Karbon, birkaç allotropik modifikasyon oluşturabilir. Bunlar elmas (en inert allotropik modifikasyon), grafit, fulleren ve carbyne'dir.
Kömür ve kurum amorf karbondur. Bu durumda karbon düzenli bir yapıya sahip değildir ve aslında grafit katmanlarının en küçük parçalarından oluşur. Sıcak buharla işlenen amorf karbona aktif karbon denir. 1 gram aktif karbon, içinde çok sayıda gözenek bulunması nedeniyle, toplam yüzeyi üç yüzden fazla metrekare! absorbe etme özelliğinden dolayı çeşitli maddeler Aktif karbon Bir filtre dolgu maddesi ve ayrıca bir enterosorbent olarak geniş uygulama alanı bulur. farklı şekiller zehirlenme.
Kimyasal bir bakış açısından, amorf karbon en aktif şeklidir, grafit orta derecede aktiftir ve elmas son derece inert bir maddedir. Bu nedenle aşağıda ele alınan Kimyasal özellikler karbon öncelikle amorf karbona atfedilmelidir.
Karbonun özelliklerini azaltmak
İndirgeyici bir ajan olarak karbon, oksijen, halojenler, kükürt gibi metal olmayanlarla reaksiyona girer.
Kömürün yanması sırasında oksijen fazlalığına veya yokluğuna bağlı olarak karbonmonoksit CO veya karbon dioksit CO2:
Karbon, flor ile etkileşime girdiğinde, karbon tetraflorür oluşur:
Karbon kükürt ile ısıtıldığında, karbon disülfür CS2 oluşur:
Karbon, bir dizi aktivitede alüminyumdan sonra metalleri oksitlerinden indirgeme yeteneğine sahiptir. Örneğin:
Karbon ayrıca aktif metallerin oksitleriyle de reaksiyona girer, ancak bu durumda, kural olarak, gözlenen metalin indirgenmesi değil, karbürünün oluşumudur:
Karbonun ametal oksitlerle etkileşimi
Karbon, karbon dioksit CO 2 ile bir orantılama reaksiyonuna girer:
En önemli endüstriyel süreçlerden biri, sözde kömürün buhar dönüşümü... İşlem, su buharının sıcak kömürden geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Bu durumda, aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:
Yüksek sıcaklıklarda karbon, silikon dioksit gibi inert bir bileşiği bile indirgeme yeteneğine sahiptir. Bu durumda duruma göre silisyum veya silisyum karbür oluşumu ( karborundum):
Ayrıca, indirgeyici ajan olarak karbon, oksitleyici asitlerle, özellikle konsantre sülfürik ve nitrik asitlerle reaksiyona girer:
Karbonun oksitleyici özellikleri
Karbon kimyasal elementi yüksek düzeyde elektronegatif değildir; bu nedenle oluşturduğu basit maddeler, diğer metal olmayanlara göre nadiren oksitleyici özellikler sergiler.
Bu tür reaksiyonların bir örneği, bir katalizör varlığında ısıtıldığında amorf karbonun hidrojen ile etkileşimidir:
ve ayrıca 1200-1300 ° C sıcaklıkta silikon ile:
Karbon, metallerle ilgili olarak oksitleyici özellikler sergiler. Karbon, aktif metaller ve ortalama aktiviteye sahip bazı metallerle reaksiyona girebilir. Reaksiyonlar ısıtıldığında gerçekleşir:
| Aktif metallerin karbürleri su ile hidrolize edilir:
yanı sıra oksitleyici olmayan asitlerin çözeltileri: Bu, orijinal karbürde olduğu gibi aynı oksidasyon durumunda karbon içeren hidrokarbonların oluşumuyla sonuçlanır. |
Silikon kimyasal özellikleri
Silikon, karbon gibi, kristal ve amorf halde bulunabilir ve karbon durumunda olduğu gibi, amorf silikon kristalden önemli ölçüde kimyasal olarak daha aktiftir.
Bazen amorf ve kristal silisyuma allotropik modifikasyonlar denir ve bu kesinlikle doğru değildir. Amorf silisyum esasen birbirine göre rastgele düzenlenmiş en küçük kristal silisyum parçacıklarının bir yığınıdır.
Silikonun basit maddelerle etkileşimi
metal olmayanlar
saat normal koşullar silisyum, eylemsizliği nedeniyle yalnızca flor ile reaksiyona girer:
Silikon, yalnızca ısıtıldığında klor, brom ve iyot ile reaksiyona girer. Bu durumda, halojenin aktivitesine bağlı olarak, buna uygun olarak farklı bir sıcaklığın gerekli olması karakteristiktir:
Böylece klor ile reaksiyon 340-420 ° C'de ilerler:
Bromlu - 620-700 o C:
İyotlu - 750-810 o C:
Silikonun oksijenle reaksiyonu devam eder, ancak güçlü bir oksit filminin etkileşimi zorlaştırması nedeniyle çok güçlü ısıtma (1200-1300 ° C) gerektirir:
1200-1500 ° C sıcaklıkta, silikon, silisyum karbür SiC'yi oluşturmak için grafit formunda karbon ile yavaş yavaş etkileşime girer - atomik bir maddedir. kristal kafes bir elmasa benzer ve neredeyse ona eşit güçte:
Silikon hidrojen ile reaksiyona girmez.
metaller
Düşük elektronegatifliği nedeniyle silikon, yalnızca metallerle ilgili olarak oksitleyici özellikler gösterebilir. Metallerden silikon, aktif (alkali ve toprak alkali) metallerle ve ayrıca orta aktiviteye sahip birçok metalle reaksiyona girer. Bu etkileşimin bir sonucu olarak silisitler oluşur:
Silisyumun karmaşık maddelerle etkileşimi
Silikon kaynarken bile suyla reaksiyona girmez, ancak amorf silikon yaklaşık 400-500 o C sıcaklıkta aşırı ısıtılmış su buharı ile etkileşime girer. Bu durumda hidrojen ve silikon dioksit oluşur:
Tüm asitlerden silikon (amorf halde) sadece konsantre hidroflorik asit ile reaksiyona girer:
Silikon, konsantre alkali çözeltilerde çözünür. Reaksiyona hidrojenin evrimi eşlik eder.
Serbest formdaki silikon, 1811 yılında J. Gay-Lussac ve L. Tenard tarafından silikon florür buharının metalik potasyum üzerinden geçirilmesiyle izole edildi, ancak onu bir element olarak tanımlamadılar. 1823'te İsveçli kimyager J. Berzelius, işlenerek elde ettiği silikonun bir tanımını verdi. potasyum tuzu Yüksek sıcaklıkta potasyum metali ile K 2 SiF 6. Yeni elemente "silisyum" adı verildi (Latince silex - çakmaktaşından). Rusça adı "silikon" 1834 yılında Rus kimyager Alman İvanoviç Hess tarafından tanıtıldı. Eski Yunancadan çevrilmiştir. krhmnoz- "uçurum, dağ".
Doğada olmak, elde etmek:
Doğada silikon, çeşitli bileşimlerde dioksit ve silikatlar şeklinde bulunur. Doğal silikon dioksit, esas olarak kuvars şeklinde bulunur, ancak başka mineraller de vardır - kristobalit, tridimit, balina, kousit. Denizlerin ve okyanusların dibindeki diyatome tortularında amorf silika bulunur - bu tortular, diyatomların ve bazı siliatların bir parçası olan SiO 2'den oluşmuştur.
Serbest silikon, ince beyaz kumun magnezyum ile kalsine edilmesiyle elde edilebilir. kimyasal bileşim neredeyse saf silikon oksittir, SiO 2 + 2Mg = 2MgO + Si. Endüstride, SiO 2 eriyiğinin kok fırınlarında yaklaşık 1800 ° C sıcaklıkta indirgenmesiyle teknik saflıkta silikon elde edilir. Bu şekilde elde edilen silisyumun saflığı %99,9'a ulaşabilir (ana safsızlıklar karbon, metallerdir).
Fiziksel özellikler:
Amorf silikon, yoğunluğu 2.0 g / cm3 olan kahverengi bir toz şeklindedir. Kristal silikon - koyu gri, parlak kristal madde, kırılgan ve çok sert, elmas kafeste kristalleşir. Tipik bir yarı iletkendir (elektriği kauçuk tipi bir yalıtkandan daha iyi ve bakır tipi bir iletkenden daha kötü iletir). Silikon kırılgandır, ancak 800 °C'nin üzerinde ısıtıldığında plastik bir madde haline gelir. İlginç bir şekilde silikon, 1,1 mikrometre dalga boyunda başlayan kızılötesi radyasyona karşı şeffaftır.
Kimyasal özellikler:
Kimyasal olarak silikon aktif değildir. Oda sıcaklığında sadece gaz halindeki flor ile reaksiyona girerek uçucu silikon tetraflorür SiF 4 oluşturur. 400-500 ° C'lik bir sıcaklığa ısıtıldığında, silikon oksijen ile reaksiyona girerek dioksit, klor, brom ve iyot ile reaksiyona girer - karşılık gelen kolayca uçucu tetrahalidler SiHal 4'ü oluşturmak için. Yaklaşık 1000 ° C'lik bir sıcaklıkta, silikon, boron - termal ve kimyasal olarak dirençli SiB 3, SiB 6 ve SiB 12 borürleri ile Si 3 N 4 nitrür oluşturmak için nitrojen ile reaksiyona girer. Silikon, hidrojen ile doğrudan reaksiyona girmez.
Silikon aşındırma için en yaygın olarak bir hidroflorik ve nitrik asit karışımı kullanılır.
Alkalilere karşı tutum ...
Silikon, +4 veya -4 oksidasyon durumuna sahip bileşiklerle karakterize edilir.
En önemli bağlantılar:
Silikon dioksit, SiO 2- (silisik anhidrit) ...
...
Silisik asit- zayıf, çözünmez, jel formundaki (jelatinli madde) bir silikat çözeltisine asit ilave edilerek oluşturulur. H4SiO4 (ortosilisik) ve H2SiO3 (metasilikon veya silikon) yalnızca çözeltide bulunur ve ısıtılıp kurutulduğunda geri dönüşümsüz olarak Si02'ye dönüştürülür. Elde edilen katı gözenekli ürün - silika jeli, gelişmiş bir yüzeye sahiptir ve gazların adsorbanı, kurutma maddesi, katalizör ve katalizör taşıyıcı olarak kullanılır.
silikatlar- silisik asit tuzlarının çoğu (sodyum ve potasyum silikatlar hariç) suda çözünmez. Özellikler....
hidrojen bileşikleri- hidrokarbonların analogları, silanlar silisyum atomlarının tek bir bağla bağlandığı bileşikler, kuvvetli silikon atomları bir çift bağ ile bağlanırsa. Hidrokarbonlar gibi bu bileşikler de zincirler ve halkalar oluşturur. Tüm silanlar kendiliğinden tutuşabilir, hava ile patlayıcı karışımlar oluşturabilir ve su ile kolayca reaksiyona girebilir.
Uygulama:
Silisyum en çok alüminyum, bakır ve magnezyuma mukavemet kazandırmak için alaşımların üretiminde ve çelik üretiminde ve yarı iletken teknolojisinde önemli olan ferrosilisitlerin üretiminde kullanılır. Silikon kristaller kullanılır Güneş enerjili ve yarı iletken cihazlar - transistörler ve diyotlar. Silikon ayrıca, yağlar, gresler, plastikler ve sentetik kauçuklar şeklinde elde edilen organosilikon bileşiklerin veya siloksanların üretimi için bir hammadde görevi görür. İnorganik bileşikler silikon, seramik ve cam teknolojisinde, yalıtım malzemesi ve piezoelektrik kristaller olarak kullanılır.
Bazı organizmalar için silikon temel bir besindir. Bitkilerdeki destek yapılarının ve hayvanlardaki iskelet yapılarının bir parçasıdır. Büyük miktarlarda silikon, deniz organizmaları - diatomlar, radyolaryalılar, süngerler tarafından konsantre edilir. Büyük miktarlarda silikon, her şeyden önce - pirinç ekimi de dahil olmak üzere Bambu ve Pirinç benzeri alt familyaları olan at kuyruğu ve tahıllar tarafından konsantre edilir. Kas insan (1-2) %10-2 silikon içerir, kemik- 17 · %10-4, kan - 3.9 mg / l. Gıda ile insan vücuduna günlük 1 g'a kadar silikon girer.
Antonov S.M., Tomilin K.G.
KhF Tyumen Devlet Üniversitesi, grup 571.
saat normal koşullar karbon - grafit ve elmasın allotropik modifikasyonları oldukça inerttir. Ancak artan t ile aktif olarak girerler kimyasal reaksiyonlar basit ve karmaşık maddelerle.
Karbonun kimyasal özellikleri
Karbonun elektronegatifliği düşük olduğundan, basit maddeler iyi indirgeyici maddelerdir. İnce kristalli karbon daha kolay oksitlenir, grafit daha zordur ve elmas daha da zordur.
Karbonun allotropik modifikasyonları, belirli ateşleme sıcaklıklarında oksijen (yanma) ile oksitlenir: grafit 600 ° C'de tutuşur, elmas - 850-1000 ° C'de. Oksijen fazla ise karbon monoksit (IV) oluşur, eksiklik varsa - karbon monoksit (II):
C + O2 = CO2
2C + O2 = 2CO
Karbon metal oksitleri azaltır. Bu serbest metaller verir. Örneğin, kurşun oksit kok ile kalsine edildiğinde kurşun eritilir:
PbO + C = Pb + CO
indirgeyici ajan: C0 - 2e => C + 2
oksitleyici ajan: Pb + 2 + 2e => Pb0
Karbon ayrıca metallerle ilgili olarak oksitleyici özellikler sergiler. Aynı zamanda çeşitli karbürler oluşturur. Bu nedenle, alüminyum ile reaksiyonlar yüksek bir sıcaklıkta gerçekleşir:
3C + 4Al = Al4C3
C0 + 4e => C-4 3
Al0 - 3e => Al + 3 4
Karbon bileşiklerinin kimyasal özellikleri
1) Karbon monoksitin gücü yüksek olduğu için kimyasal reaksiyonlara girer. yüksek sıcaklıklar... Önemli ısıtma ile, karbon monoksitin yüksek indirgeme özellikleri ortaya çıkar. Böylece metal oksitlerle reaksiyona girer:
CuO + CO => Cu + CO2
Yüksek sıcaklıklarda (700 °C) oksijende tutuşur ve mavi alevle yanar. Bu alevden, reaksiyon sonucunda karbondioksit oluştuğunu öğrenebilirsiniz:
CO + O2 => CO2
2) Karbondioksit molekülündeki çift bağlar yeterince güçlüdür. Bunları kırmak için önemli miktarda enerji gerekir (525,6 kJ / mol). Bu nedenle, karbondioksit oldukça inerttir. Girdiği reaksiyonlar genellikle yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir.
Karbondioksit su ile reaksiyona girdiğinde asidiktir. Bu, bir karbonik asit çözeltisi oluşturur. Reaksiyon geri dönüşümlüdür.
Asidik bir oksit olarak karbondioksit, alkaliler ve bazik oksitlerle reaksiyona girer. Karbondioksit bir alkali çözeltisinden geçirildiğinde, orta veya asidik tuz oluşabilir.
3) Karbonik asit, asitlerin tüm özelliklerine sahiptir ve alkaliler ve bazik oksitlerle etkileşime girer.
Silikon kimyasal özellikleri
Silikon karbondan daha aktiftir ve oksijen tarafından zaten 400 °C'de oksitlenir. Diğer metal olmayanlar silikonu oksitleyebilir. Bu reaksiyonlar genellikle oksijenden daha yüksek bir sıcaklıkta gerçekleşir. Bu koşullar altında silikon, karbonla, özellikle grafitle etkileşime girer. Bu, karborundum SiC'yi oluşturur - çok sert bir madde, sertlikte sadece elmastan daha düşüktür.
Silikon ayrıca oksitleyici bir ajan olabilir. Bu, aktif metallerle reaksiyonlarda kendini gösterir. Örneğin:
Si + 2Mg = Mg2Si
Silikonun karbona kıyasla daha yüksek aktivitesi, karbondan farklı olarak alkalilerle reaksiyona girmesiyle kendini gösterir:
Si + NaOH + H2O => Na2SiO3 + H2
Silikon bileşiklerinin kimyasal özellikleri
1) Silikon dioksitin kristal kafesindeki atomlar arasındaki güçlü bağlar, düşük kimyasal aktiviteyi açıklar. Bu oksidin girdiği reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir.
Silikon oksit asidik bir oksittir. Bildiğiniz gibi su ile reaksiyona girmez. Asidik doğası, alkaliler ve bazik oksitlerle reaksiyona girerek kendini gösterir:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Bazik oksitlerle reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir.
Silikon oksit çok az oksitleyici özellik gösterir. Bazı aktif metaller tarafından indirgenir.
Karbonlu silikonun ikili bileşiklerinde, her bir silikon atomu, merkezi silikon atomu olan bir tetrahedronun köşelerinde bulunan dört komşu karbon atomuna doğrudan bağlıdır. Aynı zamanda, her bir karbon atomu, merkezi bir karbon karbon atomu olan bir tetrahedronun köşelerinde bulunan dört komşu silikon atomuna bağlanır. Silisyum ve karbon atomlarının böyle bir karşılıklı düzenlemesi, silikon-karbon bağı Si - C-'ye dayanır ve yoğun ve çok güçlü bir kristal yapı oluşturur.
Şu anda, karbonlu sadece iki ikili silikon bileşiği bilinmektedir. Çok nadir bulunan doğal olarak oluşan bir mineral olan mozanittir. pratik uygulama ve bazen silund, refraks, carbofrax, kristalan vb. olarak adlandırılan yapay olarak elde edilen SiC carborundum.
Laboratuvar uygulamalarında ve teknolojide, silikanın karbon ile reaksiyon denklemine göre indirgenmesiyle karborundum elde edilir.
SiO 2 + 3C = 2CO + SiC
İnce öğütülmüş kuvars veya saf kuvars hattı ve koka ek olarak, karborundum üretimi için şarjın bileşimine sofra tuzu eklenir ve talaş... Ateşleme sırasında talaş yükü gevşetir ve tuz, demir ve alüminyum safsızlıkları ile reaksiyona girerek, bunları 1000-1200 ° C'de reaksiyon bölgesinden uzaklaştırılan uçucu klorürler FeCl 3 ve A1C1 3'e dönüştürür. Aslında, silika ve kok arasındaki reaksiyon zaten 1150 ° C'de başlar, ancak son derece yavaş ilerler. Sıcaklık 1220 °C'ye yükseldikçe hızı artar. 1220 ila 1340 °C sıcaklık aralığında ekzotermik hale gelir ve şiddetli bir şekilde ilerler. Reaksiyonun bir sonucu olarak, ilk önce en küçük kristallerden ve amorf bir karborundum çeşidinden oluşan bir karışım oluşur. Sıcaklığın 1800-2000 ° C'ye yükselmesiyle, karışım yeniden kristalleşir ve iyi gelişmiş, tablo şeklinde, nadiren renksiz, daha sık yeşil, gri ve hatta siyah renkli bir elmas parıltısı ve bir gökkuşağı oyunu, yaklaşık içeren altıgen kristallere dönüşür. %98-99.5 karborundum. Yükten karborundum elde etme işlemi 2000-2200 °C'de yanan elektrikli fırınlarda gerçekleştirilir. Kimyasal olarak saf karborundum elde etmek için yükün yakılması sonucu elde edilen ürün, reaksiyona girmemiş silikayı çözen alkali ile işlenir.
Kristal karborundum çok katılar; sertliği 9'dur. Polikristal karborundum'un omik direnci artan sıcaklıkla azalır ve 1500 0 С'de önemsiz hale gelir.
1000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda havada, karborundum önce yavaş, daha sonra sıcaklık 1700 °C'nin üzerine çıktıkça kuvvetli bir şekilde oksitlenmeye başlar. Bu durumda silika ve karbon monoksit oluşur:
2SiC + ЗО 2 = 2SiO 2 + 2CO
Carborundum yüzeyinde oluşan silikon dioksit, carborundum'un daha fazla oksidasyonunu bir şekilde yavaşlatan koruyucu bir filmdir. Aynı koşullar altında, karborundum oksidasyonu su buharı ortamında daha güçlü bir şekilde ilerler.
mineral asitler, ortofosforik hariç, karborundum üzerinde hareket etmez, 100 ° C'de klor, reaksiyon denklemine göre ayrıştırır
SiC + 2Cl 2 = SiCl 4 + C
ve 1000 ° C'de karbon yerine CC1 4 salınır:
SiC + 4C1 2 = SiCl + CC1 4
Karborundum ile reaksiyona giren erimiş metaller, karşılık gelen silisitleri oluşturur:
SiC + Fe = FeSl + C
810 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, carborundum, alkali toprak metal oksitlerini metale indirger, 1000 °C'nin üzerinde demir (III) oksit Fe 2 O 3 ve 1300-1370 ° C'nin üzerinde demir (II) oksit FeO, nikel (II) oksiti azaltır. NiO ve manganez oksit МnО.
Atmosferik oksijen varlığında erimiş kostik alkaliler ve bunların karbonatları, karşılık gelen silikatların oluşumu ile karborundum'u tamamen ayrıştırır:
SiC + 2KON + 2O 2 = K 2 SiO 3 + H 2 O + CO 2
SiC + Na 2CO 3 + 2O 2 = Na 2 SiO 3 + 2CO 2
Carborundum ayrıca sodyum peroksit, kurşun (II) oksit ve fosforik asit ile reaksiyona girebilir.
Karborundum'un yüksek bir sertliğe sahip olması nedeniyle, metal taşlama için aşındırıcı tozlar ve ayrıca ondan karborundum aşındırıcı tekerlekler, çubuklar ve aşındırıcı kağıt üretimi için yaygın olarak kullanılır. Elektiriksel iletkenlik Carborundum, yüksek sıcaklıklarda, elektrikli fırınlarda direnç elemanı olan silit çubuklarının imalatında ana malzeme olarak kullanılmasını mümkün kılar. Bu amaçla, silikonlu bir karborundum karışımı, gliserin veya başka bir organik çimentolu madde ile kapatılır ve elde edilen kütleden, karbon monoksit atmosferinde veya azot atmosferinde 1400-1500 ° C'de ateşlenen çubuklar oluşturulur. Ateşleme sırasında, çimentolu organik madde ayrışır, açığa çıkan karbon, silikonla birleşerek onu karborundum'a dönüştürür ve çubuklara gerekli gücü verir.
Karborundumdan özel refrakter potalar yapılır.
sıcak presleme ile elde edilen metalleri eritmek için
42-70 MPa basınç altında 2500 ° C'de carborundum. Hala biliniyor
karborundum ve nitrür karışımlarından yapılan refrakterler
bor, steatit, molibden içeren bağlayıcılar ve diğer maddeler
varlıklar.
SİLİKON VEYA SİLAN HİDRİTLER
Silikon hidrojen bileşikleri genellikle silikon hidritler veya silanlar olarak adlandırılır. Doymuş hidrokarbonlar gibi, silikon hidritler de silikon atomlarının tek bir bağla birbirine bağlandığı homolog bir seri oluşturur.
Si-Si -Si -Si -Si- vb.
En basit Temsilci
bu homolog serinin monosilan veya basitçe silan, molekülün yapısı metan yapısına benzer olan SiH 4, ardından
moleküler yapıda etana benzer disilan H3 Si-SiH3, daha sonra trisilan H3 Si-SiH2 -SiH3,
tetrasilan H3 Si-SiH2 -SiH2 -SiH3,
pentasilan H 3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 ^ - SiH 3 ve bu homolog serinin elde edilen silanlarının sonuncusu
hekzasilan H3 Si-SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 3. Silanlar saf formu doğada oluşmaz. Yapay bir şekilde elde edilirler:
1. Reaksiyon denklemine göre metal silisitlerin asitler veya alkaliler ile ayrışması
Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4
bu, daha sonra çok düşük sıcaklıklarda fraksiyonel damıtma ile ayrılan bir silan karışımı oluşturur.
2. Halojenosilanların lityum hidrit veya lityum alüminyum hidrit ile indirgenmesi:
SiCl 4 + 4 LiH = 4LiCl + SiH 4
Silal elde etmenin bu yöntemi ilk olarak 1947'de tanımlanmıştır.
3. Halojenosilanların hidrojenle indirgenmesi. Reaksiyon, katalizör olarak silikon, metalik bakır ve %1 - 2 alüminyum halojenürler içeren bir temas karışımı ile doldurulmuş reaksiyon tüplerinde 300 - 400 °C'de ilerler.
Sitanların ve doymuş hidrokarbonların moleküler yapısındaki benzerliğe rağmen, fiziksel özellikler onlar farklı.
Hidrokarbonlarla karşılaştırıldığında silanlar daha az kararlıdır. Bunların en kararlısı, yalnızca kırmızı ısıtıldığında silikon ve hidrojene ayrışan monosilan SiH4'tür. Yüksek silikon içeriğine sahip diğer silanlar, çok daha düşük sıcaklıklarda daha düşük türevler oluşturur. Örneğin, disilan Si 2 H6, 300 ° C'de silan ve katı bir polimer verir ve hekzasilan Si 6 H14, sıcaklıkta bile yavaş yavaş ayrışır. normal sıcaklıklar... Oksijenle temas ettiğinde silanlar kolayca oksitlenir ve bazıları, örneğin monosilan SiH 4, -180 ° C'de kendiliğinden tutuşur. Silanlar, silikon dioksit ve hidrojene kolayca hidrolize edilir:
SiH 4 + 2H 2 0 = SiO 2 + 4H 2
Daha yüksek silanlar için bu işlem bölünme ile gerçekleşir.
bağlar - Si - Si - Si - silikon atomları arasında. Örneğin, üç-
silan Si 3 H 8, üç molekül Si02 ve on molekül hidrojen gazı verir:
H 3 Si - SiH 2 - SiH 3 + 6H 3 O = 3SiO 2 + 10H 2
Kostik alkalilerin varlığında, silanların hidrolizi, karşılık gelen alkali metal ve hidrojenin bir silikatının oluşumuyla sonuçlanır:
SiH 4 + 2NaOH + H 2 0 = Na 2 Si0 3 + 4H 2
SİLİKON HALOJENLER
Halojenosilanlar ayrıca ikili silikon bileşiklerine aittir. Silisyum hidritler gibi - silanlar - homolog bir dizi oluştururlar. kimyasal bileşikler halojenür atomlarının doğrudan tekli bağlarla bağlı silikon atomlarına bağlı olduğu
ve benzerleri uygun uzunlukta zincirler halinde. Bu benzerlik nedeniyle, halojenosilanlar, silanlardaki hidrojenin karşılık gelen halojen ile değiştirilmesinin ürünleri olarak düşünülebilir. Bu durumda, ikame tam veya eksik olabilir. İkinci durumda, halojenli silan türevleri elde edilir. Klorosilan Si 25 Cl 52, şimdiye kadar bilinen en yüksek halojenosilan olarak kabul edilir Halojenosilanlar ve halojenli türevleri doğada saf halde bulunmazlar ve yalnızca yapay olarak elde edilebilirler.
1. Temel silikonun halojenlerle doğrudan bağlantısı. Örneğin SiCl 4, %35 ila %50 arasında silisyum içeren ferrosilikondan 350-500 °C'de kuru klor ile işlemden geçirilerek elde edilir. Bu durumda, reaksiyon denklemine göre diğer daha karmaşık halojenosilanlar Si 2 C1 6, Si 3 Cl 8, vb. ile bir karışımda ana ürün olarak SiCl 4 elde edilir.
Si + 2Cl 2 = SiCl 4
Aynı bileşik, yüksek sıcaklıklarda bir silika ile kok karışımının klorlanmasıyla elde edilebilir. Reaksiyon şemaya göre ilerler
SiO 2 + 2C = Si + 2CO
Si + 2C1 2 = SiC1 4
SiO 2 + 2C + 2Cl 2 = 2CO + SiCl 4
Tetrabromosilan, brom buharı ile elemental silikonun kırmızı ısısı ile brominasyon yoluyla elde edilir:
Si + 2Br 2 = SiBr 4
veya kok ile silika karışımı:
SiO 2 + 2C = Si + 2CO
Si + 2Br 3 = SiBi 4
SiO 2 + 2C + 2Br 2 = 2CO + SiBr 4
Bu durumda, tetrasilanlarla aynı anda daha yüksek dereceli silanların oluşumu mümkündür. Örneğin, magnezyum silisitin klorlanması, %80 SiCl4, %20 SiCl6 ve %0.5-1 Si3Cl8 üretir; kalsiyum silisidin klorlanmasında, reaksiyon ürünlerinin bileşimi şu şekilde ifade edilir: %65 SiCl4; %30 Si2Cl6; %4 Si3Cl 8.
2. 100 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda A1Br3 katalizörlerinin varlığında silanların hidrojen halojenürlerle halojenasyonu. Reaksiyon şemaya göre ilerler
SiH 4 + HBg = SiH 3 Br + H 2
SiH 4 + 2HBg = SiH 2 Br 2 + 2H 2
3. AlCl 3 katalizörlerinin varlığında silanların kloroform ile halojenasyonu:
Si 3H 8 + 4СНС1 3 = Si 3H 4 Cl 4 + 4СН 2 С1 3
Si 3 H 8 + 5СССl 3 = Si 3 Н 3 С1 5 + 5СН 2 С1 2
4. Silisyum tetraflorür, hidroflorik asidin silika üzerindeki etkisiyle elde edilir:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 0
5. Bazı polihalojenosilanlar, karşılık gelen halojenürleri ile halojenasyon yoluyla en basit halojenosilanlardan elde edilebilir. Örneğin, 200-300 ° C'de kapalı bir tüpte tetraiyodosilan, gümüş ile reaksiyona girerek heksaiodisilan'ı serbest bırakır.
İyodosilanlar, bir ortamda iyodin silanlarla etkileşimi ile elde edilebilir. karbon tetraklorür veya kloroform da v silanın hidrojen iyodür ile etkileşiminde katalizör Al3'ün varlığı
Halojenosilanlar, yapı olarak benzer halojenli hidrokarbonlardan daha az kararlıdır. Silika jel ve hidrohalik asit oluşturmak üzere kolayca hidrolize edilirler:
SiCl 4 + 2H20 = Si0 2 + 4HCl
Halojenosilanların en basit temsilcileri SiF 4, SiCl 4, SiBr 4 ve SiI 4'tür. Bunlardan tetraflorosilan ve tetraklorosilan esas olarak teknolojide kullanılmaktadır. Tetraflorosilan SiF 4 keskin kokulu renksiz bir gazdır, havada sigara içilir, hidrolize olarak silikoflorik asit ve silika jele dönüşür. SiF 4, reaksiyon denklemine göre hidroflorik asidin silika üzerindeki etkisiyle elde edilir.
SiО 2 + 4HF = SIF 4 + 2H 2 0
Endüstriyel üretim için. SiF 4 fluorspar CaF 2, silika Si02 ve sülfürik asit H 2 SO 4 kullanılmaktadır. Reaksiyon iki aşamada gerçekleşir:
2CaF 2 + 2H 3 SO 4 = 2CaSO 4 + 4HF
SiO 2 + 4HF = 2H 2 O + SiF 4
2CaF 2 + 2H 2 S0 4 + SiO 2 = 2CaSO 4 + 2H 2 O + SiF 4
Tetraflorosilanın gaz halindeki hali ve uçuculuğu, kireç-sodyum silikat camlarını hidrojen florür ile aşındırmak için kullanılır. Hidrojen florür camla etkileşime girdiğinde tetraflorosilan, kalsiyum florür, sodyum florür ve su oluşur. Uçucu hale gelen tetraflorosilan, hidrojen florür ile reaksiyon için yeni daha derin cam katmanlarını serbest bırakır. CaF2 ve NaF, su içinde çözülen ve böylece taze yüzeyli cam yüzeyine daha fazla nüfuz etmek için hidrojen florürün erişimini serbest bırakan reaksiyon bölgesinde kalır. Kazınmış yüzey mat veya şeffaf olabilir. Mat aşındırma, gaz halindeki hidrojen florür cama etki ettiğinde elde edilir, şeffaf - sulu hidroflorik asit çözeltileri ile aşındırma yapılırken. Tetraflorosilan suya geçirilirse, jel şeklinde H2SiF6 ve silika elde edilir:
3SiF 4 + 2H 2 O = 2H 2 SiF 6 + Si0 2
Florosilisik asit güçlü dibazik asitlerden biridir, serbest halde elde edilmez, buharlaştıktan sonra uçucu hale gelen SiF 4 ve 2HF'ye ayrışır; kostik alkaliler ile asidik ve normal tuzlar oluşturur:
H2SIF6 + 2NaOH. = Na2SiF6 + 2H20
fazla alkali ile bir alkali metal florür, silika ve su verir:
H 2 SiF 6 + 6NaOH = 6NaF + Si02 + 4H 2 O
Bu reaksiyonda açığa çıkan silika, kostik ile reaksiyona girer.
ve silikat oluşumuna yol açar:
Si02 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Florosilisik asit tuzlarına silikoflorürler veya flütler denir. Şu anda bilinen silika florürler Na, H, Rb, Cs, NH4, Cu, Ag, Hg, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn, Mn, Ni, Co, Al, Fe, Cr, Pb vb.
Çeşitli amaçlara yönelik teknolojide sodyum silikoflorürler Na 2 SiF 6, magnezyum MgSiF 6 * 6HgO, çinko ZnSiF 6 * 6H 2 O, alüminyum Al 2 (SiF 6) 3, kurşun PbSiF 6, baryum BaSiF 6 vb. Silikon kullanılmaktadır. florürler antiseptik ve sızdırmazlık özelliklerine sahiptir; aynı zamanda yangın geciktiricidirler. Bu nedenle, erken çürümeyi önlemek ve yangın durumunda tutuşmaya karşı korumak için ahşabı emprenye etmek için kullanılırlar. İnşaat amaçlı yapay ve doğal taşlar da onları sıkıştırmak için silikon florürlerle emprenye edilir. Emprenye işleminin özü, taşın gözeneklerine ve çatlaklarına nüfuz eden bir silikoflorür çözeltisinin kalsiyum karbonat ve diğer bazı bileşiklerle reaksiyona girmesi ve gözeneklerde biriken ve onları kapatan çözünmeyen tuzlar oluşturmasında yatmaktadır. Bu, taşın hava koşullarına karşı direncini önemli ölçüde artırır. Kalsiyum karbonat içermeyen veya çok az içeren malzemeler avanfluatlarla ön işleme tabi tutulur, yani. çözünmüş kalsiyum tuzları, alkali metal silikatlar ve flütlerle çözünmeyen çökeltiler oluşturabilen diğer maddeleri içeren maddeler. Magnezyum, çinko ve alüminyumun silikon florürleri flüt olarak kullanılır. Dalgalanma süreci aşağıdaki gibi temsil edilebilir:
MgSiF 6 + 2СаСО 3 = MgF 2 + 2CaF 2 + SiO 2 + 2Са 2
ZnSiF 6 + ЗСаС0 3 = 3CaF 6 + ZnCO 3 + SiO 2 + 2CO 2
Al 2 (SiF 6) 3 + 6CaCO 3 =. 2A1F 3 + 6CaF 2 + 3SiO 2 + 6CO 2
Alkali metallerin silikon florürleri, hidroflorosilisik asidin bu metallerin tuzlarının çözeltileri ile etkileşimi ile elde edilir:
2NaCl + H 2 SiF 6 = Na 2 SIF 6 + 2HC1
Bunlar jelatinimsi çökeltilerdir, suda çözünür ve mutlak alkolde pratik olarak çözünmezler. Bu nedenle, içinde kullanılırlar nicel analiz hacimsel yöntemle silika tayininde. Teknik amaçlar için, süperfosfat üretiminde yan ürün olarak beyaz toz halinde elde edilen sodyum silikoflorür kullanılır. Cryolite 3NaF-AlF 3, diş çimentosu üretiminde yaygın olarak kullanılan ve hem cam yapımında hem de opak üretiminde iyi bir susturucu olan 800 °C'de Na 2 SiF 6 ve A1 2 O 3 karışımından oluşur. sırlar ve emayeler.
Bileşenlerden biri olarak sodyum silikoflorür, sıvı cam üzerinde yapılan kimyasal olarak dirençli macunların bileşimine dahil edilir:
Na 2 SiF 6 + 2Na 2 SiO 3 = 6NaF + 3SiO 2
Bu reaksiyonla açığa çıkan silika, sertleşmiş macuna kimyasal direnç kazandırır. Aynı zamanda Na 2 SiF 6 bir sertleşme hızlandırıcıdır. Sodyum silikoflorür ayrıca çimento üretiminde ham karışımlarda bir mineralleştirici olarak tanıtılır.
Tetraklorosilan SiCl 4 - renksiz, havada dumanlı, yüksek sıcaklıklarda silanlar üzerindeki etkiyle karborundum veya ferrosilisonun klorlanmasıyla elde edilen kolayca hidrolize edilebilir sıvı
Tetraklorosilan, birçok organosilikon bileşiğinin üretimi için ana başlangıç maddesidir.
Tetrabromosilan SiBr 4 renksiz, havada dumanlı, Si02 ve HBr sıvısı üzerinde kolayca hidrolize olabilen, brom buharı kırmızı-sıcak elemental silikondan geçirildiğinde kırmızı-sıcak bir sıcaklıkta elde edilir.
Tetraiyodosilan Sil 4, akkor elemental silikon üzerinden iyot buharı ile karbon dioksit karışımının geçirilmesiyle elde edilen beyaz kristalli bir maddedir.
Silisyum borürler ve nitrürler
Silisyum borürler, borlu silisyum bileşikleridir. Halihazırda iki silikon yapısı vardır: silikon triborid B 3 Si ve silikon heksaborid B 6 Si. Son derece sert, kimyasal olarak dirençli ve ateşe dayanıklı maddelerdir. Füzyon ile elde edilirler. elektrik akımı 5 ağırlıktan oluşan ince öğütülmüş bir karışım. elementel silikon ve 1 wt. h. bor. Topaklanan kütle, erimiş potasyum karbonat ile temizlenir. G.M.Samsonov ve V.P. Latyshev, 1600-1800 ° C'de sıcak presleme ile silikon triborid elde etti.
pl ile silikon triborür. 2.52 g / cm3 siyah plakalar oluşturur
eşkenar dörtgen kristaller, yarı saydam
sarı-kahve tonlarında ince bir tabaka halinde. Pl ile silikon hekzaborid.
2.47 g/cm3 opak opak tanecikler şeklinde elde edilir.
aşağılık formu.
Silisyum borürler yaklaşık 2000 °C'de erir, ancak yüksek sıcaklıklarda bile çok yavaş oksitlenir. Bu, onları özel refrakter olarak kullanmayı mümkün kılar. Silisyum boridlerin sertliği çok yüksektir ve bu bakımdan carborundum'a yakındırlar.
Silisyum nitrojen bileşiklerine silisyum nitrürler denir. Aşağıdaki nitrürler bilinmektedir: Si 3 N 4, Si 2 N 3 ve SIN. Silisyum nitrürler, elementel silisyumun 1300 ila 1500 °C sıcaklık aralığında saf nitrojen atmosferinde kalsine edilmesiyle elde edilir. Normal silisyum nitrür Si 3 N 4, saf nitrojen atmosferinde kalsine edilmiş kok ile silika karışımından elde edilebilir. 1400-1500 °C:
6С + 3Si0 2 + 2N 3 ͢ Si 3 N 4 + 6CO
Si 3 N 4 sadece 1900 °C'nin üzerinde uçucu hale gelen grimsi beyaz refrakter ve aside dayanıklı bir tozdur. Silisyum nitrür silika ve amonyak salınımı ile hidrolize olur:
Si 3 N 4 + 6H 2 O = 3SiO 2 + 4NH3
Konsantre sülfürik asitısıtıldığında yavaş yavaş Si 3 N 4'ü ayrıştırır ve seyreltik hidroflorosilisik asit onu daha kuvvetli bir şekilde ayrıştırır.
Si 2 N3 bileşiminin silisyum nitrürü ayrıca azotun yüksek sıcaklıklarda elementel silikon veya karbon-azot-silikon C2Si2N + N2 = 2C + Si2N3 üzerindeki etkisiyle elde edilir.
Nitrojen ile silisyumun ikili bileşiklerine ek olarak, silisyum atomlarının nitrojen atomları ile doğrudan bağlantısına dayanan daha birçok karmaşık bileşikler şu anda bilinmektedir, örneğin: 1) aminosilanlar SiH3 NH2, SiH2 (NH2) 2, SiH (NH 2) 3, Si (NH 2) 4; 2) sililaminler NH2 (SiH 3), NH (SiH 3) 2, N (SiH 3) 3; 3) daha karmaşık bir bileşime sahip azot içeren silikon bileşikleri.
GENEL KONSEPTLER
- Tanımlama - Si (Silikon);
- Dönem - III;
- Grup - 14 (IVa);
- Atom kütlesi - 28.0855;
- Atom numarası - 14;
- Atom yarıçapı = 132 pm;
- Kovalent yarıçap = 111 pm;
- Elektronların dağılımı - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2;
- erime noktası = 1412 °C;
- kaynama noktası = 2355 °C;
- Elektronegatiflik (Pauling / Alpred ve Rohov) = 1.90 / 1.74;
- Oksidasyon durumu: +4, +2, 0, -4;
- Yoğunluk (n. At.) = 2.33 g / cm3;
- Molar hacim = 12,1 cm3 / mol.
Silikon bileşikleri:
Silikon ilk olarak 1811'de saf haliyle izole edildi (Fransızlar J.L. Gay-Lussac ve L. J. Thénard). 1825'te saf elemental silikon elde edildi (İsveçli J. J. Berzelius). Kimyasal element, 1834'te (Rus kimyager GI Hess) "silikon" adını (eski Yunanca - dağdan çeviri) aldı.
Silikon en bol (oksijenden sonra) kimyasal element Yeryüzünde (içerik yer kabuğu ağırlıkça %28-29). Doğada, silisyum en çok silika (kum, kuvars, çakmaktaşı, feldispat) şeklinde ve ayrıca silikatlar ve alüminosilikatlarda bulunur. Saf silikon son derece nadirdir. Saf hallerinde birçok doğal silikat değerli taşlar: zümrüt, topaz, aquamari - bunların hepsi silikon. Saf kristal silisyum oksit (IV), kaya kristali ve kuvars şeklinde oluşur. İçinde çeşitli safsızlıkların bulunduğu silikon oksit, değerli ve yarı değerli taşlar- ametist, akik, jasper.
Pirinç. Silisyum atomunun yapısı.
Silisyumun elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2'dir (bkz. Atomların elektronik yapısı). Dış enerji düzeyinde, silikonun 4 elektronu vardır: 2'si 3s-alt düzeyinde eşleştirilmiş + 2'si p orbitallerinde eşlenmemiş. Bir silikon atomu uyarılmış bir duruma geçtiğinde, s-alt düzeyinden bir elektron çiftini "ayırır" ve bir serbest yörüngenin olduğu p-alt düzeyine gider. Böylece, uyarılmış bir durumda, bir silikon atomunun elektronik konfigürasyonu şu şekli alır: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3.
Pirinç. Bir silikon atomunun uyarılmış bir duruma geçişi.
Bu nedenle, bileşiklerdeki silikon, 4 (çoğunlukla) veya 2 (bkz. Değerlik) değerliği sergileyebilir. Silikon (tıpkı karbon gibi), diğer elementlerle reaksiyona girerek, hem elektronlarından vazgeçip hem de onları alabileceği kimyasal bağlar oluşturur, ancak aynı zamanda silikon atomlarından elektron alma yeteneği karbon atomlarından daha az belirgindir, Nedeniyle daha büyük boy silikon atomu.
Silikon oksidasyon durumları:
- -4 : SiH4 (silan), Ca2Si, Mg2Si (metal silikatlar);
- +4 - en kararlı: SiO 2 (silikon oksit), H 2 SiO 3 (silisik asit), silikatlar ve silikon halojenürler;
- 0 : Si (basit madde)
Basit bir madde olarak silikon
Silikon, metalik parlaklığa sahip koyu gri kristal bir maddedir. kristal silikon bir yarı iletkendir.
Silikon, elmasa benzer sadece bir allotropik modifikasyon oluşturur, ancak aynı zamanda Si-Si bağları elmas karbon molekülündeki kadar güçlü olmadığı için güçlü değildir (Bkz. Elmas).
amorf silikon- 1420 ° C erime noktasına sahip kahverengi toz
Kristalin silikon, yeniden kristalleştirme yoluyla amorf silikondan elde edilir. Oldukça aktif olan amorf silikondan farklı olarak kimyasal, kristal silisyum diğer maddelerle etkileşim açısından daha inerttir.
Silikonun kristal kafesinin yapısı, elmasın yapısını tekrarlar - her atom, tetrahedronun köşelerinde bulunan diğer dört atomla çevrilidir. Atomlar, elmastaki karbon bağları kadar güçlü olmayan kovalent bağlarla birbirine bağlanır. Bu nedenle, n.u. kristal silisyumdaki kovalent bağların bazıları yok edilir, bu da bazı elektronların salınmasına neden olur, böylece silikon çok az elektriksel iletkenliğe sahip olur. Silikon, ışıkta veya bazı safsızlıkların eklenmesiyle ısındıkça, yok edilen kovalent bağların sayısı artar, bunun sonucunda serbest elektron sayısı artar, dolayısıyla silikonun elektriksel iletkenliği de artar.
Silikon kimyasal özellikleri
Karbon gibi, silikon da hangi maddeyle reaksiyona girdiğine bağlı olarak hem indirgeyici hem de oksitleyici madde olabilir.
altında silikon, yalnızca silikonun oldukça güçlü kristal kafesi ile açıklanan flor ile etkileşime girer.
Silikon, 400 ° C'yi aşan sıcaklıklarda klor ve brom ile reaksiyona girer.
Silikon, karbon ve nitrojen ile yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda etkileşir.
- Metal olmayanlarla reaksiyonlarda silikon, indirgeyici:
- normal koşullar altında, metal olmayan silikon sadece flor ile reaksiyona girerek bir silikon halojenür oluşturur:
Si + 2F 2 = SiF 4 - yüksek sıcaklıklarda silikon, klor (400 °C), oksijen (600 °C), nitrojen (1000 °C), karbon (2000 °C) ile reaksiyona girer:
- Si + 2Cl2 = SiCl 4 - silikon halojenür;
- Si + O 2 = Si02 - silikon oksit;
- 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 - silikon nitrür;
- Si + C = SiC - karborundum (silisyum karbür)
- normal koşullar altında, metal olmayan silikon sadece flor ile reaksiyona girerek bir silikon halojenür oluşturur:
- Metallerle reaksiyonlarda silikon, oksitleyici ajan(oluşturulan salisitler:
Si + 2Mg = Mg 2 Si - Konsantre alkali çözeltilerle reaksiyonlarda, silikon hidrojen salımı ile reaksiyona girerek çözünür silisik asit tuzları oluşturur. silikatlar:
Si + 2NaOH + H20 = Na2SiO3 + 2H2 - Silikon asitlerle reaksiyona girmez (HF hariç).
Silikon almak ve kullanmak
Silikon almak:
- laboratuvarda - silikadan (alumoterapi):
3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3 - endüstride - yüksek sıcaklıklarda silikon oksidin kok (ticari olarak saf silikon) ile indirgenmesi:
SiO 2 + 2C = Si + 2CO - En saf silikon, silikon tetraklorürün yüksek sıcaklıkta hidrojen (çinko) ile indirgenmesiyle elde edilir:
SiCl 4 + 2H 2 = Si + 4HCl
Silikon Uygulaması:
- yarı iletken radyo elementlerin imalatı;
- ısıya dayanıklı ve aside dayanıklı bileşiklerin üretiminde metalurjik katkı maddeleri olarak;
- güneş pili üretiminde;
- AC doğrultucular olarak.
