: взаємодія з лугами, основними оксидами, карбонатами та магнієм.
- Кремнієва кислота та її солі. Розчинне скло.
- Застосування кремнію та його сполук.
- Скло.
- Цемент.
Завдання для самостійної роботи
Кремній IV оксид ТУ 6-09-3379-79
SiO 2
Діоксид кремнію (кремнезем, SiO 2; лат. silica) - оксид кремнію (IV). Безбарвні кристали з температурою плавлення +1713 ... +1728 ° C, що мають високу твердість і міцність.
Діоксид кремнію - головний компонент багатьох земних гірських порід, зокрема, кизельгура. З кремнезему та силікатів складається 87 % маси літосфери. У крові та плазмі людини концентрація кремнезему становить 0,001 % за масою.
Властивості
- Належить до групи кислотних оксидів.
- При нагріванні взаємодіє з основними оксидами та лугами.
- Реагує з плавиковою кислотою.
- SiO 2 відноситься до групи склоутворювальних оксидів, тобто схильний до утворення переохолодженого розплаву - скла.
- Один із кращих діелектриків (електричний струм не проводить, якщо не має домішок та не нагрівається).
Поліморфізм
Діоксид кремнію має кілька поліморфних модифікацій.
Найпоширеніша їх на поверхні землі - α-кварц - кристалізується в тригональної сингонії. За нормальних умов діоксид кремнію найчастіше знаходиться в поліморфній модифікації -кварцу, яка при температурі вище +573 °C оборотно переходить в -кварц. При подальшому підвищенні температури кварц перетворюється на тридиміт і кристобаліт. Ці поліморфні модифікації стійкі за високих температур і низьких тисків.
У природі також зустрічаються форми - опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенний кварц, які належать до групи кремнезему. Опал (SiO 2 *nH 2 O) у шліфі безбарвний, ізотропен, має негативний рельєф, відкладається у морських водоймах, входить до складу багатьох крем'янистих порід. Халцедон, кварцин, лютецит - SiO 2 - являють собою прихованокристалічні різновиди кварцу. Утворюють волокнисті агрегати, розетки, сфероліти, безбарвні, блакитні, жовті. Відрізняються між собою деякими властивостями – у халцедону та кварцину – пряме згасання, у лютециту – косо, у халцедону – негативне подовження.
При високих температурі і тиску діоксид кремнію спочатку перетворюється на коесит (який у 1953 році був синтезований американським хіміком Лорінгом Коесом), а потім у стихошіт (який у 1961 році був синтезований С. М. Стішовим, а в 1962 році був виявлений у метео ) [ джерело не вказано 2294 дні ]. Згідно з деякими дослідженнями, стихошит складає значну частину мантії, тому питання про те, який різновид SiO 2 найбільш поширений на Землі, поки не має однозначної відповіді.
Також має аморфну модифікацію – кварцове скло.
Хімічні властивості
Діоксид кремнію SiO 2 - кислотний оксид, що не реагує з водою.
Хімічно стійкий до дії кислот, але реагує з газоподібним фтороводнем.
та плавиковою кислотою:
Ці дві реакції широко використовують для травлення скла.
При сплавленні SiO 2 з лугами та основними оксидами, а також з карбонатами активних металів утворюються силікати - солі не мають постійного складу дуже слабких, нерозчинних у воді кремнієвих кислот загальної формули xH 2 O·ySiO 2 (досить часто в літературі згадуються не кремнієві кислоти, а кремнієва кислота, хоча фактично мова при цьому йде про одну і ту ж речовину).
Наприклад, може бути отриманий ортосилікат натрію:
метасилікат кальцію:
або змішаний силікат кальцію та натрію:
З силікату Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O CaO 6 SiO 2) виготовляють віконне скло.
Більшість силікатів немає постійного складу. З усіх силікатів розчиняються у воді тільки силікати натрію та калію. Розчини цих силікатів у воді називають рідким склом. Через гідроліз ці розчини характеризуються сильно лужним середовищем. Для гідролізованих силікатів характерним є утворення не істинних, а колоїдних розчинів. При підкисленні розчинів силікатів натрію або калію випадає драглистий білий осад гідратованих кремнієвих кислот.
Головним структурним елементом як твердого діоксиду кремнію, і всіх силікатів, виступає група , у якій атом кремнію Si оточений тетраедром з чотирьох атомів кисню Про. У цьому кожен атом кисню з'єднаний із двома атомами кремнію. Фрагменти можуть бути пов'язані між собою по-різному. Серед силікатів за характером зв'язку в них фрагментів виділяють острівні, ланцюжкові, стрічкові, шаруваті, каркасні та інші.
Отримання
Синтетичний діоксид кремнію одержують нагріванням кремнію до температури +400…+500 °C в атмосфері кисню, кремній окислюється до діоксиду SiO 2 . А також термічним оксидуванням при високих температурах.
У лабораторних умовах синтетичний діоксид кремнію може бути отриманий дією кислот, навіть слабкої оцтової, розчинні силікати. Наприклад:
кремнієва кислота відразу розпадається на воду і SiO 2 випадає в осад.
Натуральний діоксид кремнію у вигляді піску використовується там, де не потрібна висока чистота матеріалу.
Застосування
Діоксид кремнію застосовують у виробництві скла, кераміки, абразивів, бетонних виробів, для отримання кремнію, як наповнювач у виробництві гум, при виробництві кремнеземистих вогнетривів, в хроматографії та ін. .Аморфний непористий діоксид кремнію застосовується в харчовій промисловості в якості допоміжної речовини E551, що перешкоджає злежуванню і комкованию, парафармацевтиці (зубні пасти), в фармацевтичній промисловості в якості допоміжної речовини (внесений до більшості Фармакопей), а також харчової добавки або лікарського препарату .
Штучно отримані плівки діоксиду кремнію використовуються як ізолятор при виробництві мікросхем та інших електронних компонентів.
Також використовується для волоконно-оптичних кабелів. Використовується чистий плавлений діоксид кремнію з добавкою деяких спеціальних інгредієнтів.
Кремнеземна нитка також використовується в нагрівальних елементах електронних сигарет, тому що добре вбирає рідину і не руйнується під нагріванням спіралі.
Великі прозорі кристали кварцу використовуються як напівдорогоцінне каміння; безбарвні кристали називають гірським кришталем, фіолетові – аметистами, жовті – цитрином.
У мікроелектроніці діоксид кремнію є одним із основних матеріалів. Його застосовують як ізолюючий шар, а також як захисне покриття. Отримують у вигляді тонких плівок термічним окисленням кремнію, хімічним осадженням із газової фази, магнетронним розпорошенням.
Пористі кремнеземи
Пористі кремнеземи одержують різними методами.
Силохром одержують шляхом агрегування аеросилу, який, у свою чергу, одержують спалюванням силану (SiH 4). Силохром характеризується високою чистотою, низькою механічною міцністю. Характерний розмір питомої поверхні 60-120 м ²/р. Застосовується як сорбент у хроматографії, наповнювачі гум, каталіз.
Силікагель одержують шляхом висушування гелю кремнієвої кислоти. У порівнянні з силохромом має меншу чистоту, проте може мати надзвичайно розвинену поверхню: зазвичай від 300 м²/г до 700 м²/г.
Кремнієвий аерогель приблизно на 99,8 % складається з повітря і може мати щільність до 1,9 кг/м³ (всього в 1,5 рази більша за щільність повітря).
