Оксид кремния

Кремний обладает переменной валентностью (II, IV), поэтому может образовывать два оксида кремния – монооксид и диоксид. Они различаются по физическим и химическим свойствам. Подробнее об оксидах кремния мы поговорим в этой статье.

Монооксид

Формула оксида кремния (II) — SiO. Это вязкое, смолоподобное вещество. Сохраняет аморфное состояние и не окисляется в обычных условиях. Не образует солей и не проводит электричество.

Оксид кремния

Рис. 1. Окись кремния.

Моноксид получают двумя способами:

  • нагрев (температура выше 400°С) кремния при недостатке кислорода:
    2Si + O2 → 2SiO;
  • метод Чохральского для восстановления диоксида углерода при высоких температурах:
    SiO2 + Si → 2SiO.

В твердом состоянии монооксид представляет собой темно-коричневый порошок. Проявляет силу и медлительность в реакциях с кислотами. Растворим в плавиковой кислоте.

Химические свойства монооксида кремния:

  • разрушается при нагревании:
    2SiO → 2Si + O2;
  • реагирует с водяным паром при нагревании до 500°С:
    SiO + H2O → SiO2 + H2;
  • взаимодействует с углекислым газом при нагревании:
    SiO + CO2 → SiO2 + CO;
  • реагирует с хлором при температуре 800°С, образуя жидкий хлорид кремния:
    2SiO + 4Cl2 → 2SiCl4 + O2.

Монооксид не встречается на Земле в естественной среде. Однако газообразный монооксид входит в состав межзвёздных пылевых облаков.

Диоксид

Оксид кремния (IV) – SiO2. Это твердое кристаллическое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. Не проводит электричество.

Формула диоксида содержится в песке, кварце, горном хрустале, яшме, агате, аметисте и других горных породах. Диоксид составляет 87% литосферы.

Оксид кремния

Рис. 2. Джаспер.

Диоксид кремния имеет немолекулярную структуру. Кристаллическая решетка состоит из атомов кремния и кислорода, соединенных ковалентными связями. К каждому атому кремния присоединены четыре атома кислорода, а к каждому атому кислорода присоединены два атома кремния.

Оксид кремния

Рис. 3. Схема строения кристаллической решетки диоксида кремния.

Диоксид можно получить в лаборатории нагреванием кремния до 400-500°С в присутствии кислорода:

Si + O2 → SiO2.

Диоксид образуется при действии кислот на растворимые силикаты. В результате образовавшаяся кремниевая кислота распадается на воду и диоксид:

  • Na2SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2SiO3↓;
  • H2SiO3 → H2O + SiO2.

В обычных условиях он реагирует только с плавиковой кислотой. Реагирует со щелочами и основными оксидами при нагревании. Не реагирует с водой. Основные свойства с химическими уравнениями представлены в таблице.

Взаимодействие

Описание

Уравнение

С неметаллами

Реагирует с водородом и углеродом с образованием кремния и карборунда соответственно

– SiO2 + 2H2 → Si + 2H2O;

– SiO2 + 3С → SiC + 2CO

С активными металлами

Реагирует при температуре выше 1000°C с образованием кремния. При избытке металла образуются силициды

– SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO;

– SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

С фтористым водородом

Реагирует с газом и плавиковой кислотой при нормальных условиях

– SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O;

– SiO2 + 6HF → H2[SiF6] + 2H2O

Со щелочами

Предохранители с образованием силикатов

SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + 2H2O

С оксидами

Реагирует при высоких температурах

SiO2 + MgO → MgSiO3

С карбонатами щелочных металлов

Реагирует при нагревании

SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2

Диоксид кремния используется для производства стекла, силикагеля, бетона.

Что мы узнали?

Кремний образует два оксида — монооксид и диоксид. Моноксид – аморфное вещество, не образующее соли. При нагревании он взаимодействует с водяным паром, углекислым газом и хлором. При нагревании распадается на простые вещества. Диоксид-песок и его производные. Это кристаллическое вещество немолекулярной структуры. Не реагирует с водой и кислотами (за исключением плавиковой кислоты). Взаимодействует с неметаллами, металлами, фтороводородом, щелочами, оксидами, карбонатами. Оксиды кремния являются диэлектрическими веществами.