Гидроксид кремния – формула, свойства и применение соединения

Соединение оксида кремния с молекулами Н2O относится к категории слабых нерастворимых кислот. Доступный силициум получил огромный спрос во многих отраслях современной промышленности. Получают его в результате реакции сильных кислот на растворы силикатов калия и натрия. Это неустойчивое вещество стало известно человечеству в 1825 году. Изучением общей формулы гидроксида кремния занимаются на уроках химии в 10 классе.

Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

Краткое описание

От 26 до 30% от общей массы земной коры состоит из гидроксида кремния (общая формула — H2SiO3). В морской воде концентрация этого вещества достигает отметки 3 мг/л. По уровню распространённости в литосфере кремний находится на втором месте после О2. Наиболее востребованная форма H2SiO3 — кремнезём, который является диоксидом. Химические и физические свойства этого материала повлияли на его распространённость в промышленности.

Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

H2SiO3 — неметалл, который в зависимости от созданных условий может проявлять не только кислотные, но и основные характеристики. Кремний является полупроводником, из-за чего активно используется в электротехнике. От аллотропного состояния зависят химические и физические свойства H2SiO3. Чаще всего приходится работать с кристаллической формой неустойчивого вещества, так как его характеристики наиболее востребованы в народном хозяйстве.

Номенклатура кремниевой кислоты (химическая формула — nSiO2•mH2O) включает в себя различные подвиды. Условное обозначение химического состава выглядит так:

  • Дикремниевые. Речь идёт о H6Si2O7, H2Si2O5, H10Si2O9. При температуре +20 °C показатель растворимости в Н2О составляет 2.93 моль/л (-4 степень).
  • Ортокремниевые (H4SiO4). Метакремниевая и ортокремниевая кислоты являются наиболее распространёнными химическими веществами этого вида.
  • Пирокремниевые соединения (H6Si2O7).
  • Наиболее распространённая форма кремния представляет собой тёмно-серый порошок. Это вещество имеет алмазоподобную кристаллическую решётку, но между атомами слишком длинная связь, с чем и связана хрупкость неметалла.

    Соли кремниевых кислот обозначаются только как силикаты. В состав поликремневых кислот входят специфические структурные звенья, которые соединены между собой в сложные разветвлённые, а также линейные цепи. В графических формулах и отдельных характеристиках присутствуют серьёзные различия, но все виды этих химических соединений обладают тетраэдрическим принципом строения. Гидрат окиси кремния (кремнезём) обязательно присутствует в составе экзоскелетов одноклеточных простейших.

    Преимущества и недостатки

    Как и многие другие химические вещества, гидроксид кремния обладает определёнными положительными и негативными характеристиками, от которых зависит сфера его применения. Среди основных преимуществ можно выделить:

    Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

  • Образование большого количества различных соединений с полезными свойствами. Например, силициды, силаны, диоксиды и силикаты. H2SiO3 и его соединения могут образовывать различные растворы, которые необходимы для производства камня, стекла и керамики.
  • Доступность и долговечность. В природе кремний находится не в свободном виде, но технология производства этого вещества не отличается сложностью.
  • H2SiO3 нетоксичен, благодаря чему использовать его можно в любой отрасли. Технологический процесс не обладает потенциальной опасностью, благодаря чему риск негативного воздействия на человека и окружающую среду сведён к минимуму.
  • Среди недостатков H2SiO3 можно выделить только небольшую хрупкость.

    Гидроксид кремния запрещено использовать для возведения несущих конструкций. H2SiO3 пользуется большим спросом при обработке поверхности кристаллов, что является актуальным в сфере приборостроения.

    Особенности кремниевых кислот

    В природе высшего гидроксида кремния не существует. Аморфный H2SiO3 в результате взаимодействия с паром Н2О при температуре +500 °C образует водород и диоксид кремния. Уравнение этой химической реакции можно изобразить следующим образом: Si (аморфный) + 2H2O (пар) → SiO2 + 2H2.

    Диоксид кремния представляет собой слабый кислотный оксид. Если задействовать водород и H2SiO3, то в итоге можно будет получить nSiO2∙mH2O. Характер кремниевой кислоты зависит от общего количества атомов кремния, водорода и кислорода, например:

    • пирокремниевые (H6Si2O7);
    • метакремниевые (H2SiO3);
    • дикремниевые (H2Si2O5, H10Si2O9);
    • ортокремниевые (H4SiO4).

    На уроках химии в 10 классе можно узнать, что соли кремниевых кислот называются силикатами.

    Научные исследования показали, что nSiO2∙mH2O нельзя получить в результате взаимодействия оксида кремния с Н2О. Это связано с тем, что диоксид не реагирует с водой даже при воздействии высокой температуры. Если задействовать водород, тогда в итоге будет образован чистый H2SiO3.

    Химические свойства

    H2SiO3 не имеет выраженного запаха, а также плохо растворяется в воде. Кислоты кремния существенно отличаются от остальных органических веществ. Основные различия:

    • кислоты не диссоциируют;
    • при взаимодействии с Н2О образуется коллоидный раствор;
    • кремниевые кислоты не влияют на окраску индикатора.

    Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

    Растворить nSiO2∙mH2O можно в растворах щелочей и специальных расплавах. В итоге образуются силикаты: H2SiO3 + 2KOH → K2SiO3 + 2H2O. Все соединения с кремнием реагируют с плавиковой кислотой, например, H2SiO3 + 6HF → H2SiF6 + 3H2O → SiF4 + 2HF + 3H2O. В результате воздействия соляной кислоты на кремний происходит образование сложного соединения под названием хлорсилан, а также выделяется газ (водород).

    Если для проведения химической реакции используется кремний плюс гидроксид натрия, тогда результат будет следующим: Si + NaOH → Na4SiO4 + 2H2. Свойства кремниевых кислот повлияли на то, что эти химические вещества активно используются для серийного производства керамических покрытий и прочных изделий из керамики. nSiO2∙mH2O применяется для изготовления силикагеля (SiOH), стекла и различных фильтров.

    Физические характеристики

    В промышленности чаще всего используется кремний в виде кристаллов, которые обладают востребованными техническими свойствами. Среди основных физических характеристик H2SiO3 можно выделить то, что это вещество начинает плавиться при температуре +1427 °C, а закипает при +2600 °C.

    Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

    Уровень теплоёмкости и теплопроводность не обладают постоянными характеристиками, но чаще всего итоговый показатель находится в пределах 800 Дж/(кг*К). Материал довольно хрупкий, так как его плотность составляет всего 2.33 г/куб. см. Твёрдость по шкале Мооса не превышает 7 баллов. H2SiO3 прозрачен для длинноволнового инфракрасного излучения, что очень важно при изготовлении качественной оптики.

    Итоговые электрические свойства гидроксида кремния зависят от присутствующих примесей. Для серийного изготовления каких-либо товаров научились использовать эту особенность элемента, извлекая из неё огромную пользу, так как всегда можно скорректировать нужный тип полупроводника. В обычных условиях H2SiO3 является весьма хрупким веществом, но при нагревании до +800 °C не исключена пластическая деформация.

    Гидроокись кремния относится к разряду простейших nSiO2•mH2O, которые образуют соли — силикаты. H2SiO3 в виде белого порошка практически не растворяется в воде, не имеет выраженного вкуса и запаха. Частицы кремния округлые, из-за чего наделены незначительными адсорбирующими и абразивными свойствами. H2SiO3 входит в состав многих фармацевтических препаратов, поскольку хорошо переносится организмом человека, а вероятность возникновения побочных реакций сведена к минимуму.

    Сферы применения

    Свойства H2SiO3 зависят от наличия в составе примесей, благодаря которым можно получить кристаллы кремния с определёнными характеристиками. Основные сферы применения элемента:

    Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

    Гидроксид кремния - формула, свойства и применение соединения

  • В металлургической отрасли гидроксид кремния используется в качестве модификатора сплавов. H2SiO3 применяется как раскислитель при производстве высококачественного чугуна.
  • Гидроксид кремния является основой электротехники. Это вещество входит в состав различных фотоэлементов, транзисторов, диодов, интегральных схем. Функциональность готового устройства зависит от характеристики поверхностного слоя кристалла.
  • Соли кремниевой кислоты легко разлагаются под воздействием высокой температуры. Они используются для серийного производства керамики, стекла, бетона, фаянса, хрусталя, цемента.
  • В результате соединения неметалла H2SiO3 с углеродом образуется карбид, который получил огромный спрос в металлургической отрасли, приборостроении, а также в химической промышленности. Это вещество зарекомендовало себя как широкозональный проводник, который отличается высокой твёрдостью. Карбид часто используют в качестве абразивного материала.
  • H2SiO3 позволяет образовывать различные соединения по типу углеродных связей, которые в научной среде называются кремнийорганическими. Эти вещества используются для изготовления автомобильных смазок, силикона, герметика.
  • Среди силикатов растворимыми являются только соли щелочных металлов, которые принято называть жидким стеклом. Силикаты калия и натрия входят в состав силикатного клея.
  • Концентрированные растворы H2SiO3 используются для пропитки деревянных изделий и тканей, чтобы придать им огнеупорные свойства. После высыхания силикаты образуют специальный стеклоподобный слой, который отлично противостоит Н2О.

    В природе встречаются алюмосиликаты и силикаты, например, слюда, гранит, глина, асбест. Эти материалы активно применяются в строительной отрасли.

    Кремний является распространённым элементом, который получил огромный спрос в различных отраслях народного хозяйства. В промышленности используется не только H2SiO3, но и его многочисленные соединения, которые при правильном применении безопасны для человека и окружающей среды.

    Предыдущая
    ХимияИзопропиловый спирт - структурная формула, свойства и применение
    Следующая
    ХимияПереходные металлы - характеристика, свойства и строение
    Помогли? Поставьте оценку, пожалуйста.
    Плохо
    0
    Хорошо
    0
    Супер
    0
    Мы в ВК, подпишись на нас!

    Подпишись на нашу группу в ВКонтакте, чтобы быть в курсе выхода нового материала...

    Вступить