Характеристика кремния

В отличие от углерода, кремний встречается в виде одной устойчивой модификации. Для кремния также характерна sp³-гибридизация электронных орбиталей. На внешнем электронном слое атома кремния есть валентные 3d-орбитали (Si: 3s²3p²3d⁰), что отличает структуру внешнего слоя атома кремния от атома углерода (С: 2s²2p²). Вакантные 3d-орбитали могут участвовать в образовании связей, что сказывается на свойствах образуемых простых веществ: алмазоподобная модификация углерода – диэлектрик, а алмазоподобная модификация кремния – полупроводник.

Кремний – второй элемент по распространенности в атмосфере Земли (27,6%). Встречается только в связанном виде в различных горных породах и продуктах их выветривания, в виде оксидов и силикатов, из которых на 90% состоит земная кора.

Получение кремния:

1 В лаборатории кремний получают восстановлением диоксида кремния SiO₂ магнием:

SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si

2 В промышленности для получения кремния, его диоксид восстанавливают углеродом в электрической печи:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO.

3 Кремний высокой частоты (полупроводниковый) получают восстановлением водородом соединений SiCl₄, SiHCl₃:

SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl,

SiHCl₃ + H₂ = Si + 3HCl,

а также термическим разложением силана:

SiH₄ → Si + 2H₂.

 

Химические свойства кремния

 

Алмазоподобный кремний – темно-серое, почти черное вещество с металлическим блеском. Это типичный полупроводник. Кремний тугоплавок, обладает большой твердостью. Химически инертен. При комнатной температуре взаимодействует только с F₂, Cl₂ и раствором горячей щелочи:

Si + H₂O + 2KOH = K₂SiO₃ + 2H₂.

Кремний растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот:

3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂[SiF₆] + 4NO + 8H₂O.

среда

В приведенных реакциях кремний проявляет восстановительные свойства и степень его окисления в продуктах реакции равна +4.

При высокой температуре кремний вступает во взаимодействие со многими металлами, образуя силициды (кремний является окислителем):

2Mg + Si = Mg₂Si.

 

Важнейшие соединения кремния

Соединения кремния с водородом и галогенами

Кремний не реагирует с водородом. Силаны (Si_nH_2n+2), где n=1– 6, получают косвенным путем:

Mg₂Si + 2H₂SO₄ → SiH₄ + 2MgSO₄.

Моносилан SiH₄ получают окислением гидридоалюмината лития хлоридом кремния:

SiCl₄ + Li[AlH₄] → LiCl + SiH₄↑ + AlCl₃.

Силаны – легколетучие вещества. Ядовиты. На воздухе они воспламеняются. Они реакционноспособны и являются сильными восстановителями, реагируют с водой при комнатной температуре:

SiH₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4H₂↑,

в щелочной среде:

SiH₄ + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 4H₂↑.

С галогенами реагируют быстро со взрывом:

SiH₄ + 2Cl₂ → SiCl₄ + 2H₂↑.