Silicij i njegovi spojevi: formule
Silicij (Si) je drugi element glavne (A) podskupine 4 Periodnog sustava, koju je postavio Dmitri Ivanovič Mendelejev. Silicij je vrlo čest u prirodi, pa zauzima drugo mjesto (nakon kisika) u izobilju. Dakle, bez silicija i njegovih spojeva ne bi postojala Zemljina kora, koja je više od četvrtine spojeva ovog kemijskog elementa. Koje su značajke silicija? Koje su formule njezinih spojeva i njihova primjena? Koje su najvažnije tvari u njihovom sastavu silicij? Pokušajmo shvatiti.
Element silicij i njegova svojstva
Silicij postoji u prirodi u nekoliko alotropnih modifikacija - silicij u kristalnom obliku i amorfni silicij su najčešći. Razmotrite svaku od tih izmjena zasebno.
Kristalni silicij
Silicij u ovoj modifikaciji je tamno siva i tvrda i krhka tvar s čeličnim sjajem. Takav silicij je poluvodič; njegovo korisno svojstvo je da, za razliku od metala, njegova električna vodljivost raste s povećanjem temperature. Talište takvog silicija je 1415 ° C. Osim toga, kristalni silicij nije u stanju otopiti se u vodi i raznim kiselinama.
Korištenje silicija i njegovih spojeva u kristalnoj modifikaciji je nevjerojatno raznoliko. Primjerice, kristalni silicij dio je solarnih panela instaliranih na svemirskim letjelicama i krovovima. Silicij je poluvodič i može pretvoriti sunčevu energiju u električnu energiju.
Osim solarnih ćelija, kristalni silicij se koristi za stvaranje mnogih elektroničkih uređaja i silicijskih čelika.
Amorfni silicij
Amorfni silicij je smeđi / tamno smeđi prah strukture slične dijamantu. Za razliku od kristalnog silicija, ova alotropna modifikacija elementa nema strogo uređen kristalna rešetka. Unatoč činjenici da se amorfni silicij topi na temperaturi od približno 1400 ° C, on je mnogo aktivniji od kristalnog. Amorfni silicij ne provodi struju i ima gustoću od oko 2 g / cm3.
Takav silicij se najčešće koristi u prehrambenoj industriji i proizvodnji lijekova.
Kemijska svojstva silicija
- Glavno kemijsko svojstvo silicija je izgaranje u kisiku, zbog čega nastaje iznimno čest spoj - silicijev oksid:
Si + O2 → Si02 (na temperaturi).
- Kada se zagrijava, silicij kao nemetal formira spojeve s različitim metalima. Takvi spojevi nazivaju se silicidi. Na primjer:
2Ca + Si → Ca 2 Si (na temperaturi).
- Silikidi se, s druge strane, lako razgrađuju s vodom ili nekim kiselinama. Kao rezultat ove reakcije nastaje poseban vodikov spoj silicija - silanski plin (SiH 4 ):
Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4.
- Silicij je također u mogućnosti interakciju s fluorom (u normalnim uvjetima):
Si + 2F2 → SiF4.
- A kada se zagrijava, silicij interagira s drugim nemetalima:
Si + 2Cl2 → SiCl4 (400-600 °).
3Si + 2N2 → Si3N4 (1000 °).
Si + C → SiC (2000 °).
- Također, silicij, u interakciji s alkalijama i vodom, tvori soli, nazvane silikati, i plinoviti vodik:
Si + 2KOH + H20 → K2Si03 + H2.
Međutim, analizirat ćemo većinu kemijskih svojstava ovog elementa s obzirom na silicij i njegove spojeve, budući da su to glavne tvari na kojima se koristi silicij i interagira s drugim kemijskim elementima. Koji su silicijevi spojevi najčešći?
Silikonski spojevi
Ranije smo saznali koji je element silicij i kakva je njegova svojstva. Sada razmotrite formule silikonskih spojeva.
Uz sudjelovanje silicija proizvodi veliki broj različitih spojeva. Prvo mjesto u prevalenciji su kisikovi spojevi silicija. SiO2 i netopiva silicijska kiselina pripadaju ovoj kategoriji.
Kiseli ostatak silicijeve kiseline formira različite silikate (na primjer, CaSiO3 ili Al203Si02). U takvim solima i gornjim silicijevim spojevima s kisikom element ima tipično oksidacijsko stanje od +4.
Također su uobičajene silikonske soli - silicidi (Mg 2 Si, NaSi, CoSi) i silicijevi spojevi s vodikom (npr. Silanski plin). Silan, kao što je dobro poznato, samozapaljen u zraku s pojavom blistavog bljeska, a silicidi se lako razgrađuju uz pomoć vode, kao i raznih kiselina.
Razmotrite detaljnije silicij i njegove spojeve, koji se smatraju najčešćim.
Silicij dioksid
Drugi naziv za ovaj oksid je silicij. To je čvrsta i vatrostalna tvar koja nije topljiva u vodi i kiselinama i ima atomsku kristalnu rešetku. U prirodi, silicijev oksid tvori takve minerale i dragocjeno kamenje kao kvarc, ametist, opal, ahat, kalcedon, jaspis, kremen i neke druge.
Važno je napomenuti da su primitivni ljudi od silicija napravili svoje alate rada i lova. Flint je obilježio početak takozvanog kamenog doba zbog svoje rasprostranjene dostupnosti i mogućnosti oblikovanja oštrih reznih rubova tijekom cijepanja.
To je silicij oksid koji čini stabljike biljaka kao što su trska, trska i preslica, šašov list i žitarica proizlazi jaka. Silicij se također nalazi u zaštitnim pokrovima nekih životinja.
Osim toga, ona čini osnovu silikatnog ljepila, zahvaljujući kojem se stvaraju silikonska brtvila i silikonska guma.
Kemijska svojstva silicijevog oksida
Silicijev dioksid je u interakciji s velikim brojem kemijskih elemenata - metala i nemetala. Na primjer:
- Na visokim temperaturama silikat reagira s alkalijama, tvoreći soli:
SiO2 + 2KOH → K2Si03 + H20 (na temperaturi).
- Kao tipičan kiseli oksid, ovaj spoj proizvodi silikate kao rezultat interakcije s oksidima različitih metala:
SiO2 + CaO → CaSiO 3 (na temperaturi).
- Ili s karbonatnim solima:
SiO 2 + K 2 CO 3 → K 2 SiO 3 + CO 2 (pri temperaturi).
- Jedno od najvažnijih kemijskih svojstava silicijevog dioksida je mogućnost dobivanja čistog silicija iz njega. To se može učiniti na dva načina - reakcijom dioksida s magnezijem ili ugljikom:
SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (na temperaturi).
SiO2 + 2C → Si + 2CO ↑ (na temperaturi)
Silikatna kiselina
Silikatna kiselina je vrlo slaba. U vodi je netopljiv i tijekom reakcija tvori želatinozni talog, koji ponekad može popuniti cijeli volumen otopine. Kada se ova smjesa osuši, možete vidjeti formirani silikagel, koji se koristi kao adsorbent (apsorber drugih tvari).
Najpristupačniji i najčešći način proizvodnje silicijeve kiseline može se izraziti pomoću formule:
K2Si03 + 2HCl → 2KCl + H2Si03.
silicides
S obzirom na silicij i njegove spojeve, vrlo je važno reći o njegovim solima kao što su silicidi. Takvi spojevi silikon oblikuju s metalima, stječući, u pravilu, u isto vrijeme oksidacijsko stanje -4. Međutim, metali kao što su živa, cink, berilij, zlato i srebro nisu u mogućnosti stupiti u interakciju sa silicijem i tvoriti silicide.
Najčešći silicidi su Mg 2 Si, Ca 2 Si, NaSi i neki drugi.
silikata
Spojevi kao što su silikati su drugi najzastupljeniji nakon silicija. Soli-silikati smatraju se vrlo složenim tvarima, jer imaju složenu strukturu, kao i većinu minerala i stijena.
Najčešći silikati u prirodi - aluminosilikati - uključuju granit, liskun, razne vrste gline. Također je poznati silikat azbest, iz kojeg se proizvode vatrootporne tkanine.
Primjena silicija
Prije svega, silicij se koristi za dobivanje materijala - poluvodiča i legura otpornih na kiseline. Silikonski karbid (SiC) se često koristi za oštrenje alatnih strojeva i brušenje dragog kamenja.
Stabilna i jaka kvarcna roba izrađena je od taljenog kvarca.
Silikonski spojevi su temelj proizvodnje stakla i cementa.
Čaše se međusobno razlikuju po sastavu u kojem je nužno prisutan silicij. Na primjer, osim prozora, postoje i vatrostalni, kristalni, kvarcni, kolorni, fotokromni, optički, ogledalo i drugo staklo.
Kada se cement pomiješa s vodom, stvara se posebna tvar - cementni mort, iz kojeg se zatim dobiva građevni materijal kao što je beton.
Industrija silikata se bavi proizvodnjom tih tvari. Osim stakla i cementa, u silikatnoj industriji dobivaju se opeka, porculan, glinena posuda i razni proizvodi od njih.
zaključak
Tako smo otkrili da je silicij najvažniji kemijski element koji je raširen u prirodi. Silicij se koristi u građevinskim i umjetničkim aktivnostima, kao i nezamjenjiv za žive organizme. Mnoge tvari, od jednostavnog stakla do najvrjednijeg porculana, sastoje se od silicija i njegovih spojeva.
Proučavanje kemije omogućuje nam da upoznamo svijet oko nas i shvatimo da nije sve oko sebe, čak i najljepše i najskuplje, jednako tajanstveno i tajanstveno kako se činilo. Želimo vam uspjeh u znanstvenim spoznajama i proučavanju tako divne znanosti kao što je kemija!