Природные соединения кремния силикатные

Урок №43. Кремний и его соединения. Стекло. Цемент

Кремний в свободном виде был выделен в 1811 Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром при пропускании паров фторида кремния над металлическим калием, однако он не был описан ими как элемент. Шведский химик Й. Берцелиус в 1823 дал описание кремния, полученного им при обработке калиевой соли K ₂ SiF ₆ металлическим калием при высокой температуре. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе c др.-греч. krhmnoz — «утес, гора».

Физические свойства

Известен аморфный и кристаллический кремний . Кристаллический кремний – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см 3 , t° _пл. =1415°C; t° _кип. = 2680°C. Имеет алмазоподобную структуру (sp 3 — гибридизация атомов кремния) и образует прочные ковалентные σ – связи. Инертен. Кремний хрупок, при нагревании выше 800 °C становится пластичным веществом. Аморфный кремний – порошок бурого цвета на основе сильно разупорядоченной алмазоподобной структуры, гигроскопичен, ρ = 2 г/см 3 , более реакционноспособен, чем кристаллический.

Распространенность

Кремний – второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Его доля составляет 27,7% массы земной коры. В природе кремний встречается только в виде соединений, таких как силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – оксид кремния(IV) SiO ₂

1) Промышленность – нагревание угля с песком:

2) Лаборатория – нагревание песка с магнием:

Химические свойства

Si – восстановитель

2) Со фтором при обычных условиях

SiC — карборунд — твёрдый; используется для заточки ножей и шлифовки

4) С водородом не взаимодействует

Силан (SiH ₄ ) получают разложением силицидов металлов кислотой:

5) С растворами кислот не реагирует

• плавиковая кислота: Si+4HF=SiF ₄ +2H ₂
• с месь азотной и плавиковой кислот растворяет кремний: 3Si + 4HNO ₃ + 18HF → 3H ₂ [SiF ₆ ] + 4NO­ + 8H ₂ O

Si – окислитель

С металлами (образуются силициды):

Наибольшее применение кремний находит в производстве сплавов для придания прочности алюминию, меди и магнию и для получения ферросилицидов, имеющих важное значение в производстве сталей и полупроводниковой техники.

Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость.

Кристаллы кремния применяют в солнечных батареях и полупроводниковых устройствах — транзисторах и диодах.

Кремний служит также сырьем для производства кремнийорганических соединений, или силоксанов, получаемых в виде масел, смазок, пластмасс и синтетических каучуков. Неорганические соединения кремния используют в технологии керамики и стекла, как изоляционный материал и пьезокристаллы.

Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности.

Для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Большие количества кремния концентрируют хвощи и злаки, в первую очередь — подсемейства Бамбуков и Рисовидных, в том числе — рис посевной. Мышечная ткань человека содержит (1-2) ·10 -2 % кремния, костная ткань — 17·10 -4 %, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1 г кремния.

Силан — SiH ₄

Физические свойства:

Бесцветный газ, ядовит, t° _пл. = -185°C, t° _кип. = -112°C.

Химические свойства:

2) Разложение: SiH ₄ = t˚ = Si + 2H _2­

Оксид кремния (IV)

(SiO ₂ ) _n

SiO ₂ – встречается в природе в виде: кварца, горного хрусталя, аметиста, агата, яшмы, опала, кремнезёма (основная часть песка).

Входит в состав: каолинита – Al ₂ O ₃ • 2SiO ₂ • 2H ₂ O (основная часть глины) и ортоклаза – K ₂ O • Al ₂ O ₃ • 6SiO ₂ (полевой шпат).

У оксида кремния (IV) атомная кристаллическая решётка .

Источник

Природные соединения кремния:

Кремний применяется в силикатной промышленности: Природные соединения кремния — песок (SiO2) и силикаты используются для производства керамики, стекла и цемента. Широко известен силикатный клей, применяемый в строительстве как сиккатив, а в пиротехнике и в быту для склеивания бумаги. Получили широкое распространение силиконовые масла и силиконы — материалы на основе кремнийорганических соединений. 54) Физико-химические основы коррозии бетона и минеральных материалов. Коррозия бетона — главный враг всех минеральных строительных материалов и конструкций (бетон, железобетон, кирпич, асбоцемент, силикатные, пенобетонные и газобетонные блоки). Наиболее серьезной проблемой является влияние атмосферно-химического фактора — воздействие агрессивных веществ атмосферы (карбонаты, сульфаты, хлориды), а также частые циклы заморозки-оттаивания. Строительные материалы на минеральной основе являются капиллярно-пористыми. В результате агрессивного атмосферного воздействия внутри пористой структуры образуются кристаллы, рост которых приводит к появлению трещин. Как результат воздействия воды, солей и углекислого газа — коррозия бетона и разрушение строительных конструкций. Защита минеральных поверхностей — это глобальная задача при проектировании, строительстве и эксплуатации любых объектов. Она актуальна для всех типов зданий, сооружений и конструкций, используемых в современном строительстве.

Источник

Важнейшие соединения кремния.

Моносилан SiH₄. Родоначальник гомологического ряда кремневодородов Si_nH_2n+2. Представляет собой очень ядовитый бесцветный газ с запахом, напоминающим AsH₃ и H₂S. t_пл=-185 о С [1],t_кип=-112 о С [1]. На воздухе самовоспламеняется, так как температура его воспламенения ниже комнатной. При нагревании разлагается. Не растворяется в холодной воде. Весьма реакционноспособен. Сильный восстановитель. Получают при действии разбавленной соляной кислоты на силицид магния.

Оксид кремния (II) (кремнезем) SiO₂. Встречается главным образом в виде минерала кварца. Загрязненный примесями кварц — обычный песок — является одним из основных продуктов разрушения горных пород. Бесцветное, очень тугоплавкое твердое вещество. В воде практически нерастворимо. Не действуют на кремнезем и кислоты, за исключением HF. Щелочи постепенно переводят в раствор, образуя соответствующие соли кремневой кислоты. Получают взаимодействием кремния и кислорода. Применяют как строительный материал.

Кремниевая кислота H₂SiO₃. Почти нерастворима в воде (в форме истинного раствора). Легко образует коллоидные растворы и поэтому осаждается только частично. Осадок имеет вид бесцветного студня, причем состав его отвечает не просто формуле H₂SiO₃ или H₄SiO₄, а более общей nSiO₂ . mH₂O со значениями n и m, изменяющимися в зависимости от осаждения. Кремневая кислота очень слаба.

Стекло Na₂CaSi₆O₁₄ или Na₂O . CaO . 6SiO₂. Довольно близко к этому составу подходит обычное оконное стекло. Практически нерастворимо, однако вода частично разлагается с его поверхности, вымывая преимущественно натрий. Получают из соды, известняка и песка.

Карбид кремния (карборунд) SiC. Твердое, тугоплавкое вещество. Его кристаллическая решетка аналогична решетке алмаза. Является полупроводником. Интенсивно реагирует с расплавленными щелочами (в присутствии кислорода), выше 600 о С взаимодействует с хлором. Получают в больших количествах в электрических печах при 2300 о С при взаимодействии избытка углерода с оксидом кремния.

53) Природные соединения кремния. Применение кремния в современном строительстве.

Природные соединения кремния:

Силикаты. Среди них наиболее распространены алюмосиликаты (понятно, что эти силикаты содержат алюминий). К алюмосиликатам относятся гранит, различные виды глин, слюды. Силикатом, не содержащим алюминий, является, например, асбест.

Оксид SiO2 необходим для жизни растений и животных. Он придает прочность стеблям растений и защитным покровам животных. Чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц и шерсть животных прочны, так как содержат кремнезем.

3) Горный хрусталь

Горный хрусталь — бесцветная, прозрачная, обычно химически чистая, почти без примесей разновидность низкотемпературной модификации кварца — SiO2, кристаллизующаяся в тригональной системе. Встречается в виде одиночных или собранных в друзы кристаллов призматически-гексагонального облика, массой, достигающей иногда тонны и более.

Кварц — один из самых распространенных минералов в земной коре, породообразующий минерал большинства магматических и метаморфических пород. Химическая формула: SiO2.

Разновидности кварца: бесцветный, розовый кварц, «волосатик», сердолик, агат, «тигровый глаз», шлифованная галька.

5)Сердолик Формула — SiO2, разновидность халцедона. Химический состав — содержание SiO2 — 90-99%; отмечаются примеси Fe2O3, Al2O3, MgO, CaO, H2O. Сердолик, как и агаты, представляет собой агрегаты существенно халцедонового состава сложного строения.

Яшма — непрозрачная разновидность кварца — диоксида кремния SiO2 — с волокнистой структурой, включающей самые разнообразные минералы: гранаты, гематит, пирит и др. Поэтому яшма отличается большим разнообразием своей окраски, включающей все тона, кроме чисто-синего.

Аметистами считаются фиолетовые или красноватые кристаллы кварца, которые являются двуокисью кремния и принадлежат к тригональной сингонии.

Опал — аморфная разновидность кварца SiO2 с переменным содержанием воды (6-10%). Химическое название опала — полигидрат диоксида кремния. Главное достоинство опала — способность излучать последовательно различные лучи под действием солнечного света, вызывать разнообразную игру цветов. Известны три вида опала: черный опал, имеющий очень темный синий цвет со «вспышками» цветов; огненный опал оранжево-красного цвета и белый опал.

7)Цитрин Название камня, произведенное от слова citreus – «лимонный», указывает на желтый оттенок этой разновидности кварца, который придают цитрину примеси трехвалентного железа. Цитрин хорош для концентрации внимания, сосредоточенности.

Нефрит – полупрозрачный минерал белого и зеленого цвета. С минералогической точки зрения нефрит является соединением кремнезема.

9)Агат является разновидностью полупрозрачного кварца. Химическая формула: SiO2.

Применение соединений кремния:

Кремний применяется в силикатной промышленности:

Природные соединения кремния — песок (SiO2) и силикаты используются для производства керамики, стекла и цемента.

Широко известен силикатный клей, применяемый в строительстве как сиккатив, а в пиротехнике и в быту для склеивания бумаги.

Получили широкое распространение силиконовые масла и силиконы — материалы на основе кремнийорганических соединений.

54) Физико-химические основы коррозии бетона и минеральных материалов.

Коррозия бетона— главный враг всех минеральных строительных материалов и конструкций (бетон, железобетон, кирпич, асбоцемент, силикатные, пенобетонные и газобетонные блоки). Наиболее серьезной проблемой является влияние атмосферно-химического фактора — воздействие агрессивных веществ атмосферы (карбонаты, сульфаты, хлориды), а также частые циклы заморозки-оттаивания.

Строительные материалы на минеральной основе являются капиллярно-пористыми. В результате агрессивного атмосферного воздействия внутри пористой структуры образуются кристаллы, рост которых приводит к появлению трещин. Как результат воздействия воды, солей и углекислого газа — коррозия бетона и разрушение строительных конструкций.

Защита минеральных поверхностей — это глобальная задача при проектировании, строительстве и эксплуатации любых объектов. Она актуальна для всех типов зданий, сооружений и конструкций, используемых в современном строительстве.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник