Файл: Закон сталості cкладу.docx

Силіцій та його властивості

 

Поширення у природі. Силіцій після оксигену — найпоширеніший елемент на Землі. Він становить 27,6 % маси земної кори. У природі трапляється головним чином у вигляді оксиду силіцію(ІV) SiO₂ та солей силікатних кислот — силікатів. Вони утворюють оболонку земної кори. Сполуки силіцію містяться в організмах рослин і тварин.
Добування та застосування. У промисловості кремній добувають відновленням SiO₂ коксом в електричних печах:

SiO₂ + 2С = Si + 2СO.

У лабораторії як відновники використовують магній або алюміній:

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO;

3SiO₂ + 4Al = 3Si + 2Al₂O₃.

Найчистіший кремній добувають відновленням тетрахлориду силіцію парою цинку:

SiCl₄ + 2Zn = Si + 2ZnCl₂.

Кремній використовують як напівпровідник. З нього виготовляють так звані сонячні батареї, які перетворюють світлову енергію в електричну (живлення радіоустановок космічних кораблів). Кремній використовують у металургії для добування кремнистих сталей, які мають високу жаростійкість та кислототривкість.
Фізичні властивості. Кристалічний кремній — речовина темно-сірого кольору зі стальним блиском. Структура кремнію аналогічна структурі алмазу. В його кристалі кожний атом оточений тетраедрично чотирма іншими і зв’язаний з ними ковалентним зв’язком, який значно слабкіший, ніж між атомами карбону в алмазі.

У кристалі кремнію навіть за звичайних умов частина ковалентних зв’язків руйнується. Тому в ньому є вільні електрони, які зумовлюють невелику електричну провідність. При освітленні і нагріванні збільшується кількість зруйнованих зв’язків, а отже, збільшується число вільних електронів і зростає електрична провідність. Так слід пояснювати напівпровідникові властивості кремнію.

Кремній дуже крихкий, його густина 2,33 г/см³. Як і вугілля, належить до тугоплавких речовин.

---

Силіцій складається з трьох стабільних ізотопів: ²⁸₁₄Si (92,27 %), ²⁹₁₄Si (4,68 %) та ³⁰₁₄Si (3,05 %).
Хімічні властивості. За хімічними властивостями сицілій, як і карбон, є неметалом, але його неметалічність виявляється слабкіше, тому що він має більший атомний радіус (п. 6, табл. 11.1). Оскільки у атомів силіцію на зовнішньому енергетичному рівні розташовано 4 електрони, то для силіцію характерний ступінь окиснення як —4, так і +4 (відома сполука силіцію, де його ступінь окиснення дорівнює +2).

Кремній за звичайних умов досить інертний, що слід пояснювати міцністю його кристалічної решітки. Безпосередньо він взаємодіє тільки зі фтором:

Si + 2F₂ = SiF₄.

              Фторид

              силіцію

Кислоти (крім суміші плавикової HF та нітратної HNO3) на кремній не діють. Однак він розчиняється в гідроксидах лужних металів, утворюючи силікат і водень:

Si + 2OН^- +Н₂O = SiO^2-₃ + 2Н₂ ↑.

При високій температурі в електричній печі із суміші піску і коксу добувають карбід силіцію SiC(карборунд):

SiO₂ + 2С = SiC + СО₂.

Карборунд має алмазоподібну кристалічну решітку, в якій кожен атом силіцію оточений чотирма атомами карбону і навпаки, а ковалентні зв’язки дуже міцні, як у алмазі. Тому за твердістю він близький до алмазу. З карбіду силіцію виготовляють точильні камені та шліфувальні круги.

Сполуки металів з кремнієм називаються силіцидами. Наприклад:

Si + 2Mg = Mg₂Si.

                Силіцид

                магнію

При дії на силіцид хлоридною кислотою утворюється найпростіша воднева сполука силіцію — силанSiH4:

Mg₂Si + 4Н⁺ = 2Mg²⁺ + SiH₄.

Силан — отруйний газ з неприємним запахом, самозаймається на повітрі:

SiH₄ + 2O

---

₂ = SiO₂ + 2Н₂O.

Подрібнений кремній при нагріванні з киснем згоряє, утворюючи оксид силіцію(ІV):

Si + О₂ = SiO₂.

При цьому виділяється велика кількість теплоти, що свідчить про значну міцність зв’язку між атомами в SiO₂.

При високих температурах кремній відновлює багато металів з їх оксидів.



31.

Загальна характеристика металів, фізичні властивості, типи кристалічних граток. Загальні хімічні властивості.

Кристалічні ґратки

Залежно від фізичних умов речовини можуть існувати в різних агрегатних станах:
— плазма — іонізований газ;
— газоподібний стан, який характеризується слабкою і невпорядкованою взаємодією частинок (молекул);
— рідкий стан, за якого взаємодія між частинками сильніша, ніж у газах, у розташуванні частинок існує певний порядок, але він постійно змінюється внаслідок теплового руху;
— твердий стан, за якого речовини існують у двох формах: кристалічній і аморфній.
У речовині з кристалічною структурою частинки (атоми, молекули або йони) розташовані в певному порядку, тобто утворюють кристалічні ґратки. Частинки аморфної речовини розташовані безладно.
— У вузлах йонних кристалічних ґраток знаходяться позитивно й негативно заряджені йони, зв’язані між собою силами електростатичного тяжіння. Це більшість солей, бінарних сполук.
— У вузлах атомних кристалічних ґраток розташовані атоми, зв’язані ковалентним зв’язком. Наприклад, алмаз, кремній.
— У вузлах молекулярних кристалічних ґраток розташовані молекули, зв’язані силами міжмолекулярної взаємодії. Це гази, багато неметалів, майже всі органічні сполуки.
— У вузлах металічних кристалічних ґраток

---

 розташовані атоми або позитивно заряджені йони металу, між якими розташовані електрони, які рухаються вільно. Це метали і сплави. 
32.

Амфотерні елементи, особливості сполук.
Поняття про амфотерність

 

Іноді трапляються сполуки, які можуть проявляти і кислотні, і основні властивості.

Речовини, які можуть виявляти кислотні й основні властивості залежно від сполуки, з якою вони взаємодіють, називають амфотерними.

Амфотерність виявляють оксиди й гідроксиди деяких хімічних елементів з валентностями II, III й IV. Найважливіші серед них — Берилій(ІІ), Цинк(ІІ), Станум(ІІ), Плюмбум(ІІ), Алюміній(ІІІ), Хром(ІІІ), Титан(ІV).

 

Амфотерні гідроксиди

 

Гідроксиди елементів, які можуть утворювати амфотерні сполуки, вступають у звичайні хімічні реакції, що характерні для нерозчинних основ. Єдиною відмінністю є взаємодія з лугами, тобто реакції, в яких вони виявляють кислотні властивості.

Амфотерні гідроксиди з лугами поводяться як кислоти, тобто вступають у реакцію нейтралізації з утворенням солі та води. Для того щоб правильно записати рівняння реакції за участю амфотерних гідроксидів, слід розглядати їх як кислоти. Так, цинк гідроксид Zn(OH)₂ можна записати як кислотуH₂ZnO₂. Ця кислота буде мати назву цинкатна, вона має двовалентний кислотний залишок ZnO₂, її солі — цинкати.

 

Амфотерні оксиди

 

Так само, як і амфотерні гідроксиди, амфотерні оксиди виявляють ті ж властивості, що й звичайні основні оксиди при взаємодії з кислотними речовинами. При взаємодії з основними речовинами вони вступають у реакції як кислотні оксиди, тобто взаємодіють із основними оксидами й основами з утворенням солей. Амфотерні оксиди взаємодіють із основами та основними оксидами при сплавці, без участі води, і утворюють солі, які містять звичайний кислотний залишок, що відповідає цьому оксиду.

При сплавці цинк оксиду з натрій гідроксидом або натрій оксидом утворюється натрій цинкат, тільки в першому випадку ще утворюється вода:

---

 

---