Descrizione del silicone. Silicio e suoi composti. Industria dei silicati
Silicio e suoi composti. Industria dei silicati
Silicio - Elemento IVla gruppicome il carbonio. Pertanto, a livello di energia esterna, ha quattro elettroni. Questi quattro elettroni che può dare e manifestare riducendo le proprietà, mentre il suo grado di ossidazione sarà uguale a +4 e può attaccare quattro elettroni e manifestare proprietà di ossidazionementre il grado di ossidazione avrà -4 .
In natura il silicio è il secondo elemento chimico dopo l'ossigeno. In natura lui trovato solo come composti. I composti di silicio più comuni sono l'ossido di silicio (IV) - SiO 2 - silice. In natura, forma un minerale quarzo. La sua varietà è il cristallo di rocca, l'ametista, l'agata, il topazio, l'opale, il diaspro, il calcedonio, la corniola, che sono usati come pietre ornamentali e semi-preziose.
Silicati naturali - sostanze complesse. La loro composizione è rappresentata da diversi ossidi. I silicati, che includono l'alluminio, sono chiamati allumino-silicati. Lo è caolinite, feldspato, mica.
amianto È anche silicato e viene utilizzato per la produzione di tessuti refrattari.
Dalle varietà di minerali a base di ossido di silicio (IV), le persone primitive producevano utensili. Il silicio è iniziato età della pietra, ovvero il secolo degli strumenti di selce per la sua disponibilità e la capacità di formare bordi taglienti affilati.
L'ossido di silicio (IV) dà forza ai gambi delle piante e alle coperture protettive per gli animali.
Grazie a questo ossido, canne, canne, equiseti stanno fermi, e le foglie di carice tagliate, gambi di cereali non cadono da pioggia e vento, e squame di pesce, gusci di insetti, ali di farfalla, piume di uccelli e peli di animale sono forti.
Il silicio è un componente delle alghe e dei radiolari della diatomea.
Il settore del silicio riceve recupero di coke di ossido di silicio (IV) in forni elettrici.
Lo prendono in laboratorio riduzione dell'ossido di silicio (IV) con alluminio o magnesio.
Il silicio esiste nella forma due modifiche allotropiche: amorfo e cristallino.
Silicio amorfo è una polvere marrone.
Crystal Silicon - solido grigio scuro con una lucentezza metallica. È fragile e refrattario. Ciò è dovuto alla struttura dei suoi cristalli. La struttura del silicio è simile alla struttura del diamante, cioè, in questo cristallo, ogni atomo è circondato da altri quattro atomi ed è associato ad essi. legami covalenti.
silicio è un semiconduttore. Con l'aumento della temperatura, la sua conduttività elettrica aumenta. Ad esempio, le batterie solari sono installate su satelliti, veicoli spaziali, stazioni e tetti. Queste batterie convertono l'energia solare in energia elettrica, a causa di cristalli di semiconduttori come il silicio.
A temperatura ambiente, il silicio è inerte., ma quando riscaldato reagisce con metalli e non metalli.
silicio brucia in ossigeno con la formazione di ossido di silicio (IV).
In questa reazione, il silicio aumenta il suo stato di ossidazione da 0 a +4 e l'ossigeno diminuisce da 0 a -2. Pertanto, il silicio agisce come agente riducente e ossigeno - come agente ossidante.
Le proprietà riducenti del silicio sono utilizzate nella metallurgia ottenere alcuni metallidai loro ossidi.
Il silicio reagisce con i metalli quando riscaldato, con la formazione di composti che sono chiamati siliciuri. Ad esempio, il siliciuro di magnesio si forma nella reazione del magnesio con il silicio. In questa reazione, il magnesio aumenta il suo stato di ossidazione da 0 a +2 e il silicio si abbassa da 0 a -4. Pertanto, il magnesio è un agente riducente e il silicio è un agente ossidante.
I siliciuri si decompongono facilmente con acqua o acidi.questo produce gas silano - composto di idrogeno di silicio. Quindi, quando il siliciuro di magnesio interagisce con acido cloridrico, si formano cloruro di magnesio e gas silano.
Il silano nell'aria si auto-accende e brucia con la formazione di ossido di silicio (IV) e acqua.
Il silicio interagisce con soluzioni alcaline concentrate.. Ad esempio, l'interazione del silicio con una soluzione concentrata di idrossido di sodio produce silicato di sodio e idrogeno.
Il silicio può essere ottenuto riscaldamento di silice (IV) con magnesio o carbonio.
Nella reazione con il magnesio, il magnesio riduce il silicio dall'ossido di silicio (IV) e nella reazione dell'ossido di silicio (IV) con il carbonio, il carbonio ripristina il silicio dal suo ossido.
Ossido di silicio (IV), silice - SiO 2 è una sostanza solida molto refrattaria, insolubile in acqua. Questo ossido ha reticolo cristallino atomico, in cui i nodi sono atomi di silicio e ossigeno.
L'ossido di silicio (IV) è ossido acidopertanto, presenta tutte le proprietà caratteristiche di questi ossidi. Tuttavia, questo ossido non si scioglie in acqua, ma reagisce con soluzioni alcaline. Pertanto, il silicato di sodio e l'acqua si formano nella reazione dell'ossido di silicio (IV) con idrossido di sodio.
Ossido di silicio (IV) reagisce con ossidi basici quando riscaldato. Pertanto, nella reazione con l'ossido di calcio, si forma calcio silicato.
Ossido di silicio (IV) interagisce quando riscaldato con carbonatiquindi nella reazione con sodio carbonato si formano silicato di sodio e anidride carbonica.
I silicati di sodio e di potassio sono chiamati vetro solubile. Le loro soluzioni acquose sono colla ai silicati.
L'ossido di silicio (IV) reagisce con acido fluoridrico e acido fluoridrico per formare fluoruro di silicio gassoso.
Questa proprietà è usata per incisioni su iscrizioni, disegni ed etichette di vetro.
La composizione di acido silicico può essere espresso come H 2 SiO 3. L'acido silicico è una sostanza gelatinosa e insolubile in acqua. Lei si riferisce a acidi molto deboli (anche più debole del carbone). All'essiccamento si forma la soluzione contenente acido silicico gel di silice, che viene utilizzato come adsorbente.
Acido silicico connessione allentata e se conservato o riscaldato, si decompone in silice (IV) e acqua.
Reazione qualitativa allo ione silicato è la reazione dei silicati con soluzioni di acidi forti, forma l'acido silicico sotto forma di un precipitato gelatinoso. Ad esempio, nella reazione del silicato di sodio con acido cloridrico, si forma un sale - cloruro di sodio e acido silicico sotto forma di un precipitato gelatinoso.
Facciamo un esperimento. Per fare questo, saltare l'anidride carbonica attraverso una soluzione di sodio silicato. In questo caso, possiamo osservare la formazione di sedimenti gelatinosi. Questo ha formato l'acido silicico. Pertanto, l'acido silicico è molto debole, persino più debole dell'acido carbonico, che può spostarlo dalla soluzione salina.
E ora a questo sedimento gelatinoso aggiungiamo una soluzione concentrata di alcali e riscaldiamo una lampada spiritica sulla fiamma. Il precipitato inizia a dissolversi a causa della formazione di un sale solubile, silicato di sodio.
Il silicio è usato per materiali semiconduttori e leghe resistenti agli acidi. Tale composto di silicio come carburo di silicio - SiC - utilizzato per la molatura degli incisivi delle macchine utensili per il taglio dei metalli e per la lucidatura di pietre preziose, perché nella durezza è inferiore solo al diamante.
La vetreria chimica al quarzo è fabbricata al quarzo, che resiste a temperature elevate e sbalzi di temperatura improvvisi.
Silicati idrosolubili di sodio e potassio (" vetro solubile") Utilizzato come agente refrattario per impregnare legno e tessuti. Per la produzione di tessuti ignifughi e isolanti vengono utilizzati anche silicati naturali - amianto.
Nell'industria dei silicati vi è la produzione:
· Vetro;
· Prodotti in ceramica (porcellana, ceramica per maiolica), mattoni, piastrelle e materiali per coperture;
· Cemento.
I composti di silicio sono la base per la produzione di vetro e cemento. Ad esempio, il normale vetro della finestra viene prodotto fondendo una miscela di soda, calcare e sabbia. Il vetro ha la capacità di ammorbidire e allo stato fuso di assumere una forma diversa, quindi è utilizzato per la produzione di piatti.
Alcune proprietà del vetro danno additivi. Ad esempio, se sostituisci l'ossido di sodio con l'ossido di potassio, puoi ottenere un solido vetro di Boemiaaggiungendo piombo (II) ossido può essere ottenuto cristalloaggiungendo ossido di cromo (III) può essere ottenuto vetro verdequando si aggiunge l'ossido di cobalto - blue aggiungendo ossido di manganese (II) - viola. Aggiungere sali di oro e selenio, ottenere vetro rubinodi cui sono fatte le stelle Cremlino di Mosca.
Per migliorare le proprietà meccaniche del vetro è sottoposto tempra. La tempra è che il vetro di una composizione speciale viene riscaldato ad una temperatura di circa 600 ° C, e quindi raffreddato rapidamente. Tale tempra ti consente di ottenere un vetro antiproiettile.
Il vetro è noto all'uomo da molto tempo, tre o quattromila anni fa, la produzione del vetro lo era Egitto, Siria, Fenicia, Mar Nero.
Il vetro è un materiale straordinario. il Roma antica i maestri hanno imparato come ottenere vetro colorato e fare mosaico dai loro pezzi. Vetrate di chiese, musei, vari pannelli a mosaico sono fatti di vetro.
Applicazioni di vetro esteso: è una finestra, una bottiglia, una lampada, uno specchio e un'ottica.
La principale materia prima nella produzione di prodotti ceramici è l'argilla. Quando l'argilla viene mescolata con l'acqua, si forma una massa pastosa che, dopo l'essiccazione e la cottura, è in grado di mantenere la sua forma. Alcune coperte di ceramica smalto - un sottile strato di materiale vetroso. Glaze rende impermeabile la ceramica, la protegge dalla contaminazione, protegge dall'azione di acidi e alcali, conferisce lucentezza.
Un importante composto di silicio è cemento. È ottenuto per sinterizzazione di argilla e calcare. Se mescoli la polvere di cemento con l'acqua, il cosiddetto " malta cementizia, Che poi si indurisce gradualmente. Se aggiungi al cemento sabbia o ghiaia, ottieni calcestruzzo. La forza del calcestruzzo può essere aumentata se entri nel telaio di ferro, poi si scopre cemento armatodi cui pannelli a muro, blocchi di sovrapposizioni sono fatti.
Il silicio è stato ottenuto in 1824 anno dal chimico svedese Bertseliusom. Ma dodici anni prima, il silicio Gay Lussac e Tenar, ma era molto inquinato dalle impurità.
Nome latino silicio dal latino silex - "selce". Il nome russo "silicon" viene dal greco kremnos - "scogliera, roccia".
Così, silicio - elemento IVla gruppo. È caratterizzato da gradi di ossidazione +4 e -4. Nelle reazioni con l'ossigeno e altri non-metalli, mostra proprietà riducenti e nelle reazioni con i metalli - ossidante. In natura, il silicio si trova sotto forma di composti. Il suo composto più comune è l'ossido di silicio (IV) - la silice, che è un ossido acido e presenta proprietà caratteristiche di questi ossidi. Il composto di idrogeno del silicio è silano - SiH 4 , che è formato dall'azione di acidi o acqua su siliciuri - composti metallici con silicio. L'ossido di silicio (IV) corrisponde all'acido silicico. Questo acido debole dibasico, gelatinoso, insolubile in acqua. Una reazione qualitativa allo ione silicato è l'azione degli acidi forti sui silicati, poiché come risultato di queste reazioni si forma un precipitato gelatinoso - acido silicico. L'ossido di silicio (IV) e i silicati sono ampiamente utilizzati nell'industria. L'industria dei silicati comprende la produzione di vetro e cemento, prodotti ceramici e mattoni.
Il silicio si ottiene riducendo il suo ossido con un eccesso di magnesio quando riscaldato:
Delle due modifiche allotropiche del silicio, cristallino e amorfo, il silicio amorfo è più chimicamente attivo. Reagisce con l'ossigeno quando riscaldato, formando
e anche con tutti gli alogeni, ad esempio:
A temperature elevate, il silicio si combina con il carbonio, formando il carborundum - una sostanza che è vicina alla durezza del diamante:
Nelle reazioni con metalli attivi che si verificano con la formazione di siliciuri, il silicio agisce come un agente ossidante:
Sotto l'azione dell'acido cloridrico su siliciuri, si ottiene il silano silano più semplice composto di idrogeno.
Ossido di silicio e acidi silicici.
L'ossido di silicio è una sostanza solida molto refrattaria (punto di fusione, ampiamente distribuito in natura.) Si trova sotto forma di due modificazioni - silice cristallina e amorfa.È un'anidride di un numero di acidi silici la cui composizione può essere espressa dalla formula generale dove x e y sono numeri interi:
1), cioè - acido metasilicico;
2), vale a dire - acido ortocremaico;
3), vale a dire - acido dimetacrilico.
Gli acidi silicici, le cui molecole contengono più di una molecola, appartengono al polisilicio. Il più semplice acido silicico viene spesso chiamato semplicemente acido silicico.
Tutti gli acidi silicici sono molto deboli (più deboli del carbone). I sali di tutti gli acidi silici sono chiamati silicati, sebbene, di regola, nella letteratura educativa i silicati implichino sali dell'acido metacrilico. Quando si trovano in aria, le soluzioni dei silicati si sviluppano torbide, poiché l'anidride carbonica (IV) nell'aria allontana l'acido silicico dai suoi sali:
L'acido silicico è praticamente insolubile in acqua - questa proprietà viene utilizzata come reazione qualitativa allo ione.
I silicati si ottengono fondendo la silice con alcali o carbonati:
I silicati più usati sono sodio e potassio. Le soluzioni concentrate di questi sali sono chiamate vetro liquido; hanno una reazione fortemente alcalina dovuta all'idrolisi. Il vetro liquido viene utilizzato nella produzione di colla e tessuti impermeabili.
- Elemento caratteristico del silicio: struttura elettronica, possibili stati di ossidazione, principali composti: ossido, idrossido. Silicio amorfo e cristallino.
silicio- un elemento del 3 ° periodo e il gruppo IVA del sistema Periodico, il numero seriale è 14. La formula elettronica dell'atomo è 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [10 Ne] 3s 2 3p 2. Il grado caratteristico di ossidazione nei composti + IV.
La scala di ossidazione del silicio:
L'elettronegatività del silicio non è elevata per i non metalli (2,25). Mostra proprietà non metalliche (acido); forma ossidi, acidi silici, un numero molto grande di sali - silicati sotto forma di catene, nastri e reti tetraedri tridimensionali, composti binari. Allo stato attuale, la chimica di composti di silicio organico con legami di Si - C e polimeri organici siliconici - siliconi e gomme siliconiche con legami Si - Si, Si - O e Si - C, è ampiamente sviluppata.
L'elemento più importante della natura inanimata, il secondoper prevalenza chimica. Si trova solo in una forma correlata. Un elemento vitale per molti organismi.
Silicio Si -Sostanza semplice Grossa-cristallina - grigio scuro, con una lucentezza metallica, molto dura, molto fragile, opaca, refrattaria, un semiconduttore comune. Il reticolo cristallino è atomico, i legami Si-Si sono molto forti. Amorfo - bianco o marrone chiaro (con impurità, principalmente Fe), più chimicamente attivo. È stabile nell'aria (è coperto da un film di ossido forte), non reagisce con l'acqua. Reagisce con HF (conc.), Alcali. È ossidato dall'ossigeno, dal cloro. Recuperato da magnesio Sinterizzato con grafite. Importante dal punto di vista industriale è la lega con il ferro - ferrosilicio(12-90% Si). È utilizzato come additivo legante in acciaio e leghe di metalli non ferrosi, un componente di materiali semiconduttori per la microelettronica, una base di siliconi.
Le equazioni delle reazioni più importanti:
receptionnell'industria: il restauro di SiCl 4 o SiO 2 durante la calcinazione:
SiCl 4 + 2Zn = Si+ 2ZnCl 2
SiO 2 + 2Mg = Si+ 2MgO
(L'ultima reazione può essere effettuata in laboratorio, il silicio amorfo rimane dopo il trattamento con acido cloridrico).
Diossido di silicio SiO 2 -Ossido acido Polvere bianca (sabbia di quarzo)e cristalli chiari, prodotto naturale colorato con impurità (Silice) - sotto forma di sabbia e pietra ordinaria (Flint).Il reticolo cristallino è atomico, ogni atomo di silicio è circondato da quattro atomi di ossigeno e ogni atomo di ossigeno è circondato da due atomi di silicio. Ha diverse modifiche di cristallo (tutti i minerali), il più importante - quarzo, tridimichi cristobalite,raro e ottenuto artificialmente - kitit, coesit, stishovit, melanophlogite, silice fibrosa refrattaria, con il lento raffreddamento del fuso, si forma una forma amorfa - vetro al quarzo(in natura, il minerale leshateleit).La forma amorfa più chimicamente attiva.
Praticamente non reagisce con l'acqua (si idratano SiO 2 nH 2 O precipitati dalla soluzione), acidi comuni. Il vetro al quarzo si corrode in HF (conc.). Reagisce con alcali in soluzione (forme ortosilicati)e quando si fondono (prodotti - metasilicati).È facilmente clorurato in presenza di coca cola. Recuperato da coca cola, magnesio, ferro (nel processo di altoforno).
È usato come materia prima industriale nella produzione di vetro silicio, normale, termo e chimicamente resistente,
porcellana, ceramica, abrasivi e adsorbenti, riempitivi di gomma, lubrificanti, adesivi e vernici, componenti di soluzioni per l'incollaggio degli edifici, sotto forma di cristalli singoli di quarzo sono alla base di generatori di ultrasuoni e movimenti precisi di orologi al quarzo. Varietà di quarzo ( cristallo di rocca, quarzo rosa, ametista, quarzo fumé, calcedonio, onyxy ecc.) - pietre preziose, semi-preziose o ornamentali.
Le equazioni delle reazioni più importanti:
Diossido di silicio poliidrato SiO 2 nH 2 O -Acidi silicici a contenuto variabile di SiO 2 e H 2 O. Polimero bianco, amorfo (vetroso) con una catena, un nastro, un foglio, una rete e una struttura a telaio. Una volta riscaldato, si decompone gradualmente. Molto poco solubile in acqua. Sopra il precipitato in soluzione c'è un debole monomerico silicio silicioacido H 4 SiO 4 (struttura tetraedrica, ibridazione sp 3), solubilità di 0,00673 g / 100 g di H 2 O a 20 ° C. A riposo della soluzione si verifica la policondensazione e gli acidi silicici H 6 Si 2 O 7, H 2 Si 2 O 5, H 10 Si 2 O 9, e quindi l'idrosol n (sol metasilicicacidi) e, infine, l'idrogel 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.
È convertito in soluzione dall'azione di alcali concentrati. Le altre proprietà chimiche sono simili a SiO 2. Minerali in natura opalee calcedonio (agata, diaspro).L'acido meta-siliconomico monomero H 2 SiO 3 non è stato ottenuto.
Le equazioni delle reazioni più importanti:
reception: spostamento da acido forte dalla soluzione di silicato, ad esempio:
K 2 SiO 3 + 2НCl + (n - 1) Í 2 O = 2 КCl + SiO 2 nH 2 O↓
Metasilicato di sodio Na 2 SiO 3 -Oksosol. Bianco, quando riscaldato si scioglie senza decomposizione. Si dissolve in acqua fredda (forte idrolisi anionica). Soluzione concentrata colloidale ("vetro liquido", contiene SiO 2 nH 2 O idrosol). Si decompone in acqua calda, reagisce con acidi, alcali, anidride carbonica.
È utilizzato come componente della carica nella produzione di vetro, cementi speciali e calcestruzzi, fa parte di vernici e colle ai silicati, smalti a freddo, catalizzatori di alluminosilicato, nella produzione di carta e cartone, gel di silice e zeoliti sintetiche. Le equazioni delle reazioni più importanti:
reception: fusione di soda con sabbia
Na 2 SiO 3 + SiO 2 = CO 2 + Na 2 SiO 3(1150 ° C)
Silicati.Il silicio in stato di ossidazione + IV è, oltre al SiO 2, in composizione e struttura molto numerose e spesso molto complesse ioni di silicato(quindi, tranne lo zetasilicatoSiO 3 2- e ione ortodonticoSiO 4 4 ioni noti Si 2 O 7 6-, Si 3 O 9 6-, Si 2 O 10 4-, ecc.). Per facilità di registrazione, tutti i silicati sono rappresentati come contenenti ioni SiO 3 2-.
Una soluzione satura di silicati di sodio e di potassio (viscoso "vetro liquido") viene utilizzata come colla ai silicati.
I silicati di sodio e calcio fanno parte del vetro; è ottenuto dalla fusione di quarzo di silicio SiO 2, calcare CaCO 3 e soda Na 2 CO 3:
Spesso la composizione del vetro è espressa in termini di ossidi, ad esempio il normale vetro Na 2 O CaO 6SiO 2.
Tra i minerali di silicato notiamo argilla (alluminosilicati), argilla molto pulita - caolinoAl 2 O 3 2SiO 2 2Í 2 O è usato per fare la porcellana.
Silicati e alluminosilicati sono utilizzati nell'industria per la produzione di ceramica, cemento, calcestruzzo e altri materiali da costruzione.
Silicio SiCl 4.Connessione binaria Liquido incolore, ha una vasta gamma di stato liquido. La molecola ha una struttura tetraedrica (ibridazione sp 3). Termicamente resistente. "Fuma" nell'aria umida. Completamente idrolizzato con acqua. Scomposto da alcali Restaurato da idrogeno, sodio, zinco. Clorinati di allumina
Utilizzato nella produzione di silicio di elevata purezza per la tecnologia dei semiconduttori.
Le equazioni delle reazioni più importanti:
receptionnel industria- Clorazione di silicio o sabbia siliconica SiO 2.
Il silicio cristallino è la forma principale in cui il silicio viene utilizzato nella produzione di convertitori fotoelettrici e dispositivi elettronici a stato solido che utilizzano la tecnologia planare. L'uso del silicio sotto forma di film sottili (strati epitassiali) di una struttura cristallina e amorfa su vari substrati si sta attivamente sviluppando.