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 мы поговорим в этой статье.

Монооксид

Формула оксида кремния (II) — SiO. Это вязкое вещество, похожее на смолу. Он сохраняет аморфное состояние и не окисляется в обычных условиях. Не образует солей, не проводит электричество.

Рис. 1. Монооксид кремния.

Монооксид получают двумя способами:

  • нагрев (температура выше 400°С) кремния в отсутствие кислорода: 2Si + O2 → 2SiO;
  • методом Чохральского при восстановлении диоксида при высоких температурах: SiO2 + Si → 2SiO.

В твердом состоянии монооксид представляет собой темно-коричневый порошок. Проявляет силу и инертность в реакциях с кислотами. Растворим в плавиковой кислоте.

Химические свойства монооксида кремния:

  • разлагается при нагревании: 2SiO → 2Si + O2;
  • реагирует с парами воды при нагревании до 500°С: SiO + H2O → SiO2 + H2;
  • взаимодействует с углекислым газом при нагревании: SiO + CO2 → SiO2 + CO;
  • реагирует с хлором при 800 °C с образованием жидкого хлорида кремния: 2SiO + 4Cl2 → 2SiCl4 + O2.

Монооксид не встречается в природе на Земле. Однако газообразный монооксид входит в состав межзвездных пылевых облаков.

Диоксид

оксид кремния(IV) — SiO2. Это твердое кристаллическое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. Не проводит электричество.

Песок, кварц, горный хрусталь, яшма, агат, аметист и другие породы имеют формулу двуокиси. Двуокись входит в состав 87% литосферы.

Рис. 2. Джаспер.

Диоксид кремния имеет немолекулярную структуру. Кристаллическая решетка состоит из атомов кремния и кислорода, соединенных ковалентными связями. Четыре атома кислорода связаны с каждым атомом кремния, а каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния.

Рис. 3. Схема строения кристаллической решетки диоксида кремния.

Диоксид можно получить в лаборатории при нагревании кремния до 400-500°С в присутствии кислорода:

Si + O2 → SiO2.

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

  • Na2SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2SiO3↓;
  • H2SiO3 → H2O + SiO2.

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

Взаимодействие

Описание

Уравнение

С не металлами

Реагирует с водородом и углеродом с образованием кремния и карборунда соответственно

– SiO2 + 2H2 → Si + 2H2O;

– SiO2 + 3С → SiC + 2CO

С активными металлами

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

– SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO;

– SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

С фтористым водородом

Реагирует с газом и плавиковой кислотой при нормальных условиях

– SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O;

– SiO2 + 6HF → H2[SiF6] + 2H2O

Со щелочами

Плавится с образованием силикатов

SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + 2H2O

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 и бетона.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть