Основні хімічні властивості кремнію. Хімія підготовка до зно та дпа ​​комплексне видання

Як самостійний хімічний елемент кремній став відомий людству лише у 1825 році. Що, звичайно, не заважало застосовувати сполуки кремнію у такій кількості сфер, що простіше перерахувати ті, де елемент не використовується. Ця стаття проллє світло на фізичні, механічні та корисні хімічні властивості кремнію та його сполук, області застосування, також ми розповімо про те, як впливає кремній на властивості сталі та інших металів.

Для початку давайте зупинимося на загальній характеристиці кремнію. Від 27,6 до 29,5 % маси земної кори становить кремній. У морській воді концентрація елемента теж неабияк – до 3 мг/л.

За поширеністю в літосфері кремній посідає друге почесне місце після кисню. Однак найвідоміша його форма – кремнезем, є діоксидом, і саме його властивості і стали основою такого широкого застосування.

Про те, що таке кремній, розповість цей відеосюжет:

Поняття та особливості

Кремній – неметал, проте за різних умов може виявляти і кислотні та основні властивості. Є типовим напівпровідником та надзвичайно широко використовується в електротехніці. Фізичні та хімічні його властивості багато в чому визначаються алотропним станом. Найчастіше справу мають із кристалічною формою, оскільки її якості більш затребувані у народному господарстві.

• Кремній – один із базових макроелементів у людському тілі. Його нестача згубно позначається на стані кісткової тканини, волосся, шкіри, нігтів. Крім того, кремній впливає на працездатність імунної системи.
• У медицині елемент, точніше кажучи, його сполуки знайшли своє перше застосування саме в цій якості. Вода з колодязів, викладених кремнієм, відрізнялися як чистотою, а й позитивно позначалася на стійкості до інфекційних хвороб. Сьогодні з'єднання з кремнієм є основою для препаратів проти туберкульозу, атеросклерозу, артриту.
• Загалом неметал малоактивний, проте й у чистому вигляді зустріти його складно. Пов'язано це з тим, що на повітрі швидко пасивується шаром діоксиду і перестає реагувати. Під час нагрівання хімічна активність збільшується. У результаті людство набагато ближче знайоме із сполуками речовини, а не з ним самим.

Так, кремній утворює метали фактично з усіма металами - силіциди. Всі вони відрізняються тугоплавкістю та твердістю та застосовуються на відповідних ділянках: газові турбіни, нагрівачі печей.

Розміщується неметал у таблиці Д. І. Менделєєва в 6 групі разом з вуглецем, германієм, що вказує на певну спільність із цими речовинами. Так, з вуглецем його «ріднить» здатність до утворення сполук на кшталт органічних. При цьому кремній, як і германій, може проявити властивості металу в деяких хімічних реакціях, що використовується в синтезі.

Плюси і мінуси

Як і будь-яка інша речовина з точки зору застосування в народному господарстві, кремній має певні корисні або не надто якості. Важливі вони саме визначення області використання.

• Неабиякою перевагою речовини є його доступність. У природі він, щоправда, знаходиться не у вільному вигляді, але все ж таки, технологія отримання кремнію не така вже й складна, хоча й енерговитратна.
• Друга найважливіша перевага – утворення безлічі сполукз надзвичайно корисними якостями. Це і силани, і силіциди, і діоксид, і, звісно, ​​різноманітні силікати. Здатність кремнію і його сполук утворювати складні тверді розчини практично нескінченна, що дозволяє нескінченно ж отримувати різні варіації скла, каменю і кераміки.
• Напівпровідникові властивостінеметалу забезпечує йому місце базового матеріалу в електро- та радіотехніці.
• Неметал є нетоксичнимщо допускає застосування в будь-якій галузі промисловості, і при цьому не перетворює технологічний процес на потенційно небезпечний.

До недоліків матеріалу можна віднести лише відносну крихкість за хорошої твердості. Кремній не використовується для несучих конструкцій, але це поєднання дозволяє обробляти належним чином поверхню кристалів, що важливо для приладобудування.

Давайте поговоримо про основні властивості кремнію.

Властивості та характеристики

Оскільки в промисловості найчастіше експлуатується кристалічний кремній, то саме його властивості є важливішими, і саме вони і наводяться в технічних характеристиках. Фізичні властивості речовини такі:

• температура плавлення - 1417;
• температура кипіння – 2600 С;
• густина становить 2,33 г/куб. див, що свідчить про крихкість;
• теплоємність, як і теплопровідність не постійні навіть на найчистіших пробах: 800 Дж/(кг·К), або 0,191 кал/(г·град) та 84-126 вт/(м·К), або 0,20-0, 30 кал/(см·сек·град) відповідно;
• прозорий для довгохвильового ІЧ-випромінювання, що використовується в інфрачервоній оптиці;
• діелектрична проникність – 1,17;
• твердість за Моосовою шкалою – 7.

Електричні властивості неметалу сильно залежать від домішок. У промисловості цю особливість використовують, модулюючи необхідний тип напівпровідника. При нормальній температурі кремній тендітний, але при нагріванні вище 800 С можлива пластична деформація.

Властивості аморфного кремнію разюче відрізняються: він сильно гігроскопічний, набагато активніше вступає в реакцію навіть за нормальної температури.

Структура та хімічний склад, а також властивості кремнію розглянуті у відеоролику нижче:

Склад та структура

Кремній існує у двох алотропних формах, однаково стійких за нормальної температури.

• Кристалічниймає вигляд темно-сірого порошку. Речовина, хоч і має алмазоподібні кристалічні грати, є крихкою – через надто довгий зв'язок між атомами. Інтерес становлять його властивості напівпровідника.
• При дуже високому тиску можна отримати гексагональнумодифікацію із щільністю 2,55 г/куб. див. Однак ця фаза практичного значення поки що не знайшла.
• Аморфний- Буро-коричневий порошок. На відміну від кристалічної форми набагато активніше входить у реакцію. Пов'язано це не так з інертністю першої форми, як з тим, що на повітрі речовина покривається шаром діоксиду.

Крім того, необхідно враховувати ще один тип класифікації, пов'язаний з величиною кристала кремнію, які в сукупності утворюють речовину. Кристалічні грати, як відомо, припускають упорядкованість як атомів, а й структур, які ці атоми утворюють – так званий далекий порядок. Чим він більший, тим одноріднішим за властивостями буде речовина.

• Монокристалічний– зразок є одним кристалом. Структура його максимально впорядкована, властивості однорідні та добре передбачувані. Саме такий матеріал найбільш затребуваний в електротехніці. Однак він відноситься до найдорожчого вигляду, оскільки процес його отримання складний, а швидкість зростання низька.
• Мультикристалічний– зразок становить кілька великих кристалічних зерен. Межі між ними формують додаткові дефектні рівні, що знижує продуктивність зразка як напівпровідника і призводить до більш швидкого зносу. Технологія вирощування мультикристалу простіше, тому і матеріал дешевший.
• Полікристалічний- Складається з великої кількості зерен, розташованих хаотично відносно один одного. Це найбільш чистий різновид промислового кремнію, застосовується в мікроелектроніці та сонячній енергетиці. Досить часто використовується як сировина для вирощування мульти- та монокристалів.
• Аморфний кремній у цій класифікації займає окрему позицію. Тут порядок розташування атомів утримується лише з найкоротших дистанціях. Однак в електротехніці він все ж таки використовується у вигляді тонких плівок.

Виробництво неметалу

Отримати чистий кремній не так просто, враховуючи інертність його сполук і високу температуру плавлення більшості з них. У промисловості найчастіше вдаються до відновлення вуглецем із діоксиду. Проводять реакцію в дугових печах при температурі 1800 С. Таким чином отримують неметал чистотою 99,9%, що для його застосування недостатньо.

Отриманий матеріал хлорують для того, щоб отримати хлориди і гідрохлориди. Потім з'єднання очищають усіма можливими методами від домішок та відновлюють воднем.

Очистити речовину можна за рахунок отримання силіциду магнію. Силицид піддають дії соляної чи оцтової кислоти. Отримують силан, а останній очищають у різний спосіб – сорбційним, ректифікацією тощо. Потім силан розкладають на водень і кремній при температурі 1000 С. У цьому випадку одержують речовину з часткою домішки 10 -8 -10 -6%.

Застосування речовини

Для промисловості найбільший інтерес становлять електрофізичні характеристики неметалу. Його монокристалічна форма є непрямозонним напівпровідником. Властивості його визначаються домішками, що дозволяє одержувати кристали кремнію із заданими властивостями. Так, добавка бору, індія дає можливість виростити кристал із дірковою провідністю, а введення фосфору або миш'яку – кристал з електронною провідністю.

• Кремній у буквальному значенні слова є основою сучасної електротехніки. З нього виготовляють транзистори, фотоелементи, інтегральні схеми, діоди тощо. Причому функціональність приладу визначає практично завжди лише приповерхневий шар кристала, що зумовлює специфічні вимоги саме до обробки поверхні.
• У металургії технічний кремній застосовують як модифікатор сплавів – надає велику міцність, як і компонент – у , наприклад, як і розкислювач – під час виробництва чавуну.
• Надчистий та очищений металургійний складають основу сонячної енергетики.
• Діоксид неметалу зустрічається в природі в різних формах. Його кристалічні різновиди – опал, агат, сердолік, аметист, гірський кришталь знайшли своє місце в ювелірній справі. Не настільки привабливі зовні модифікації – кремінь, кварц, використовуються і в металургії, і в будівництві, і радіоелектротехніці.
• З'єднання неметалу з вуглецем – карбід, застосовується і в металургії, і в приладобудуванні, і в хімічній промисловості. Він є широкозональним напівпровідником, відрізняється високою твердістю - 7 за шкалою Мооса, і міцністю, що дозволяє застосовувати його як абразивний матеріал.
• Силікати – тобто солі кремнієвої кислоти. Нестійкі, легко розкладаються під впливом температури. Прикметність їх у тому, що вони утворюють численні та різноманітні солі. А ось останні є основою при виробництві скла, кераміки, фаянсу, кришталю, та . Можна сміливо сказати, що сучасне будівництво ґрунтується на різноманітних силікатах.
• Скло представляє тут найцікавіший випадок. Основою його служать алюмосилікати, але нікчемні домішки інших речовин - зазвичай оксидів, надають матеріалу масу різних властивостей, у тому числі і колір. - , Фаянс, фарфор, по суті, має ту ж формулу, хоча і з іншим співвідношенням компонентів, і її різноманітність теж разюче.
• Неметал має ще одну здатність: утворює сполуки за типом вуглецевих, у вигляді довгого ланцюжка з атомів кремнію. Такі сполуки звуться кремнійорганічних. Сфера їх застосування не менш відома – це силікони, герметики, мастила тощо.

Кремній – дуже поширений елемент і має надзвичайно велике значення у багатьох сферах народного господарства. Причому активно використовується не тільки сама речовина, але всі її різноманітні та численні сполуки.

Дане відео розповість про властивості та застосування кремнію:

Загальна характеристика четвертої групи головної підгрупи:

• а) властивості елементів з погляду будови атома;
• б) ступеня окиснення;
• в) властивості оксидів;
• г) властивості гідроксидів;
• д) водневі сполуки.

а) Вуглець (С), кремній (Si), германій (Ge), олово (Sn), свинець (РЬ) – елементи 4 групи головної підгрупи ПСЕ. На зовнішньому електронному шарі атоми цих елементів мають 4 електрони: ns 2 np 2 . У підгрупі зі зростанням порядкового номера елемента збільшується атомний радіус, неметалеві властивості слабшають, а металеві посилюються: вуглець та кремній – неметали, германій, олово, свинець – метали.

б) Елементи цієї підгрупи виявляють як позитивний, так і негативний ступінь окислення: -4, +2, +4.

в) Вищі оксиди вуглецю і кремнію (С0 2 , Si0 2 ) мають кислотні властивості, оксиди інших елементів підгрупи - амфотерни (Ge0 2 , Sn0 2 , Pb0 2 ).

г) Вугільна та кремнієва кислоти (Н 2 3 , H 2 SiO 3 ) - слабкі кислоти. Гідроксиди германію, олова та свинцю амфотерні, виявляють слабкі кислотні та основні властивості: H 2 GeO 3 = Ge(OH) 4 , H 2 SnO 3 = Sn(ОН) 4 , Н 2 РЬО 3 = Pb(OH) 4 .

д) Водневі сполуки:

СН 4; SiH 4, GeH 4 . SnH 4 , PbH 4 . Метан - CH 4 - міцна сполука, силан SiH 4 - менш міцна сполука.

Схеми будови атомів вуглецю та кремнію, загальні та відмінні властивості.

lS 2 2S 2 2p 2 ;

Si 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3p 2 .

Вуглець і кремній - це неметали, тому що на зовнішньому електронному шарі 4 електрони. Але оскільки кремній має більший радіус атома, то для нього характерніша здатність віддавати електрони, ніж для вуглецю. Вуглець - відновник:

Завдання. Як довести, що графіт та алмаз є алотропними видозмінами одного й того ж хімічного елемента? Чим пояснити відмінності їхніх властивостей?

Рішення. І алмаз, і графіт при згорянні в кисні утворюють оксид вуглецю (IV) С0 2 при пропусканні якого через вапняну воду випадає білий осад карбонат кальцію СаС0 3

З + 0 2 = СО 2; С0 2 + Са(ОН) 2 = CaCO3 v - Н2О.

Крім того, з графіту можна отримати алмаз під час нагрівання під високим тиском. Отже, до складу і графіту, і алмазу входить лише вуглець. Відмінність у властивостях графіту та алмазу пояснюється відмінністю у будові кристалічних ґрат.

У кристалічній решітці алмазу кожен атом вуглецю оточений чотирма іншими. Атоми розташовані на однакових відстанях один від одного і дуже міцно пов'язані між собою ковалентними зв'язками. Цим пояснюється велика жорсткість алмазу.

У графіту атоми вуглецю розташовані паралельними шарами. Відстань між сусідніми шарами набагато більша, ніж між сусідніми атомами у шарі. Це обумовлює малу міцність зв'язку між шарами, і тому графіт легко розщеплюється на тонкі лусочки, які власними силами дуже міцні.

Сполуки з воднем, що утворюють вуглець. Емпіричні формули, вид гібридизації атомів вуглецю, валентність та ступеня окислення кожного елемента.

Ступінь окиснення водню у всіх сполуках дорівнює +1.

Валентність водню дорівнює одиниці, валентність вуглецю дорівнює чотирьом.

Формули вугільної та кремнієвої кислот, їх хімічні властивості по відношенню до металів, оксидів, основ, специфічні властивості.

Н 2 3 - вугільна кислота,

Н 2 SiO 3 – кремнієва кислота.

Н 2 3 - існує тільки в розчині:

Н 2 С0 3 = Н 2 О + С0 2

Н 2 SiO 3 - тверда речовина, практично нерозчинна у воді, тому катіони водню у воді практично не відщеплюються. У зв'язку з цим така загальна властивість кислот, як дія на індикатори, Н 2 SiO 3 не виявляє, вона ще слабша за вугільну кислоту.

Н 2 SiO 3 - неміцна кислота і при нагріванні поступово розкладається:

Н 2 SiO 3 = Si0 2 + Н 20.

Н 2 CO 3 реагує з металами, оксидами металів, основами:

а) Н2CO3+Mg=MgCO3+Н2

б) Н 2 CO 3 + СаО = СаСО 3 + Н 2 0

в) Н 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2Н 2 0

Хімічні властивості вугільної кислоти:

• 1) загальні з іншими кислотами,
• 2) специфічні характеристики.

Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.

1) реагує з активними металами:

Завдання. За допомогою хімічних перетворень розділіть суміш оксиду кремнію (IV), карбонату кальцію та срібла, послідовно розчиняючи компоненти суміші. Опишіть послідовність дій.

Рішення.

1) до суміші долили розчин соляної кислоти.

Характеристика елемента

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Ізотопи: 28 Si (92.27%); 29 Si (4.68%); 30 Si (3,05%)

Кремній – другий після кисню за поширеністю у земній корі елемент (27,6 % за масою). У вільному стані у природі не зустрічається, знаходиться переважно у вигляді SiO 2 або силікатів.

Сполуки Si токсичні; вдихання дрібних частинок SiO 2 та інших сполук кремнію (наприклад, азбесту) викликає небезпечну хворобу - силікоз

В основному стан атом кремнію має валентність = II, а в збудженому стані = IV.

Найбільш стійким ступенем окиснення Si є +4. У з'єднаннях із металами (силіцидами) С.О. -4.

Способи одержання кремнію

Найпоширенішим природним з'єднанням кремнію є кремнезем (діоксид кремнію) SiО 2 . Він є основною сировиною для одержання кремнію.

1) Відновлення SiO 2 вуглецем у дугових печах при 1800"С: SiO 2 + 2С = Si + 2СО

2) Високочистий Si з технічного продукту одержують згідно зі схемою:

a) Si → SiCl 2 → Si

б) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Фізичні властивості кремнію. Алотропні модифікації кремнію

1) Кристалічний кремній – речовина сріблясто – сірого кольору з металевим блиском, кристалічні грати типу алмазу; т. пл. 1415"З, т. Кіп. 3249"З, щільність 2,33 г/см3; є напівпровідником.

2) Аморфний кремній – порошок бурого кольору.

Хімічні властивості кремнію

У більшості реакцій Si виступає у ролі відновника:

При низьких температурах кремній хімічно інертний, при нагріванні його реакційна здатність різко зростає.

1. З киснем взаємодіє при Т вище 400°С:

Si + О 2 = SiO 2 оксид кремнію

2. З фтором реагує вже за кімнатної температури:

Si + 2F 2 = SiF 4 тетрафторид кремнію

3. З рештою галогенів реакції йдуть при температурі = 300 - 500°С

Si + 2Hal 2 = SiHal 4

4. З парами сірки при 600°С утворює дисульфід:

5. Реакція з азотом відбувається вище 1000°С:

3Si + 2N 2 = Si 3 N 4 нітрид кремнію

6. При температурі = 1150°С реагує з вуглецем:

SiO 2 + 3С = SiС + 2СО

За твердістю карборунд близький до алмазу.

7. З воднем кремній безпосередньо не реагує.

8. Кремній стійкий до дії кислот. Взаємодіє тільки із сумішшю азотної та фтороводородної (плавикової) кислот:

3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O

9. реагує з розчинами лугів з утворенням силікатів та виділенням водню:

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2

10. Відновлювальні властивості кремнію використовують для виділення металів з їх оксидів:

2MgO = Si = 2Mg + SiO 2

У реакціях з металами Si - окислювач:

Кремній утворює силіциди з s-металами та більшістю d-металів.

Склад силіцидів даного металу може бути різним. (Наприклад, FeSi і FeSi 2 ; Ni 2 Si і NiSi 2 .) Один з найбільш відомих силіцидів - силіцид магнію, який можна отримувати прямою взаємодією простих речовин:

2Mg + Si = Mg 2 Si

Силан (моносилан) SiH 4

Силани (кремневодні) Si n H 2n + 2 (пор. з алканами), де п = 1-8. Силани – аналоги алканів, відрізняються від них нестійкістю ланцюгів -Si-Si-.

Моносилан SiH 4 - безбарвний газ із неприємним запахом; розчиняється в етанолі, бензині.

Способи отримання:

1. Розкладання силіциду магнію соляною кислотою: Mg 2 Si + 4HCI = 2MgCI 2 + SiH 4

2. Відновлення галогенідів Si алюмогідридом літію: SiCl 4 + LiAlH 4 = SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Хімічні властивості.

Силан – сильний відновник.

1.SiH 4 окислюється киснем навіть за дуже низьких температур:

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2Н 2 О

2. SiH 4 легко гідролізується, особливо в лужному середовищі:

SiH 4 + 2Н 2 О = SiO 2 + 4Н 2

SiH 4 + 2NaOH + Н 2 О = Na 2 SiO 3 + 4Н 2

Оксид кремнію (IV) (кремнезем) SiO 2

Кремнезем існує у вигляді різних форм: кристалічної, аморфної та склоподібної. Найбільш поширеною кристалічною формою є кварц. При руйнуванні кварцових порід утворюються кварцові піски. Монокристали кварцу - прозорі, безбарвні (гірський кришталь) або пофарбовані домішками в різні кольори (аметист, агат, яшма та ін.).

Аморфний SiO 2 зустрічається у вигляді мінералу опала: штучно отримують силікагель, що складається з колоїдних частинок SiO 2 і дуже хорошим адсорбентом. Склоподібний SiO 2 відомий як кварцове скло.

Фізичні властивості

У воді SiO 2 розчиняється дуже незначно, органічних розчинниках також практично не розчиняється. Кремнезем є діелектриком.

Хімічні властивості

1. SiO 2 - кислотний оксид, тому аморфний кремнезем повільно розчиняється у водних розчинах лугів:

SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + Н 2 О

2. SiO 2 взаємодіє також при нагріванні з основними оксидами:

SiO 2 + К 2 О = K 2 SiO 3;

SiO 2 + СаО = CaSiO 3

3. Будучи нелетючим оксидом, SiO 2 витісняє вуглекислий газ Na 2 CO 3 (при сплавленні):

SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO 2

4. Кремнезем реагує з фтороводородною кислотою, утворюючи кремнефтористоводневу кислоту H 2 SiF 6:

SiO 2 + 6HF = H 2 SiF 6 + 2Н 2 О

5. При 250 - 400°С SiO 2 взаємодіє з газоподібним HF і F 2 утворюючи тетрафторсилан (тетрафторид кремнію):

SiO 2 + 4HF (газ.) = SiF 4 + 2Н 2

SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + O 2

Кремнієві кислоти

Відомі:

Ортокремнієва кислота H 4 SiО 4 ;

Метакремнієва (кремнієва) кислота H 2 SiO 3 ;

Ді- та полікремнієві кислоти.

Усі кремнієві кислоти малорозчинні у воді, легко утворюють колоїдні розчини.

Способи отримання

1. Осадження кислотами із розчинів силікатів лужних металів:

Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

2. Гідроліз хлорсиланов: SiCl 4 + 4Н 2 О = H 4 SiO 4 + 4HCl

Хімічні властивості

Кремнієві кислоти - дуже слабкі кислоти (слабші за вугільну кислоту).

При нагріванні вони дегідратуються з утворенням як кінцевий продукт кремнезему.

H 4 SiО 4 → H 2 SiO 3 → SiO 2

Силікати - солі кремнієвих кислот

Оскільки кремнієві кислоти надзвичайно слабкі, їх солі у водних розчинах сильно гідролізовані:

Na 2 SiO 3 + Н 2 О = NaHSiO 3 + NaOH

SiO 3 2- + Н 2 О = HSiO 3 - + ВІН - (лужне середовище)

З цієї причини при пропусканні вуглекислого газу через розчини силікатів відбувається витіснення їх кремнієвої кислоти:

K 2 SiO 3 + СО 2 + Н 2 О = H 2 SiO 3 ↓ + K 2 СО 3

SiO 3 + СО 2 + Н 2 О = H 2 SiO 3 ↓ + СО 3

Цю реакцію можна як якісну реакцію на силікат-іони.

Серед силікатів добре розчинними є тільки Na 2 SiO 3 і K 2 SiO 3 які називаються розчинним склом, а їх водні розчини - рідким склом.

Скло

Звичайне шибка має склад Na 2 O СаО 6SiO 2 , тобто є сумішшю силікатів натрію і кальцію. Його отримують сплавленням соди Na 2 CO 3 вапняку СаСO 3 і піску SiO 2 ;

Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 = Na 2 O СаО 6SiO 2 + 2СO 2

Цемент

Порошкоподібний в'яжучий матеріал, що утворює при взаємодії з водою пластичну масу, що згодом перетворюється на тверде каменеподібне тіло; Основний будівельний матеріал.

Хімічний склад найбільш поширеного портландцементу (в % за масою) - 20 - 23% SiO 2 ; 62 - 76% СаО; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1-5% МgО.

За нормальних умов алотропні модифікації вуглецю – графіт та алмаз – досить інертні. Але при підвищенні t активно вступають у хімічні реакції з простими та складними речовинами.

Хімічні властивості вуглецю

Оскільки електронегативність вуглецю невисока, прості речовини є хорошими відновниками. Легше окислюється дрібнокристалічний вуглець, складніше – графіт, ще складніше – алмаз.

Алотропні модифікації вуглецю окислюються киснем (горять) за певних температур запалення: графіт запалюється при 600 °С, алмаз – при 850-1000 °С. Якщо кисень перебуває у надлишку, утворюється оксид вуглецю(IV), якщо у нестачі – оксид вуглецю(II):

З + О2 = СО2

2С + О2 = 2СО

Вуглець відновлює оксиди металів. При цьому одержують метали у вільному вигляді. Наприклад, при прожарюванні оксиду свинцю з коксом виплавляється свинець:

PbO + C = Pb + CO

відновник: C0 – 2e => C+2

окислювач: Pb+2 + 2e => Pb0

Окисні властивості вуглець виявляє і по відношенню до металів. При цьому він утворює різноманітні карбіди. Так, з алюмінієм проходить реакції за високої температури:

3C + 4Al = Al4C3

C0 + 4e => C-4 3

Al0 – 3e => Al+3 4

Хімічні властивості сполук вуглецю

1) Оскільки міцність монооксиду вуглецю велика, він вступає у хімічні реакції при високих температурах. При значному нагріванні виявляються високі відновлювальні властивості монооксиду вуглецю. Так він вступає в реакцію з оксидами металів:

CuO + CO => Cu + CO2

При підвищеній температурі (700 ° С) він спалахує в кисні і горить блакитним полум'ям. З цього полум'я можна дізнатися, що в результаті реакції утворюється вуглекислий газ:

CO + O2 => CO2

2) Подвійні зв'язки у молекулі діоксиду вуглецю досить міцні. Для їхнього розриву потрібна значна енергія (525,6 кДж/моль). Тому діоксид вуглецю досить інертний. Реакції, які він вступає, часто відбуваються при високих температурах.

Діоксид вуглецю виявляє кислотні властивості реакції з водою. У цьому утворюється розчин вугільної кислоти. Реакція відбувається оборотно.

Діоксид вуглецю як кислотний оксид реагує з лугами та основними оксидами. При пропущенні вуглекислого газу через розчин луги може утворитися або середня або кисла сіль.

3) Вугільна кислота має всі властивості кислот і взаємодіє з лугами та основними оксидами.

Хімічні властивості кремнію

Кремнійактивніший, ніж вуглець, і окислюється киснем вже за 400 °З. Окислювати кремній можуть інші неметали. Ці реакції зазвичай йдуть за вищої температури, ніж із киснем. У таких умовах кремній взаємодіє з вуглецем, зокрема з графітом. При цьому утворюється карборунд SiC - дуже тверда речовина, яка поступається за твердістю тільки алмазу.

Кремній може бути окислювачем. Це проявляється у реакціях з активними металами. Наприклад:

Si + 2Mg = Mg2Si

Вища активність кремнію проти вуглецем виявляється у цьому, що він, на відміну вуглецю, входить у реакції з лугами:

Si + NaOH + H2O => Na2SiO3 + H2

Хімічні властивості сполук кремнію

1) Міцні зв'язки між атомами в кристалічній решітці діоксиду кремнію пояснюють невисоку хімічну активність. Реакції, які вступає цей оксид, відбуваються при високих температурах.

Оксид кремнію є кислотним оксидом. Як відомо, реакцію з водою він не вступає. Його кислотна природа проявляється у реакції з лугами та основними оксидами:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Реакції з основними оксидами проходять за високих температур.

Окисні властивості оксид кремнію виявляє слабо. Він поновлюється деякими активними металами.