Кремний – твердый неметалл, входящий в состав горных пород. В обычных условиях он инертен, но при нагревании проявляет окислительные и восстановительные свойства. Химические свойства кремния используются в силикатной промышленности для производства стекла, зеркал, электроники и строительных материалов.

Общее описание элемента

Кремний расположен в четвертой группе и третьем периоде таблицы Менделеева. Ядро атома кремния имеет положительный заряд +14. Вокруг ядра движутся 14 отрицательно заряженных электронов.

Атом может перейти в возбужденное состояние благодаря свободному d-подуровнею. Следовательно, элемент показывает две положительные степени окисления (+2 и +4) и одну отрицательную (-4). Электронная конфигурация – 1с22с22п63с23п2.

Химические свойства кремния

Рис. 1. Строение атома кремния.

Кремний — хрупкий полупроводник с высокими температурами входа и кипения. Относительно легкий неметалл: плотность 2,33 г/см3.

В чистом виде кремний не встречается. Входит в состав песка, кварца, агата, аметиста и других пород.

Химические свойства кремния

Рис. 2. Агат.

Реакции с неметаллами

При взаимодействии с неметаллами кремний проявляет восстановительные свойства – отдает электроны. Реакции возможны только при сильном нагревании. В обычных условиях кремний реагирует только с фтором. Реакции с основными неметаллами приведены в таблице.

Элемент

Описание

Реакция

Фтор

В нормальных условиях

Si + 2F2 → SiF4

Кислород

Реагирует при 600°C с образованием диоксида (песка)

Si + O2 → SiO2

Хлор

Реагирует при 400°C

Si + 2Cl2 → SiCl4

Углерод

Реагирует при 2000°C с образованием карборунда

Si + C → SiC

Азот

Происходит при 1000°C

3Si + 2N2 → Si3N4

Сера

Реагирует при 1000°C

Си + 2S → SiS2

Жизнь

Реагирует при 2000°C

Си + 3Б → Б3Си

Гидрид кремния – силан (SiH4) – можно получить путём разложения силицидов кислотой. Например, Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4­ + 2MgSO4.

Взаимодействие с металлами

Кремний проявляет окислительные свойства только в реакциях с металлами. При их плавлении образуются соли – силициды:

  • Si + 2Mg → Mg2Si;
  • Si + 2Ca → Ca2Si;
  • Si + Na → NaSi;
  • 2Si + Fe → FeSi2.

Силициды используются в промышленности для производства сплавов и материалов. В качестве сверхпроводника используется силицид ванадия (V3Si), полупроводника – силицид рения (ReSi).

Реакции со сложными веществами

Помимо простых веществ кремний реагирует со сложными соединениями – кислотами и щелочами. Основные реакции описаны в таблице.

Реакция

Описание

Уравнение

С галогеноводородами

Реагирует с плавиковой кислотой при нормальных условиях, с соляной кислотой — при 300°С, с бромистым водородом — при 500°С

– Si + 4HF → SiF4 + 2H2;

– Si + 4HCl → SiCl4 + 2H2;

– Si + 4HBr → SiBr4 + 2H2

С кислотами

Он устойчив к кислотам и покрыт оксидной пленкой. Реакция протекает только со смесью азотной и плавиковой кислот

3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O

Со щелочами

Растворяется в водных растворах с образованием силикатов и водорода

Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + H2

При 1200°C кремний реагирует с диоксидом, образуя монооксид: Si + SiO2 → SiO.

Химические свойства кремния

Рис. 3. Применение кремния.

Что мы узнали?

Кремний – хрупкий неметалл, вступающий в реакцию с металлами, неметаллами и сложными веществами. В реакциях с металлами проявляет свойства окислителя, а с неметаллами – восстановителя. В обычных условиях реагирует только с фтором, плавиковой кислотой (в том числе азотной) и щелочами. Другие реакции протекают при повышенных температурах.