Chemické vlastnosti kremíka. kremík. Vlastnosti kremíka. Silikónové aplikácie

Jedným z najbežnejších prvkov v prírode je kremík alebo kremík. Takéto rozšírené osídlenie hovorí o dôležitosti a význame tejto látky. Toto rýchlo pochopili a naučili sa to ľudia, ktorí sa naučili používať kremík pre svoje vlastné účely. Jeho použitie je založené na špeciálnych vlastnostiach, o ktorých si povieme ďalej.

Kremík - chemický prvok

Ak charakterizujeme tento prvok podľa polohy v periodickom systéme, možno identifikovať tieto dôležité body:

1. Sériové číslo je 14.
2. Obdobie - tretia neplnoletá.
3. Skupina - IV.
4. Podskupina je hlavná.
5. Štruktúra vonkajšieho elektrónového obalu je vyjadrená vzorcom 3s 2 3p 2.
6. Prvok kremík je označený chemickým symbolom Si, ktorý sa vyslovuje ako „kremík“.
7. Oxidácia uvádza, že vykazuje: -4; +2; +4.
8. Valencia atómu je IV.
9. Atómová hmotnosť kremíka je 28,086.
10. V prírode existujú tri stabilné izotopy tohto prvku s hmotnostnými číslami 28, 29 a 30.

Atóm kremíka je teda z chemického hľadiska dostatočne preštudovaným prvkom a bolo popísaných mnoho jeho rôznych vlastností.

História objavov

Keďže v prírode sú rôzne zlúčeniny príslušného prvku veľmi obľúbené a masívne, už od staroveku ľudia používali a poznali vlastnosti len mnohých z nich. Čistý kremík dlho zostal mimo ľudských vedomostí v chémii.

Najobľúbenejšie zlúčeniny používané v každodennom živote a priemysle národmi starovekých kultúr (Egypťania, Rimania, Číňania, Rusichi, Peržania a ďalší) boli drahé a ozdobné kamene na báze oxidu kremičitého. Tie obsahujú:

• opál;
• drahokam;
• topaz;
• chryzopráza;
• ónyx;
• chalcedón a iné.

Od staroveku je tiež zvykom používať kremeň v stavebníctve. Samotný elementárny kremík však zostal až do 19. storočia neobjavený, hoci sa ho mnohí vedci márne pokúšali izolovať od rôzne spojenia pomocou katalyzátorov, vysokých teplôt a dokonca aj elektrického prúdu. Toto sú také bystré mysle ako:

• Karl Scheele;
• Gay Lussac;
• Thenar;
• Humphrey Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jensovi Jacobsovi Berzeliusovi sa v roku 1823 podarilo úspešne získať kremík v jeho čistej forme. Na tento účel uskutočnil experiment o fúzii pár fluoridu kremíka a kovového draslíka. V dôsledku toho sa získala amorfná modifikácia príslušného prvku. Ten istý vedec navrhol latinský názov pre otvorený atóm.

O niečo neskôr, v roku 1855, sa inému vedcovi - Saint Clair-Deville - podarilo syntetizovať ďalšiu alotropnú odrodu - kryštalický kremík. Odvtedy sa poznatky o tomto prvku a jeho vlastnostiach začali veľmi rýchlo rozširovať. Ľudia si uvedomili, že má jedinečné vlastnosti, ktoré sa dajú veľmi inteligentne využiť na uspokojenie vlastných potrieb. Preto je dnes jedným z najžiadanejších prvkov v elektronike a technike kremík. Jeho aplikácia každým rokom len rozširuje svoje hranice.

Ruské meno pre atóm dal vedec Hess v roku 1831. To je to, čo je zakorenené dodnes.

Kremík je po kyslíku druhý najrozšírenejší v prírode. Jeho percento v porovnaní s ostatnými atómami v zložení kôra- 29,5 %. Okrem toho uhlík a kremík sú dva špeciálne prvky, ktoré môžu vytvárať reťazce vzájomným spojením. Preto je pre ten druhý známy viac ako 400 rôznych prírodných minerálov, v zložení ktorých je obsiahnutý v litosfére, hydrosfére a biomase.

Kde presne sa kremík nachádza?

1. V hlbokých vrstvách pôdy.
2. V horninách, nánosoch a masívoch.
3. Na dne vodných plôch, najmä morí a oceánov.
4. V rastlinách a morskom živote v živočíšnej ríši.
5. U ľudí a suchozemských zvierat.

Je možné identifikovať niekoľko najbežnejších minerálov a hornín, medzi ktoré patrí Vysoké číslo je prítomný kremík. Ich chémia je taká, že hmotnostný obsah čistého prvku v nich dosahuje 75%. Presný údaj však závisí od typu materiálu. takze skaly a minerály obsahujúce kremík:

• živce;
• sľuda;
• amfiboly;
• opály;
• chalcedón;
• silikáty;
• pieskovce;
• hlinitokremičitany;
• hliny a iné.

Kremík, ktorý sa hromadí v lastúrach a vonkajších kostrách morských živočíchov, časom vytvára silné usadeniny oxidu kremičitého na dne nádrží. Je to jeden z prírodných zdrojov tohto prvku.

Okrem toho sa zistilo, že kremík môže existovať v čistom prirodzenom stave – vo forme kryštálov. Ale takéto ložiská sú veľmi zriedkavé.

Fyzikálne vlastnosti kremíka

Ak uvažovaný prvok charakterizujeme množinou fyzikálne a chemické vlastnosti, potom by sa v prvom rade mali určiť fyzikálne parametre. Tu sú niektoré z hlavných:

1. Existuje vo forme dvoch alotropných modifikácií – amorfnej a kryštalickej, ktoré sa líšia všetkými vlastnosťami.
2. Kryštálová mriežka je veľmi podobná diamantovej, pretože uhlík a kremík sú v tomto smere prakticky rovnaké. Vzdialenosť medzi atómami je však iná (kremík má viac), takže diamant je oveľa tvrdší a pevnejší. Typ mriežky - kubický centrovaný tvárou.
3. Látka je veľmi krehká, pri vysokých teplotách sa stáva plastickou.
4. Teplota topenia je 1415˚С.
5. Bod varu je 3250˚С.
6. Hustota látky je 2,33 g / cm3.
7. Farba zlúčeniny je striebristo-šedá, s charakteristickým kovovým leskom.
8. Má dobré polovodičové vlastnosti, ktoré sa môžu meniť pridaním určitých činidiel.
9. Nerozpustný vo vode, organických rozpúšťadlách a kyselinách.
10. Rozpustný v zásadách.

Uvedené fyzikálne vlastnosti kremíka umožňujú ľuďom s ním manipulovať a využívať ho na vytváranie rôznych produktov. Takže napríklad použitie čistého kremíka v elektronike je založené na vlastnostiach polovodiča.

Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti kremíka sú vysoko závislé od reakčných podmienok. Ak hovoríme o štandardných parametroch, musíte určiť veľmi nízku aktivitu. Kryštalický aj amorfný kremík sú veľmi inertné. Neinteragujú so silnými oxidačnými činidlami (okrem fluóru) ani so silnými redukčnými činidlami.

Je to spôsobené tým, že na povrchu látky sa okamžite vytvorí oxidový film SiO 2, ktorý zabraňuje ďalším interakciám. Môže sa vytvárať pod vplyvom vody, vzduchu, pár.

Ak sa zmenia štandardné podmienky a kremík sa zahreje na teplotu nad 400 °C, jeho chemická aktivita sa výrazne zvýši. V tomto prípade bude reagovať s:

• kyslík;
• všetky typy halogénov;
• vodík.

S ďalším zvýšením teploty je možná tvorba produktov pri interakcii s bórom, dusíkom a uhlíkom. Karborundum - SiC je obzvlášť dôležité, pretože je to dobrý abrazívny materiál.

Tiež Chemické vlastnosti kremík je jasne vysledovateľný v reakciách s kovmi. Vo vzťahu k nim ide o oxidačné činidlo, preto sa produkty nazývajú silicidy. Podobné zlúčeniny sú známe pre:

• alkalické;
• alkalická zemina;
• prechodné kovy.

Zlúčenina získaná fúziou železa a kremíka má nezvyčajné vlastnosti. Nazýva sa ferosilikónová keramika a úspešne sa používa v priemysle.

Kremík neinteraguje s komplexnými látkami, preto sa zo všetkých ich odrôd môže rozpustiť iba v:

• aqua regia (zmes kyseliny dusičnej a chlorovodíkovej);
• žieravé alkálie.

V tomto prípade by teplota roztoku mala byť aspoň 60˚С. Toto všetko sa opäť potvrdzuje fyzický základ látky – diamantu podobná stabilná kryštálová mriežka, ktorá jej dodáva pevnosť a inertnosť.

Spôsoby získavania

Získanie kremíka v jeho čistej forme je ekonomicky pomerne nákladný proces. Navyše, vďaka svojim vlastnostiam, akákoľvek metóda poskytuje iba 90-99% čistý produkt, zatiaľ čo nečistoty vo forme kovov a uhlíka zostávajú všetky rovnaké. Preto len získanie látky nestačí. Mala by byť tiež kvalitatívne očistená od cudzích prvkov.

Vo všeobecnosti sa výroba kremíka uskutočňuje dvoma hlavnými spôsobmi:

1. Od biely piesok, čo je čistý oxid kremičitý SiO 2. Pri kalcinácii aktívnymi kovmi (najčastejšie horčíkom) vzniká voľný prvok vo forme amorfnej modifikácie. Čistota tejto metódy je vysoká, produkt sa získa s výťažkom 99,9 %.
2. Rozšírenejšia metóda v priemyselnom meradle je spekanie roztaveného piesku s koksom v špecializovaných tepelných peciach. Táto metóda Bol vyvinutý ruským vedcom N. N. Beketovom.

Ďalšie spracovanie spočíva v podrobení produktov čistiacim metódam. Na to sa používajú kyseliny alebo halogény (chlór, fluór).

Amorfný kremík

Charakterizácia kremíka bude neúplná, ak nebudeme uvažovať oddelene každú jeho alotropickú modifikáciu. Prvý je amorfný. V tomto stave je látka, o ktorej uvažujeme, hnedo-hnedý prášok, jemne rozptýlený. Má vysoký stupeň hygroskopickosti, pri zahrievaní vykazuje pomerne vysokú chemickú aktivitu. Za štandardných podmienok je schopný interakcie iba s najsilnejším oxidačným činidlom - fluórom.

Nie je úplne správne nazývať amorfný kremík akýmsi kryštalickým kremíkom. Jeho mriežka ukazuje, že táto látka je len formou jemne rozptýleného kremíka, ktorý existuje vo forme kryštálov. Preto ako také sú tieto modifikácie jedna a tá istá zlúčenina.

Ich vlastnosti sa však líšia, a preto je zvykom hovoriť o alotropii. Amorfný kremík má sám o sebe vysokú schopnosť absorpcie svetla. Okrem toho je za určitých podmienok tento indikátor niekoľkonásobne vyšší ako v kryštalickej forme. Preto sa používa na technické účely. V uvažovanej forme (prášok) sa zlúčenina ľahko aplikuje na akýkoľvek povrch, či už je to plast alebo sklo. Preto je to amorfný kremík, ktorý je tak vhodný na použitie. Aplikácia je založená na rôznych veľkostiach.

Aj keď opotrebenie batérií tohto typu je pomerne rýchle, čo je spojené s odieraním tenkého filmu hmoty, využitie a dopyt len ​​rastie. Predsa aj pri krátkej životnosti solárne panely na báze amorfného kremíka sú schopné zásobovať energiou celé podniky. Výroba takejto látky je navyše bezodpadová, čo ju robí veľmi ekonomickou.

Táto modifikácia sa získa redukciou zlúčenín aktívnymi kovmi, napríklad sodíkom alebo horčíkom.

Kryštalický kremík

Strieborno-šedá lesklá modifikácia predmetného prvku. Práve táto forma je najbežnejšia a najžiadanejšia. Je to spôsobené súborom kvalitatívnych vlastností, ktoré táto látka má.

Charakteristika kremíka s kryštálovou mriežkou zahŕňa klasifikáciu jeho typov, pretože ich je niekoľko:

1. Elektronická kvalita – najčistejšia a najkvalitnejšia možná. Práve tento typ sa používa v elektronike na vytváranie obzvlášť citlivých zariadení.
2. Slnečná kvalita. Samotný názov definuje oblasť použitia. Je to tiež kremík pomerne vysokej čistoty, ktorého použitie je nevyhnutné na vytvorenie kvalitných solárnych článkov s dlhou životnosťou. Fotovoltické meniče na báze kryštálovej štruktúry sú kvalitnejšie a odolnejšie voči opotrebovaniu ako tie, ktoré vznikli amorfnou modifikáciou nanášaním na rôzne typy substrátov.
3. Technický kremík. Táto odroda zahŕňa tie vzorky látky, ktoré obsahujú asi 98 % čistého prvku. Všetko ostatné ide do rôznych druhov nečistôt:

• hliník;
• chlór;
• uhlík;
• fosfor a iné.

Posledný typ uvažovanej látky sa používa na získanie polykryštálov kremíka. Na tento účel sa uskutočňujú procesy rekryštalizácie. V dôsledku toho sa z hľadiska čistoty získavajú také produkty, ktoré možno pripísať skupinám solárnej a elektronickej kvality.

Polykremík je svojou povahou medziproduktom medzi amorfnou a kryštalickou modifikáciou. S touto možnosťou sa ľahšie pracuje, lepšie sa spracováva a čistí fluórom a chlórom.

Výsledné produkty možno klasifikovať takto:

• multi-kremík;
• monokryštalický;
• profilované kryštály;
• silikónový šrot;
• technický kremík;
• výrobný odpad vo forme úlomkov a úlomkov hmoty.

Každý z nich sa používa v priemysle a je plne využívaný ľuďmi. Preto sa tie, ktoré sa týkajú kremíka, považujú za bezodpadové. To výrazne znižuje jeho ekonomické náklady, pričom neovplyvňuje kvalitu.

Použitie čistého kremíka

Výroba kremíka v priemysle je pomerne dobre zavedená a jej rozsah je pomerne veľký. Je to spôsobené tým, že tento prvok, čistý aj vo forme rôznych zlúčenín, je rozšírený a žiadaný v rôznych odvetviach vedy a techniky.

Kde sa používa čistý kryštalický a amorfný kremík?

1. V metalurgii ako legujúca prísada schopná meniť vlastnosti kovov a ich zliatin. Používa sa teda pri tavení ocele a železa.
2. Na výrobu čistejšej verzie sa používajú rôzne druhy látok – polysilikón.
3. Kremíkové zlúčeniny s je celý chemický priemysel, ktorý si dnes získal osobitnú popularitu. Organokremičité materiály sa používajú v medicíne, pri výrobe riadu, nástrojov a mnoho iného.
4. Výroba rôznych solárnych panelov. Tento spôsob získavania energie je jedným z najperspektívnejších do budúcnosti. Ekologické, ekonomicky životaschopné a odolné – to sú hlavné výhody takejto výroby elektriny.
5. Kremík do zapaľovačov existuje už veľmi dlho. Už v staroveku ľudia používali pazúrik na vyvolanie iskry pri zapaľovaní ohňa. Tento princíp je základom výroby zapaľovačov rôznych druhov. Dnes existujú druhy, pri ktorých je pazúrik nahradený zliatinou určitého zloženia, čo dáva ešte rýchlejší výsledok (iskrenie).
6. Elektronika a solárna energia.
7. Výroba zrkadiel v plynových laserových zariadeniach.

Čistý kremík má teda množstvo výhodných a špeciálnych vlastností, ktoré umožňujú jeho využitie pri vytváraní dôležitých a potrebných produktov.

Aplikácia zlúčenín kremíka

Okrem jednoduchej látky sa používajú aj rôzne zlúčeniny kremíka, a to veľmi široko. Existuje celý priemysel nazývaný silikát. Práve ona je založená na použití rôzne látky ktoré obsahujú tento úžasný prvok. Čo sú to za zlúčeniny a ktoré z nich sa vyrábajú?

1. Kremeň alebo riečny piesok - SiO 2. Používa sa na výrobu stavebných a dekoratívnych materiálov, ako je cement a sklo. Kde sa tieto materiály používajú, každý vie. Žiadna konštrukcia sa nezaobíde bez týchto komponentov, čo potvrdzuje dôležitosť zlúčenín kremíka.
2. Silikátová keramika, ktorá zahŕňa materiály ako kamenina, porcelán, tehly a výrobky na ich základe. Tieto komponenty sa používajú v medicíne, pri výrobe riadu, dekoratívnych ozdôb, domácich potrieb, v stavebníctve a iných oblastiach ľudskej činnosti v domácnostiach.
3. - silikóny, silikagély, silikónové oleje.
4. Silikátové lepidlo - používa sa ako papiernictvo, v pyrotechnike a stavebníctve.

Kremík, ktorého cena sa na svetovom trhu mení, ale neprekračuje zhora nadol hranicu 100 rubľov Ruskej federácie za kilogram (za kryštalický), je žiadanou a cennou látkou. Prirodzene, zlúčeniny tohto prvku sú tiež rozšírené a použiteľné.

Biologická úloha kremíka

Z hľadiska dôležitosti pre telo je dôležitý kremík. Jeho obsah a distribúcia v tkanivách je nasledovná:

• 0,002 % - svalovina;
• 0,000017 % - kosť;
• krv - 3,9 mg / l.

Každý deň by sa mal dovnútra dostať asi jeden gram kremíka, inak sa začnú rozvíjať choroby. Nie sú medzi nimi žiadne smrteľné, dlhodobé hladovanie kremíka však vedie k:

• strata vlasov;
• vznik akné a akné;
• krehkosť a krehkosť kostí;
• ľahká kapilárna priepustnosť;
• únava a bolesti hlavy;
• výskyt početných modrín a modrín.

Pre rastliny je kremík dôležitým stopovým prvkom potrebným pre normálny rast a vývoj. Pokusy na zvieratách ukázali, že tieto jedince rastú lepšie, ak denne konzumujú dostatočné množstvo kremíka.

Chemická príprava pre ZNO a DPA
Komplexné vydanie

ČASŤ I

VŠEOBECNÁ CHÉMIA

CHÉMIA PRVKOV

CARBON. SILICE

Aplikácia uhlíka a kremíka

Aplikácia uhlíka

Uhlík je jedným z najvyhľadávanejších minerálov na našej planéte. Uhlík sa používa najmä ako palivo pre energetický priemysel. Ročná produkcia čierneho uhlia vo svete je asi 550 miliónov ton. Okrem využitia uhlia ako nosiča tepla sa jeho značné množstvo spracováva na koks, ktorý je potrebný na ťažbu rôzne kovy... Na každú tonu železa získanú ako výsledok vysokopecného procesu sa spotrebuje 0,9 tony koksu. Aktívne uhlie sa používa v medicíne pri otravách a v plynových maskách.

Grafit sa používa vo veľkých množstvách na výrobu ceruziek. Pridanie grafitu do ocele zvyšuje jej tvrdosť a odolnosť proti oderu. Takáto oceľ sa používa napríklad na výrobu piestov, kľukových hriadeľov a niektorých ďalších mechanizmov. Schopnosť delaminácie grafitovej štruktúry umožňuje jeho použitie ako vysoko účinné mazivo pri veľmi vysokých teplotách (asi +2500 °C).

Grafit má ešte jednu veľmi dôležitú vlastnosť – je účinným moderátorom tepelných neutrónov. Táto nehnuteľnosť sa využíva v jadrové reaktory... Nedávno začali používať plasty, do ktorých sa ako plnivo pridáva grafit. Vlastnosti takýchto materiálov umožňujú ich využitie na výrobu mnohých dôležitých zariadení a mechanizmov.

Diamanty sa používajú ako dobrý tvrdý materiál na výrobu mechanizmov ako sú brúsne kotúče, rezačky skla, vrtné súpravy a iné zariadenia vyžadujúce vysokú tvrdosť. Krásne vybrúsené diamanty sa používajú ako drahé šperky nazývané diamanty.

Fullerény boli objavené relatívne nedávno (v roku 1985), takže ešte nenašli aplikované aplikácie, ale už teraz vedci vykonávajú výskum vytvárania nosičov informácií obrovskej kapacity. Nanorúrky sa už používajú v rôznych nanotechnológiách, napríklad pri zavádzaní liekov pomocou nanočastíc, pri výrobe nanopočítačov a mnohých ďalších.

Silikónové aplikácie

Kremík je dobrý polovodič. Vyrábajú sa z neho rôzne polovodičové zariadenia ako diódy, tranzistory, mikroobvody a mikroprocesory. Všetky moderné mikropočítače využívajú procesory na báze kremíkového kryštálu.Z kremíkových solárnych článkov sú vyrobené, ktoré dokážu premieňať slnečnú energiu na elektrickú energiu.Okrem toho sa kremík používa ako legujúci komponent na výrobu vysokokvalitných legovaných ocelí.

Snímka 2

Byť v prírode.

Medzi mnohými chemickými prvkami, bez ktorých nie je možná existencia života na Zemi, je uhlík hlavným. Viac ako 99 % uhlíka v atmosfére je obsiahnutých vo forme oxidu uhličitého. Asi 97% uhlíka v oceánoch existuje v rozpustenej forme () a v litosfére - vo forme minerálov. Elementárny uhlík je prítomný v atmosfére v malom množstve vo forme grafitu a diamantu a v pôde vo forme dreveného uhlia.

Snímka 3

Situácia v PSCE Všeobecná charakteristika prvkov uhlíkovej podskupiny.

Hlavnú podskupinu skupiny IV periodického systému D.I.Mendelejeva tvorí päť prvkov – uhlík, kremík, germánium, cín a olovo. Vzhľadom na skutočnosť, že polomer atómu sa zväčšuje od uhlíka po olovo, zväčšuje sa veľkosť atómov, schopnosť pripájať elektróny a tým aj nekovové vlastnosti sa oslabujú, pričom sa zvyšuje ľahkosť spätného rázu elektrónov.

Snímka 4

Elektronické inžinierstvo

V normálnom stave prvky tejto podskupiny vykazujú valenciu rovnajúcu sa 2. Pri prechode do excitovaného stavu, sprevádzanom prechodom jedného z s - elektrónov vonkajšej vrstvy do voľnej bunky p - podúrovne tzv. na rovnakej úrovni sa všetky elektróny vonkajšej vrstvy stanú nepárovými a valencia sa zvýši na 4.

Snímka 5

Výrobné metódy: laboratórne a priemyselné.

Uhlík Nedokonalé spaľovanie metánu: CH4 + O2 = C + 2H2O Oxid uhoľnatý (II) V priemysle: Oxid uhoľnatý (II) sa vyrába v špeciálnych peciach, nazývaných generátory plynu, ako výsledok dvoch po sebe nasledujúcich reakcií. V spodnej časti plynového generátora, kde je dostatok kyslíka, dochádza k úplnému spaľovaniu uhlia a vzniká oxid uhoľnatý (IV): C + O2 = CO2 + 402 kJ.

Snímka 6

Keď sa oxid uhoľnatý (IV) pohybuje zdola nahor, tento prichádza do kontaktu s horúcim uhlím: CO2 + C = CO - 175 kJ. Výsledný plyn pozostáva z voľného dusíka a oxidu uhoľnatého (II). Táto zmes sa nazýva generátorový plyn. V plynových generátoroch sa vodná para niekedy vháňa cez horúce uhlie: C + H2O = CO + H2 - Q, "CO + H2" - vodný plyn. V laboratóriu: Pôsobenie kyseliny mravčej s koncentrovanou kyselinou sírovou, ktorá viaže vodu: HCOOH  H2O + CO.

Snímka 7

Oxid uhoľnatý (IV) V priemysle: Vedľajší produkt výroby vápna: CaCO3 CaO + CO2. V laboratóriu: Keď kyseliny reagujú s kriedou alebo mramorom: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2 + H2O. Karbidy Karbidy sa získavajú kalcináciou kovov alebo ich oxidov uhlím.

Snímka 8

Kyselina uhličitá Získava sa rozpustením oxidu uhoľnatého (IV) vo vode. Keďže kyselina uhličitá je veľmi nestabilná zlúčenina, táto reakcia je reverzibilná: CO2 + H2O H2CO3. Kremík V priemysle: Pri zahrievaní zmesi piesku a uhlia: 2C + SiO2Si + 2CO. V laboratóriu: Pri interakcii zmesi čistého piesku s horčíkovým práškom: 2Mg + SiO2  2MgO + Si.

Snímka 9

Kyselina kremičitá Získava sa pôsobením kyselín na roztoky jej solí. Zároveň vypadáva vo forme želatínovej zrazeniny: Na2SiO3 + HCl  2NaCl + H2SiO3 2H + + SiO32- H2SiO3

Snímka 10

Alotropické modifikácie uhlíka.

Uhlík existuje v troch alotropných modifikáciách: diamant, grafit a karbín.

Snímka 11

Grafit.

Mäkký grafit má vrstvenú štruktúru. Nepriehľadná, sivá s kovovým leskom. Vedie elektrický prúd celkom dobre, kvôli prítomnosti mobilných elektrónov. Na dotyk klzké. Jedna z najjemnejších pevných látok. Obr. 2 Model grafitovej mriežky.

Snímka 12

Diamant.

Diamant je najtvrdšia prírodná látka. Diamantové kryštály sú vysoko cenené ako technický materiál, tak aj ako vzácny šperk. Dobre vyleštený diamant je briliant. Odráža lúče svetla a žiari čistými, žiarivými farbami dúhy. Najväčší diamant, aký sa kedy našiel, váži 602 g, je 11 cm dlhý, 5 cm široký, 6 cm vysoký.Tento diamant bol nájdený v roku 1905 a nesie meno „Callian“. Obr. 1 Model diamantovej mriežky.

Snímka 13

Carbyne a Mirror Carbon.

Carbyne je sýto čierny prášok rozptýlený väčšími časticami. Carbyne je termodynamicky najstabilnejšia forma elementárneho uhlíka. Zrkadlový karbón má vrstvenú štruktúru. Jeden z kritické vlastnosti zrkadlový uhlík (okrem tvrdosti, odolnosti voči vysokým teplotám atď.) - jeho biologická kompatibilita so živými tkanivami.

Snímka 14

Chemické vlastnosti.

Alkálie premieňajú kremík na soli kyseliny kremičitej za uvoľnenia vodíka: Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2 Uhlík a kremík reagujú s vodou len pri vysokých teplotách: C + H2O ¬ CO + H2 Si + 3H2O = H2SiO3 + 2H2 Uhlík, v r. na rozdiel od kremíka interaguje priamo s vodíkom: C + 2H2 = CH4

Snímka 15

Karbidy.

Zlúčeniny uhlíka s kovmi a inými prvkami, ktoré sú elektropozitívne voči uhlíku, sa nazývajú karbidy. Pri interakcii karbidu hliníka s vodou vzniká metán Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH) 3 + 3CH4 Pri interakcii karbidu vápnika s vodou vzniká acetylén: CaC2 + 2H2O = Ca (OH) 2 + C2H2

Stručná porovnávacia charakteristika prvkov uhlíka a kremíka je uvedená v tabuľke 6.

Tabuľka 6

Porovnávacie charakteristiky uhlíka a kremíka

Porovnávacie kritériá	Uhlík - C	Kremík - Si
miesto v periodickej tabuľke chemických prvkov	, 2. obdobie, IV skupina, hlavná podskupina	, 3. obdobie, IV skupina, hlavná podskupina
elektronická konfigurácia atómov
valenčné schopnosti	II - v stacionárnom stave IV - v excitovanom stave
možné oxidačné stavy	, , , , ,	,
vyšší oxid	, kyslý	, kyslý
vyšší hydroxid	- slabá nestabilná kyselina	() alebo - slabá kyselina, má polymérnu štruktúru
zlúčenina vodíka	- metán (uhľovodík)	- silán, nestabilný

Uhlík... Uhlíkový prvok sa vyznačuje alotropiou. Uhlík existuje vo forme týchto jednoduchých látok: diamant, grafit, karbín, fulerén, z ktorých iba grafit je termodynamicky stabilný. Uhlie a sadze možno považovať za amorfné odrody grafitu.

Grafit je žiaruvzdorný, málo prchavý, chemicky inertný pri bežných teplotách, je to nepriehľadná, mäkká látka, slabo vodivá prúd. Štruktúra grafitu je vrstvená.

Alamaz je extrémne tvrdá, chemicky inertná (do 900°C) látka, nevedie prúd a dobre nevedie teplo. Štruktúra diamantu je tetraedrická (každý atóm v štvorstene je obklopený štyrmi atómami atď.). Preto je diamant najjednoduchším polymérom, ktorého makromolekula pozostáva len z atómov uhlíka.

Carbin má lineárna štruktúra(–Karbyn, polyín) alebo (–karbín, polyén). Je to čierny prášok s polovodičovými vlastnosťami. Pôsobením svetla sa elektrická vodivosť karabíny zvyšuje a pri teplote karbín sa premieňa na grafit. Chemicky reaktívnejší ako grafit. Bol syntetizovaný začiatkom 60. rokov 20. storočia, neskôr bol objavený v niektorých meteoritoch.

Fullerén je alotropická modifikácia uhlíka tvorená molekulami, ktoré majú štruktúru „futbalovej lopty“. Boli syntetizované molekuly a iné fullerény. Všetky fullerény sú uzavreté štruktúry atómov uhlíka v hybridnom stave. Nehybridizované väzbové elektróny sú delokalizované ako v aromatických zlúčeninách. Kryštály fulerénu patria medzi molekulárneho typu.

kremík... Pre kremík nie sú charakteristické väzby, charakteristická nie je existencia v hybridnom stave. Preto existuje len jedna stabilná alotropická modifikácia kremíka, ktorej kryštálová mriežka je podobná mriežke diamantu. Kremík - tvrdý (tvrdosť na Mohsovej stupnici je 7), žiaruvzdorný ( ), veľmi krehká látka tmavosivej farby s kovovým leskom za štandardných podmienok - polovodič. Chemická aktivita závisí od veľkosti kryštálov (hrubý kryštalický je menej aktívny ako amorfný).

Reaktivita uhlíka závisí od alotropickej modifikácie. Uhlík vo forme diamantu a grafitu je skôr inertný, odolný voči kyselinám a zásadám, čo umožňuje vyrábať z grafitu tégliky, elektródy atď. Uhlík vykazuje vyššiu reaktivitu vo forme uhlia a sadzí.

Kryštalický kremík je skôr inertný, v amorfnej forme je aktívnejší.

Hlavné typy reakcií odrážajúcich chemické vlastnosti uhlíka a kremíka sú uvedené v tabuľke 7.

Tabuľka 7

Základné chemické vlastnosti uhlíka a kremíka

reakcia s	uhlíka	reakcia s	kremík
jednoduché látky	kyslík		kyslík
halogény		halogény
sivá		uhlíka
vodík		vodík	nereaguje
kovy		kovy
komplexné látky	oxidy kovov		alkálie
para		kyseliny	nereaguje
kyseliny

Spojivá

Spojivá – minerálne alebo organické stavebné materiály používané na výrobu betónu, upevňovanie jednotlivých prvkov stavebných konštrukcií, hydroizolácie a pod..

Minerálne spojivá(MVM) - jemne mleté ​​práškové materiály (cementy, sadra, vápno atď.), ktoré vznikajú zmiešaním s vodou (v jednotlivé prípady- s roztokmi solí, kyselín, zásad) plastická spracovateľná hmota, ktorá tuhne do pevného kamenného telesa a spája častice pevných agregátov a výstuže do monolitického celku.

Vytvrdzovanie MVM sa uskutočňuje v dôsledku procesov rozpúšťania, tvorby presýteného roztoku a koloidnej hmoty; tento čiastočne alebo úplne kryštalizuje.

Klasifikácia VMM:

1.hydraulické viazače:

Po zmiešaní s vodou (zmiešaním) stvrdnú a naďalej si zachovávajú alebo budujú svoju pevnosť vo vode. Patria sem rôzne cementy a hydraulické vápno. Keď hydraulické vápno tuhne, CaO interaguje s vodou a oxid uhličitý vzduchu a kryštalizácia výsledného produktu. Používajú sa pri výstavbe pozemných, podzemných a hydraulických stavieb vystavených neustálemu pôsobeniu vody.

2. Vzduchové viazače:

Po zmiešaní s vodou stvrdnú a svoju pevnosť si zachovajú iba na vzduchu. Patria sem vzdušné vápno, sadrovo-anhydritové a magnéziové vzduchové spojivá.

3. Spojivá odolné voči kyselinám:

Pozostávajú najmä z kyselinovzdorného cementu obsahujúceho jemne mletú zmes kremenného piesku a; sú spravidla zatvorené, vodné roztoky kremičitan sodný alebo draselný, pri pôsobení kyselín si zachovávajú svoju pevnosť po dlhú dobu. Pri tvrdnutí dochádza k reakcii. Používajú sa na výrobu kyselinovzdorných tmelov, mált a betónov pri výstavbe chemických závodov.

4. Autoklávované spojivá:

Pozostávajú z vápenno-kremičitých a vápenno-nefelínových spojív (vápno, kremenný piesok, nefelínový kal) a tvrdnú pri spracovaní v autokláve (6-10 hodín, tlak pary 0,9-1,3 MPa). Patria sem aj piesčité portlandské cementy a iné spojivá na báze vápna, popola a nízkoaktívnych kalov. Používajú sa pri výrobe výrobkov zo silikátového betónu (tvárnice, silikátové tehly a pod.).

5. viazače fosfátov:

Pozostávajú zo špeciálnych cementov; sú utesnené kyselinou fosforečnou, aby vytvorili plastickú hmotu, ktorá postupne tuhne do monolitického telesa a zachováva si pevnosť pri teplotách nad 1000 °C. Zvyčajne sa používa fosforečnan titánu, fosforečnan zinočnatý, fosforečnan hlinitý a iné cementy. Používajú sa na výrobu žiaruvzdorných obkladových hmôt a tmelov na vysokoteplotnú ochranu kovových dielov a konštrukcií pri výrobe žiaruvzdorných betónov a pod.

Organické spojivá(OBM) - látky organického pôvodu, schopné prejsť z plastického stavu do tuhého alebo nízkoplastického stavu v dôsledku polymerizácie alebo polykondenzácie.

V porovnaní s MVM sú menej krehké a majú vyššiu pevnosť v ťahu. Patria sem produkty vznikajúce pri rafinácii ropy (asfalt, bitúmen), produkty tepelného rozkladu dreva (decht), ako aj syntetické termosetové polyesterové, epoxidové, fenolformaldehydové živice. Používa sa pri stavbe ciest, mostov, podláh priemyselné priestory, rolovacie strešné materiály, asfaltovo-polymérový betón atď.

V binárnych zlúčeninách kremíka s uhlíkom je každý atóm kremíka priamo naviazaný na štyri susedné atómy uhlíka umiestnené vo vrcholoch štvorstenu, ktorého stredom je atóm kremíka. Zároveň je každý atóm uhlíka naviazaný na štyri susedné atómy kremíka umiestnené vo vrcholoch štvorstenu, ktorého stredom je atóm uhlíka uhlíka. Takéto vzájomné usporiadanie atómov kremíka a uhlíka je založené na väzbe kremík-uhlík Si - C- a tvorí hustú a veľmi pevnú kryštálovú štruktúru.

V súčasnosti sú známe len dve binárne zlúčeniny kremíka s uhlíkom. Ide o veľmi vzácny prírodne sa vyskytujúci minerál, moissanit, ktorý zatiaľ nemá praktické uplatnenie a umelo vyrobené SiC karborundum, ktoré sa niekedy nazýva silund, refrax, carbofrax, crystalan atď.

V laboratórnej praxi a v technológii sa karborundum získava redukciou oxidu kremičitého uhlíkom podľa reakčnej rovnice

Si02 + 3C = 2CO + SiC

Do zloženia vsádzky na výrobu karborunda sa okrem jemne mletého kremeňa alebo čistého kremeňa a koksu pridáva kuchynská soľ a piliny. Piliny pri streľbe uvoľňujú náboj a soľ reakciou so železnatými a hliníkovými nečistotami ich premieňa na prchavé chloridy FeCl 3 a A1C1 3, ktoré sa odstraňujú z reakčnej zóny pri 1000-1200 °C. V skutočnosti reakcia medzi oxidom kremičitým a koksom začína už pri 1150 °C, ale postupuje mimoriadne pomaly. Keď teplota stúpne na 1220 ° C, jej rýchlosť sa zvyšuje. V rozsahu teplôt od 1220 do 1340 °C sa stáva exotermickým a prebieha prudko. V dôsledku reakcie sa najskôr vytvorí zmes pozostávajúca z najmenších kryštálov a amorfnej odrody karborunda. So zvýšením teploty na 1800-2000 °C zmes rekryštalizuje a prejde do dobre vyvinutej, tabuľkovej formy, zriedkavo bezfarebnej, častejšie sfarbenej do zelena, šedej až čiernej farby s diamantovým leskom a dúhovou hrou, šesťhranné kryštály obsahujúce cca. 98-99,5% karborundum. Proces získavania karborunda zo vsádzky sa uskutočňuje v elektrických peciach spaľujúcich pri 2000-2200 °C. Na získanie chemicky čistého karborunda sa produkt získaný spaľovaním vsádzky spracuje alkáliou, ktorá rozpúšťa nezreagovaný oxid kremičitý.

Kryštalický karborundum označuje veľmi pevné látky; jeho tvrdosť je 9. Ohmický odpor polykryštalického karborunda klesá so zvyšujúcou sa teplotou a stáva sa nevýznamným pri 1500 0 С.

Vo vzduchu pri teplotách nad 1000 °C sa karborundum začína oxidovať najskôr pomaly a potom prudko, keď teplota stúpne nad 1700 °C. V tomto prípade sa tvorí oxid kremičitý a oxid uhoľnatý:

2SiC + ЗО2 = 2Si02 + 2CO

Oxid kremičitý vznikajúci na povrchu karborunda je ochranný film, ktorý do istej miery spomaľuje ďalšiu oxidáciu karborunda. Za rovnakých podmienok oxidácia karborunda prebieha intenzívnejšie v prostredí vodnej pary.

Minerálne kyseliny, s výnimkou kyseliny fosforečnej, na karborundum nepôsobia, chlór ho pri 100°C rozkladá podľa reakčnej rovnice

SiC + 2Cl2 = SiCl4 + C

a pri 1000 ° С sa namiesto uhlíka uvoľňuje CC1 4:

SiC + 4C12 = SiCl + CC14

Roztavené kovy, ktoré reagujú s karborundom, vytvárajú zodpovedajúce silicidy:

SiC + Fe = FeSl + C

Pri teplotách nad 810 °C karborundum redukuje oxidy kovov alkalických zemín na kov, nad 1000 °C redukuje oxid železitý Fe 2 O 3 a nad 1300-1370 °C oxid železitý FeO, oxid nikelnatý NiO a oxid mangánu МnО.

Roztavené žieravé alkálie a ich uhličitany v prítomnosti vzdušného kyslíka úplne rozložia karborundum za vzniku zodpovedajúcich kremičitanov:

SiC + 2KON + 2O2 = K2Si03 + H20 + CO2

SiC + Na2C03 + 2O2 = Na2Si03 + 2C02

Carborundum je tiež schopné reagovať s peroxidom sodným, oxidom olovnatým (II) a kyselinou fosforečnou.

Vzhľadom na to, že karborundum má vysokú tvrdosť, je široko používaný ako brúsne prášky na brúsenie kovu, ako aj na výrobu karborundových brúsnych kotúčov, tyčí a brúsneho papiera z neho. Elektrická vodivosť Karborundum pri vysokých teplotách umožňuje jeho využitie ako hlavného materiálu pri výrobe takzvaných silitových tyčí, čo sú odporové prvky v elektrických peciach. Na tento účel sa zmes karborunda s kremíkom utesní glycerínom alebo inou organickou cementovou látkou a zo vzniknutej hmoty sa vytvoria tyčinky, ktoré sa vypaľujú pri 1400-1500 °C v atmosfére oxidu uhoľnatého alebo v dusíkovej atmosfére. Pri výpale sa cementová organická látka rozkladá, uvoľnený uhlík zlúčením s kremíkom premení na karborundum a dodáva prútom potrebnú pevnosť.

Špeciálne žiaruvzdorné tégliky sú vyrobené z karborunda.
na tavenie kovov získaných lisovaním za tepla
karborundum pri 2500 °C pod tlakom 42-70 MPa. Stále známy
žiaruvzdorné materiály vyrobené zo zmesí karborunda s nitridmi
bór, steatit, spojivá s obsahom molybdénu a iné látky
subjektov.

KREMÍKOVÉ ALEBO SILÁNOVÉ HYDRIDY

Zlúčeniny vodíka kremíka sa bežne nazývajú hydridy kremíka alebo silány. Podobne ako nasýtené uhľovodíky, aj hydridy kremíka tvoria homológnu sériu, v ktorej sú atómy kremíka navzájom spojené jednoduchou väzbou

Si-Si -Si -Si -Si- atď.

Najjednoduchšie.Reprezentatívne

z tejto homologickej série je monosilán, alebo jednoducho silán, SiH 4, ktorého štruktúra molekuly je podobná štruktúre metánu, potom nasleduje

disilán H3Si-SiH3, ktorý je svojou molekulovou štruktúrou podobný etánu, potom trisilán H3SiH2-SiH3,

tetrasilán H3Si-SiH2-SiH2-SiH3,

pentasilán H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 ^ - SiH 3 a posledný zo získaných silánov tejto homologickej série

hexasilán H3Si-SiH2-SiH2-SiH2-SiH2-SiH3. Silány v čistej forme sa v prírode nevyskytujú. Získavajú sa umelým spôsobom:

1. Rozklad silicidov kovov kyselinami alebo zásadami podľa reakčnej rovnice

Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4

v tomto prípade sa vytvorí zmes silánov, ktorá sa potom oddelí frakčnou destiláciou pri veľ nízke teploty.

2. Redukcia halogenosilánov hydridom lítnym alebo lítiumalumíniumhydridom:

SiCl4 + 4 LiH = 4 LiCl + SiH 4

Tento spôsob získavania silálov bol prvýkrát opísaný v roku 1947.

3. Redukcia halogenosilánov vodíkom. Reakcia prebieha pri 300 - 400 °C v reakčných skúmavkách naplnených kontaktnou zmesou obsahujúcou kremík, kovovú meď a 1 - 2 % halogenidov hliníka ako katalyzátory.

Napriek podobnostiam v molekulárna štruktúra sitany a nasýtené uhľovodíky, ich fyzikálne vlastnosti sú odlišné.

V porovnaní s uhľovodíkmi sú silány menej stabilné. Najstabilnejší z nich je monosilán SiH4, ktorý sa rozkladá na kremík a vodík až pri zahriatí do červena. Iné silány s vysokým obsahom kremíka tvoria nižšie deriváty pri oveľa nižších teplotách. Napríklad disilán Si 2 H 6 poskytuje silán a pevný polymér pri 300 ° C, zatiaľ čo hexasilán Si 6 H 14 sa pomaly rozkladá aj pri normálne teploty... Silány sa pri kontakte s kyslíkom ľahko oxidujú a niektoré z nich, napríklad monosilán SiH 4, sa samovznietia pri -180 °C. Silány sa ľahko hydrolyzujú na oxid kremičitý a vodík:

SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2

U vyšších silánov sa tento proces vyskytuje so štiepením

väzby - Si - Si - Si - medzi atómami kremíka. Napríklad tri-

silán Si 3 H 8 dáva tri molekuly SiO 2 a desať molekúl plynného vodíka:

H3Si - SiH2 - SiH3 + 6H30 = 3Si02 + 10H2

V prítomnosti žieravých alkálií vedie hydrolýza silánov k tvorbe kremičitanu zodpovedajúceho alkalického kovu a vodíka:

SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2

KREMÍKOVÉ HALOGÉNY

Halogénsilány tiež patria k binárnym zlúčeninám kremíka. Podobne ako hydridy kremíka – silány – tvoria homológny rad chemické zlúčeniny, v ktorom sú atómy halogenidu priamo viazané na atómy kremíka spojené jednoduchými väzbami

a tak ďalej v reťaziach vhodnej dĺžky. Vďaka tejto podobnosti možno halogénsilány považovať za produkty nahradenia vodíka v silánoch zodpovedajúcim halogénom. V tomto prípade môže byť substitúcia úplná alebo neúplná. V druhom prípade sa získajú halogenované deriváty silánu. Za doteraz najvyšší známy halogensilán sa považuje chlórsilán Si 25 Cl 52. Halogenosilány a ich halogénované deriváty sa v prírode v čistej forme nevyskytujú a možno ich získať výlučne umelo.

1. Priame spojenie elementárneho kremíka s halogénmi. Napríklad SiCl 4 sa získava z ferosilicia obsahujúceho 35 až 50 % kremíka spracovaním suchým chlórom pri 350 až 500 °C. V tomto prípade sa SiCl 4 získava ako hlavný produkt v zmesi s ďalšími zložitejšími halogenosilánmi Si 2 C1 6, Si 3 Cl 8 atď. podľa reakčnej rovnice

Si + 2Cl2 = SiCl4

Rovnakú zlúčeninu možno získať chloráciou zmesi oxidu kremičitého s koksom pri vysokých teplotách. Reakcia prebieha podľa schémy

Si02 + 2C = Si + 2CO

Si + 2C12 = SiCl4

Si02 + 2C + 2Cl2 = 2CO + SiCl4

Tetrabrómsilán sa získava bromáciou červeným teplom elementárneho kremíka s parami brómu:

Si + 2Br2 = SiBr4

alebo zmes oxidu kremičitého s koksom:

Si02 + 2C = Si + 2CO

Si + 2Br3 = SiBi4

Si02 + 2C + 2Br2 = 2CO + SiBr4

V tomto prípade je možná tvorba silánov vyšších stupňov súčasne s tetrasilánmi. Napríklad chlorácia silicidu horečnatého produkuje 80 % SiCl4, 20 % SiCl6 a 0,5-1 % Si3Cl8; pri chlorácii silicidu vápenatého je zloženie reakčných produktov vyjadrené nasledovne: 65 % SiC1 4; 30 % Si2Cl6; 4 % Si3Cl8.

2. Halogenácia silánov halogenovodíkmi v prítomnosti katalyzátorov A1Br 3 pri teplotách nad 100 °C. Reakcia prebieha podľa schémy

SiH4 + HBg = SiH3Br + H2

SiH4 + 2HBg = SiH2Br2 + 2H2

3. Halogenácia silánov chloroformom v prítomnosti AlCl 3 katalyzátorov:

Si 3 H 8 + 4СНС1 3 = Si 3 H 4 Cl 4 + 4СН 2 С1 3

Si 3 H 8 + 5СССl 3 = Si 3 Н 3 С1 5 + 5СН 2 С1 2

4. Fluorid kremičitý sa získava pôsobením kyseliny fluorovodíkovej na oxid kremičitý:

Si02 + 4HF = SiF4 + 2H20

5. Niektoré polyhalogenosilány možno získať z najjednoduchších halogenosilánov halogenáciou s ich zodpovedajúcim halogenidom. Napríklad tetrajódsilán v uzavretej skúmavke pri teplote 200 – 300 °C, ktorý reaguje so striebrom, uvoľňuje hexajodisilán

Jódosilány možno získať interakciou jódu so silánmi v médiu tetrachlórmetán alebo tiež chloroform v prítomnosť katalyzátora AlI 3 pri interakcii silánu s jodovodíkom

Halogénsilány sú menej stabilné ako halogénované uhľovodíky podobnej štruktúry. Ľahko sa hydrolyzujú za vzniku silikagélu a kyseliny halogenovodíkovej:

SiCl4 + 2H20 = Si02 + 4HCl

Najjednoduchšími predstaviteľmi halogénsilánov sú SiF4, SiCl4, SiBr4 a SiI4. Z nich sa v technológii používajú najmä tetrafluórsilán a tetrachlórsilán. Tetrafluórsilán SiF 4 je bezfarebný plyn štipľavého zápachu, dymí vo vzduchu, hydrolyzuje na kyselinu fluorokremičitú a silikagél. SiF4 sa získava pôsobením kyseliny fluorovodíkovej na oxid kremičitý podľa reakčnej rovnice

Si02 + 4HF = SIF4 + 2H20

Pre priemyselnú výrobu. Používa sa SiF 4 kazivec CaF 2, oxid kremičitý SiO 2 a kyselina sírová H 2 SO 4 . Reakcia prebieha v dvoch fázach:

2CaF2 + 2H3S04 = 2CaS04 + 4HF

Si02 + 4HF = 2H20 + SiF4

2CaF2 + 2H2S04 + Si02 = 2CaS04 + 2H20 + SiF4

Plynné skupenstvo a prchavosť tetrafluórsilánu sa využíva na leptanie vápenno-sodno-silikátových skiel fluorovodíkom. Pri interakcii fluorovodíka so sklom vzniká tetrafluórsilán, fluorid vápenatý, fluorid sodný a voda. Tetrafluórsilán, prchavý, uvoľňuje nové hlbšie vrstvy skla pre reakciu s fluorovodíkom. V mieste reakcie zostávajú CaF2 a NaF, ktoré sa rozpúšťajú vo vode a tým uvoľňujú prístup fluorovodíku pre ďalšie prenikanie na povrch čerstvo potiahnutého skla. Leptaný povrch môže byť matný alebo priehľadný. Matné leptanie sa získa, keď plynný fluorovodík pôsobí na sklo, transparentný - pri leptaní vodnými roztokmi kyseliny fluorovodíkovej. Ak sa tetrafluórsilán dostane do vody, H2SiF6 a oxid kremičitý sa získajú vo forme gélu:

3SiF4 + 2H20 = 2H2SiF6 + Si02

Kyselina fluorokremičitá patrí medzi silné dvojsýtne kyseliny, nezískava sa vo voľnom stave, po odparení sa rozkladá na SiF 4 a 2HF, ktoré prchajú; so žieravými zásadami tvorí kyslé a normálne soli:

H2SIF6 + 2NaOH = Na2SiF6 + 2H20

s nadbytkom zásad poskytuje fluorid alkalického kovu, oxid kremičitý a vodu:

H2SiF6 + 6NaOH = 6NaF + Si02 + 4H20

Silika uvoľnená pri tejto reakcii reaguje s žieravinou
a vedie k tvorbe kremičitanov:

Si02 + 2NaOH = Na2Si03 + H20

Soli kyseliny fluorokremičitej sa nazývajú silikofluoridy alebo fluáty. V súčasnosti známe fluoridy kremičité Na, H, Rb, Cs, NH 4, Cu, Ag, Hg, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn, Mn, Ni, Co, Al, Fe, Cr, Pb atď.

V technológii na rôzne účely sa používajú silikofluoridy sodné Na 2 SiF 6, horčík MgSiF 6 * 6HgO, zinok ZnSiF 6 * 6H 2 O, hliník Al 2 (SiF 6) 3, olovo PbSiF 6, bárium BaSiF 6 atď. fluoridy majú antiseptické a tesniace vlastnosti; zároveň sú spomaľovače horenia. Vďaka tomu sa používajú na impregnáciu dreva, aby sa zabránilo predčasnému rozkladu a chránilo sa pred vznietením v prípade požiarov. Umelé a prírodné kamene na stavebné účely sú tiež impregnované fluoridmi kremíka na ich zhutnenie. Podstata impregnácie spočíva v tom, že roztok silikofluoridov, prenikajúci do pórov a prasklín kameňa, reaguje s uhličitanom vápenatým a niektorými ďalšími zlúčeninami a vytvára nerozpustné soli, ktoré sa ukladajú v póroch a uzatvárajú ich. Tým sa výrazne zvyšuje odolnosť kameňa voči poveternostným vplyvom. Materiály, ktoré neobsahujú uhličitan vápenatý vôbec alebo ho obsahujú málo, sú vopred upravené avanfluátmi, t.j. látky obsahujúce rozpustené vápenaté soli, kremičitany alkalických kovov a iné látky schopné vytvárať nerozpustné zrazeniny s fluátmi. Ako fluáty sa používajú fluoridy kremíka horčíka, zinku a hliníka. Fluating proces možno znázorniť takto:

MgSiF6 + 2СаСО 3 = MgF 2 + 2CaF 2 + SiO 2 + 2СО 2

ZnSiF 6 + ЗСаС0 3 = 3CaF 6 + ZnCO 3 + SiO 2 + 2CO 2

Al2(SiF6)3 + 6CaC03=. 2A1F3 + 6CaF2 + 3Si02 + 6CO2

Fluoridy kremíka alkalických kovov sa získavajú interakciou kyseliny fluorokremičitej s roztokmi solí týchto kovov:

2NaCl + H2SiF6 = Na2S1F6 + 2HC1

Sú to želatínové zrazeniny, rozpustné vo vode a prakticky nerozpustné v absolútnom alkohole. Preto sa používajú v kvantitatívnej analýze na stanovenie oxidu kremičitého volumetrickou metódou. Na technické účely sa používa silikofluorid sodný, ktorý sa získava vo forme bieleho prášku ako vedľajší produkt pri výrobe superfosfátu. Kryolit 3NaF-AlF 3 je tvorený zmesou Na 2 SiF 6 a A1 2 O 3 pri 800 °C, ktorá je široko používaná pri výrobe dentálnych cementov a je dobrým tlmičom hluku ako pri výrobe skla, tak aj pri výrobe opakeru. glazúry a emaily.

Silikofluorid sodný ako jedna zo zložiek sa zavádza do zloženia chemicky odolných tmelov vyrobených na tekutom skle:

Na2SiF6 + 2Na2Si03 = 6NaF + 3Si02

Silika uvoľnená touto reakciou dodáva vytvrdnutému tmelu chemickú odolnosť. Zároveň je Na 2 SiF 6 urýchľovačom tvrdnutia. Silikofluorid sodný sa tiež používa ako mineralizátor v surových zmesiach pri výrobe cementov.

Tetrachlórsilán SiCl 4 - bezfarebná, na vzduchu dymiaca, ľahko hydrolyzovateľná kvapalina získaná chloráciou karborunda alebo ferosilicia pôsobením na silány pri zvýšených teplotách

Tetrachlórsilán je hlavným východiskovým materiálom na výrobu mnohých organokremičitých zlúčenín.

Tetrabrómsilán SiBr 4 je bezfarebný, na vzduchu dymivý, ľahko hydrolyzovateľný na Si02 a HBr kvapaline, získaný pri teplote rozžeravenia do červena, keď para brómu prechádza cez rozžeravený elementárny kremík.

Tetrajódsilán SiI 4 je biela kryštalická látka získaná prechodom zmesi jódových pár s oxidom uhličitým cez žeravý elementárny kremík.

Boridy a nitridy kremíka

Boridy kremíka sú zlúčeniny kremíka s bórom. V súčasnosti existujú dva zrody kremíka: triborid kremíka B 3 Si a hexaborid kremíka B 6 Si. Sú to extrémne tvrdé, chemicky odolné a žiaruvzdorné látky. Získavajú sa fúziou v elektrický prúd jemne mletej zmesi pozostávajúcej z 5 % hmotn. vrátane elementárneho kremíka a 1 hm. h) bór. Zhluknutá hmota sa vyčistí roztaveným uhličitanom draselným. G.M.Samsonov a V.P. Latyshev získali triborid kremíka lisovaním za horúca pri 1600-1800 °C.

Triborid kremíka s pl. 2,52 g / cm 3 tvorí čierne platne
kosoštvorcové kryštály, priesvitné
v tenkej vrstve v žltohnedých tónoch. Hexaborid kremíka s pl.
2,47 g / cm 3 sa získa vo forme nepriehľadných nepriehľadných zŕn nepriehľadných
hnusná forma.

Boridy kremíka sa topia asi pri 2000 °C, ale oxidujú veľmi pomaly aj pri vysokých teplotách. To umožňuje ich použitie ako špeciálne žiaruvzdorné materiály. Tvrdosť boridov kremíka je veľmi vysoká av tomto ohľade sa blížia ku karborundu.

Zlúčeniny kremíkového dusíka sa nazývajú nitridy kremíka. Sú známe nasledujúce nitridy: Si3N4, Si2N3 a SIN. Nitridy kremíka sa získavajú kalcináciou elementárneho kremíka v atmosfére čistého dusíka v rozsahu teplôt od 1300 do 1500 °C. Normálny nitrid kremíka Si 3 N 4 je možné získať zo zmesi oxidu kremičitého s koksom kalcinovaného v atmosfére čistého dusíka pri 1400-1500 °C:

6С + 3Si0 2 + 2N 3 ͢ Si 3 N 4 + 6CO

Si 3 N 4 je sivobiely žiaruvzdorný a kyselinovzdorný prášok, ktorý prchá len nad 1900 °C. Nitrid kremíka sa hydrolyzuje za uvoľnenia oxidu kremičitého a amoniaku:

Si3N4 + 6H20 = 3Si02 + 4NH3

Koncentrovaná kyselina sírová pri zahrievaní pomaly rozkladá Si 3 N 4 a zriedená kyselina fluorokremičitá ho rozkladá razantnejšie.

Nitrid kremíka zloženia Si 2 N 3 sa získava aj pôsobením dusíka pri vysokých teplotách na elementárny kremík alebo na uhlík-dusík-kremík C 2 Si 2 N + N 2 = 2C + Si2N 3.

Okrem binárnych zlúčenín kremíka s dusíkom sú v súčasnosti známe mnohé ďalšie zložitejšie, ktoré sú založené na priamom spojení atómov kremíka s atómami dusíka, napr.: 1) aminosilány SiH 3 NH 2, SiH 2 (NH 2) 2, SiH (NH2)3, Si (NH2)4; 2) silylamíny NH2(SiH3), NH(SiH3)2, N(SiH3)3; 3) zlúčeniny kremíka obsahujúce dusík komplexnejšieho zloženia.

VŠEOBECNÉ POJMY