1. Кремний

Кремний — химический элемент № \(14\). Он расположен в IVА группе третьем периоде Периодической системы.

 

 

На внешнем слое атома кремния содержатся четыре валентных электрона. До его завершения не хватает четырёх электронов. Поэтому в соединениях с металлами кремнию характерна степень окисления \(–4\), а при взаимодействии с более электроотрицательными неметаллами он проявляет положительные степени окисления \( +2\) или \(+4\).

 

По содержанию в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Земная кора более чем наполовину образована соединениями кремния. Распространены оксид кремния(IV) $\mathit{Si}{O}_2$, силикаты и алюмосиликаты. Песок, кварц, горный хрусталь, аметист состоят из оксида. Гранит, полевой шпат, глина представляют собой силикаты и алюмосиликаты.

 

Входит кремний и в состав живых организмов. Его соединения придают прочность стеблям растений, содержатся в наружных покровах животных, образуют раковины и скелеты некоторых обитателей водной среды. У человека кремний присутствует в волосах и ногтях.

 

Кремний имеет атомную кристаллическую решётку, похожую на решётку алмаза. Каждый атом кремния в его кристаллах связан четырьмя ковалентными связями с соседними атомами. Благодаря такому строению у него высокая твёрдость.

 

Радиус атома кремния больше радиуса атома углерода, поэтому в его кристаллах электроны более свободны по сравнению с алмазом. Кремний проводит электрический ток, а его электропроводность увеличивается с повышением температуры или при освещении. Такие вещества относятся к полупроводникам.

 

В отличие от алмаза кремний представляет собой чёрно-серое непрозрачное вещество. У него высокая температура плавления (\(1428\) °С).

 

В химических реакциях кремний может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Окислительные свойства кремния выражены слабее, чем у остальных неметаллов.

При высокой температуре кремний реагирует с металлами с образованием силицидов:

 

$\stackrel{0}{\mathit{2Mg}}+\stackrel{0}{\mathit{Si}}\stackrel{t}{=}{\stackrel{+2}{\mathit{Mg}}}_2\stackrel{-4}{\mathit{Si}}$.

 

В этой реакции кремний — окислитель.

С водородом кремний практически не реагирует по причине неустойчивости водородного соединения силана $\mathit{Si}{H}_4$. Силан можно получить при гидролизе силицидов:

 

${\mathit{Mg}}_2\mathit{Si}+{\mathit{4H}}_{2}O=\mathit{2Mg}{(\mathit{OH})}_2\downarrow +\mathit{Si}{H}_4\uparrow$.

 

Он самовоспламеняется на воздухе и сгорает с образованием оксида кремния(\(IV\)) и воды:

 

$\mathit{Si}{H}_4+{\mathit{2O}}_2=\mathit{Si}{O}_2+{\mathit{2H}}_{2}O$.

Кремний горит в кислороде и проявляет в этой реакции восстановительные свойства:

 

$\stackrel{0}{\mathit{Si}}+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t}{=}\stackrel{+4}{\mathit{Si}}{\stackrel{-2}{O}}_2$.

Кремний способен восстанавливать некоторые металлы из их оксидов:

 

 $\mathit{2}\stackrel{+2}{\mathit{Cu}}O+\stackrel{0}{\mathit{Si}}\stackrel{t}{=}\mathit{2}\stackrel{0}{\mathit{Cu}}+\stackrel{+4}{\mathit{Si}}{O}_2$.

В отличие от углерода кремний растворяется в концентрированных растворах щелочей c образованием силикатов и выделением водорода:

 

$\mathit{Si}+\mathit{2NaOH}+H_{2}O={\mathit{Na}}_2\mathit{Si}{O}_3+\mathit{2}{H}_2\uparrow$.