Строение атома кремния

Кремний (Si) является вторым по распространенности неметаллом в земной коре после кислорода. В природе встречается в виде соединений, в чистом виде встречается редко. Строение атома кремния определяет свойства элемента.

Строение

Кремний — элемент 14 таблицы Менделеева, расположенный в третьем периоде, в группе IV. Относительная атомная масса — 28.

Рис. 1. Положение в периодической таблице.

Ядро атома кремния содержит 14 протонов и 14 нейронов и имеет положительный заряд +14. Ядро окружено тремя электронными оболочками, содержащими 14 электронов. Внешний энергетический уровень занят четырьмя электронами, определяющими валентность элемента. Кремний проявляет степень окисления +2, потому что на уровне 3p есть два неспаренных электрона. Элемент может перейти в возбужденное состояние из-за вакантной 3d-орбитали, демонстрируя степень окисления +4.

Рис. 2. Строение атома.

Схема строения атома кремния — 1s22s22p63s23p2 или +14Si)2)8)4.

Физические свойства

Кремний представляет собой твердый элемент темно-серого цвета с металлическим блеском. Это полупроводник. Имеет модификацию, близкую по строению к аллотропной модификации углерода — алмазу. Однако связи между атомами кремния не такие прочные, как между атомами углерода.

Рис. 3. Кремний.

Кремний встречается в природе в составе песка, глины, кварца, силикатов. Диоксид кремния (SiO2) — песок. Кремний получают прокаливанием песка с углеродом (углем) или металлами:

• 2C + SiO2 t˚→ Si + 2CO;
• 3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3;
• 2Mg + SiO2 t˚ → Si + 2MgO.

Кремний используется для производства радиоэлементов, солнечных батарей, в производстве термостойких материалов.

Химические свойства

Благодаря своей электронной структуре кремний способен реагировать с другими элементами, принимая или отдавая электроны. В реакциях с металлами выступает как восстановитель, с неметаллами — как окислитель. В оптимальных условиях кремний реагирует только с фтором:

Si + 2F2 → SiF4.

При нагревании реагирует:

• с кислородом (600°С) – Si + O2 → SiO2;
• с хлором (400°С) – Si + 2Cl2 → SiCl4;
• с углеродом (2000°С) – Si + C → SiC;
• с азотом (1000°С) – 3Si + 2N2 → Si3N4.

Является окислителем в реакциях с металлами:

Si + 2Mg → Mg2Si.

Может реагировать с концентрированными щелочами с выделением водорода:

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2.

Кремний не реагирует непосредственно с водородом и кислотами, за исключением плавиковой кислоты HF: Si + 6HF → H2[SiF6] + 2H2 или Si + 4HF → SiF4 + 2H2. Водородное соединение – силан (SiH4) – получают разложением соли кислотой – Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4 + 2MgSO4.