Простые вещества

углерод кремний
Аллотропные модификации, строение и свойства
Алмаз— кристаллическое вещество с атомной решеткой, прозрачен, обладает высокой твердостью, лучепреломляемостью, не проводит электрический ток. Каждый атом углерода в алмазе окружен четырьмя другими, расположенными от него в направлениях от центра тетра­эдра к его вершинам. Все это обуславливает исключитель­ную твердость, значительную прочность. Из всех аллотропных модификаций углерода алмаз обладает самой низкой химической активностью. Графит — аллотропная модификация углерода, характеризующаяся слоистым строением кристаллов. Графит — мягкое, «жирное» на ощупь вещество. Единственный неметалл, который хорошо проводит электрический ток. Встречается как природный минерал. Аморфная масса, состоящая из мельчайших кристалликов графита, называется углем. Важнейшие технические сорта угля: кокс, древесный уголь и сажа. Кристаллический кремний — вещество cеро-голубого цвета, обладающее полупроводниковыми свойствами. Имеет алмазоподобную структуру кристаллической решетки. Аморфный кремний — порошок бурого цвета, обладающий больше реакционной способностью по сравнению с кристаллической модификацией.
Химические свойства
Углерод — типичный восстановитель. При окислении избытком кислорода образуется оксид углерода (IV) — углекислый газ: C + O2 = CO2 Оксид углерода (IV) реагирует с избытком угля и восстанавливается до оксида углерода (II) — угарный газ: C + CO2 = ShowPicture('image413.gif'); 2CO. Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов: CuO + C = ShowPicture('image413.gif'); Cu + CO ShowPicture('image469.gif'); ShowPicture('image470.gif'); При нагревании уголь растворяется в концентрированных серной и азотной кислотах: C + 2H2SO4конц = CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O C + 4HNO3конц = CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O В реакциях с активными металлами углерод проявляет окислительные свойства, в результате образуются карбиды: 4Al0 + 3С0 ShowPicture('image413.gif'); = Al4+3C3-4 При нагревании угля с оксидами активных металлов также образуются карбиды: CaO+3C0= ShowPicture('image413.gif'); Ca+2C2-1+C+2O↑ При взаимодействии с водородом образуется метан: С + 2Н2 = СН4 Для всех ОВР составить электронные балансы В реакциях с кислородом, галогенами кремний проявляет восстановительные свойства: Si + O2 = SiO2 Si + 2Cl2 = SiCl4Кислоты, кроме смеси фтороводорода и азотной кислоты, не действуют на кремний, но щелочи энергично реагируют с ним: Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑ В реакциях с активными металлами кремний проявляет окислительные свойства, в результате образуются силициды: 2Mg + Si ShowPicture('image413.gif'); = Mg2Si При действии соляной кислоты на силициды можно получить водородное соединение кремния — силан: Mg2Si + 4HCl = MgCl2 + SiH4↑. Напрямую с водородом кремний не взаимодействует. Кремний получают восстановлением природного кремнезема SiO2 углем или магнием при cильном нагревании: SiO2 + 2C ShowPicture('image413.gif'); = Si + 2CO SiO2 + 2Mg ShowPicture('image413.gif'); = Si + 2MgO
Применение
Углерод широко используется в виде простых веществ. Алмаз применяют для обработки особо твердых материа­лов, для резки стекла, при буровых работах, сверлении стали, шлифовки драгоценных камней. Прозрачные образ­цы алмаза сильно преломляют лучи света, при огранке кра­сиво блестят (бриллианты), из таких алмазов делают укра­шения. Древесный уголь и другие аморфные формы углерода применяются для обесцвечивания, очистки, адсорбции газов, в областях техники, где требуются адсорбенты с развитой поверхностью. Графит применяют для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит, электродов, твердых смазочных материалов; в ракетной технике; как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах; компонент состава для изготовления стержней для карандашей; для получения алмаза; наполнитель пластмасс. Каменноугольный кокс используется в черной металлургии в качестве топлива и восстановителя в доменных печах и вагранках. Сажа (технический углерод) применяется как наполнитель в производстве резины, пластмасс; пигмент в лакокрасочной промышленности; для изготовления электродов и т. п. Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, тиристоры; солнечные фотоэлементы, используемые в космических кораблях, и т. д.). Поскольку Кремний прозрачен для лучей с длиной волны от 1 до 9 мкм, его применяют в инфракрасной оптике, Кремний имеет разнообразные и все расширяющиеся области применения. В металлургии кремний используется для удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода (раскисления). Кремний является составной частью большого числа сплавов железа и цветных металлов. Обычно кремний придает сплавам повышенную устойчивость к коррозии, улучшает их литейные свойства и повышает механическую прочность; однако при большем его содержании может вызвать хрупкость. Все большее количество кремния идет на синтез кремнийорганических соединений и силицидов. Кремнезем и многие силикаты (глины, полевые шпаты, слюды, тальки и т. д.) перерабатываются стекольной, цементной, керамической, электротехнической и других отраслями промышленности.