В состав песка, глины, горных пород входит простой неметалл – кремний. Это хрупкое кристаллическое вещество, вступающее в реакции с металлами и неметаллами и использующееся для изготовления стекла.
Благодаря распределению электронов атом проявляет степень окисления +2. За счёт свободной 3d-орбитали атом может переходить в возбуждённое состояние. Один электрон с s-уровня переходит на d-орбиталь. В этом случае атом проявляет степень +4. Однако в реакциях с металлами кремний является окислителем и проявляет степень окисления -4.
Простое вещество в чистом виде встречается редко за счёт активности элемента. Распространён в составе песка – диоксида кремния (SiO2). В зависимости от примесей (железо, марганец, медь) образует кварц, агат, аметист, кремень и другие горные породы.
Физическое описание
Кремний – хрупкий химический элемент тёмного серого цвета. Обладает металлическим блеском за счёт кубической гранецентрированной кристаллической решётки, напоминающей строением алмаз. Однако кремний в отличие от алмаза – менее прочное вещество из-за большей длины связи между атомами.
Основные физические свойства кремния:
- полупроводник;
- температура плавления – 1414°C;
- температура кипения – 3265°C;
- плотность при нормальных условиях – 2,33 г/см3;
- твёрдость по шкале Мооса – 7.
Кремний выделяют из песка путём прокаливания с углём или металлами. Например, с алюминием: 3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3.
Химические свойства
Благодаря схеме строения атома кремний обладает свойствами окислителя и восстановителя. Взаимодействуя с металлами, кремний принимает электроны, т.е. является окислителем. В реакциях с неметаллами кремний отдаёт электроны и является восстановителем.
Основные химические свойства описаны в таблице.
|
Реакция |
Описание |
Уравнение |
|
С неметаллами |
Реагирует при нагревании |
– Si + O2 → SiO2; – Si + C → SiC; – 3Si + 2N2 → Si3N4 |
|
С галогенами |
Только с фтором реагирует без нагревания. Остальные реакции протекают при повышенных температурах |
– Si + 2F2 → SiF4; – Si + 2Cl2 → SiCl4 |
|
С галогеноводородами |
При обычных условиях реагирует только с плавиковой кислотой. С остальными веществами – при нагревании |
Si + 4HF → SiF4 + 2H2 |
|
С металлами |
Образуется силициды |
2Ca + Si → Ca2Si |
|
С кислотами |
Реагирует только со смесью азотной и плавиковой кислот |
3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O |
|
Со щелочами |
Образуются силикат и водород |
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + H2 |
Применение
Кремний в составе песка используется для изготовления стекла и цемента. Изготовлением материалов из кремния занимается силикатная промышленность, выпускающая:
- кирпич;
- кафельную плитку;
- фаянс;
- фарфор;
- силикатный клей.
В чистом виде кремний используется для производства:
- электронных приборов;
- микросхем;
- солнечных батарей;
- зеркал.
Что мы узнали?
Из урока 9 класса узнали, что кремний – неметалл, проявляющий в реакции свойства окислителя или восстановителя. Это твёрдый хрупкий неметалл, сходный по кристаллическому строению с алмазом. В чистом виде практически не встречается в природе. Взаимодействуя с кислородом, образует песок, являющийся основой всех горных пород. При нормальных условиях реагирует только с фтором, остальные реакции требуют нагревания. Кремний реагирует с металлами, неметаллами, щелочами. Из элемента изготавливают строительные материалы, микросхемы, стекло.
