Silicio químico. Química del silicio y sus compuestos.
- Característica del elemento silicio: estructura electrónica, posibles estados de oxidación, compuestos principales: óxido, hidróxido. Silicio amorfo y cristalino.
Silicio- un elemento del 3er período y el grupo IVA del sistema periódico, el número de serie es 14. La fórmula electrónica del átomo 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. El grado característico de oxidación en compuestos + IV.
La escala de oxidación del silicio:
La electronegatividad del silicio no es alta para los no metales (2.25). Muestra propiedades no metálicas (ácidas); Forma óxidos, ácidos silícicos, una gran cantidad de sales: silicatos en forma de cadenas, cintas y redes de tetraedro tridimensionales, compuestos binarios. En la actualidad, la química de los compuestos orgánicos de silicona con enlaces Si-C y polímeros orgánicos de silicona (siliconas y gomas de silicona con enlaces Si-Si, Si-O y Si-C) está ampliamente desarrollada.
El elemento más importante de la naturaleza inanimada, el segundopor prevalencia química. Se encuentra solo en una forma relacionada. Un elemento vital para muchos organismos.
Silicon Si -Sustancia simple. Grueso-cristalino - gris oscuro, con un brillo metálico, muy duro, muy frágil, opaco, refractario, semiconductor común. La red cristalina es atómica, los enlaces Si-Si son muy fuertes. Amorfo - blanco o marrón (con impurezas, principalmente Fe), más químicamente activo. Es constante en el aire (está cubierto con una película de óxido fuerte), no reacciona con el agua. Reacciona con HF (conc.), Álcalis. Se oxida por el oxígeno, el cloro. Recuperado por el magnesio. Sinterizado con grafito. Industrialmente importante es la aleación con hierro. ferrosilicio(12–90% Si). Se utiliza como un aditivo de aleación en el acero y aleaciones de metales no ferrosos, un componente de materiales semiconductores para microelectrónica y una base de siliconas.
Las ecuaciones de las reacciones más importantes:
Obteniendoen la industria: la restauración de SiCl 4 o SiO 2 durante la calcinación:
SiCl 4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl 2
SiO 2 + 2Mg = Si+ 2MgO
(La última reacción puede llevarse a cabo en el laboratorio; el silicio amorfo permanece después del tratamiento con ácido clorhídrico).
Dióxido de silicio SiO 2 -Óxido de ácido. Polvo blanco (arena de cuarzo)y cristales transparentes, producto natural coloreado con impurezas. (sílice) - En forma de arena y piedra ordinaria. (pedernal).La red cristalina es atómica, cada átomo de silicio está rodeado por cuatro átomos de oxígeno, y cada átomo de oxígeno está rodeado por dos átomos de silicio. Tiene varias modificaciones cristalinas (todos los minerales), la más importante - cuarzo, cristobalita tridymichi,raros y obtenidos artificialmente kitit, coesit, stishovit, melanophlogite, sílice fibrosa. refractario, con enfriamiento lento de la masa fundida, se forma una forma amorfa - vidrio de cuarzo(En la naturaleza, el mineral. lechateleit).La forma amorfa más químicamente activa.
Prácticamente no reacciona con el agua (hidratar SiO 2 nH 2 O precipita de la solución), ácidos comunes. El vidrio de cuarzo se corroe en HF (conc.). Reacciona con álcalis en solución (formas. ortosilicatos)y al fusionar (productos - metasilicatos).Se clora fácilmente en presencia de coque. Recuperado por coque, magnesio, hierro (en el proceso de alto horno).
Se utiliza como materia prima industrial en la producción de silicio, vidrio ordinario, termo y químicamente resistente,
la porcelana, la cerámica, los abrasivos y los adsorbentes, el relleno de caucho, los lubricantes, los adhesivos y las pinturas, los componentes de las soluciones de unión de edificios, en forma de cristales de cuarzo, son la base de los generadores de ultrasonido y los movimientos precisos de los relojes de cuarzo. Variedades de cuarzo ( cristal de roca, cuarzo rosa, amatista, cuarzo ahumado, calcedonia, onyxy etc.) - Piedras preciosas, semipreciosas u ornamentales.
Las ecuaciones de las reacciones más importantes:
Dióxido de silicio polihidrato SiO 2 nH 2 O -Ácidos silícicos con contenido variable de SiO 2 y H2O. Polímero blanco, amorfo (vítreo) con cadena, cinta, lámina, malla y estructura de marco. Cuando se calienta se descompone gradualmente. Muy poco soluble en agua. Sobre el precipitado en solución hay un monomérico débil. silicio silicioácido H 4 SiO 4 (estructura tetraédrica, hibridación sp 3), solubilidad de 0,00673 g / 100 g H 2 O a 20ºC. Al reposar la solución, procede la policondensación y los ácidos silícicos H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9 y luego el hidrosol n (sol metasiliconácidos) y, finalmente, el hidrogel SiO 2 nH 2 O (n< 2). При высушивании гидрогель переходит в силикагель SiO 2 nН 2 O (n < 1). Скорость гелеобразования максимальна в слабокислотной среде.
Se convierte en solución por la acción de los álcalis concentrados. Para el resto propiedades quimicas similar al SiO 2. Minerales en la naturaleza ópaloy calcedonia (ágata, jaspe).No se obtuvo ácido meta-silícico monomérico H 2 SiO 3.
Las ecuaciones de las reacciones más importantes:
Obteniendo: desplazamiento por un ácido fuerte de una solución de silicato, por ejemplo:
K 2 SiO 3 + 2НCl + (n - 1) NO 2 O = 2КCl + SiO 2 nH 2 O↓
Metasilicato de sodio Na 2 SiO 3 -Salina Blanco, cuando se calienta se derrite sin descomposición. Se disuelve en agua fría (fuerte hidrólisis del anión). Solución concentrada - coloidal ("vidrio líquido", contiene SiO 2 nH 2 O hidrosol). Se descompone en agua caliente, reacciona con ácidos, álcalis, dióxido de carbono.
Se utiliza como componente de la carga en la producción de vidrio, cementos especiales y hormigones, es parte de pinturas y pegamentos de silicato, esmaltes fríos, catalizadores de aluminosilicato, en la fabricación de papel y cartón, gel de sílice y zeolitas sintéticas. Las ecuaciones de las reacciones más importantes:
Obteniendo: fusion de soda con arena
Na 2 SiO 3 + SiO 2 = CO 2 + Na 2 SiO 3(1150 ° C)
Silicatos.El silicio en estado de oxidación + IV es, además del SiO 2, en una composición y estructura muy numerosas y, a menudo, muy complejas. iones de silicato(así, excepto ion zetasilicatoSiO 3 2- y ion ortosilicatoSiO 4 4 iones conocidos Si 2 O 7 6, Si 3 O 9 6, Si 2 O 10 4, etc.). Para facilitar la grabación, se representa que todos los silicatos contienen ión SiO 3 2-.
Se utiliza una solución saturada de silicatos de sodio y potasio ("vidrio líquido viscoso") como pegamento de silicato.
Los silicatos de sodio y calcio son parte del vidrio; se produce mediante la fusión de sílice, cuarzo, caliza CaCO 3 y sosa Na 2 CO 3:
A menudo, la composición de vidrio se expresa en términos de óxidos, por ejemplo, vidrio ordinario Na 2 O CaO 6SiO 2.
Entre los minerales de silicato destacamos. arcilla (aluminosilicatos)), arcilla muy limpia - caolínAl 2 O 3 2SiO 2 2Н 2 O se usa para hacer porcelana.
Los silicatos y aluminosilicatos se utilizan en la industria para la producción de cerámica, cemento, concreto y otros materiales de construcción.
Silicon SiCl 4 tetracloruro.Conexión binaria. Líquido incoloro, tiene un amplio rango de estado líquido. La molécula tiene una estructura tetraédrica (hibridación sp 3). Resistente al calor. "Fuma" en el aire húmedo. Completamente hidrolizado con agua. Descompuesto por los álcalis. Restaurado por hidrógeno, sodio, zinc. Clorina la alúmina.
Utilizado en la fabricación de silicio de alta pureza para tecnología de semiconductores.
Las ecuaciones de las reacciones más importantes:
Obteniendoen industria- Cloración de silicio o sílice arena SiO 2.
El silicio cristalino es la forma principal en la que el silicio se utiliza en la producción de convertidores fotoeléctricos y dispositivos electrónicos de estado sólido que utilizan tecnología plana. El uso de silicio en forma de películas delgadas (capas epitaxiales) de una estructura cristalina y amorfa sobre diversos sustratos se está desarrollando activamente.
El silicio se obtiene reduciendo su óxido con un exceso de magnesio cuando se calienta:
De las dos modificaciones alotrópicas del silicio, cristalino y amorfo, el silicio amorfo es más químicamente activo. Reacciona con el oxígeno cuando se calienta, formando.
y también con todos los halógenos, por ejemplo:
A altas temperaturas, el silicio se combina con el carbono, formando carborundum, una sustancia que está cerca del diamante en su dureza:
En reacciones con metales activos que ocurren con la formación de siliciuros, el silicio actúa como un agente oxidante:
Bajo la acción del ácido clorhídrico sobre siliciuros, se obtiene el compuesto de hidrógeno más simple silano de silicio.
Óxido de silicio y ácidos silícicos.
El óxido de silicio es una sustancia sólida y muy refractaria (punto de fusión, ampliamente distribuido en la naturaleza. Se encuentra en forma de dos modificaciones: cuarzo cristalino y amorfo. Es un anhídrido de varios ácidos silícicos, cuya composición puede expresarse mediante la fórmula general donde xey son números enteros:
1), es decir - ácido metasilícico;
2), es decir - ácido ortocrema;
3), es decir - ácido dimetacrílico.
Los ácidos silícicos, cuyas moléculas contienen más de una molécula pertenecen al polisilicio. El ácido silícico más simple a menudo se llama simplemente ácido silícico.
Todos los ácidos silícicos son muy débiles (más débiles que el carbón). Las sales de todos los ácidos silícicos se llaman silicatos, aunque, como norma, en la literatura educativa, los silicatos implican sales de ácido metacristalino. Al estar en el aire, las soluciones de silicatos crecen turbias, ya que el dióxido de carbono (IV) en el aire desplaza el ácido silícico de sus sales:
El ácido silícico es prácticamente insoluble en agua, esta propiedad se utiliza como una reacción cualitativa al ion.
Los silicatos se obtienen mediante la fusión de sílice con álcalis o carbonatos:
Los silicatos más utilizados son el sodio y el potasio. Las soluciones concentradas de estas sales se llaman vidrio líquido; Tienen una reacción fuertemente alcalina debido a la hidrólisis. El vidrio líquido se utiliza en la fabricación de pegamentos y telas impermeables.
El silicio y sus compuestos. Industria del silicato
Silicio - Elemento IVUn gruposcomo el carbono Por lo tanto, en el nivel de energía externa, él tiene cuatro electrones. Estos cuatro electrones los puede dar y manifestar. propiedades reductoras, mientras que su grado de oxidación será igual a +4 y puede adjuntar cuatro electrones y manifestar propiedades de oxidaciónmientras que el grado de oxidación tendrá -4 .
En la naturaleza El silicio es el segundo elemento químico después del oxígeno. En la naturaleza el solo se encuentran como compuestos. Los compuestos de silicio más comunes son el óxido de silicio (IV) - SiO 2 - sílice. En la naturaleza, forma un mineral. cuarzo. Su variedad es cristal de roca, amatista, ágata, topacio, ópalo, jaspe, calcedonia, cornalina, que se utilizan como piedras ornamentales y semipreciosas.
Silicatos naturales - sustancias complejas. Su composición está representada en varios óxidos. Los silicatos, que incluyen aluminio, se llaman aluminosilicatos. Es caolinita, feldespato, mica.
Asbesto También es silicato y se utiliza para la fabricación de telas refractarias.
De las variedades de minerales a base de óxido de silicio (IV), las personas primitivas hicieron herramientas. Ha comenzado el silicio edad de piedra, es decir, el siglo de las herramientas de pedernal debido a su disponibilidad y la capacidad de formar filos cortantes afilados.
El óxido de silicio (IV) da fuerza a los tallos de las plantas y las cubiertas protectoras de animales.
Gracias a este óxido, las cañas, las cañas, las colas de caballo permanecen firmes y las hojas de juncia cortadas, los tallos de cereales no caen de la lluvia y el viento, y las escamas de pez, las conchas de insectos, las alas de mariposa, las plumas de las aves y el pelo de los animales son duraderos.
El silicio es un componente de las algas diatomeas y los radiolarios.
Industria del silicio recibe Recuperación de coque de óxido de silicio (IV) en hornos eléctricos.
Lo consiguen en el laboratorio. Reducción de óxido de silicio (IV) con aluminio o magnesio.
El silicio existe en la forma. dos modificaciones alotrópicas: amorfo y cristalino.
Silicio amorfo Es un polvo marrón.
Cristal de silicio - Gris oscuro sólido con un brillo metálico. Es frágil y refractario. Esto se debe a la estructura de sus cristales. La estructura del silicio es similar a la estructura del diamante, es decir, en este cristal, cada átomo está rodeado por otros cuatro átomos y está asociado con ellos. enlaces covalentes.
Silicio es un semiconductor. Con el aumento de la temperatura, aumenta su conductividad eléctrica. Por ejemplo, las baterías solares se instalan en satélites, naves espaciales, estaciones y techos. Estas baterías convierten la energía solar en energía eléctrica, debido a los cristales semiconductores como el silicio.
A temperatura ambiente, el silicio es inerte., pero cuando se calienta reacciona con metales y no metales.
Silicio quemaduras en oxigeno Con la formación de óxido de silicio (IV).
En esta reacción, el silicio aumenta su estado de oxidación de 0 a +4, y el oxígeno disminuye de 0 a -2. Por lo tanto, el silicio actúa como un agente reductor, y el oxígeno, como un agente oxidante.
Las propiedades reductoras del silicio se utilizan en metalurgia para obtener algunos metalesde sus óxidos.
El silicio reacciona con los metales cuando se calienta., formando compuestos que se denominan. siliciuros. Por ejemplo, el siliciuro de magnesio se forma en la reacción de magnesio con silicio. En esta reacción, el magnesio aumenta su estado de oxidación de 0 a +2, y el silicio disminuye de 0 a -4. Por lo tanto, el magnesio es un agente reductor, y el silicio es un agente oxidante.
Los siliciuros se descomponen fácilmente con agua o ácidos.esto produce gas silano - Compuesto de hidrógeno de silicio. Entonces, cuando el siliciuro de magnesio interactúa con el ácido clorhídrico, se forman cloruro de magnesio y gas silano.
El silano en el aire se enciende y arde con la formación de óxido de silicio (IV) y agua.
El silicio interactúa con las soluciones alcalinas concentradas.. Por ejemplo, la interacción del silicio con una solución concentrada de hidróxido de sodio produce silicato de sodio e hidrógeno.
Se puede obtener silicio. Calentando sílice (IV) con magnesio o carbono.
En la reacción con magnesio, el magnesio reduce el silicio del óxido de silicio (IV), y en la reacción del óxido de silicio (IV) con carbono, el carbono restaura el silicio de su óxido.
Óxido de silicio (IV), sílice - SiO 2 es una sustancia sólida, muy refractaria, insoluble en agua. Este oxido tiene red cristalina atómicaEn qué nodos hay átomos de silicio y oxígeno.
El óxido de silicio (IV) es óxido de ácidoPor lo tanto, exhibe todas las propiedades características de estos óxidos. Sin embargo, este óxido no se disuelve en agua, pero reacciona con soluciones alcalinas.. Así, el silicato de sodio y el agua se forman en la reacción de óxido de silicio (IV) con hidróxido de sodio.
Óxido de silicio (IV) reacciona con óxidos básicos cuando se calienta.. Así, en la reacción con óxido de calcio, se forma silicato de calcio.
Óxido de silicio (IV) interactúa cuando se calienta con carbonatos., por lo que en la reacción con carbonato de sodio se forman silicato de sodio y dióxido de carbono.
Los silicatos de sodio y potasio se llaman vidrios solubles. Sus soluciones acuosas son. pegamento de silicato.
El óxido de silicio (IV) reacciona con fluoruro de hidrógeno y ácido fluorhídrico para formar fluoruro de silicio gaseoso.
Esta propiedad se utiliza para el grabado en inscripciones de vidrio, dibujos y etiquetas.
La composición del ácido silícico. Puede expresarse como H 2 SiO 3. El ácido silícico es una sustancia gelatinosa, insoluble en agua. Ella se refiere a ácidos muy débiles (incluso más débil que el carbón). Al secarse, la solución que contiene ácido silícico se forma. gel de sílice, que se utiliza como adsorbente.
Ácido silícico conexión suelta y cuando se almacena o se calienta, se descompone en sílice (IV) y agua.
Reacción cualitativa al ion silicato. Es la reacción de los silicatos con soluciones de ácidos fuertes, esto forma ácido silícico en forma de un precipitado gelatinoso. Por ejemplo, en la reacción de silicato de sodio con ácido clorhídrico se forma una sal: cloruro de sodio y ácido silícico en forma de un precipitado gelatinoso.
Hagamos un experimento. Para ello, deje que el dióxido de carbono pase por una solución de silicato de sodio. En este caso, podemos observar la formación de sedimentos gelatinosos. Esto formó ácido silícico. Por lo tanto, el ácido silícico es muy débil, incluso más débil que el ácido carbónico, que puede desplazarlo de la solución salina.
Y ahora a este sedimento gelatinoso agregamos una solución concentrada de álcali y calentamos una lámpara de espíritu sobre la llama. El precipitado comienza a disolverse como resultado de la formación de una sal soluble, silicato de sodio.
Se usa silicio Para materiales semiconductores y aleaciones resistentes a los ácidos. Un compuesto de silicio como carburo de silicio - SiC: se usa para moler los incisivos de las máquinas de corte de metal y para moler piedras preciosas, porque en la dureza es inferior solo al diamante.
La cristalería química de cuarzo se fabrica con cuarzo, que soporta altas temperaturas y cambios bruscos de temperatura.
Silicatos solubles en agua de sodio y potasio (" vidrio soluble") Utilizado como agente refractario para la impregnación de madera y telas. Para la fabricación de textiles ignífugos y aislantes también se utilizan silicatos naturales - amianto.
Por industria del silicato incluye producción.:
· Gafas;
· Productos de cerámica (porcelana, loza de cerámica), ladrillos, tejas y materiales para techos;
· Cemento.
Los compuestos de silicio son la base para la producción de vidrio y cemento. Por ejemplo, el vidrio de ventana ordinario se produce mediante la fusión de una mezcla de soda, piedra caliza y arena. El vidrio tiene la capacidad de ablandarse y en estado fundido para tomar una forma diferente, por lo que se utiliza para la producción de platos.
Ciertas propiedades del vidrio dan aditivos. Por ejemplo, si reemplaza el óxido de sodio con óxido de potasio, puede obtener un sólido vidrio bohemioañadiendo óxido de plomo (II) se puede obtener cristalañadiendo óxido de cromo (III) se puede obtener vidrio verdeal agregar óxido de cobalto azul, y la adición de óxido de manganeso (II) - violeta. Añadiendo sales de oro y selenio, obtenemos vidrio rubíde las cuales están hechas las estrellas Kremlin de Moscú.
Para mejorar las propiedades mecánicas del vidrio se somete. apagando. El endurecimiento es que el vidrio de una composición especial se calienta a una temperatura de unos 600 ° C y luego se enfría rápidamente. Tal endurecimiento le permite obtener vidrio a prueba de balas.
El vidrio ha sido conocido por el hombre durante mucho tiempo, hace tres o cuatro mil años, la producción de vidrio era Egipto, Siria, Fenicia, Mar Negro.
El vidrio es un material increíble. En Roma antigua los artesanos aprendieron cómo obtener vidrio de color y hacer mosaicos de sus piezas. Las vidrieras de las iglesias, museos, varios paneles de mosaico están hechos de vidrio.
Aplicaciones de vidrio Extenso: es una ventana, botella, lámpara, espejo y óptica.
La principal materia prima en la fabricación de productos cerámicos es la arcilla.. Cuando la arcilla se mezcla con agua, se forma una masa pastosa que, después del secado y la cocción, es capaz de mantener su forma. Algunas tapas de cerámica. formación de hielo - Una capa delgada de material vítreo. Glaze hace que la cerámica sea impermeable, la protege de la contaminación, protege contra la acción de los ácidos y álcalis, agrega brillo.
Un importante compuesto de silicona es cemento. Se obtiene por sinterización de arcilla y caliza. Si mezclas cemento en polvo con agua, los llamados " mortero de cemento, Que luego se endurece gradualmente. Si se agrega al cemento arena o grava, se obtiene hormigón. La resistencia del concreto puede aumentarse si se ingresa al marco de hierro, entonces resulta que hormigón armadoDe los cuales se fabrican paneles de pared, bloques de superposiciones.
El silicio se obtuvo en 1824 año por el químico sueco Bercalio. Pero doce años antes, el silicio consiguió. Gay Lussac Y TenarPero estaba muy contaminada con impurezas.
Nombre latino silicio de latin silex - "pedernal". El nombre ruso "silicio" proviene del griego. kremnos - "Acantilado, roca".
Por lo tanto, silicio - elemento IVUn grupos Se caracteriza por estados de oxidación +4 y -4. En reacciones con oxígeno y otros no metales, exhibe propiedades reductoras y en reacciones con metales - oxidantes. En la naturaleza, el silicio se encuentra en forma de compuestos. Su compuesto más común es el óxido de silicio (IV) - sílice, que es un óxido ácido y exhibe propiedades características de estos óxidos. El compuesto de hidrógeno del silicio es silano. Sih 4 , que se forma por la acción de ácidos o agua sobre siliciuros - compuestos metálicos con silicio. El óxido de silicio (IV) corresponde al ácido silícico. Este débil ácido dibásico, gelatinoso, insoluble en agua. Una reacción cualitativa al silicato-ion es la acción de los ácidos fuertes sobre los silicatos, ya que como resultado de estas reacciones se forma un precipitado gelatinoso, el ácido silícico. El óxido de silicio (IV) y los silicatos son ampliamente utilizados en la industria. La industria del silicato incluye la producción de vidrio y cemento, productos cerámicos y ladrillos.