Элементы IVА группы. Кремний

На этой странице вы узнаете: 

• Физические и химические свойства кремния;
• Песок тоже с кремнием: разберем соединения кремния — силаны, оксиды, силикаты;
• Единственная и неповторимая — поговорим о свойствах кремниевой кислоты.

В чайном сервизе твоей бабушки обязательно найдется кремний, так как диоксид кремния входит в состав стекла. Ну а загорать на пляже без песочка (SiO₂) ну просто невозможно (песок встречается на каждом шагу). 

Кремний

Кремний встречается во многих веществах и предметах, которые нас окружают. Достаточно вспомнить только солнечные батареи, которые служат альтернативным источником энергии! 

Так что же из себя представляет кремний? Он, как и углерод, находится в IVA-группе и имеет конфигурацию внешнего электронного слоя 3s²3p².

В возбужденном состоянии электроны на s-орбитали распариваются, и один из них переселяется на p-орбиталь. В результате, атом приобретает конфигурацию ns¹np³.

В возбужденном состоянии число неспаренных атомов кремния возрастает до четырех, и кремний приобретает валентность IV:

У кремния возможны следующие степени окисления: -4, +2, +4.

Физические свойства

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле (после кислорода). Кремний встречается только в виде сложных веществ, таких как горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Кристаллическая решётка простого вещества кремния — атомная, сам кремний представляет собой вещество темно-серого цвета с металлическим блеском. Является полупроводником.

Химические свойства кремния

У кремния относительно низкая электроотрицательность. А что это значит? Это значит, что он будет яро проявлять восстановительные свойства, даже ещё более выраженные чем у углерода! Поэтому из неметаллов будет вступать в реакции с типичными окислителями, повышая свою степень окисления до +4:

1. Реакции с неметаллами

Кремний не реагирует с водородом и фосфором в силу близких значений электроотрицательностей!

2. Реакция со щелочами 

В отличие от других неметаллов, реагирующих со щелочами, кремний является в этих реакциях только восстановителем, повышая степень окисления до +4: 

3. А с окислителями реакция идет? 

Конечно! Но не со всеми. Отобрать электроны «слабенький» кремний способен только у самых слабых — у металлов. Как и углерод, кремний реагирует в основном с металлами активными и средней активности, образуя силициды:

Как и многие другие бинарные соединения, силициды металлов могут гидролизоваться: 

Образующийся бесцветный газ с неприятным запахом — силан — за счёт степени окисления кремния -4 проявляет восстановительные свойства и способен реагировать с окислителями (например, с кислородом): 

(оксид кремния(IV) входит в состав песка, который мы видим на улице)

Получение кремния

Кремний в основном получают восстановлением из диоксида кремния SiO₂ сильными восстановителями: углеродом, металлами: 

Оксид кремния (IV) — кремнезём SiO₂ 

Диоксид кремния — кислотный оксид, главный компонент почти всех земных горных пород. Из кремнезема и силикатов состоит почти 90 % массы литосферы.

1. Реакция с водой

Почему же диоксид кремния такой исключительный? Да все потому, что это — единственный кислотный оксид, который не реагирует с водой! Как следствие, ему соответствует нерастворимая кремниевая кислота H₂SiO₃.

2. Основно-кислотное взаимодействие

Как кислотный оксид, SiO₂ проявляет кислотные свойства, а значит, способен взаимодействовать с веществами, проявляющими основные свойства, с образованием солей — силикатов:

3. А в реакции вытеснения вступает? 

Да! SiO₂ в реакциях вытеснения — условно «сильный» оксид, способный вытеснять условно «слабые» (CO₂, SO₂) из их солей при сплавлении (t):  

4. Реакции с окислителями 

За счёт высокой степени окисления кремния +4 SiO₂ проявляет слабо выраженные окислительные свойства и может вступать в ОВР, как правило, только с очень сильными восстановителями (например, углеродом или металлами):  

Единственная и неповторимая — кремниевая кислота и силикаты

Кремниевая кислота, хоть и нерастворима, но всё-таки проявляет кислотные свойства, взаимодействуя с сильными основаниями (щелочами): 

А ещё силикаты различных металлов образуют красивые нитевидные кристаллы, которые используются в эксперименте « силикатный сад»!

Её соли — силикаты, как и другие соли, являются электролитами, а значит, способны вступать в РИО с другими электролитами: солями, основаниями, кислотами: 

Как нерастворимый гидроксид, кремниевая кислота способна разлагаться при нагревании на воду и соответствующий оксид: 

Фактчек

• Кремний —  химический элемент IVA группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14.
• Возможные степени окисления кремния: -4, +2, +4.
• Электронная конфигурация атома кремния: 1s²2s²2p⁶3s¹3p³.
• Кремний за счёт низкой электроотрицательности ярко проявляет восстановительные свойства.
• Кремний образует множество соединений, в том числе оксид кремния SiO₂ — кислотный оксид, который соответствует кремниевой кислоте H₂SiO₃. Соли кремниевой кислоты называются силикатами. 

Проверь себя 

Задание 1.
Сколько неспаренных электронов содержит атом кремния в возбужденном электронном состоянии? 

1. 1 электрон;
2. 2 электрона;
3. 3 электрона;
4. 4 электрона.

Задание 2.
С каким из следующих простых веществ не реагирует кремний? 

1. Углерод;
2. Бром; 
3. Фосфор; 
4. Кислород.

Задание 3.
С каким из перечисленных веществ будет реагировать диоксид кремния? 

1. Карбонат натрия;
2. Сульфат калия; 
3. Хлорид рубидия;
4. Ортофосфат кальция. 

Задание 4.
Какое свойство отличает кремниевую кислоту от других кислот? 

1. Она содержит атомы кислорода;
2. При комнатной температуре кремниевая кислота — жидкость;
3. Она нерастворима в воде;
4. Она проявляет амфотерные свойства. 

Задание 5.
Как называются бинарные соединения кремния и металлов? 

1. Силаны;
2. Силициды;
3. Силикаты;
4. Силоксаны. 

Ответы: 1. —  4; 2. — 3; 3. — 1; 4. — 3; 5. — 2.