Характеристика кремния
В отличие от углерода, кремний встречается в виде одной устойчивой модификации. Для кремния также характерна sp3-гибридизация электронных орбиталей. На внешнем электронном слое атома кремния есть валентные 3d-орбитали (Si: 3s23p23d0), что отличает структуру внешнего слоя атома кремния от атома углерода (С: 2s22p2). Вакантные 3d-орбитали могут участвовать в образовании связей, что сказывается на свойствах образуемых простых веществ: алмазоподобная модификация углерода – диэлектрик, а алмазоподобная модификация кремния – полупроводник.
Кремний – второй элемент по распространенности в атмосфере Земли (27,6%). Встречается только в связанном виде в различных горных породах и продуктах их выветривания, в виде оксидов и силикатов, из которых на 90% состоит земная кора.
Получение кремния:
1 В лаборатории кремний получают восстановлением диоксида кремния SiO2 магнием:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si
2 В промышленности для получения кремния, его диоксид восстанавливают углеродом в электрической печи:
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
3 Кремний высокой частоты (полупроводниковый) получают восстановлением водородом соединений SiCl4, SiHCl3:
SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl,
SiHCl3 + H2 = Si + 3HCl,
а также термическим разложением силана:
SiH4 → Si + 2H2.
Химические свойства кремния
Алмазоподобный кремний – темно-серое, почти черное вещество с металлическим блеском. Это типичный полупроводник. Кремний тугоплавок, обладает большой твердостью. Химически инертен. При комнатной температуре взаимодействует только с F2, Cl2 и раствором горячей щелочи:
Si + H2O + 2KOH = K2SiO3 + 2H2.
Кремний растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот:
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O.
среда
В приведенных реакциях кремний проявляет восстановительные свойства и степень его окисления в продуктах реакции равна +4.
При высокой температуре кремний вступает во взаимодействие со многими металлами, образуя силициды (кремний является окислителем):
2Mg + Si = Mg2Si.
Важнейшие соединения кремния
Соединения кремния с водородом и галогенами
Кремний не реагирует с водородом. Силаны (SinH2n+2), где n=1– 6, получают косвенным путем:
Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4 + 2MgSO4.
Моносилан SiH4 получают окислением гидридоалюмината лития хлоридом кремния:
SiCl4 + Li[AlH4] → LiCl + SiH4↑ + AlCl3.
Силаны – легколетучие вещества. Ядовиты. На воздухе они воспламеняются. Они реакционноспособны и являются сильными восстановителями, реагируют с водой при комнатной температуре:
SiH4 + 2H2O → SiO2 + 4H2↑,
в щелочной среде:
SiH4 + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 4H2↑.
С галогенами реагируют быстро со взрывом:
SiH4 + 2Cl2 → SiCl4 + 2H2↑.