Кремний и его соединения - Особенности свойств водорода, хлора, брома, йода, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния и их соединений - НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Природные соединения и биологическое значение кремния

Кремний (Si) — второй элемент главной подгруппы IV группы периодической системы.

В природе кремний — второй по распространенности после кислорода химический элемент. Земная кора более чем на четверть состоит из его соединений. Наиболее распространенным соединением кремния является его диоксид SiO₂ — кремнезем. В природе он образует минерал кварц и многие разновидности, такие как горный хрусталь и его знаменитая лиловая форма — аметист, а также агат, опал, яшма, халцедон, сердолик. Диоксид кремния — это также обычный и кварцевый песок.

Второй тип природных соединений кремния — это силикаты. Среди них наиболее распространены алюмосиликаты — гранит, различные виды глин, слюды. Силикатом, не содержащим алюминий, является, например, асбест.

Оксид кремния необходим для жизни растений и животных. Он придает прочность стеблям растений и защитным покровам животных.

Кремний придает гладкость и прочность костям человека.

Кремний входит в состав низших живых организмов — диатомовых водорослей и радиолярий.

Химические свойства кремния

Кремний горит в кислороде, образуя диоксид кремния или оксид кремния (IV):

Si + O₂ = SiO₂

Будучи неметаллом, при нагревании он соединяется с металлами с образованием силицидов:

Si + 2Mg = Mg₂Si

Силициды легко разлагаются водой или кислотами, при этом выделяется газообразное водородное соединение кремния — силан:

В отличие от углеводородов силан на воздухе самовоспламеняется и сгорает с образованием диоксида кремния и воды:

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

Повышенная реакционная способность силана по сравнению с метаном СН₄ объясняется тем, что у кремния больший размер атома, чем у углерода, поэтому химические связи Si—Hслабее связей С—Н.

Кремний взаимодействует с концентрированными водными растворами щелочи, образуя силикаты и водород:

Кремний получают, восстанавливая его из диоксида магнием или углеродом:

Оксид кремния (IV), или диоксид кремния, или кремнезлм SiO₂, как и СО₂, является кислотным оксидом. Однако, в отличие от СО₂, имеет не молекулярную, а атомную кристаллическую решетку. Поэтому SiO₂ — твердое и тугоплавкое вещество. Он не растворяется в воде и кислотах, кроме плавиковой, но взаимодействует при высоких температурах со щелочами с образованием солей кремниевой кислоты — силикатов:

Силикаты можно получить также сплавлением диоксида кремния с оксидами металлов или с карбонатами:

Силикаты натрия и калия называют растворимым стеклом. Их водные растворы — это хорошо известный силикатный клей.

Из растворов силикатов действием на них более сильных кислот — соляной, серной, уксусной и даже угольной — получается кремниевая кислота H₂SiO₃:

Следовательно, H₂SiO₃ — очень слабая кислота. Она нерастворима в воде и выпадает из реакционной смеси в виде студенистого осадка, иногда заполняющего компактно весь объем раствора, превращая его в полутвердую массу, похожую на студень, желе. При высыхании этой массы образуется высокопористое вещество — силикагель, широко применяемый в качестве адсорбента — поглотителя других веществ.