Соединения кремния с водородом.

 

Непосредственно с водородом кремний не взаимодействует. Только при действии воды или кислоты на силициды образуется смесь кремневодородов, называемых силанами: газообразных и жидких, напоминающих предельные углеводороды, Si_nH_{2n +2}. В отличие от углеводородов, силаны более реакционноспособны в окислительно-восстановительных реакциях, в которых они всегда проявляют свойства восстановителей за счет Si^-4:

SiH₄ + O₂ = SiO₂ + 2H₂O

 

Соединения кремния с кислородом.

 

Кремний образует с кислородом один оксид SiO₂. Твердое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде и кислотах, за исключением плавиковой кислоты (HF), в которой оксид кремния образует газообразный тетрафторид кремния:

SiO₂ + 4HF = SiF₄↑ + 2H₂O

Нерастворимый в воде оксид кремния (IV) обладает слабыми кислотными свойствами, поэтому он взаимодействует с основными оксидами и основаниями, но только при высоких температурах:

Na₂O + SiO₂ = Na₂SiO₃ 2NaOH + SiO₂ = Na₂SiO₃ + H₂O

Соответствующая оксиду SiO₂ кремниевая кислота может быть получена в водном растворе только из силикатов при действии на них более сильных кислот:

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃↓ + Na₂CO₃

Кремниевая кислота – очень слабая кислота, и поэтому растворимые в воде силикаты щелочных Ме подвергаются сильному гидролизу по аниону, образуя щелочную среду:

SiO₃^2- + H-OH ↔ HSiO₃^- + OH^-

HSiO₃^- + H-OH ↔ H₂SiO₃ + OH^-

В окислительно-восстановительных реакциях оксид кремния (IV) является очень слабым окислителем и может восстанавливаться только сильными восстановителями, такими как Mg или Ca и то при высоких температурах (>1000⁰С):

2Mg + SiO₂ = Si + 2MgO

По содержанию в организме человека (10^-3%) кремний относится к микроэлементам. Его роль в биологических системах еще не установлена: предполагают, что он необходим для роста и скелетообразования некоторых животных, а также для развития растений. Однако повышенное содержание кремния в питьевой воде приводят к осложнениям сердечной деятельности у человека.

 

Вопросы для контроля

1. Охарактеризуйте положение кремния в периодической системе Д.И.Менделеева. какие степени окисления характерны для кремния.

2. Какие вы знаете соединения кремния с галогенами, водородом, кислородом, азотом, металлами? Напишите формулы этих соединений. Как они могут быть получены?

3. Чем отличается оксид кремния (IV) от других кислотных оксидов?

 

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1. Сверхчистый кремний для транзисторов получают путем превращения химически чистого кремния в бромид кремния (IV), который затем восстанавливают водородом. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Почему не растворяющийся в концентрированной азотной кислоте кремний растворяется в смеси HNO₃ и HF? Какую роль играет HF в такой смеси?

3. Составьте уравнения реакций между: а) кремнеземом и содой; б) кремнеземом и гидроксидом бария; в) силикатом калия и фтороводородной кислотой.

4. Каков характер среды водного раствора силиката калия? Подтвердите ответ молекулярным и ионными уравнениями реакции, происходящей в этом растворе.

5. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) SiO₂ → Si → Mg₂Si → SiH₄ → SiO₂ → Na₂SiO₃ → H₂SiO₃;

б) SiCl₄ → Si → K₂SiO₃ → H₂SiO₃ → SiO₂ → стекло.

6. В трех пробирках имеются растворы силиката натрия, карбоната натрия и сульфида калия. С помощью какого одного реактива можно определить каждый из указанных растворов? Приведите уравнения соответствующих реакций.

7. Имеется смесь кремния, графита и карбоната кальция. Найдите ее количественный состав, если известно, что при обработке 34 г смеси раствором NaOH получено 22,4 л газа (н.у.), а при обработке такой же порции смеси соляной кислотой получено 2,24 л газа (н.у.).

8. Имеется смесь кремния, алюминия и карбоната кальция. Каков ее количественный состав, если известно, что при обработке смеси избытком раствора щелочи выделяется 17,92 л газа (н.у.), а при обработке такой же порции смеси соляной кислотой – также 17,92 л газа, пропускание которого через раствор гидроксида кальция образовалось 16,2 г Са(НСО₃)₂?

 

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ