Křemík a jeho sloučeniny: vzorce

Silikon (Si) je druhým prvkem hlavní (A) podskupiny 4 periodické tabulky, kterou založil Dmitri Ivanovich Mendeleev. Křemík je v přírodě velmi běžný, takže na druhém místě (po kyslíku) v hojnosti. Takže bez křemíku a jeho sloučenin by neexistovala zemská kůra, která je více než čtvrtina sloučenin tohoto chemického prvku. Jaké jsou vlastnosti křemíku? Jaké jsou vzorce jeho sloučenin a jejich použití? Jaké jsou nejdůležitější látky ve složení křemíku? Pokusíme se to na to přijít.

Prvek křemíku a jeho vlastnosti

Křemík existuje v přírodě v několika alotropických modifikacích - křemík v krystalické formě a amorfní křemík jsou nejčastějšími. Zvažte každou z těchto změn samostatně.

Křišťálový křemík

Křemík v této modifikaci je tmavě šedá, poněkud tvrdá a křehká látka s ocelovým leskem. Takový křemík je polovodič; jeho užitečnou vlastností je, že na rozdíl od kovů se jeho elektrická vodivost zvyšuje se zvyšující se teplotou. Teplota tání tohoto křemíku je 1415 ° C. Kromě toho krystalický křemík není schopen rozpustit ve vodě a různých kyselinách.

Použití křemíku a jeho sloučenin v krystalické modifikaci je neuvěřitelně rozmanité. Například krystalický křemík je součástí solárních panelů instalovaných na kosmických lodích a střechách. Silikon je polovodič a je schopen přeměnit solární energii na elektrickou energii.

Kromě solárních článků se krystalický křemík používá k výrobě mnoha elektronických zařízení a silikonových ocelí.

Amorfní křemík

Amorfní křemík je hnědý / tmavě hnědý prášek z diamantové struktury. Na rozdíl od krystalického křemíku tato alotropická modifikace prvku nemá přísně uspořádané krystalová mřížka. Navzdory skutečnosti, že amorfní křemík se taví při teplotě přibližně 1400 ° C, je mnohem aktivnější než krystalický. Amorfní křemík nevede proud a má hustotu asi 2 g / cm3.

Takový křemík se nejčastěji používá v potravinářském průmyslu a ve výrobě léků.

Chemické vlastnosti křemíku

• Hlavní chemická vlastnost křemíku je spalování v kyslíku, v důsledku čehož vzniká extrémně obyčejná sloučenina - oxid křemíku:

Si + O ₂ → SiO ₂ (při teplotě).

• Při zahřátí tvoří křemík jako nekovová sloučenina různé kovy. Takové sloučeniny se nazývají silicidy. Například:

2Ca + Si → Ca ₂ Si (při teplotě).

• Silicidy jsou zase snadno rozloženy vodou nebo některými kyselinami. V důsledku této reakce vzniká speciální vodíková sloučenina křemíku - silanový plyn (SiH4):

Mg2Si + 4HC1 → 2MgCl2 + SiH4.

• Křemík je také schopen interagovat s fluorem (za normálních podmínek):

Si + 2F2 → SiF4.

• Při zahřátí křemík reaguje s jinými nekovy:

Si + 2Cl2 → SiCl4 (400-600 °).

3Si + 2N ₂ → Si 3N ₄ (1000 °).

Si + C - SiC (2000 ° C).

• Také křemík, který interaguje s alkalickými látkami a vodou, tvoří soli, nazvané křemičitany, a plynný vodík:

Si + 2KOH + H ₂ O → K ₂ SiO ₃ + H ₂ .

Budeme však analyzovat většinu chemických vlastností tohoto prvku vzhledem k křemíku a jeho sloučeninám, protože jsou hlavními látkami, na kterých se křemík používá a interaguje s jinými chemickými prvky. Které sloučeniny křemíku jsou nejběžnější?

Křemíkové sloučeniny

Dříve jsme zjistili, jaký prvek křemík je a jaké vlastnosti má. Nyní zvažte vzorce sloučenin křemíku.

S účinkem křemíku se vyrábí obrovské množství různých sloučenin. Prvním místem prevalence jsou kyslíkové sloučeniny křemíku. Si02 a nerozpustná kyselina křemičitá patří do této kategorie.

Kyselý zbytek kyseliny křemičité tvoří různé křemičitany (například CaSi03 nebo AI2O3 • Si02). U takových solí a výše uvedených sloučenin křemíku s kyslíkem má prvek typický oxidační stav +4.

Rovněž jsou velmi běžné křemíkové soli - silicidy (Mg ₂ Si, NaSi, CoSi) a sloučeniny křemíku s vodíkem (například silanový plyn). Silan, jak je dobře známo, se sama vznítí ve vzduchu s výskytem zářivého záblesku a silicidy se snadno rozkládají pomocí vody a různých kyselin.

Zvažte podrobněji křemík a jeho sloučeniny, které jsou považovány za nejběžnější.

Oxid křemičitý

Dalším názvem tohoto oxidu je oxid křemičitý. Je to pevná a žáruvzdorná látka, která není rozpustná ve vodě a kyselinách a má atomovou krystalovou mřížku. V přírodě tvoří oxid křemíku takové minerály a drahé kameny jako křemen, ametyst, opál, achát, chalcedon, jaspis, křemelina a některé další.

Stojí za zmínku, že primitivní lidé vyráběli z křemíku své nástroje práce a lovu. Flint označil začátek tzv. Doby kamenné díky své rozšířené dostupnosti a schopnosti vytvářet ostré řezné hrany během štěpení.

Jedná se o oxid křemíku, který vytváří stonky rostlin, jako jsou rákosí, rákosí a přesličky, lodyhy a obilné lodyhy silné. Křemík je také obsažen v ochranných krytech některých zvířat.

Kromě toho tvoří základ silikátového lepidla, díky němuž jsou vytvořeny silikonové tmely a silikonová pryž.

Chemické vlastnosti oxidu křemičitého

Oxid křemičitý reaguje s obrovským množstvím chemických prvků - kovů i nekovů. Například:

• Při vysokých teplotách interaguje s oxidem křemičitým s alkalickými látkami a vytváří tak soli:

Si02 + 2KOH → K2Si03 + H20 (při teplotě).

• Jako typický oxid kyseliny produkuje tato sloučenina silikáty jako výsledek interakce s oxidy různých kovů:

SiO ₂ + CaO → CaSiO ₃ (při teplotě).

• Nebo s uhličitanovými solemi:

Si02 + K2C03 → K2Si03 + C02 _↑ (při teplotě).

• Jednou z nejdůležitějších chemických vlastností oxidu křemičitého je možnost získat z něj čistý křemík. To lze provést dvěma způsoby - reakcí oxidu s hořčíkem nebo uhlíkem:

Si02 + 2Mg → 2MgO + Si (při teplotě).

SiO ₂ + 2C → Si + 2CO _↑ (při teplotě)

Kyselina křemičitá

Kyselina křemičitá je velmi slabá. Je nerozpustný ve vodě a během reakcí vytváří želatinovou sraženinu, která je někdy schopna vyplnit celý objem roztoku. Když tato směs vyschne, můžete vidět vzniklý silikagel, který se používá jako adsorbent (absorbér jiných látek).

Nejlevnější a běžnější způsob výroby kyseliny křemičité lze vyjádřit pomocí vzorce:

K ₂ SiO ₃ + 2HCl → 2KCl + H ₂ SiO _{3 ↓} .

Silicidy

Vzhledem k silikonu a jeho sloučenin je velmi důležité říci o jeho solích, jako jsou silicidy. Takové sloučeniny tvoří křemík s kovy, které se získávají zpravidla současně oxidační stav -4. Avšak kovy jako rtuť, zinek, beryllium, zlato a stříbro nejsou schopny interagovat s křemíkem a vytvářet silicidy.

Nejběžnějšími silicidy jsou Mg ₂ Si, Ca ₂ Si, NaSi a další.

Silikáty

Sloučeniny, jako jsou křemičitany, jsou druhým nejsilnějším po křemíku. Soli-silikáty jsou považovány za velmi složité látky, protože mají složitou strukturu, stejně jako jsou součástí většiny nerostů a hornin.

Mezi nejběžnější křemičitany v přírodě - aluminosilikáty - patří žula, slída, různé druhy jílu. Také známý silikát je azbest, ze kterého jsou vyrobeny ohnivzdorné tkaniny.

Použití křemíku

Především se křemík používá k získání materiálů - polovodičů a slitin odolných vůči kyselinám. Karbid křemíku (SiC) se často používá pro ostření obráběcích strojů a broušení drahých kamenů.

Stabilní a silné křemenné zboží je vyrobeno z roztaveného křemene.

Křemíkové sloučeniny jsou základem výroby skla a cementu.

Okuláry se liší od sebe v kompozici, ve kterém je křemík nezbytně přítomen. Například, kromě okna, jsou žárovzdorné, křišťálové, křemenné, barevné, fotochromní, optické, zrcadlové a jiné sklo.

Když se cement mísí s vodou, vzniká speciální látka - cementová malta, z níž se následně získá stavební materiál, jako je beton.

Silikátový průmysl se zabývá výrobou těchto látek. Kromě skla a cementu se v silikátovém průmyslu získávají cihly, porcelán, kamenina a různé výrobky z nich.

Závěr

Zjistili jsme, že křemík je nejdůležitější chemický prvek, který je v přírodě rozšířen. Silikon se používá ve stavebních a uměleckých činnostech, stejně jako nezbytný pro živé organismy. Mnoho látek, od jednoduchého skla po nejcennější porcelán, je složeno z křemíku a jeho sloučenin.

Studium chemie nám umožňuje poznat svět kolem nás a pochopit, že ne všechno kolem, dokonce ani nejkrásnější a nejdražší, je stejně tajemné a tajemné, jak se zdálo. Přejeme vám úspěch v oblasti vědeckých poznatků a studium tak krásné vědy jako chemie!