Соединения кремния с кислородом

Подобно углероду, кремний с кислородом образует два оксида: SiO и SiO₂.

Монооксид кремния SiO в природе не встречается, его можно получить восстановлением SiO₂ при 1350 – 1500 ⁰С углем:

SiO₂ + C = SiO + CO.

Быстрым охлаждением полученных паров SiO получают в твердом состоянии. При медленном охлаждении SiO диспропорционирует:

2SiO = Si + SiO₂.

Твердый SiO – порошок темно-желтого цвета, не проводит электрический ток и является прекрасным изолятором. Оксид кремния (II) легко растворяется в щелочах, то есть проявляет восстановительные свойства:

SiO + 2 NaOH = Na₂SiO₃ + H₂.

Диоксид кремния SiO₂ (кремнезем). Кристаллический SiO₂ встречается в виде минерала кварца, который является составной частью песчаников и морского песка. Хорошо образованные кристаллы кварца, часто с окрашивающими его примесями, представляют собой следующие минералы: горный хрусталь (белый, прозрачный), дымчатый кварц или раух-топаз (от серого до коричневого), розовый кварц, аметист (фиолетовый), цитрин (желтый).

Кристалл кварца представляет собой гигантскую полимерную молекулу, состоящую из отдельных тетраэдров, в которых атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода осуществляет мостиковую трехцентровую связь, являясь общим угловым атомом для двух тетраэдров. Взаимное расположение этих тетраэдров, связанных общими вершинами, может быть различным, что обуславливает существование огромного многообразия структур силикатных материалов.

Наряду с обычными σ-связями между атомами Si и О возникают еще и не локализованные π-связи, которые образуются по донорно-акцепторному механизму за счет свободных 3d-орбиталей атома кремния и неподеленных 2р-электронных пар атомов кислорода. Подобная структура полимерного диоксида кремния обуславливает ряд свойств кварца, резко отличных от свойств диоксида углерода. Кварц обладает большой твердостью, высокой температурой плавления (1728 ⁰С) и кипения (2950 ⁰С), а также химической стойкостью по отношению к другим реагентам. При охлаждении расплава SiO₂ образуется стекловидная форма – плавленый кварц или кварцевое стекло. На кварц не действуют никакие кислоты, кроме фтороводородной:

SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O,

SiF₄ + 2HF → H₂[SiF₆].

Со щелочами кварц реагирует очень медленно при комнатной температуре, нагревание ускоряет процесс:

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O.

Будучи нелетучим кислотным оксидом SiO₂ при сильном нагревании вытесняет из солей летучие оксиды:

Na₂CO₃ + SiO₂ → Na₂SiO₃ + CO₂↑

При сплавлении SiO₂ с оксидами металлов образуются соли различных кремниевых кислот – силикаты.