Лечение суставов — артроз, артрит, остеохондроз и многое другое

Кремния оксид это


Оксид кремния

Кремний проявляет переменную валентность (II, IV), поэтому может образовывать два оксида кремния – монооксид и диоксид. Они отличаются физическими и химическими свойствами. Подробнее об оксидах кремния говорим в этой статье.

Формула оксид кремния (II) – SiO. Это вязкое, похожее на смолу вещество. Сохраняет аморфное состояние и не окисляется при обычных условиях. Не образует соли, не проводит электричество.

Рис. 1. Монооксид кремния.

Монооксид получают двумя способами:

  • нагреванием (температура выше 400°C) кремния при недостатке кислорода:
  • методом Чохральского при восстановлении диоксида при высоких температурах:

В твёрдом состоянии монооксид представляет собой тёмно-коричневый порошок. Проявляет прочность и инертность в реакциях с кислотами. Растворим в плавиковой кислоте.

Химические свойства монооксида кремния:

  • разлагается при нагревании:
  • реагирует с парами воды при нагревании до 500°C:
  • взаимодействует с углекислым газом при нагревании:
  • реагирует с хлором при температуре 800°C, образуя жидкий хлорид кремния: 2SiO + 4Cl2 → 2SiCl4 + O2.

Монооксид не встречается на Земле в естественной среде. Однако газообразный монооксид входит в состав межзвёздных пылевых облаков.

Оксид кремния (IV) – SiO2. Это твёрдое кристаллическое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. Не проводит электрический ток.

Формулу диоксида имеют песок, кварц, горный хрусталь, яшма, агат, аметист и другие горные породы. Диоксид входит в состав 87 % литосферы.

Рис. 2. Яшма.

Диоксид кремния имеет немолекулярное строение. Кристаллическая решётка состоит из атомов кремния и кислорода, связанных ковалентными связями. К каждому атому кремния присоединено четыре атома кислорода, а каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния.

Рис. 3. Схема строения кристаллической решётки диоксида кремния.

Диоксид можно получить в лаборатории, нагрев кремний до 400-500°C в присутствии кислорода:

Диоксид образуется при действии кислот на растворимые силикаты. В результате образующаяся кремниевая кислота распадается на воду и диоксид:

  • Na2SiO3 + 2Ch4COOH → 2Ch4COONa + h3SiO3↓;

При нормальных условиях реагирует только с плавиковой кислотой. Со щелочами и основными оксидами реагирует при нагревании. Не реагирует с водой. Основные свойства с химическими уравнениями представлены в таблице.

Взаимодействие

Описание

Уравнение

С неметаллами

Реагирует с водородом и углеродом с образованием кремния и карборунда соответственно

– SiO2 + 2Н2 → Si + 2h3O;

– SiO2 + 3С → SiC + 2CO

С активными металлами

Реагирует при температуре выше 1000°С с образованием кремния. При избытке металла образуются силициды

– SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO;

– SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

С фтороводородом

Реагирует с газом и плавиковой кислотой при нормальных условиях

– SiO2 + 4HF → SiF4 + 2h3O;

– SiO2 + 6HF → h3[SiF6] + 2h3O

Со щелочами

Сплавляется с образованием силикатов

SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + 2h3O

С оксидами

Реагирует при высоких температурах

SiO2 + MgO → MgSiO3

С карбонатами щелочных металлов

Взаимодействует при нагревании

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2

Диоксид кремния используется для производства стекла, силикагеля, бетона.

Кремний образует два оксида – монооксид и диоксид. Монооксид – аморфное вещество, не образующее соли. Взаимодействует при нагревании с водяным паром, углекислым газом, хлором. Разлагается на простые вещества при нагревании. Диоксид – песок и его производные. Это кристаллическое вещество с немолекулярным строением. Не реагирует с водой, кислотами (исключение – плавиковая кислота). Взаимодействует с неметаллами, металлами, фтороводородом, щелочами, оксидами, карбонатами. Оксиды кремния – диэлектрики.

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 101.

Page 2

Образовака Химия

  • Константа равновесия химической реакцииТест
  • Сильные и слабые электролитыТест
  • Электрический ток в электролитахТест

obrazovaka.ru

III. Химия элементов-неметаллов

Кремний образует два оксида: монооксид SiO и диоксид SiO2.

Монооксид кремния – неустойчивое соединение, на воздухе медленно окисляется до SiO2. Это тугоплавкий темно-коричневый порошок, обладает хорошими диэлектрическими характеристиками и механической прочностью.

Твердый монооксид кремния не растворяется в кислотах, кроме плавиковой, легко растворяется в щелочах с выделением водорода, является хорошим восстановителем.

Оксид кремния (IV)

Диоксид кремния широко распространен в природе. Кристаллический оксид кремния – это кварц, горный хрусталь, халцедон, яшма, основа кварцевого песка. Очень твердое, прочное, тугоплавкое вещество. При обычном давлении и температуре существуют три кристаллические модификации SiO2: кварц, тридимит и кристобалит. Для каждой модификации известны низкотемпературные α- и высокотемпературные β-формы. Все они построены из тетраэдров SiO4, соединенных с другими тетраэдрами всеми четырьмя атомами кислорода в трехмерные решетки.

Взаимное расположение тетраэдров в различных модификациях совершенно различно, но между собой α- и β- формы отличаются незначительно, поэтому между ними превращения протекают при низких температурах, а взаимные переходы между различными модификациями требуют разрыва связей Si – O – Si, поэтому они протекают при высоких температурах и довольно медленно.

Химические свойства

Химические свойства различных модификаций сходны между собой.

  1. Взаимодействие с металлами

    При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний:

    или при избытке восстановителя – силициды:

      SiO2 + 4Mg = Mg2Si + 2MgO.

  2. Взаимодействие с неметаллами

    Реагирует с водородом:

    Взаимодействует с углеродом:

  3. Свойства кислотного оксида

    Диоксид кремния – типичный кислотный оксид, но не растворяется в воде, при сплавлении реагирует со щелочами:

      SiO2 + 2KOH = K2SiO3 + h3O,

    основными оксидами:

    и карбонатами щелочных металлов:

      SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2.

    С кислотами не реагирует, исключение составляет плавиковая кислота:

      SiO2 + 6HF = h3SiF6 + 2h3O.

ido.tsu.ru

Оксид кремния(IV) - это... Что такое Оксид кремния(IV)?

Кварц Кварцевое стекло

Oксид кремния (IV) (диоксид кремния, кремнезём SiO2) — бесцветные кристаллы, tпл 1713—1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью.

  • Относится к группе кислотных оксидов.
  • При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
  • Растворяется в плавиковой кислоте.
  • SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава — стекла.
  • Один из лучших диэлектриков (электрический ток почти не проводит).
  • Имеет атомную кристаллическую решетку.

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространенная из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии

При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше 573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях. При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 был обнаружен в метеоритном кратере)[источник не указан 506 дней]. Согласно некоторым исследованиям стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газобразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xh3O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

метасиликат кальция:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na2CaSi6O14 (Na2O·CaO·6SiO2) изготовляют оконное стекло.

Следует отметить, что большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400—500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы.

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (Sih5). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремневой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: до 320 м²/г.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Литература

  • Кнунянц И. Л. и др. т.2 Даффа-Меди // Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — 671 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-035-5

dic.academic.ru

Химия кремния

1. Положение кремния в периодической системе химических элементов 2. Электронное строение кремния 3. Физические свойства и нахождение в природе кремния 4. Качественные реакции на силикаты 5. Основные соединения кремния 6. Способы получения кремния 7. Химические свойства кремния 7.1. Взаимодействие с простыми веществами 7.1.1. Взаимодействие с галогенами 7.1.2. Взаимодействие с серой и углеродом 7.1.3. Взаимодействие с водородом 7.1.4. Взаимодействие с азотом 7.1.5. Взаимодействие с активными металлами 7.1.6. Горение 7.2. Взаимодействие со сложными веществами 7.2.1. Взаимодействие с щелочами 7.2.2. Взаимодействие с кислотами 7.2.3. Взаимодействие с азотной кислотой

Бинарные соединения кремния — силициды, силан и др.

Оксид кремния (IV)   1. Физические свойства и нахождение в природе  2. Химические свойства 2.1. Взаимодействие с щелочами и основными оксидами 2.2. Взаимодействие с водой 2.3. Взаимодействие с карбонатами 2.4. Взаимодействие с кислотами 2.5. Взаимодействие с металлами 2.6. Взаимодействие с неметаллами

Кремниевая кислота   1. Строение молекулы и физические свойства   2. Способы получения  3. Химические свойства 

Силикаты 

Кремний

Положение в периодической системе химических элементов

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы  (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кремния

Электронная конфигурация  кремния в основном состоянии:

+14Si 1s22s22p63s23p2    

Электронная конфигурация  кремния в возбужденном состоянии:

+14Si* 1s22s22p63s13p3    

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома кремния — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния 

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO2 образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см3. Полупроводник.

Качественные реакции

Качественная реакция на силикат-ионы SiO32- — взаимодействие  солей-силикатов с сильными кислотами. Кремниевая кислота – слабая. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами.

Например, если к раствору силиката натрия прилить сильно разбавленный раствор соляной кислоты, то кремниевая кислота выделится не в виде осадка, а в виде геля. Раствор помутнеет и «застынет».

Na2SiO3 + 2HCl = h3SiO3 + 2 NaCl

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

Соединения кремния

Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.

Наиболее типичные соединения кремния:

Степень окисления Типичные соединения
+4 оксид кремния (IV) SiO2

кремниевая кислота h3SiO3

силикаты MeSiO3

бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)

-4 силан Sih5

силициды металлов (силицид натрия Na4Si)

Способы получения кремния

В свободном состоянии кремний был получен Берцелиусом в 1822 г. Его латинское название «силиций» произошло от латинского слова «sileх», что означает «кремень». Аморфный кремний в лаборатории можно получить при прокаливании смеси металлического магния с диоксидом кремния. Для опыта диоксид кремния следует тщательно измельчить. При нагревании смеси начинается бурная реакция. Одним из продуктов этой реакции является аморфный кремний.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Однако в таком процессе процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl4 +2h3 → Si + 4HCl

или цинком:

SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2

3. Также чистый кремний получается при разложении силана:

Sih5 → Si + 2h3

Химические свойства

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1. Кремний проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому кремний реагирует и с металлами, и с неметаллами.

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

Si  +  2F2  → SiF4

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом:

Si   +   2Cl2  →   SiCl4

Si    +   2Br2  →   SiBr4

1.2. При сильном нагревании (около 2000оС) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C   +   Si  → SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si   +   2S   →  SiS2

1.3. Кремний не взаимодействет с водородом.

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

3Si  + 2N2  →  Si3N4

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si → Ca2Si

Si    +   2Mg   →    Mg2Si

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом:

Si   +   O2   →  SiO2 

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

Si    +   2NaOH   +   h3O   →   Na2SiO3   +   2h3

2.2. Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот, но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты:

Si    +   6HF  →   h3[SiF6]    +   2h3

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

Si(тв.)    +   4HF(г.)   =   SiF4    +   2h3

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

3Si    +   4HNO3   +   12HF   →  3SiF4   +   4NO   +   8h3O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

Силициды – это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Химическая связь в силицидах металлов — ионная.

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Например, силицид магния разлагается водой на гидроксид магния и силан:

Mg2Si   +   4h3O   →  2Mg(OH)2   +   Sih5

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Mg2Si   +   4HCl   →  2MgCl2   +   Sih5

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si → Mg2Si

2MgO + SiO2 + 4C → Mg2Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом Sih5, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + Sih5

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO2 и h3O:

Sih5    +    2O2  → SiO2   +   2h3O

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

Sih5    +   2h3O   →  SiO2   +  4h3

Силан разлагается (окисляется) щелочами:

Sih5    +   2NaOH   +   h3O   →   Na2SiO3   +   4h3

Силан при нагревании разлагается:

Sih5 → Si + 2h3

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Рассмотрим карбид кремния – карборунд Si+4C-4. Это вещество с атомной кристаллической решеткой. Он имеет структуру, подобную структуре алмаза и характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

SiC +2O2 → SiO2 + CO2

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи:

SiC + 2O2 + 4NaOH → Na2SiO3 + Na2CO3 + 2h3O

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты. SiCl4.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем:

SiO2 + C + Cl2  →  SiCl4 + CO

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

SiCl4   +   3h3O   →  h3SiO3↓    +   4HCl

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом:

SiCl4   +   2h3  →   Si  +   4HCl

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV)  –  это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид. За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.

1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами. При этом образуются силикаты.

Например, диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:

SiO2   +  2KOH   →    K2SiO3   +   h3O 

Еще пример: диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO2   +   CaO   →   CaSiO3

2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой, т.к. кремниевая кислота нерастворима.

3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов. При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.

Например, оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:

SiO2 + K2CO3  → K2SiO3 + CO2

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:

SiO2 + 6HF(г) = SiF4 + h3O

SiO2 + 6HF(р-р) → h3[SiF6] + 2h3O

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

Например, оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Например, оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:

SiO2 + 2Н2 → Si + 2Н2O

Еще пример: оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO2   +   3С → SiС   +   2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

3SiO2     +   Ca3(PO4)2    +   5C   →     3CaSiO3    +    5CO    +   2P

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO2•mh3O. Образует колоидный раствор в воде.

Метакремниевая h3SiO3 существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например, при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Na2SiO3 + 2HCl → h3SiO3 + 2 NaCl

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Na2SiO3 + 2Н2O + 2CO2 → 2NaHCO3 + h3SiO3

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

Например, кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидркосидом калия:

h3SiO3 +4KOH → K2SiO3 + 4h3O

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду:

h3SiO3  →  SiO2 + h3O

Силикаты

Силикаты — это соли кремниевой кислоты.  Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

h3SiO3 + 2KOH → K2SiO3 + 2h3O

Si + 2NaOH + h3O → Na2SiO3 + h3

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + h3O

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО   +   SiO2   →   CaSiO3

3.  Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K2SiO3 + CaCl2    →    CaSiO3 + 2KCl

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: 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.

chemege.ru

Кремний IV оксид

Кремний IV оксид ТУ 6-09-3379-79

SiO2

Диоксид кремния (кремнезём, SiO2; лат. silica) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления+1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе.

Свойства

  • Относится к группе кислотных оксидов.
  • При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
  • Реагирует с плавиковой кислотой.
  • SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава — стекла.
  • Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит, если не имеет примесей и не нагревается).

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO2*nh3O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоемах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO2 — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в метеоритном кратере)[источник не указан 2294 дня]. Согласно некоторым исследованиям, стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xh3O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

метасиликат кальция:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na2CaSi6O14 (Na2O·CaO·6SiO2) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (Sih5). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремниевой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: обычно от 300 м²/г до 700 м²/г .

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Page 2

Кремний двуокись

ТУ 6-09-3379-79

SiO2

Диоксид кремния (кремнезём, SiO2; лат. silica) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления+1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе.

Свойства

  • Относится к группе кислотных оксидов.
  • При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
  • Реагирует с плавиковой кислотой.
  • SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава — стекла.
  • Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит, если не имеет примесей и не нагревается).

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO2*nh3O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоемах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO2 — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в метеоритном кратере)[источник не указан 2294 дня]. Согласно некоторым исследованиям, стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xh3O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

метасиликат кальция:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na2CaSi6O14 (Na2O·CaO·6SiO2) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (Sih5). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремниевой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: обычно от 300 м²/г до 700 м²/г .

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Page 3

Диоксид кремния

ТУ 6-09-3379-79

SiO2

Диоксид кремния (кремнезём, SiO2; лат. silica) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления+1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе.

Свойства

  • Относится к группе кислотных оксидов.
  • При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
  • Реагирует с плавиковой кислотой.
  • SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава — стекла.
  • Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит, если не имеет примесей и не нагревается).

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO2*nh3O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоемах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO2 — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в метеоритном кратере)[источник не указан 2294 дня]. Согласно некоторым исследованиям, стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xh3O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

метасиликат кальция:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na2CaSi6O14 (Na2O·CaO·6SiO2) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (Sih5). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремниевой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: обычно от 300 м²/г до 700 м²/г .

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Page 4

Кремнезём

ТУ 6-09-3379-79

SiO2

Диоксид кремния (кремнезём, SiO2; лат. silica) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления+1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе.

Свойства

  • Относится к группе кислотных оксидов.
  • При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
  • Реагирует с плавиковой кислотой.
  • SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава — стекла.
  • Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит, если не имеет примесей и не нагревается).

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO2*nh3O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоемах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO2 — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в метеоритном кратере)[источник не указан 2294 дня]. Согласно некоторым исследованиям, стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xh3O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

метасиликат кальция:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na2CaSi6O14 (Na2O·CaO·6SiO2) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (Sih5). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремниевой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: обычно от 300 м²/г до 700 м²/г .

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Page 5

Кремний II оксид

SiO

Оксид кремния(II) (монооксид кремния) SiO — смолоподобное аморфное вещество, при обычных условиях устойчиво к действию кислорода. Относится к несолеобразующим оксидам.

В природе

Га­зо­об­раз­ный мо­нок­сид крем­ния при­сут­ству­ет в меж­звёзд­ных га­зо­пы­ле­вых об­ла­ках и сол­неч­ных пят­нах. На Земле SiO не встречается.

Химические свойства

Мо­нок­сид крем­ния про­яв­ля­ет сле­ду­ю­щие свойства:

  • при нагревании на воздухе оксид кремния(II) частично окисляется;
  • при 500 °C взаимодействует с парами воды и СО2, выделяя соответственно Н2 и СО;
  • при 800 °C реагирует с хлором, давая SiCl4.

Получение

Мо­нок­сид крем­ния можно по­лу­чить, на­гре­вая крем­ний в недо­стат­ке кис­ло­ро­да при тем­пе­ра­ту­ре выше 400 °C:

Также SiO об­ра­зу­ет­ся при вос­ста­нов­ле­нии SiO2 крем­ни­ем при вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах (на­при­мер, на по­верх­но­сти ти­ге­ля при про­из­вод­стве мо­но­кри­стал­ли­че­ско­го крем­ния ме­то­дом Чо­храль­ско­го):

Применение

Мо­нок­сид крем­ния — ма­те­ри­ал для изо­ли­ру­ю­щих, за­щит­ных, пас­си­ви­ру­ю­щих, оп­ти­че­ских слоев в по­лу­про­вод­ни­ко­вых устрой­ствах, во­ло­кон­ной оп­ти­ке. Слои на­но­сят­ся на­пы­ле­ни­ем в ва­ку­у­ме, ре­ак­тив­ным рас­пы­ле­ни­ем крем­ния в плаз­ме кис­ло­ро­да.

himmax.ru

Оксид кремния

Для химического элемента с порядковым номером 14, находящегося в таблице Менделеева в IV группе 3 периода и III ряда, возможно образование двух оксидов кремния, состоящих из двух элементов Si и O:

  • моноксид кремния, в котором Si двухвалентен, химическая формула этого окисда может быть представлена, как SiO;
  • диоксид кремния — это высший оксид кремния, в котором Si четырехвалентен, химическая формула его записывается, как SiO2.

Кремний (IV) оксид по внешнем виду представляет собой прозрачные кристаллы. Плотность SiO2 равняется 2,648 г/см³. Вещество плавится в пределах температур от 1600 до 1725 °С, кипит при температуре 2230 °С.

Оксид кремния SiO2 был известен своей твердостью и прочностью с древних времен, наиболее распространен в природе в виде песка или кварца, а также в клеточных стенках диатомовых водорослей. Вещество имеет много полиморфных модификаций, наиболее часто встречается в двух видах:

  • кристаллический - в виде природного минерала кварца, а также его разновидностей (халцедон, горный хрусталь, яшма, агат, кремень); кварц является основой кварцевых песков, это незаменимый строительный материал и сырье для силикатной промышленности;
  • аморфный встречается в виде природного минерала опала, состав которого можно описать формулой SiO2 • nh3O; землистыми формами аморфного SiO2 являются трепел (горная мука, инфузорная земля) или диатомит; искусственный аморфный безводный кремнезем — это силикагель, который изготавливают из метасиликата натрия.

Оксид кремния SiO2 является кислотным окислом. Именно этот фактор определяет его химические свойства.

Фтор реагирует с двуокисью кремния: SiO2 + 4F → SiF4 +O2 с образованием бесцветного газа тетрафторида кремния и кислорода, в то время как другие газы (галогены Cl2, Br2, I2) реагируют менее активно.

Оксид кремния IV взаимодействует с плавиковой кислотой с получением кремнефтористоводородной кислоты: SiO2 + 6HF → h3SiF6 + 2h3O. Это свойство используется в полупроводниковой промышленности.

Кремний (IV) оксид растворяется в горячей концентрированной или расплавленной щелочи с образованием силиката натрия: 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + h3O.

Двуокись кремния реагирует с основными оксидами металлов (например, с оксидами натрия, калия, свинца (II), цинка или смесью оксидов, что используется в производстве стекла). Для примера можно привести реакции окиси натрия и SiO2, в результате которых могут образовываться: ортосиликат натрия 2Na2O + SiO2 → Na4SiO4, силикат натрия Na2O + SiO2 → Na2SiO3, и стекло Na2O + 6SiO2 + XO → Na2O : XO : 6SiO2. Примерами такого стекла, имеющего коммерческое значение, являются натрий-кальциевое стекло, боросиликатное стекло, свинцовое стекло.

Двуокись кремния при высоких температурах взаимодействует с кремнием, в результате получается газообразный монооксид: Si + SiO2 → 2SiO↑.

Чаще всего оксид кремния SiO2 используется для производства элементарного кремния. Процесс взаимодействия с элементарным углеродом протекает при высокой температуре в электродуговой печи: 2C + SiO2 → Si + 2CO. Он достаточно энергоемкий. Однако его продукт используется в полупроводниковой технике для изготовления солнечных батарей (превращают световую энергию в электрическую). Также чистый Si применяется в металлургии (в производстве жаростойких и кислотоупорных кремнистых сталей). Полученный таким образом элементарный кремний необходим для получения чистой двуокиси кремния, которая имеет большое значение для ряда отраслей промышленности. Натуральный SiO2 используется в виде песка в тех производствах, где не требуется его высокая чистота.

При вдыхании тонко измельченной пыли кристаллического SiO2, даже в очень малых количествах (до 0,1 мг/м³), с течением времени может развиться силикоз, бронхит или рак. Пыль становится опасной при попадании в легкие, постоянно их раздражает, сокращая тем самым их функцию. В организме человека оксид кремния в виде кристаллических частиц не растворяется в течение клинически значимых периодов времени. Этот эффект может создать риск профессиональных заболеваний для людей, работающих с пескоструйной обработкой оборудования или продуктами, которые содержат порошок кристаллического оксида кремния. Дети, астматики любого возраста, страдающие аллергией, а также пожилые люди могут заболеть гораздо быстрее.

fb.ru

Оксид кремния(II) - это... Что такое Оксид кремния(II)?

Оксид кремния(II) (монооксид кремния) SiO — смолоподобное аморфное вещество, при обычных условиях устойчиво к действию кислорода. Относится к несолеобразующим оксидам. В природе (на Земле) SiO не встречается. Газообразный моноксид кремния обнаружен в газопылевых облаках межзвездных сред и на солнечных пятнах.

В природе

В природе (на Земле) SiO не встречается. Газообразный моноксид кремния обнаружен в газопылевых облаках межзвездных сред и на солнечных пятнах.

Химические свойства

Моноксид кремния проявляет следующие свойства:

  • при нагревании на воздухе оксид кремния(II) частично окисляется;
  • при 500 °C взаимодействует с парами воды и СО2, выделяя соответственно Н2 и СО;
  • при 800 °C реагирует с хлором, давая SiCl4.

Получение

Моноксид кремния можно получить, нагревая кремний в недостатке кислорода при температуре выше 400 °C:

Также SiO образуется при восстановлении SiO2 кремнием при высоких температурах:

Применение

Моноксид кремния — материал для изолирующих, защитных, пассивирующих, оптический слоев в полупроводниковых устройствах, волоконной оптике. Слои наносятся напылением в вакууме, реактивным распылением кремния в плазме кислорода.

Ссылки

  • Кремния оксид // Химическая энциклопедия. Ред. И. Л. Кнунянц

dic.academic.ru


Смотрите также