Получение кремния

В лаборатории: Восстановлением из оксида магнием или алюминием: SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO; 3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3.

В промышленности: 1)Восстановлением из оксида коксом в электрических печах: SiO2 + 2C -tà Si + 2CO. При таком процессе Si загрязнен карбидами кремния. 2) Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С: SiCl4 +2H2-tàSi + 4HCl, или цинком: SiCl4 + 2Zn -tà Si + 2ZnCl2. 3)Также чистый кремний получается при разложении силана: SiH4 -tà Si + 2H2

Силициды – соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4.

Силициды щелочных и щелочно-земельных металлов характеризуются ионным типом связи, они химически активны. Они легко разлагаются водой или разбавленными кислотами с выделением силана: Ca₂Si + 2H₂SO₄ = 2CaSO₄ + SiH₄.

В силицидах неметаллов ковалентная связь. Среди таких силицидов наибольшее значение имеет карбид кремния – карборунд SiC, имеющий структуру алмаза, он характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах: 2Mg + Si = Mg₂Si,

2MgO + SiO₂ + 4C = Mg₂Si + 4CO.

Силан SiH₄. (моносилан).

Образуются при действии на силицид магния соляной кислотой: Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4.

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2Н2O (самовоспламенение на воздухе) Активно взаимодействует со щелочами: SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2. При нагревании разлагается: SiH4 = Si + 2H2.

 

Оксид кремния (IV) – кислотный оксид.

В природе – речной песок, кварц.

1) Не реагирует с водой – т.к. кремниевая кислота нерастворима.

2) При сплавлении реагирует со щелочами: SiO₂ + 2KOH -tàK₂SiO₃ + H₂O

3) Реагирует с основными оксидами: SiO₂ + MgО -tàMgSiO₃ и карбонатами щелочных металлов: SiO₂ + K₂CO₃ -tà K₂SiO₃ + CO₂ при сплавлении.

4) Из кислот растворяется только в плавиковой: SiO₂ + 6HF = H₂[SiF₆] + 2H₂O

5) При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний: SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

или при избытке восстановителя – силициды: SiO₂ + 4Mg = Mg₂Si + 2MgO.

6) Взаимодействие с неметаллами.

Реагирует с водородом: SiO₂ + 2Н₂ = Si + 2Н₂O,

Взаимодействует с углеродом: SiO₂ + 3С = SiС + 2СO.

Кремниевая кислота.

Имеет полимерное строение и состав xSiO₂ • yH₂O. В водных растворах доказано существование ортокремниевой H₄SiO₄, метакремниевой H₂SiO₃ кислот.

Получение: только косвенным путём, из солей: Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl

Na₂SiO₃ + 2Н₂O + 2CO₂ = 2NaHCO₃ + H₂SiO₃↓,

Свойства: 1)Растворяются в концентрированных щелочах: H₄SiO₄ +4KOH à K₄SiO₄ + 4H₂O

2)Разлагаются при нагревании: H₂SiO₃ -tàSiO₂ + H₂O

 

Силикаты.

Большинство нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Получение: 1) растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

H₄SiO₄ + 4KOH à K₄SiO₄ + 4H₂O

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + H₂

SiO₂ + 2KOH -tàK₂SiO₃ + H₂O

2) Сплавление оксидов: СаО + SiO₂ -tà CaSiO₃

3) Взаимодействие солей: K₂SiO₃ + CaCl₂ = CaSiO₃ + 2KCl

Стекло – тоже силикат.

Состав обычного оконного стекла: Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na₂CO₃, известняка CaCO₃ и белого песка SiO₂: 6SiO₂ + Na₂CO₃ + CaCO₃ = Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂.

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb²⁺ – хрусталь; Cr³⁺ – имеет зеленую окраску, Fe³⁺ – коричневое бутылочное стекло, Co²⁺ – дает синий цвет, Mn²⁺ – красновато–лиловый.