Презентация н тему "Кремний"

Элемент IVA-группы. Кремний

История Кремния

• Природные соединения кремния - двуокись кремния (кремнезема) - известны очень давно. Древние хорошо знали горный хрусталь, или кварц, а также драгоценные камни, представляющие собой окрашенный в разные цвета кварц (аметист, дымчатый кварц, хальцедон, хризопраз, топаз, оникс и др.)
• Элементарный кремний был получен лишь в XIX в., хотя попытки разложить кремнезем предпринимались еще Гемфри Дэви (с помощью Вольтова столба - электричество), Гей-Люссаком и Тенаром (химическим путем).
• Верцелиус, стремясь разложить кремнезем, нагревал его в смеси с железным порошком и углем до 1500°С и получил при этом ферросилиций (в производстве стали). Лишь в 1823 r. при исследованиях соединений плавиковой кислоты(HF), в том числе SiF 4 , он получил свободный аморфный кремний ("радикал кремнезема") взаимодействием паров фтористого кремния и калия. Сент Клер-Девилль в 1855 г. получил кристаллический кремний.
• Русское название кремний происходит от древнеславянских слов кремень (название камня), кресати (ударять железом о ремень для получения искр).

Химический элемент

Кремний 14 Si является химическим элементам IVA-группы периодической системы, относятся к неметаллам.

На внешнем электронном слое атомы содержат по 4 электрона , степень окисления (-4 , +4 , +2 , 0), электронная конфигурация :

• Кремний бывает аморфный и кристаллический .
• Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см 3 , t°плавления =1415°C; t°кипения = 2680°C.Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи.
• Аморфный — бурый порошок, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см 3 , более реактивен.

Распространённость в природе

Кремний — второй по распространённости на Земле элемент.

Кремний в свободном виде в природе не встречается .

В природе встречается в виде кварца (песок) , кремнезёма (SiO 2 ) , для добычи которых необходимы гигантские карьеры .

Самое большое количество кремния добывает Китай и Россия .

Но также есть месторождения в Белоруссии , Норвегии , США.

Химические свойства

Кремний проявляет как окислительные (например, реагируя с металлами), так и восстановительные свойства (в реакциях с кислородом и фтором, некоторыми оксидами):

Как восстановитель:

1)     С кислородом

Si 0  + O 2    t˚ →  Si +4 O 2

2)     С фтором (без нагревания)

Si 0  + 2F 2  →  SiF 4 ­

3)     С углеродом

Si 0  + C   t˚ →  Si +4 C

(SiC — карборунд — твёрдый; используется для точки и шлифовки)

4) Силан (SiH 4 ) получают разложением силицидов металлов кислотой:

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4  → SiH 4 ­ + 2MgSO 4

5)     С кислотами не реагирует  (только с плавиковой кислотой Si+4HF=SiF 4 +2H 2 )

Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO 3  + 18HF →  3H 2 [SiF 6 ] + 4NO­ + 8H 2 O

6)     Со щелочами (при нагревании):

Si 0  + 2NaOH + H 2 O  t˚ →  Na 2 Si +4 O 3 + 2H 2 ­

Как окислитель:

С металлами (образуются силициды):

Si 0  + 2Mg   t˚ →  Mg 2 Si -4

Получение кремния

1) Промышленность  – нагревание угля с песком:

2C + SiO 2   t˚ → Si + 2CO

2) Лаборатория  – нагревание песка с магнием:

2Mg + SiO 2    t˚ → Si + 2MgO

Оксид кремния(IV)

Вещество немолекулярного строения, в его кристаллах каждый атом кремния окружён четырьмя атомами кислорода. Он имеет довольно высокую твёрдость; широко распространён в природе.

• Химические свойства.

Оксид кремния(IV) как кислотный оксид реагирует со щелочами и основными оксидами:

• С водой (IV) не реагирует.
• Имея высшую степень окисления, кремний в составе оксида может проявлять окислительные свойства. Так, процесс восстановления кремния(IV) углеродом используют для получения технического кремния в производстве полупроводниковых материалов:

• Одно из значимых направлений применения оксида кремния(IV) — получение стекла спеканием песка SiO 2 , соды Na 2 CO 3 и известняка СаСО 3 :

кремниевая кислота и соли

• Кремниевая кислота H 2 SiO 3 является двухосновной и более слабой, чем угольная кислота. Её получают взаимодействием силикатов (Na 2 SiO 3 или K 2 SiO 3 ) с более сильными кислотами, например Н 2 SO 4 , НCl:

• Кремниевая кислота при этом выделяется в виде студенистого осадка, состав которого часто выражают формулой п SiO 2 • т Н 2 О. В действительности кремниевая кислота имеет полимерную природу:

• Уже при незначительном нагревании или длительном хранении кислота разлагается на оксид и воду:

• Образующийся оксид SiO 2 имеет пористую структуру и большую площадь поверхности (до 1000 м/г), что позволяет ему адсорбировать молекулы различных веществ, в том числе и воду. Именно благодаря адсорбционным свойствам оксид SiO 2 под названием «силикагель» используется как осушитель воздуха в упаковках с электроникой и обувью, а под названием «Белый уголь» — как адсорбент в медицине.

Соли кремниевой кислоты

Для кремниевой кислоты известны только средние соли — силикаты. Большинство из них плохо растворяются в воде. Растворимые соли силикат натрия и силикат калия называют «растворимые стёкла» и используют как «канцелярский клей». Получить силикаты можно сплавлением оксида кремния(IV) как кислотного оксида со щелочами, оксидами металлов, а также с карбонатами:

Применение кремния и его соединений

• Применение кремния и его соединений — силикатная промышленность( для производства цемента, бетона, стекла ).
• Кремний используют в металлургии — добавка к стали и другим сплавам; в электронике — изготовление полупроводниковых приборов, радиодеталей и солнечных батарей.
• Для поддержания здоровья кожи и волос. Кремний участвует в формировании костей, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, что используется в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний.

Интересные факты о кремнии

• Земная кора — почва, по которой мы с вами ходим и на которой живём — состоят в большой степени из кремния.
• Если воду настоять на кремнии, то она обретет особые свойства и станет более очищенной. Такая вода обладает бактерицидными свойствами и может храниться несколько недель.
• Кремний — это минерал красоты. Он способен повысить эластичность кожи человека и повлиять на рост ногтей и волос. 

Кремний стал прототипом “кибертрония” – металла из которого состоят роботы из фильма “Трансформеры”

“ Кремневая долина ”

Появилось оно в 1971 г. Cейчас используется для описания любых современных технопарков. На самом деле так называется территория в Южной Калифорнии, где сосредоточены крупнейшие компании, специализирующиеся на информационных технологиях. А почему долину называют силиконовой или кремниевой? Причина в том , что кремний используется в качестве полупроводника при производстве диодов, транзисторов и микросхем , в следствии и производства компьютеров , которые сыграли ключевую роль в развитии IT-индустрии всего мира .

Небольшая викторина

• Какой атомный номер кремния?
• Кремний - это металл или неметалл ?
• К какой группе относится этот химический элемент ?
• Какая страна добывает больше всего кремния?
• В каком виде встречается кремний в природе ?
• Почему кремний называют самым умным элементом на земле ?
• Для чего необходим кремний?
• Какими двумя способами получают кремний ?

Ответы

• 14
• Неметалл
• IVA-группы
• Китай/Россия
• В виде оксида кремния (песка).
• Кремний, самый умный элемент на земле - мозг электроники. Все процессоры, которые производятся в мире, делаются на кремниевой основе.
• Для изготовления солнечных батарей; кислотоустойчивых сплавов , процессоров , стекла , цемента , силикона , керамика
• Промышленность  – нагревание угля с песком.

Лаборатория  – нагревание песка с магнием

Спасибо за внимание!

By Jaroslaw Suczow

25.02.2024