Соединения кремния

Силан (моносилан, гидрид кремния)

Способы получения силана

• Разложение силицида магния соляной кислотой – наиболее распространенный способ получения силана:

Mg₂Si + 4HCl → 2MgCl₂ + SiH₄↑

• Восстановление галогенидов кремния алюмогидридом лития:

SiCl₄ + LiAlH₄ = SiH₄↑ + LiCl + AlCl₃

• Разложение триэтоксисилана при нагревании до 80ºС в присутствии натрия:

4SiH(OC₂H₅)₃ = SiH₄↑ + 3Si(OC₂H₅)₄

Химические свойства силана

Силаны (кремневодороды) имеют общую формулу Si_nH_2n+2, где n = 1-8. Цепи -Si-Si- неустойчивы.

Моносилан SiH₄ – бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом.

• Окисляется кислородом даже при невысоких температурах. На воздухе он самовоспламеняется (часто со взрывом) с образованием SiO₂ и H₂O:

SiH₄+ 2O₂ → SiO₂ + 2H₂O

Видео Горение силана

• Силан с легкостью гидролизуется водой и особенно легко щелочами:

SiH₄ + 2H₂O → SiO₂+ 4H₂

SiH₄ + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 4H₂

• При нагревании разлагается:

SiH₄ → Si + 2H₂

Диоксид кремния (кремнезем)

Нахождение в природе кремнезема

Диоксид кремния имеет атомную кристаллическую решетку. Существует в виде кристаллической (горный хрусталь, аметист, агат, яшма), аморфной (опал) и стеклообразной (кварцевое стекло) форм

Химические свойства кремнезема

Диоксид кремния — кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства

• Практически не растворяется в воде и органических растворителях.

• Взаимодействует с растворами и расплавами щелочей, образуя силикаты:

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O

• Реагирует с основными оксидами:

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

• Вытесняет углекислый газ при сплавлении с карбонатами щелочных металлов:

SiO₂ + K₂CO₃ → K₂SiO₃ + CO₂

• Из всех кислот вступает в реакцию только с плавиковой кислотой, с образованием кремнийфтористоводородной кислоты:

SiO₂ + 6HF_(р-р) → H₂[SiF₆] + 2H₂O

• С газообразным фтороводородом взаимодействует при 250-400ºС с образованием тетрафторсилана:

SiO₂ + 4HF_(г) = SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 2F₂ = SiF₄ + O₂

• Взаимодействует с активными металлами при температуре выше 1000 °С с образованием кремния:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

• Взаимодействует с неметаллами – с водородом в жестких условиях, с углеродом:

SiO₂ + 2Н₂ → Si + 2Н₂O

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

• При сплавлении реагирует с фосфатом кальция и углем:

3SiO₂ + Ca₃(PO₄)₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 5CO + 2P

Кремниевые кислоты и силикаты

Кремниевые кислоты – nSiO₂ · mH₂O

Кремниевые кислоты — соединения общей формулы nSiO₂ · mH₂O. Это очень слабые, малорастворимые в воде соединения, легко образующие коллоидные растворы.

Существуют ортокремниевая кислота – H₄SiO₄

Метакремниевая (кремниевая) кислота – H₂SiO₃

Ди – и поликремниевые кислоты

Способы получения кремниевых кислот

• Действие сильных кислот на растворы силикатов щелочных металлов:

Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃ + 2NaCl

• Гидролиз хлорсиланов:

SiCl₄ + 4H₂O = H₄SiO₄ + 4HCl

Химические свойства кремниевых кислот

• кремниевая кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

H₂SiO₃ + 4KOH → K₂SiO₃ + 4H₂O

• При нагревании кремниевая кислота дегидратируется с образованием оксида и воды:

H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O

Силикаты – соли кремниевой кислоты

Большинство силикатов нерастворимо в воде. Растворимыми являются силикаты натрия и калия, растворы которых называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов

• Взаимодействие кремния, кремниевой кислоты или диоксида кремния с щелочью:

H₂SiO₃ + 2KOH → K₂SiO₃ + 2H₂O

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O

• Реакция с основными оксидами:

СаО + SiO₂ → CaSiO₃

• Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K₂SiO₃ + CaCl₂ → CaSiO₃ + 2KCl

Химические свойства силикатов

• Силикаты в водных растворах сильно гидролизованы (среда щелочная):

K₂SiO₃ + H₂O ↔ KНSiO₃ + KOH

SiO₃^2- + H₂O ↔ НSiO₃^— + OH^—

• Взаимодействие с растворимыми солями:

Na₂SiO₃ + MgCl₂ =MgSiO₃↓ + 2NaCl

• При пропускании СО₂ через растворы силикатов происходит выпадение гелеобразного осадка кремневой кислоты:

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃↓ + Na₂CO₃