Слово Как получают кремний в промышленности напишите уравнения реакций - однокоренные слова и морфемный разбор слова (приставка, корень, суффикс, окончание):

Кремний. Химия кремния и его соединений

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 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Электронная конфигурация кремния в возбужденном состоянии :

+14Si * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

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.

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.

Качественные реакции

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2 NaCl

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

Соединения кремния

Наиболее типичные соединения кремния:

Степень окисления	Типичные соединения
+4	оксид кремния (IV) SiO2 бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)
-4	силан SiH4 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 « sile х», 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:

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 +2H₂ → Si + 4HCl

или цинком :

SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂

3. Также чистый кремний получается при разложении силана :

Химические свойства

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

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

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом :

1.2. При сильном нагревании (около 2000 о С) 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

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

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 :

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

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

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

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 + 8H₂O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

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

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

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

2Mg + Si → Mg ₂ Si

2MgO + SiO₂ + 4C → Mg₂Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH₄, 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:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO₂ и H₂O:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

Силан разлагается (окисляется) щелочами :

Силан при нагревании разлагается :

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи :

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl₄.

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

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом :

SiCl₄ + 2H₂ → 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

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

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

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

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.

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:

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO₂•mH₂O. Образует коллоидный раствор в воде.

Метакремниевая H₂SiO₃ существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

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

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Химические свойства

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

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

Силикаты

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

Способы получения силикатов:

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО + SiO₂ → CaSiO₃

3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

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:

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.

Источник

Кремний

В начале восемнадцатого века французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак и его коллега Луи Жак Тенар получили кремний в чистом виде. Позже, шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус также вывел элементарный кремний и назвал его «силиций» (в переводе с латыни silex – кремень). В России официальное название «кремний» ввёл Г.И. Гесс в тридцатых годах 18 века, что в переводе с древнегреческого (κρημνός) означает «гора, утёс».

Свободный кремний образуется при нагреве свыше 400 °С белого песка (SiO₂) с магнием (Mg): [SiO]₂ + 2Mg=2MgO + Si, где кремний представляет собой коричневый порошок.

В металлургической промышленности кремний получают следующим способом:

восстанавливают расплав диоксида кремния при помощи кокса при температуре примерно тысяча восемьсот градусов по Цельсию в рудотермических шахтных печах. После такого процесса чистота кремния бывает 99,9 % (основными примесями являются металл и углерод). В дальнейшем кремний могут снова очистить от примесей.

В лабораториях очистка кремния происходит следующим образом: сперва получают Mg₂Si, потом при помощи уксусной или соляной кислоты из силицида магния делают газообразный SiH₄. Полученный моносилан подвергается чистке, например, сорбционной или же ректификационной, либо другими методами. В завершении SiH₄ разлагают на водород и кремний при температуре примерно в тысячу градусов по Цельсию.

Разрабатывают кремниевые очистки, являющиеся более эффективными, чистыми, недорогими. К 2010 году была произведена кремниевая очистка, в которой использовался фтор (хлор поменяли на фтор); были разработаны технологии, которые предусматривают монооксидную кремниевую дистилляцию; были изобретены технологии, которые берут основу на вытравливании примесей, которые, как правило, концентрируются на границах между зёрен (кристаллитов).

В неочищенном состоянии кремниевые примеси имеют массу, сниженную на 10-8 – 10-6 %.

Технический кремний применяют:

1. В металлургическом производстве как:
— один из компонентов сплава бронзы, силумина;
— раскислитель при выплавке стали и чугуна;
— легирующий элемент, модификатор;
2. Как сырьё для получения поликремния (материал, состоящий из мелких кристаллитов кремния).
3. При изготовлении силанов, а также кремнийорганических материалов.
4. В полевых условиях при производстве водорода.
5. При изготовлении солнечных батарей.
6. В пластмассовой промышленности как антиблок (добавка).

Ещё кремний применяют для того, чтобы произвести пассивные элементы электро-схем, а также для производства монолитных микросхем. Главными компонентами производства солнечных батарей помимо чистого кремния являются его отходы, а также кристаллический кремний.

Кремний монокристаллический используется в производстве электроники и зеркал газовых лазеров.

В мире очень популярен клей, произведённый из силиката, его используют как «высушиватель» при строительстве и в пиротехническом производстве, чтобы приклеивать бумагу.

Источник

Кремний

Кремниевая (силиконовая) долина

Регион в штате Калифорния (США), отличающийся большой плотностью высоко технологичных компаний, связанных с производством компьютеров и микропроцессоров.

Кремний является природным полупроводником, используется как основной материал для производства микросхем. Кремний ближе, чем вы думаете: внутри гаджета, которым вы пользуетесь 😉

Основное и возбужденное состояние кремния

При возбуждении атома кремния электроны на s-подуровне распариваются и один из них переходит на p-подуровень.

Природные соединения

Получение

В промышленности кремний получают путем восстановления кремнезема в электрических печах, алюминотермией.

В лабораторных условиях мелкий белый песок прокаливают с магнием:

SiO₂ + Mg → (t) MgO + Si

Химические свойства

При обычных условиях без нагревания кремний реагирует только со фтором.

Si + O₂ → (t = 1200 °C) SiO

В подобных реакциях кремния проявляет свои окислительные способности.

Ca + Si → Ca₂Si (силицид кальция)

С целью травления (удаления поверхностного слоя материала) кремниевые изделия можно погружать в раствор щелочи.

Оксид кремния IV имеет атомное строение, обладает высокой прочностью и твердостью. Плавится при температуре +1730 °C градусов.

В промышленности оксид кремния IV получают нагреванием кремния в атмосфере кислорода.

В лабораторных условиях проводят реакция силиката натрия с уксусной кислотой. Кремниевая кислота сразу же распадается на SiO₂, который выпадает в осадок, и воду.

Химически SiO₂ устойчив к действию кислот, однако вступает в реакцию с газообразным фтороводородом (газом) и плавиковой кислотой (жидкостью).

Так как чаще всего кислотные оксиды с солями не реагируют, тем более необычной кажется реакция оксида кремния IV с карбонатами.

Кремниевая кислота

Кремниевая кислота слабая, нестойкая, легко распадается на воду и оксид кремния IV.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Кремний

Кварц, горный хрусталь, аметист, халцедон, топаз, оникс… Трудно поверить, но все эти и многие другие «чудеса подземного мира» состоят из одного и того же вещества – кремнезема, или оксида кремния (IV) SiO₂.

Предположения о том, что в кремнеземе содержится новый, еще неизвестный элемент, высказывались учеными уже в XVIII столетии. Однако в виде простого вещества кремний был выделен лишь в XIX в. Й. Я. Берцелиусом. Вначале он нагревал смесь кремнезёма с порошком железа и углём до 1500 0 С, но чистый кремний получить не удавалось: в присутствии железа образуется ферросилиций – сплав, содержащий оба эти элемента. Поняв, в чем ошибка, Берцелиус изменил способ синтеза. В 1823 г., когда он пропустил над калием пары фторида кремния (IV), удача, наконец, улыбнулась ему. По реакции SiF₄ + 4K = Si + 4KF был получен порошок аморфного кремния. Берцелиус доказал также, что, сгорая на воздухе, кремний переходит в кремнезём.

Горный хрусталь

По содержания в земной коре (28%) Si уступает только кислороду. В природе кремний встречается исключительно в форме соединений. Обычный речной песок представляет собой кремнезём, загрязненный примесью глины и соединений железа. Наряду с глиной (Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O) он образуется при выветривании полевого шпата под действием углекислого газа и влаги воздуха:

Радужный кварц

Получение

В промышленности для получения кремния используют чистый песок SiO₂. В электрических печах при высокой температуре происходит восстановление кремния из его оксида коксом (углем):

В лаборатории в качестве восстановителей используют магний или алюминий:

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом или цинком:

Физические свойства

Полученный указанными выше способами аморфный кремний представляет собой бурый порошок с температурой плавления 1420 0 С. Существует и другая аллотропная модификация кремния – кристаллический кремний. Это твердое вещество темно-серого цвета со слабым металлическим блеском, обладает тепло-и электропроводностью. Кристаллический кремний получают перекристаллизацией аморфного кремния. Аморфный кремний является более реакционноспособным, чем химически довольно инертный кристаллический кремний. Кристаллический кремний – полупроводник, его электропроводность возрастает при освещении и нагревании. Это обусловлено строением кристаллов. Структура кристаллического кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом окружен тетраэдрически четырьмя другими и связан с ними ковалентной связью, хотя эта связь значительно слабее, чем между атомами углерода в алмазе. В кристалле кремния даже при обычных условиях ковалентные связи частично разрушаются, поэтому в нем имеются свободные электроны, которые обусловливают небольшую электропроводность. При освещении, нагревании, а также при наличии некоторых примесей увеличивается число разрушаемых связей, а значит, увеличивается число свободных электронов и возрастает электропроводность.

Химические свойства и применение

По химическим свойствам кремний во многом схож с углеродом, что объясняется одинаковой структурой внешнего электронного слоя. При обычных условиях кремний довольно инертен, что обусловлено прочностью его кристаллической решетки. Непосредственно при комнатной температуре он взаимодействует только с фтором. При температуре 400 – 600 0 С кремний реагирует с хлором и бромом, а в кислороде измельченный кремний сгорает. С азотом и углеродом кремний реагирует при очень высоких температурах. Во всех указанных реакциях кремний играет роль восстановителя.

Кремний как восстановитель взаимодействует и с некоторыми сложными веществами, например с фтороводородом:

С другими галогеноводородами он в реакцию не вступает.

Кремний не растворяется даже в азотной кислоте, так как на его поверхности образуется плотная оксидная пленка (SiO₂), которая препятствует реакции. Однако со смесью HNO₃ и HF кремний реагирует потому, что фтороводородная кислота растворяет SiF4:

Водные растворы щелочей растворяют кремний с образованием растворимых солей кремниевой кислоты – силикатов, при этом происходит выделение водорода:

Восстановительные свойства кремния используют для получения некоторых металлов из их оксидов. Например:

2MgO + Si = 2Mg + SiO₂

При взаимодействии с металлами кремний играет роль окислителя. Соединения кремния с металлами называются силицидами:

При обработке силицида магния соляной кислотой или водой образуется простейшее водородное соединение кремния – силан SiH₄:

Силан – ядовитый газ с неприятным запахом, легко самовоспламеняется на воздухе:

Кремний широко применяется в технике для получения различных полупроводниковых материалов и сплавов. Сплав кремния с железом – ферросилиций (сталь, содержащая 15% кремния) обладает большой кислотоустойчивостью. Из такой стали изготавливают химическую аппаратуру.

Оксид кремния (IV). Кремниевая кислота и ее соли. Стекло. Цемент

Оксид кремния (IV) SiO₂ (кремнезем, ангидрид кремниевой кислоты) – твердое тугоплавкое вещество (температура плавления 1713 0 С), нерастворимое в воде, из всех кислот только фтороводородная кислота постепенно разлагает его:

Как кислотный оксид SiO₂ при нагревании или сплавлении реагирует с основными оксидами, щелочами и некоторыми солями с образованием солей кремниевой кислоты – силикатов. Например:

Полученные искусственным путем силикаты натрия и калия – растворимое стекло – сильно гидролизованы. Их концентрированный раствор, называемый жидким стеклом, имеет сильнощелочную реакцию. Жидкое стекло применяется для изготовления несгораемых тканей, пропитки деревянных изделий, в качестве клея и т.д.

Кремниевая кислота H₂SiO₃ относится к очень слабым кислотам. В воде она практически нерастворима, но легко образует коллоидные растворы. Ее можно получить из растворов силикатов действием на них более сильных кислот. H₂SiO₃ выпадает из раствора в виде студенистого осадка (геля):

Постепенно при обычных условиях или быстрее при нагревании кремниевая кислота разлагается на воду и ангидрид кремниевой кислоты SiO₂:

Стекло. Сырьем для производства стекла являются сода Na₂CO₃, известняк CaCO₃ и песок SiO₂. Из этих компонентов получают обычное оконное стекло:

В стекла особого назначения – огнеупорные, обладающие большой механической прочностью – при варке добавляют оксиды бария, свинца, бора. Окрашенные стекла получают добавлением оксидов кобальта (синее стекло), оксида хрома (зеленое стекло), добавлением оксида свинца получают хрустальное стекло.

Цемент представляет собой смесь силикатов, главными компонентами которых являются: оксид кальция, оксид кремния (IV), оксиды алюминия и железа (III).

В промышленности цемент получают спеканием глины и известняка СаСО₃. Если образующийся при этом порошок смешать с водой, то получается масса, постепенно твердеющая на воздухе. При добавлении к цементу песка или щебня в качестве наполнителя получают бетон, который широко используют в строительстве. Прочность бетона возрастает, если в него вводится каркас из железных стержней. Железобетонные панели, блоки перекрытий – основа современного строительства.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Кремний» КРЕМНИЙ.docx (218 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Керамика» Керамика.docx (210 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Бетон» Бетон.docx (225 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

*на изображении записи фотография аметиста

Источник